ОЦЕНКА ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ПЛОЩАДКИ СТРОИТЕЛЬСТВА

методичку можно заказать по электронной почте, прислав заявку на

e-mail: geotechnica@spbgasu.ru

 

Министерство образования Российской Федерации

 

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет

 

Кафедра геотехники

 

ОЦЕНКА ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ПЛОЩАДКИ СТРОИТЕЛЬСТВА

 

 

Задания и методические указания для выполнения курсовой работы по курсу «Инженерная геология» для студентов специальности 290300 - промышленное и гражданское строительство (всех форм обучения)

 

 

Санкт-Петербург

 

УДК 69.051:556.3 (076)

Оценка гидрогеологических условий площадки строительства: Задания и методические указания для выполнения курсовой работы по курсу «Инженерная геология» для студентов специальности 290300 - промышленное и гражданское строительство (всех форм обучения) / СПб. гос. архит.-строит. ун-т; Сост.: Н. И. Зеленкова, В. А. Челнокова. СПб., 2003. 56 с.

Представлены варианты заданий, порядок их выполнения и справочный материал. Табл. 12. Ил. 21. Библиогр.: 7 назв.

 

Рецензент канд. техн. наук Л. К. Тихомирова

 

ПРЕДИСЛОВИЕ

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, сис-тематический 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, выз-ванные нарушением гидрогеологических условий, могут приводить к до-полнительным осадкам грунтовой толщи и деформациям сооружений.

 

ТЕМА КУРСОВОЙ РАБОТЫ, ИСХОДНЫЕ

ДАННЫЕ, ВЫБОР ЗАДАНИЯ, ОФОРМЛЕНИЕ

2. Исходные данные: • карта фактического материала, содержащая сведения о рельефе и размещении… • геолого-литологические колонки по разведочным скважинам (табл. 1);

СОДЕРЖАНИЕ И ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

Введение. Сообщаются общие сведения о роли подземных вод в процессе строительства и эксплуатации застроенных территорий.

2.1. Геологические условия

1. Оценить рельеф на основе анализа плана участка в горизонталях, указать абсолютные отметки, колебания высот, наличие неровностей микрорельефа, общий уклон, наличие склонов и их углы.

2. Построить геолого-литологический разрез по описаниям колонок буровых скважин (см. табл. 1). Правила построения разреза приведены в прил. 1.

3. Для грунта первого слоя, не имеющего наименования (табл. 1) выполнить следующее:

• установить его наименование по ГОСТ, руководствуясь прил. 2 (табл. 2.1) для несвязных грунтов, используя результаты гранулометрического анализа табл. 2; для связных, используя число пластичности Ip (табл. 2. 3);

• руководствуясь прил. 3, построить график гранулометрического состава и определить следующие характеристики грунта: 1) действующий d₁₀ и контролирующий d₆₀ диаметры; 2) степень неоднородности С_u по ГОСТ; 3) суффозионную устойчивость; 4) ориентировочное значение коэффициента фильтрации k; 5) высоту капиллярного поднятия h_к;.

4. Выделить инженерно-геологические элементы (ИГЭ) в пределах пробуренной толщи, руководствуясь прил. 4.

5. Указать глубину залегания коренных пород и характеристик их кровли (уклон, расчлененность).

6. Установить категорию сложности инженерно-геологических условий по геологическим факторам (разрезу), используя прил. 5. Указать слабые ИГЭ.

7. На разрез нанести контуры котлована и траншеи, заданные преподавателем.

 

 

2.2. Гидрогеологические условия

Описание составляется на основе анализа колонок буровых скважин, геолого-литологического разреза и карты гидроизогипс.

1. Для разреза в целом устанавливают:

• количество водоносных горизонтов (слоев);

• тип по условиям залегания (грунтовые, межпластовые, верховодка и др.);

• наименование водовмещающих и водоупорных слоев;

• глубину залегания и мощность каждого водоносного горизонта (слоя);

• величину напора Н_изб для напорных водоносных горизонтов.

2. Для горизонта грунтовых вод построить карту гидроизогипс (прил. 6) и нанести на нее контуры котлована и траншеи. По карте установить:

• направление потока и его характер (плоский, радиальный);

• величину гидравлического градиента i и скорость потока на уча­стках с максимальным и минимальным перепадом уровней грунто­вых вод;

• участки возможного подтопления, используя для этого данные о геологическом строении площадки и заглублении сооружений.

