Министерство образования
Российской Федерации
Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет
Кафедра геотехники
Курсовая работа
Оценка гидрогеологических условий на площадке строительства и прогноз развития неблагоприятных процессов при водопонижении
Работу выполнила
студентка группы 7-П-III
Лавреева Е.В.
Работу принял
преподаватель
Челнокова В.А.
Санкт-Петербург
2009
Оглавление
Введение
............................................................................................................................................3
Исходные данные
.............................................................................................................4
1.1. Карта фактического материала.................................................................................................4
1.2. Геолого-литологические колонки опорных скважин.............................................................5
1.3. Результаты гранулометрического анализа..............................................................................8
1.4. Результаты химического анализа грунтовых вод...................................................................8
1.5. Сведения о физико-механических свойствах грунтов...........................................................8
2.
Аналитический блок
.......................................................................................................9
2.1. Характеристика рельефа площадки.........................................................................................9
2.2. Определение и классификация пропущенных слоев.............................................................9
2.3. Геологическое строение площадки и выделение
инженерно-геологических элементов (ИГЭ)........................................................................10
(Приложение 1 – инженерно-геологический разрез)
2.4. Гидрогеологическое строение площадки..............................................................................11
(Приложение 2 – карта гидроизогипс)
2.5. Химический состав подземных вод и оценка агрессивности воды
по отношению к бетону............................................................................................................12
3.
Гидрогеологические расчёты притоков воды при водопонижении
...................
3.1. Расчет притока воды к совершенным
выработкам (котлован или траншея).....................................................................................
3.2. Расчёт притока воды к несовершенным
выработкам (котлован или траншея)...................................................................................
4.
Прогноз последствий водопонижения
....................................................................
4.1. Прогноз суффозионного выноса.........................................................................................
4.2. Прогноз оседания земной поверхности при снижении уровня
грунтовых вод.........................................................................................................................
4.3. Прогноз воздействия напорных вод на дно котлована (траншеи).....................................
Заключение
....................................................................................................................................
Список использованной литературы
......................................................................................
Введение
На строительных площадках многие трудности связаны с подземными водами: затопление котлованов (траншей), нарушение устойчивости их стенок, прорыв дна под воздействием напорных вод и др. в дальнейшем, уже при эксплуатации отдельных сооружений или застроенных территорий в целом, также могут возникнуть осложнения: подтопление подвалов, коррозия бетона и других материалов, проседание поверхности земли за счет водопонижения. Поэтому оценка гидрогеологических условий является важнейшей составной частью инженерно-геологических изысканий (инженерно-геологические изыскания входят в состав «Инженерных изысканий для строительства» СНиП 11-02-96), на основе которых ведется проектирование оснований и фундаментов).
Для целей проектирования и строительства понятие «гидрогеологические условия» можно определить как совокупность следующих характеристик водоносных горизонтов (слоев): 1) их количество в изученном разрезе, 2) глубина залегания, 3) мощность и выдержанность, 4) тип по условиям залегания, 5) наличие избыточного напора, 6) химический состав, 7) гидравлическая связь с поверхностными водами и другие показатели режима.
Режим подземных вод изменяется как в процессе строительства, так и в период эксплуатации зданий и сооружений. Изменения могут иметь временный или постоянный характер. Наиболее часто встречаются:
Понижение уровня грунтовых вод (проходка котлованов, систематический дренаж, устройство дорожных выемок, дренирующих засыпок траншей и др.);
Снижение напоров в межпластовых водоносных горизонтах (проходка котлованов и коллекторов глубокого заложения);
Повышение уровня грунтовых вод (утечки из водонесущих сетей, «барражный» эффект фундаментов глубокого заложения, крупных подземных сооружений и т.п.);
Изменение химического состава и температуры подземных вод (утечки из сетей, антиналедные мероприятия и др.).
Понижение уровня грунтовых вод может влиять на состояние песчаных и супесчаных грунтов, вызывая как разуплотнение, так и уплотнение их.
Повышение уровня грунтовых вод вызывает увеличение влажности и индекса текучести у пылевато-глинистых грунтов, что приводит к уменьшению прочностных и деформативных показателей.
