Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Лекции - Водоотводящие системы и сооружения - файл Водоотводящие системы и сооружения.doc


Лекции - Водоотводящие системы и сооружения
скачать (575.7 kb.)

Доступные файлы (1):

Водоотводящие системы и сооружения.doc1303kb.25.02.2005 15:25скачать

Водоотводящие системы и сооружения.doc

1   2   3   4   5   6   7   8   9
^

Размещение дождевых коллекторов и дождеприемников в пределах квартала


Уличные дождевые коллекторы в зависимости от рельефа местности трассируют по объемлющей схеме или по пониженной грани квартала. Первый способ прокладки принимают при уклоне местности i ≤ 0,01, а при большем – второй способ.

Дождеприемники могут располагаться как внутри кварталов, так и на уличных проездах, причем в последнем случае дождеприемники могут находиться и по длине всего проезда, или только на перекрестках.



Длина присоединения от дождеприемников к коллекторам должна быть не более 40 м, диаметр – не менее 200 мм, а уклон – 0,02. Дождеприемники обязательно устанавливаются на перекрестках улиц, не доходя до “зебры”.
^

Основные закономерности выпадения дождей


На Европейской территории России (ЕТР) доля жидких осадков составляет 61 % годового объема осадков. Любой дождь характеризуется двумя величинами: количеством выпавшей воды и продолжительностью выпадения. Количество выпавшей воды измеряется высотой слоя или объемом, деленным на единицу площади. Продолжительность выпадения дождей выражается в единицах времени – часах, минутах и секундах.

Кроме перечисленных, важной характеристикой дождя является производная величина – интенсивность, как отношение количества выпавших осадков к продолжительности выпадения. Различают мгновенную и среднюю интенсивность. В инженерных расчетах используют единицу измерения интенсивности q (л/с на 1 га) и i (мм/мин). Соотношение между ними:

q = 166,7i.

Следующая важная характеристика – повторяемость (или период повторяемости) p представляет собой средний промежуток времени между дождями, с интенсивностью, не меньшей заданного значения. Повторяемость измеряется в годах. Чем больше повторяемость, тем меньше вероятность S превышения интенсивности этого дождя:

S = 1/p.

Любая характеристика дождя связана со значением обеспеченности pb. Например, если pb = 20 %, то превышение характеристики произойдет 20 раз в 100 лет. Обеспеченность связана с повторяемостью законом распределения Пуассона:

.

По морфологическим признакам различают морось (i ≤ 0,01 мм/мин), обложные мелкокапельные (0,01…0,2 мм/мин), обложные крупнокапельные (0,3…0,5 мм/мин) и ливневые дожди (i ≥ 0,5 мм/мин).

Поля осадков состоят из отдельных пятен, имеющих вид кругов или эллипсов с размерами от сотен метров до нескольких десятков километров. Эти пятна называются очагами. Размеры очага на ЕТР – не более 20 км2. Одноочаговые дожди имеют один максимум интенсивности, а многоочаговые – несколько.

Для учета изменения интенсивности на территории выпадения дождя используется коэффициент неравномерности выпадения осадков η .

По продолжительности выпадения дождей вся территория России разделена на 4 климатические зоны. На северной и центральной части ЕТР средняя продолжительность выпадения осадков теплого периода составляет 500…700 часов.

 
^

Способы измерения параметров дождя


Для измерения количества атмосферных осадков за различные промежутки времени используются приборы, которые называются дождемеры или осадкомеры. Дождемеры бывают простые и самопишущие. Стандартные простые осадкомеры состоят из приемной воронки с калиброванным входным отверстием и водосборника, где хранится собранная вода. Простой дождемер устанавливается на столбе высотой 2 м. Такие приборы позволяют измерять количество осадков 1 раз в сутки.

Непрерывное во времени измерение количества осадков производят с помощью самопишущих приборов, которые называются плювиографы. Этот прибор состоит из трех узлов: система для сбора осадков, механизм для измерения и регистратор сумм осадков во времени. Механизмы для измерения количества осадков бывают различной конструкции, самый простой из них – поплавковый, который состоит из камеры с поплавком. При поступлении воды поплавок поднимается и передвигает перо. Вода из камеры периодически сливается до нулевого уровня. В результате на регистрирующей ленте (плювиограмме) появляется типичная кривая (см. рис.), которая состоит из нескольких участков:
(^ 0-1) - дождя нет,
(1-2) и (5-6) – участки с малой интенсивностью дождя,
(2-3) и (4-5) – участки с большой интенсивностью дождя,
(3-4) – сброс воды из камеры.

Недостаток таких плювиографов – большая ошибка измерения при расшифровке регистрирующих лент.

Полностью автоматическое и дистанционное измерение обеспечивает простой по конструкции прибор – челночный плювиограф (см. рис.).  



Для непосредственного измерения интенсивности осадков существуют интенсиметры. Например, интенсиметр Жорди использует принцип поплавкового клапана.

Кроме интенсивности, на практике измеряется еще один параметр – водность атмосферных осадков (количество воды в атмосфере) с помощью приборов, устанавливаемых в самолете (самолетный измеритель водности).

 
^

Первичная обработка записей о выпадении дождя


Широко известен способ расшифровки данных о выпадении дождей по записям плювиографов, разработанный в Академии коммунального хозяйства им. К.Д. Памфилова (АКХ). Для получения зависимости интенсивности дождя от других параметров необходимы данные плювиографов за период не менее 25 лет. На практике поступают следующим образом:

Задаваясь периодом времени (5, 10, 15, 20 , … мин), для каждого из них по плювиограммам отыскивают участок, на котором средняя интенсивность дождя этой продолжительности будет максимальной.

Затем полученные интенсивности группируются в убывающем порядке по каждому периоду времени. И наконец, в каждой группе выделяют интенсивности, которые превышались за все время наблюдения 1 раз, 2 раза, 3 раза, … и т.д. Полученные таким образом ряды и образуют зависимости q = f(t). Если по полученным парам значений (q, t) построить точки в логарифмических координатах, то они образуют прямые (см. рис.), которые выражаются следующей зависимостью:

lgq = lgA - n∙lgt
или
q = A/tn.

Параметры A и n к аппроксимирующему уравнению наиболее точно определяются по опытным данным методом наименьших квадратов. Если на такой график нанести линии, соответствующие наибольшей интенсивности дождей, выпавших в этой местности, например, за 20 лет, то эти линии будут параллельны друг другу и их количество будет больше 20-ти. Самая верхняя линия на графике будет соответствовать дождю с повторяемостью p = 20.
^

Формулы расчетной интенсивности дождя


Для расчета дождевой сети необходимо найти расчетный расход сточных вод. С этой целью необходимо установить зависимость между расчетной интенсивностью и расчетной продолжительностью дождя.

Для получения формул расчетной интенсивности применяют различную методику, которая зависит от наличия исходных данных. Возможны два случая:

Имеются данные только о среднегодовом слое выпавших осадков, или же данные наблюдений менее 25 лет, что недостаточно для вывода расчетной зависимости.

Имеется большой число наблюдений на метеорологических станциях за длительный период и с помощью расшифровки может быть получена расчетная формула.

В первом случае имеется несколько методов и расчетных зависимостей для получения численного значения параметров A и n. СНиП 2.04.03-85 рекомендована следующая формула для расчета A:

A = 20n∙q20(1 + lgp/lgmr)γ ,

где q20 – интенсивность дождя для данной местности, 20-минутной продолжительности с периодом однократного превышения 1 год, определяется по чертежу 1 СНиП,
n – показатель степени, определяется по табл. 4 СНиП,
mr – среднее количество дождей за год, принимается по табл. 4 СНиП,
γ - показатель степени, принимаемый по табл. 4 СНиП,
p – период однократного превышения расчетной интенсивности дождя, принимаемый по СНиП.

Во втором случае значения A и n определяются по методу, разработанному в АКХ

 
^

Поля осадков, коэффициент неравномерности выпадения осадков


Поле атмосферных осадков – участок подстилающей поверхности, увлажненный выпавшими за разные интервалы времени осадками. Поля осадков характеризуются изогиетами – линиями, соединяющими точки с одинаковыми суммами осадков. Чтобы иметь представление о распределении осадков по площади, вычерчивают изогиеты через интервалы 0,1…50 мм.

Сформировавшееся поле обложных дождей характеризуется большой площадью пятна и плавным уменьшением суммы осадков от центра к краям. Изолированные ливневые поля имеют форму, близкую к эллипсу, причем с увеличением площади увеличивается и отношение большой полуоси эллипса к малой. Кратковременные дожди в своих полях имеют отдельные пятна в виде линий или полос. Различают 6 видов систем полос: полосы теплого фронта и теплого сектора циклона, узкого и широкого холодных фронтов, полосы волнового возмущения и полосы за фронтами.

При расчетах расходов дождевого стока с достаточно больших площадей необходимо учитывать: 1. Не вся площадь водосбора покрыта выпадающими осадками, 2. Суммы осадков в различных точках площади неодинаковы. Эти обстоятельства учитывает коэффициент неравномерности выпадения дождя η:

,

где F – площадь бассейна стока, га.

Этот коэффициент можно рассматривать как отношение средней интенсивности осадков по всей площади к максимальной интенсивности в одной точке этой площади. На небольших участках города и на однородной поверхности можно считать η = 1.

 
^

Коэффициент стока


Не вся вода, выпавшая на территорию водосбора в виде осадков, превращается в сток. Выделяют следующие виды потерь осадков:

1. Потери на перехват – происходят прежде всего на лесных массивах, составляют примерно 2…10 мм.

2. Испарение в период дождя – имеет небольшую интенсивность – до 0,3 мм/ч, однако продолжается и после прекращения выпадения осадков.

3. Поверхностное задержание – это потери воды на образование пленки и заполнение бессточных неровностей, составляет для песков – 5 мм, для глин - 2,5 мм, для мостовых – 1,6 мм.

4. ^ Инфильтрация в грунт – просачивание осадков. За период выпадения ливня инфильтрация постепенно уменьшается по мере наполнения пор водой. Это процесс можно выразить зависимостью:

,

где q0ин – начальная интенсивность инфильтрации,
qуин – установившаяся интенсивность инфильтрации,
t – время,
k – коэффициент снижения инфильтрации.

Для песчаных слоев инфильтрация к концу первого часа составляет 13…25 мм/ч.

Осадки, достигающие дождеприемников, называются общим слоем стока.

Отношение объема поверхностного стока на водосборе в течение одного ливня к общему объему осадков, выпавших за время этого ливня, называется коэффициентом поверхностного стока Ψ. Для оценки годовых средних объемов стока используют коэффициент годового стока Ψг:

Ψг = Wг/Wг.ос,

где Wг – годовой объем стока,
Wг.ос – годовой объем осадков.

Годовой объем стока:

,

где ^ F – площадь стока,
s0 – количество дождей за теплый период,
hр – высота суточного слоя дождевого стока, ее можно определить по формуле Г.А. Алексеева:

,

где Hр – высота суточного слоя осадков,
H0 – высота слоя начальных потерь.

Годовой объем осадков:

Wг.ос = 10HгF,

где Hг – годовой слой осадков.

Для конкретных расчетов расходов дождевых вод в водоотводящей сети используют еще один вид коэффициента стока – Ψ0, который учитывает поверхностное задержание и инфильтрацию, а также учитывает гидродинамику поступления воды к расчетному сечению. Коэффициент стока в этом случае представляет собой отношение максимальной интенсивности стока определенной повторяемости к средней интенсивности осадков той же повторяемости в предположении соблюдения водного баланса на водосборе, т.е. долю интенсивности осадка, за счет которой достигается максимум стока.

Еще до Великой Отечественной войны Н.И.Беловым была предложена простая формула для определения коэффициента стока, которая и рекомендована СНиП 2.04.03-85:

Ψ0 = zq0,2t0,1,

где z - эмпирический коэффициент, зависящий от вида поверхности стока – коэффициент покрова,
q – интенсивность дождя,
t – продолжительность выпадения дождя.

Г.А. Алексеев предложил другую формулу для коэффициента стока:

.

Значения коэффициента покрова z рекомендуется принимать по табл. 9 и 10 СНиП 2.04.03-85. Например, значение z для водонепроницаемых поверхностей (кровля зданий, асфальтобетон дорог и т.д.) принимается в зависимости от параметра A в формуле q = A/tn. Для водопроницаемых поверхностей коэффициент покрова постоянен, например, для газонов он равен 0,0038, для гравийных дорожек – 0,09 и т.д.

При необходимости расчета коэффициента покрова для территории, имеющей различные виды поверхностей, следует принимать средневзвешенное значение zmid:

zmid = Σ(Fizi/Fобщ),

где Fi – площадь i-того вида покрытия,
Fобщ – общая площадь территории,
zi – коэффициент покрова i-того вида покрытия.

Величина коэффициента стока Ψ0 может приниматься постоянной (≈ 1), если водонепроницаемые поверхности крыш и асфальтовые покрытия составляют более 50 % всей площади.
^

Формирование дождевого стока


Рассмотрим бассейн стока площадью F, на который выпадает дождь (см. рис). Точка А – наиболее удаленная точка бассейна стока. При выпадении дождя стоки достигают точки Б, образуя линии равного времени добегания воды (изохроны). За 1 минуту точки Б достигают стоки с площади f1, за вторую f2 и т.д.

Толщина слоя осадка на площади постепенно изменяется по зависимости на графике. Расход в точке Б по истечении 1-й минуты будет: Q1 = f1h1,
за вторую минуту: Q2 = f1h2 + f2h1,
за третью: Q3 = f1h3 + f2h2 + f3h1 и т.д.

Путем интегрирования расхода получается формула для любого времени T:

,

где it – интенсивность дождя.

Эта формула применима, если ^ T меньше времени добегания воды от точки Аc).

При T > τc:

.

Наконец, когда дождь кончился, формула стока примет следующий вид:

,

где Tд – продолжительность дождя.

Если площади f равномерно возрастают, т.е. f = Fc, то максимальный расход будет равен произведению площади стока на среднюю интенсивность дождя при продолжительности t = τc:

,
^

Метод предельных интенсивностей


Сток водосбора, появляющийся при выпадении осадков, будет возрастать до некоторого максимума и затем убывать. Гидрограф стока представляет собой график расходов воды в различные периоды времени. Форма гидрографа зависит от многих факторов, в том числе от характеристики ливня и рельефа местности. Форма ветви подъема гидрографа зависит от интенсивности концентрации стока. На первой стадии выпадении дождя часть поступивших на водосбор осадков не будет участвовать в стоке вследствие аккумуляции воды на поверхности и потерь на фильтрацию. В процессе дальнейшего выпадения дождя потери будут уменьшаться, и все большее количество осадков будут участвовать в стоке. Поэтому расходы на ветви подъема гидрографа будут возрастать в экспоненциальной зависимости. Через некоторое время сток с самых удаленных частей водосбора достигнет замыкающего (расчетного) сечения и расходы перестанут расти. Уменьшению притока осадков будет соответствовать ветвь спада гидрографа.

