СКАЧАТЬ:  geologia_kursovaya.zip [4,42 Mb] (cкачиваний: 50)

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

ОЦЕНКА ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ПЛОЩАДКИ СТРОИТЕЛЬСТВА

 

 

 

                                    ВВЕДЕНИЕ

 

На строительных площадках многие трудности связаны с под­земными водами: затопление котлованов (траншей) нарушение ус­тойчивости их стенок, прорыв дна под воздействием напорных вод и другие. 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, на основе которых ведется проектирование оснований и фундаментов.

Для целей проектирования и строительства понятие «гидрогео­логические условия» можно определить как совокупность следующих характеристик водоносных горизонтов (слоёв):

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 упоров 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 да 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 прочности и деформативных показателей.

Практически все перечисленные изменения свойств грунтов, вызванные нарушением гидрогеологических условий могут приводить к дополнительным осадкам грунтовой толщи и деформациям сооружений.

 

 

 

 

 

 

ЗАДАНИЕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1. Карта фактического материала, участок №3, масштаб 1:2000.

Таблица 1. Исходные данные для построения колонок буровых  скважин

№ скв. и абсолютотметка устья	Номер слоя	Геологический индекс слоя	Полевое описание пород	Отметка подошвы слоя, м.	Отметка уровней подземных вод
2  36,2	1	mlQIV	Песок пылеватый, средней плотности, с глубины 1,0 м, водонасыщенный	35,0	35,2 35,3
	2	lgQIII	Суглинок ленточный, мягкопластичный	32,1
	3	gQIII	Песок гравелистый, плотный, водонасыщенный	29
	4	gQIII	Суглинок с гравием, галькой, полутвердый	25,1
	5	€I	Глина голубая, полутвердая	24,2
4 33,2	1	mlQIV	?	31,8	33,0 33,1   28,3 33,0
	2	lgQIII	Суглинок слоистый, полутвердый	28,3
	3	gQIII	Песок гравелистый, плотный, водонасыщенный	26,1
	4	gQIII	Суглинок с гравием, тугопластичный	22,6
	5	€I	Глина голубая, твердая	21,6
6 33,6	1	mlQIV	Песок пылеватый средней плотности, водонасыщенный	31,4	32 32
	2	lgQIII	Супесь слоистая, пластичная	28,2
	3	gQIII	Песок гравелистый, плотный, водонасыщенный	27,4
	4	gQIII	Суглинок с гравием, галькой, тугопластичный	23,7
	5	€I	Глина голубая, полутвердая	21,2

 

Таблица 2. Результаты гранулометрического анализа грунтов 1-го слоя

№уч	№сква-жины	Галька	Гравий	Песчаные				Пылеватые		Глини-стые
				2-0,5	0,5-0,25	0,25-0,1	0,1-0,05	0,05-0,01	0,01-0,005
3	4	-	-	32	20	11	18	10	7	3

 

ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ

 

1.1. Из представленной карты практического материала делаем выводы. Участок представляет собой долину, имеющую небольшой уклон в северо-восточном направлении, в северо-восточной части имеется овраг. Абсолютные отметки поверхности на участке от 33,2 м (скв. 4) до 36,2 м (скв. 2). Колебание высот на участке 3м.

Уклон рассчитаем  по линии, проведенной вдоль скважин 2-4-6:

I_2-4 = (36,2 – 33,2) / 90 = 0,033

I_4-6 = (33,6 – 33,2) / 110 = 0,004

 

 

1.2. Строим геолого-литологический разрез по линии, проведенной через скважины 2-4-6 (рис. 2). Исходные данные для построения разреза приведены в табл. 1.

 

 

Рисунок 2. Геолого-литологический разрез.

 

1.3. Для верхнего грунта скв. 4. Заданы следующие результаты гранулометрического состава (табл. 2.)

 

 

 

Таблица 2. Результаты гранулометрического анализа грунтов 1-го слоя

№уч	№сква-жины	Галька	Гравий	Песчаные				Пылеватые		Глини-стые
				2-0,5	0,5-0,25	0,25-0,1	0,1-0,05	0,05-0,01	0,01-0,005
3	4	-	-	32	20	11	18	10	7	3

Т.к. частиц размером >0,25мм в грунте 51%, то этот грунт – песок средней крупности.

 

Далее строим график гранулометрического состава (рис.3). Для этого составляем вспомогательную таблицу полных остатков (табл. 3).

 

Таблица 3. Вспомогательная таблица полных остатков

Диаметры частиц, мм	<2	<0,5	<0,25	<0,1	<0,05	<0,01	<0,005
Сумма фракций, %	100	69	49	38	20	10	3

 

Выбираем масштаб графика по оси ординат 1см – 10%, по ассо абсцисс 4 см соответствуют lg10=1.

 

Рисунок 3. Суммарная кривая гранулометрического состава

 

Определим степень неоднородности гранулометрического состава по формуле:

 

                                                                     С_u = d₆₀/d₁₀,                                                            (1)

                                                              С_u = 0,33/0,01 = 33

 

Грунт неоднородный, суффозионно неустойчивый.

 

Определим ориентировочное значение коэффициента фильтрации k (м/сут). Для песков со степенью неоднородности меньше 5 и d₁₀ больше 0,1, он определяется по формуле:

                                                          k = C×d²₁₀ ,                                                          (2)

 

где   С – эмпирический коэффициент, зависящий от гранулометрического состава,
                С=400…1200.

В остальных случаях значение k определяют по таблицам средних значений или экспериментально. Для заданного песка (средней крупности) определяем k=10…30 м/сут.

 

Высота капиллярного поднятия определяется по формуле:

 

                                                        h_K = C/(e×d₁₀) ,                                                         (3)

 

где   е – коэффициент пористости, е = 0,66 д.ед. для песка средней крупности,

        С – эмпирический коэффициент, примем С = 0,3.

 

                                                         h_K = 0,3/(0,66×0,01) = 45 см.

 

 

 

                           Рисунок 4. Инженерно-геологические элементы.

 

За инженерно-геологический элемент принимают некоторый объем грунта одного номенклатурного вида, однородного по свойствам и состоянию. Этот объем может быть представлен слоем или частью слоя, линзой, прослоем, иногда целой пачкой ритмично перемежающихся слоев или прослойков.

Основанием для выделения ИГЭ служат следующие показатели свойств и состояния  грунта:

- для песчаных грунтов: гранулометрический состав и коэффициент пористости;

- для глинистых грунтов: число пластичности, показатель текучести, коэффициент пористости, влажность.

Дополнительно могут быть использованы такие показатели как модуль деформации, сопротивление сдвигу и другие.

Инженерно-геологические элементы (ИГЭ) в пределах пробуренной толщи:

1. Песок пылеватый, средней плотности, с глубины 1м водонасыщенный, (mlQ_IV).
2. Песок средней крупности, водонасыщенный, (mlQ_IV).
3. Песок пылеватый, средней плотности, водонасыщенный, (mlQ_IV).
4. Суглинок ленточный, мягкопластичный, (lgQ_III)
5. Суглинок слоистый, полутвердый, (lgQ_III)
6. Супесь слоистая, пластичная, (lgQ_III)
7. Песок гравелистый, плотный, водонасыщенный, (gQ_III)
8. Суглинок с гравием, галькой, полутвердый, (gQ_III).
9. Суглинок с гравием, тугопластичный, (gQ_III)

10.  Глина голубая, полутвердая €₁.

1.5. Коренная порода — это магматическая или осадочная горная порода, не подвергшаяся существенному изменению выветриванием и денудацией после выхода на земную поверхность, т.е. породы, залегающие под четвертичными отложениями.

Коренной породой в представленном разрезе является слой голубой глины (€_I). Кровля слоя падает по направлению от скв. 2 (глубина залегания – 25,1м) к скв. 6 (глубина залегания –23,7м). Расчлененность пласта коренной породы на данном разрезе не наблюдается. Данная коренная порода является довольно устойчивым основанием.

1.6. Категория сложности инженерно-геологических условий устанавливаем по геоморфологическим условиям и геологическим факторам: II (средней сложности).

Геоморфологические условия – площадка в пределах нескольких геоморфологических элементов одного генезиса. Поверхность наклонная, слабо расчлененная.

Геологические факторы в сфере взаимодействия зданий и сооружений с геологической средой – находится не более 4 слоев различных по литологии, залегающих наклонно, с выклиниванием. Мощностью изменяется закономерно. Существенное изменение характеристик свойств грунтов в плане или по глубине.

Гидрогеологические факторы в сфере взаимодействия зданий и сооружений с геологической средой – несколько выдержанных горизонтов подземных вод, местами с не однородным химическим составом.

Слабые ИГЭ расположены в 2 слоя: 1-2-3 и 7.

 

 

 

 

 

 

 

 

2. ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ

 

2.1 На участке имеется 2 водоносных слоя.

Первый водоносный слой:

– по типу залегания относится к грунтовым;

- водоносный слой – песок (mlQ_IV), первый (поверхностный), мощность 2,8…4,0м;

- водоупорный слой (первый) – ленточный суглинок (lgQ_III), мягкопластичный;

- слой ненапорный.

Второй водоносный слой:

- по типу залегания относится к межпластовым,

- водоносный слой – гравелистый песок (gQ_III), средней плотности, водонасыщенный, глубина залегания 4,0…5,5 м, мощность слоя около 2,1…3,1 м;

- водоупорный слой (второй) – глина голубая (€_I), твердая или тугопластичная;

- напор Н_изб = 4,7м.

 

 

2.2 Характер потока грунтовых вод

Грунтовый поток радиальный.

Рассчитаем величины, характеризующие грунтовый поток, в заданном направлении, т.е. на отрезках 65-66 и 66-67.

 

Гидравлический градиент:

 

                                                           i = ΔH/l ,                                                                 (4)

 

где    ΔH – перепад отметок в соседних точках,

             l – расстояние между точками.

I_65-66 = (9,2 – 8,3)/55 = 0,016

I_66-67 = (9,8 – 9,2)/75 = 0,008

 

Скорость потока кажущаяся:

 

                                                             V = k×i ,                                                              (5)

 

где      - коэффициент фильтрации, как указывалось ранее k =20…75 м/сут.

 

Скорость грунтового потока действительная:

 

                                                          V_Д = V/n ,                                                              (6)

где n - пористость водовмещающих пород, принимаем для песка крупного  n =0,43

V_65-66 = 40×0,016 = 0,64

V_66-67 = 40×0,008 = 0,32

V_{Д 65-66} = 0,64/0,43 = 1,5

V_{Д 66-67} = 0,32/0,43 = 0,74

Участок возможного подтопления – в западной части углубленного сооружения.

2.3. Анализ грунтовых вод

В задании приведены данные химического состава грунтовых вод. Произведем перевод из ионной формы в эквивалентную, для этого содержание иона в мг/л разделим на его эквивалентную массу. Результаты в табл. 4.

 

Таблица 4. Выражение результатов анализа.

Ионы	Содержание, мг/л	Эквивалентное содержание		Эквивалентная масса
		мг×экв.	(% экв.)
Ca2+ Катионы    Mg2+                 K+Na+	83 12 13	4,14 1 0,57	73 17 10	20,04 12,16 23
Сумма катионов	108	5,71	100
SO42- Анионы     Cl-                  HCO3-	27 10 290	0,56 0,28 4,75	10 5 85	48,03 35,46 61,01
Сумма анионов	327	5,59	100
Общая сумма	435

 

                 HCO₃ 85 SO₄ 10

М_0,44                                                   рН 7,6

             Са 73  Mg 17  К+Na 10

 

По общему содержанию солей устанавливаем наименование воды – пресная,

По преобладающим ионам – бикарбонатно-кальциевая.

По кислотности – щелочная.

Грунтовые воды на участке являются неагрессивными по отношению к бетону.

Оценка качества воды по отношению к бетону.

 

Для скв.9.

Бикарбонатная щелочность HCO₃^- , мг/л:  70 < 85.4.

Водородный показатель рН: 7.5 > 6.5.

Содержание магнезиальных солей в пересчете Mg²⁺, мг/л: 70 < 1000.

Содержание едких щелочей в пересчете на ионы К⁺ и Na⁺, мг/л: 120 > 50.

Содержание сульфатов в пересчете на ионы SO₄^2-, мг/л: 7 < 250.

Вода является агрессивной по отношению к бетону из-за содержания бикарбонатной щелочности, едких щелочей.

 

2.4 Категория сложности участка по гидрогеологическим факторам – средней сложности.

3. ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ

ПРИ СТРОИТЕЛЬНОМ ВОДОПОНИЖЕНИИ

 

Способ водопонижения – самотечное, т.е. отвод воды дренажной траншеей
(l/b <10). Глубина выемки 4,0 м. Тип выемки – совершенная, т.к. ее дно доходит до водоупора.

При водопонижении формируется радиальный поток. Поступление воды в котлован (траншею) из поверхностного водоема не будет.

Для дренажной траншеи принимаем произвольно S=0,5Н₁=0,5×4 = 2м

Радиус влияния водопонижения рассчитывается по эмпирической формуле:

 

                                                                R = 2×SÖh×k ,                                                   (7)

                                                    R = 2 × 2 Ö4×40 = 50,6 м.

Значение – заниженное.

Табличное значение R=100…120м, для расчета принимаем меньшее значение.

Определим приток воды:

                                                         ,                                                (8)

Для траншеи с притоком с двух сторон:

 

                                                           ,                                                     (9)

где       k – коэффициент фильтрации грунта, принимаем k=40м/сут;

            h₁ и h₂ – мощность до и после водопонижения, м;

            R – радиус влияния водопонижения, м;

            l – длина траншеи, м.

 

 

Рисунок 5. Схема притока к совершенной траншее.

 

4. ПРОГНОЗ ПРОЦЕССОВ В ГРУНТОВОЙ ТОЛЩЕ,

СВЯЗАННЫХ С ПОНИЖЕНИЕМ УРОВНЯ ГРУНТОВЫХ ВОД

 

1. Механическая суффозия в откосах выемки

Возможность развития суффозии определим по графику Истоминой. Значение С_u = 12 было определено ранее.

Значение i рассчитаем по формуле:

 

                                               i = S/0,33R ,                                                              (12)

 

где      S – разность напоров водоносного слоя, S=2м;

           R – путь фильтрации, равный наибольшему значению радиуса влияния, м;

                Принимаем табличное значение R = 120м.

 

                                                          i = 2/0,33×120 = 0,05

 

Получаем точку на графике (0,05;12), находящуюся ниже кривой, т.е. в области безопасных градиентов. Суффозионного выноса можно не опасаться.

 

1. Фильтрационный выпор в дне выемки

Т.к. котлован – совершенный и величина градиента при водопонижении i<1, то фильтрационного выпора можно не опасаться.

 

1. Оседание поверхности земли

Предварительный расчет осадки территории произведем по формуле:

 

                                                           ,                                                     (13)

где       S_w – величина водопонижения, принимаем S_w = S = 2м;

            Е – модуль общей деформации грунта в зоне депрессионной воронки,

                  примем Е= 40×10³ кПа.

 

                                                           ,                                                     (14)

                                                    ,                                               (15)

                                                           ,                                                    (16)

или                                             ,                                               (17)

 

где       γ – удельный вес грунта, для ленточного суглинка γ = 27,2 кН/м³;

            γ_sb – то же ниже уровня грунтовых вод;

            γ_s - удельный вес твердых частиц грунта, кН/м³;

            γ_w - удельный вес воды, γ_w = 10 кН/м³;

            n, е – показатели пористости, n = 0,55 д.ед., е = 0,9;

           w – влажность, для суглинка w=14…19%.

 

 

 

 

 

 

Рисунок 6. Схема оседания поверхности земли при водопонижении:

А – зона аэрации до водопонижения, Б – зона полного водопонижения,

В – зона «осушенного» грунта.

 

 

 

5. ОЦЕНКА ВОЗДЕЙСТВИЯ НАПОРНЫХ ВОД НА ДНО КОТЛОВАНА (ТРАНШЕИ)

 

При высоком давлении напорных вод возможен подъем дна котлована за счет разуплотнения грунта в его основании или прорыв напорных вод в котлован (рис.7). Проверим, возможны ли данные явления на участке. Для этого вычислим значения избыточного давления и давления грунта и сравним их.

Давление напорных вод рассчитывается по формуле:

 

                                                                  р_изб = γ_w×H_w ,                                                           (18)

 

где  H_w – разность высот между уровнем появления воды и уровнем установившейся воды,.

       γ_w – удельный вес воды, кН/м³.

 

Давление грунта рассчитаем по формуле:

 

                                                               р_гр = γ×h_{гр ,}                                                                    (19)

 

где   γ – удельный вес грунта, кН/м³;

        h_гр – высота слоя грунта между водоносным слоем и дном котлована.

Высоту грунта можно определить как разность глубины залегания водоносного слоя и глубины котлована. В данном случае:

 

                            h_гр = 11,4 – 7,4 – 2 = 2 м.

                           р_гр  = 27,2×2 = 54,4 кПа

                           H_w = 10,2 – 5,5 = 4,7 м.

                           р_изб = 10×4,7 = 47 кПа

 

Т.к. р_изб<р_гр , то прорыва напорных вод в котлован не будет.

 

 

Рисунок 7. Схема воздействия напорных вод на дно котлована

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Участок представляет собой долину, имеющую небольшой уклон на запад. Абсолютные отметки поверхности от 11,4м до 9,3м. Уклон I = 0,016.

Из геологического разреза участка видно, что в основании залегает слой коренной породы, представленный голубой глиной. Такая глина является достаточно устойчивым основанием. Четвертичные отложения – гляциальный и элювиальные – представлены песками различной крупности и водонасыщенности, а также слоем суглинка с линзами супеси. Слои залегают наклонно, мощность их изменяется закономерно.

В четвертичных отложениях наблюдаются отличия в структуре и водонасыщении слоев, что дает основания для выделения большого числа ИГЭ (рис. 2).

Слои песка являются водоносными, а слои суглинок и глина – водоупорными. В результате чего на участке имеется два типа подземных вод: ненапорные грунтовые и напорные.

Площадка для строительства, расположенная на данном участке имеет II категорию сложности (среднюю).

Перед началом строительных работ на участке необходимо произвести водопонижение, тип – самотечное, т.е. отвод воды дренажной траншеей. В результате водопонижения произойдет некоторое оседание поверхности земли (рис. 6).

 

 

1.  Категория сложности инженерно-геологических условий.

Категория сложности – II(средней сложности).

Геоморфологические условия – площадка в пределах нескольких

геоморфологических элементов одного генезиса. Поверхность наклонная, слабо расчлененная.

Геологические факторы в сфере взаимодействия зданий и сооружений с геологической средой – находится не более 4 слоев различных по литологии, залегающих наклонно, с выклиниванием. Мощностью изменяется закономерно. Существенное изменение характеристик свойств грунтов в плане или по глубине.

Гидрогеологические факторы в сфере взаимодействия зданий и сооружений с геологической средой – несколько выдержанных горизонтов подземных вод, местами с не однородным химическим составом.

Слабый ИГЭ - Супесь пылеватая пластичная, песок пылеватый.

ИГЭ в пределах пробуренной толщи: перечислить.

1. Категория сложности участка по гидрогеологическим факторам.

 Участок относится ко II категории сложности, т.к. имеет два горизонта подземных вод с неоднородным химическим составом.

1. Неблагоприятные процессы в грунтовой толще, связанные с техногенным воздействием при строительном освоении территории.

Возможен прорыв напорных вод. 

4. Оценка категории сложности инженерно-геологических условий в целом.

II категория (средней сложности).

5. Необходимые защитные мероприятия.

Защита бетона от бикарбонатной щелочности, едких щелочей, водопонижение от несовершенной выемки.