Совершенные и несовершенные котлованы

Для возведения фундаментов промышленных, гражданских, гидротехнических и других зданий и сооружений отрываются различные по профилю и размерам в плане котлованы.

При вскрытии котлованов в скальных, обломочных и гравийно-галечных грунтах применяется, как правило, открытый водоотлив. В мелкозернистых грунтах открытый водоотлив приводит к оплыванию откосов котлована, разрыхлению грунта в основании сооружения.

Для определения величины притока грунтовых вод выделяют следующие виды котлованов:

- траншеи и узкие вытянутые котлованы прямоугольной в плане формы;

- широкие котлованы квадратной, прямоугольной, круглой и других распластанных в плане форм.

К первой группе относятся котлованы с отношением ширины к длине

1: 10 и менее, а ко второй — большим 1: 10.

При расчетах для простоты принимается, что котлованы имеют вертикальные откосы. Котлованы, не вытянутые в длину, приводятся к фиктивному равновеликому кругу радиусом r0. Значения приведенного радиуса для котлованов, имеющих в плане прямоугольную форму, подсчитываются по формуле Н. К. Гиринского:

где L—длина котлована, м;

В— ширина котлована, м.

Значения η приводятся ниже.

B/L....0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

....1 1,12 1,16 1,18 1,18 1,18

Для котлованов неправильной формы в плане значение rо определяется по формуле

(III-1а)

где F — площадь реального котлована, м2.

Расчет притока воды в котлованы производится по формулам установившегося движения грунтовых вод. Максимальный приток получается при паводковом горизонте воды в реке, минимальный — при меженном.

Если котлован прорезает слои грунта различной водопроницаемости, то при соотношении коэффициентов фильтрации отдельных слоев, не превышающем 1:10, определяется средневзвешенное значение коэффициента фильтрации k по формуле Г. Н. Каменского:

(III-2а)

При больших соотношениях коэффициентов фильтрации слои с малым коэффициентом из расчетов исключаются.

Котлованы могут быть совершенными, т. е. доходящими до нижнего водоупора и принимающими воду только через стенки, и несовершенными,

т. е. не доходящими до нижнего водоупора с притоком воды через стенки и дно или только через дно.

В зависимости от гидравлического состояния водоносного пласта котлованы разрабатываются в условиях безнапорных (случай, наиболее часто встречающийся в практике) или напорных вод.

Для совершенных котлованов расчет притока воды может быть произведен по несколько преобразованным формулам Дюпюи:

в условиях безнапорных вод (рис. III-1,а)

(III-З)

в смешанных условиях (при наличии двух зон — напорной и безнапорной) (рис. III-1,б):

В том случае когда котлован не доходит до нижнего водоупора (несовершенные котлованы), приток воды в напорных условиях (рис. III-2) может быть высчитан по формуле В. М. Шестакова

Рис. III-1. Схема притока воды к широкому, не вытянутому в длину котловану совершенного типа

а — при его работе в безнапорных водах и б — то же, но в смешанных условиях;

1 — уровень грунтовых вод до сооружения котлована;

2 — депрессионные кривые после сооружения котлована;

3— участок высачивания воды через стенки котлована;

4 — пьезометрический уровень грунтовых вод до сооружения котлована;

5 — пьезометрические депрессионные кривые после сооружения котлована; 6 — напорный водоносный пласт.

Рис. III-2. Схема притока воды к широкому, не вытянутому в длину котловану, вскрывшему своим дном напорный водоносный пласт

1 — пьезометрический уровень грунтовых вод до сооружения котлована;

2— пьезометрические депрессионные кривые после сооружения котлована;

3 — напорный водоносный пласт

Рис. III-3. Схема притока воды к широкому, не вытянутому в длину котловану несовершенного типа при работе его в безнапорных водах

1 — уровень грунтовых вод до сооружения котлована;

2 — депрессионные кривые после сооружения котлована;

3 — линия раздела потока на безнапорную и напорную зоны.

Стрелками показано направление движения воды.

Приток воды к несовершенному котловану при его работе в безнапорных условиях (рис. III-3) может быть определен по формулам (III-3) и (III-5), при этом приток выше дна котлована рассматривается как безнапорный к совершенному котловану, а поступающий через дно — как напорный; расчетная формула для этого случая приобретает вид

В формулах (III-3) —(III-6):

Q—приток воды в котлован, м3/сут;

k—коэффициент фильтрации водоносного пласта, м/сут;

Н—толщина безнапорного водоносного пласта, м;

R— радиус депрессии при работе котлована или соответственно среднее расстояние до него от реки (при наличии гидравлической связи напорного пласта с рекой), м;

r0—приведенный радиус котлована, м;

т— толщина напорного водоносного пласта, м;

S—заглубление дна котлована относительно непониженного уровня, м.

Как правило, величины коэффициента фильтрации отдельных слоев грунта определяются в процессе инженерных гидрогеологических изысканий. Для предварительных расчетов притока воды в котлованы можно пользоваться ориентировочными значениями коэффициента фильтрации грунтов k приведенными ниже.

Дата добавления: 2015-07-12