background image

Ćwiczenia projektowe: Podstawy Budownictwa Wodnego 

 

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

 
 

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. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
 
 
 

background image

Ćwiczenia projektowe: Podstawy Budownictwa Wodnego 

 

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

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 
 
 

background image

Ćwiczenia projektowe: Podstawy Budownictwa Wodnego 

 

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

 

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 

 

background image

Ćwiczenia projektowe: Podstawy Budownictwa Wodnego 

 

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

 

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

h/H

0                

0,5 

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 

background image

Ćwiczenia projektowe: Podstawy Budownictwa Wodnego 

 

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

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

background image

Ćwiczenia projektowe: Podstawy Budownictwa Wodnego 

 

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

3. 5 Określenie długości czynnej filtra (l

f

)l

f

 ≥ l

 

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

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

 

background image

Ćwiczenia projektowe: Podstawy Budownictwa Wodnego 

 

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

4. Zestawienie oznaczeń 
 
-dłuższy bok wykopu (wymiar na poziomie dna) [m], 
b –krótszy bok wykopu (wymiar na poziomie dna) [m],  
–współczynnik stateczności, 
–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], 
– 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], 

– 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