Метод определения максимального расхода основан на допущении, что любой водосбор имеет время концентрации стока, равное времени добегания стока до замыкающего сечения. Данное допущение положено в основу так называемого метода предельных интенсивностей, который формулируется следующим образом:

Расход сточных вод в рассматриваемом сечении будет иметь максимальное значение в том случае, когда продолжительность расчетного дождя равна времени протока сточных вод от наиболее удаленной точки площади стока до рассчитываемого сечения (tr).

Таким образом, из всего множества дождей, выпадающих на расчетную площадь стока, как бы выбирается дождь такой продолжительности, которая равнялась бы tr.

Максимальный расход дождевого стока, рассчитанный по принципу предельных интенсивностей, определяется по следующей формуле:

Qmax = ΨFqt,

где F – расчетная площадь,
Ψ – коэффициент стока,
qt – максимальная из равновероятных интенсивностей, отвечающая продолжительности t, равной времени добегания от наиболее удаленной точки площади стока до расчетного сечения.

 
^

Расчетная продолжительность дождя


На рис. представлен квартал жилого массива, имеющий плоский рельеф местности. Согласно этой схеме, расчетная продолжительность дождя tr равна времени добегания капли дождя от точки B до расчетного сечения А-А.



Формула для расчетной продолжительности дождя:

tr = tcon + tcan + tp.

Здесь:
1. tcon – продолжительность протекания дождевых вод до уличного лотка 2. Это так называемое время поверхностной концентрации. Для расчета предложена следующая формула:

,

где n – коэффициент шероховатости,
lcon – длина пути стока,
I – уклон поверхности,
i – интенсивность дождя по слою.

Однако такая формула применима только при правильно спланированных поверхностях без лотков, что, естественно, не всегда может быть обеспечено.

Многочисленными подсчетами установлено, что в городских условиях среднее время добегания воды колеблется от 5 до 10 мин. СНиП 2.04.03-85 рекомендует это время принимать равным 3…5 мин при наличии внутриквартальных закрытых дождевых сетей, а при их отсутствии – 5…10 мин.

2. tcan – продолжительность протекания дождевых вод по уличным лоткам до дождеприемника. Определяется по формуле:

,

где lcan – длина участков лотков,
vсan – скорость течения в лотке,
0,021 – коэффициент, который учитывает постепенное нарастание скорости по мере наполнения лотков.

3. tp – продолжительность протекания воды по подземным трубам до рассчитываемого сечения. Определяется по формуле:

,

где lp – длина расчетных участков коллектора,
vp – расчетные скорость течения на участках сети.

Таким образом, продолжительность дождя, по которой принимают соответствующую его интенсивность, можно представить в виде:

.
^

Свободная емкость дождевых коллекторов


Особенностью формирования дождевых стоков в канализационных коллекторах является не одновременность возникновения расчетных (максимальных) расходов на разных их участках. Нижние участки труб рассчитаны на большее время протекания, а значит, на дождь большей продолжительности, следовательно, меньшей интенсивности. Тогда при выпадении этого дождя верхние участки будут заполняться не полностью, т.к. они рассчитаны на меньшую продолжительность, следовательно, на большую интенсивность дождя.

Поэтому при возникновении расчетного расхода на одном участке другие будут работать с неполным заполнением.

Учет свободной емкости при расчете производится с помощью коэффициента βe:

βe = Qp/Qmax,

где Qp - расчетный расход,
Qmax - максимальный расход.

Значения коэффициента βe зависят от того, каким образом происходит изменение интенсивности дождя во время его выпадения. Возможны 5 типов дождей:

1. ^ Интенсивность дождя максимальна в начале: Вероятность выпадения такого дождя – 37%. Гидрограф стока описывается зависимостью:

,

где Qmax = AF/Tn,
T - полное время добегания.

Коэффициент свободной емкости: βI = 1-n.


2. Интенсивность дождя равномерна:

Вероятность выпадения такого дождя – 11%. Гидрограф стока описывается зависимостью:

.

Коэффициент свободной емкости: βII = 1-0,5n.

3. Интенсивность максимальна в конце дождя:

Вероятность выпадения такого дождя – 13%. Гидрограф стока описывается зависимостью:

.

Коэффициент свободной емкости: βIII = 4/3(1-0,5n).


4. Интенсивность максимальна в середине (1) или два максимума (2).

Вероятность выпадения соответственно – 28% и 11%.

Коэффициент свободной емкости: βIV = βV = 1-0,5n.

Если рассчитать общий коэффициент β как средневзвешенное значение коэффициентов по вероятностям, то: βe = 1-0,7n, если каждый дождь считать равновероятным, то: βe = 1-0,5n.

Таким образом, используя коэффициент βe, можно уменьшить расчетный расход:

Qp = βeQmax,
 

или, наоборот, уменьшить уклон трубопровода при старом диаметре:

,

где i0 – уклон трубопровода без учета свободной емкости.

Скорость воды рассчитывается при полном заполнении трубы, хотя на самом деле она увеличивается в 1/βe раз.

При больших уклонах местности (i > 0,03): βe = 1, а при i = 0,01…0,03: βe = 1-0,35n.

^

Определение расчетных расходов дождевых вод


Для расчета расхода дождевых сточных вод используется принцип предельных интенсивностей:

qmax = ΨFqt,

где qt – максимальная интенсивность дождя продолжительностью t, равной времени протекания от наиболее удаленной точки площади стока до расчетного сечения,
F – площадь стока,
Ψ – коэффициент стока.

При переменном значении коэффициента стока:

,

- при постоянном значении коэффициента стока:

,

где tcon – время протекания от наиболее удаленной точки до уличного лотка,
tcan – время протекания по уличному лотку до дождеприемника,
tp – время протекания по трубам от дождеприемника до расчетного сечения.

При расчете по методу предельных интенсивностей в момент максимального расхода в расчетном сечении коллектора на верхних участках возникает свободная емкость. Поэтому расчет дождевых коллекторов ведут не на максимальный, а на расчетный расход:

qcal = βeηqmax,

где βe – коэффициент, учитывающий заполнение свободной емкости коллектора (зависит от n и уклона местности i),
η – коэффициент неравномерности выпадения дождя (табл.8 СНиП 2.04.03-85).

В практике бывают случаи, когда максимальный расход рассчитывают не по всей, а только по части площади стока:

  • при резкой неравномерности распределения площадей стока по длине трассы,

  • при значительной разнице в коэффициентах стока,

  • при резком различии уклонов по трассе,

  • при стоке с 2-х самостоятельных бассейнов.

 
^

Сток талых и поливомоечных вод


При расчете дождевой сети на часто повторяющиеся дожди малой интенсивности при периоде однократного превышения расчетной интенсивности дождя p = 0,25…0,33 и при большой площади бассейна стока необходимо проводить поверочные расчеты на сток талых вод.

Плотность свежевыпавшего снега составляет 0,07…0,14 г/см3, плотность снега к концу зимы ≈ 0,5 г/см3. При повышении температуры выше 0oС начинается таяние снега с образованием плотной корки – наста. Снежный покров предохраняет почву от глубокого промерзания. В период таяния снег поглощает около 50 % солнечной энергии.

Наиболее простой способ расчета интенсивности снеготаяния – это способ с применением температурных коэффициентов:

q = kcΣt2,

где Σt2 – сумма положительных среднесуточных значений температуры воздуха на высоте 2 м,
kc – параметр, называется коэффициент стаивания, значение его составляет примерно 2,5…6 мм/oС.

Для расчета среднего годового стока талых вод используют карты с изолиниями, а для расчета слоя суточных осадков применяют формулы со статистическими параметрами, например:

,

где – среднее значение суточного слоя осадков,
cv – коэффициент вариации,
Ф – нормированное отклонение от среднего значения, находится по таблицам.

Для расчетов расхода от снегового стока используют формулу:

Qсн = k0kyhpF/(F+1)n,

где F – площадь водосборного бассейна,
k0 – коэффициент дружности таяния снега,
ky – коэффициент, учитывающий частичный вывоз и окучивание снега,
n – табличное значение, в зависимости от климатической зоны.

Сток поливомоечных вод из-за небольшого объема не учитывается при гидравлическом расчете сетей водоотведения, однако обязательно учитывается при расчетах загрязненности стоков для их очистки.

Объем поливомоечного стока за год:

Qгод = 0,09kдорFam,

где kдор – доля площади дорог в городе (≈ 20 %),
F – площадь бассейна водосбора,
am – количество дней, в течение которых производится мойка (≈ 150).
^

Особенности проектирования дождевой водоотводящей сети


Трассировка дождевой сети производится по наикратчайшему расстоянию до места выпуска в водоем или в коллектор. При проектировании сетей дождевой системы водоотведения их наполнение принимают равным 1. С целью уменьшения размеров каналов подземная дождевая сеть должна иметь выпуски в ближайшие водоемы, тальвеги и овраги.

Трасса дождевой сети должна быть параллельной красным линиям застройки. При ширине проезда до 30 м трубопровод рекомендуется трассировать по середине проезда, при большей ширине – в зависимости от технической и экономической целесообразности коллекторы трассируют или по середине, или по обеим сторонам проезда.

Условия расположения коллекторов дождевой сети могут быть:

  • благоприятными: бассейн стока имеет площадь не более 150 га и плоский рельеф при среднем уклоне поверхности 0,005 и меньше, коллектор проходит по водоразделу или в верхней части склона.

  • средними: бассейн площадью более 150 га имеет плоский рельеф местности с уклоном 0,005 и менее, коллектор проходит в нижней части склона по тальвегу.

  • неблагоприятные: коллектор проходит в нижней части склона, и площадь бассейна стока превышает 150 га; коллектор проходит по тальвегу с крутыми склонами.

Выпуск дождевых вод не допускается: в поверхностные водотоки, протекающие в пределах населенных пунктов, при скорости течения в них менее 5 см/с и расходах до 1 м3/с; в непроточные пруды; в водоемах в местах специально отведенных для пляжей; в водоемы рыбохозяйственного назначения (без специального согласования); в замкнутые овраги и лощины, подверженные заболачиванию; в размываемые овраги.
^

Трассирование, высотное проектирование труб и коллекторов дождевой канализации


Как известно, трассирование сетей водоотведения – это выбор наиболее целесообразного расположения трубопроводов и изображение их осей на плане объекта водоотведения.

Основной принцип трассировки дождевых сетей – сбор поверхностных вод с территории населенного места или промышленного предприятия и подача их к месту очистки или выпуску в водный объект наикратчайшим путем и по возможности самотеком.

I этап – разделение объекта водоотведения на бассейны водоотведения. Бассейны водоотведения ограничены границами застройки, берегами, водоразделами и тальвегами;

^ II этап – выбор площадки под очистную станцию и места выпуска очищенных стоков;

III этап – трассирование сетей внутри каждого бассейна водоотведения. Этот этап начинается с прокладки перехватывающих коллекторов, которые по возможности располагаются вдоль берегов или в тальвегах. Затем трассируют уличные коллекторы и магистрали таким образом, чтобы они по возможности соответствовали естественному уклону местности, т.е. пересекали горизонтали под прямым углом.

Перед насосными станциями и очистными сооружениями в необходимых случаях предусматривают регулирующие резервуары для сглаживания пиков расходов. Небольшие речки и ручьи можно включать в систему поверхностного водоотведения. Размещение уличных магистралей зависит от расположения дождеприемников. Регламентируются расстояния в плане от трубопроводов дождевой сети до фундаментов зданий, кабелей и других типов подземных коммуникаций.

Минимальная глубина заложения лотка труб определяется, как и в случае бытовой сети, по наибольшей из двух величин:

,

где hпром – нормативная глубина промерзания,
d – диаметр трубы.

Глубина заложения дождеприемников для дорог оставляет не менее 1,13 м, для парковых зон – не менее 0,91 м.

Начальная глубина заложения уличной магистрали H определяется по следующей схеме:



 

H = h + iпlп + iвlв + Δ + (Z1Z2),

где h – глубина заложения наиболее удаленного дождеприемника,
iп, lп – уклон и длина присоединения от дождеприемника,
iв, lв – уклон и длина внутриквартальной сети,
Δ – перепад между внутриквартальной и уличной сетью,
Z1, Z2 – отметки поверхности земли у колодца уличной сети и удаленного дождеприемника.

Максимальная глубина заложения – такая же, как и для бытовой сети. Перепадные колодцы на сети дождевого водоотведения предусматриваются в тех же случаях, что и для бытовой сети.

 
^

Гидравлические закономерности движения дождевых стоков


Для дождевых потоков характерны следующие особенности:

  1. Одновременное движение потока и увеличение его объема от бокового притока в него через дождеприемники новых масс воды; в этом случае расход потока является переменной по длине и во времени величиной;

  2. Формирование потока в верхней части коллектора и сохранение его объема приблизительно постоянным на рассматриваемом участке, хотя волна дождевого потока при этом движется, меняя свою форму и как бы распластывается.

Движение дождевых вод в коллекторах является неустановившимся безнапорным. Это движение считается одномерным. Для его исследования используются методы математического моделирования, в частности, система дифференциальных уравнений Сен-Венана. На практике при расчетах уклон трения жидкости рассчитывают по зависимостям установившегося равномерного движения:

,

где λ – коэффициент гидравлического трения,
dг – гидравлический диаметр,
v – средняя по сечению скорость,
Q – расход стоков,
K – модуль расхода, ,
ω – площадь живого сечения потока.

Для расчета коэффициента Шези можно использовать формулу Н.Н.Павловского, для расчета коэффициента λ – формулу Н.Ф.Федорова, которая справедлива во всех областях турбулентного движения.

По мнению А.М.Курганова, составленные на основе формулы Шези таблицы для расчета имеют завышенную пропускную способность труб при наполнениях (0,8…0,9) в среднем на 12 %. Для учета особенностей формирования воздушного потока, возникающего при неполных заполнениях труб, и влияния его на скорость течения воды вводится понятие приведенного гидравлического радиуса Rпр и приведенного модуля расхода Kпр:

Rпр = KRR и Kпр = KQK,

где KR и KQ – коэффициенты, зависящие от степени наполнения трубы.

При этом считается, что средняя скорость течения: во-первых, в круглой трубе не зависит от степени наполнения при глубине потока, большей половины диаметра, во-вторых, принимается равной соответствующему значению при полном заполнении.

Для лотков проезжей части расход Q и скорость v находятся по модулям расхода K и скорости W:

и ,

где i – уклон лотка.

Модули скорости и расхода зависят от ширины проезжей части L и наполнения h лотка у борта (см. рис).


^

Гидравлический расчет дождевой сети


Метод расчета дождевых сетей должен тесно увязывать метеорологические и гидравлические факторы действительных физических явлений. В ходе расчета определяются размеры и уклоны лотков, каналов и труб. Основным исходным данным является расчетный расход, который определяется по методу предельных интенсивностей прежде всего в зависимости от расчетного времени протока tr до расчетного сечения. Как известно, это время складывается из трех величин:

tr = tcon + tcan + tp.

Здесь tcon – время поверхностной концентрации, принимается по СНиП 2.04.03-85 примерно от 2..3 до 10 минут. Время протока по уличным лоткам tcan до первого дождеприемника рассчитывается в зависимости от скорости воды в лотке, однако можно ориентировочно принять tcan = 1 мин. Наконец, время протока воды по дождевой сети принимается как сумма времени протока по отдельным участкам при расчетных для каждого участка расходах:

tp = 0,017Σ(lp/vp),

где lp – длина расчетных участков коллектора,
vp – расчетные средние скорости на участках.

Главной особенностью гидравлического расчета дождевых сетей является то, что величина расчетного расхода (по которому принимается диаметр и уклон трубы) связана с продолжительностью протока по сети, а значит, зависит от диаметра и уклона. По этой причине весь расчет приходится производить методом последовательных приближений.

Итак, гидравлический расчет необходимо проводить в следующем порядке:

  1. Производится трассировка дождевой сети и разбивка кварталов на площади стока, с последующим определением величин площадей стока.

  2. Строится вспомогательный график (см. рис) зависимости интенсивности qt от времени протока по трубам tp (при принятых значениях tcon и tcan):

,
где η – коэффициент неравномерности выпадения дождя, βe – коэффициент, учитывающий заполнение свободной емкости коллектора, zmid – средневзвешенное значение коэффициента покрова, A и n – параметры, зависящие от географического расположения.

Расчет начинается, как правило, с наиболее длинного коллектора бассейна. Задается скорость протока vp на расчетном участке (например, 0,8 м/с). Для первого (верхового) участка определяется время протока по трубам tp, по вспомогательному графику находится интенсивность, соответствующая этому времени, затем рассчитывается сам расчетный расход:

qcal = qtF,

где F – площадь стока, примыкающая к расчетному участку.

  1. Для последующих участков время протока tp обязательно суммируется с временем протока на всех предыдущих участках.

Если расчетный расход окажется меньше расхода на предыдущем участке, его принимают равным расходу на вышележащем участке.

  1. По соответствующим таблицам или номограммам находится уклон и диаметр трубы (при полном заполнении) таким образом, чтобы пропускная способность и скорость течения в ней отличались от ранее заданных значений qcal и vp не более чем на 10%. Если предварительно заданная скорость все же отличается от вычисленной, следует повторить расчет при вычисленной скорости и скорректировать значение расхода.

  2. Производится определение отметок и глубин заложения труб, а также высотное проектирование сети. Строятся продольные профили коллекторов.
^

Напорный режим работы дождевой сети


С увеличением уклона сети ее пропускная способность значительно увеличивается, а сечение трубопровода уменьшается. Однако это ведет к значительному заглублению сети. Увеличивать пропускную способность трубопровода можно за счет использования напорного режима работы сети, что особенно выгодно при малых уклонах местности (см. рис.).



При полном наполнении трубы расходы, пропускаемые ею, пропорциональны квадратному корню из уклонов:

,

где Qн – максимальная пропускная способность труб при напорном режиме,
Qс – то же, при безнапорном режиме,
Iтр – уклон трубы (коллектора),
Iн – добавочный напорный уклон, равный H/L (H – начальная глубина заложения, L – длина коллектора),
h – падение коллектора.

Из этой формулы видно, что наибольшее увеличение пропускной способности при напорном режиме имеет место у коротких коллекторов, уложенных с большим начальным заглублением и малыми уклонами дна трубы.

При расчете сети с напорным режимом движения наибольшее распространение получил метод Н.Н.Белова. Этот метод позволяет рассчитывать сеть так же, как при самотечном режиме, но с введением поправочного коэффициента kн, влияющего на снижение расчетного расхода, получившего название коэффициента напорности.

Тогда удельная интенсивность будет вычисляться по следующей формуле:

qуд = qkн,

где q – интенсивность дождя без учета напорного режима работы сети.

Коэффициент напорности может быть вычислен по формуле Н.Н.Белова:

,

где a = H/h,
n – показатель в формуле зависимости интенсивности дождя от его продолжительности.

Для практических расчетов напорной сети могут быть использованы графики, составленные по этой формуле.

 
^

Регулирование дождевого стока


Регулирование дождевых вод в системах водоотведения, направленное на снижение величины расчетного расхода и выравнивание стока, позволяет уменьшить диаметры трубопроводов перед отводными коллекторами большой протяженности, понизить мощность насосных станций и очистных сооружений.

На практике рекомендуют три основные схемы включения регулирующих емкостей в общую систему водоотведения (см. рис).



При подключении по схеме 1 весь расход дождевых вод подводится к резервуару по трубе большого диаметра с одновременным отводом части расхода по трубе малого диаметра (опорожнением резервуара). По схеме 2 на подводящем дождевом коллекторе устраиваются разделительные камеры, через которые часть дождевого стока направляется в регулирующие емкости. Опорожнение происходит через насосную станцию. Схема 3 похожа на схему 2, только опорожнение резервуара происходит самотеком через трубу малого диаметра.

Максимальный расход Qmax на подходе к разделительной камере или резервуару следует определять при значении коэффициента заполнения свободной емкости β = 1. На следующем рисунке приведены расчетные схемы для определения объемов регулирующих резервуаров.



В этих схемах Q0 = Qmax. Рабочая емкость резервуара определяется верхней частью гидрографа стока, ограниченной снизу линией, характеризующей расход Qр, идущий в обход резервуара, или расход, вытекающий из резервуара. Тогда регулирующий объем определяется по заштрихованной площади на рисунке.

Соотношение между расходом Qр, идущим в обход резервуара и максимальным Qmax называют коэффициентом регулирования α:

α = Qр/Qmax.

Коэффициент регулирования опорожнения αоп (для схемы 3) показывает, какая часть наибольшего расхода, поступающего в резервуар, вытекает из него:

αоп = Qоп/(QmaxQр).

Для определения рабочей емкости регулирующих резервуаров следует использовать формулу:

W = Qmaxtrk,

где Qmax – значение расчетного расхода, определенное по методу предельных интенсивностей,
tr – время добегания до расчетного створа,
k – коэффициент объема регулирующего резервуара, зависит от α , n, αоп

 
^

Особенности проектирования полураздельной системы водоотведения


При полураздельной системе водоотведения устраивают две водоотводящие сети – производственно-бытовая, которая служит для отвода бытовых и производственных вод, и дождевая, которая служит для отвода атмосферных и поливомоечных вод. Главный коллектор прокладывают один – общесплавной, по которому все бытовые и производственные стоки и часть наиболее загрязненных атмосферных вод подаются на очистные сооружения. Дождевая сеть к общесплавному коллектору присоединяется через разделительные камеры, которые при интенсивных ливнях, превышающих принятый предельный дождь, сбрасывают часть дождевого стока в водоем.

Все коллекторы проектируются на работу в условиях безнапорного режима движения жидкости. Поэтому принципы составления схем сетей и трассировки уличных трубопроводов аналогичны принципам трассировки полной раздельной системы.

Вся территория канализуемого объекта разбивается на бассейны водоотведения. Коллекторы бассейнов водоотведения трассируют по тальвегам в направлении, совпадающем с уклоном местности. Уличная сеть трассируется от линии водораздела к коллекторам, что обеспечивает совпадение их направления с уклоном местности. Главный общесплавной коллектор трассируют вдоль водоема. При устройстве разделительных камер и необходимости сброса части дождевого стока в водоем требуется устройство ливнеотводов от коллектора до водоема.

Число бассейнов бытовой сети может не совпадать с числом бассейнов дождевой сети. Увеличение числа бассейнов дождевой сети приводит к уменьшению диаметров труб, но одновременно к увеличению числа разделительных камер и ливнеотводов.

Общесплавной коллектор может принимать по пути бытовые и производственные стоки с прилегающих кварталов, однако поверхностный сток следует отводить только в дождевую сеть.

Разделительные камеры могут выполняться в виде боковых или торцевых водосливов, а также с разделительной стенкой. Конструкции разделительных камер должны удовлетворять следующим условиям:

  • При выпадении дождей с интенсивностью, меньшей интенсивности принятого предельного дождя, весь поверхностный сток должен поступать в общесплавной коллектор. В противном случае в главный коллектор должен поступать расход дождевого стока, равный расходу, вычисленному по интенсивности предельного дождя.

  • Не допускается сброс в водоем смеси бытовых, производственных и дождевых стоков во время дождей через разделительные камеры, даже в случае возникновения в главном коллекторе напорного режима.

Одновременно с выбором схем водоотводящей сети следует решать вопрос и об определении числа и мест расположения регулирующих резервуаров, которые располагают перед насосными станциями, очистными сооружениями и протяженными коллекторами.

При реконструкции полной раздельной системы требуется:

  • устройство разделительных камер на выпусках дождевой сети,

  • увеличение пропускной способности главного коллектора,

  • увеличение пропускной способности насосных станций,

  • прокладка дополнительной нитки напорного трубопровода.

Увеличение пропускной способности главного коллектора может осуществляться двумя способами:

  • Устройством дополнительного разгрузочного коллектора специально для дождевых вод;

  • Устройством дополнительного коллектора, для пропуска всей смеси стоков, пропорционально диаметру.
^

Интенсивность и расход предельного дождя


Главный коллектор полураздельной системы водоотведения рассчитывается на пропуск суммарного расхода производственно-бытовых сточных вод и расхода от так называемого предельного дождя. Под предельным понимают дождь предельной (т.е. наибольшей) интенсивности, при которой еще не происходит сброса дождевых сточных вод в водоем и весь их расход поступает в главный коллектор и далее – на очистные сооружения.

Считается, что дожди интенсивностью 7…12 л/с на 1 га при 20-минутной продолжительности обеспечивают смыв всех загрязнений с поверхности крыш, проездов, тротуаров и концентрация загрязнений изменяется незначительно в течение всей продолжительности дождя. Эта интенсивность соответствует повторяемости 10…20 раз в году. Поэтому период однократного превышения расчетной интенсивности предельного дождя Plim рекомендуется принимать 0,05–0,1 год с учетом мощности водоема и качества воды в нем. При этом на очистку будет поступать не менее 70 % годового объема дождевого стока и весь талый и поливомоечный сток.

Для определения расхода от предельного дождя, поступающего в главный коллектор от разделительной камеры, используют понятие коэффициента разделения Kdiv. Этот коэффициент показывает, какая часть дождевого стока отводится на очистку через разделительную камеру (см. рис).

Kdiv = Qlim/Qr,

где Qlim – расход от предельного дождя,
Qr – расчетный расход дождевых стоков, определяемый при β = 1.

Коэффициент разделения определяется по СНиП 2.04.03-85 в зависимости от соотношения:

,

где mr и γ – параметры, принимаемые по п.2.12 СНиП 2.04.03-85,
Pcal – повторяемость расчетного дождя.
^

Гидравлический расчет сетей полураздельной системы водоотведения


Гидравлический расчет бытовой и дождевой сетей полураздельной системы водоотведения до главного коллектора производится так же, как и расчет соответствующих сетей полной раздельной системы. Главный общесплавной коллектор, как известно, рассчитывается на пропуск суммы расходов производственно-бытовых стоков и расхода от предельного дождя:

qmix = qcit + Σqlim,

где qmix – расчетный расход смеси стоков в главном коллекторе,
qcit – максимальный расчетный расход производственных и бытовых стоков с учетом коэффициента неравномерности,
Σqlim – сумма предельных расходов дождевых вод, подаваемых в главный коллектор от каждой разделительной камеры, расположенной до рассчитываемого участка.

Предельный расход дождевых вод в главном коллекторе может быть определен двумя способами:

1 способ — путем пересчета всей дождевой сети на случай выпадения дождя предельной интенсивности, т.е. определяются расходы, скорости и наполнения при рассчитанных ранее (на пропуск расчетного дождевого расхода) диаметрах и уклонах труб. Время протока от самой удаленной точки бассейна стока до расчетного сечения будет больше, так как прежде всего уменьшается скорость течения по трубам из-за неполного их заполнения. Этот способ расчета трудоемкий, поскольку требует определения времени протока и расхода на всех расчетных участках дождевой сети.

2 способ — более простой, с использованием коэффициента разделения:

qlim = Kdivqr,

где qr – расчетный расход дождевых вод, подходящий к разделительной камере.

Коэффициент разделения определяется по зависимостям и таблицам, приведенным в СНиП 2.04.03-85.

Трубопроводы главного общесплавного коллектора рассчитываются на полное их заполнение. Расчет ведется в табличной форме. После того, как был выбран диаметр и уклон главного коллектора, его проверяют на пропуск расхода в сухую погоду qcit. Если величина наполнения и скорость потока при qcit соответствуют требованиям СНиП, то диаметр и уклон подобраны правильно. Если же скорость в сухую погоду получилась меньше допустимой, необходимо увеличить уклон.

Сопряжение труб производится шелыга в шелыгу. При этом следует проверять, чтобы в сети не подпора в сухую погоду.
^

Особенности проектирования общесплавной системы водоотведения


При общесплавной системе устраивается одна водоотводящая сеть, по которой отводятся сточные воды всех видов. В период интенсивных ливней, которые повторяются сравнительно редко, расход дождевых вод значительно превышает расход бытовых и производственных стоков. Степень загрязнения смеси сточных вод уменьшается, поэтому оказывается возможным сбрасывать часть этой смеси в водоем без очистки.

Сброс воды производится через специальные сооружения – ливнеспуски, которые по конструкции аналогичны разделительным камерам в полураздельной системе водоотведения. Ливнеспуски располагаются чаще всего на главном коллекторе. Трубопроводы от ливнеспусков к водоему называются ливнеотводами.

Общие принципы решения схем сетей этой системы аналогичны принципам решения схем бытовых сетей полных раздельных систем водоотведения. Наиболее рациональная из них – пересеченная с расположением главного коллектора вдоль реки. При двух или нескольких водных протоках возможно применение параллельной или зонной схемы.

При высоком уровне воды в водоеме и сложных гидрогеологических условиях главный коллектор строят закрытым тоннельным способом с большим заглублением. В этом случае ливнеспуски располагаются в конце коллекторов бассейна водоотведения. Схема с такими коллекторами позволяет с минимальными затратами в перспективе переходить на полураздельную систему, которая является лучшей в санитарно-гигиеническом отношении. Кроме этого, коллектор глубокого заложения позволяет отказаться от устройства районных насосных станций, которые крайне нежелательны из-за высокой стоимости и больших эксплуатационных затрат.
^

Гидравлический расчет общесплавной системы водоотведения


Расчетный расход смеси стоков на участках общесплавной системы до первого ливнеспуска определяется как сумма расходов производственно-бытовых стоков qcit и дождевых вод от дождя расчетной интенсивности qr:

qgen = qcit + qr.

Расчетный расход на участках главного коллектора после первого и каждого последующего ливнеспуска следует определять по формуле:

qgen = qcit + Σqlim + qr,

где qr – расход дождевых вод с бассейна стока между последним ливнеспуском и расчетным сечением. На поясняющем рисунке этот бассейн стока заштрихован,
Σqlim – сумма несбрасываемых расходов дождевых вод в водоем через ливнеспуски. Несбрасываемые расходы приравниваются к предельным.

Предельные расходы от ливнеспусков определяются так же, как и при расчете полураздельной системы, по коэффициенту разделения.

 
^

Загрязненность поверхностного стока


Загрязнение поверхностного стока зависит от множества факторов, которые можно объединить в следующие группы: климатические условия, санитарное состояние бассейна водосбора и закономерности движения в дождевой сети.

^ Климатические условия: интенсивность и продолжительность дождя, частота выпадения и количество осадков, продолжительность таяния снега и т.д.

Состояние бассейна водосбора: уровень благоустройства, род поверхностного покрова, степень загрязнения атмосферы, интенсивность движения автотранспорта и т.д.

Образующийся поверхностный сток смывает и выносит с потоком растворимые и нерастворимые примеси. Кроме этого, атмосферные воды в результате сорбирования на поверхности гидроаэрозоля частиц пыли и газа начинают загрязняться еще в приземных слоях. Основными источниками загрязнения на городской территории являются продукты эрозии почвы, пыль, строительные материалы, выбросы в атмосферы, нефтепродукты от автотранспорта.

Характерными загрязнителями для поверхностного стока являются взвешенные вещества. Органические вещества в суспензированном виде занимают примерно 90 % общего количества окисляющихся веществ, содержащихся в поверхностном стоке.

Концентрация всех примесей в стоке во многом зависит от интенсивности выпадения осадков, продолжительности периода сухой погоды и предшествующего дождя. С увеличением интенсивности осадков увеличивается расход дождевого стока и, следовательно, увеличивается его несущая способность. Продолжительность сухого периода обуславливает накопление примесей на территории водосборного бассейна.

Концентрация примесей в дождевом стоке существенно меняется, – как привило, она быстро возрастает до максимума и далее уменьшается к концу дождя.

Важное значение при проектировании очистных сооружений имеет зависимость годового объема дождевого стока и количества загрязнений от интенсивности выпадения осадков, которая выражается повторяемостью p. Установлено, что основную массу загрязнений выносят часто повторяющиеся дожди относительно малой интенсивности. Дожди же большой интенсивности – ливни, хотя и образуют поток с большим количеством воды, но повторяются очень редко и не наносят большого ущерба водоемам ввиду малой загрязненности.

На территории современного благоустроенного города можно условно выделить 4 района, концентрация загрязнений в поверхностном стоке от которых существенно различается:

  • жилые районы с умеренной интенсивностью движения транспорта,

  • новые жилые районы со средней интенсивностью,

  • районы с преобладанием складских и промышленных территорий,

  • автомагистрали.

Все промышленные предприятия в зависимости от физико-химического состава поверхностного стока разделяются на две группы.

К первой группе относят предприятия, для которых основными примесями стока являются грубодисперсные вещества, сорбированные главным образом на взвешенных веществах (черная металлургия, машиностроение, электротехника, угольная, нефтяная, легкая, пищевая промышленность, энергетика, порты, ремонтные заводы, и т.д.). Ко второй группе относят предприятия, для которых в настоящее время характерно поступление специфических веществ – цветная металлургия, коксохимическая, химическая, лесохимическая, целлюлозно-бумажная промышленность и т.д.
^

Динамика загрязненности дождевого стока


Загрязненность дождевых вод складывается из двух составляющих: основной загрязненности, определяемой смыванием и накоплением на поверхности загрязнений и фоновой, возникающей из-за эрозии (размыва) самих поверхностей.

Для каждой территории можно определить максимальную (предельную) загрязненность. Это объясняется тем, что часть загрязнений регулярно удаляется при сухой уборке и мойке улиц, а также уносится ветром. Количество загрязнений, накопленных за время T на единице площади, определяется по формуле:

,

где Mmax – максимально возможное количество накапливаемых загрязнений,
kз – коэффициент динамики накопления загрязнений,
T – продолжительность периода без стока.

График, построенный по этой зависимости, приведен на рисунке.

Значения параметров в уравнении принимаются в зависимости от типа застройки, наличия автомагистралей и промышленных территорий.

Количество смываемых загрязнений Mсм зависит от продолжительности выпадения t и средней интенсивности q дождя:

,

где kс – константа смыва загрязнений, зависящая от характеристики бассейна водосбора.

Дополнительная фоновая загрязненность стока, вызванная размыванием грунтовых поверхностей, во многом определяется состоянием дорожных покрытий и бордюров, отделяющих проезжую часть от газонов и грунтовых поверхностей, их высотным расположением, уклоном земли, а также зависит от интенсивности дождей.

Концентрация загрязнений в талом стоке меньше изменяется во времени, поэтому ее можно условно принимать постоянной в течение всего периода снеготаяния.

Кроме вышеуказанных факторов, на загрязненность стока сильно влияет и характер движения по сетям. В начальный период дождя, когда малым расходам соответствуют малые наполнения и скорости течения, часть загрязнений, поступивших в канализационную сеть через дождеприемники, выпадает в осадок и уменьшает загрязненность дождевых вод. При увеличении расходов и скоростей дождевых вод возможно размывание и транспортирование ранее выпавших в осадок загрязнений, в том числе осевших частиц от предыдущего дождя.

Размер или гидравлическая крупность частиц, способных к осаждению или вымыванию, могут определяться по следующей формуле:

u0 = v/(13∙R0,3),

где R, v – соответственно гидравлический радиус и скорость течения.


^

Устройство трубопроводов и коллекторов для водоотводящей сети


Материалы, которые используются для изготовления труб, должны удовлетворять строительным, технологическим и экономическим требованиям.

Строительные требования заключаются в обеспечении прочности и долговечности конструкций и возможности индустриализации строительства.

Технологические – в обеспечении водонепроницаемости и максимальной пропускной способности труб, а также исключении их истирания и коррозии.

Экономические – в обеспечении минимальной стоимости строительства и расходовании минимального количества дефицитных материалов.

Изложенным требованиям удовлетворяют керамические, асбестоцементные, бетонные, железобетонные, пластмассовые трубы и коллекторы. Кроме них, для строительства водоотводящих сетей используют также стеклянные, деревянные, фанерные и др. трубы.

Так как большинство водоотводящих сетей являются самотечными, то для строительства применяют в основном безнапорные исполнения труб. Исключения составляют трубы для напорных ниток от насосных станций и дюкеров, которые могут выполняться также из стали или чугуна.

^ Трубы керамические канализационные выпускаются по ГОСТ 282–82 диаметром 150–600 мм и длиной 1…1,5 м. Для уменьшения шероховатости и водопроницаемости эти трубы покрывают глазурью. Керамические трубы используют в основном для загрязненных стоков, так как они дороже бетонных и асбестоцементных.

Достоинства – устойчивость к агрессивным средам и гладкость. Главным недостатком этого вида труб является их хрупкость, поэтому при транспортировании и укладке в траншею требуется соблюдать особую осторожность.

^ Трубы бетонные безнапорные изготовляются по ГОСТ 20054–82 диаметром 100–1000 мм и длиной 1, 1,5 и 2 м. В поперечном сечении они могут быть круглые или круглые с плоской подошвой (см. рис.) Кроме того, они бывают раструбные и фальцевые.

Достоинством труб является сравнительная дешевизна. К недостаткам относят большой вес и хрупкость при некачественном изготовлении.

^ Железобетонные безнапорные трубы изготовляются по ГОСТ 6382.0–79 или ГОСТ 6482.1–79 диаметром 400–2400 мм и длиной от 2,5 до 5 м. Как и бетонные, эти трубы могут быть раструбные и фальцевые, круглые или с плоской подошвой. В зависимости от прочности трубы подразделяют на нормальной и повышенной прочности.

Важными достоинствами железобетонных труб является их высокая прочность, сохранение пропускной способности в течение всего периода эксплуатации, прогрессивные способы изготовления. Недостатки – сравнительно большой вес и возможность повреждения арматуры блуждающими токами.

^ Асбестоцементные трубы (безнапорные) изготовляются по ГОСТ 1839–80 диаметром 100–400 мм и длиной 2,95 и 3,95 м.

К преимуществам асбестоцементных труб относится их небольшая стоимость, небольшой вес и незначительная теплопроводность. Они легко распиливаются, не обрастают отложениями и имеют очень гладкую внутреннюю поверхность. Но в то же время эти трубы очень хрупки и легко истираются песком, содержащимся в стоках.

^ Пластмассовые трубы изготавливают из различных материалов, например, из поливинилхлорида, полиэтилена и полипропилена, диаметром от нескольких сантиметров до 2400 мм.

К достоинствам этих труб относится долговечность, отсутствие коррозии, гладкость, малый вес. Недостаток – истираемость.

Трубопроводы больших диаметров (коллекторы) выполняются на месте из сборного железобетона. Их конструкция зависит от глубины заложения, способа производства работ и геологических условий строительства.
^

Трубы и каналы для дождевых сетей


Для транспортирования дождевых стоков используются те же трубы, что и для бытовых стоков. Кроме этого, для отведения больших расходов широко применяются сборные железобетонные каналы. Они собираются из отдельных блоков, при диаметре до 2 м имеют обычно круглое сечение, а при больших размерах – прямоугольное. При необходимости заложения коллекторов на глубину более 6…8 м и в некоторых других случаях строительство ведут методом щитовой проходки. При этом коллекторы собираются из сегментных железобетонных элементов – тюбингов.

Открытые дождевые сети выполняются в виде борт–лотков, расположенных вдоль крайней полосы проезжей части улицы или тротуара, а также в виде канав, кюветов или открытых каналов.

Борт–лотки устраивают из сборных железобетонных или бетонных элементов, монолитного бетона, труб, разрезанных пополам и т.д. Разрезы трех видов таких лотков изображены на рисунке.



Размеры лотков определяются по расчету. На внутриквартальных проездах глубина воды не должна превышать 6 см, на улицах ограничивается и ширина потока воды, которая не должна превышать 2 м.

Кюветы размещают по сторонам проезжей части. Делаются в виде каналов трапецеидального сечения, стенки укрепляются камнем, железобетонными плитами или бетоном.

^ Водоотводные канавы для перехвата дождевых вод с вышележащих территорий устраивают аналогично кюветам. Наименьшие размеры канав и кюветов трапецеидального сечения: ширина по дну 0,3 м, глубина 0,4 м. Скорости течения дождевых вод в канавах и кюветах не должны превышать наибольших скоростей, величины которых зависят от вида крепления стенок и примерно составляют от 1 до 4 м/с.
^

Выбор материала труб и коллекторов


Выбор труб для строительства сетей определяется видом водоотводящей сети, геологическими и гидрогеологическими условиями, объемом стоков, качественным и количественным составом загрязнений.

Для дождевых и бытовых внешних безнапорных сетей чаще всего используют трубы асбестоцементные, бетонные, железобетонные, керамические и пластмассовые. Для напорных линий применяют стальные, чугунные, напорные железобетонные, асбестоцементные и пластмассовые трубы.

Для транспортирования агрессивных жидкостей (кислот, щелочей) рекомендуется использовать керамические и стеклянные трубы. При строительстве внутриквартальной сети в основном применяются асбестоцементные трубы. Для отведения поверхностного стока наиболее предпочтительны железобетонные трубы.
^

Соединения труб


Бетонные и железобетонные трубы соединяют с помощью раструбного или фальцевого соединения (см. рис.) Стык в раструбном соединении законопачивают до половины просмоленной или битуминизированной пеньковой прядью, затем заливается асфальтовая мастика. Стыки фальцевых труб заделывают цементно-песчаным раствором, мастикой или другими материалами. При сопряжении применяются также резиновые прокладки и кольца.



^ Керамические трубы соединяют также раструбом. Внутренняя поверхность раструба и гладкий конец трубы имеют специальные бороздки, способствующие лучшему зацеплению материалов, заполняемых в раструб, со стенками трубы (см. рис.) Стык заполняется до половины пеньковой прядью, затем асфальтовой мастикой или асбестоцементом.



^ Асбестоцементные трубы между собой соединяются с помощью муфт – коротких отрезков асбестоцементной трубы большего диаметра (см. рис.) Пространство между внутренней поверхностью муфты и наружной поверхностью трубы заполняется прядью и мастикой.

Пластмассовые трубы соединяются с помощью сварки или раструбным соединением на клею.
^

Основания под трубы


Основания под трубы принимают в зависимости от несущей способности грунтов, диаметра труб, гидрогеологических условий и фактических нагрузок. В нормальных достаточно плотных грунтах с допускаемым давлением на грунт не менее 0,15 МПа трубы всех типов рекомендуется укладывать на естественное ненарушенное основание, причем ложе под трубу устраивают непосредственно перед ее укладкой таким образом, чтобы труба соприкасалась с ненарушенным грунтом не менее на 90o (см. рис.)

В глинистых, крупнообломочных и скальных грунтах укладка труб должна производиться на песчаную подушку (см. рис.) При укладке трубопроводов в грунтах с возможной неравномерной осадкой (свеженасыпные, мягкопластичные глинистые и суглинистые, пылеватые и др.) устраивается искусственное основание – бетонный стул на плите (см. рис.)

В торфяных, илистых и подобных грунтах основание делается по специальному проекту, например, на железобетонных сваях – ростверках.


1   2   3   4   5   6   7   8   9



Скачать файл (575.7 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации