Нижегородський Державний Архітектурно
Будівельний Університет

Кафедра гідравліки

Курсова робота

Осушення будівельного котловану

Виконав: студент гр.197
Миколаєва А.О.
Перевірив
Сухов С.М.
Н.Новгород-2005

Зміст

Мета роботи ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... .. 3
Вихідні дані ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... .4
1. Вибір способу водозниження ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... 5
2. Фільтраційний розрахунок ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 6
2.1. Побудова кривої депресії ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 6
2.2. Розрахунок припливу води в котлован ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 7
3. Розрахунок водозбірної системи ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... ... 7
3.1. Конструювання водозбору всередині котловану ... ... ... ... ... .. ... ... 7
3.2. Вибір конструкції зумпфа ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .14
4. Підбір насосної установки ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 14
4.1. Розрахунок системи всмоктуючої і напірної мережі ... .. ... ... ... ... ... .14
4.2. Підбір марки насоса ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... ... ... ... .. ... 17
5. Розрахунок зливового колектора ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 18
Список використаних джерел ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 20

Мета роботи
Технологія будівельного виробництва на нових або реконструйованих об'єктах при виконанні земляних, підготовці підстав і монтажі фундаментів у певних гідрогеологічних умовах слід передбачати виконання робіт по штучному зниженню рівня грунтових вод (УГВ).
Цей комплекс допоміжних робіт повинен виключати порушення природних властивостей грунтів у підставах зводяться споруд і забезпечувати стійкість укосів влаштовуються в земляний виїмці.
Відповідно з індивідуальним завданням необхідно виконати гідравлічний розрахунок осушення будівельного котловану для схеми зазначеної на малюнку 1.
Вихідні дані
Таблиця 1

Характеристики будівельного об'єкта				Матеріали інженерно-геологічних вишукувань
Позначка верху будівельного котловану	Глибина будівельного котловану	Розміри котловану по дну		Грунти		Відмітки
Zв, м	Нк, м	Ширина В, м	Довжина L, м	Водопро-ница	Водоупор	Грунтових вод Zг, м	Водоупора Zву, м
3,00	5,0	30	75	Пісок СР і мелк.зерн.	Глина	2,0	-5,0

1 Вибір способу водозниження

Відповідно до пункту 2.1 СНіПа на нових та реконструйованих об'єктах слід передбачати виконання робіт по штучному зниженню рівня грунтових вод (УГВ).

Згідно таблиці 41.4 [11] в залежності від припливу підземних вод та виду грунту осушення котловану може бути здійснено із застосуванням відкритого водовідливу, легких голкофільтрових установок (ЛІУ), бурових свердловин з насосами, дренажних систем і ін Розглянемо деякі з них.

1.1 Відкритий водовідлив

Застосовується при розробці неглибоких котлованів і незначному припливі підземних вод у водонасичених скельних, уламкових або галькових грунтах. При відкритому водовідливі широко застосовуються відцентрові насоси. Відкритий водовідлив організовують наступним способом. По периметру котловану влаштовують дренажні канавки з ухилом 0,001 ... 0,002 в бік приямків, з яких по мірі надходження вода відкачується за допомогою насосів. У міру розробки котловану приямки поступово заглиблюються разом з канавками. Для виключення порушення природної структури грунтів основи вода не повинна покривати дно котловану.

У дрібнозернистих грунтах відкритий водовідлив призводить до опливанію укосів котлованів і траншей, до розпушення грунту в підставах будівель і споруд. Тут доцільно застосувати глибинне водозниження рівня грунтової води.

1.2 Легкі голкофільтрові установки (ЛІУ)

 

Використовують для глибинного водозниження грунтових вод на глибину 4-5м в піщаних грунтах. При цьому способі водозниження іглофільтри розташовують по периметру котловану звичайно з кроком 0,8 ... 1,5 м. Відкачування води з голкофільтрів виробляють за допомогою вихрового насоса через всмоктувальний колектор. При цьому навколо кожного іглофільтри утворюються депресійні воронки, які, з'єднуючись, і призводять до зниження рівня грунтових вод в майбутньому котловані чи траншеї.

