расчёт котлована. Осушение строительного котлована
 Скачать 352.15 Kb.
|
|
Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет Кафедра гидравлики Расчётно-графическая работа по дисциплине "Гидравлика" "ОСУШЕНИЕ СТРОИТЕЛЬНОГО КОТЛОВАНА" Выполнил студент группы _______________ Проверил ст. преподаватель _______________ Нижний Новгород – 2018 СОДЕРЖАНИЕ Цель работы Введение ………………………………………………………………………………………………………………....3 1. Исходные данные …………………………………………………………………………………………...……… 4 2. Выбор способа водопонижения ……………………………………………………………………………...…. 5 3. Фильтрационный расчёт ………………………………………………………………………………………... 6 3.1 Построение кривой депрессии ………………………………………………………………………………… 6 3.2 Определение притока воды в котлован …………………………………………………………………..… 7 4. Расчёт водосборной системы ………………………………………………………………………………….. 8 4.1 Конструирование водосбора внутри котлована …………………………………………………………. 8 4.2 Выбор конструкции зумпфа ………………………………………………………………………..……….… 9 5 Расчет насосной установки ………………………………………………………………………….……….…10 5.1 Расчёт системы всасывающей и напорной сети …………………………………………………..…… 10 5.2 Подбор марки насоса ……………………………………………………………………….…......……….… 11 6. Расчёт ливневого коллектора ……………………………………………………………………………….... 13 Литература ………………………………………………………………………………………………………….. 14 Введение Строительство здания или любого другого строительного объекта невозможно без возведения его фундамента, для заложения которого необходимо специальным образом подготовить грунт и организовать строительный котлован. Таким образом, в данной работе будет необходимо выполнить гидравлический расчет осушения строительного котлована для схемы указанной в задании. Целью данной работы является: определение способа понижения; определение длины и конфигурации кривой дисперсии, вычисление притока грунтовых вод, и вычисление фильтрационного расчета; конструирование водосбора, определение размера водосборного колодца (зумпфа); расчет и построение пьезометрической и напорной линии, вычисление необходимого вакуума и подбор марки насоса; определение фактического наполнения коллектора, глубины и скорости равномерного движения. Таким образом, выполнение гидравлического расчета осушения строительного котлована является главной целью данной работы. 1. Исходные данные.
Таблица1. Исходные данные к расчётно-графической работе.  Рисунок 1. Схема строительного котлована. 1 – строительный котлован; 2 – водоотводящие лотки; 3 – зумпф (водосборный колодец); 4 – всасывающая линия насоса; 5 – центробежный насос; 6 – напорная линия насоса; 7 – ливневой коллектор; L, B, Hк – длина, ширина и глубина строительного котлована; hгв – залегание под землей грунтовых вод; hву – залегание под землей водоупора; hп – понижение уровня грунтовых вод; zв – отметка верха строительного котлована; zгв – отметка уровня грунтовых вод; zк – отметка дна строительного котлована; zву – отметка водоупора. 2. Выбор способа водопонижения В зависимости от притока подземных вод и вида грунта осушение котлованов может быть осуществлено с применением открытого водоотлива, электроосмоса, легких иглофильтровых установок (ЛИУ), буровых скважин с насосами, дренажных систем и других способов. Приток воды измеряется скоростью фильтрации воды через грунт. Необходимой системой водопонижения выбран открытый водоотлив, т.к. его применяют при малых скоростях притока грунтовых вод, когда этот способ не снижает несущей способности грунта под трубопроводом и обеспечивает устойчивость откосов траншей и котлованов. Открытый водоотлив осуществляется прямо из котлована насосами. Такое водопонижение наиболее просто, но для сохранения природного сложения грунтов оно должно вестись с опережением земляных работ в определенной последовательности. Вода откачивается из приямков (зумпфов), куда она поступает из канавок глубиной 0,3 - 0,5м, расположенных по периметру котлована с уклоном 0,01 - 0,02 в сторону приямков. Зумпфы устраивают не ближе 1 м от граней фундамента. По мере разработки котлована зумпфы постепенно заглубляются вместе с канавками. Зумпфы заглубляются не менее чем на 0,7 - 1 м, и уровень воды в них поддерживается на 0,3 - 0,5 м ниже дна вырытого котлована. 3. Фильтрационный расчёт 3.1 Построение кривой депрессии Водопроницаемый грунт состоит из отдельных частиц (песчинок), между которыми имеются поры. Явление движения воды в порах называется фильтрацией. Вода в поры может попасть различным образом, например, выпадая на поверхность земли в виде дождя, она затем просачивается в грунт. На некоторой глубине такая вода может быть задержана слоем водонепроницаемого грунта (плотной глиной, скалой); при этом вода далее будет двигаться по поверхности водонепроницаемого слоя, называемого водоупором. Водоупором или подстилающим слоем можно считать грунт, коэффициент фильтрации которого в 10 и более раз меньше водопроницаемого. На рис. 1 показана схема несовершенного колодца (котлована), у такого колодца дно не доведено до водоупора. Здесь фильтрующаяся вода поступает в колодец не только через его боковые стенки, но и через дно. Определяем радиус влияния R – это расстояние до точек, где влияние колодца на положение уровня грунтовых вод прекращается. Радиус влияния R определяем по формуле:  где: Sв. – глубина откачки; S = Zгв – Zк. Zк = Zв – Hк = 105,0 – 3,5 = 101,5м. Zг.в.= Zв – Hг.в. = 105,0 – 2,6 = 102,4м. S= 102,4 – 101,5 = 0,9. Kф – коэффициент фильтрации, для песка мелкозернистого составляет 10,0 м./сут. (см. Приложение 1)  Кривая депрессии строится по формуле для ориентируемого по координатным осям чертежа (Рисунок 2):   где: Н1 – расстояние между УГВ и уровнем водоупора, м; Н2 – расстояние между точкой высачивания и уровнем водоупора, м. H1 = Zг.в. – Zв.у. = 102,4 – 98,1 = 4,3м. Zв.у.= Zв – Hв.у. = 105,0 – 6,9 = 98,1м. H2 = Zк. – Zв.у = 101,5. – 98,1 = 3,4м. Для каждого принятого значения х определяем ординату, и результаты заносим в таблицу 2. Таблица 2. Определение координат кривой депрессии.
По результатам расчета строим кривую депрессии (Рисунок 2).  Рисунок 2. Кривая депрессии. 3.2 Определение притока воды Qпр в котлован Определяем величину расхода фильтрационных вод на 1 погонный метр периметра дна котлована – удельный фильтрационный расход q по уравнению Дюпюи:  Определяем полный расход фильтрационных вод:  где: (2B + 2L) – фронт сбора фильтрационных вод, м. 4. Расчет водосборной системы Назначение системы – собрать фильтрат и отвести в зумпф (водоприемник), откуда затем откачать с помощью насоса. Рассматривается открытый водоотлив лотковой конструкции. 4.1 Конструирование водосбора внутри котлована В основании откоса котлована по его периметру прокладывается две ветви водосборных каналов. Каждый из них имеет протяженность (L+B) и рассредоточенно по всей длине принимает и отводит в зумпф фильтрат с расходом:  В расчёте условно принимается, что весь расчётный расход сосредоточенно приходит в начало каждого канала. Гидравлический расчёт проводится графоаналитическим методом. Расчётные формулы:       где: R – гидравлический радиус, м; ω– площадь живого сечения, м2; χ – смоченный периметр, м; С – коэффициент Шези; n – коэффициент шероховатости ( 0,011 –жесть); Q – расход безнапорного потока жидкости, м3/с; υ – средняя скорость потока жидкости, м/с i – уклон дна канала ( i = 0,001); b – ширина лотка, м; h – глубина наполнения канала, м. Задаваясь глубиной наполнения канала h, определяем расход Q. Расчёты сводятся в таблицу 3. Таблица 3. Определение глубины наполнения канала.
