Ćwiczenia projektowe: Podstawy Budownictwa Wodnego

Opracowanie: dr inż. Zbigniew Mroziński, dr inż. Dorota Libront, Katedra Budownictwa Wodnego

1

Ćwiczenia projektowe:

Podstawy Budownictwa Wodnego

– Budownictwo N 1 rok 3 sem. 5

1.

Informacje o organizacji zajęć. Woda w gruncie.

2.

Ogólne wiadomości o filtracji i o odwodnieniach. Wydanie tematów.

3.

Określenie parametrów gruntu. Obliczenie nachylenia skarpy wykopu

z wysączającą się wodą.

4.

Obliczenie dopływu wody do wykopu (wielkiej studni).

5.

Zakres stosowania i sposób wykonywania odwodnień bezpośrednich.

Wnioski. Sprawdzenie zaawansowania projektu.

6.

Rodzaje odwodnień wgłębnych. Rodzaje studni. Rodzaje filtrów. Sposoby

wykonywania studni, igło studni, igłofiltrów.

7.

Obliczanie odwodnień wgłębnych.

8.

Rodzaje pomp. Dopuszczalne wielkości depresji. Zasada działania

agregatu igłofiltrów.

9.

Zaliczenie.

Ćwiczenia projektowe: Podstawy Budownictwa Wodnego

Opracowanie: dr inż. Zbigniew Mroziński, dr inż. Dorota Libront, Katedra Budownictwa Wodnego

2

Zaprojektować odwodnienie wykopu budowlanego o wymiarach 3×I X 2×N [m] w gruncie
jednorodnym o miąższości (I+N) m i współczynniku filtracji k= I/(1000×N) [cm/s].
Głębokość wykopu I m, a zaleganie zwierciadła wody I/2 m p. p. t. W odległości 10×I od
dłuższego boku wykopu płynie rzeka, której zwierciadło wody układa się 0,5 m niżej niż
w gruncie.




1. Określenie rodzaju gruntu na podstawie współczynnika filtracji.

Tab. 1 Orientacyjne wartości współczynników filtracji

stopień przepuszczalności

rodzaj gruntu

k [m/d]

bardzo mocno przepuszczalne

rumosz

250

żwir (z większą ilością kamieni)

150÷250

mocno przepuszczalne

żwir

75÷150

pospółka,

piasek gruby

25÷75

średnio przepuszczalne

żwir gliniasty,

pospółka gliniasta,

piasek średni

10÷25

mało przepuszczalne

piasek drobny

1÷10

słabo przepuszczalne

piasek pylasty,

piasek gliniasty

1×10

-1

÷1

pył piaszczysty

1×10

-2

÷1×10

-1

bardzo słabo przepuszczalne

pył,

glina piaszczysta,

glina

1×10

-3

÷1×10

-2

glina pylasta,

glina piaszczysta zwięzła

1×10

-4

÷1×10

-3

praktycznie

nieprzepuszczalne

glina zwięzła,

glina pylasta zwięzła,

ił piaszczysty

1×10

-5

÷1×10

-4

ił,

ił pylasty

1×10

-6

÷1×10

-5

2. Odwodnienie powierzchniowe.

2.1 Obliczenie kąta nachylenia nawodnionych skarp (α) przy odwodnieniu powierzchniowym















sin

cos















I

I

tg

p

tg

f

gdzie



 

















s

I

p

1

Parametry gruntu należy ustalić dla danego gruntu wg PN 81/B-03020, wiedząc, że γ=g·ρ

Ćwiczenia projektowe: Podstawy Budownictwa Wodnego

Opracowanie: dr inż. Zbigniew Mroziński, dr inż. Dorota Libront, Katedra Budownictwa Wodnego

3

Tab. 2 Orientacyjne porowatości niektórych gruntów

Nazwa gruntu

p [%]

gleba
torf
muł świeży
ił plastyczny
glina
less
less gliniasty
piasek o równomiernym uziarnieniu
pospółka
żwir
margiel

43÷65
76÷89
50÷90
35÷70
24÷42
40÷65
25÷35
25÷50
15÷30
20÷55
20÷49

2.2.Zasięg depresji (R) wg Sichardta:

-dla współczynnika filtracji podanego w m/s:

k

s

R







0

3000

[m]

-dla współczynnika filtracji podanego w m/d:

k

s

R







0

2

,

10

[m]

2.3 Określenie rodzaju wykopu:

R/2>L wykop brzegowy,
R/2<L wykop lądowy

2.4 Promień wielkiej studni (r

0

):

-dla wykopów brzegowych, gdy a/b>3













2

2

2

0

b

a

r

-dla wykopów brzegowych, gdy a/b<3



b

a

r





0

-dla wykopów lądowych:

4

0

b

a

r









Tab. 3 Wartości współczynnika η

b/a

0,05

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

≥0,6

η

1,05

1,08

1,12

1,144

1,16

1,174

1,18

Ćwiczenia projektowe: Podstawy Budownictwa Wodnego

Opracowanie: dr inż. Zbigniew Mroziński, dr inż. Dorota Libront, Katedra Budownictwa Wodnego

4

2.5. Obliczenie dopływu (Q) do wykopu:

-do wykopu brzegowego





















217

,

0

2

lg

)

2

(

36

,

1

0

0

0

0

r

L

S

H

S

k

Q

B

-do wykopu lądowego





















217

,

0

lg

)

2

(

36

,

1

0

0

0

0

0

r

r

R

S

H

S

k

Q

L

gdzie współczynnik niezupełności wykopu















0

0

0

,

r

H

H

h

f



określa się z tab. 4

Tab. 4 Wartości współczynnika niezupełności wykopu (ξ)

H

0

/r

0

h/H

0

0,5

1

5

10

30

100

200

500

1000

0,05

0,0100423 0,1350

2,300

12,6

35,5

71,9

94,0

126

149

0,10

0,0059100 0,1220

2,040

10,4

24,5

43,5

55,9

70,2

81,8

0,30

0,0029700 0,0808

1,290

4,79

9,20

14,5

17,7

21,8

24,9

0,50

0,0016400 0,0494

0,656

2,56

4,21

6,50

7,86

9,64

11,0

0,70

0,0005460 0,0167

0,237 0,879

1,69

2,67

3,24

4,01

4,58

0,90

0,0000482 0,0015 0,0251 0,128 0,302 0,537 0,677 0,867

1,01

2.6 Wnioski

Tab. 5 Orientacyjne dopuszczalne zagłębienie dna wykopu poniżej poziomu wody gruntowej

Rodzaj gruntu

zagłębienie [m]

pył

do 0,2

piasek pylasty

0,2÷0,4

piasek drobny

0,4÷0,7

piasek średni, pospółka

0,7÷1,2

piasek gruby, żwir

1,2÷2,0

Ćwiczenia projektowe: Podstawy Budownictwa Wodnego

Opracowanie: dr inż. Zbigniew Mroziński, dr inż. Dorota Libront, Katedra Budownictwa Wodnego

5

3. Obliczenia odwodnień wgłębnych

3.1 Założenia wstępne:

-studnie dogłębione (ξ=0),
-ilość studni (np. n=4),
-obniżenie zwierciadła wody (depresja) przy studniach (np. s

s

=s

o

+2m),

- promień (r, np. r=150:2 [mm])

Przyjmuje się następujące średnice
-igłofiltry 40÷74 mm,
-igłostudnie 75÷150 mm,
-studnie 150÷300 (450) mm

3.2.Zasięg depresji (R) wg Sichardta:

-dla współczynnika filtracji podanego w m/s:

k

s

R

s





 3000

[m]

-dla współczynnika filtracji podanego w m/d:

k

s

R

s







2

,

10

[m]

3.3 Obliczenie natężenia dopływu wody do zespołu studni:

























217

,

0

lg

)

2

(

36

,

1

0

0

0

0

0

r

r

R

S

H

S

k

q

n

Q

lub dla wykopu brzegowego:

























217

,

0

2

lg

)

2

(

36

,

1

0

0

0

0

0

r

L

S

H

S

k

q

n

Q

Uwaga: przy obliczaniu promienia wielkiej studni r

0

(wg wzorów podanych przy obliczaniu odwodnienia

powierzchniowego) należy uwzględnić, że studnie muszą znajdować się w pewnej odległości od dna wykopu
(przy czym przy odwodnieniu wgłębnym skarpy mogą być

-nachylone do poziomu pod kątem równym kątowi tarcia wewnętrznego gruntu lub
-wykonane jako pionowe lecz wtedy należy zastosować obudowę wykopu i podać sposób wykonania tej

obudowy (nie może być zbyt wysoka).
Studnie można umieścić tuż ponad statycznym zwierciadłem wody (dopuszcza się umieszczenie poniżej
poziomu terenu).

3.4 Sprawdzenie:

































217

,

0

lg

lg

73

,

0

0

0

2

0

0

r

n

r

r

R

n

k

q

H

H

S

s

lub dla wykopu brzegowego:



































217

,

0

lg

2

lg

73

,

0

0

0

0

2

0

0

r

n

r

r

L

n

k

q

H

H

S

s

Obliczenia prowadzimy aż zostanie spełniony warunek |s

zał

-s

obl

| ≤ 0,5m, odpowiednio

zmieniając założenia wstępne (w pierwszej kolejności s

zał

)

Ćwiczenia projektowe: Podstawy Budownictwa Wodnego

Opracowanie: dr inż. Zbigniew Mroziński, dr inż. Dorota Libront, Katedra Budownictwa Wodnego

6

3. 5 Określenie długości czynnej filtra (l

f

): l

f

≥ l

d

3

65

k

v

d





gdzie: v

d

, k [m/d]

d

d

v

r

q

l











2

Przyjmuje się następujące długości filtrów:

-igłofiltry 0,3÷0,5 m,
-igłostudnie 2,0÷3,0 m,
-studnie do 6,0 m

3.6 Obliczenie odcinka swobodnego wysączania się wody (straty na filtrze):

F

k

S

q

h

s

z















2

,

0

gdzie:

f

l

r

F











2

,

dla pierścieniowych (konturowych) układów studni:

r

r

n

R

r

R

n

n







1

0

ln

ln



3.7 Określenie zasięgu (miąższości) strefy czynnej





f

s

I

l

s

H









0

Tab. 6 Wartość współczynnika α

f

s

s

l

s

s



0,2

0,3

0,5

0,8

1,0

α

1,3

1,5

1,7

1,85

2,0

Jeśli

0

0

H

H

I



to w dalszych obliczeniach należy przyjąć

I

H

H

0

0



3.8 Sprawdzenie warunku dogłębienia studni:

m=H

0

-s

s

-Δh

z

-l

f

Jeśli:

-0≤m≤2m przyjmujemy, że studnie są faktycznie dogłębione
-m<0 należy zmienić założenia (ilość i średnicę studni), ponieważ filtr nie może

znajdować się w warstwie nieprzepuszczalnej,

-m>2m należy skorygować obliczenia uwzględniając współczynnik niezupełności

studni ξ –z tab. 4 jako:















r

M

M

l

f

,



,

gdzie:

2

0

0

s

s

M

M

s







oraz

2

0

s

s

l

l

s

f







Ćwiczenia projektowe: Podstawy Budownictwa Wodnego

Opracowanie: dr inż. Zbigniew Mroziński, dr inż. Dorota Libront, Katedra Budownictwa Wodnego

7

4. Zestawienie oznaczeń

a -dłuższy bok wykopu (wymiar na poziomie dna) [m],
b –krótszy bok wykopu (wymiar na poziomie dna) [m],
f –współczynnik stateczności,
F –powierzchnia czynna filtra [m

2

],

h –głębokość wykopu względem statycznego zwierciadła wody [m],

H

0

–rzeczywista miąższość warstwy wodonośnej [m],
-(miąższość) strefy czynnej [m],

k -współczynnik filtracji [m/s, cm/s, m/d],
L – odległość wykopu od rzeki [m],
l

d

–długość dopuszczalna (minimalna) filtra [m],

l

f

-długość czynna filtra [m],

M

0

–wzniesienie zwierciadła wody pod dnem wykopu ponad warstwą nieprzepuszczalną [m],

n -ilość studni,
p –porowatość gruntu,
q –dopływ wody do pojedynczej studni [m

3

/s, m

3

/d],

Q –dopływ wody do zespołu studni [m

3

/s, m

3

/d],

Q

B

- dopływ wody do wykopu brzegowego [m

3

/s, m

3

/d],

Q

L

–dopływ wody do wykopu lądowego [m

3

/s, m

3

/d],

r – promień studni [m],
r

0

–promień wielkiej studni [m],

R -zasięg depresji [m],
s

0

- obniżenie zwierciadła wody pod dnem wykopu [m],

s

s

-obniżenie zwierciadła wody (depresja) przy studniach [m],

t – głębokość wykopu [m],
v

d

–dopuszczalna prędkość wody[m/s, m/d],

α -kąt nachylenia skarp[

0

],

γ –ciężar objętościowy wody [kN/m

3

],

γ' -ciężar objętościowy gruntu z uwzględnieniem wyporu [kN/m

3

],

γ

s

- ciężar objętościowy szkieletu gruntowego [kN/m

3

],

Δh

z

-strata na filtrze [m],

ξ –współczynnik niezupełności wykopu lub studni,
Φ -kąt tarcia wewnętrznego gruntu [

0

]

5. Bibliografia

 Pazdro Z.: Hydrogeologia ogólna, Wydawnictwa Geologiczne, Warszawa 1983

 Sokołowski J., Żbikowski A.: Odwodnienia budowlane i osiedlowe, Wyd. SGGW,

Warszawa 1993.

 Wiłun Z.: Zarys geotechniki, Wyd. Komunikacji i Łączności, Warszawa 1987

 PN 81/B-03020 Grunty budowlane - Posadowienie bezpośrednie budowli - Obliczenia

statyczne i projektowanie

 http://www.hydro-vacuum.com.pl