ćwiczenie nr 1

Transkrypt

ćwiczenie nr 1

MECHANIKA GRUNTÓW I FUNDAMENTOWANIE – ćwiczenia, dr inż. Ireneusz Dyka
Kierunek studiów: Budownictwo
Rok III, sem. VI
1
ĆWICZENIE NR 1
ID – p.6.
Semestr VI
W semestrze VI w ramach przedmiotu przedstawione są ogólne zasady projektowania i
wykonawstwa fundamentów, podział fundamentów, rodzaje fundamentów bezpośrednich, fundamentów
na palach, ścianek szczelnych i szczelinowych. Zasady projektowania murów oporowych, fundamentów
na studniach. Techniki wzmacniania gruntów.
Ćwiczenia projektowe będą realizowane w formie ćwiczeń 2 × 45 min, na których obecność jest
obowiązkowa.
Warunkiem zaliczenia ćwiczeń jest poprawne wykonanie czterech projektów:
Projekt odwodnienia wykopu budowlanego.
Projekt fundamentu bezpośredniego.
Projekt ścianki szczelnej.
Projekt muru oporowego posadowionego bezpośrednio i na palach.
+ obrona projektów, czyli wykazanie się znajomością zagadnień i norm dotyczących tematu pracy
projektowej oraz dodatkowo także treści wykładów.
Zaliczenie na podstawie ocen z projektów i kolokwium zaliczeniowego.
Ćwiczenia będą stanowić uzupełnienie materiału podawanego na wykładach.
Zakładamy, że znane są zagadnienia związane z mechaniką gruntów i geologią inżynierską, także
zasady mechaniki budowli.
Będziemy korzystać z norm dotyczących gruntów budowlanych, posadowień i robót ziemnych.
Literatura:
Myślińska E. Laboratoryjne badania gruntów. PWN, 1992,
Pisarczyk S. Gruntoznawstwo inżynierskie. PWN, 2001,
Sokołowska D., Żbikowski A., Zasady odwadniania wykopów fundamentowych budowli wodnomelioracyjnych. Część I. Zasady projektowania, Centralne Biuro Studiów i Projektów Wodnych
Melioracji w Warszawie, Warszawa 1972,
Sokołowska D., Żbikowski A., Zasady odwadniania wykopów fundamentowych budowli wodnomelioracyjnych. Część II. Przykłady obliczeń, Centralne Biuro Studiów i Projektów Wodnych
Melioracji w Warszawie, Warszawa 1972,
Sokołowski J., Żbikowski A., Odwodnienia budowlane i osiedlowe, SGGW, 1993,
Glazer Z.
Wiłun Z.
Mechanika gruntów, Wydawnictwa Geologiczne, 1985,
Zarys geotechniki, WKŁ, 1987 i nowsze
Dembicki E. i inni
Fundamentowanie cz. 1 i 2. Arkady. Warszawa 1988.
Ćwiczenia
Rok III, sem. VI
2
Czarnota – Bojarski R. i inni Fundamenty budowli lądowych. Arkady. 1978.
Grabowski Z. i inni
Fundamenty Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej. Warszawa 1999.
Motak E.
Fundamenty bezpośrednie. Arkady. Warszawa 1988.
Sawicki A.
Grunty zbrojone. PWN. Warszawa 1993.
Normy:
[1]
PN-82/B-02001
Obciążenia budowli. Obciążenia stałe.
[2]
PN-B-02479:1998 Geotechnika. Dokumentowanie geotechniczne.
[3]
PN-88/B-02014
Obciążenia budowli. Obciążenie gruntem.
[4]
PN-86/B-02480
Grunty budowlane. Określenia, symbole, podział i opis gruntów.
[5] PN-B-02481:1998
Geotechnika – Terminologia podstawowa, symbole literowe i jednostki miar.
[6]
PN-83/B-03010
Ściany oporowe. Obliczenia statyczne i projektowanie.
[7]
PN-81/B-03020
Grunty budowlane. Posadowienie bezpośrednie budowli. Obliczenia
statyczne i projektowanie.
[8]
PN-B-03264:2002 Konstrukcje betonowe, żelbetowe i sprężone. Obliczenia statyczne
i projektowanie.
[9]
PN-88/B-04481
Grunty budowlane. Badania próbek gruntu.
[10] PN-B-06050:1999 Geotechnika. Roboty ziemne. Wymagania ogólne.
Pierwszy projekt dotyczy odwodnienia wykopu fundamentowego.
Często mamy do czynienia z taką sytuacją, że musimy zejść z rzędną posadowienia obiektu
budowlanego poniżej zwierciadła wody gruntowej. Aby móc wykonywać wszelkie roboty ziemne
i budowlano-montażowe na sucho, konieczne jest albo szczelne obudowanie wykopu albo czasowe