Практически все перечисленные изменения свойств грунтов, вызванные нарушением гидрогеологических условий, могут приводить к дополнительным осадкам грунтовой толщи и деформации сооружений.
1.
Исходные данные
1.1. Карта фактического материала
Масштаб 1:2000
Условные обозначения
буровая скважина, абсолютная отметка устья
изогипса с абсолютной отметкой
1.2. Геолого-литологические колонки опорных скважин
Скважина № 52
Н = 18,9 м
Геологический индекс |
Отметка подошвы слоя | Глубина залегания слоя, м | Мощность слоя | Разрез | Описание пород | Уровни подземных вод с датой замера | ||
| от | до | Появл. | Устан. | |||||
| (m-l)IV | 15,5 | 0 | 3,4 |
3,4 | Супесь пылеватая, пластичная | 17,0 |
17,2 |
|
| gIII | 14,0 | З,4 | 4,9 |
1,5 | Суглинок с гравием, галькой, тугопластичный | |||
| D1
|
12,5 | 4,9 | 6,4 |
1,5 | Глина красная, полутвердая | |||
| O1
|
10,9 | 6,4 | 8,0 |
1,6 | Известняк трещиноватый | |||
Скважина № 53
Н = 19,7 м
Геологический индекс |
Отметка подошвы слоя | Глубина залегания слоя, м | Мощность слоя | Разрез | Описание пород | Уровни подземных вод с датой замера | ||
| от | до | Появл. | Устан. | |||||
| (m-l)IV | 16,5 | 0 | 3,2 |
3,2 | Неизвестный слой | |||
| gIII | 15,2 | З,2 | 4,5 |
1,3 | Суглинок с гравием, галькой, мягкопластичный | |||
| O1
|
11,7 | 4,5 | 8,0 |
3,5 | Известняк трещиноватый | |||
Скважина № 54
Н = 20,0 м
Геологический индекс |
Отметка подошвы слоя | Глубина залегания слоя, м | Мощность слоя | Разрез | Описание пород | Уровни подземных вод с датой замера | ||
| от | до | Появл. | Устан. | |||||
| (m-l)IV | 16,0 | 0 | 4,0 |
4,0 | Песок средней крупности, средней плотности, с глубины 0,8 м, водонасыщенный | 19,0 |
19,2 |
|
| gIII | 14,0 | 4,0 | 6,0 |
2,0 | Суглинок с гравием, галькой, мягкопластичный | |||
| O1
|
12,5 | 6,0 | 7,5 |
1,5 | Известняк трещиноватый | |||
1.2. Результаты гранулометрического анализа грунтов первого водоносного слоя
| Номер участка | Номер скважины | Галька >100 | Гравий 10-2 | Песчаные | Пылеватые | Глинис-тые | ||||
| 2-0,5 | 0,5-0,25 | 0,25-0,1 | 0,1-0,05 | 0,05-0,01 | 0,01-0,005 | |||||
| 7 | 53 | - | 1 | 33 | 39 | 17 | 7 | 3 | - | - |
1.4. Результаты химического анализа грунтовых вод
| Номер скважины | Ca | Mg | K+Na | SO4
|
Cl | HCO3
|
CO2CB
|
pH |
| мг/л | ||||||||
| 53 | 50 | 21 | 41 | 195 | 54 | 55 | 69 | 6,0 |
1.5. Сведения о физико-механических свойствах грунтов
| Грунт | Индекс слоя | Плотность, т/м3
|
Число пла-стичности IP
, д. ед. |
Показатели пористости, д. ед. | Модуль де- формации Е
, МПа |
Содержа-ние ОВ*, % | Степень разложения торфа D
, % |
||
| ρ
s |
ρ
|
n
|
e
|
||||||
| Песок средней крупности | (m-l)IV | 2,65 | 1,65 | - | 0,40 | 0,66 | 23-35 | - | - |
| Супесь пылеватая с растительными остатками | (m-l)IV | 2,62 | 1,85 | 0,06 | 0,60 | 1,50 | 7-15 | 7,5 | - |
| Суглинок с гравием, галькой | gIII | 2,70 | 2,15 | 0,14 | 0,31 | 0,45 | 20-30 | - | - |
ОВ* - органическое вещество
Плотность грунта ρ
, т/м3
- отношение массы грунта, включая массу воды в его порах, к занимаемому объему вместе с порами.
