Осушение строительного котлована

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ  БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ 
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 
АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» 
(ННГАСУ)

 

 

КАФЕДРА ГИДРАВЛИКИ

 

 

 

Курсовая  работа

по теме

 

«ОСУШЕНИЕ СТРОИТЕЛЬНОГО КОТЛОВАНА»

 

 

 

 

Выполнил студент III курса  гр. 169       Королев В.Г. 
     

Проверил                        Янченко М.А. 
                

 

 

 

 

 

 

 

 

Нижний Новгород 2012 г.

Задание на курсовую работу

«Осушение строительного  котлована»

Рис.1. Схема  строительного котлована

Исходные данные:

Грунт	Инфильтрация	Размеры, м					Дрен. трубы
		H	c	a	b	d
супесь	–	5,6	0,7	67	112	3,7	керамич.

Содержание

 

Введение            4

1. Назначение трассы  дренажной системы и расчетной  величины ее  
заглубления на начальном участке        5

2. Гидравлический расчет  приточности воды к дрене     8

3. Расчет гидравлики  потока в дрене       11

4. Расчет емкости накопительного  колодца      13

5. Трубчатые дрены          15

6. Расчет насосной  установки         16 
6.1. Расчет системы всасывающей и напорной сети    16 
6.2. Подбор марки насоса        19

Список литературы          21

 

Введение

В данной курсовой работе рассматривается проектирование дренажной  системы для осушения заданной территории. Проектирование этой системы обеспечивает надежную работу котлована в открытом состоянии, а в дальнейшем при эксплуатации обеспечивает защиту возведенных фундаментов, построенных сооружений от подтопления в период длительной эксплуатации. Все дренажные воды предусматривается собирать в накопительные емкости, которые понижаются на заглублении относительно дренажной системы. Указанные накопительные емкости должны периодически осушаться с помощью насосов.

 

1. Назначение  трассы дренажной системы и  расчетной величины ее  
заглубления на начальном участке

Плановые размеры основания  площадки строительства определяются геометрическими расстояниями a и b по заданию.

Для проектирования дренажной  системы предусматривается дополнительный запас территории для организации  транспортного сообщения вокруг строящихся объектов и прокладки дренажных труб за пределами транспортной системы для её сохранности.

Ширина дорожной сети вокруг запланированной площадки котлована  принимается 6 м, прокладка дренажных труб намечается в 2 м от дорожной сети.

С учетом принятых решений длина дренажной сети составляет  
по линии AB:

по линии BC:

 

На рис. 2. представлен план дренажной системы.

 

Рис.2. План дренажной системы  

Движение грунтовых  вод по дренажной системе строительного  котлована распадается   на 2 участка : по линии АВ (1 участок) и по линии ВС (2 участок). Для организации движения дренажных вод в трубах по линии АВС намечается строительство этих труб с уклоном от точки А к точке В и к точке С. В  точке А заглубление дренажной системы минимальное, в точке С максимальное.

Для определения заглубления дренажных  труб задаемся диаметром труб. Так  как основным грунтом является супесь, то берем диаметр труб равный 150 мм.

Дренажные трубы для  надежного дренирования территории следует обсыпать фильтрующими слоями толщиной 0,1 м. для крупных песков принимается 1 слой фильтра ; для средних 2 слоя ; для всех остальных грунтов 3 слоя. Для супесей необходима обсыпка в три слоя :1 слой – гравий, 2 слой – крупнозернистый песок, 3 слой – среднезернистый песок.

Принимается заглубление верха  дренажного устройства на расстояние 0,5 м от заглубления котлована на величину d=3,7 м.

С учетом всех вышеотмеченных обстоятельств заглубления дренажной системы в точке А рассчитывается по рис. 3.

Рис.3. Схема к расчету заглубления дренажной трубы в точке А 

Отметка заглубления  дренажной системы в точке  А определяется по выражению:

   (1)

где D – диаметр трубы;

n – число слоев дренажных обсыпки.

 

2. Гидравлический  расчет приточности воды к  дрене

 

Так как дренажные  трубы обеспечивают движение водного потока в условиях безнапорного движения, то для этого требуется прокладка труб от А к С с уклоном. Принимается уклон i=0,001. Учитывая принятый уклон, заглубление дренажной системы в точке С будет самым большим.

Для расчета приточности воды к дрене требуется определить расчетное заглубление дренажной системы в середине расстояния АВС:

 

      (2)

   

где i – уклон, значение которого принимается i = 0,001; 
l_AB+l_BC – длина дренажной сети по линии ABC.

Для указанного положения расчетная глубины грунтовых вод будет равна:

     (3)

При глубоком залегании  водоупора приточность воды к  дрене соответствует расчетной схеме представленной на рис.4.

Радиус влияния дрены R при неучете инфильтрации находится  по формуле:

 

      (4)

где tgα выбирается в  зависимости от типа грунтов, для  супесей принимаем tgα=0,04.

В расчете приточности  фильтрационного расхода к дренажной  трубе зададимся условием  h₂ = 0,8D = 0,12 м.

Радиус влияния дрены а+16/2 = 67+16/2 = 41,5 м со стороны котлована небольшой, и в этом случае величинами расходов q3 и q4 следует пренебречь.

