04 Gra Jame Crpljenje

Predrag Kvasnička GTO _ 04 Građevne jame i podzemne vode

Što treba odrediti kad imamo tečenje vode prema građevnoj jami? Tečenje podzemne vode nastaje kada su različiti potencijali s dviju strana zagatne stijene. Tada je potrebno: • odrediti odrediti opterećenj opterećenja a na zagatnu zagatnu stijenu (od (od vode i tla), • izlazni izlazni hidrau hidraulički lički gradijent, gradijent, • količinu količinu u građevnu građevnu jamu jamu procijeđen procijeđene e vode dijafragma

izlazni hidraulični gradijent

raspodjela aktivnog pritiska

tlakovi od vode

raspodijela pasivnog otpora

Sadržaj • Početne po postavke • Strujna mr mreža – upotreba • podzemnom vodom

POČETNE POSTAVKE Protjecanje vode kroz element tla => balans masa koje protječu kroz el. tla => Laplaceova diferencijalna jednadžba vZ +

δvZ  dz δz

Diferencijalna jednadžba se može riješiti tek kada se zadaju rubni i početni uvjeti.

vX vy

Rješenje se određuje pomoću

vy +

δvX vX +  dx δx

vZ

δvy δy

 dy

elemenata ili konačnih diferncija) za što postoje odgovarajući računarski programi (primjerice Plaxis). Rezultat proračuna je strujna mreža.

Upotreba strujne mreže - Strujna mreža se sastoji od ekvipotencijala i strujnica dva pada potencijala (od 100% do 90,9% i od 90,9% do 81,8%) ukupan broj padova je 11 tj. nH = 11 18,2%H

pad potencijala između dvije H ekvipotencijale je DH = 11

H 81,8%H

    r     a      t

100%

polje "A" 0%

    m     o     z     e      i     p

a ekvipotencijala    v    e

    j      i strujnica    c

∆ b

 %  9 0, 9

∆

 l

q

  8 ,   %   8  1    %    7  ,     2    7

    %     6  ,      3     6

9 ,1  % 

   a    n     j     u    r     t    s

     %       5 ,       4      5

4      5       , 5       %     

nepropusna granica

3     6      , 4     %    

1  8   ,2  %  

2    7     , 3    %   

Upotreba strujne mreže: Određivanje količine dotoka vode u građ. jamu

Q

=

n s

⋅ qi =

k  ⋅

n s n H 

⋅ H 

Potencijali i tlakovi od tečenja vode na element tla te sile od vode na jediničnom elementu tla u strujnom polju

p = ∆ h . γw γ'

ekvipotencijala

γ'' -   

l       

s    b -

γ

s = i . γw

strujnica γw

Kako riješiti iskop za građevnu jamu kada je podzemna voda u blizini površine?

=> CRPLJENJEM Mogući neželjeni događaji kod crpljenja: • hidraulički slom tla (regresivna erozija) • prodor vode kroz stijenu Snižen e odzemne vode u rađ. ami može biti cr l en em: • otvoreno, iz građevne jame • oko građevne jame, iz cijevnih bunara Razlikujemo crpljenje iz širokog iskopa i iz razuprtih građevnih jama

Široki iskop s crpljenjem vode (za manje propusna tla) - cijevni bunari – “iglofilteri”

crpljenje

cjevovod buduća građevina "

bunar 

"

Široki iskop – jako propusno tlo, a nepropusni sloj tla je u dohvatljivoj dubini građevina

početna razina podzemne vode

cijev za crpljenje s filtrom

 brtva prolasku vode

u opan kanal

spuštena razina podzemne vode dobropropusno tlo (šljunak)

slabopropusno tlo (glina)

Razuprta građevna jama u homogenom tlu 11,00 m zagatna stijena razupora 5,00 m

voda

,

voda

4,00 m m dno jame 12,00 m

4,50 m

Razuprta građevna jama u homogenom tlu Tečenje u građ. jamu ograđenu zag. stijenama, proslojak gline 11,00 m

zagatna stijena

razupora 5,00 m

voda pijesak

datum

1,00 m ,

pijesak

voda

m 12,00 m

4,50 m

Eurokod 7: UPL i HYD

UPL

σv

b

Water tight surface

T

T W

u

Water tight surface

u

a) Izdizanje podzemne šuplje konstrukcije

pijesak

pijesak injektirani pijesak u

water tight surface

b) Izdizanje lakog nasipa tijekom poplave

HYD zagatna stijena

voda

prijašnja površina terena

pijesak b W

glina

glina pijesak

c) Izdizanje podnožja iskopa

šljunak

u

d) Izvedba temeljne ploče ispod razine vode

UPL i HYD Primjeri proračuna

Postupak provjere i parcijalni koeficijenti za izdizanje - UPL (1)P Provjera za izdizanje (UPL) mora se provesti kontrolom da je proračunska vrijednost kombinacije destabilizirajućih stalnih i promjenljivih vertikalnih djelovanja (V dst;d) manja ili jednaka zbroju proračunske vrijednosti stabilizirajućih stalnih vertikalnih djelovanja (Gstb;d) i proračunske vrijednosti svake dodatne otpornosti na izdizanje (R d):

V dst;d ≤ G stb;d

+ R d

(2.8) gdje je:

V dst;d = Gdst;d + Qdst;d

UPL - tečenje u građevnu jamu, kada je u pjeskovitom tlu proslojak gline 11,00 m

zagatna stijena

razupora 5,00 m

voda pijesak proslojak gline pijesak

datum

voda

1,00 m 2,00 m

CL 12,00 m

4,50 m

Postupak provjere i parcijalni koeficijenti za izdizanje - UPL . V  γ   γG,dst    γ  G,st . G stb;d dst;d ≤ γ  

+ R d

V dst;d = Gdst;d + Qdst;d = 0 + h p . s ;

+

=

so a

.

’  +

1,0 . 80,0 ≤ 0,9 . 2,0 . 10,0

(2.8)

γ   γw     ,dst

= ,

.

= 8,0 . 10,0 = 80,0 kN/m2 ,  =

,

2

(2.8)

Kakvo bi rješenje bilo kad bi umjesto sloja tla na dnu građevne  jame bila betonska temeljna ploča?

Provjera otpornosti na slom hidrauličkim izdizanjem tla prouzročenim tečenjem vode kroz temeljno tlo - HYD (1)P Pri razmatranju graničnoga stanja HYD (vidi točku 10.3), za svaki se odgovarajući stupac tla mora provjeriti da je proračunska vrijednost destabilizirajućeg ukupnog tlaka vode (udst;d) na podnožju stupca ili proračunska vrijednost sile tečenja vode (sile strujnog tlaka - Sdst;d) u stupcu manja ili jednaka stabilizirajućem ukupnom vertikalnom naprezanju (σ stb;d) na podnožju stupca ili uronjenoj težini (G′stb;d) istoga stupca: u dst;d ≤ σ  σ stb;d

(2.9a)

S dst;d ≤ G ′stb;d

(2.9b)

(2)P U jednadžbama (2.9a) i (2.9b) moraju se za stalne i prolazne situacije upotrijebiti parcijalni koeficijenti za udst;d, σ stb;d, Sdst;d i G′stb;d koji su definirani u točki A.5(1)P.

Strujna mreža za jedan primjer građevne jame u vodi dva pada potencijala (od 100% do 90,9% i od 90,9% do 81,8%) ukupan broj padova je 11 tj. n H = 11 18,2%H

pad potencijala između dvije H ekvipotencijale je  DH = 11

H 81,8%H

    r     a      t     e     m     o     z     e      i     p

100%

polje "A" 0% a ekvipotencijala    v    e     j      i    c    a    n     j     u    r     t    s

∆ b

 %  9 0, 9

strujnica  l

∆

q

  8 ,  %   8  1    %    7  ,     2    7

    %     6  ,      3     6

     %       5 ,       4      5

4      5       , 5       %     

nepropusna granica

3     6      , 4     %    

9 ,1 % 

1  8   ,2   %  

2    7     , 3    %   

Tečenje u građevnu jamu ograđenu zagatnim stijenama, homogeno tlo 11,00 m

razupora zagatna stijena

5,00 m

zagatna stijena  F  s

,  F  s

=

γ  '

i ⋅ γ  w

A

=

γ  '

i ⋅ γ  w

4,00 m no ame

12,00 m

4,50 m

HYD Procjena stanja HYD na bazi elementa A ispod dna građ. jame. u dst;d ≤ σ  σstb;d   . u  . σ  γ   γG,dst    γG,st    σstb;k   dst;k ≤ γ  

(2.9a)

• Pad potencijala je 9,0/9=1,0 m na putu od 1,8 m, • Izlazni hidraulički gradijent je 1,0/1,8=0,56.

udst;d = h p . σ stb;d

= (1,0 + 1,8) . 10,0 = 28,0 kN/m2 γ   γ’     = 1,8 . 10,0 = 18,0 kN/m2

γ   γw     ,dst

, = hsloja .

1,35 . 28,0 ≤ 0,9 . 18,0

(2.9a)

Primjer: građevna jama za garažu VIP-a na Žitnjaku

Građevna jama za VIP neboder na Žitnjaku • temeljno tlo: šljunak, • podzemna voda na cca 7 m dubine, • iskop u dvije faze:  – do podzemne vode otvoreni iskop i I-profili sa zaštitnom armaturnom mrežom i geotekstilom,  – ispod podzemne vode: čelične talpe i crpljenje vode iz bunara, jama podijeljena u 3 segmenta.

3. Primjer: Građevna jama VIP na Žitnjaku (Mihaljević, Dašić, Kvasnička i Matešić, 2006) 91,84

PAROVOD

   5    6    2

B9 B10

B5

B6

B12

B2

PB1

PB2 B11

B1

B7

B8

B3

B4

Broj udaraca SPP s dubinom => određivanje modula krutosti depth [m ] 0

P-1 P-2

1

C-1 C-2

2

C-3 C-4 C-5 average N'

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

NSPT 0

5

10

15

20

25

30

35

40

Presjek, izmj. horiz. pomaci i proračunati s Plaxisom depth [m] 0

110,80

F-1 109,50 F-2

3

107,00

F-3 F-4

105,50

   0  ,    6

6 ,

F-5

9    0  ,    0    1

Plaxis

I1 12 15 0

1

2

3

4

5 0

5 10 15 20 25

displacment [mm]

Modeliranje sloma stijenke VIP jame (program Plaxis)

Podgrada u gornjem dijelu: otvoreni iskop i čelični I-profili s armaturnom mrežom i geotekstilom

Predbušenje za čelične talpe Problemi: teško zabijanje talpi u šljunak i naginjanje talpi s napredovanjem zabijanja

Predbušenje – pogled odozgo

Prenošenje talpe do mjesta zabijanja

Zabijanje talpe

Lokacija probnog bunara za mjerenje koeficijenta vodopropusnosti šljunka

Seminar DGIZ: PROJEKTIRANJE I IZVOĐENJE DUBOKIH GRAĐEVINSKIH JAMA Ivan Mihaljević, dipl. Ing. građ. -

Zagreb, 05.04.2007.

“ZAŠTITA GRAĐEVNE JAME VIPNET GARAŽE NA ŽITNJAKU” Investitor: VIPnet d.o.o. Projektant zaštite građevinske jame i stručni nadzor: Goran Dašić dipl.inž.građ. (Geokon-Zagreb d.o.o.) Konzultant: prof.dr. Predrag Kvasnička dipl.inž.građ. (RGN fakultet) ura n c : doc.dr. Leo Matešić dipl.inž.građ. (Geokon-Zagreb d.o.o.) Ivan Mihaljević dipl.inž.građ. (Geokon-Zagreb d.o.o.) Ivana Jurišić dipl.inž.građ. (Geokon-Zagreb d.o.o.).

CASE STUDY iskopa i crpenja u vrlo propusnom tlu

PROBLEM: • velika vodopropusnost temeljnog tla (k=10-3 – 10-1 m/s), • položaj vodonepropusnog sloja na većoj dubini (>30 m), • visoka razina podzemne vode u odnosu na projektiranu kotu dna građevne jame (∆h>2 m), • dimenzi e rađevne ame 90 x 30 m i dubina isko a H=10 m .

MOGUĆA RJEŠENJA: • duboka dijafragma do vodonepropusnog sloja, • plitka dijafragma ili zagatna stijena uz injektiranje (brtvljenje) dna, • plitka dijafragma ili zagatna stijena s otvorenim dnom i crpenjem podzemne vode. (odabrano rješenje)

ODABRANO RJEŠENJE:

• zagatna stijena od čeličnog žmurja koja doseže 6,0 m ispod dna građevne jame, • građevna jama podijeljena na 3 kazete (odjeljka) dimenzija 30 x 30 m, • izvedba bunara i crpenje unutar građevne jame.

Mjerodavne projektne situacije za dimenzioniranje potporne konstrukcije i režima crpenja podzemne vode: • popuštanje žmurja i sidara uslijed hidrostatskih pritisaka vode na potpornu konstrukciju, • pojava hidrauličkog sloma tla, • podizanje temeljne ploče zbog djelovanja uzgona, • potapanje građevne jame zbog dotoka većih od kapaciteta crpen a.

Ulazni podaci i projektne pretpostavke: • koeficijent vodopropusnosti šljunka ocijenjen je na temelju granulometrijskog sastava prema Hazenovoj formuli k=1,00*D102 [cm/s] (k=10-4 – 2,5*10-5 m/s) odabrano k=10-3 m/s ky= kx/10 • režim podzemnih voda određen na temelju podataka Državnog Hidrometerološkog zavoda (DHMZ) iz hidrološke mreže Grada Zagreba za povratni period 10 godina, te na temelju usporednih mjerenja u instaliranim piezometrima u periodu 5 mjeseci prije početka gradnje. REL. KOTA

SP-SM γ =18,5 kN/m 3

GP-GM γ =20,0 kN/m3

APS. KOTA

0,00 -0,60

110,80 110,20

POVRŠINA AS FALTIRANOG PARKI RALIŠTA POVRŠINA TERENA

-2,90

107,90

NAJVI ŠA IZMJERENA V ISINA P.V . (1991.) - HMZ

-4,80

106,20

-5,60 -6,70 -7,40 -7,90

105,20 104,10 103,40 102,90

VISOKA P.V. ZA PERIOD (1999.-2000.) - HMZ

SREDNJA RAZINA P.V. ZA PERIOD (X.-XI.2000.) - HMZ SREDNJA RAZINA P.V. ZA PERIOD (1999.-2000.) - HMZ NPV (veljača, 2003.) - Geotehnički studio

-8,90

101,90

NPV (22.05. I 04.06.2003.) - GEOKON

-9,00 -9,20 -10,00

101,80 101,60 100,80

DNO TEMELJNE PLOČE DNO TEMELJNOG ISKOPA, DNO TEMELJNOG ISKOPA ZA DIZALA

RAČUNSKI MODEL

UTJECAJ 1 BUNARA, R=10M AXISYMMETRIC ANALYSIS ELEMENT THICKNESS 6,2832 (2 Pi) k x =9*10 -4 m/s ; ky = kx /10

GeoSlope v5 / SEEP

Dimenzioniranje crpki i bunara je provedeno za slučajeve sniženja podzemne vode u građevnoj jami od dh=2,0 m i dh=3,0m, u odnosu na okolnu sredinu

30

10m 10m

Nestacionarnom analizom procjeđivanja vode u prostor kazete građevne jame dimenzija 30x30 m dobiveno je sniženje razine podzemne vode za ∆H≅3,00 m uz ostvarenu količinu crpenja Q=160 l/s iz 4 bunara u kazeti.

25

20

   2    0    0     e    9    1    5    1  .    2

  .1519e-002 15

10

5

0 0

10

20

30

40

50

PROBNO CRPENJE: Rezultati ispitivanja vodopropusnosti šljunka provedeni su u fazi izvođenja građevinske jame Rezultati su pokazali 15x veću vodopropusnost od projektom pretpostavljene projekt k=1,0*10-3 m/s stvarno k=1,5*10-2 m/s

SLIJEDI: Za istu računsku količinu crpenja moguće sniženje razine podzemne vode unutar kazete građevne jame smanjuje se sa 3,0 m na 25 cm!!!

ŠTO JE UČINJENO: • Povećan je je broj i kapacitet crpki po bunaru kako bi se dobila količina crpenja po kazeti Q > 250 l/s. • Dodani su upojni bunari i muljne crpke većeg kapaciteta.

OGRANIČAVAJUĆI FAKTORI: • Kapacitet bunara – – Povećanje količine crpenja smanjuje izdašnost bunara zbog pojave turbulentnih strujanja vode u prstenu oko bunara. • Radna krivulja bunarskih crpki –– Efektivna količina crpenja po  jednoj crpki smanjuje se što je visinska razlika nivoa vode veća. • Kapacitet kanalizacije ili prikladnog recipijenta. • …