Плотность минеральной части грунта ρ
s
, т/м3
-
отношение массы сухого грунта к объему только твердой его части, исключая объем пор.
Число пластичности
Ip
, д. ед.
- разность влажностей, соответствующая двум состояниям грунта: на границе текучести WL
и на границе раскатывания W
p
. W
L
и W
p
определяют по ГОСТ 5180.
Показатель пористости
n
, д.
ед.
- отношение объема пор к полному объему образца грунта.
Показатель пористости е
, д.
ед.
- отношение объема пор в образце грунта к объему, занимаемому его твердыми частицами - скелетом.
Модуль общей деформации Е
, МПа
– характеристика деформируемости грунта.
Степень разложения торфа D
, %
- характеристика, выражающаяся отношением массы бесструктурной (полностью разложившейся) части, включающей гуминовые кислоты и мелкие частицы негумицированных остатков растений, к общей массе торфа. Определяется по ГОСТ 10650.
2.
Аналитический блок
2.1. Характеристика рельефа площадки
Территория рассматриваемого участка представляет собой фрагмент полого-волнистой равнины в пределах абсолютных отметок от 18,1 до 20,0 м.
2.2. Определение и классификация пропущенных слоев
На основе результатов гранулометрического анализа (таблица в п. 1.2.) получили, что грунт первого слоя (по ГОСТ 25100-95) – это песок средней крупности. Для определения точного названия этого слоя и некоторых его характеристик построим суммарную кривую гранулометрического состава. Для этого составим вспомогательную таблицу «полных остатков»:
Вспомогательная таблица полных остатков
| Диаметры частиц, мм | <10 | <2 | 0,5 | <0,25 | <0,1 | 0,05 | <0,01 | <0,005 |
| Сумма фракций, % | 100 | 99 | 66 | 27 | 10 | 3 | 0 | 0 |
Суммарная кривая гранулометрического состава
Определение действующего (d10
) и контролирующего (d60
) диаметров:
d10
= 0,1 мм
d60
= 0,45 мм
Результаты гранулометрического анализа позволяют определить степень неоднородности грунта и некоторые его водные свойства – суффозионную устойчивость, коэффициент фильтрации, высоту капиллярного поднятия.
Степень неоднородности грунта:
Так как , то грунт неизвестного слоя - это песок средней крупности неоднородный, суффозионно устойчивый
.
Средние значения высоты капиллярного поднятия, коэффициента фильтрации и радиуса влияния возьмем из таблицы средних значений, поскольку условия для использования эмпирических формул ( Си
< 5; d10
>0,1 ) не выполнены.
Коэффициент фильтрации k = 20 м/сут
Радиус влияния R = 75 м
Высота капиллярного поднятия hk
= 0,25 м
Определим ориентировочное значение высоты капиллярного поднятия hk
(см):
е = 0,66 д.ед. – коэффициент пористости
С = 0,1 – эмпирический коэффициент
2.3. Геологическое строение площадки и
выделение инженерно-геологических элементов (ИГЭ)
Выделение ИГЭ
| № | Индекс | Наименование грунта | Показатель пористости е, д.ед. | Число пластичности IP
, д.ед. |
Показатель текучести IL
|
| 1. | (m-l)IV | Супесь пылеватая, пластичная | 1,50 | 0,06 | 0-1 |
| 2. | (m-l)IV | Песок средней крупности, средней плотности | 0,55-0,7 | - | - |
| 3. | gIII | Суглинок с гравием, галькой, тугопластичный | 0,45 | 0,07-0,17 | 0,25-0,50 |
| 4. | gIII | Суглинок с гравием, галькой, мягкопластичный | 0,45 | 0,07-0,17 | 0,50-0,75 |
| 5. | D1
|
Глина красная, полутведая | - | >0,17 | 0-0,25 |
| 6. | O1
|
Известняк трещиноватый | - | - | - |
Глубина залегания коренных пород:
D1
– глина красная, полутвердая. Залегает в пределах абсолютных отметок 12,5 – 14,0 м скважины № 52. Уклон кровли i = 0,02.
