Главная

Водоснабжение

Осушение строительного котлована. Строительный котлован, укрепление котлованов

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

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

1 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 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.

1.1 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.

1.2 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.

1.3 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.

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.

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

2. Вычисляем радиус влияния. Радиус влияния зависит от рода грунта и его можно определить по зависимости, определяемой формулой Кусакина И.П.:

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,

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:

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)

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

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

2. Уклон i=0,001ё0,005

Расчетные формулы:

(14)

Q = Qрасчетн= Сw

(15) (16) (17) (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

β определяется по формуле

b =2h– ширина сечения, м

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

Таблица 3

h, м	b,м	м2	м	R, м	С	V,м/с	Q, м3/с
0,15	0,3	0,45	0,6	0,075	59,04	1,143	0,05145
0,1	0,2	0,02	0,4	0,05	55,178	0,872	0,0175
0,05	0,1	0,005	0,2	0,025	49,158	0,549	0,00583

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

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

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.

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

(21)

По таблице 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

(22)

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

(23)

где Кэ-эквивалентная равномерно зернистая шероховатость, для неновых труб Кэ=1,4 мм,

Rе- число Рейнольдса

(24)

где ν- коэффициент кинематической вязкости, зависит от температуры жидкости

ν (t=200C) = 0,0101 см2/с=0,00000101 м2/с

4. Строится пьезометрическая линия р-р (рисунок 5), для чего назначается величина свободного напора Нсв=5ё10м (Из опыта строительного производства - так называемый запас).

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;

hjcкл= 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

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

Вакуум Нвак

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

;

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-IIбудем иметь:

=0; ; ; ; ; ; .

Строительство дома, будь то небольшое жилище, или многоэтажное строение, начинается с основы, а именно с устройства котлована и его разработки. Данным этапом строительства пренебрегать не стоит ни в коем случае.

От того, насколько тщательно вы провели подготовку к будущему строительству, зависит надежность и долговечность будущего дома. Устройство фундамента под домом - одно из обязательных условий хорошего строительство.

Помимо этого, разработка и устройство котлована необходимо, если вы планируете иметь подвальное помещение в доме.

Так или иначе, земляные работы нулевого цикла - это начало всего строительства, которое вы, как бы вам этого ни хотелось, пропускать не должны.

Устройство котлована под будущим домом - это довольно трудоемкий процесс, который включает в себя несколько основных этапов, каждый из которых играет свою роль при строительстве.

Этапы устройства котлована

В зависимости от назначения котлована, процесс его организации может включать в себя следующие характерные работы:

Разработка проекта для проведения работ нулевого цикла;
Планировка территорий;
Подготовка пакета документов, разрешающих строительство;
Расчистка территории под строительство и размещение техники;
Подводка коммуникаций к месту строительства;
Собственно рытье котлована;
Вывоз грунта с утилизацией;
Укрепление откосов готового котлована;
Засыпка котлована вновь после проведения необходимых работ.

Если готовое строение имеет перекосы в уровне стен и потолка, внутри появился грибок или никак не получается вывести из дома насекомых, затопление подвала и фундамента грунтовыми водами, вероятнее всего, вы неправильно провели земляные работы.

Поэтому, прежде чем приступать к рытью самого котлована, стоит провести ряд подготовительных работ, строго соблюдая существующие требования безопасности и качества.

Особенно важны те работы, которые вы едва ли сможете провести самостоятельно. Речь о геодезической съемке и проектные работы. Чтобы строительство прошло без проблем, вы должны собрать необходимый пакет документов, произвести замеры и исследования почвы.

Это необходимо, так как в разных местах может быть почва разного характера, разный уклон поверхности, разный уровень пролегания подземных вод, которые влияют на характер организации фундамента для дома.

Устройство котлована с начала

Любое начало устройства котлована связано с расчисткой имеющейся под строительство территории. Зимой площадь под дом освобождается от снега, летом - от мусора, в том числе растительного.

Может случиться так, что необходима будет более основательная расчистка территории: снос старых зданий и построек, вырубка и выкорчевывание деревьев и кустарника. После проведения работ такого рода в результате образуется большое количество мусора, который стоит утилизовать, согласно имеющимся требованиям.

Вывоз грунта также потребуется после рытья котлована - почвы снимается достаточно много, лучше ее убрать подальше от строительной площадки, чтобы не мешала работе техники и строителей.

Заказать транспорт для подобного вывоза не сложно. Чтобы сэкономить, убедитесь, что грузовые машины будут достаточного размера. Так вы сэкономите на топливе, так как транспорт сделает меньше ходок.

Чем лучше вы подготовите территорию к будущему рытью котлована и строительству дома, тем легче будут проходить дальнейшие работы.

Говоря о подземных коммуникациях, мы имеем ввиду возможные электросети, проложенные под землей, канализационную систему и систему водоснабжения, телефонные кабели и другое.

Вы рискуете повредить коммуникационные линии, если не перенесете их. Кроме того, такие меры необходимы для вашей же безопасности.

Когда измерение участка и получение необходимых разрешений позади, участок расчищен и должным образом подготовлен, можно переходить к рытью котлована.

Как правило, верхний слой почвы не смешивается с глубинными слоями. Его можно использовать в дальнейшем при организации клумб и газонного покрытия на участке.

Верхний слой снимается и откладывается на удобное расстояние. Сверху его прикрывают тентом или пленкой. Если грунт не нужен, можно заказать его вывоз за пределы территории строительства с последующей утилизацией.

В зависимости от размеров и глобальности дальнейшего строительства, котлован можно вырыть вручную, или же использовать соответствующую технику.

Если котлован необходим небольшого размера, или подъезда для специализированной техники к месту строительства нет, остается копать вручную. Сделать это легче, если используется труд группы рабочих.

Использование техники для рытья котлована даже для малогабаритного строительства, конечно, значительно облегчает процесс. Техника может справиться с крупными камнями и тяжелой глинистой почвой, тогда как ручная копка в таких условиях может занять гораздо больше времени.

КОТЛОВАН

У всего есть своя основа. В строительстве основой считается фундамент, который в условиях размножения рода человеческого становится даже чем-то большим. Ведь нехватка земли (а она чем лучше место, тем дороже) приводит к тому, что уже никому не придет в голову ставить дом без поземного этажа. Поэтому современный фундамент, как само собой разумеется, - это каркас под один, а то и под два этажа вглубь земли.

Котлован! Вот с чего начинается родина, если под ней понимать родовой гнездо в хорошем месте. Таким образом, котлован занимает центральное место в думах о будущем доме, будь то жилье или техническое строение. Но котлован – это не яма, а искусное инженерное сооружение, которое, прежде рытья, требует вертикального планирования, геодезической съемки, ландшафтного проекта, а потом – укрепления и все это - с учетом особенностей уровня грунтовых вод и прокладки транспортных путей. Возможно даже, что главное, с чего надо начинать думку о котловане, - это решение вопроса, куда и как пристроить вынимаемый грунт.

ОСОБЕННОСТИ РАЗРАБОТКИ ФУНДАМЕНТА

Схема производства траншеи под фундамент.

Устройство котлована под фундамент трудоемкий процесс, требующий предварительной подготовки, в которую могут входить такие шаги:

разработка проекта для проведения земляных работ;
планировка строительных территорий;
подготовка разрешительных документов;
расчистка территории от помех природного и не природного происхождения (кусты, постройки);
перенос существующих инженерных коммуникаций;
рытье котлована;
вывоз и утилизация грунта;
укрепление откосов котлована;
работы по устройству новых инженерных коммуникаций;
подготовка насыпей и обратная засыпка котлованов.

Соблюдение всех строительных норм и правил на каждом этапе создания котлована, позволит избежать многих сложностей в будущем, при эксплуатации здания. Это могут быть такие проблемы, как: перекос здания, заболачивание фундамента, проникновение влаги вверх по стенам, появление грибка и насекомых, подмывание фундамента грунтовыми водами и другие. Для того чтобы избежать ошибок, приводящих к таким последствиям, необходимо создание выверенного плана здания, проведение постоянных мероприятий по контролю качества и сверок с планом, корректировка строительного процесса.

От правильного проведения земляных работ зависит многое, в том числе и целостность здания, построенного на основе такого фундамента. Среди ключевых моментов работ особенно выделяются:

геодезическая съемка;
ландшафтно-проектные работы;
рытье и укрепление котлованов;
вертикальное планирование поверхности участка с учетом особенностей уровня грунтовых вод и прокладки транспортных путей.

Исследовательские и проектные работы позволяют правильно оценить расположение участка на местности, обозначить особенности уклона поверхности, уровень высот и грунтовых вод, тип почвы и другие нюансы, которые повлияют на качество здания.

ВЫВОЗ И УТИЛИЗАЦИЯ ГРУНТА, РАСЧИСТКА СТРОИТЕЛЬНОЙ ПЛОЩАДКИ

Схемы разбивки траншей, котлованов и насыпей: а – котлована; б – траншеи; в – насыпи на местности без поперечного уклона; г – то же на косогоре; д – определение отметки дна глубокого котлована.

В процессе копки котлована для фундамента и после завершения остается большое количество грунта, а часто и строительного мусора, снега (в холодное время года), который необходимо удалить с участка и правильно утилизировать. Необходимо подыскать место, куда будет вывезен грунт, оно может располагаться за несколько десятков километров от места строительства.

Транспорт для вывоза необходим крупногабаритный, для того, чтобы совершить не большое количество ходок и не расходовать топливо. Так же необходимо получить пакет разрешительных документов.

Предварительная подготовка участка под устройство котлована включает в себя расчистку места от различных насаждений: деревьев, пней, кустарников, бетонных и асфальтированных дорожек, построек. Эти работы требуют наличия специальных приспособлений и рабочей силы, занимая немалое количество времени.

Необходимо тщательно подойти к выполнению этой задачи, так как легкость проведения последующих работ зависит от правильности выполнения этого этапа.

ПЕРЕНОС ИНЖЕНЕРНЫХ КОММУНИКАЦИЙ И КОПКА КОТЛОВАНА

Схема разметки территории под фундамент.

Установка котлована для фундамента сопряжена с проникновением вглубь земляного покрова, туда, где расположены, как правило, основные коммуникации. Под землей проходят водопроводные трубы, канализация, электросети. При проведении земляных работ следует учитывать особенности пролегания коммуникаций на конкретном участке. Прежде чем начинать рытье, необходимо отключить, демонтировать или перенести их. Так же потребуется проведение новых коммуникаций под новое здание. Для этого обязательно требуется согласование с ответственными органами, получение разрешения на проведения таких работ и внесение их в план строительства.

Подготовительные работы для создания насыпей проводятся заранее, с учетом особенностей грунтовой поверхности. Проводится сверка проекта с условиями местности и уточнение объемов работ. Составляется акт.

Плодородную почву вывозят под использование для восстановления нарушенных или малопродуктивных земель сельскохозяйственного назначения. Или оставляют под окультуривание придомовой территории.

Дерн удаляется или, под насыпями, состоящими из глинистых грунтов, грунт разрыхляют вспахиванием. На косогорах, у основания насыпи организуют уступы 1-4 м по ширине, под уклоном примерно 0,01-0,02 по направлению падения косогора. Уступы нарезают с вертикальными стенками, а при большой высоте с под откос.

Схема правильного выкапывания фундамента.

Косогоры состоящие из: рыхлых песков, гравия, гальки, дресвы, обломков слабовыветривающихся пород, если они не покрыты дерном уступы не предполагаются. Косогоры из скальных пород подготавливаются под основание насыпи в соответствии с проектом.

До начала работ насыпи с высоким содержанием влаги осушают, в случае необходимости проводятся противопучинные мероприятия.

Рытье котлована может происходить механизированным способом или при помощи человеческой рабочей силы.

Механизированный способ подходит на местности, где легко может подъехать крупногабаритная строительная техника: экскаватор, бульдозер, погрузчик, грузовик. Использование техники сокращает время и трудоемкость земляных работ, так плодородный слой гумуса убирается в течение, примерно, трех часов. До двух дней потребуется на рытье котлована. Благодаря мощности крупные элементы (камни, пни и другое), попадающиеся в земле не составят серьезного препятствия для продолжения работ. Погрузку выработанного грунта удобно осуществлять напрямую в грузовик.

Ручной способ рытья котлована подойдет там, где нет удобных подъездных путей для техники или есть противопоказания к ее применению, где нет необходимости вырыть котлован большого объема.

В качестве инструментов для рытья подойдут: лопаты, заступы, тромбователи и тачки для вывоза земли.

УКРЕПЛЕНИЕ КОТЛОВАНА

Горизонтальная разметка фундамента.

Котлован для фундамента требует дополнительного укрепления стенок, особенно в случае высокого уровня грунтовых вод на участке застройки.

Есть несколько типов укрепления:

шпунтовое;
цементовка;
«стена в грунте»;
буронабивные сваи.

Шпунтовое укрепление заключается в использовании специально приспособленного шпунта Ларсена. Он погружается в землю до выемки грунта. Это один из самых распространенных способов укрепления берега. Применяется в условиях: ослабленных грунтов, с большим содержанием песка, при высоком уровне грунтовых вод, пылеватых грунтов, на топкой, болотистой местности.

Способ цементовки стенок котлована используют в местности с плотной застройкой, там, где здания плотно прилегают друг к другу. Этот способ позволяет избежать вибрации и разрушения фундаментов соседних зданий.

Способ «стена в грунте» считается передовым. При этом способе в траншеи котлована закладываются сборные конструкции и закладывается бетон или железобетон. Эти конструкции выполняют роль несущих или ограждающих. Способ широко применяется при строительстве гражданских, промышленных, жилых зданий, позволяет устраивать фундаменты на большой глубине – до 50 м.

Буронабивные сваи – технология с родни «стене в грунте». Это продольные арматуры с большим диаметром, укрепленные армированными окружностями более мелкого размера.

ОБРАТНАЯ ЗАСЫПКА КОТЛОВАНА

Обратная засыпка делается с целью укрепления фундамента, для предотвращения попадания под фундамент влаги.

