Оценка гидрогеологических условий на площадке строительства и прогноз развития неблагоприятных процессов при водопонижении

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 I_p, д. ед. - разность влажностей, соответствующая двум состояниям грунта: на границе текучести W_L 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 ( С_и < 5; d₁₀ >0,1 ) не выполнены.

Коэффициент фильтрации k = 20 м/сут

Радиус влияния R = 75 м

Высота капиллярного поднятия h_k = 0,25 м

 

Определим ориентировочное значение высоты капиллярного поднятия h_k (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- SO42- 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 SO42-, 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.

 

3.   Гидрогеологические расчёты притоков воды при водопонижении

3.1. Расчет притока воды к совершенным выработкам (котлован)

(схема водопритока представлена  на рис. 1 в приложении 3)

 

Исходные данные:

Скважина № 53

Глубина котлована h_к = 3,5 м

Размеры колована 30 х 30 м

 

Тип выемки – совершенный (дно котлована  врезается в водоупор)

Характер потока вокруг выемки –  радиальный

 

Глубина залегания грунтовых вод  d = 1,1 м

H₁ – мощность водоносного горизонта (H₁ = S = 2,1м)

Коэффициент фильтрации k = 20 м/сут

 

R – радиус влияния водопонижения, м

R_нач = м      

R_табл = 75 м

 

r₀ – приведенный радиус «большого колодца», м

 м

 

- радиус влияния «большого  колодца», м

 м

 м

 

Расчет притока воды:

 

 

 

3.2. Расчёт притока воды к несовершенным выработкам (траншея)

(схема водопритока представлена  на рис. 2 в приложении 3)

 

 

Исходные данные:

Скважина № 54

Глубина траншеи h_тр = 2,5 м

Длина траншеи l = 100 м

 

Тип выемки – несовершенный (дно  траншеи не доходит до водоупора)

Характер потока вокруг выемки –  плоский

 

Глубина залегания грунтовых вод d = 0,8 м

h = 1,5 м

Водопонижение S = 1, 0 м

h_wk  - высота столба воды в траншее до водопонижения, м

h_wk = 1,7 м

H₀₁ – мощность водоносного горизонта до водопонижения, м

H₀₁ = 1,3· h_wk = 1,3 · 1,7 = 2,21 м

H₀₂ – мощность водоносного горизонта после водопонижения, м

H₀₂ = H₀₁ – S = 2,21 – 1 = 1,21 м

 

Коэффициент фильтрации k = 20 м/сут

 

R – радиус влияния водопонижения, м

R_табл = 75 м

R_нач = м