O1
– известняк трещиноватый. Залегает ниже абсолютной отметки 12,5 м скважины № 52, ниже отметки 15,2 м скважины № 53, ниже отметки 14,0 м скважины № 54. Уклоны кровли i = 0,05 и i = 0,019.
По СП 11-105-97 инженерно-геологические условия средней сложности (II категория сложности).
Имеется не более четырех различных по литологии слоев, залегающих наклонно и с вклиниванием (D1
). Мощность изменяется закономерно. Свойства грунтов существенно изменяются в плане и по глубине. Скальные грунты (известняк трещиноватый) имеют неровную кровлю и перекрыты нескальными грунтами.
2.4. Гидрогеологическое строение площадки
В пределах площадки буровыми скважинами вскрыты два водоносных горизонта.
Первый от поверхности горизонт грунтовых вод залегает на глубинах от 1,0 м (скважина № 54) до 1,9 м (скважина № 52). Водовмещающими породами являются супесь пылеватая, пластичная и песок средней крупности, водоупором служит суглинок с гравием, галькой, мощность горизонта колеблется от 3,2 (скважина № 53) до 4,0 м (скважина № 54).
Водопроницаемость характеризуется коэффициентом фильтрации от 10 до 30 м/сутки.
Второй горизонт напорных межпластовых (артезианских) вод вскрыт в скважине № 53. Водоносный слой залегает на глубинах от 4,5 (скважина № 53) до 6,4 м (скажина № 52). Водовмещающей породой является известняк трещиноватый, верхний водоупор – суглинок с гравием, галькой и глина красная, полутвердая, величина избыточного напора 3,0 м.
По карте гидроизогипс направление потока – с ю-в на с-з, в западной части участка поток плоский, при движении на восток характер потока меняется на радиальный (расходящийся).
Величина гидравлического градиента:
Скважины № 53-52
Скважины № 53-50
Скважины № 53-48
Скорость грунтового потока (кажущаяся):
Примем коэффициент фильтрации k = 20 м/сут.
Скорость грунтового потока (действительная):
,
где n = 0,4 д. ед. – пористость водовмещающих пород (песок средней крупности).
2.5. Химический состав подземных вод и оценка агрессивности воды
по отношению к бетону
Выражение результатов анализа в различных формах
| Ионы | Содержание, мг/л |
Эквивалентное содержание | Эквивалентная масса | ||
| мг·экв | (%-экв) | ||||
| Катионы | Na+
Mg2+
Ca2+
|
41 21 50 |
1,78 1,75 2,5 |
30 29 41 |
23,0 12,0 20,0 |
| Сумма катионов | 112 | 6,03 | 100% | - | |
| Анионы | Cl-
SO4
HCO3
|
54 195 55 |
1,54 4,06 0,9 |
24 62 14 |
35,0 48,0 61,0 |
| Сумма анионов | 304 | 6,5 | 100% | - | |
| Общая сумма | 416 | 12,53 | |||
Химическая формула воды
˚
Вода пресная, сульфато-кальциево-натриево-магниевая, агрессивная по водородному показателю и бикарбонатной щелочности (по данным таблицы).
Оценка качества воды по отношению к бетону
| Показатель агрессивности среды (воды) | Для сильно- и средне фильтрующихся грунтов К ≥ 0,1 м/сут |
Для слабофильтрующихся грунтов К ≤ 0,1 м/сут |
| Бикарбонатная щелочность HCO3
- , мг/л |
> 85,4 | Не нормируется |
| Водородный показатель рН | > 6,5 | > 5 |
| Содержание магнезиальных солей в пересчете Mg2+-
, мг/л |
≤ 1000 | ≤ 2000 |
| Содержание едких щелочей в пересчете на ионы К+
и Na+ , мг/л |
≤ 50 (для напорных сооружений) | ≤ 80 |
| Содержание сульфатов в пересчете на ионы SO4
2- , мг/л |
< 250 | < 300 |
В качестве методов защиты сооружений от коррозии рекомендуется использовать пуццолановый цемент.
По СП 11-105-97 по гидрогеологическим факторам участок имеет II категорию сложности.
Имеется два выдержанных горизонта подземных вод, обладающих напором и содержащих загрязнение.