Воспользуемся приближенными  формулами для определения приточности  воды к дрене при отсутствии инфильтрации:

    (5)

где коэффициент фильтрации k принимается в зависимости от вида грунтов, для супесей k = 3 м/сут = 3/24/60/60 = 0,000035 м/с.

Т = H – h1  = 5,6 – 4,06 = 1,54 м.

Коэффициентом n определяется осреднение линий токов при движении фильтрационного потока q₂ в зависимости от соотношения R/T:

R/T = 98,5/1,54 = 63,96;

R/T ≥ 20, поэтому принимаем n=1,15;

коэффициентом m=0,75 учитывается неприточность грунтовых вод к дрене.

Подставляя полученные значения в  формулу (5), определяем приточность

 

 

Общий расход воды в дрене определяется по выражению:

      (6)

где l_ABC=l_AB+l_BC =211 м – длина дренажной сети по линии ABC.

 

Рис.4. Расчетная схема определения приточности воды к дрене

3. Расчет гидравлики  потока в дрене

Движущийся поток воды в дрене является безнапорным  при неполном заполнении. Требуется определить степень заполнения живого сечения дрены и скорость потока при ранее предусмотренном уклоне i=0,001.

Полученный расход по формуле (6) соответствует неполному  заполнению дрены Q_НП. Для расчета степени заполнения дрены и скорости потока требуется определить расход потока при полном заполнении по формуле Шези:

     (7)

где ω – площадь  живого сечения;

        (8)

 

С – коэффициент формулы  Шези;

R – гидравлический  радиус.

Коэффициент формулы  Шези вычисляется по формуле Маннинга:

 

          (9)

 

где n – коэффициент  шероховатости внутренней поверхности  трубы.

Для керамических труб  n = 0,013.

Гидравлический радиус R вычисляется по формуле:

       (10)

где χ – смоченный периметр.

При полном заполнении:

      (11)

По формуле (10):

По формуле (9):

По формуле (7):

Степень заполнения дренажной трубы и скорость фильтрационного потока в трубе определяются с помощью коэффициента неполноты расхода A:

      (12)

и коэффициент неполноты  скорости B:

      (13)

Принимаем приближенные значения А=0,025 и В=0,35.

Скорость потока в дренажной  трубе при полном заполнении определяется по формуле:

      (14)

При принятом ранее условии h₂ = 0,8D = 0,12 м находится глубина потока в трубе:

   (15)

Этот результат не совпадает  ранее заданным значением h₂ = 0,12. Поэтому в реальных условиях пришлось бы снова задаться глубиной потока в трубе и заново произвести расчет. Но в данном случае мы не будет его корректировать.

Скорость потока в  трубе находится по зависимости:

      (16)

Скорость потока поэтому нужно периодически прочищать трубы от заиления.

4. Расчет емкости накопительного колодца

Считается, что осушение заданной территории осуществляется с  помощью накопительного колодца, который  располагается в точке С и  к которому дренажные воды подаются по двум независимым путям АВС  и ADC.

Конструктивно размеры  накопительного колодца определяются видами осушаемых грунтов. Для супесей размеры накопительного колодца принимаются в плане площадью 3,0*3,0 м, высота 2,0 м.

Принимается условие, что  в случае заполнения колодца водой  на высоту 0,75 от конструктивной высоты включается насос для удаления накопительной воды в ливневую канализацию.

Подсчитываем объем накопленной в колодце воды – W:

    (17)

Заполнение колодца  на указанный объем происходит за время:

      (18)

Множитель 2 указывает на приточность с двух линий ABC и ADC.

Время осушения колодца  следует принять в 4-5 раз меньше времени заполнения. Исходя из этого, необходимо подобрать насос для  откачки воды.

В качестве интересующих величин для подбора насоса необходимо использовать 2 величины: расход и напор. Расход определяется принятым временем осушения, а напор расстоянием от дна колодца до глубины промерзания от поверхности грунта.

В настоящее время  можно использовать погружные насосы.

 

 

 

 

 

 

5. Трубчатые  дрены

 

Формы и размеры траншей  определяются условиями производства земляных работ. Ширина траншеи по дну  зависит от размеров труб и фильтрующей  обсыпки.

         В городских условиях применяют  чаще всего трубы: керамические, асбестоцементные и бетонные. Керамические трубы укладывают при наличии агрессивных подземных вод. В нашем случае применяются керамические трубы. Для приема дренажных вод в трубах устраивают отверстия. В керамических трубах таким отверстием служит верхняя незаделанная часть раструба, рис. 4 с зазором 10–20 мм. Нижнюю часть раструба на одну треть диаметра трубы заделывают асфальтовой мастикой.

 

Рис.5. Керамические трубы

 

 

 

6. Расчет насосной  установки

Назначение 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.

Общие рекомендации к  расчету:

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. Обязательно назначается на 1–2 рабочих насоса 1 резервный;

3. Подача насоса должна  быть несколько больше притока  воды в котлован (примерно в  1,5 раза) для возможности работы насоса с перерывами.

4. Напор насоса должен обеспечивать перекачку воды, т.е.

5. При выборе погружного насоса необходимо учитывать его размеры для того, чтобы он помещался в зумпф.

 

6.1. 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 напорной 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: