Осушение строительного котлована

Осушение  строительного котлована  

 

18

2

Нижегородский Государственный Архитектурно

Строительный  Университет

Кафедра гидравлики Курсовая работа Осушение строительного котлована Выполнил: студент гр.197 Николаева А.О. Проверил Сухов С.М. Н.Новгород-2005 Содержание

Цель работы…………………………………………………………….…..3

Исходные данные……………………………………………………….….4

1. Выбор метода  водопонижения………………………………….…5

2. Фильтрационный  расчет……………………………………………6

2.1. Построение  кривой депрессии……………………………………...6

2.2. Расчет притока  воды в котлован…………………………………...7

3. Расчет водосборной  системы………………………………….……7

3.1. Конструирование  водосбора снутри котлована……………..……7

3.2. Выбор конструкции  зумпфа……………………………………….14

4. Подбор насосной  установки………………………………………14

4.1. Расчет системы  всасывающей и напорной сети…..…………….14

4.2. Подбор марки  насоса……………………………….…………..…17

5. Расчет ливневого  коллектора……………………………………..18

Список использованных источников …………………………………..20

Цель  работы

Технология строительного  производства на вновь строящихся либо реконструируемых объектах при выполнении земельных, подготовке оснований и монтаже фундаментов в определенных гидрогеологических критериях следует предугадывать создание работ по искусственному снижению уровня грунтовых вод (УГВ).

Этот комплекс вспомогательных работ должен исключать нарушение природных параметров грунтов в основаниях возводимых сооружений и обеспечивать устойчивость откосов устраиваемых в земельный выемке.

В согласовании с личным заданием нужно выполнить  гидравлический расчет осушения строительного котлована для схемы указанной на рисунке 1.

Исходные  данные

Таблица 1

1 Выбор метода водопонижения

В согласовании с пт 2.1 СНиПа на вновь строящихся и реконструируемых объектах следует предугадывать создание работ по искусственному снижению уровня грунтовых вод (УГВ). Согласно таблице 41.4[11] в зависимости от притока подземных вод и вида грунта осушение котлована быть может осуществлено с применением открытого водоотлива, легких иглофильтровых установок (ЛИУ), буровых скважин с насосами, дренажных систем и др. Рассмотрим некие из их. 1.1 Открытый водоотлив Применяется при разработке неглубоких котлованов и незначимом притоке подземных вод в водонасыщенных скальных, обломочных либо галечных грунтах. При открытом водоотливе обширно используются центробежные насосы. Открытый водоотлив организуют последующим методом. По периметру котлована устраивают дренажные канавки с уклоном 0,001…0,002 в сторону приямков, из которых по мере поступления вода откачивается при помощи насосов. По мере разработки котлована приямки равномерно заглубляются совместно с канавками. Для исключения нарушения природной структуры грунтов основания вода не обязана покрывать дно котлована. В мелкозернистых грунтах открытый водоотлив приводит к оплыванию откосов котлованов и траншей, к разрыхлению грунта в основаниях спостроек и сооружений. Тут целесообразно применить глубинное водопонижение уровня грунтовой воды. 1.2 Легкие иглофильтровые установки (ЛИУ) Употребляют для глубинного водопонижения грунтовых вод на глубину 4-5м в песочных грунтах. При всем этом методе водопонижения иглофильтры располагают по периметру котлована традиционно с шагом 0,8…1,5м. Откачку воды из иглофильтров создают при помощи вихревого насоса через всасывающий коллектор. При всем этом вокруг каждого иглофильтра образуются депрессионные воронки, которые, соединяясь, и приводят к снижению уровня грунтовых вод в будущем котловане либо траншее. Для снижения УГВ выше 5м используют многоярусные легкие иглофильтровые установки, которые требуют, обычно, расширения котлована и роста земельных работ. 1.3 Понижение УГВ эжекторными иглофильтрами Для водопонижения в грунтах с огромным коэффициентом фильтрации и при близком залегании водоупора от разрабатываемой выемки употребляют эжекторные установки ЭИ-2,5; ЭИ-4 и ЭИ-6, состоящие из иглофильтров с эжекторными водоподъемниками, распределительного коллектора и центробежных насосов. Эжекторные установки разрешают понижать уровень грунтовых вод до 25м. 1.4 Понижение УГВ с электроосмосом В пылевато-глинистых грунтах, имеющих коэффициент фильтрации менее 2м/сут, искусственное водопонижение осуществляют при помощи электроосмоса в сочетании с иглофильтром. Его выполняют в таковой последовательности. По периметру котлована с интервалом 1,5…2м располагают иглофильтры, а меж ними (в шахматном порядке относительно иглофильтров) по бровке котлована забивают железные стержни из арматуры либо труб маленького диаметра. Эти стержни подсоединяют к положительному полюсу источника неизменного тока напряжением 40…60 В, а иглофильтры - отрицательному. Под действием тока рыхлосвязанная поровая вода переходит в вольную и, перемещаясь от анода к катоду (иглофильтру), откачивается, в итоге уровень грунтовых вод понижается. При всем этом методе водопонижения расход электроэнергии составляет 5…40 кВт/ч на1 м3. В связи с тем что цена искусственного водопонижения находится в прямой зависимости от длительности работы откачивающих машин, достигнуть сокращения издержек можно при максимальном сокращении сроков строительства. Заданием на проектирование определено снижение УГВ в строительном котловане при помощи открытого водоотлива .[1] 2 Фильтрационный расчет 2.1 Построение кривой депрессии По отношению к воде горные породы можно поделить на две главные группы : водопроницаемые и водоупорные . Водопроницаемые горные породы скоро поглощают воду и просто ее транспортируют . В зернистых породах - галечниках, гравии и песках - вода движется по промежуткам меж частичками а в мощных скальных и полускальных породах по трещинам либо карстовым породам . Водоупорные горные породы фактически не проводят через себя воду, потому что водопроницаемость равна нулю . К ним относятся глины , томные суглинки , разложившийся уплотненный торф . Водопроницаемость - это способность горных пород пропускать через себя воду . Величина водопроницаемости зависит от размеров пустот , диаметра пор и степени трещиноватости . Мера водопроницаемости - коэффициент фильтрации Кф, который равен скорости фильтрации при гидравлическом уклоне . Фильтрация - это движение воды в пористой среде . Скорость фильтрации при установившемся движении определяется по зависимости Дарси. V= Кф*i м/с , (1) где i- гидравлический уклон Расход фильтрующей воды определяется по зависимости : Q=w* Кф*i м3/с , (2) где w- площадь живого сечения потока. В случае широкого фильтрационного потока расчет ведут на единицу его длины и именуют удельным расходом: q=Q/L= Кф*i*h м2/с , (3) где h-глубина равномерного движения грунтовых вод. 1.Глубина строительного котлована Нк=5,0 м

2. Вычисляем  радиус влияния. Радиус влияния  зависит от рода грунта и  его можно найти по зависимости  , определяемой формулой Кусакина  И.П.[4,9]:

R=3000S(Кф0,5) (4)

где S - глубина  водоносного слоя,

S=Zгв-Zд , (5)

где Zд=-2,0 м - отметка  дна котлована ,

Кф=0,00011574 м/с - коэффициент  фильтрации грунта ,

S=2-(-2)=4 м

R=3000*4*(0.000115740,5)=129,1 м 

3. Кривая депрессии  АВ - линия вольной поверхности  грунтовых вод.

Для построения полосы АВ:

а) Определяем вспомогательную величину h :

h=mHк2/R (6)

где m=3 - заложение  откоса строительного котлована, задается в зависимости 

от грунта ;

Нк - глубина  строительного котлована;

R - радиус влияния.

h=3*5 2/129,1=0,581

б) Определяем высоту зоны высачивания по формуле

hвыс=h(1-0,3(T/Hк)1/3 (7)

где Т=Zд-Zву=3,0 м - расстояние меж дном котлована  и водоупором

hвыс= 0,581*(1-0,3*(3,0/5)1/3)=0,434 м

в) Определяем форму  кривой депрессии АВ для сориентированного  по координатным осям чертежа

y2= H12- x *( H12-H22)/(R-mhвыс) (8)

где H1 =7м- расстояние меж УГВ и уровнем водоупора

Н2 - расстояние меж точкой высачивания и уровнем  водоупора

Н2 =Т+ hвыс=3+0,434=3,434м

y2=(7)2- x * ((7)2-(3,434)2)/(129,1-3*0,434)=49-0,29x

Расчет сводим в таблицу 2

Таблица 2

По результатам  вычислений строим кривую депрессии (рис.2)

2.2 Определение притока  воды в котлован

Определяем величину расхода (притока) фильтрационных вод на один погонный метр периметра дна котлована. Принимаем Кф=0,00011574 м/с

Определим q- удельный фильтрационный расход по уравнению  Дюпюи:

q=Kф*( H12-H22)/(2L) (9)

где L=R- m* hвыс=129,1-3*0,434=127,798м (10)

q=0,00011574*((7)2-(4,434)2)/(2*127,798)=0,000016848 м2/с=1,46м2/сут

Определяем общий  фильтрационный расход

Qф=q(2В+2L) (11)

где (2В+2L) - фронт  сбора фильтрационных вод( периметр дна котлована),

В=30 м , L=75 м

Qф= 0,000016848(2*30+2*75)=0,003538 м3/с=305,69 м3/сут

Вычисляем расход инфильтрационных вод притекающих в котлован . Беря во внимание сведения СНиП 2.01.01-82 «Строительная климатология и геофизика» в расчетах условно принимаем , что Qинф=5Qф

Qинф=5*0,003538 м3/с= 0,01769 м3/с (12)

Определяем общий  расход как сумму расходов фильтрационных и инфильтрационных вод :

Qпр=Qинф+Qф 

Qпр=0,003538+0,01769=0,021228 м3/с

3. Расчет водосборной  системы

Назначение системы: собрать фильтрат и отвести в  зумпф, оттуда потом откачать при  помощи насоса.

Конструируем  открытый водоотлив лотковой конструкции

3.1 Конструирование  водосбора снутри  котлована

По периметру  дна котлована прокладывается два  открытых канала, каждый из которых  имеет протяженность L+В. Система  рассредоточено по всей длине воспринимает и отводит в зумпф фильтрационный поток с расходом Qрасч

Qрасч=1/2 Qпр (13)

Qрасч=1/2*0,021228=0,010614 м3/с

В расчете условно  принимается, что весь расход сосредоточено  приходит в начало каждого канала

Общие советы по проектированию

1. Ширина лотка  по дну более 30 см (ширина лопаты)

2. Уклон i=0,001ё0,005

Расчетные формулы:

v = C (14)

Q = Qрасчетн= Сw (15)

(16)

(17)

w= b*h (18)

(19)

где: v - средняя  скорость потока, м/с

С - коэффициент  Шези

R - гидравлический  радиус, м

w - площадь живого  сечения, м2 

- смоченный периметр, м 

i=0,005 - уклон дна  канала

n - коэффициент  шероховатости (принимаем n = 0,011 -земляной  канал)

h - высота сечения,  м .

Относительная ширина канала гидравлически наивыгоднейшего  сечения прямоугольной формы  в определяется по формуле 

в = b/ h=2

b =2h- ширина сечения, м

Найдем зависимость Q=f(h) для гидравлически наивыгоднейшего  сечения (ГНС) лотка

Таблица 3

По данным таблицы 3 строим график Q=f(h) (рис.3)

Выбираем соответственно расходу Q=0,010614 м3/с h=0,075 м, следовательно  ширина лотка b=2*h=2*0,075=0,15 м. Приобретенная  по расчету ширина лотка выходит  меньше ширины лопаты (30 см), следовательно принимаем сечение лотка:

b=30 см=0,3м;

h=15 см = 0,15 м. 

Развертка по трассе от истока до зумпфа приводится на рисунке 4.

3.2 Выбор конструкции  зумпфа