Полученные результаты заносим в таблицу. По результатам расчетов строим график зависимости Q=f(h). По графику определяем искомое значение глубины наполнения hиск по известному рассчитанному значению Qрасч. (Рисунок 3).  Рис.3 График зависимости Q=f(x). 4.2 Выбор конструкции зумпфа Местоположение зумпфа задаётся таким образом, чтобы водоотводящие каналы выполняли свои функции. Вместимость зумпфа:   где: t – время наполнения, 5 мин = 300 с. С учетом рекомендации СНиП 3.02.01-87, принимается глубина зумпфа hзп = 1м. Объём зумпфа рассчитывается исходя из геометрии конструкции: Определяем диаметр зумпфа:  Принимаем зумпф с размерами диаметр d = 1,5м, глубиной hзп = 1м. Определяем действительный объём зумпфа  Определяем время заполнения зумпфа. Оно должно быть больше 5 мин.:  426с. > 300с. Условие выполняется, размеры зумпфа выбраны верно. Выполняем чертёж – развертка по трассе от истока до зумпфа (Рисунок 4).  Рисунок 4. Развертка по трассе от истока до зумпфа. 5. Расчёт насосной установки Общие рекомендации к расчету: Остановка насоса при достижении минимального уровня воды в зумпфе и пуск её в момент достижения максимального наполнения зумпфе должна производиться по сигналу датчика уровня Обязательно назначается на 2 рабочих насоса один резервный; Подача насоса должна быть несколько больше притока воды в котлован:  Напор насоса должен обеспечивать перекачку воды:  При выборе погружного насоса необходимо учитывать его размеры для того, чтобы он погружался в зумпф. 5.1 Расчёт системы всасывающей и напорной сети При расчете всасывающей и напорной линий воспользуемся некоторыми рекомендациями: - скорость во всасывающем и напорном трубопроводе принимаем равной 1 м/с; - на практике, обычно диаметр всасывающего трубопровода больше диаметра напорного, и скорость во всасывающей линии около 0,7 м/с, а в напорной – около 1 м/с; - напорная линия рассчитывается как простой трубопровод без учета местных потерь - всасывающая линия рассчитывается как короткий трубопровод с учетом потерь и по длине, и в местных сопротивлениях. А именно: на входе всасывающего трубопровода установлена сетка с обратным клапаном. Труба имеет плавный поворот на 90°. Потери на вход воды в насос не учитываются, т.к. эта величина входит в КПД насоса. Напорная линия Из уравнения неразрывности потока   Определяем диаметр напорного трубопровода d:  Принимаем ближайший больший диаметр: dст =100 мм. Это снизит вероятность гидравлического удара. Для выбранного стандартного диаметра уточняем фактическую скорость в трубопроводе – υ ф.  Определяются потери напора по длине по формуле Дарси-Вейсбаха:  где: λ – коэффициент гидравлического трения (коэффициент Дарси), принимаем λ = 0,04; l = lнап – длина трубы, отводящей фильтрат, т.е. расстояние от оси насоса до оси ливневого коллектора, Принимаем l = 200 м; g – ускорение свободного падения, м/с2.  Строим пьезометрическую линию р – р (Рисунок 5), для этого назначаем величину свободного напора Hсв = 5 м. Это так называемый запас, чтобы система хорошо работала и вода била струей. Всасывающая линия Для определения напора и фактического вакуума нужно знать гидравлические потери на всасывающей линии: Потери напора в местных сопротивлениях hi определяются по формуле Вейсбаха:  где: ξi – коэффициент местных потерь. - вход в трубу с сеткой и обратным клапаном ξ1 = 10; - поворот трубы ξ2 = 0,3;  Линейные потери определяются по формуле:  Длина всасывающего трубопровода вычисляется из геометрии расчетной схемы (сумма глубины котлована, глубины зумпфа, первоначальное углубление лотка, углубление за счет уклона и расстояние от верха котлована до оси насоса (0,5м)):  Строится напорная линия Е-Е, и пьезометрическая линия Р-Р рис. 5, для этого необходимо посчитать: − местные потери на входе воды в трубу с сеткой и обратным клапаном  − линейные потери по длине вертикального участка трубы  −местные потери на повороте трубы на 90°  −линейные потери по длине горизонтального участка трубы  −скоростной напор  Полученные величины откладываются от уровня воды в зумпфе, рис. 5. 5.2 Подбор марки насоса Насос назначается исходя из трех характеристик: - производительность  Переводим в   Напор насоса складывается из манометрического напора Нман = hlнап; высоты постановки напора над уровнем воды в зумпфе hнас= Нк+0,5 = 3,5+0,5 = 4,0м.; и запасаНсв= 7,0 м. Ннас = Нман+hнас+Нсв = 2,96+ 4,0 + 7,0 = 13,96м. Вакуум насоса можно найти, соединяя уравнением Бернулли сечение 1-1, намеченное по поверхности воды в зумпфе, и сечение 2-2, проведенное на входе воды в насос. Плоскость сравнения 0-0 проводим по уровню воды в зумпфе, рис. 5.  Фактический вакуум определяется уз уравнения Бернулли:  Для плоскости сравнения 0 - 0 и выбранных сечений 1 - 1 и 2 - 2: Для сечения 1-1: Для сечения 1-1: z1 = 0; p1 = ратм ; α1 = 1; υ1 = 0; z2 = hнас; р2 - давление в трубе перед насосом α2 = 1; υ2 = υф. Уравнение преобразуется в следующий вид:   Выбираем насос для перекачивания воды с содержанием механических примесей Иртыш - ЦМК1 40/315-30/2 Характеристики: - подача Q =25 м3/ч; - напор Н = 125 м; - мощность Р = 30кВт; - изготовитель ОДО Предприятие «Взлет», г. Омск. 6. Расчёт ливневого коллектора Назначение. Ливневой коллектор служит для транспортировки отводящихся вод в очистные сооружения. Ливневые коллекторы выполняются в виде каналов замкнутого поперечного профиля. Гидравлический расчет в условиях безнапорного равномерного движения выполняется по формуле Шези:   При расчёте канализационного коллектора используется метод расчёта по модулю расхода, для этого необходимо определить расходы и скорости для различных степеней наполнения коллектора, как некоторой части от расхода и скорости, соответствующей его полному наполнению.    где - В и А коэффициенты зависящие от формы поперечного профиля и степени наполнения канала , определяются по графику «Рыбка» Wпи Kпмодули скорости и расхода при полном наполнении коллектора. Расчет выполняется с учетом некоторых замечаний: - в практике строительного производства обычно принимают степень наполнения равную а=0,6; - коэффициент шероховатости канализационных труб n принимают равным n=0,013; - уклон коллектора принимается в пределах i=0,002. С графика «Рыбка» снимается значение А для заданной степени наполнения а=0,6; А=0,68 Коэффициент шероховатости канализационных труб n = 0,012 ÷ 0,014 (принимается n = 0,014); Уклон коллектора i = 0,001 ÷ 0,005 (принимается i = 0,002); Расход принимается равным подаче насоса Q = Qнас= 25 м3/ч. = 6,95∙10-3м3/с. Из формулы определяется модуль расхода  Из таблицы подбирается ближайший диаметр d=175 мм по высчитанному Кпи соответствующие табличные данные d = 175 мм.   Уточняем истинное значение наполнения коллектора  По графику «Рыбка» для вычисленного значение А определяется степень наполнения а=0,55 , этому наполнению соответствует В=1,05. Глубина равномерного движения находится из формулы  Скорость движения определяется по формуле: υ=BWпi = 1,05 ∙9,53 ∙ √0,002 = 0,51 м/с. Cписок литературы 1: Агеева В.В. Осушение строительного котлована. 2003г. 2: Чугаев Р.Р. Гидравлика. Л.: Энергия, 1982 – 380 c. 3: СНиП 3.02.01.-87. Земляные сооружения, основания и фундаменты. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
