Устройство водоотводящих сетей–Сооружения на сети

ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К МАТЕРИАЛУ ТРУБ И КОЛЛЕКТОРОВ

 

Выбор материала труб и коллекторов производится с учетом строительных, технологических и экономических требований. Строительные требования заключаются в обеспечении прочности и долговечности конструкций и возможности индустриализации строительства.

Прочность материала труб диктуется воздействием на них внешних нагрузок, которые могут быть постоянными и временными. Постоянные нагрузки обусловлены весом грунта, расположенного над трубопроводами и зависят от вида грунта и глубины заложения. Временные нагрузки возникают от транспорта, движущегося по поверхности земли, и зависят от вида транспорта, свойств грунта и глубины заложения трубопровода.

Так как трубы и коллекторы находятся под постоянным воздействием внешних, а также внутренних нагрузок, возникающих при засорениях, действием грунтовых и сточных вод срок службы труб может сокращаться. Кроме того, на долговечности труб сказывается и старение материала. Поэтому материал труб должен выбираться с учетом некоторой оптимальной долговечности сооружений.

Строительство трубопроводов и коллекторов должно выполняться с максимальной индустриализацией. Поэтому изготовление труб определенной длины или сборных элементов для коллекторов должно осуществляться на предприятиях строительной индустрии. Устройство трубопроводов и коллекторов осуществляется при этом путем сборки трубопроводов из отдельных труб или отдельных элементов. В этом случае достигается максимальная механизация строительных работ всех видов.

Технологические требования заключаются в обеспечении водонепроницаемости и максимальной пропускной способности труб и коллекторов, а также исключение их истирания и коррозии. Пропускная способность труб и коллекторов обратно пропорциональна шероховатости внутренних стенок. Снижения шероховатости можно добиться, применяя соответствующий материал, а также нанесением на стенки специальных покрытий. Выполнение этих покрытий особенно целесообразно, если они одновременно повышают водонепроницаемость и истирание стенок труб и коллекторов, которое происходит из-за наличия в сточных водах включений большой плотности (песка, шлака, боя стекла и др.). поскольку сточные воды, а также подземные воды могут быть агрессивными, материал труб и коллекторов должен быть устойчивым к коррозии. В этом случае состав и свойства сточных и подземных вод является определяющим при выборе материала.

Экономические требования заключаются в обеспечении минимальной стоимости материалов и расходования минимального количества недефицитных материалов.

Изложенным требованиям в большей мере удовлетворяют керамические, асбестоцементные, бетонные, железобетонные и пластмассовые трубы.

 

 

КЕРАМИЧЕСКИЕ ТРУБЫ

 

Керамические трубы для устройства безнапорных сетей выпускаются диаметром 150-600мм, для их изготовления применяют пластмассовые спекающиеся тугоплавкие огнеупорные глины.

Производство труб включает следующие основные операции:

*                     приготовление глиняных масс;

*                     формирование труб из этих масс;

*                     сушка и покрытие труб сырой глазурью;

*                     обжиг труб.

Керамические трубы изготавливаются с раструбом на одном конце. Внутренняя поверхность раструба и внешняя поверхность гладкого конца выполняются с рифлями (нарезками - канавками) и не покрываются глазурью. В этом случае обеспечивается лучшее сцепление труб с материалом заделки стыка.

Покрытие внешней и внутренней поверхности труб глазурью повышает их устойчивость к истиранию, водонепроницаемости, снижает шероховатость стенок.

Керамические трубы должны удовлетворять следующим требованиям:

*                     выдерживать внутреннее гидравлическое давление 0,15МПа;

*                     выдерживать внешние нагрузки не менее 20-30кН/м;

*                     иметь водопоглащение не более 8%.

Керамические трубы достаточно прочные и устойчивые против действия слабоагрессивных вод и температурных воздействий, водонепроницаемы, имеют сравнительно гладкие стенки, долговечны. К недостаткам этих труб можно отнести короткую их длину и возможность разрушения при ударах.

Соединения керамических труб выполняются путем введения гладкого конца одной трубы в раструб другой с последующей заделкой стыка. Заделку стыка выполняют следующим образом. Сначала кольцевой зазор между стенками гладкого конца и раструба на 1/3 - 1/2 глубины раструба заполняют смоляной пеньковой прядью или канатом и уплотняют специальным инструментом - конопаткой без применения молотка. При этом осуществляется герметизация стыка. В остальную часть кольцевого зазора вводят заполнитель (замок) для повышения прочности стыка. В качестве заполнителя используют асфальтовую мастику, асбестоцементный или цементный раствор. Асфальтовую мастику готовят из трёх частей естественного асфальта и одной - двух частей гидрона или битума БН - III. В кольцевой зазор мастику заливают в разогретом состоянии с использованием специальной формы (опалубки). Асфальтовый стык герметичен, хорошо сопротивляется действию агрессивных подземных вод, сравнительно эластичен. Однако при температуре сточных вод выше 40⁰С и содержании в них растворителей асфальтовый стык применять не рекомендуется. Стык асбестоцементного замка выполняется из 70% по массе цемента марки 300 и 30% асбестового волокна. Смесь этих материалов увлажня-ют водой в количестве 10%, послойно вводят в зазор и уплотняют специальным инструментом - чеканкой. Замок цементного стыка выполняется из смеси цемента и песка в соотношении 1:1 по массе. Заделка стыка производится также как асбестоцементного. Цементный стык жесткий и не допускает смещения труб. Его применяют при укладке труб на искусственное основание.

Керамические трубы соединяют также и использованием колец из резины и поливинилхлоридной смолы (пластизола).

 

 

АСБЕСТОЦЕМЕНТНЫЕ ТРУБЫ

 

Безнапорные асбестоцементные трубы изготавливаются диаметром 100-400мм, для изготовления труб используется 80-90% портландцемента и 10-20% (по массе) асбеста. Изготовление труб включает следующие операции: обработку асбеста (обминание и распушку), приготовление асбестоцементной суспензии, формование труб, твердение и механическую обработку. Формование труб осуществляется на специальных формовочных машинах.

Асбестоцементные безнапорные трубы изготавливаются с гладкими концами, а для их соединения выпускаются специальные муфты. При испытании трубы и муфты должны выдерживать гидростатическое давление не менее 0,4МПа. Асбестоцементные трубы водонепроницаемы, имеют гладкую поверхность, легки и малотеплопроводны, сравнительно устойчивы к агрессивным средам.

Однако асбестоцементные трубы хрупки и слабо сопротивляются истиранию песком.

При соединении асбестоцементных труб применяются асфальтовые, асбестоцементные и цементные стыки, которые выполняются также, как при соединении керамических труб.

 

 

БЕТОННЫЕ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ ТРУБЫ

 

Бетонные безнапорные трубы изготавливаются диаметром от 100 до 1000мм важнейшими операциями изготовления труб являются: приготовление бетонной смеси, формовка труб и уплотнение бетонной смеси, выдерживание труб после распалубки для обеспечения необходимой прочности. Бетонные трубы формуются, как правило, в вертикально стоящей опалубке. Бетонная смесь уплотняется вибропрессованием, радиальным прессованием, трамбованием.

Железобетонные безнапорные трубы изготавливаются диаметром от 400 до 1400мм. по способу соединения железобетонные трубы подразделяются на раструбные и фальцевые, а по форме поперечного сечения на круглые и круглые с плоской подошвой. Раструбные трубы соединяются с использованием герметика, резиновых колец, просмоленной пряди с замком из цементного раствора или асфальтовой мастики. Фальцевые стыки труб диаметром 1000мм и более дополнительно усиливаются цементом армированным поясом с внешней поверхности труб.

 

ПЛАСТМАССОВЫЕ ТРУБЫ

 

К пластмассовым трубам относятся полиэтиленовые, фторопластовые, стеклопластиковые, винипластовые повышенной прочности и другие.

Полиэтиленовые трубы из полиэтилена низкого давления выпускаются диаметром 63-1200мм. их рекомендуется применять для устройства напорных трубопроводов, транспортирующих воду различной агрессивности. Соединение труб осуществляется сваркой.

Стеклопластиковые трубы изготавливаются диаметрами 1200, 1400, 1600, 2000 и 2400мм с гладкими концами и диаметром 2400 с раструбом. Эти трубы рекомендуется применять для транспортирования агрессивных сточных вод.

Фаолитовые трубы и фасонные части к ним изготавливаются из кислотоупорной фаолитовой массы методом шприцевания, формования и прессования диаметром 32-350мм. эти трубы рекомендуется применять для транспортирования кислых химически агрессивных сточных вод, не содержащих окислителей при температуре до 120⁰С в зависимости от концентрации загрязняющих веществ.

 

Коллекторы

 

Для пропуска значительных расходов сточных вод используют трубопроводы большого поперечного сечения, которые выполняют из нескольких элементов в поперечном сечении. Такие трубопроводы называют коллекторами. Они могут быть построенны из клинкерного кирпича. Форма поперечного сечения их различна, но чаще - круглая или овоидальная. Кирпичные коллекторы надежны и долговечны, но их невозможно строить индустриальными методами.

Для строительства в настоящее время широко применяется сборный железобетон (рис.26), строительство осуществляется открытым способом.

 Рис.26. Коллекторы, выполненные при открытом способе строительства.

 

а)- полукруглой формы; б)- круглой формы (комбинированный); в)- круглой формы из труб.

1. Подготовка; 2. Бетонное основание; 3. Битум; 4. Железобетонная плита; 5. Штукатурка; 6. Свод; 7. Бетонный пояс заделки стыков; 8. Железобетонный пояс крепления блоков оснований; 9. Железобетонная труба; 10. Бетонный стул.

 

Коллекторы полукруглой и круглой формы состоят из двух элементов в поперечном сечении, уложенных по основанию из щебня или тощего бетона. Важнейшим требованием к сборке таких коллекторов является расположение стыков разных элементов в разбежку. Коллектор из труб наиболее перспективен, так как обладает высокой прочностью, водонепроницаемостью и долговечностью. Кроме того, в практике строительства коллекторов открытым способом часто применяются коллекторы прямоугольной формы сечения. При закрытом способе строительства (щитовая проходка) применяется конструкция коллекторов круглой формы поперечного сечения. Внутренняя поверхность коллекторов либо оштукатуривается с железнением, либо облицовывается кирпичом, керамическими блоками, пластмассовыми плитами. При транспортировании кислых стоков бетонные коллекторы облицовывают кирпичом на растворе из кислотостойкого цемента или пластмассовыми плитами.

 

Основания под трубопроводы

 

Конструкция основания зависит от вида грунта, его несущей способности, материала и диаметра трубопровода, а также глубины его заложения.

Керамические и асбестоцементные трубопроводы в песчаных и глинистых грунтах с нормальным сопротивлением 0,15МПа и более укладываются на естественном основании, однако для труб диаметром 350-600мм основание необходимо профилировать по форме трубы с углом охвата 90⁰ (рис.27а).

Рис.27. Основания под трубопроводы.

 

а) Естественное профилированное; б) Монолитное бетонное; в) свайное.

1.Труба; 2.Песчаный грунт; 3.Бетонный стул; 4.Железобетонная плита; 5.Сваи.

 

если грунт основания имеет нормальное сопротивление 0,1-0,15МПа, то керамические и асбестоцементные трубы укладывают на монолитное бетонное основание, спрофилированное по форме трубы с углом охвата 90⁰ (рис.27б).

железобетонные трубы диаметром 400-1200мм в грунтах с нормальным сопротивлением более 0,1МПа можно укладывать на естественном или искусственном основании, аналогичному для керамических труб. В слабых грунтах с нормальным сопротивлением менее 0,1МПа железобетонные трубы рекомендуется укладывать на свайном основании.

При укладке трубопроводов в водонасыщенных грунтах устраивают искусственное песчано-гравийное, щебеночное или бетонное основание. Основание под трубы в скальных грунтах необходимо выравнивать слоем песка или мягкого уплотненного грунта высотой не менее 0,1м над выступающими неровностями дна траншеи.

 

Смотровые колодцы

 

Смотровые колодцы устраивают на водоотводящей сети для осмотра и наблюдения за работой трубопроводов, а также для выполнения разнообразных эксплуатационных мероприятий на сети.

Колодцы бывают линейными, поворотными, узловыми, перепадными, контрольными и промывочными. Линейные смотровые колодцы устраивают на прямолинейных участках сети на расстоянии друг от друга:

d = 150мм                     - l = 35м;

d = 200 - 450мм            - l = 50м;

d = 500 - 600мм            - l = 75м;

d = 700 - 900мм            - l = 100м;

d = 1000 - 1400мм        - l = 150м;

d = 1500 - 2000мм        - l = 200м;

d > 2000                        - l = 300м.

их устраивают также при изменении диаметров трубопроводов и их уклонов. Любой смотровой колодец состоит из основания, лотковой части, рабочей камеры, горловины и люка (рис.28). колодцы могут выполняться из различных материалов: сборных железобетонных элементов, кирпича, бутового камня и других местных материалов. В плане колодцы устраивают круглыми, прямоугольными или полигональными.

Рис.28. Смотровой колодец.

1.Щебеночная подготовка; 2.Плита днища; 3.Лотковая часть; 4.Рабочая камера; 5.Плита перекрытия; 6.Горловина; 7.Люк; 8.Скобы.

 

Основание колодца состоит из бетонной или железобетонной плиты, уложенной по щебеночному основанию. Основной технологической частью смотрового колодца является лотковая часть.

Лоток выполняется из монолитного бетона М 200 с использованием специальных шаблонов-опалубок с последующей затиркой поверхности цементным раствором и железнением. Трубопровод в колодце переходит в лоток, по нему протекает сточная жидкость, чем и определяется особенность устройства лотка. В линейных колодцах лотки прямолинейны, поверхность лотка в нижней части повторяет внутреннюю поверхность трубы, в верхней части вертикальна. Общая высота лотка должна быть не меньше диаметра большей трубы. С двух сторон лотка образуются полки (бермы). Полкам придается уклон в сторону лотка 0,02. Полки служат площадками, на которых размещаются рабочие при выполнении эксплуатационных мероприятий. Рабочая камера колодца должна иметь размеры расположения в ней рабочего, высота должна быть 1800мм, а диаметр в зависимости от диаметра труб: 1000мм при диаметре труб 600мм, при d = 800 - 1000мм  - 1500мм и при d = 1200мм - 2000мм. Размеры в плане прямоугольных колодцев принимаются в зависимости от диаметра наибольшей трубы: при d700мм - 10001000мм; при d>700мм длину (по оси трубопровода) - d+400мм, ширину d+500мм.

горловины колодцев надлежит принимать диаметром 700мм. при диаметре трубопроводов 600мм и более в колодцах, расположенных на расстоянии 300-500м, размер горловин следует принимать достаточным для опускания приспособлений по прочистке (шаров и цилиндров). Рабочие камеры и горловины оборудуются скобами или навесными лестницами для спуска в колодец. Переход от рабочей камеры к горловине может осуществляться с помощью специальной конусной части или железобетонной плиты перекрытия. На уровне поверхности земли горловина заканчивается люком с крышкой, который бывает тяжелым и легким. Тяжелый устанавливается на проезжих местах. Установку люков предусматривают на уровне с поверхностью проезжей части - при усовершенствованном покрытии дорог, на 50-70мм выше поверхности земли - в зеленой зоне, и на 200мм выше поверхности - на незастроенной территории. При расположении колодцев на территории без покрытия вокруг люка устраивают отмостку для отвода поверхностных вод.

В мокрых грунтах необходимо устраивать гидроизоляцию дна и стенок колодцев 0,5м выше уровня подземных вод. Различна и схема заделки труб в лотковой части колодца для сухих и мокрых грунтов (рис.29).

Рис.29. Схемы заделки стыков.

 

а)- в сухих непросадочных грунтах; б)- в мокрых непросадочных грунтах.

1.Цементный раствор; 2.Асбестоцементный раствор; 3.Смоляная прядь; 4.Гидроизоляция.

 

смотровой колодец, установленный на повороте трассы трубопровода, называется поворотным, на присоединениях к ним боковых веток - узловым. Их конструкции аналогичны конструкции линейного с тем отличием, что диаметр рабочей камеры определяется из условия размещения внутри колодца кривых поворотов. Радиус поворота оси лотка в колодце должен быть не менее диаметра трубопровода. Лотки присоединений боковых веток в узловых колодцах также выполняются криволинейными с таким же радиусом поворота в направлении течения сточной жидкости (рис.30). на крупных коллекторах диаметром 1200 и более радиус поворота должен быть не менее пяти диаметров, а смотровые колодцы предусматривают в начале и в конце кривой поворота.

R = dвых.

а)- линейного колодца, в плане; б)- узлового колодца, в плане; в)- линейного колодца, в разрезе.

 

 

Рис.30. Лотки смотровых колодцев.

 

 

 

Перепадные колодцы устраивают для уменьшения глубины заложения трубопроводов, гашения скорости при её уменьшении на последующих участках во избежание превышения максимально допустимой скорости, при пересечении с подземными коммуникациями и при затопленных выпусках дождевых вод в водоём. Конструктивно перепадные колодцы выполняют со стояком, в виде водослива практического профиля, шахтного типа и другие.

 

Рис.31. Перепадной колодец со стояком.

1.Стояк; 2.Водобойная подушка; 3.Металлическая плита; 4.Приемная воронка; 5.Скобы.

 

На трубопроводах диаметром до 500мм включительно и высотой перепада не более 6,0м применяются перепадные колодцы со стояком в колодце (рис.31). диаметр стояка принимается равный диаметру подводящего трубопровода. В верхней части стояка устраивается приемная воронка, под стояком водобойная подушка, под ней металлическая плита. Для стояка диаметром до 300мм допускается вместо водобойной подушки устанавливать направляющее колено с водобойной стенкой.

 

 

Рис.32. Конструкция перепадного колодца в виде водослива практического профиля.

1.Горловина колодца; 2.Подводящий трубопровод; 3.Водослив; 4.Водобойная часть;

5. Отводящий трубопровод.

 

При диаметре трубопровода 600мм и выше с величиной перепада до 3,0м применяется перепадной колодец в виде водослива практического профиля (рис.32). Перепадной колодец состоит из криволинейного водослива и водобойного колодца в основании. Устройство водобойного колодца обеспечивает затопление гидравлического прыжка, в результате чего происходит гашение энергии потока.

Рис.33. Расчетная схема перепадного колодца.

 

 

 

Расчет перепадного колодца в виде водослива практического профиля сводится к определению глубины и длины водобойного колодца. Расчет производится с использованием следующих зависимостей. Определяется сжатое сечение h_с в нижнем бьефе у основания водослива:

, где

- удельный расход на единицу ширины водослива, которая принимается равной диаметру подводящего трубопровода;

- коэффициент скорости, равный 0,95-0,99;

Т₀ - средняя удельная энергия потока, определяемая по формуле:

Т₀ = Р + Н +, где

Р - высота перепада;

Н - наполнение в подводящем трубопроводе;

d_К - глубина водобойного колодца.

Далее определяется вторая сопряженная глубина h^II при условии, что первая сопряженная глубина (до прыжка) равна h^I = h_C:

, где

h_КР - критическая глубина, определяемая по формуле:

.

Необходимая глубина водобойного колодца находится из условия:

h^II < t + d_К +z , где

z =  - перепад уровней воды при выходе её из водобойного колодца.

 - средние скорости соответственно в отводящем трубопроводе при наполнении t и в водобойном колодце.

Длину водобойного колодца рекомендуется вычислить по формуле: l_ВК = l_П ,

- коэффициент, равный 0,6-0,7, L_П - длина гидравлического прыжка,

.

При больших диаметрах трубопроводов и высоте перепада более 3,0м могут применяться шахтные перепады, на рис.34 приведена конструкция шахтного колодца с многоступенчатыми перепадами. Колодец имеет шахту, перегороженную ступенями, чередующимися по всей высоте в шахматном порядке. Расстояние между ступенями рекомендуется принимать, равным z=(0,52)В, для прямоугольного сечения шахты и z=(052)d при круглом сечении. Расчет перепадного колодца производится на предельное затопленное состояние. Можно пользоваться следующей формулой для определения производительности:

, где

- коэффициент расхода;

= BL/2 - площадь сечения отверстия;

z₁ - напор воды над отверстием, который равен z;

, = 0,57 + 0,043(1,1-n), где

n = а/ - степень сужения шахты.

Коэффициент скорости в отверстиях шахт равен 0,89.

Перепадной колодец может выполняться из сборного или монолитного железобетона. К устройству ступеней предъявляются повышенные требования, так как они воспринимают воздействие потока воды, обладающего большой кинетической энергией. Форма шахты в плане может быть прямоугольной или круглой. Известен ещё ряд конструкций перепадных колодцев шахтного типа.

Рис.34. Двухсекционный перепадной колодец шахтного типа

с многоступенчатыми перепадами.

1.Подводящий коллектор; 2.Шибер; 3.Секции перепадного колодца; 4.Ступени перепада; 5.Отводящий коллектор.

 

Дождеприемники

 

Для приема дождевых и талых вод в водоотводящую сеть применяются специальные сооружения -дождеприемники, представляющие заглубленные камеры, перекрытые решетками. Конструкции дождеприемников подразделяются на две группы: без осадочной части и с осадочной частью (рис.35). для приема сточных вод в дождевую водоотводящую сеть применяются в основном дождеприемники без осадочной части. Дно таких дождеприемников должно иметь плавное очертание. Решетки дождеприемников могут быть прямоугольными и круглыми, устанавливаются в плоскости проезжей части дорог. Для увеличения пропускной способности решеток их располагают на 20-30мм ниже лотка проезжей части. Для приема больших расходов при уклоне улиц более0,03 целесообразна установка двух решеток.

Если площадь стока имеет брусчатое или булыжное покрытие то допускается устройство дождеприемников с осадочной частью. Дождеприемники на общесплавной сети кроме того оборудуется гидравлическими затворами высотой не менее 10см. Глубина осадочной части принимается 0,5-0,7м.

дождеприемники располагают в пониженных местах, у перекрестков перед пешеходными переходами и на затяжных участках спусков (подъемов). Расстояние между дождеприемниками определяется гидравлическим расчетом уличного лотка при условии, что ширина потока в лотке перед решеткой не превышает 2,0м.

 

 

Рис.35. Конструкции дождеприемников.

а) дождеприемник без осадочной части; б) дождеприемник с осадочной частью и гидравлическим затвором

 

при ширине улиц менее 30м и отсутствии стока с территории кварталов расстояние между дождеприемниками принимается по таблице 4.1.

Таблица 4.1.

Расстояние между дождеприемниками.

 

Уклоны улиц	Расстояние между дождеприемниками, м
до 0,004 0,004-0,006 0,006-0,01 0,01-0,03	50 60 70 80

 

примечание: при ширине улиц более 30м или при продольном уклоне улиц более 0,03 расстояние между дождеприемниками должно быть не более 60м.

присоединение дождеприемника к водоотводящей сети производится трубопроводом 200мм, уложенным с уклоном 0,02. Длина присоединения не должна превышать 40м, при этом допускается установка не более одного промежуточного дождеприемника.

 

Ливнеспуски и разделительные камеры

 

Ливнеспуски служат для сброса части смеси сточных вод в водоемы в общесплавной системе водоотведения. ливнеспуски устанавливают на коллекторах бассейнов канализования, перед насосными станциями и очистными сооружениями. Разделительные камеры устанавливают на дождевой сети полной раздельной системы и на сети полураздельной.

Разделительные камеры на дождевой сети полной раздельной системы обеспечивают сброс части дождевых вод в водоем при направлении их на очистные сооружения, а также разделение всего расхода дождевых вод при необходимости направления на очистные сооружения с разной степенью очистки.

В полураздельной системе разделительные камеры устанавливают на дождевой сети перед присоединениями её к общесплавным коллекторам для сброса части дождевых вод при интенсивных дождях в водоем, перед очистными сооружениями для временного сброса части смеси сточных вод в регулирующие резервуары при интенсивных дождях для последующей подачи на очистные сооружения.

принцип работы и конструкции ливнеспусков и разделительных камер аналогичны. По принципу работы их можно подразделить на следующие виды: со сбросными устройствами в виде водосливов, с донным сливом, с сифонным водосбросом, с водосбросом циклонного типа и др.

 

Рис. 36. Ливнеспуск с боковым прямолинейным водосливом

 с односторонним сбросом.

 

1.Ливнеотвод (сбросной трубопровод); 2.Отводящий трубопровод; 3.Гребень водослива; 4.Подводящий трубопровод.

 

Ливнеспуск с боковым прямолинейным водосливом с односторонним сбросом состоит из лотка, одна сторона которого является водосливом (рис.36). Длину гребня водослива b рекомендуется определять по формуле:

b = 0,75, где

q_СБР - расход сточных вод, сбрасываемых через ливнеспуск, м³/с, Н₀ - полный напор на водосливе, равный    Н₀ = Н + 0,5^.., где

Н - статический напор на водосливе, м (Н= h₁-p; h₁ - глубина воды в подводящем трубопроводе, м; р - высота порога водослива, м);

 - скорость движения воды в подводящем трубопроводе.

Высота порога водослива должна равняться глубине воды в лотке при пропуске предельного не сбрасываемого расхода. Длину распределительной камеры следует принимать равной длине гребня водослива, а ширину В_К,

В_К  1,5Н + d_сбр + 0,2 , где

d_сбр - диаметр ливнеотвода (сбросного трубопровода), метр.

 

Ливнеспуск с боковыми прямолинейными водосливами с двухсторонним сбросом состоит из лотка, обе стороны которого являются водосливами (рис.37).

Рис.37. Ливнеспуск с боковыми прямолинейными водосливами

с двухсторонним сбросом.

1и2.Трубопровод, соответственно подводящий и отводящий; 3.Сбросной трубопровод; 4.Гребни водосливов.

 

Длина гребня водослива рассчитывается по формуле, приведенной выше, при q_сбр/2.

Ливнеспуск с боковым криволинейным водосливом (центральный угол = 90⁰) состоит из криволинейного лотка, внешняя сторона которого является водосливом (рис.38).

 

 

Рис.38. Ливнеспуск с боковым криволинейным водосливом.

1.Подводящий трубопровод; 2.Порог водослива; 3.Сбросной трубопровод (ливнеспуск); 4.Отводящий трубопровод.

расход воды через водослив равен:

, м³/с, где

d₁ - диаметр подводящего трубопровода;

m - коэффициент расхода, равный при q_cбр/q_r >0,5 -m=0,48, при q_сбр/q_r <0,5 -m=0,7;

q_r - расход, поступающий к ливнеспуску.

.

Параметр В зависит от отношения R/d₁ 

R/d1	...	1	1,5	2	2,5	3
В	...	2,57	2,17	1,91	1,73	1,6

 

Высота порога водослива: Р = h₁ + , где

- скорость движения воды при предельном не сбрасываемом расходе. Сбросной трубопровод следует проектировать на полное заполнение. Шелыга ливнеотвода (сбросного трубопровода) и гребень водослива должны находиться на одной отметке.

Ливнеспуск с донным сливом представляет собой щель в прямоугольном лотке или круглой трубе (рис.39).

 

 

Рис.39. Ливнеспуск с донным сливом и порогом за щелью.

1.Подводящий трубопровод; 2.Порог; 3.Ливнеотвод (сбросной трубопровод); 4.Отводящий трубопровод.

 

Ливнеспуск может быть без порога или с порогом за щелью. Расчет ливнеспуска заключается в определении ширины щели и общей длины камеры ливнеспуска S. Высота порога назначается исходя из местных условий, но не менее 0,1м. При истечении из круглой трубы ширина щели принимается равной дальности отлета наружной образующей струи а, которая определяется по формуле:                   , м, где

i - уклон подводящего трубопровода;

А - величина, определяемая по формуле:

, где

- критическая глубина при предельном (не сбрасываемом) расходе q_lim , равная:

.

Общая длина камеры должна составлять:    S = S₁ + a + S₂ + S₃ , где

S₁ = (4-5)h_1(кр);

- критическая глубина в подводящем трубопроводе при расчетном расходе;

,             = 15⁰ - 22⁰ ;

S₃ = S₂/2.

Ливнеспуск с боковым водосливом и полупогруженным щитом состоит из лотка, внешняя стенка которого является водосливом и дополнительного лотка с полупогруженным щитом (рис.40).

Рис.40. Ливнеспуск с боковым водосливом и полупогружным щитом.

1.Водослив; 2.Полупогружной щит.

 Полупогруженный щит обеспечивает задержание плавающих веществ. Эту конструкцию ливнеспуска рекомендуется применять в системах водоотведения промышленных предприятий, в сточных водах которых содержатся всплывающие вещества (нефть и др.).

 

Пересечение самотечных трубопроводов с препятствиями

 

Самотечные трубопроводы часто пересекаются с естественными и искусственными препятствиями. К естественным препятствиям относятся реки, ручьи, овраги, суходолы, к искусственным: автомобильные и железные дороги, подземные пешеходные переходы и т.д.

Пересечение может выполняться в виде дюкеров, сифонов, эстакад, в виде самотечных трубопроводов, уложенных в футляре.

Если трубопровод и препятствие расположены примерно на одном и том же уровне по отметкам, то пересечение выполняется в виде дюкера (рис.41). Дюкер состоит из следующих основных элементов: напорных трубопроводов, верхней и нижней камер. Напорные трубопроводы выполняются не менее чем из 2-х ниток стальных труб с усиленной антикоррозийной изоляцией. Диаметр труб не менее 150мм. Обе нитки должны быть рабочими. Допускается при небольших расходах устройство дюкера с одной рабочей и одной резервной ниткой. Дюкер укладывается в траншее по дну русла. Угол наклона восходящей части дюкера должен быть не менее 20⁰. Глубина h₁ должна приниматься не менее 0,5м, а на судоходных реках в пределах фарватера не менее 1,0м. Расстояние в не менее 0,7-1,5м. Аварийный выпуск может быть проложен из верхней камеры дюкера или из ближайшего колодца перед ним. Его устройство согласовывается с органами, осуществляющими контроль над охраной и использованием водоема.

 

Рис.41. Устройство дюкера через реку.

1.Подводящий самотечный трубопровод; 2.Щитовые затворы; 3.Задвижки; 4.Аварийный выпуск, 5.Напорные трубопроводы; 6.Верхняя камера;7.Нижняя камера.

 

Верхняя камера дюкера состоит из двух отделений: мокрого и сухого. Эти отделения разделяются между собой водонепроницаемой перегородкой. В мокром отделении самотечный трубопровод переходит в открытые лотки, оборудованные щитовыми затворами (шиберами). В сухом отделении расположены трубы с задвижками. Каждое отделение дюкера имеет горловину с люком и крышкой. Превышение люка камер над высоким уровнем воды в водоеме должно быть не менее h₂ = 0,5м.

Нижняя камера дюкера устраивается в виде одного отделения, где напорные трубопроводы переходят в открытые лотки, в начале которых устанавливаются щитовые затворы.

Камеры дюкера размещают на не затапливаемой территории даже при высоком уровне воды в водоеме. Трубопроводы дюкера прокладываются перпендикулярно руслу реки для обеспечения минимальной длины напорных трубопроводов.

Диаметр труб определяется исходя из самоочищающей скорости 1,0м/с:

, м , где

q - расчетный расход сточных вод , м³/с,

n - количество рабочий ниток.

Разность отметок уровней воды (z₁-z₂) в лотке верхней и нижней камер равна потерям напора в дюкере.

z₁-z₂ = h_L+ h_M = i^. l + , где

h_L = il - потери напора по длине;

h_M - потери напора на местные сопротивления.

Сумма коэффициентов местных сопротивлений равна:

, где

- коэффициенты местных сопротивлений соответственно на входе, в задвижке, в отводах и на выходе; m - число отводов.

Дюкеры могут устраиваться также при пересечении самотечного трубопровода с автомобильными и железными дорогами, если они находятся в выемках. В этом случае трубопроводы прокладываются в футлярах или осуществляется их обетонирование. В остальном проектирование таких дюкеров ведется также, как и дюкеров через реки.

При переходе самотечного трубопровода через транспортные магистрали могут быть использованы сифоны (рис.42). применение сифонов может потребоваться при невозможности остановки транспорта и необходимости проведения работ в сжатые сроки. Кроме того, сифоны могут применяться при переходе через реки при наличии крупных мостов, к которым может крепиться трубопровод сифона. Для зарядки сифона предусматривается вакуумное устройство, подключаемое к самой высокой части сифона. Высота сифона Н определяется расчетом, обычно она не превышает 5-7м. Расчет сифона сводится к определению по расходу его диаметра, исходя из расчетной скорости 1,0м/с. разность отметок уровня сточных вод  в подводящем и отводящем трубопроводах определяется как сумма потерь напора по длине трубопровода и на местные сопротивления.

 

Рис.42. Устройство сифона.

1.Подводящий трубопровод; 2.Вакуум-насос; 3.Труба сифона; 4.Отводящий трубопровод.

 

Если самотечный трубопровод располагается значительно ниже препятствия по отметкам, то пересечение выполняется в виде самотечного трубопровода из усиленных стальных или железобетонных труб, уложенных в футлярах, а также в непроходных и проходных тоннелях (рис.43).

 

Рис.43. Схема пересечения самотечного трубопровода под железной дорогой на насыпи.

1.Футляр; 2.Самотечный трубопровод; 3.4.Контуры котлована для строительства соответственно приемного и рабочего.

 

 

 

Футляры и тоннели предназначены для предохранения трубопровода от нагрузок, возникающих при движении транспорта по дороге. Одновременно футляры предотвращают разрушение дороги от размыва в случае аварии на трубопроводе. Диаметр футляра и размеры тоннелей зависит от способа производства работ, например, при открытом способе диаметр футляра следует принимать на 200мм больше наружного диаметра трубопровода. Длину футляра определяют, исходя из размеров препятствия. Футляры защищаются от коррозии изоляцией (торкрет-бетонное армирование, битумно-резиновые, полимерные покрытия) и катодной поляризацией с протекторными установками.

Пространство между стенками футляра и трубопровода заполняют бетоном. Перед и после пересечения устраивают смотровые колодцы с отключающими устройствами.

Если трубопровод располагается значительно выше препятствия (при пересечении оврагов, суходолов), то пересечение выполняется в виде самотечного трубопровода, уложенного по эстакаде или существующему мосту. Эстакада - это мост на опорах, который может быть использован как пешеходный. Самотечный трубопровод из металлических, железобетонных и асбестоцементных труб прокладывается по эстакаде в утепленном коробе. Перед и после эстакады желательно устройство колодцев с отключающими устройствами. Перед эстакадой устраиваются ревизии на расстояниях, равных расстоянию между колодцами.

 

Вентиляция сети. Защита трубопроводов от агрессивного действия сточных и грунтовых вод

 

Из сточных вод при движении их по трубопроводам выделяются пары воды и газы: сероводород, аммиак, углекислый газ, метан. Если в водоотводящую сеть сбрасываются производственные сточные воды, могут выделяться и другие газы, а также пары бензина, керосина и др. Выделяющиеся газы затрудняют эксплуатацию сети, смесь некоторых газов с воздухом (пары нефтепродуктов, метан, сероводород и др.) способны взрываться. Сероводород, углекислый газ и другие газы вызывают коррозию бетона. Все это вызывает необходимость вентиляции водоотводящей сети.

Для вентиляции сети применяется естественная вентиляция, причем вытяжка осуществляет-ся через стояки в зданиях. Верх стояков выводится через чердачные помещения за пределы зданий .

приток воздуха осуществляется через неплотности прилегания крышек к люкам смотровых колодцев. В местах выделения или скопления большого количества газов могут устраиваться приточные тумбы. Действие приточно-вытяжной вентиляции основано на разности плотностей наружного воздуха и воздуха, находящегося в стояках зданий, обусловленного различными температурами.

Наиболее сильному воздействию агрессивных газов, сточных и грунтовых вод подвержены бетонные и железобетонные трубы и сооружения. разрушение бетона происходит за счет выщелачивания и воздействия кислот.

Для защиты бетона от действия агрессивных сточных и грунтовых вод можно применить следующие меры: применять цементы, не подвергающиеся коррозии, увеличивать плотность и водонепроницаемость стенок труб, покрывать бетонные поверхности изоляцией. Для изготовления труб и сооружений рекомендуется применять пуццолановый, сульфатостойкий и другие цементы с гидравлическими добавками. Плотность бетона повышают применением жестких бетонов и уплотнением путем трамбования, вибрирования, вакуумирования и центрифугирования.

Изоляция бетонных поверхностей может быть жесткая и битумная. К жесткой изоляции относят цементную штукатурку с железнением, торкрет штукатурку, облицовку керамическими или пластмассовыми плитками. Битумная изоляция может быть обмазочной, пластичной и оклеечной. Обмазочную изоляцию выполняют путем нанесения 2-3х слоев битума в разогретом или холодном состоянии. Для разжижения битума в холодном состоянии в него добавляют растворители: бензин, бензол, сольвент. Пластичную изоляцию выполняют из мастики, в состав которой входят 40% битума и 60% заполнителя (молотый мел, мелкий песок, глина).

Оклеечную изоляцию выполняют из рулонных изоляционных материалов (рубероид, пергамин) наклеиваемых с помощью битумов и мастик на изолируемые поверхности.

В последние годы широкое применение получило использование полимерных покрытий.

 

Строительство водоотводящей сети

 

Укладку водоотводящей сети производят открытым и закрытым способом. Наиболее распространенным является открытый способ, т.е. способ с рытьем траншей. Закрытый способ применяют при прокладке трубопроводов глубокого заложения, большого диаметра, а также при устройстве переходов через транспортные магистрали, когда необходимо сохранить движение транспорта. Строительство трубопровода в плане определяется трассой прокладки, а в вертикальной плоскости - продольным профилем.

Перенесение проектной оси трубопровода с плана на местность производят путем выноса поворотных и узловых колодцев, в центрах которых забивают колья. Затем между колодцами провешивают направление оси трубопровода и отмечают на ней кольями места линейных колодцев. Ширину траншеи также размечают кольями, откладывая от оси расстояние, равное половине ширины траншеи. Траншеи разрабатывают механизмами, допуская недобор грунта на 0,1-0,2м для зачистки дна, а также разработки приямков под раструбы и муфты непосредственно перед укладкой труб.

Рис.44. Укладка труб с помощью визирок.

1.Обноска; 2.Полочка; 3.Неподвижная визирка; 4.Отвес; 5.Ходовая визирка; 6.Линия визирования; 7.Проволока; 8.Колышек в центре колодца.

 

Для укладки труб прямолинейно и по заданному уклону над центром каждого колодца перпендикулярно траншее устанавливают обноску, представляющую собой доску, прочно прибитую к двум поставленным по бокам котлована столбам (рис.44). на обноске с низовой стороны по направлению движения воды прибивают строго горизонтально по уровню полочку с гладко выстроганной верхней гранью и нивелиром определяют отметку верхней грани. Рядом с полочкой прибивают Т-образную неподвижную визирку, также устанавливаемую горизонтально. Под обноской на дне колодца вбивают колышек и в него вворачивают шуруп так, чтобы отметка верха шурупа была равна отметке лотка трубы в этом колодце. Такой же колышек с шурупом забивают и в верховом колодце. Затем изготавливают подвижную (ходовую визирку) высотой Н, равной вертикальному расстоянию от верха шурупа до верхней грани неподвижной визирки. Обноску с визиркой устанавливают над котлованом колодца и с верховой стороны участка трубопровода, выдерживая расстояние Н от верха шурупа до верха неподвижной визирки.

Устанавливая подвижную визирку в любой точке траншеи между неподвижными визирками, просматривают линию визирования по трем визиркам. Таким образом, проверяют глубину разработанной траншеи и правильность укладки каждой трубы.

Трубы между колодцами начинают укладывать с нижнего колодца раструбами против течения. Прямолинейность укладываемых труб в плане проверяют по отвесу, подвешенному к проволоке (рис.44). А по высоте - ходовой визиркой. Первую трубу гладким концом укладыва-ют на предварительно уложенное основание колодца, её наглухо заделывают в стенку колодца. На гладкий конец второй трубы в зависимости от конструкции стыкового соединения надевают два-три витка смоляной пряди и вставляют её в раструб уложенной трубы, слегка подбивая прядь конопаткой. После этого с помощью визирок проверяют ось визирования. Если подвижная визирка выступает над осью визирования, значит, труба уложена выше, чем требуется, поэтому её осаживают, если ниже, то под трубу подбивают песчаный грунт. Укладка труб на неуплотненный свеженасыпанный грунт не допускается, так как может произойти осадка. После повторной проверки правильности укладки трубы стык заделывается окончательно.

Перед засыпкой траншеи правильность укладки труб проверяется на свет. Для этого в одном конце участка устанавливают источник света (фонарь), а в другом - зеркало. В зеркале должен отразиться правильный световой диск. Смещение светового диска указывает на изогнутость оси труб. После укладки труб набивают лотки смотровых колодцев и выполняют их монтаж.

К закрытым способам прокладки трубопроводов относятся горизонтальное бурение, продавливание, прокол, штольневая и щитовая проходки. Описание этих способов достаточно полно дано в учебной и технической литературе.

 

Гидравлическое испытание трубопроводов

 

Все трубопроводы перед засыпкой траншей и сдачей в эксплуатацию подвергают гидравлическому испытанию. Герметичность самотечных трубопроводов проверяют:

·      в мокрых грунтах с уровнем грунтовых вод над шелыгой трубы 2,0м и более - на поступление воды в трубопровод;

·      в сухих грунтах - на утечку воды из трубопровода;

·      в мокрых грунтах с уровнем грунтовых вод над шелыгой трубы менее 2,0м также на утечку воды из трубопровода.

Испытания по поступлению воды в трубопровод проводят замером притока грунтовой воды на водосливе, установленном в лотке нижнего колодца. Расход воды на водосливе при этом не должен превышать нормативных значений, указанных в справочной литературе.

В сухих грунтах испытание проводят двумя способами (рис.45).

 

Рис.45. Схема гидравлического испытания водоотводящих сетей.

а) После устройства колодцев; б) до устройства колодцев.

1.Распорка; 2.Заглушка; 3.Уровень воды при испытании; 4.Переносной бак; 5.Шланги; 6.Опора для крепления шланга.

 

По первому способу испытывают одновременно два смежных участка сети с тремя смотровыми колодцами. В конечных колодцах в трубах устанавливают заглушки, а через средний колодец заполняют трубопроводы водой до определенной отметки. Затем производят наружный осмотр сети на утечки и поддерживают постоянный уровень в колодце в течение 30мин. утечку воды из трубопроводов оценивают по количеству долитой воды, она не должна превышать нормативных значений. Стыки, давшие течь, расчищают, просушивают и заделывают вновь. После исправления дефектов трубопровод подвергают вторичному испытанию.

По второму способу гидравлическое испытание производят до устройства колодцев. Концы трубопровода закрывают заглушками, к которым присоединяют два резиновых шланга. Шланг с верховой стороны трубопровода служит для выпуска воздуха. Шланг с низовой стороны соединяют с переносным металлическим баком, установленном на высоте 4,0м над лотком трубы. Испытываемый трубопровод заполняют водой через бак и по водомерной рейке устанавливают необходимый уровень воды в баке. По мере снижения уровня воды в баке её доливают до необходимого уровня. По количеству долитой воды в течение 30мин определяют утечку и сравнивают с нормативными значениями. Крупные коллекторы, проложенные по незастроенной территории, разрешается подвергать испытанию выборочно на одном участке.

Испытание напорных трубопроводов и дюкеров производят до засыпки трубопровода участками не более 1км. Стальные трубопроводы испытывают на давление 1МПа, подводную часть дюкера на давление 1,2МПа. Чугунные трубопроводы испытывают на давление, равное рабочему плюс 0,5МПа, асбестоцементные трубы ВТ6 - на давление, превышающее рабочее на 0,3МПа, а трубы марки ВТ3 - на давление, превышающее рабочее на 0,5МПа. Герметичность напорных и самотечных трубопроводов проверяют через 1-3суток после заполнения их водой.