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

 
 
 

    Химическая  формула воды: 

                Cl 55 HCO₃^-  30 SO₄^2-15

     М_0,339=                                                      pH=6,6; Т=10⁰

       Mg²⁺60 Ca²⁺40Na²⁺10 

     где М_0,339  слева от дроби указана в г/л, сумма минеральных веществ (сумму ионов).

     В числителе записано содержание анионов в %-экв., в знаменателе содержание катионов в %-экв; ионы расположены в убывающем порядке их содержания; ионы, содержащиеся в количестве менее 10%-экв, в формуле не указываются;

    Справа от дроби указано значение водородного показателя рН, температуру Т.

    Вода  хлоридно-магниевая согласно оценке минеральной воды приведенной в таблице 14 пресная.

Оценка  минеральной воды

    Таблица 14

      
 
 
 
 
 

     Предварительная оценка агрессивности подземной  воды к бетону произведена по табл. 15, 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.

     В заданном разрезе вода по отношению  к бетону является не агрессивной. 
 

     Таблица 15

Предварительная оценка качества воды по отношению к бетону 

       
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3.4. Категория сложности участка по гидрогеологическим факторам

     Таблица 16

       
 
 
 
 
 
 
 
 

     Согласно таблице 16 категория участка II (средней сложности). 
 

     4. Гидрогеологические расчеты при строительном водопонижении 

     Строительное  водопонижение применяется для  снижения уровня грунтовых вод и  величины избыточного напора межпластовых. Чаще всего применяют следующие способы водопонижения:

• принудительные – откачка воды из котлована, траншеи, среди них: открытый водоотлив и глубинное водопонижение с помощью скважин; в этих случаях столб воды в котлованах, траншеях отсутствует;
• самотечные – отвод воды дренажными траншеями; здесь столб воды есть.

     Определяем  характер потока, l-длина и b – ширина выемок:

     Для траншеи l/b=150/2=75>10, при таком соотношении формируется плоский поток;

     Для котлована l/b=20/20=1≤10, при таком соотношении формируется радиальный поток. 
 

             =19,2 
 

                            =18,8 
 
 

                                      

                                             =1,6                           
 
 
 
 
 
 
 
 

     Рис. 3 Схема водопритока к траншеи 

           Тип выемки траншеи  несовершенный. 

     Водопонижение для траншеи: 

     S=0,5h_wk=0,5 х 1,6=0,8 м 

     Мощность  при статическом уровне (до водопонижения) с учетом активной зоны, м;

     h_А1=1,7 h_wk=1,7 х 1,6= 2,72 м 

     Мощность  при динамическом уровне (после водопонижения) с учетом активной зоны.

     h_А2= h_А1- S =2,72-0,8=1,92м 

     Определяем  приток воды для траншеи несовершенной, при   l/b>10 : 

           h_А1²- h_А2²           2,72²-1,92²

      Q=k      l= 0,7                    150= 19,47 м³/сут.

                      R          20

     , где R – радиус влияния водопонижения, k –коэффициент фильтрации (табл. 17)

       

                                                                 =18,6 
 

                                                                 =17,5 
 
 
 
 

                     = 2,4               =2,4 
 
 
 

                                            = 3,5   3,5 
 
 
 
 

                                         11,29  20 

                                                  31,29

     Рис. 4. Схема водопритока к котловану 

     Тип котлована совершенный.

     Водопонижение для котлована:

     Приведенный радиус котлована: 

     r₀= √F/π=√(20х20)/3,14=11,29 м

     , где F - площадь котлована.

     Радиус  влияния водопонижения:

     R=20 м (см. табл. 16) 

     Радиус  влияния котлована:

     R_k= r₀+R=11,29+20=31,29 м 

     Определяем  приток воды для котлована совершенного, при   l/b≤10 : 

               h₁²- h₂²                                    2,4 - 0

      Q=1,37k  = 1,37х0,7                                  =17,7  м³/сут.

                       lgR_k/r₀                     lg31,29/ 11,29

     , где k –коэффициент фильтрации (табл. 16),

     h₁ - мощность при статическом уровне (до водопонижения), м,

     h₂ - мощность при динамическом уровне (после водопонижения), м 

     В виду отсутствия поверхностного водоема  поступление, вода в осушаемый котлован поступать не будет. 

     Средние значения высоты капиллярного поднятия,

     коэффициента  фильтрации радиуса  влияния при водопонижении  в безнапорном  слое.

     Таблица 17

       
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

5. Прогноз процессов  в грунтовой толще,  связанных 

с понижением уровня грунтовых  вод 

     Водопонизительные работы изменяют скорость движения и направление потока грунтовых вод. Открытый водоотлив из котлованов и траншей может сопровождаться выносом частиц грунта из стенок за счет нисходящего потока – механическая суффозия. В несовершенных выемках под их дном возникает восходящий поток, который разрыхляет («разжижает») грунт – фильтрационный выпор. Глубинное водопонижение с помощью иглофильтров уплотняет грунт вокруг котлована и под его дном, вызывая оседание поверхности. 

5.1. Механическая суффозия  в откосах выемок 

      Для оценки развития суффозии на график В.С. Истоминой (рис. 5) наносятся точки  соответствующие значениям гидравлического градиента i,  С_u, соответственно траншеи и котлована.

   Координаты  точки, наносимой на график определяют:

• C_u =4,39 см степень неоднородности, с помощью кривой гранулометрического состава;
• i – по формуле i = S/0,33R, где S = H - разность напоров (отметок) водоносного слоя, м; R=1 – путь фильтрации, равный радиусу влияния, м; (в данной задаче используют максимальное значение R);0,33 – коэффициент, ограничивающий значимый путь фильтрации областью, прилегающей к котловану.

   Для траншеи 

   i = δH/l=0,25/150=0,002

   Для котлована

   i = S/0,33R=2.4/(0,33х20)=0,36

       В зависимости от того, в какую  область графика (разрушающих или неразрушающих градиентов) попадает точка, делают вывод о возможности суффозионного выноса.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис. 5. График для оценки развития суффозии (по В.С. Истоминой) 

     I – область разрушающих градиентов фильтрационного потока; II – область безопасных градиентов.

     Данные  по траншее и котловану соответствует  зоне II, то есть области безопасных градиентов. Отрицательных последствий при развитии механической суффозии после водопонижения не будет.

5.2. Фильтрационный выпор  в дне выемки

     В случае, если величина градиента при водопонижении достигнет значений i ³ 1, в дне несовершенного котлована возможен фильтрационный выпор. Это имеет место при открытом водоотливе из котлована, огражденного шпунтовой стенкой.

     В нашем случае i=0,002<1 для траншеи и i=0,36<1 для котлована, а также он совершенный, фильтрационного выпора не будет. 
 
 

5.3. Прогноз оседания  поверхности земли 

при снижении уровня грунтовых вод

   Понижение уровня грунтовых вод вызывает увеличение давления грунта от собственного веса. Величина связанной с этим осадки зависит от глубины водопонижения  и сжимаемости грунта. В пределах значительной площади осадка может  быть неравномерной (рис. 6).

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис. 6. Схема  оседания поверхности земли при  водопонижении:

А –  зона аэрации до водопонижения, где  γ – удельный вес грунта; B – зона полного водонасыщения, где γ_sb – удельный вес грунта; C – зона «осушенного» грунта после водопонижения

 

     Для решения этой задачи величина понижения  первоначального уровня водоносного  горизонта S принимается равной 2 м. Показатели свойств грунта приведены в табл. 3. Предварительный расчет осадки территории можно произвести по формуле, которая справедлива при условии R / h ³ 3, где R – радиус влияния, м, h – мощность водоносного слоя, м.

     S_гр =

;

     где = g - g_sb, g – удельный вес грунта, кН/м³; g_sb – то же, ниже уровня грунтовых вод; g_sb=(g_s-g_w)(1-n), g_s – удельный вес твердых частиц грунта, кН/м³; g_w – удельный вес воды, кН/м³; n – пористость, д.ед.; S_w – величина водопонижения, м; Е – модуль общей деформации грунта в зоне депрессионной воронки, кПа (Н/м²). Расчет для супеси пылеватой: