Оценка гидрогеологических условий на площадке строительства и прогноз развития при водопонижении

Министерство образования Российской Федерации Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет Кафедра геотехники

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 2-

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.