В соответствии с индивидуальным заданием необходимо выполнить гидравлический расчет осушения строительного котлована, выполнив необходимые для этого расчеты:
- фильтрационный расчет;
- определить длину и конфигурацию кривой депрессии, построить её, вычислить приток грунтовых вод, фильтрационный расход, приходящийся на 1 погонный метр водосборной системы;
- расчет водосборной системы;
- необходимо в зависимости от варианта задания сконструировать водосбор. Вычислить геодезические отметки начала канала, точки поворота, конца канала. Наметить место и размеры водосборного колодца (зумпфа);
- расчет насосной установки;
- необходимо расчитать всасывающую и напорную линии, построить пьезометрические и напорные линии. Вычислить необходимый вакуум, полный напор насоса и подобрать марку насоса;
- расчет ливневого коллектора, отределить фактическое наполнение коллектора, глубину и скорость равномерного движения.
котлован водосбор напорный коллектор
1. Исходные данные
Таблица 1 Исходные данные к курсовой работе.
|
Характеристики строительного объекта |
Материалы инженерно-геологических изысканий |
|||||||
|
Отметка верха строительного котлована |
Глубина строительного котлована |
Размеры котлована по дну |
Грунты |
Залегание под землей на глубину |
||||
|
Z в , м |
Н к , м |
Ширина В, м |
Длина L, м |
Водопроницаемый |
Водоупор |
Грунтовых вод h гв ,м |
Водоупора h ву ,м |
|
|
63,0 |
4,5 |
60,0 |
90,0 |
Гравий, песок |
Глина |
2,0 |
6,5 |
|
Схема строительного котлована приведена на рисунке 1.
1 — строительный котлован, осушающийся от грунтовых вод;
2 — водоотводящие лотки;
3 — зумпф (водосборный колодец);
4 — всасывающая линия насоса;
5 — центробежный насос;
6 — напорная линия насоса;
7 — ливневой коллектор;
- L, B, Hк — длина, ширина и глубина строительного котлована;
- hгв — залегание под землей грунтовых вод;
- hву — залегание под землей водоупора;
- hп — понижение уровня грунтовых вод;
- zв — отметка верха строительного котлована;
- zгв — отметка уровня грунтовых вод;
- zк — отметка дна строительного котлована;
- zву — отметка водоупора.
2. Выбор способа водопонижения
В зависимости от притока подземных вод и вида грунта, осушение котлованов и траншей может быть осуществлено с применением открытого водоотлива или искусственного понижения уровня грунтовых вод.
При любом виде водопонижения необходимо сооружение дренажных систем. Дренажная система — это разветвленная структура расположенных по всему периметру участка или сооружения и связанных друг с другом труб (дрен) и дренажных колодцев.
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.
3. Фильтрационный расчёт
3.1 Построение кривой депрессии
Водопроницаемый грунт состоит из отдельных частиц (песчинок), между которыми имеются поры. Явление движения воды в порах называется фильтрацией. Вода в поры может попасть различным образом, например, выпадая на поверхность земли в виде дождя, она затем просачивается в грунт. На некоторой глубине такая вода может быть задержана слоем водонепроницаемого грунта (плотной глиной, скалой); при этом вода далее будет двигаться по поверхности водонепроницаемого слоя, называемого водоупором. Водоупором или подстилающим слоем можно считать грунт, коэффициент фильтрации которого в 10 и более раз меньше водопроницаемого.
В данной курсовой работе водоупор — глина (kф=0,005м/сут и менее).
В расчёте принимается нулевой уклон подстилающего слоя i = 0. Водопроницаемый грунт — супесь (Кф =150 м/сут = 0,0017361 м/с).
На рис. 1 показана схема несовершенного колодца (котлована), у такого колодца дно не доведено до водоупора. Здесь фильтрующаяся вода поступает в колодец не только через его боковые стенки, но и через дно.
Выявляется радиус влияния R — это расстояние до точек, где влияние колодца на положение уровня грунтовых вод прекращается.
Определяется R двумя способами:
а) по эмпирической формуле И. П. Кусакина:
(1)
где: S в. — глубина откачки;
S= z гв — zк . (2)
Zк=zв-Hк=63,0-4,5=58,5м
Zг.в.=zв-hг.в.=63,0-2,0=61м
S =61-58,5 =2,5 м
б) по данным инженерно-геологических изысканий(по М.Е. Альтовскому):
для гравийно-галечниковых со значительной примесью мелких частиц радиус влияния R=150 м. Для расчётов принимается R = 150 м.
Кривая депрессии АВ — линия свободной поверхности грунтовых вод.
Для построения кривой депрессии необходимы следующие вычисления:
а) вспомогательная величина h:
(3)
где: m — заложение откоса строительного котлована, задаётся в зависимости от грунта. Для гравелистых и супесчаных или слабоуплотненных грунтов m = 2
б) высота зоны высачивания:
(4)
где: Т — расстояние между дном котлована и водоупором, м
(5)
в) кривая депрессии строится по формуле для сооринтируемого по координатным осям чертежа (Рисунок 2):
(6)
где:Н 1 — расстояние между УГВ и уровнем водоупора, м;
Н 2 — расстояние между точкой высачивания и уровнем водоупора, м
(7)
(8)
Расчет сводится в таблицу 2.
Таблица 2 — Определение координат кривой депрессии
|
х, (м) |
0 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
|
|
y 2 |
20,25 |
19,25 |
18,25 |
17,25 |
16,25 |
15,25 |
14,25 |
13,25 |
12,25 |
11,25 |
|
|
у, (м) |
4,5 |
4,4 |
4,3 |
4,2 |
4,0 |
3,9 |
3,8 |
3,6 |
3,5 |
3,4 |
|
|
х, (м) |
100 |
110 |
120 |
130 |
140 |
150 |
|||||
|
y 2 |
10,25 |
9,25 |
8,25 |
7,25 |
6,25 |
5,25 |
|||||
|
у, (м) |
3,2 |
3,0 |
2,9 |
2,7 |
2,5 |
2,3 |
|||||
По результатам расчета строится кривая депрессии (Рисунок 2).
3.2 Определение притока воды Q
Определяется величина расхода фильтрационных вод на 1 погонный метр периметра дна котлована — удельный фильтрационный расход q по уравнению Дюпюи:
(9)
Определяется полный расход фильтрационных вод:
(11)
где: (2B + 2L) — фронт сбора фильтрационных вод, м.
Вычисляется расход инфильтрационных (ливневых) вод:
(12)
Определяется общий расход, протекающий в котлован:
(13)
4. Расчет водосборной системы
Назначение системы — собрать фильтрат и отвести в зумпф (водоприемник), откуда затем откачать с помощью насоса.
Рассматривается открытый водоотлив лотковой конструкции.
4.1 Конструирование водосбора внутри котлована
В основании откоса котлована по его периметру прокладывается две ветви водосборных каналов. Каждый из них имеет протяженность (L+B) и рассредоточенно по всей длине принимает и отводит в зумпф фильтрат с расходом:
(14)
В расчёте условно принимается, что весь расчётный расход сосредоточенно приходит в начало каждого канала.
Гидравлический расчёт проводится графоаналитическим методом.
Расчётные формулы:
(15)
(16)
(17)
(18)
(19)
(20)
где: R — гидравлический радиус, м;
щ- площадь живого сечения, м 2 ;
- ч — смоченный периметр, м;
- С — коэффициент Шези;
- n — коэффициент шероховатости ( 0,011 -жесть);
Q — расход безнапорного потока жидкости, м 3 /с;
х — средняя скорость потока жидкости, м/с
i — уклон дна канала ( i = 0,001);
- b — ширина лотка, м;
- h — глубина наполнения канала, м.
Задаваясь глубиной наполнения канала h, определяется расход Q.
Расчёты сводятся в таблицу 3.
Таблица 3 — Определение глубины наполнения канала.
|
h, (м) |
b, (м) |
щ, (м 2 ) |
ч, (м) |
R, (м) |
C, |
Q, (м 3 /с) |
|
|
0,05 |
0,1 |
0,005 |
0,2 |
0,025 |
49,15 |
0,0012 |
|
|
0,1 |
0,2 |
0,02 |
0,4 |
0,05 |
55,2 |
0,0078 |
|
|
0,2 |
0,4 |
0,08 |
0,8 |
0,1 |
61,9 |
0,05 |
|
|
0,3 |
0,6 |
0,18 |
1,2 |
0,15 |
66,3 |
0,146 |
|
|
0,4 |
0,8 |
0,32 |
1,6 |
0,2 |
69,5 |
0,314 |
|
По результатам расчётов строится график зависимости Q = ѓ(h) (Рисунок 3).
Затем определяется искомое значение h иск по известному значению Qрасч
;
Полученный размер h иск мал, поэтому принимается более рациональное строительное исполнение канала 30 Ч 30 см.
Площадь живого сечения
Действительная скорость:
(21)
4.2 Выбор конструкции зумпфа
Местоположение зумпфа задаётся таким образом чтобы водоотводящие каналы выполняли свои функции.
Вместимость зумпфа:
(22)
где: t — время наполнения, 5 мин = 300 с.
С учетом рекомендации СНиП 3.02.01-87, принимается глубина зумпфа h зп = 2 м.
Объём зумпфа рассчитывается исходя из геометрии конструкции:
(23)
(24)
Принимается зумпф с размерами диаметр d = 2,9м, глубиной h зп = 2 м.
По формуле (23) считается действительный объём зумпфа
Вычисляется время заполнения зумпфа. Оно должно быть больше 5 мин.:
(25)
303с > 5мин
Условие выполняется, размеры зумпфа выбраны верно.
Выполняется чертёж — развертка по трассе от истока до зумпфа (Рисунок 4).