Для зниження УГВ понад 5м застосовують багатоярусні легкі голкофільтрові установки, які вимагають, як правило, розширення котловану і збільшення земляних робіт.
1.3 Зниження УГВ ежекторний голкофільтрами

Для водопониження в грунтах з великим коефіцієнтом фільтрації і при близькому заляганні водоупора від розроблюваної виїмки використовують ежекторні установки ЕІ-2, 5; ЕІ-4 і ЕІ-6, що складаються з голкофільтрів з ежекторний водопідйомниками, розподільного колектора і відцентрових насосів. Ежекторні установки дозволяють знижувати рівень грунтових вод до 25м.

1.4 Зниження УГВ з електроосмос
У пилувато-глинистих грунтах, що мають коефіцієнт фільтрації менше 2м/сут, штучне водозниження здійснюють за допомогою електроосмосу в поєднанні з голкофільтрів. Його виконують в такій послідовності. По периметру котловану з інтервалом 1,5 ... 2м розташовують іглофільтри, а між ними (у шаховому порядку щодо голкофільтрів) по брівці котловану забивають металеві стрижні з арматури або труб невеликого діаметра. Ці стрижні під'єднують до позитивного полюса джерела постійного струму напругою 40 ... 60 В, а іглофільтри - негативному. Під дією струму рихлосвязанная парова вода переходить у вільну і, переміщаючись від анода до катода (іглофільтри), відкачується, в результаті рівень грунтових вод знижується. При цьому способі водозниження витрата електроенергії становить 5 ... 40 кВт / год на1 м3.
У зв'язку з тим що вартість штучного водозниження знаходиться в прямій залежності від тривалості роботи откачивающих машин, домогтися скорочення витрат можна при максимальному скороченні строків будівництва.
Завданням на проектування визначено зниження УГВ у будівельному котловані за допомогою відкритого водовідливу. [1]

2 Фільтраційний розрахунок
2.1 Побудова кривої депресії
По відношенню до води гірські породи можна розділити на дві основні групи:
водопроникні і водонепроникні. Водопроникні гірські породи швидко поглинають воду і легко її транспортують. У зернистих породах - галечниках, гравії і пісках - вода рухається по проміжків між частинками а в масивних скельних і напівскельних породах по тріщинах або карстовим породам. Водотривкі гірські породи практично не проводять через себе воду, так як водопроникність дорівнює нулю. До них відносяться глини, важкі суглинки, розклався ущільнений торф. Водопроникність - це здатність гірських порід пропускати через себе воду. Величина водопроникності залежить від розмірів пустот, діаметра пір і ступеня тріщинуватості. Міра водопроникністю - коефіцієнт фільтрації Кф, що дорівнює швидкості фільтрації при гідравлічному ухилі. Фільтрація - це рух рідини в пористому середовищі.
Швидкість фільтрації при усталеному русі визначається по залежності Дарсі.
V = Кф * i м / с, (1)
де i-гідравлічний ухил
Витрата фільтруючої рідини визначається по залежності:
Q = w * Кф * i м3 / с, (2)
де w-площа живого перерізу потоку.
У випадку широкого фільтраційного потоку розрахунок ведуть на одиницю його довжини і називають питомою витратою:
q = Q / L = Кф * i * h м2 / с, (3)
де h-глибина рівномірного руху грунтових вод.
1.Глубіна будівельного котловану
Нк = 5,0 м
2. Обчислюємо радіус впливу. Радіус впливу залежить від роду грунту і його можна визначити по залежності, яка визначається формулою Кусакіна І.П. [4,9]:
R = 3000S (Кф0, 5) (4)
де S - глибина водоносного шару,
S = Zгв-Zд, (5)
де Zд =- 2,0 м - Відмітка дна котловану,
Кф = 0,00011574 м / с - коефіцієнт фільтрації грунту,
S = 2 - (-2) = 4 м
R = 3000 * 4 * (0.000115740,5) = 129,1 м
3. Крива депресії АВ - лінія вільної поверхні грунтових вод.
Для побудови лінії АВ:
а) Визначаємо допоміжну величину h:
h = mHк2 / R (6)
де m = 3 - закладення укосу будівельного котловану, задається в залежності
від грунту;
Нк - глибина будівельного котловану;
R - радіус впливу.
h = 3 * 5 2 / 129, 1 = 0,581
б) Визначаємо висоту зони височування за формулою
hвис = h (1-0,3 (T / hк) 1 / 3 (7)
де Т = Zд-Zву = 3,0 м - відстань між дном котловану і водоупором
hвис = 0,581 * (1-0,3 * (3,0 / 5) 1 / 3) = 0,434 м
в) Визначаємо форму кривої депресії АВ для зорієнтованого по координатним осям креслення
y2 = H12-x * (H12-H22) / (R-mhвис) (8)
де H1 = 7м-відстань між УГВ і рівнем водоупора
Н2 - відстань між точкою височування і рівнем водоупора
Н2 = Т + hвис = 3 +0,434 = 3,434 м
y2 = (7) 2 - x * ((7) 2 - (3,434) 2) / (129,1-3 * 0,434) = 49-0,29 x
Розрахунок зводимо в таблицю 2
Таблиця 2

x	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100	110	120	127,798
y	7	6,79	6,57	6,35	6,12	5,87	5,62	5,36	5,08	4,79	4,47	4,13	3,77	3,434

За результатами обчислень будуємо криву депресії (рис.2)
2.2 Визначення припливу води в котлован
Визначаємо величину витрат (припливу) фільтраційних вод на один погонний метр периметру дна котловану. Приймаються Кф = 0,00011574 м / с
Визначимо q-питома витрата фільтраційний за рівнянням Дюпюї:
q = Kф * (H12-H22) / (2L) (9)
де L = R-m * hвис = 129,1-3 * 0,434 = 127,798 м (10)
q = 0,00011574 * ((7) 2 - (4,434) 2) / (2 * 127,798) = 0,000016848 м2 / с = 1,46 м2/сут
Визначаємо загальний фільтраційний витрата
Qф = q (2В +2 L) (11)
де (2В +2 L) - фронт збору фільтраційних вод (периметр дна котловану),
В = 30 м, L = 75 м
Qф = 0,000016848 (2 * 30 +2 * 75) = 0,003538 м3 / с = 305,69 м3/сут
Обчислюємо витрату інфільтраційних вод притекающих в котлован. Враховуючи відомості СНиП 2.01.01-82 «Будівельна кліматологія і геофізика» у розрахунках умовно приймаємо, що Qінф = 5Qф
Qінф = 5 * 0,003538 м3 / с = 0,01769 м3 / с (12)
Визначаємо загальну витрату як суму витрат фільтраційних і інфільтраційних вод:
Qпр = Qінф + Qф
Qпр = 0,003538 +0,01769 = 0,021228 м3 / с

3. Розрахунок водозбірної системи
Призначення системи: зібрати фільтрат і відвести в зумпф, звідти потім відкачати з допомогою насоса.
Конструюємо відкритий водовідлив лотковою конструкції
3.1 Конструювання водозбору всередині котловану
По периметру дна котловану прокладається два відкритих каналу, кожний з яких має протяжність L + В. Система розосереджено по всій довжині приймає і відводить в зумпф фільтраційний потік з витратою Qрасч
Qрасч = 1 / 2 Qпр (13)
Qрасч = 1 / 2 * 0,021228 = 0,010614 м3 / с
У розрахунку умовно приймається, що весь витрата зосереджено приходить на початок кожного каналу
Загальні рекомендації по проектуванню
1. Ширина лотка по дну не менше 30 см (Ширина лопати)
2. Ухил i = 0,001 SYMBOL 184 \ f "Symbol" \ s 14е0, 005
Розрахункові формули:
v = C (14)
Q = Qрасчетн = СW (15)
(16)
(17)
w = b * h (18)
(19)
де: v - середня швидкість потоку, м / с
С - коефіцієнт Шезі
R - гідравлічний радіус, м
w - площа живого перерізу, м2
- Змочений периметр, м
i = 0,005 - ухил дна каналу
n - коефіцієнт шорсткості (приймаємо n = 0,011-земляний канал)
h - висота перерізу, м.
Відносна ширина каналу гідравлічно найвигіднішого перерізу прямокутної форми β визначається за формулою
β = b / h = 2
b = 2h-ширина перерізу, м
Знайдемо залежність Q = f (h) для гідравлічно найвигіднішого перетину (ДПС) лотка
Таблиця 3

h, м	b, м	   м2	   м	R, м	З	V, м / с	Q, м3 / с
0,15	0,3	0,45	0,6	0,075	59,04	1,143	0,05145
0,1	0,2	0,02	0,4	0,05	55,178	0,872	0,0175
0,05	0,1	0,005	0,2	0,025	49,158	0,549	0,00583

За даними таблиці 3 будуємо графік Q = f (h) (рис.3)
Вибираємо відповідно витраті Q = 0,010614 м3 / с h = 0,075 м, отже ширина лотка b = 2 * h = 2 * 0,075 = 0,15 м. Отримана за розрахунком ширина лотка виходить менше ширини лопати ( 30 см ), Отже приймаємо перетин лотка:
b = 30 см = 0,3 м;
h = 15 см = 0,15 м .
Розгортка по трасі від витоку до зумпфа наводиться на малюнку 4.

3.2 Вибір конструкції зумпфа
Розташування вибирається таким чином, щоб водовідвідні канали виконували свої функції. Рекомендується:
а) заглиблювати нижче найнижчого рівня води в ньому на 0,7 м , Щоб всмоктуючий завжди знаходився під водою і в нього не потрапляли повітря і грунт з дна;
б) запроектувати у вигляді або дерев'яного квадратного колодязя а * а і глибиною h, або у вигляді круглого колодязя із стандартної фальцевой залізобетонної труби діаметром d;
в) місткість зумпфа приймається більше ніж Q припливу за 5 хвилин
Wзум = Qпрt (20)
Wзум = 0,021228 * 300 = 6,3684 м3
Я тебе люблю Приймаються висоту зумпфа hзп = 2 м
a = м
Приймаються зумпф квадратного перетину з розмірами a = 1,8 м; a = 1,8 м; і висотою h = 2м, обсяг якого Wзп = 6,48 м3
t = 305 c

4.Подбор насосної установки
Насос забезпечує перекачування зібраного фільтрату в приймач видаляється води:
а) у межах населеного пункту - зливові каналізаційні мережі
б) в навколишньої місцевості - прилеглі водойми, яри.
Загальні рекомендації до розрахунку
1. Зупинка насоса при досягненні мінімального рівня води в зумпфі і пуск її у момент досягнення максимального наповнення зумпфа повинна виробляється за сигналом датчика рівня;
2. За Сніпу обов'язково призначається на 1SYMBOL 184 \ f "Symbol" \ s 14е2 робочих насоса 1 резервний;
3.Подача насоса повинна бути більше припливу води Qнас> 1,5 Qпр;
4. Напір насоса повинен забезпечувати перекачку води, тобто Ннас> Нрасч;
5. При виборі заглибного насоса ГНОМ необхідно враховувати його розміри.
4.1 Розрахунок системи всмоктуючої і напірної мережі
Передумови
а) Швидкість у всмоктуючому і напірному трубопроводі в першому наближенні приймається рівною 1м / с;
б) На практиці, зазвичай діаметр всмоктувального трубопроводу більше діаметру напірного, тому швидкість у всмоктувальній лінії близько 0,7 м / с, а в напір ної близько 1м / с;
в) Усмоктувальна лінія розраховується з урахуванням втрат в місцевих опорах (короткий трубопровід);
г) Напірна лінія розраховується як простий трубопровід без урахування місцевих втрат
Напірна лінія
1. Визначається діаметр напірного трубопроводу з рівняння нерозривності потоку, приймаючи швидкість в ньому V = 1м / с
d = (21)
d = м
По таблиці [1] приймається стандартний діаметр dст = 0,175 м
2. Для вибраного стандартного діаметра уточнюємо швидкість в трубопроводі - фактична швидкість Vф = 0,883 м / с
3. Визначаються втрати напору по довжині за формулою Дарсі-Вейсбаха
(22)
l = lнап - довжина труби, що відводить фільтрат, тобто відстань від осі насоса до осі зливового колектора, приймається в курсовій роботі рівної 200м
g = 9,8 м/с2-прискорення вільного падіння,
SYMBOL 108 \ f "Symbol" \ s 14l - коефіцієнт гідравлічного тертя (коефіцієнт Дарсі), за формулою Артшуля
(23)
де Ке-еквівалентна рівномірно зерниста шорсткість, для ненових труб Ке = 1,4 мм,
Rе-число Рейнольдса
(24)
де ν-коефіцієнт кінематичної в'язкості, залежить від температури рідини
ν (t = 200C) = 0,0101 см2 / с = 0,00000101 м2 / с