Производится засыпка непрерывно, сразу после сооружения фундамента. При засыпке подвальных пазух прежде необходима укладка перекрытий. Грунт должен быть очищен от органических составляющих. Он укладывается послойно, слоями не более 10 см.

Для произведения данного вида работ требуется пневматическое трамбующее и вибротрамбующее навесное малогабаритное оборудование.

При невозможности подведения оборудования на площадку необходимо использовать ручной труд. В качестве инструментов берутся ручные тромбовки, молотки и тележки для перевозки песка и грунта. Такой тип работ более трудоемкий и занимает много времени, особенно на больших стройках.

По мере произведения всех работ по устройству котлована под фундамент необходим контроль качества работ, сверка с документацией, проведение корректирующих мероприятий. В этом случае есть все шансы построить здание, которое исправно прослужит многие годы.

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

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

Исходные данные

Таблица 1

1 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 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.

1.1 Открытый водоотлив

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.

1.2 Легкие иглофильтровые установки (ЛИУ)

1.3 Понижение УГВ эжекторными иглофильтрами

1.4 Понижение УГВ с электроосмосом

2 Фильтрационный расчет

2.1 Построение кривой депрессии

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

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

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,

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:

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)

2.2 Определение притока воды в котлован

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

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

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

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

2. Уклон i=0,001ё0,005

Расчетные формулы:

Q = Qрасчетн= Сw (15)

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 β определяется по формуле

b =2h– ширина сечения, м

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

Таблица 3

h, м	b,м	м2	м	R, м	С	V,м/с	Q, м3/с
0,15	0,3	0,45	0,6	0,075	59,04	1,143	0,05145
0,1	0,2	0,02	0,4	0,05	55,178	0,872	0,0175
0,05	0,1	0,005	0,2	0,025	49,158	0,549	0,00583

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

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:

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

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.

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;

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

d= м

По таблице 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

g=9,8 м/с2 -ускорение свободного падения,

l - коэффициент гидравлического трения (коэффициент Дарси), по формуле Артшуля

(23)

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

Всасывающая линия

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;

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:

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

Вакуум Нвак

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

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:

(26)

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

Уравнение преобразуется в следующий вид:

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 , 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» ;

Wп и Kп модули скорости и расхода при полном наполнении коллектора

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» снимается значение А для заданной степени наполнения а=0,6

2. Определяется модуль расхода :

м3/с

3.Из таблицы 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:

Список использованных источников

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

Строительный котлован

Фундаменты и подвальные помещения лежат ниже уровня земли. Поэтому грунт под зданием должен быть вынут и должен быть образован строительный котлован. Если требуются точные сведения о строении и последовательности слоев грунта, то необходимо провести исследования фунтов, такие, как бурение скважин, зондаж или устройство шурфов

В соответствии с видом строительных грунтов принимается решение о типе фундаментов и видах используемых строительных машин.

Кроме того, необходимо проверить, не проходят ли под участком трубопроводы водо- или газоснабжения, канализационные коллекторы, электрические и телефонные кабели. После этого необходимо произвести геодезическую съемку площадки и срезку верхнего слоя грунта на месте строительства сооружения и в местах подготовительных работ и складирования. Верхним (материнским) слоем грунта называют самый верхний слой живого грунта. Он особенно богат живыми организмами и содержит гумус или глину. Этот слой может быть толщиной до 40 см. Верхний слой грунта должен по возможности складироваться на строительной площадке, так как он позже должен быть снова использован для покрытия и благоустройства площадки.

Выемка грунта из котлована производится почти исключительно с помощью погрузчиков и экскаваторов. Вынутый грунт отвозится с помощью грузовых автомобилей. При выемке грунта из котлована надо следить за тем, чтобы его стены укреплялись либо за счет откосов, либо за счет соответствующей обстройки. Длительные осадки, водоносные слои, мороз и сотрясения могут способствовать обрушению стенок котлована.

Дно котлована (подошва котлована) должно быть горизонтально, иметь проектный профиль и быть гладким.

Для этого в дно котлована вбиваются колышки одинаковой высоты. Высота колышков снимается с помощью нивелира или лазерного инструмента из какой-либо относительной точки и с помощью нивелирной рейки или приемника переносится на местность. В зависимости от глубины котлована получается разбивочный размер от верха колышка до верха дна котлована. Так достигается горизонтальность дна котлована. Грунтовую воду, воду из слоев грунта, поверхностные воды необходимо собирать и отводить.

Чтобы иметь достаточную свободу движений, необходимо, чтобы вокруг сооружения в котловане было достаточно широкое РАБОЧЕЕ ПРОСТРАНСТВО. Это пространство должно составлять от опалубки фундамента до подошвы откоса стенки котлована не менее 50 см

Разделы