Ćwiczenia projektowe: Podstawy 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.
Opracowanie: dr inż. Zbigniew Mroziński, dr inż. Dorota Libront, Katedra Budownictwa Wodnego 1
Ćwiczenia projektowe: Podstawy 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, 25�75
piasek gruby
średnio przepuszczalne żwir gliniasty, 10�25
pospółka gliniasta,
piasek średni
mało przepuszczalne piasek drobny 1�10
słabo przepuszczalne piasek pylasty, 1�10-1�1
piasek gliniasty
pył piaszczysty 1�10-2�1�10-1
bardzo słabo przepuszczalne pył, 1�10-3�1�10-2
glina piaszczysta,
glina
glina pylasta, 1�10-4�1�10-3
glina piaszczysta zwięzła
praktycznie glina zwięzła, 1�10-5�1�10-4
nieprzepuszczalne glina pylasta zwięzła,
ił piaszczysty
ił, 1�10-6�1�10-5
ił pylasty
2. Odwodnienie powierzchniowe.
2.1 Obliczenie kąta nachylenia nawodnionych skarp (ą) przy odwodnieniu powierzchniowym
I
g� ��cosa� ��tgf�
f =�
I
g� �� p ��tga� +� g� ��sin a�
gdzie
I
g� =� (�1-� p)���(�g�s -�g� )�
Parametry gruntu należy ustalić dla danego gruntu wg PN 81/B-03020, wiedząc, że ł=g��
Opracowanie: dr inż. Zbigniew Mroziński, dr inż. Dorota Libront, Katedra Budownictwa Wodnego 2
Ćwiczenia projektowe: Podstawy Budownictwa Wodnego
Tab. 2 Orientacyjne porowatości niektórych gruntów
Nazwa gruntu p [%]
gleba 43�65
torf 76�89
muł świeży 50�90
ił plastyczny 35�70
glina 24�42
less 40�65
less gliniasty 25�35
piasek o równomiernym uziarnieniu 25�50
pospółka 15�30
żwir 20�55
margiel 20�49
2.2.Zasięg depresji (R) wg Sichardta:
-dla współczynnika filtracji podanego w m/s:
R =� 3000 �� s0 �� k [m]
-dla współczynnika filtracji podanego w m/d:
R =�10,2�� s0 �� k [m]
2.3 Określenie rodzaju wykopu:
R/2>L ��wykop brzegowy,
R/22.4 Promień wielkiej studni (r0):
-dla wykopów brzegowych, gdy a/b>3
2�� a +� 2��b
r0 =�
2��p�
-dla wykopów brzegowych, gdy a/b<3
a ��b
r0 =�
p�
-dla wykopów lądowych:
a +� b
r0 =� h� ��
4
Tab. 3 Wartości współczynnika �
b/a 0,05 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 e"0,6
� 1,05 1,08 1,12 1,144 1,16 1,174 1,18
Opracowanie: dr inż. Zbigniew Mroziński, dr inż. Dorota Libront, Katedra Budownictwa Wodnego 3
Ćwiczenia projektowe: Podstawy Budownictwa Wodnego
2.5. Obliczenie dopływu (Q) do wykopu:
-do wykopu brzegowego
1,36 �� k �� S0 ��(2�� H0 -� S0 )
QB =�
2�� L
lg +� 0,217 ��x�
r0
-do wykopu lądowego
1,36 �� k �� S0 �� (2 �� H0 -� S0 )
QL =�
R +� r0
lg +� 0,217 ��x�
r0
ć� ��
h H0 ��
��
gdzie współczynnik niezupełności wykopu x� =� f , określa się z tab. 4
��
H0 r0 ��
Ł� ł�
Tab. 4 Wartości współczynnika niezupełności wykopu (�)
H0/r0
h/H0 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
Opracowanie: dr inż. Zbigniew Mroziński, dr inż. Dorota Libront, Katedra Budownictwa Wodnego 4
Ćwiczenia projektowe: Podstawy Budownictwa Wodnego
3. Obliczenia odwodnień wgłębnych
3.1 Założenia wstępne:
-studnie dogłębione (�=0),
-ilość studni (np. n=4),
-obniżenie zwierciadła wody (depresja) przy studniach (np. ss=so+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:
R =� 3000 �� ss �� k [m]
-dla współczynnika filtracji podanego w m/d:
R =�10,2�� ss �� k [m]
3.3 Obliczenie natężenia dopływu wody do zespołu studni:
1,36 �� k �� S0 ��(2�� H0 -� S0)
Q =� n �� q =�
R +� r0
lg +� 0,217 ��x�
r0
lub dla wykopu brzegowego:
1,36 �� k �� S0 ��(2�� H0 -� S0)
Q =� n �� q =�
2�� L0
lg +� 0,217 ��x�
r0
Uwaga: przy obliczaniu promienia wielkiej studni r0 (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:
ć� ��
0,73�� q R r0
2
�� ��
Ss =� H0 -� H0 -� ����n��lg +� lg +� 0,217x�
��
k r0 n�� r
Ł� ł�
lub dla wykopu brzegowego:
ć� ��
0,73�� q 2�� L0 r0
2
�� ��
Ss =� H0 -� H0 -� ����n��lg +� lg +� 0,217x�
��
k r0 n�� r
Ł� ł�
Obliczenia prowadzimy aż zostanie spełniony warunek |szał-sobl| d" 0,5m, odpowiednio
zmieniając założenia wstępne (w pierwszej kolejności szał)
Opracowanie: dr inż. Zbigniew Mroziński, dr inż. Dorota Libront, Katedra Budownictwa Wodnego 5
Ćwiczenia projektowe: Podstawy Budownictwa Wodnego
3. 5 Określenie długości czynnej filtra (lf): lf e" ld
3
vd =� 65 �� k
gdzie: vd, k [m/d]
q
ld =�
2 ��p� �� r �� vd
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):
q �� Ss
L�hz =� 0,2�� b� ��
k �� F
gdzie: F =� 2 ��p� �� r �� l ,
f
dla pierścieniowych (konturowych) układów studni:
R
ln
r
b� =�
Rn
ln
n �� r0n-�1 �� r
3.7 Określenie zasięgu (miąższości) strefy czynnej
I
H0 =� a� ��(�ss +� lf )�
Tab. 6 Wartość współczynnika ą
ss
0,2 0,3 0,5 0,8 1,0
ss +� l
f
ą 1,3 1,5 1,7 1,85 2,0
I I
Jeśli H0 <� H0 to w dalszych obliczeniach należy przyjąć H0 =� H0
3.8 Sprawdzenie warunku dogłębienia studni:
m=H0-ss-"hz-lf
Jeśli:
-0d"md"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
l M
ć� ��
studni �  z tab. 4 jako: x� =� f , ,
�� ��
M r
Ł� ł�
ss -� s0 ss -� s0
gdzie: M =� M0 -� oraz l =� l +�
f
2 2
Opracowanie: dr inż. Zbigniew Mroziński, dr inż. Dorota Libront, Katedra Budownictwa Wodnego 6
Ćwiczenia projektowe: Podstawy Budownictwa Wodnego
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 [m2],
h  głębokość wykopu względem statycznego zwierciadła wody [m],
H0  rzeczywista miąższość warstwy wodonośnej [m],
-(miąższość) strefy czynnej [m],
k -współczynnik filtracji [m/s, cm/s, m/d],
L  odległość wykopu od rzeki [m],
ld  długość dopuszczalna (minimalna) filtra [m],
lf -długość czynna filtra [m],
M0  wzniesienie zwierciadła wody pod dnem wykopu ponad warstwą nieprzepuszczalną [m],
n -ilość studni,
p  porowatość gruntu,
q  dopływ wody do pojedynczej studni [m3/s, m3/d],
Q  dopływ wody do zespołu studni [m3/s, m3/d],
QB - dopływ wody do wykopu brzegowego [m3/s, m3/d],
QL  dopływ wody do wykopu lądowego [m3/s, m3/d],
r  promień studni [m],
r0  promień wielkiej studni [m],
R -zasięg depresji [m],
s0 - obniżenie zwierciadła wody pod dnem wykopu [m],
ss -obniżenie zwierciadła wody (depresja) przy studniach [m],
t  głębokość wykopu [m],
vd  dopuszczalna prędkość wody[m/s, m/d],
ą -kąt nachylenia skarp[0],
ł  ciężar objętościowy wody [kN/m3],
ł' -ciężar objętościowy gruntu z uwzględnieniem wyporu [kN/m3],
łs - ciężar objętościowy szkieletu gruntowego [kN/m3],
"hz -strata na filtrze [m],
�  współczynnik niezupełności wykopu lub studni,
Ś -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 A
ączności, Warszawa 1987
�� PN 81/B-03020 Grunty budowlane - Posadowienie bezpośrednie budowli - Obliczenia
statyczne i projektowanie
�� http://www.hydro-vacuum.com.pl
Opracowanie: dr inż. Zbigniew Mroziński, dr inż. Dorota Libront, Katedra Budownictwa Wodnego 7