Осушение строительного котлована

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 способа 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 внутри 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 или реконструируемых объектах при выполнении земляных, подготовке оснований и монтаже фундаментов в определенных гидрогеологических условиях следует предусматривать производство работ по искусственному понижению уровня грунтовых вод (УГВ).

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

В соответствии с индивидуальным заданием необходимо выполнить гидравлический расчет осушения строительного котлована для схемы указанной на рисунке 1.

 

Исходные данные

Таблица 1

 

Характеристики строительного объекта				Материалы инженерно-геологических  изысканий
Отметка верха строительного котлована	Глубина строительного котлована	Размеры котлована по дну		Грунты		Отметки
Zв, м	Нк, м	Ширина В, м	Длина L, м	Водопро-ницаемый	Водоупор	Грунтовых вод Zг,м	Водоупора Zву,м
3,00	5,0	30	75	Песок ср. и мелк.зерн.	Глина	2,0	-5,0

 

Выбор способа водопонижения

 

В соответствии с пунктом 2.1 СНиПа на вновь строящихся и реконструируемых объектах следует предусматривать производство работ по искусственному понижению уровня грунтовых вод (УГВ).

Согласно таблице 41.4[11] в зависимости от притока подземных вод и вида грунта осушение котлована может быть осуществлено с применением открытого водоотлива, легких иглофильтровых установок (ЛИУ), буровых скважин с насосами, дренажных систем и др. Рассмотрим некоторые из них.

Открытый водоотлив

Применяется при разработке неглубоких котлованов и незначительном притоке подземных вод в водонасыщенных скальных, обломочных или галечных грунтах. При открытом водоотливе широко применяются центробежные насосы. Открытый водоотлив организуют следующим способом. По периметру котлована устраивают дренажные канавки с уклоном 0,001…0,002 в сторону приямков, из которых по мере поступления вода откачивается с помощью насосов. По мере разработки котлована приямки постепенно заглубляются вместе с канавками. Для исключения нарушения природной структуры грунтов основания вода не должна покрывать дно котлована.

В мелкозернистых грунтах открытый водоотлив приводит к оплыванию откосов котлованов и траншей, к разрыхлению грунта в основаниях зданий и сооружений. Здесь целесообразно применить глубинное водопонижение уровня грунтовой воды.

Легкие иглофильтровые установки (ЛИУ)

 Используют для глубинного водопонижения грунтовых вод на глубину 4-5м в песчаных грунтах. При этом способе водопонижения иглофильтры располагают по периметру котлована обычно с шагом 0,8…1,5м. Откачку воды из иглофильтров производят с помощью вихревого насоса через всасывающий коллектор. При этом вокруг каждого иглофильтра образуются депрессионные воронки, которые, соединяясь, и приводят к понижению уровня грунтовых вод в будущем котловане или траншее.

Для понижения УГВ свыше 5м применяют многоярусные легкие иглофильтровые установки, которые требуют, как правило, расширения котлована и увеличения земляных работ.

 

Понижение УГВ эжекторными иглофильтрами

Для водопонижения в грунтах с большим коэффициентом фильтрации и при близком залегании водоупора от разрабатываемой выемки используют эжекторные установки ЭИ-2,5; ЭИ-4 и ЭИ-6, состоящие из иглофильтров с эжекторными водоподъемниками, распределительного коллектора и центробежных насосов. Эжекторные установки позволяют понижать уровень грунтовых вод до 25м.

 

Фильтрационный расчет

Построение кривой депрессии

 

По отношению к воде горные породы можно разделить на две основные группы:

водопроницаемые и водоупорные. Водопроницаемые горные породы быстро поглощают воду и легко её транспортируют. В зернистых породах – галечниках, гравии и песках – вода движется по промежуткам между частицами а в массивных скальных и полускальных породах по трещинам или карстовым породам. Водоупорные горные породы практически не проводят через себя воду, так как водопроницаемость равна нулю. К ним относятся глины, тяжелые 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 жидкости в пористой среде.

Скорость фильтрации при установившемся движении определяется по зависимости Дарси.

V= Кф*i м/с, (1)

где i- гидравлический уклон

Расход фильтрующей жидкости 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 называют 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 определить 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 свободной поверхности грунтовых вод.

Для построения линии 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 между 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 между УГВ и уровнем водоупора

Н2 – расстояние между 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

 

x	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100	110	120	127,798
y	7	6,79	6,57	6,35	6,12	5,87	5,62	5,36	5,08	4,79	4,47	4,13	3,77	3,434

 

По результатам вычислений строим кривую депрессии (рис.2)

 

Расчет водосборной системы

Назначение системы: собрать фильтрат и отвести в зумпф, оттуда затем откачать с помощью насоса.

Конструируем открытый водоотлив лотковой конструкции

 

Выбор конструкции зумпфа

 

Местоположение выбирается таким образом, чтобы водоотводящие каналы выполняли свои функции. Рекомендуется:

а) заглублять ниже самого низкого уровня воды в нем на 0,7 м, чтобы всасывающий всегда находился под водой и в него не попадали воздух и грунт со дна;

б) запроектировать в виде либо деревянного квадратного колодца а*а и глубиной h, либо в виде круглого колодца из стандартной фальцевой железобетонной трубы диаметром d;

в) вместимость зумпфа принимается больше чем Q притока за 5 минут

Wзум=Qпрt                                         (20)

Wзум=0,021228*300=6,3684 м3

Я тебя люблю Принимаем высоту зумпфа hзп=2 м

a= м

Принимаем зумпф квадратного сечения с размерами a=1,8м; a=1,8м; и высотой h=2м, объём которого Wзп=6,48 м3

t=305 c

4.Подбор насосной установки

Насос обеспечивает перекачку собранного фильтрата в приемник удаляемой воды:

а) в черте населенного пункта – ливневые канализационные сети

б) в окрестной местности – близлежащие водоемы, овраги.

Общие рекомендации к расчету

1. Остановка насоса при достижении минимального уровня воды в зумпфе и пуск ее в момент достижения максимального наполнения зумпфа должна производится по сигналу датчика уровня;

2. По СНиПу обязательно назначается на 1ё2 рабочих насоса 1 резервный;

3.Подача насоса должна быть больше притока воды Qнас>1,5 Qпр;

4. Напор насоса должен обеспечивать перекачку воды, т.е. Ннас> Нрасч;

5. При выборе погружного насоса ГНОМ необходимо учитывать его размеры.

 

Всасывающая линия

Всасывающую линию рассчитываем как короткую трубу, т.е. учитываем и местные, и линейные потери. Потери напора в местных сопротивлениях вычисляются по формуле Вейсбаха:

                                         (25)

где xj – коэффициент потерь в местных сопротивлениях:

для сетки с клапаном xcкл=10;

для плавного поворота на 900 xпов=0,55;

h j cкл= 0,3978 м;

h j пов=0,02188 м;

 м.

Линейные потери определяются как сумма линейных потерь в горизонтальной и вертикальной части всасывающей линии по формуле Дарси-Вейсбаха:

а) рассчитывается отдельно для вертикального участка

где - lв = hнаc - длина вертикального участка, определяется из геометрии расчетной схемы

lв =Hk+(B+L)i+0,7+0,5=6,725 м

б) рассчитывается отдельно для горизонтального участка:

 где - lг – определяется из геометрии расчетной схемы (длина наклонного участка и расстояние от бровки до оси насоса, и половина ширины зумпфа на запас)

lг=15+0,5+0,5*1,8=16,4 м

 м

Сумма всех потерь на всасывающей линии hf:

hf=hj+hl=0,175+0,42=0,595 м

Строится напорная Е-Е и пьезометрическая р-р линии (рис.5).

 

4.2 Подбор марки насоса

 

Насос назначается из трех характеристик:

-   производительность Qнас

-   напор Н

-   вакуум Нвак

Qнас=1,5 Qпр=1,5×0,021288=0,0311 м3/с =112 м3/час;

Н= Нман+ ;

Нман=hlнап+Hсв

Нман=1,516+5=6,516 м;

=6,725 м;

H=6,516+6,725=13,241 м.

Фактический вакуум определяется с помощью уравнения Бернулли:

 (26)

Для плоскости сравнения 0-0 и выбранных сечений I-I и II-II будем иметь:

=0;

;

;

;

;

;

.

Уравнение преобразуется в следующий вид:

где hf= 0,595 м;

=6,725 м;

Характеристики насоса 6К-12:

-   подача Q =160 м3/час;

-   напор H=20,1 м;

-   вакуум Hвак=7,9 м;

-   мощность двигателя N=28 кВт.

5Расчет ливневого коллектора

Назначение ливневого коллектора: ливневой коллектор служит для транспортировки отводящихся вод в очистные сооружения.

Ливневые коллекторы выполняются в виде каналов замкнутого поперечного профиля.

Гидравлический расчет в условиях безнапорного равномерного движения выполняется по формуле Шези:

Формула расхода:      

При расчёте канализационного коллектора используется метод расчёта по модулю расхода[12], для этого необходимо определить расходы и скорости для различных степеней наполнения коллектора а=h/d, как некоторой части от расхода и скорости, соответствующей его полному наполнению.

                           (27)

                                    (28)

где - В и А коэффициенты зависящие от формы поперечного профиля и степени наполнения канала(a), определяются по графику «Рыбка» [1];

- Wп и Kп модули скорости и расхода при полном наполнении коллектора [1,5]

- Q – подача насоса.

Расчет выполняется с учетом некоторых замечаний:

-   в практике строительного производства обычно принимают степень наполнения равную а=0,5-0,7;

-   коэффициент шероховатости канализационных труб n принимают равным n=0,011-0,014, принимаем n=0,013;

-   уклон коллектора принимается в пределах i=0,001-0,005.

1. С графика «Рыбка» [1] снимается значение А для заданной степени наполнения а=0,6

А=0,6

2. Определяется модуль расхода :

 где i=0,005.

м3/с

3.Из таблицы [1] подбираются по высчитанному модулю расхода Кп и коэффициенту шероховатости n=0,013 ближайший диаметр d=300мм и соответствующие табличные данные КТ=0,971м3/с и WnТ=13,75м/с.

4.Уточняется истинное значение наполнения коллектора, соответствующее принятым модулю расхода и модулю скорости:

 

5.По графику «Рыбка» для вычисленного значения А=0,65 определяется степень наполнения аф=0,57, этому наполнению соответствует В=1,07

6.Глубина равномерного движения находится из формулы:

;

;

 .

7. Скорость движения определяется по формуле:

;

 м/с.

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 способа 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 внутри 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 или реконструируемых объектах при выполнении земляных, подготовке оснований и монтаже фундаментов в определенных гидрогеологических условиях следует предусматривать производство работ по искусственному понижению уровня грунтовых вод (УГВ).

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

В соответствии с индивидуальным заданием необходимо выполнить гидравлический расчет осушения строительного котлована для схемы указанной на рисунке 1.

 

Исходные данные

Таблица 1

 

Характеристики строительного объекта				Материалы инженерно-геологических  изысканий
Отметка верха строительного котлована	Глубина строительного котлована	Размеры котлована по дну		Грунты		Отметки
Zв, м	Нк, м	Ширина В, м	Длина L, м	Водопро-ницаемый	Водоупор	Грунтовых вод Zг,м	Водоупора Zву,м
3,00	5,0	30	75	Песок ср. и мелк.зерн.	Глина	2,0	-5,0

 

Выбор способа водопонижения

 

В соответствии с пунктом 2.1 СНиПа на вновь строящихся и реконструируемых объектах следует предусматривать производство работ по искусственному понижению уровня грунтовых вод (УГВ).

Согласно таблице 41.4[11] в зависимости от притока подземных вод и вида грунта осушение котлована может быть осуществлено с применением открытого водоотлива, легких иглофильтровых установок (ЛИУ), буровых скважин с насосами, дренажных систем и др. Рассмотрим некоторые из них.

Открытый водоотлив

Применяется при разработке неглубоких котлованов и незначительном притоке подземных вод в водонасыщенных скальных, обломочных или галечных грунтах. При открытом водоотливе широко применяются центробежные насосы. Открытый водоотлив организуют следующим способом. По периметру котлована устраивают дренажные канавки с уклоном 0,001…0,002 в сторону приямков, из которых по мере поступления вода откачивается с помощью насосов. По мере разработки котлована приямки постепенно заглубляются вместе с канавками. Для исключения нарушения природной структуры грунтов основания вода не должна покрывать дно котлована.

В мелкозернистых грунтах открытый водоотлив приводит к оплыванию откосов котлованов и траншей, к разрыхлению грунта в основаниях зданий и сооружений. Здесь целесообразно применить глубинное водопонижение уровня грунтовой воды.