odwodnienie wykopu fundamentowego lub innego.
Odwodnienie polega na wywołaniu sztucznej depresji zwierciadła wody gruntowej do wymaganego
poziomu oraz utrzymywaniu jej przez czas potrzebny do zrealizowania robót.
Stosuje się różne sposoby realizacji robót odwodnieniowych. Mają one duży wpływ na jakość i
przebieg robót podstawowych. Właściwy wybór techniki odwodnienia i stosowanego sprzętu wymaga
specjalistycznej wiedzy i dokładnej analizy zarówno możliwości wykonawczych jak i możliwych
skutków ubocznych.
Na system odwodnienia składa się rodzaj i układ ujęć wody, pompy, armatura, technologia
prowadzenia robót odwodnieniowych itp.
Ćwiczenia
Rok III, sem. VI
3
Ze względu na metody poboru wody rozróżnia się odwodnienia:
-
powierzchniowe, polegające na ujęciu wód gruntowych i powierzchniowych za pomocą rowów,
płytkich drenów ułożonych przy skarpie albo w dnie wykopu doprowadzonych do studni
zbiorczych;
-
bezpośrednie – wody gruntowe i powierzchniowe ujmowane są bezpośrednio z samego
wykopu;
-
wgłębne, w których wody ujmowane są za pomocą różnych urządzeń depresyjnych (studni
wierconych lub wpłukiwanych, igłofiltrów, igłostudni i głębokich drenaży poziomych);
-
mieszane, polegające na zastosowaniu w tym samym wykopie różnych sposobów odwodnienia
lub różnych typów ujęć.
Wybór systemu odwadniania następuje wskutek szczegółowej analizy następujących czynników:
-
warunki geologiczne i hydrogeologiczne (układ warstw wodonośnych i ich przepuszczalność,
poziomy wód gruntowych i warunki ich zasilania);
-
wielkość, kształt i lokalizacja wykopu;
-
zagłębienie wykopu poniżej poziomu statycznego zwierciadła wody gruntowej;
-
zabudowa terenu w zasięgu krzywej depresji (możliwość osiadania istniejących obiektów,
odwodnienia pól, obniżenia poziomu wody w studniach gospodarczych);
-
warunki odprowadzenia pompowanej wody;
-
organizacja robót (terminy i warunki wykonania, posiadany sprzęt i przyjęta technologia).
Odwodnienie powierzchniowe może być stosowane jako jedyny środek odwadniający dla:
-
płytkich wykopów niezupełnych, których dno znajduje się w pobliżu spągu warstwy
wodonośnej;
-
płytkich wykopów zupełnych
-
wykopów o niewielkim zagłębieniu dna poniżej statycznego poziomu zwierciadła wody (< 2 m)
Wady:
-
trudności utrzymania stateczności skarp i dna i występowanie oberwań, obsunięć i rozluźnienia
gruntu w toku prowadzonych prac;
-
konieczność pompowania zanieczyszczonej wody i związane z tym szybsze zużycie pomp i
przestoje;
Ćwiczenia
Rok III, sem. VI
-
4
niezbędne ograniczenie szybkości głębienia i konieczność przyjęcia odpowiedniej kolejności i
sposobu wykonania wykopu;
-
trudności wykonania drenaży lub rowów;
-
utrudnienia kontroli robót.
Odwodnienie wgłębne
Aby dokonać wyboru rodzaju systemu odwodnienia wgłębnego należy uwzględnić:
-
układ warstw wodonośnych i warunków zasilania;
-
przepuszczalność warstw gruntu;
-
wielkość wymaganej depresji;
-
kształt i wielkość wykopu.
Odwodnienia wgłębne mogą być wykonywane:
-
metodą wiertniczą wiercone;
-
metodą hydromechaniczną (wpłukiwane);
-
przez wbijanie lub wkręcanie;
Studnie, igłostudnie, igłofiltry.
W studniach woda dopływa w sposób grawitacyjny, natomiast w igłostudniach i igłofiltrach – w
wyniku wytworzonego podciśnienia.
Igłofiltry stosuje się generalnie w przypadku gruntów słabo przepuszczalnych. Zaleca się je również
stosować w przypadku małej miąższości warstwy przepuszczalnej poniżej dna (0,5-1,5 m) nie tylko dla
gruntów słabo przepuszczalnych, lecz również średnio, a nawet bardzo przepuszczalnych.
Przy k>1 m/d stosuje się studnie depresyjne lub igłofiltry, przy 1>k>0,1 m/d stosuje się igłofiltry z
podciśnieniem, przy k<0,1 m/d stosuje się igłofiltry z elektroosmozą.
Odwodnienia mieszane są stosowane w przypadkach, gdy jednym systemem odwodnienia nie
można zapewnić dostatecznego odwodnienia wykopu.. Najczęściej wykonuje się je gdy:
-
wykop przecina warstwy znacznie zróżnicowane pod względem przepuszczalności;
-
wykop jest w warstwie nieprzepuszczalnej, pod którą występuje warstwa wodonośna z wodą
pod ciśnieniem i wymagane jest odwodnienie odciążające;
-
wymagane jest odwodnienie dwu poziomów wodonośnych i różnych systemów dla każdego
poziomu.
Ćwiczenia
Rok III, sem. VI
5
Podział wykopów fundamentowych ze względu na wymiary:
-
wąskie lub wąskoprzestrzenne, o szerokości dna mniejszej niż 1,5 m;
-
szerokie lub szerokoprzestrzenne, o szerokości dna większej niż 1,5 m;
-
jamiste, o wymiarach w planie mniejszych niż 1,5 m.
Ze względu na położenie dna wykopu względem warstwy wodonośnej rozróżnia się wykopy:
-
niedogłębione (lub niezupełne), których dno nie sięga stropu warstwy słabo przepuszczalnej;
-
dogłębione (lub zupełne), których dno sięga stropu warstwy słaboprzepuszczalnej.
Ze względu na położenie wykopu w stosunku do zasilających go akwenów:
-
wykopy nurtowe (z dwóch lub trzech stron w odległościach mniejszych od zasięgu leja depresji,
znajdują się wody otwarte: rzeka, kanał, zbiornik);
-
wykopy brzegowe (z jednej strony w odległości mniejszej od promienia leja depresji położona
jest woda otwarta);
-
wykopy lądowe, położone w odległościach od zbiorników wód powierzchniowych większych
od promienia leja depresji.
PROJEKT ODWODNIENIA WYKOPU FUNDAMENTOWEGO
WARIANT I:
Zaprojektować odwodnienie wgłębne wykopu fundamentowego o wymiarach:
A = 40 [m],
B = 55 [m],
H = 6.0 [m],
dla zadanych warunków gruntowo wodnych.
0.00 (rzędna terenu)
- 1.00 (rzędna swobodnego zwierciadła wody)
- 5.00 (Pr, k = 80 m/d)
- 7.5 (Ps, k = 40 m/d)
(Ż, k = 120 m/d)
Wyjściowym punktem projektowania odwodnienia jest wybór systemu odwadniającego.
Ćwiczenia
Rok III, sem. VI
6
Położenie krzywej depresji
Zwierciadło wody po obniżeniu nie powinno układać się wyżej niż 0,50 m pod dnem wykopu w
miejscu największego zagłębienia.
Depresja w środku wykopu: So = H + 0.5 + (-1.00) = 6.0 + 0.5 – 1.0 = 5.5 m
Miąższość strefy czynnej oblicza się wg wzoru Zamarina: Ho = α(Sc + lf)
Wartość współczynnika α
Sc/(Sc+lf)
0,2
0,3
0,5
0,8
1,0
α
1,3
1,5
1,7
1,85
2,00
Wartości depresji przy studni Sc i długości czynnej filtru lf na początku obliczeń zakłada się, a
następnie sprawdza i koryguje. Sprawdzenie polega na stwierdzeniu, czy otrzymane z obliczeń
wielkości dają wstępną wartość i dodatkowo porównuje się długość czynną filtru z jego długością
dopuszczalną.
Długość dopuszczalna filtru wynika z dopuszczalnych prędkości wlotowych wody na filtrze:
vd = 653 k ; gdzie k i vd w m/d.
Przy dopływie q do jednej studni o promieniu filtru r długość dopuszczalna filtru będzie równa:
ld =
q
; [m].
2π ⋅ r ⋅ v d
Zakładając do obliczeń długość czynną filtru i jego położenie, można kierować się następującymi
wskazówkami dla studni:
Ćwiczenia
Rok III, sem. VI
7
-
długość czynna filtru nie powinna być mniejsza niż 3 m;
-
górna krawędź filtru powinna być położona wyżej niż zwierciadło wody w studni o wysokość
różnicy położenia zwierciadeł wód w studni i w gruncie przy filtrze;
-
poniżej dolnej krawędzi filtr należy przewidzieć rurę podfiltrową.
Straty na filtrze (wysokość odcinka swobodnego wypływu) oblicza się za pomocą wzorów:
-
studnie zupełne: ∆hz = 0,01 ⋅ a ⋅ α ⋅
-
studnie niezupełne: ∆hnz =
Qo ⋅ S c
;
k⋅F
∆h z

∆h
1 + An 1 − z
Sc




Założenie I: Sc = 7.0 m; lf = 4.0 m.
Sc
7. 0
=
= 0.64 α = 1.77
Sc + l f
7.0 + 4.0
Miąższość strefy czynnej równa się: Ho = α(Sc + lf) = 1.77·(7.0 + 4.0) = 19.5 m.
Do obliczeń przyjmuje się średni ważony współczynnik filtracji:
k średni =
k1h1 + k 2 h2 + ... + k n hn 80 ⋅ 4.0 + 40 ⋅ 2.5 + 120 ⋅ 13.0
=
= 101.5 m/d
h1 + h2 + ... + hn
19.5
Promień zasięgu linii depresji (wg Sichardta): R =10.2 ⋅ S o k = 10.2×5.5×10.07 = 565 m.
Jeśli R < Lo wykop lądowy (Lo - odległość od linii brzegowej rzeki do środka wykopu)
Promień obliczeniowy wielkiej studni dla wykopu lądowego: ro = η
Ćwiczenia
L+B
4
Rok III, sem. VI
8
Wartość współczynnika η
B/L
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
η
1,0
1,12
1,13
1,18
1,18
1,18
L = 55 m; B = 40 m B/L = 0.73 η = 1.18 ro = 1.18
55 + 40
= 28.025 m
4
Całkowity wydatek wody z odwadnianego wykopu, dla wód gruntowych o swobodnym
zwierciadle, dla wykopu lądowego:
Q = q⋅n =
1.36 ⋅ k ⋅ S o (2 H o − S o ) 1.36 ⋅ 101.5 ⋅ 5.5 ⋅ (2 ⋅ 19.5 − 5.5) 25433.9
=
=
= 19 497 m3/d
R
565
1
.
305
lg
lg
ro
28.025
Wydatek pojedynczej studni: q = 2π ⋅ r ⋅ v d ⋅ l f
vd = 653 k = 653 101.5 = 65×4.66 = 303.2 m/d.
Promień studni: r = 0.15 m q = 2π·0.15·303.2·4.0 = 1143.03 m3/d
Liczba studni n > Q/q = 19497/1143.03 = 17.06
Rzeczywista długość filtru: l = l f +
S c − So
7.0 − 5.5
= 4. 0 +
= 4.75 m
2
2
Założenie: liczba studni n = 18 q = Q/n = 19497/18 = 1083.2 m3/d
Przy takim założeniu obliczamy wartość depresji przy studni:
S c = H o − H o2 −

r
0.73q 
R
 n ⋅ lg + lg o + 0.217 ⋅ ξ 
k 
ro
n⋅r

ξ - współczynnik niezupełności studni lub niepełnego zafiltrowania (gdy spód filtru położony jest
wyżej niż 2 m nad spągiem warstwy wodonośnej)
 l M
, 
M r 
ξ = f
M – średni statyczny poziom obniżonego zwierciadła wody w wykopie nad poziomem zasięgu strefy
czynnej.
M = Mo -
S c − So
S + Sc
5.5 + 7.0
= Ho - o
= 19.5 = 13.25 m
2
2
2
Ćwiczenia
Rok III, sem. VI
9
 l M
, 
M r 
Wartość funkcji ξ 
M/r
l/M
0,5
1
5
10
30
100
200
300
1000
0,05
0,00423
0,135
2,30
12,6
35,5
71,9
94,0
126
149
0,10
0,00391
0,122
2,04
10,4
24,5
43,5
45,9
70,2
81,8
0,30
0,00297
0,0908
1,29
4,79
9,20
14,5
17,7
21,8
24,9
0,50
0,00164
0,0494 0,656
2,26
4,21
6,50
7,86
9,64
11,0
0,70
0,000546 0,0167 0,237
0,879
1,69
2,67
3,24
4,01
4,58
0,90
0,0000482 0,0015 0,251
0,128
0,302
0,537
0,677
0,867
1,01
 l M
 4.75 13.25 
,  = f
,
 = f(0.36; 88.33) ξ = 12.0 (dla filtru niezatopionego)
M r 
 13.25 0.15 
ξ = f
S c = 19.5 − 19.52 −
0.73 ⋅ 1083.2 
565
28.025

+ lg
+ 0.217 ⋅ 12.0  = 6.49 m
18 ⋅ lg
101.5
28.025
18 ⋅ 0.15


Jeśli |ScI – ScII| < 0.5 m OK.!
|7.0 – 6.49| = 0.51 m > 0.5 m notOK!
Trzeba założyć mniejszą depresję
Założenie II: Sc = 6.5 m; lf = 4.0 m.
Sc
6.5
=
= 0.62 α = 1.75
Sc + l f
6.5 + 4.0
Miąższość strefy czynnej równa się: Ho = α(Sc + lf) = 1.75·(6.5 + 4.0) = 18.375 m.
k średni =
k1h1 + k 2 h2 + ... + k n hn 80 ⋅ 4.0 + 40 ⋅ 2.5 + 120 ⋅ 11.875
= 100.4 m/d
=
18.375
h1 + h2 + ... + hn
Promień zasięgu linii depresji (wg Sichardta): R =10.2 ⋅ S o k = 10.2×5.5×10.02 = 562.1 m.
Ćwiczenia
Rok III, sem. VI
10
L = 55 m; B = 40 m B/L = 0.73 η = 1.18 ro = 1.18
L+B
4
55 + 40
= 28.025 m
4
Całkowity wydatek wody z odwadnianego wykopu, dla wód gruntowych o swobodnym
zwierciadle, dla wykopu lądowego:
Q = q⋅n =
1.36 ⋅ k ⋅ S o (2 H o − S o ) 1.36 ⋅ 100.4 ⋅ 5.5 ⋅ (2 ⋅ 18.375 − 5.5) 23468.5
=
=
= 17 983.5 m3/d
565
R
1.305
lg
lg
28.025
ro
Określamy maksymalny wydatek pojedynczej studni.
Wydatek pojedynczej studni: q = 2π ⋅ r ⋅ v d ⋅ l f
Dopuszczalna prędkość wody na filtrze: vd = 653 k = 653 100.4 = 65×4.65 = 302.1 m/d.
Promień studni: r = 0.15 m
qmax = 2π·0.15·302.1·4.0 = 1138.9 m3/d
Liczba studni n > Q/q = 17983.5/1138.9 = 15.8
Rzeczywista długość filtru: l = l f +
S c − So
6.5 − 5.5
= 4. 0 +
= 4.5 m
2
2
Założenie: liczba studni n = 16 q = Q/n = 17983.5/16 = 1123.97 m3/d
S c = H o − H o2 −

r
0.73q 
R
 n ⋅ lg + lg o + 0.217 ⋅ ξ 
k 
ro
n⋅r

 l M
, 
M r 
ξ = f
czynnej.
Ćwiczenia
Rok III, sem. VI
M = Mo -
11
S c − So
S + Sc
5.5 + 6.5
= Ho - o
= 18.375 = 12.375 m
2
2
2
 l M
 4.5 12.375 
,  = f
,
M r 
 12.375 0.15 
ξ = f
S c = 18.375 − 18.3752 −
0.73 ⋅ 1123.98 
565
28.025

+ lg
+ 0.217 ⋅ 12.0  = 6.67 m
16 ⋅ lg
100.4
28.025
16 ⋅ 0.15


|6.5 – 6.67| = 0.17 m < 0.5 m OK!
Założenie III: Sc = 6.5 m; lf = 4.0 m; n = 20
S c = H o − H o2 −

r
0.73q 
R
 n ⋅ lg + lg o + 0.217 ⋅ ξ 
k 
ro
n⋅r

 l M
, 
M r 
ξ = f
czynnej.
M = Mo -
S c − So
S + Sc
5.5 + 6.5
= Ho - o
= 18.375 = 12.375 m
2
2
2
 l M
 4.5 12.375 
,  = f
,
M r 
 12.375 0.15 
ξ = f
S c = 18.375 − 18.3752 −
0.73 ⋅ 899.175 
565
28.025

+ lg
+ 0.217 ⋅ 12.0  = 6.39 m
 20 ⋅ lg
100.4
28.025
20 ⋅ 0.15


|6.5 – 6.39| = 0.11 m < 0.5 m OK!
Założenie IV: Sc = 6.5 m; lf = 4.0 m; n = 18
Ćwiczenia
Rok III, sem. VI
12
S c = H o − H o2 −

r
0.73q 
R
 n ⋅ lg + lg o + 0.217 ⋅ ξ 
k 
ro
n⋅r

 l M
, 
M r 
ξ = f
czynnej.
M = Mo -
S c − So
S + Sc
5.5 + 6.5
= Ho - o
= 18.375 = 12.375 m
2
2
2
 l M
 4.5 12.375 
,  = f
,
M r 
 12.375 0.15 
ξ = f
S c = 18.375 − 18.3752 −
0.73 ⋅ 999.08 
565
28.025

+ lg
+ 0.217 ⋅ 12.0  = 6.51 m
18 ⋅ lg
100.4
28.025
18 ⋅ 0.15


|6.5 – 6.51| = 0.01 m < 0.5 m OK!
Rozmieszczenie studni: przyjęto 18 studni rozmieszonych równomiernie wokół wykopu.
Spód filtru na rzędnej: -1.0 - Sc – lf = -1.0 – 6.5 – 4.0 = -11.5 m p.p.t.
Ćwiczenia
Rok III, sem. VI
WARIANT II:
A = 40 [m],
B = 55 [m],
H = 6.0 [m],
+1.00 Linia ciśnień piezometrycznych (rzędna zwierciadła napiętego)
- 4.00 (Gπ, IL = 0.45)
- 7.5 (Ps, k = 25 m/d)
- 10.5 (Pr, k = 50 m/d)
(Gπ, IL = 0.30)
Wybór systemu odwadniającego: studnie wiercone zupełne
Depresja w środku wykopu: So = H + 0.5 + (1.00) = 6.0 + 0.5 + 1.0 = 7.5 m
2 – obniżone zwierciadło wody w gruntach nieprzepuszczalnych;
3- obniżone zwierciadło wody w gruntach spoistych rozluźnionych lub niespoistych
5 – spąg warstwy wodonośnej
Głębokość strefy czynnej Ho = 10.5 + 1.0 = 11.5 m
Ćwiczenia
13
Rok III, sem. VI
k średni =
14
k1h1 + k 2 h2 + ... + k n hn 25 ⋅ 3.5 + 50 ⋅ 3.0
= 36.5 m/d
=
6.5
h1 + h2 + ... + hn
Promień zasięgu linii depresji (wg Sichardta): R =10.2 ⋅ S o k = 10.2×7.5×6.045 = 462 m.
L = 55 m; B = 40 m B/L = 0.73 η = 1.18 ro = 1.18
L+B
4
55 + 40
= 28.025 m
4
Całkowity wydatek wody z odwadnianego wykopu, dla wód gruntowych o napiętym zwierciadle,
dla wykopu lądowego:
Q = q⋅n =
2.72 ⋅ k ⋅ m ⋅ S o 2.72 ⋅ 36.5 ⋅ 6.5 ⋅ 7.5 4839.9
= 3976.6 m3/d
=
=
R
462
1.217
lg
lg
28.025
ro
Maksymalny wydatek pojedynczej studni: q = 2π ⋅ r ⋅ v d ⋅ l f
vd = 653 k = 653 36.5 = 65×3.32 = 215.6 m/d.
Założenie I: Sc = 8.0 m; lf = 3.0 m;
Promień studni: r = 0.15 m
qmax = 2π·0.15·215.6·3.0 = 609.6 m3/d
Liczba studni n > Q/q = 3976.6 /609.6 = 6.5
Rzeczywista długość filtra: l = l f +
S c − So
8.0 − 7.5
= 3.0 +
= 3.25 m
2
2
Założenie: liczba studni n = 8 q = Q/n = 3976.6 /8 = 497.08 m3/d
Przy takim założeniu obliczamy wartość depresji przy studni, dla zwierciadła napiętego:
Sc =

r
0.366 ⋅ q 
R
 n ⋅ lg + lg o + 0.217 ⋅ ξ 
k ⋅m 
ro
n⋅r

Ćwiczenia
Rok III, sem. VI
15
 l M
, 
M r 
ξ = f
czynnej.
M = Mo -
S c − So
S + Sc
7.5 + 8.0
= Ho - o
= 11.5 = 3.75 m
2
2
2
 3.25 3.75 
 l M
,  = f
,
 = f(0.87; 25) ξ = 0.27
M r 
 3.75 0.15 
ξ = f
Sc =
0.366 ⋅ 497.08 
462
28.025

+ lg
+ 0.217 ⋅ 0.27  = 8.56 m > wysokości ssania notOK!
 8 ⋅ lg
36.5 ⋅ 6.5 
28.025
8 ⋅ 0.15

Założenie: liczba studni n = 12 q = Q/n = 3976.6 /12 = 331.4 m3/d
Przy takim założeniu obliczamy wartość depresji przy studni, dla zwierciadła napiętego:
Sc =

r
0.366 ⋅ q 
R
 n ⋅ lg + lg o + 0.217 ⋅ ξ 
k ⋅m 
ro
n⋅r

 3.25 3.75 
 l M
,  = f
,
 = f(0.87; 25) ξ = 0.27
M r 
 3.75 0.15 
ξ = f
Sc =
0.366 ⋅ 331.4 
462
28.025

+ lg
+ 0.217 ⋅ 0.27  = 8.1 m
12 ⋅ lg
36.5 ⋅ 6.5 
28.025
12 ⋅ 0.15

Ćwiczenia
Rok III, sem. VI
WARIANT III:
A = 40 [m],
B = 55 [m],
H = 6.0 [m],
- 2.00 (rzędna swobodnego zwierciadła wody)
- 4.00 (Pd, k = 9 m/d)
- 8.0 (Pd, k = 4.5 m/d)
- 10.5 (Pπ, k = 0.4 m/d)
- 12.5 (Pd, k = 3.4 m/d)
(Gπ, IL = 0.30)
Wybór systemu odwadniającego: igłofitry
Depresja w środku wykopu: So = H + 0.5 + (-2.00) = 6.0 + 0.5 - 2.0 = 4.5 m
Schemat obliczeniowy: studnia zupełna o swobodnym zwierciadle wody gruntowej.
Głębokość strefy czynnej Ho = 12.5 + (-2.0) = 10.5 m
k średni =
k1h1 + k 2 h2 + ... + k n hn 9 ⋅ 2.0 + 4.5 ⋅ 4.0 + 0.4 ⋅ 2.5 + 3.4 ⋅ 2.0
=
= 4.17 m/d
h1 + h2 + ... + hn
10.5
Promień zasięgu linii depresji (wg Sichardta): R =10.2 ⋅ S o k = 10.2×4.5×2.042 = 93.7 m.
Promień wielkiej studni:
L = 55 m; B = 40 m B/L = 0.73 η = 1.18 ro = 1.18
55 + 40
= 28.025 m
4
Wydatek z wielkiej studni zupełnej dla swobodnego zwierciadła wody gruntowej:
Q = q⋅n =
1.36 ⋅ k ⋅ S o (2 H o − S o ) 1.36 ⋅ 4.17 ⋅ 4.5 ⋅ (2 ⋅ 10.5 − 4.5) 421.1
=
=
= 803.3 m3/d
R
93.7
0
.
524
lg
lg
ro
28.025
Ćwiczenia
16
Rok III, sem. VI
17
Maksymalny wydatek pojedynczego igłofiltru: q = 2π ⋅ r ⋅ v d ⋅ l
Założenie: r = 0.03 m; l = 1.5 m. (Parametry l i r odnoszą się do konkretnych typów igłofiltrów i
należy je uzgadniać z wykonawcą).
Dla igłofiltrów dopuszczalna prędkość przepływu wody: v d = 130 ⋅ 3 k = 130 ⋅ 3 4.17 = 130×1.61 =
209.2 m/d qmax = 2π·0.03·209.2·1.5 = 59.15 m3/d
Liczba igłofiltrów n > Q/q = 803.3 /59.15 = 13.6
Założenie I:
liczba igłofiltrów n = 24 q = Q/n = 803.3/24 = 33.47 m3/d
Obniżenie poziomu dynamicznego wody po zewnętrznej stronie igłofiltrów oblicza się wg wzoru:
S c = H o − H o2 −

r
0.73q 
R
 n ⋅ lg + lg o + 0.217 ⋅ α ⋅ ξ 
k 
ro
n⋅r

W celu uniknięcia zapowietrzenia się urządzeń igłofiltrowych po obniżeniu zwierciadła wody przy
filtrze poniżej jego górnej krawędzi, zakładamy schemat pracy filtrów zatopionych.
 l C M
, ,  - dla filtru zatopionego
M M r 
ξ = f
Zakładamy na początek orientacyjną wartość obniżenia zwierciadła Sc = 5.5 m
C – głębokość położenia górnej krawędzi filtru poniżej spągu warstwy nieprzepuszczalnej
(zwierciadło napięte) lub poniżej średniego poziomu obniżenia w wykopie (swobodne
zwierciadło)
Ćwiczenia
Rok III, sem. VI
Co = 2.5 m C = Co −
18
S c − So
5. 5 − 4. 5
= 2. 5 −
= 2.0 m
2
2
czynnej.
M = Mo -
S c − So
S + Sc
4.5 + 5.5
= Ho - o
= 10.5 = 5.5 m
2
2
2
 l C M
, , 
M M r 
Wartość funkcji ξ 
M/r
l/M
0,1
0,3
0,5
C/M
0,0
0,10
0,20
0,30
0,45
0,60
0,70
0,80
0,90
0,0
0,10
0,20
0,35
0,50
0,60
0,70
0,0
0,10
0,25
0,50
10
30
100
500
1000
10,4
6,48
5,23
4,91
4,30
4,91
5,23
6,48
10,4
4,79
3,30
2,72
2,40
2,72
3,50
4,79
2,26
1,51
2,20
2,26
24,5
17,0
15,6
15,1
14,5
15,1
15,6
17,0
24,5
8,20
7,13
6,58
6,20
6,58
7,13
9,20
4,21
3,23
2,90
4,21
43,5
36,6
32,6
31,9
31,5
31,9
32,6
36,6
43,5
14,5
12,2
11,6
11,4
11,6
12,2
14,5
6,50
5,41
5,12
6,50
70,2
59,7
58,6
58,1
57,5
58,1
58,6
59,7
70,2
21,8
19,3
18,8
18,7
18,8
19,3
21,8
9,64
8,49
8,24
9,64
81,8
71,8
70,4
70,3
70,2
70,3
70,4
71,8
81,8
24,9
22,3
21,9
21,8
21,9
22,3
24,9
11,0
9,80
9,64
11,0
 l C M
 1.5 2.0 5.5 
, ,  = f
,
,
 = f(0.27; 0.36; 183.3) ξ = 17.0
M M r 
 5.5 5.5 0.03 
ξ = f
Rozstaw igłofiltrów: δ =
S c = 10.5 − 10.52 −
2 ⋅ π ⋅ ro 2 ⋅ π ⋅ 28,025
=
= 7,33 m α = 1.00
n
24
0.73 ⋅ 33.47 
93.7
28.025

+ lg
+ 0.217 ⋅ 1.0 ⋅ 17.0  = 8.13 m
 24 ⋅ lg
4.17
28.025
24 ⋅ 0.03


Ćwiczenia
Rok III, sem. VI
19
|5.5 – 8.13| = 2.63 m > 0.5 m notOK!
Założenie II:
 l C M
M M r 
ξ = f
zwierciadło)
Co = 2.5 m C = Co −
S c − So
5. 5 − 4. 5
= 2. 5 −
= 2.0 m
2
2
czynnej.
M = Mo -
S c − So
S + Sc
4.5 + 5.5
= Ho - o
= 10.5 = 5.5 m
2
2
2
 l C M
 1.5 2.0 5.5 
, ,  = f
,
,
 = f(0.27; 0.36; 183.3) ξ = 17.0
M M r 
 5.5 5.5 0.03 
ξ = f
S c = 10.5 − 10.52 −
2 ⋅ π ⋅ ro 2 ⋅ π ⋅ 28,025
=
= 5,50 m α = 1.00
n
32
0.73 ⋅ 25.1 
93.7
28.025

+ lg
+ 0.217 ⋅ 1.0 ⋅ 17.0  = 6.77 m
 32 ⋅ lg
4.17 
28.025
32 ⋅ 0.03

|5.5 – 6.77| = 1.27 m > 0.5 m notOK!
Założenie III:
 l C M
M M r 
ξ = f
Ćwiczenia
Rok III, sem. VI
20
zwierciadło)
Co = 2.5 m C = Co −
S c − So
6.5 − 4.5
= 2.5 −
= 1.0 m
2
2
czynnej.
M = Mo -
S c − So
S + Sc
4. 5 + 6. 5
= Ho - o
= 10.5 = 5.0 m
2
2
2
 l C M
 1.5 1.0 5.0 
, ,  = f
,
,
 = f(0.30; 0.20; 166.7) ξ = 12.0
M M r 
 5.0 5.0 0.03 
ξ = f
S c = 10.5 − 10.52 −
2 ⋅ π ⋅ ro 2 ⋅ π ⋅ 28,025
=
= 5,50 m α = 1.00
n
32
0.73 ⋅ 25.1 
93.7
28.025

+ lg
+ 0.217 ⋅ 1.0 ⋅ 12.0  = 6.18 m
 32 ⋅ lg
4.17 
28.025
32 ⋅ 0.03

|6.5 – 6.18| = 0.32 m < 0.5 m OK!
Rozmieszczenie igłofiltrów: przyjęto 2 zestawy po 16 igłofiltrów w każdym rozmieszczone
równomiernie wokół wykopu.
Góra filtru na rzędnej: -2.0 – So – Co = -2.0 – 4.5 – 2.5 = - 9.0 m p.p.t.
Spód filtru na rzędnej: -2.0 - So – Co – l = -2.0 – 4.5 – 2.5 – 1.5 = -10.5 m p.p.t.
Wydatek z pojedynczego igłofiltru q = 25.1 m3/d
Ćwiczenia

ćwiczenie nr 1

Transkrypt

Podobne dokumenty

Baran rysunek

Odwiedziny w Stacji Uzdatniania Wody - sp1

PROJEKTOWANIE STUDNI

muszyńskie studnie

Wykopy fundamentowe – odwadnianie.

Niezwykłe budowle cz.1

Ręczne wykopuje wykopy w celu budowy fundamentów i podziemia

Marcin Świetlicki POLSKA I kiedy ustawiamy się rzędem przed