3. По данным химического анализа грунтовых вод (табл. 4), руководствуясь прил. 7, выполнить следующее:

• составить формулу химического состава воды,

• дать наименование воды,

• определить виды агрессивности воды к бетону, используя табл. 7.3 прил. 7 и СНиП 2.03.11-85;

4. Определить категорию сложности участка по гидрогеологическим факторам (прил. 5).

2.3. Гидрогеологические расчеты при строительном водопонижении

1. Начертить схему котлована и траншеи¹ в условиях построенного разреза, указав на нем численные значения следующих отметок: при-родной поверхности NL и поверхности водоносного горизонта WL (при

наличии у них уклона принимают среднее значение отметки); дна котлована dL и поверхности водоупорного слоя BL (рис. 8.1, 8.2 прил. 8).

Установить тип выемки.

2.Выбрать расчетную схему притока Q к котловану и траншее, учитывая тип выемки (совершенный, несовершенный) и характер потока (плоский, радиальный), руководствуясь прил. 8.

3.Определить величину водопонижения S.

4. Рассчитать приведенный радиус котлована r_о (в случае использования метода «большого колодца»).

5. Установить радиус (зону) влияния водопонижения R: расчетом по эмпирической формуле и по таблице средних значений; для короткого котлована – с учетом величины r_о.

6. Рассчитать мощность «активной зоны» для несовершенной выемки.

7. Установить возможность поступления воды в осушаемый котлован (траншею) из поверхностного водоема.

8.Рассчитать величину водопритока Q.

 

2.4. Прогноз процессов в грунтовой толще, связанных

с понижением уровня грунтовых вод

1.Механическая суффозия в откосах выемки:

• определить величину гидравлического градиента i при водопонижении в котловане и траншее;

• указать степень неоднородности грунта С_u, установленную ранее;

• на график прогноза суффозионного выноса (прил. 9) нанести точки, соответствующие значениям i и С_u, для котлована и траншеи;

• сделать вывод о возможности развития суффозии; описать виды деформаций в грунтовой толще и их воздействие на сооружение;

• предложить профилактические мероприятия.

2.Фильтрационный выпор в дне выемки.

На схеме несовершенной выемки (п. 3.1) показать шпунтовое ог-раждение, руководствуясь прил. 9 п. 9.2, рассчитать глубину его погружения ниже дна выемки исходя из мощности активной зоны H_а; рекомендаций ТСН 50-302-96 СПб (п. 3.7, 3.3).

 

 

3. Оседание поверхности земли.

Для решения этой задачи величина понижения первоначального уровня водоносного горизонта S принимается равной 2 м для всех вариантов. Показатели свойств грунта приведены в табл. 3, а формулы для расчетов - в прил. 9.

При наличии в пределах водоносного горизонта двух и более видов грунта (различающихся по составу, состоянию и свойствам) осадка рассчитывается для каждого выделенного инженерно-геологического элемента (ИГЭ).

2.5. Оценка воздействия напорных вод на дно котлованов и траншей

При оценке воздействия напорных вод на дно котлованов и траншей необходимо:

• рассчитать давление напорных вод p_w;

• рассчитать давление грунта («целика») p_гр в основании котлована (траншеи);

• установить возможность прорыва напорных вод или разуплотнения грунта в дне котлована;

• предложить варианты безопасного ведения работ;

• оценить возможность оседания поверхности при снижении напоров.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Дать характеристику участка на основе анализа рельефа и разреза; указать выделенные ИГЭ и оценить категорию сложности по этим факторам.

2. Оценить категорию сложности участка по гидрогеологическим и гидрохимическим факторам.

3. Перечислить неблагоприятные процессы в грунтовой толще, связанные с техногенным воздействием при строительном освоении территории.

4. Оценить категорию сложности инженерно-геологических условий в целом.

5. Указать необходимые защитные мероприятия.

 

 

ДАННЫЕ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ

ИЗЫСКАНИЙ

Карты фактического материала

 

 

Рис. 1. Участок 1, Масштаб 1:2000

 

Рис. 2. Участок 2, Масштаб 1:2000

 

 

8
Рис. 5. Участок 5, Масштаб 1:2000

 

 

Рис. 6. Участок 6, Масштаб 1:2000

 

 

Рис. 7. Участок 7, Масштаб 1:2000

Рис. 8. Участок 8, Масштаб 1:2000

 

10

Рис. 9. Участок 9, Масштаб 1:2000

Рис. 10. Участок 10, Масштаб 1:2000

 

 

 

Таблица 1

Описание колонок буровых скважин

* В числителе - отметка уровня появления воды, в знаменателе - отметка установившегося уровня. 12  

Результаты гранулометрического анализа грунтов 1-го слоя

 

 

Таблица 3

Значения некоторых показателей физико-механических свойств грунтов

 

Таблица 4

Данные химического анализа грунтовых вод

Рекомендуемая литература:   1. Ананьев В.П., Потапов А.Д. Инженерная геология. М.,… 27 ПРИЛОЖЕНИЯ

КЛАССИФИКАЦИЯ ДИСПЕРСНЫХ ГРУНТОВ ПО

ГОСТ 25100-95. ГРУНТЫ

Примечание: При наличии в крупнообломочных грунтах песчаного заполнителя более…  

СУММАРНАЯ КРИВАЯ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО

СОСТАВА

Порядок построения кривой в полулогарифмическом масштабе: 1. На основе результатов гранулометрического анализа (табл. 3.1) составляют… Таблица 3.1

Вспомогательная таблица полных остатков

(составляется студентом)

 

2. Выбирают масштаб графика (рис.3.1 прил.3). Рекомендуемый масштаб: по оси ординат 1 см – 20 или 10 %, по оси абсцисс 4 см соответствует lg 10 = 1. В начале координат на оси абсцисс ставят обычно число 0,001, а затем откладывают отрезок 4 см вправо 3–4 раза, делая отметки и ставя против них последовательно числа 0,01; 0,10; 1,00; 10.

3. Расстояния между каждыми двумя отметками делят на девять частей пропорционально логарифмам чисел 2,3,4,5,6,7,8,9[1] и с учетом выбранного масштаба. В нашем случае основание шкалы lg 10 = 1 соответствует отрезку длиной 4 см, тогда lg 2=0,3 будет соответствовать отрезку 0,3∙4=1,2 см; lg 3=0,48 будет соответствовать отрезку 0,48х4=1,9 см и т.д. до девяти.

Вычисленные таким способом отрезки откладывают по оси абсцисс в пределах каждого выделенного интервала (0,001-0,01; 0,01-0,1; 0,1-1 и т.д.). При этом в первом от начала координат интервале выделенные отрезки соответствуют диаметрам частиц от 0,002 до 0,009 мм, во втором - от 0,02 до 0,09 мм, в третьем - от 0,2 до 0,9 мм, в четвертом от 2 до 10 мм.

4. По данным табл.2 на график наносят соответствующие точки, которые соединяют плавной кривой. Пример суммарной кривой приведен на рис.3.1.

 

Рис. 3.1. Суммарная кривая гранулометрического состава

 

Практическое применение суммарной кривой:

· нахождение d₁₀ – действующего и d₆₀ – контролирующего диаметров.

 

 

 

Из точек на оси ординат, соответствующих 10% и 60% проводят линии параллельно оси абсцисс до пересечения с кривой; из точек пересечения опускают перпендикуляры на ось абсцисс; полученные на ней точки покажут соответственно значения d₁₀ и d₆₀ .

· определение степени неоднородности гранулометрического состава производят по формуле C_u= d₆₀ /d₁₀. Крупнообломочные грунты и пески считаются неоднородными при C_u > 3. Грунты считаются суффозионно неустойчивыми при C_u > 10.

· определение ориентировочных значений коэффициента фильтрации k (м/сут) для песков по эмпирическим формулам: k=Сd²₁₀, где С - эмпирический коэффициент, зависящий от гранулометрического состава (для чистых и однородных песков С принимают 1200¸800, для пылеватых и глинистых 800¸400); формула применима при степени неоднородности С_u меньше 5 и значениях d₁₀ > 0,1. Если это условие не соблюдено, то значения k принимают по таблицам средних значений (прил.8) или определяют экспериментально.

· определение ориентировочных значений высоты капиллярного поднятия h_k, (см) по эмпирической формуле:

где е - коэффициент пористости, д.ед. (см. табл. 3 задания); С - эмпирический коэффициент; в интервале 0,1–0,5 принимается в зависимости от крупности частиц и наличия примесей.

 

 

Приложение 4

ВЫДЕЛЕНИЕ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ

За инженерно-геологический элемент (ИГЭ) принимают некоторый объем грунта одного и того же номенклатурного вида однородного по свойствам и… Основанием для выделения ИГЭ служат следующие показатели свойств и состояния… · для песчаных грунтов – гранулометрический (зерновой) состав и коэффициент пористости;

КАТЕГОРИИ СЛОЖНОСТИ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ

(ПО СП 11-105-97)

 

 

Приложение 6

ПОСТРОЕНИЕ КАРТЫ ГИДРОИЗОГИПС

И ЕЕ ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

Последовательность выполнения: 1. На карту фактического материала наносят все имеющиеся скважины с указанием… 2. Выбирают сечение гидроизогипс (оно может изменяться в пределах от 0,1 до 1,0 м и больше, в зависимости от перепада…

Приложение 7

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД. ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ВОДЫ ПО ОТНОШЕНИЮ К БЕТОНУ

Подземные воды – это сложные многокомпонентные растворы. В них находятся растворенные вещества в виде ионов, коллоидные частицы, газы,… Результаты химического анализа воды приводят в виде таблиц, формул, диаграмм.… Данные химического анализа воды, приведенные в задании (табл.4), представлены в ионной форме (мг/л). Для составления…

Выражение результатов анализа в различных формах.

Примечание. Данные для графы 2 берут из задания, табл.4. Графы 3 и 4 заполняют после произведенных расчетов.

 

41

Порядок выполнения расчета и составления

Химической формулы воды.

2. Вычисляют сумму катионов и сумму анионов в мг×экв (теоретически они должны быть равны, но возможны небольшие расхождения). 3. Перевод из эквивалентной формы в процент-эквивалентную: сумму катионов в… 4. Вычисляют сумму катионов, сумму анионов и общую сумму ионов М, выраженные в мг/л.

Оценка качества воды по отношению к бетону.

Предварительная оценка агрессивности подземной воды к бетону производится по табл.7.3, где приведены значения показателей, при которых вода является неагрессивной средой. Если содержание ионов или рН отличаются от приведенных в табл.7.3, то оценку агрессивности следует проводить в соответствии с требованиями СНиП 2.03.11-85. Защита строительных конструкций от коррозии.

 

 

Таблица 7.2.

Оценка минерализации воды.

 

Примечание: Понятие «минерализация» не имеет строго определенного значения. Это может быть: сумма ионов, сумма минеральных веществ, сухой остаток (экспериментальный, расчетный). Иногда вместо термина «минерализаций», применяется тождественный по смыслу термин «соленость» S.

 

Таблица 7.3.

Предварительная оценка качества воды по отношению к бетону.

 

Примечание: Приведенные в таблице значения показателей агрессивности справедливы для бетона любой плотности и всех сооружений.

 

Приложение 8

ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ПРИ

СТРОИТЕЛЬНОМ ВОДОПОНИЖЕНИИ.

Строительное водопонижение применяется для снижения уровня грунтовых вод и величины избыточного напора межпластовых. Чаще всего применяют следующие… · принудительные – откачка воды из котлована, траншеи, среди них: открытый… · самотечные – отвод воды дренажными траншеями; здесь столб воды есть.

Формулы для расчетов притоков воды в безнапорном горизонте

Условные обозначения к формулам и схемам: Q – приток воды (дебит), м3/сут; k – коэффициент фильтрации грунта водоносного… L – длина траншеи, м.

Средние значения высоты капиллярного поднятия, коэффициента фильтрации радиуса влияния при водопонижении в безнапорном слое.

  Приложение 9

Прогноз последствий водопонижения

Водопонизительные работы изменяют скорость движения и направление потока грунтовых вод. Открытый водоотлив из котлованов и траншей может…  

Прогноз суффозионного выноса.

Рис. 9.1. График для оценки развития суффозии (по В.С.Истоминой): I – область разрушающих градиентов фильтрационного потока;

Фильтрационный выпор.

  9.3. Прогноз оседания поверхности земли при снижении уровня грунтовых вод.  

ПРОГНОЗ ВОЗДЕЙСТВИЯ НАПОРНЫХ ВОД НА ДНО

СОВЕРШЕННЫХ КОТЛОВАНОВ (ТРАНШЕЙ)

В случае, если на площадке строительства выявлен напорный водоносный горизонт, необходимо проверить устойчивость грунтов в основании котлованов и… · pизб < pгр – дно выработки устойчиво; · pизб = pгр – подъем дна котлована за счет разуплотнения грунта в его основании;