λ = 0,03335

4. Будується п'єзометричного лінія р-р (рисунок 5), для чого призначається величина вільного напору НСВ = 5SYMBOL 184 \ f "Symbol" \ s 14е10м (З досвіду будівельного виробництва - так званий запас).
НСВ = 5 м
Усмоктувальна лінія
Усмоктувальну лінію розраховуємо як коротку трубу, тобто враховуємо і місцеві, і лінійні втрати. Втрати напору в місцевих опорах обчислюються за формулою Вейсбаха:
(25)
де SYMBOL 120 \ f "Symbol" \ s 14xj - коефіцієнт втрат в місцевих опорах:
для сітки з клапаном SYMBOL 120 \ f "Symbol" \ s 14xcкл = 10;

для плавного повороту на 900 SYMBOL 120 \ f "Symbol" \ s 14xпов = 0,55;
hj cкл = 0,3978 м ;
hj пов = 0,02188 м;
м.
Лінійні втрати визначаються як сума лінійних втрат в горизонтальній і вертикальної частини всмоктуючої лінії по формулі Дарсі-Вейсбаха:

а) розраховується окремо для вертикальної ділянки

де - lв = hнаc - довжина вертикальної ділянки, визначається з геометрії розрахункової схеми
lв = Hk + (B + L) i +0,7 +0,5 = 6,725 м

б) розраховується окремо для горизонтальної ділянки:

де - Lг - визначається з геометрії розрахункової схеми (довжина похилої ділянки і відстань від брівки до осі насоса, і половина ширини зумпфа на запас)
Lг = 15 +0,5 +0,5 * 1,8 = 16,4 м

м
Сума всіх втрат на всмоктуючої лінії hf:
hf = hj + hl = 0,175 +0,42 = 0,595 м
Будується напірна Е-Е та п'єзометричного р-р лінії (мал. 5).
4.2 Підбір марки насоса
Насос призначається з трьох характеристик:
- Продуктивність Qнас
- Напір Н
- Вакуум Нвак
Qнас = 1,5 Qпр = 1,5 × 0,021288 = 0,0311 м3 / с = 112 м3/год;
Н = Нман + ;
Нман = hlнап + Hсв
Нман = 1,516 +5 = 6,516 м;
= 6,725 м;
H = 6,516 +6,725 = 13,241 м.
Фактичний вакуум визначається за допомогою рівняння Бернуллі:
(26)
Для площині порівняння 0-0 і вибраних перетинів II і II-II будемо мати:
= 0;
;
;
;
;
;
.
Рівняння перетвориться в наступний вигляд:

де hf = 0,595 м ;
= 6,725 м;

Характеристики насоса 6К-12:
- Подача Q = 160 м3/год;
- Напір H = 20,1 м;
- Вакуум Hвак = 7,9 м;
- Потужність двигуна N = 28 кВт.

5 Розрахунок зливового колектора
Призначення зливового колектора: зливової колектор служить для транспортування відводився вод в очисні споруди.
Зливові колектори виконуються у вигляді каналів замкнутого поперечного профілю.
Гідравлічний розрахунок в умовах безнапірного рівномірного руху виконується за формулою Шезі:

Формула витрати:

При розрахунку каналізаційного колектора використовується метод розрахунку за модулем витрати [12], для цього необхідно визначити витрати й швидкості для різних ступенів наповнення колектора а = h / d, як деякої частини від витрати і швидкості, відповідної його повного наповнення.
(27)
(28)
де - В та А коефіцієнти залежать від форми поперечного профілю і рівня наповнення каналу (a), визначаються за графіком «Рибка» [1];
- Wп і Kп модулі швидкості, рівня при повному наповненні колектора [1,5]
- Q - подача насоса.
Розрахунок виконується з урахуванням деяких зауважень:
- У практиці будівельного виробництва зазвичай беруть ступінь наповнення рівну а = 0,5-0,7;
- Коефіцієнт шорсткості каналізаційних труб n приймають рівним n = 0,011-0,014, приймаємо n = 0,013;
- Ухил колектора приймається в межах i = 0,001-0,005.
1. З графіка «Рибка» [1] знімається значення А для заданої ступеня наповнення а = 0,6
А = 0,6
2. Визначається модуль витрати :

де i = 0,005.
м3 / с
3.Із таблиці [1] підбираються за вирахуваній модулю витрати Кп і коефіцієнтом шорсткості n = 0,013 найближчий діаметр d = 300мм і відповідні табличні дані КТ = 0,971 м3 / с і WnТ = 13,75 м / с.
4.Уточняется справжнє значення наповнення колектора, що відповідає прийнятим модулю витрати та модулю швидкості:


5.По графіком «Рибка» для обчисленого значення А = 0,65 визначається ступінь наповнення аф = 0,57, цьому наповненню відповідає У = 1,07
6.Глубіна рівномірного руху знаходиться з формули:
;
;
.
7. Швидкість руху визначається за формулою:
;
м / с.

Список використаних джерел

1. Абрамов С.К. Найфельд Л.Р. Скрічелло О.Б. Дренаж промислових майданчиків і міських територій .- М.: Держ. Видавництво літератури з будівництва та архітектури, 1954
2. Граціанскій М.М. Інженерна меліорація. М.: Видавництво літератури з будівництва, 1965
3. Каліцун В.І. та ін Гідравліка, водопостачання і каналізація-М.: Стройиздат, 1980
4. Козин В. М. Розрахунок каналів мають замкнутий поперечний профіль в умовах безнапірного течії. - Горький.: ГІСІ, 1984.
5. Курганов О. М., Федоров М. Ф. Гідравлічні розрахунки систем водопостачання та водовідведення. - Л.: Стройиздат, 1986.
6. Насоси різні: Будівельний каталог. Ч.10. Санітарно-технічне обладнання. Прилади й автоматичні пристрої. М.: ДПІ Сантехпроект, 1984
7. Прозоров І.В. та ін Гідравліка, водопостачання і каналізація. М.: Вища школа, 1990
8. СНіП 2.01.01.-82 «Будівельна кліматологія і геофізика»
9. СниП 3.02.01-87 «Земляні спорудження, підстави і фундаменти»
10. Довідник монтажника. Монтаж систем зовнішнього водопостачання і каналізаціі. / Под ред. А. К. Перешівкіна. - М.: Стройиздат, 1978.
11. Довідник з гідравлічним розрахунками / Под ред. П. Г. Кисельова. М.: Енергія, 1972
12. Довідник проектувальника / За ред. І.Г. Староверова / / Внутрішні санітарно-технічні пристрої Ч.1 .- М.: Стройиздат
13. Чугаєв р.р Гідравліка.-Л.: Енергія, 1982
14. Штеренліхт Д.В. Гідравліка .- М.: Вища школа, 1984