Министерство образования и науки Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования «САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНОСТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» (СПБГАСУ) Кафедра геотехники Курсовая работа на тему: «ОЦЕНКА ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ПЛОЩАДКИ СТРОИТЕЛЬСТВА» Работу выполнил Студент гр. 4СДПГСуст-2 Лабынцева Д.В. Проверил: Ремизова Н.В. Санкт-Петербург 2024 г. Оглавление Введение……………………………….……………………………….………...…..3 1. Исходные данные……………………………………………………..…..............4 2. Геологические условия…………………………………………………………...6 2.1 Анализ гранулометрического состава грунта ……………………..………...6 2.2 График гранулометрического состава ………………………….……………6 2.3 Инженерно-геологический разрез ……………………….………...…………8 2.4 Физико-механические характеристики инженерно-геологических элементов………………………………………………………….…………...........10 3. Гидрогеологические условия……………………………….……….….………11 3.1 Анализ инженерно-геологического разреза……………..………..………...11 3.2 Карта гидроизогипс грунтовых вод…………………………….…………...13 3.3 Анализ агрессивности грунтовых вод………………………………............14 4. Категория сложности инженерно-геологических условий……..…………….15 5. Гидрогеологические расчёты при строительным водопонижени……………16 5.1 Исходные данные о строительном котловане и траншее…….…………...16 5.2 Строительные выработки……………………………………………………16 5.3 Исходные данные для расчётов……………………………………..………17 5.4 Расчёт водопритока…………………………………………………..………18 6. Прогноз процессов, связанных с понижением уровня грунтовых вод………20 6.1 Механическая суффозия в откосах котлована……………………..………20 6.2 Оседание поверхности земли………………………….……………………21 Заключение………………………………………………………………………...22 Список используемой литературы……………………………..………………...24 2 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, предусмотренных СП 47.13330.2016. «Свод правил. Инженерные изыскания для строительства. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 11-02-96»), на основе которых ведется проектирование фундаментов. Номер зачетной книжки оканчивается на: 49 Вариант 9, Номер участка 3, номера скважин 19,20,21. 3 оснований и 1. Исходные данные 2.1. Характеристика рельефа заданного участка Рельеф холмистый, с холмом на Юго-Восток. Абсолютные отметки: max отметка –18,4м; min отметка –13,8м. Колебания высот: 4,6 м. Общий уклон: i =(18,3-15,9)/60=0,04рад= 5°7` между 22 и 18 скв. с Юга на Север Рисунок 1 Карта участка местности Участок №3 маштаб 1:2000 Таблица 1 Уклоны Скважина Начальная отметка Конечная отметка 15-16 16-17 17-18 19-20 20-21 21-22 13,8 14,6 17,0 15,2 16,9 18,4 14,6 17,0 15,9 16,9 18,4 18,3 Разность Расстояние высот 0,8 2,4 1,1 1,7 1,5 0,1 70 85 80 70 90 70 Уклон 0,0114 0,0282 0,0138 0,0243 0,017 0,0014 Уклон в Уклон в градусах процентах 0,65 1,62 0,79 1,39 0,95 0,08 Абсолютные отметки: max отметка –18,4м; min отметка –13,8м. Колебания высот: 4,6 м. Максимальный уклон 1,62°. Общий уклон: i = 0°55` как среднее. 4 1,14 2,82 1,38 2,43 1,67 0,14 Индекс слоя Полевое описание пород Отметка подошвы слоя, м 1 2 3 4 Установ ившийс я уровень № слоя Отм. Появле ния, м Таблица 2 Данные по колонкам скважин Сведения о воде 5 6 14,3 14,3 16,2 16,2 10,8 16,5 17,3 17,3 Скважина номер 19. Абсолютная отметка устья 15,2 м Насыпной грунт 14,3 ml IV Песок мелкий, средней плотности 12,2 3 lg III Суглинок ленточный, мягкопластичный 9,5 4 lg III Супесь песчанистая, с гравием, пластичная 6,4 5 g III Суглинок с гравием, тугопластичный 5,2 1 t IV 2 Скважина номер 20. Абсолютная отметка устья 16,9 м 1 ml IV Неизвестный слой 13,0 2 lg III Суглинок ленточный, текучий 10,9 3 g III Супесь песчанистая, с гравием, пластичная 8,2 4 g III Суглинок с гравием, полутвердый 6,9 Скважина номер 21. Абсолютная отметка устья 18,4 м 1 ml IV Песок пылеватый, средней плотности 14,5 2 lg III Суглинок ленточный, текучий 10,5 3 lg III Супесь песчанистая, с гравием, пластичная 7,4 4 g III Суглинок с гравием, полутвердый 6,4 Таблица 3 Данные по гранолометрическому составу грунта неизвестного слоя скважины №20 гравий диаметр, мм 10-5 содержание, % - Песчаные Пылеватые 5-2 2 - 1 1-0,5 0,5 - 0,25 0,25 - 0,1 0,1 - 0,05 0,05 - 0,01 0,01 - 0,002 - 2 5 25 45 13 8 Глинистые < 0,002 2 - Таблица 4 Результаты химического анализа грунтовых вод номер скважины K+Na Mg Са Cl S04 HCO3 мг/л 20 342 82 pH д.е. 150 663 5 50 561 7,4 2. Геологические условия 2.1 Анализ гранулометрического состава грунта Таблица 5 Анализ гранулометрического состава грунта Диаметр частиц, мм 10-5 Содержание фракций, % - 5-2 2 - 1 1-0,5 0,5 - 0,25 0,25 - 0,1 0,1 - 0,05 0,05 - 0,01 0,01 - 0,002 - 2 5 25 45 13 8 < 0,002 2 - Вспомогательная таблица для определения разновидности грунта по крупности Таблица 6 Вспомогательная таблица для определения разновидности грунта по крупности Диаметры частиц, мм Содержание по массе, % >10 >2 >0,5 >0,25 >0,1 - - 7 32 77 По данным таблицы из пункта 2.1 грунт первого слоя, не имеющий наименования, по ГОСТ 25100-2011 называется «Песок мелкий», т. к. содержание частиц d >0,1мм, более 75%. 2.2. График гранулометрического состава По результатам гранулометрического анализа пункт 2.1. составим вспомогательную таблицу «полных остатков» Таблица 7 Полных остатков Диаметр частиц, мм <10 <5 <2 Содержание по массе 100 100 100 98 <1 <0,5 <0,25 <0,1 <0,05 93 68 23 10 6 <0,01 <0,002 2 - Рисунок 1 График гранулометрического состава По графику находим d10= 0,05мм и d60=0,22мм Степень неоднородности Cu=d60/d10=0,22/0,05=4,4 По ГОСТ 25100-2011 т. к. Cu>3 следовательно грунт относиться к неоднородным Вывод: В результате анализа гранулометрического состава были получены следующие данные: — песок мелкий, средней плотности, неоднородный [ГОСТ 25100-11]. 7 2.4. Инженерно-геологический разрез Масштаб: Горизонтальный 1:1000 Вертикальный 1:100 Рисунок 3 Геологический разрез Инженерно-геологический разрез Масштаб: Горизонтальный 1:1000 Вертикальный 1:100 Рисунок 4 Инженерно-геологический разрез 9 2.4 Физико-механические характеристики инженерно-геологических элементов Таблица 8 Физико-механические характеристики инженерно-геологических элементов № ИГЭ 1 2 3 4 5 6 7 8 Наименование грунта Индекс Насыпной грунт Песок пылеватый, средней плотности Песок мелкий, средней плотности Суглинок ленточный, мягкопластичный Суглинок ленточный, текучий Супесь песчанистая, с гравием, пластичная Суглинок с гравием, тугопластичный Суглинок с гравием, полутвердый t IV Плотность частиц грунта ρs, г/см3 - ml IV Плотность грунта ρ, г/см3 Число пластичности IP, % Показатель текучести IL Пористость n, д.ед. Коэффициент пористости е, д.ед. Модуль деформации Е, МПа - - - - - - 2,66 1,80 - - 0,38 0,62 11-23 ml IV 2,65 1,74 - - 0,41 0,69 18-33 lg III 2,71 1,92 0,15 0,6 0,47 0,90 6-12 lg III 2,71 1,92 0,15 1,1 0,47 0,90 6-12 g III 2,62 1,85 0,01-0,07 0,9 0,51 1,05 7-15 g III 2,71 2,15 0,14 0,31 0,31 0,45 20-30 g III 2,71 2,15 0,14 0,31 0,31 0,45 20-30 Вывод: Коренные породы не обнаружены. ИГЭ с модулем деформации менее 5МПа не обнаружено 10 3. Гидрогеологические условия 3.1. Анализ геолого-литологического разреза Количество водоносных горизонтов – 2 1. Безнапорный водоносный горизонт. По условиям залегания: грунтовый. Глубина залегания: 0,7м-1,1м от поверхности земли Водовмещающие слои: Песок пылеватый, средней плотности (ml IV, мощностью 14,5-18,4) и Песок мелкий, средней плотности (ml IV, мощностью 12,2-14,3) Водоупорные слои: Суглинок ленточный, мягкопластичный (lg III, мощностью 9,5-12,2), Суглинок ленточный, текучий (lg III, мощностью 10,5-14,5), Суглинок с гравием, тугопластичный (g Ш, мощностью 5,2-6,4) и Суглинок с гравием, полутвердый (g III, мощностью 6,4-8,2) Мощность: 2,1м - 3,2м 2. Напорный водоносный горизонт. Обнаружен около скважины 20 По условиям залегания: межпастовый Глубина залегания: 6,0м от поверхности земли Водовмещающий слой: №6 Водоупорные слои: Суглинок ленточный, мягкопластичный (lg III, мощностью мощностью 9,5-12,2), Суглинок ленточный, текучий (lg III, мощностью 10,514,5), Суглинок с гравием, тугопластичный (g Ш, мощностью 5,2-6,4), Суглинок с гравием, полутвердый (g III, мощностью 6,4-8,2) Напор: 5,7м Величина гидравлического градиента: Скважины №15-22 и скорость потока. Примем коэффициент фильтрации для песка мелкого k = 3м/сут. и пористость n = 0,41 д. ед., тогда I=ΔH/l Imax=1,9м/50м=0,038 Кажущаяся скорость грунтового потока: V=k·I Vmax=0,038·3=0,114м/сут Действительная скорость потока: Vд= V/n=0,114/0,41=0,278 м/сут Определим величину гидравлического градиента и скорость потока примем коэффициент фильтрации для песка пылеватого k = 1м/сут. и пористость n = 0,38 д. ед., тогда I=ΔH/l Imax=1,9м/50м=0,038 Кажущаяся скорость грунтового потока: V=k·I Vmax=0,038·1=0,038м/сут Действительная скорость потока: Vд =V/n =0,038/0,38=0,1м/сут 12 3.2 Карта гидроизогипс грунтовых вод Рисунок 5 Карта гидрогипс М1:2000 Участок №8 Направление потока – радиальный 13 3.3. Анализ агрессивности грунтовых вод Таблица 9 Данные химического анализа грунтовых вод Номер скважины K+Na Mg Са Cl S04 HCO3 pH 663 50 561 7,4 мг/л 20 342 Показатель агрессивности среды(воды) HCO3, мг/л pH Mg, мг/л K+Na, г/л S04 82 150 Таблица 10 Предварительная оценка агрессивности грунтовых вод Для сильно- и среднефильтрующих грунтов Данные k>0,1 м/сут значения >64,1 561 >6,5 7,4 <1000 82 <50 0,342 <250 50 Вывод: Вода является неагрессивной по отношению к бетону марки W4 по водонепроницаемости, соответственно, такая вода заведомо неагрессивна по отношению к бетону более высоких марок по водонепроницаемости. 14 4. Категория сложности инженерно-геологических условий Факторы, определяющие производство изысканий Геоморфологические Геологические Гидрогеологические Опасные геологические и инженерно-геологические процессы Общий вывод: Таблица 11 Категория сложности инженерно-геологических условий Обоснование выбора категории по Категория сложности факторам Несколько геоморфологических элементов одного генезиса. I (простая) Поверхность слабонаклонная. Более четырех литологических слоев III (сложная) Наличие напорных вод и грунтовых II (средняя) вод Отсутствуют I (простая) III (сложная) Вывод: Категория сложности на участке 3. 15 5. Гидрогеологические расчеты при строительном водопонижении 5.1 Исходные данные о строительном котловане Скважина 20 Глубина 3,1м, размеры в плане 34х29 м Контуры котлована и траншеи нанесены на инженерно-геологический разрез, представленный в подразделе 2.5. Контуру котлована и траншеи нанесены на карту грунтовых вод с гидроизогипсами, представленную в подразделе 3.2 5.2 Строительные выработки Котлован Рисунок 6 Схема водопритока к несовершенному котловану 16 Траншея Рисунок 7 Схема водопритока к совершенной траншее 5.3 Исходные данные для расчетов Скважина 21 Ширина траншеи по дну и протяженность 1,5 и 200м Отметка дна – 15,2м Котлован: а) Котлован несовершенный- дно котлована выше водоупора. б) Характер потока - радиальный т.к. короткий котлован (отношение сторон меньше10) в) Величина водопонижения S=WL-DL=16,2-13,8=2,4м г) Приведенный радиус r=√l·b/п=√(34·29)/3,14=18,48м е) Радиус депрессии rd=R+r=60+18,48=78,48м R=60м-для песка мелкого Траншея: а) Траншея несовершенная – дно траншеи выше кровли водоупора 17 б) Характер потока – плоский траншея, соотношение сторон больше 10 в) Мощность слоя воды в траншеи 0,4м г) Величина водопонижения S= WL-DL-hk =17,3-15,2-0,4=1,7м е) Радиус влияния водопонижения R=60м 5.4 Расчет водопритока Котлован Q=k·h·S/Ф, где к-коэффициент фильтрации, м/с Ф-функция понижения от действия водопонизительной системы h- средняя высота потока h=(2H-S)/2, где H мощность слоя грунтовых вод в водоносном слое до водопонижения, м . y=0,8м Траншея Q=khS/Ф, где к-коэффициент фильтрации, м/с Ф-функция понижения от действия водопонизительной системы h- средняя высота потока h=[2,6(WL-DL)-S]/2=[2,6(17,3-15,2)-1,7]=3,76м – для несовершенной траншеи Ф=R/2L=60/2·200=0,15м Q=5·3,76·1,7/0,15=213 м3/сут 18 Вывод: Водоприток в котлован составляет 99 м3/сут, в траншею 213 м3/сут. 19 6. Прогноз процессов, связанных с понижением уровня грунтовых вод 6.1 Механическая суффозия в откосах котлована Возможность развития суффозии можно определить по графику В.С. Истоминой. Помимо степени неоднородности Cu график включает величину i, определяемую выражением i=S/(0,33·R), где S – глубина водопонижения; 0,33 – коэффициент, ограничивающий значимый путь фильтрации областью, прилегающей к котловану. i=2,4/0,33· 60=0,12 Cu=4,4 Рисунок 8 График для оценки развития суффозии (по В.С. Истоминой) I – область разрушающих градиентов фильтрационного потока; II – область безопасных градиентов Вывод: Точка попадает в область безопасных градиентов фильтрационного потока. Можно не опасаться суффозионного выноса вблизи котлована. 20 6.2 Оседание поверхности земли Рисунок 9 Схема оседания поверхности при водопонижении Предварительный расчет осадки территории можно произвести по формуле: Sгр = (Δγ·S2)/(2·106·Е) где Δγ=γ-γsb; γ — удельный вес грунта, кН/м3; γsb – то же ниже уровня грунтовых вод; γsb=(γs- γw) · (1-n); γs — удельный вес твердых частиц грунта, кН/м3; γw — удельный вес воды, кН/м3; n — пористость, д.ед.; S— величина водопонижения, м; Е — модуль общей деформации грунта в зоне депрессионной воронки, Па. Γ=g·ρ=9,8·1,8 т/м3 =17,64кН/м3 γs=g·ρs=9,8·2,65=25,48 кН/м3 γw=9,8 кН/м3 n=0,38 д.ед. γsb = (25,48-9,8) · (1-0,38)=9,72 кН/м3 Δγ=17,64-9,72 =7,92 кН/м3 Е=23·106Па Sгр.котл = (7,92·2,42)/(2·23·103)=0,99мм Sгр.транш. = (7,92·1,72)/(2·23·103)=0,5 Вывод: осадка грунта в котловане составила 0,99 мм, в траншее 0,5 мм. 21 7. Заключение Участок 3 представляет холмистый участок с уклоном на ЮВ. Общий уклон участка 5°7` Проанализировав состав выемок буровых скважин были выделены 8 инженерно-геологических элементов: № ИГЭ Наименование грунта 1 Насыпной грунт t IV 14,3-15,2 2 Песок пылеватый, средней плотности ml IV 14,5-18,4 3,9 ml IV 12,2-14,3 2,1/3,9 lg III 9,5-12,2 2,7 lg III 10,5-14,5 4,0/2,1 g III 7,4-9,5 3,1/2,7 g III 5,2-6,4 1,2 g III 6,4-8,2 1,0/1,3 3 4 5 6 7 8 Песок мелкий, средней плотности Суглинок ленточный, мягкопластичный Суглинок ленточный, текучий Супесь песчанистая, с гравием, пластичная Суглинок с гравием, тугопластичный Суглинок с гравием, полутвердый Индекс Мощность Глубина залегания,м 3,0 Среди них слабый ИГЭ – слой насыпного грунта мощностью 0,9 1. Неизвестный слой – песок мелкий, средней плотности, неоднородный Количество водоносных горизонтов – 2 1. Безнапорный водоносный горизонт. По условиям залегания: грунтовый. Глубина залегания: 0,7м-1,1м от поверхности земли Водовмещающие слои: Песок пылеватый, средней плотности (ml IV, мощностью 14,5-18,4) и Песок мелкий, средней плотности (ml IV, мощностью 12,2-14,3) Водоупорные слои: Суглинок ленточный, мягкопластичный (lg III, мощностью 9,5-12,2) и Суглинок ленточный, текучий (lg III, мощностью 22 10,5-14,5) Мощность: 2,1м - 3,2м 2. Напорный водоносный горизонт. Обнаружен около скважины 20 По условиям залегания: межпастовый Глубина залегания: 0,4м от поверхности земли Водовмещающий слой: Супесь песчанистая, с гравием, пластичная (g III, мощностью 7,4-9,5) Водоупорные слои: Суглинок ленточный, мягкопластичный (lg III, мощностью 9,5-12,2), Суглинок ленточный, текучий (lg III, мощностью 10,5-14,5), Суглинок с гравием, тугопластичный (g Ш, мощностью 5,26,4) и Суглинок с гравием, полутвердый (g III, мощностью 6,4-8,2) Напор: 5,7м 2. Вода является неагрессивной по отношению к бетону марки W4 по водонепроницаемости, соответственно, такая вода заведомо неагрессивна по отношению к бетону более высоких марок по водонепроницаемости 3. Водопонижение следует делать с помощью трубчатых колодцев-скважин (вода откачивается насосами или выходит самоизливом). 4. Категория сложности участка – III(сложная) 5. По графику В.С. Истоминой суффозии можно не опасаться 6. Котлован несовершенный – прогноз воздействия напорных вод не производится. 7. Водоприток в котлован – 99м3/сут, в траншею – 213м3/сут 8. Водопонижение производим Открытым водоотливом – принудительная откачка воды из строительной выемки (котлована, траншеи) до полного осушения; столб воды в выемке отсутствует. 9. Осадка поверхности земли незначительная, менее 1мм Можно сделать вывод, что данный участок пригоден для строительства зданий, сооружений и прокладки инженерных сетей. 23 Список использованной литературы 1. Ананьев В.П., Потапов А.Д. Инженерная геология. М., 2009. 2. Гавич И.К. и др. Сборник задач по общей гидрогеологии. М.. 1985. 3. Руководство по производству и приемке работ при устройстве оснований и фундаментов. М.. 1977. 4. Солодухин М.А., Архангельский И.В. Справочник техника геолога по инженерно-геологическим и гидрогеологическим работам. М.. 1982. 5. СП 11-105-97. Инженерные изыскания для строительства. 6. СП 47.13330.2016. Свод правил. Инженерные изыскания для строительства. Часть I. Общие правила производства работ. 7. СНиП 2.03.11-85. Защита строительных конструкций от коррозии. М.. 1986. 8. Оценка гидрогеологических условий площадки строительства: метод. указания / Сост.: А. М. Симановский, В. А. Челнокова; СПбГАСУ. – СПб., 2017. – 91 с. 24
