Главная Учебники - Геология Лекции (геология) - часть 1
Нижегородский Государственный Архитектурно Строительный Университет
Выполнил: студент гр.197 Николаева А.О. Проверил Сухов С.М. Н.Новгород-2005 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 Материалы инженерно-геологических изысканий Ширина В, м Длина L, м Грунтовых вод Zг,м Водоупора Zву,м Песок ср. и мелк.зерн. 1 Выбор способа водопонижения
1.1 Открытый водоотлив
1.2 Легкие иглофильтровые установки (ЛИУ)
Для понижения УГВ свыше 5м применяют многоярусные легкие иглофильтровые установки, которые требуют, как правило, расширения котлована и увеличения земляных работ. 1.3 Понижение УГВ эжекторными иглофильтрами
1.4 Понижение УГВ с электроосмосом
В пылевато-глинистых грунтах, имеющих коэффициент фильтрации менее 2м/сут, искусственное водопонижение осуществляют с помощью электроосмоса в сочетании с иглофильтром. Его выполняют в такой последовательности. По периметру котлована с интервалом 1,5…2м располагают иглофильтры, а между ними (в шахматном порядке относительно иглофильтров) по бровке котлована забивают металлические стержни из арматуры или труб небольшого диаметра. Эти стержни подсоединяют к положительному полюсу источника постоянного тока напряжением 40…60 В, а иглофильтры - отрицательному. Под действием тока рыхлосвязанная поровая вода переходит в свободную и, перемещаясь от анода к катоду (иглофильтру), откачивается, в результате уровень грунтовых вод понижается. При этом способе водопонижения расход электроэнергии составляет 5…40 кВт/ч на1 м3. В связи с тем что стоимость искусственного водопонижения находится в прямой зависимости от продолжительности работы откачивающих машин, добиться сокращения затрат можно при максимальном сокращении сроков строительства. Заданием на проектирование определено понижение УГВ в строительном котловане с помощью открытого водоотлива .[1] 2 Фильтрационный расчет
2.1 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*iм/с , (1) где i- гидравлический уклон Расход фильтрующей жидкости определяется по зависимости : Q=w* Кф*iм3/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*hм2/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 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 . Учитывая 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 затем откачать с помощью насоса. Конструируем открытый водоотлив лотковой конструкции 3.1 Конструирование водосбора внутри котлована
По периметру дна котлована прокладывается два открытых канала, каждый из которых имеет протяженность L+В. Система рассредоточено по всей длине принимает 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 рекомендации по проектированию 1. Ширина лотка по дну не менее 30 см (ширина лопаты) 2. Уклон i=0,001ё0,005 Расчетные формулы: v = C Q = Qрасчетн= Сw w= b*h (18) где: v – средняя скорость потока, м/с С – коэффициент Шези R – гидравлический радиус, м w – площадь живого сечения, м2 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 β = 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. Полученная по расчету ширина лотка получается 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
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= 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. 4.1 Расчет системы всасывающей и напорной сети
Предпосылки а) Скорость во всасывающем и напорном трубопроводе в первом приближении принимается равной 1м/с; б) На практике, обычно диаметр всасывающего трубопровода больше диаметра напорного, поэтому скорость во всасывающей линии около 0,7м/с, а в напор ной около 1м/с; в) Всасывающая линия рассчитывается с учетом потерь в местных сопротивлениях (короткий трубопровод); г) Напорная линия рассчитывается как простой трубопровод без учета местных потерь Напорная линия 1. Определяется диаметр напорного трубопровода из уравнения неразрывности потока, принимая скорость в нем V=1м/с d= d= По таблице [1] принимается стандартный диаметр dст=0,175 м 2. Для выбранного стандартного диаметра уточняем скорость в трубопроводе – фактическая скорость Vф=0,883 м/с 3. Определяются потери напора по длине по формуле Дарси-Вейсбаха l=lнап – длина трубы, отводящей фильтрат, т.е. расстояние от оси насоса до оси ливневого коллектора, принимается в курсовой работе равной 200м g=9,8 м/с2 -ускорение свободного падения , l - коэффициент гидравлического трения ( коэффициент Дарси), по формуле Артшуля где Кэ-эквивалентная равномерно зернистая шероховатость , для неновых труб Кэ=1,4 мм, Rе- число Рейнольдса где ν- коэффициент кинематической вязкости , зависит от температуры жидкости ν (t=200C) = 0,0101 см2/с=0,00000101 м2/с λ=0,03335 4. Строится пьезометрическая линия р-р (рисунок 5), для чего назначается величина свободного напора Нсв=5ё10м (Из опыта строительного производства - так называемый запас). Нсв=5 м 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 : где xj – коэффициент потерь в местных сопротивлениях : для сетки с клапаном xcкл=10 ; для плавного поворота на 900 xпов=0,55; hjcкл= 0,3978 м ; h j пов=0,02188 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 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 ; H=6,516+6,725=13,241 м . Фактический вакуум определяется с помощью уравнения Бернулли: Для плоскости сравнения 0-0 и выбранных сечений I-I и II-IIбудем иметь: Уравнение где hf= 0,595 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. 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. 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: 1. Абрамов С.К. Найфельд Л.Р. Скричелло О.Б. Дренаж промышленных площадок и городских территорий.- М.: Гос. Издательство литературы по строительству и архитектуре , 1954 2. Грацианский М.Н. Инженерная мелиорация . М.: Издательство литературы по строительству , 1965 3. Калицун В.И. и др. Гидравлика ,водоснабжение и канализация –М.: Стройиздат,1980 4. Козин В. Н. Расчет каналов имеющих замкнутый поперечный профиль в условиях безнапорного течения. - Горький.: ГИСИ, 1984. 5. Курганов А. М., Федоров Н. Ф. Гидравлические расчеты систем водоснабжения и водоотведения. - Л.: Стройиздат, 1986. 6. Насосы разные: Строительный каталог. Ч.10. Санитарно-техническое оборудование. Приборы и автоматические устройства. М.: ГПИ Сантехпроект,1984 7. Прозоров И.В. и др. Гидравлика , водоснабжение и канализация .М.: Высшая школа , 1990 8. СНиП 2.01.01.-82 «Строительная климатология и геофизика» 9. СниП 3.02.01-87 «Земляные сооружения, основания и фундаменты» 10. Справочник монтажника. Монтаж систем внешнего водоснабжения и канализации./Под ред. А. К. Перешивкина. - М.: Стройиздат, 1978. 11. Справочник по гидравлическим расчетам /Под ред. П.Г.Киселева .М.: Энергия , 1972 12. Справочник проектировщика /Под ред. И.Г. Староверова//Внутренние санитарно-технические устройства Ч.1.- М.: Стройиздат 13. Чугаев Р.Р Гидравлика.-Л.:Энергия ,1982 14. Штеренлихт Д.В. Гидравлика .- М.: Энергоатомиздат,1984
|