Лекции - Проектирование водоотводящих сетей

Подождите немного. Документ загружается.

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 40

С 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 120

С 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.

à)

á)

â)

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 90

(рис.27а).

90°

2 0 0

à)

á) ã)

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 90

(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.

À-À

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 d



700мм - 1000



1000мм; 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).

à)

á)

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.

à)

á)

â)

âû õ

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.

Á-Á

À-À

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

R = d

вых

а)- линейного

колодца, в плане;

б)- узлового колодца,

в плане;

в)- линейного

колодца, в разрезе.

плита. Для стояка диаметром до 300мм допускается вместо водобойной подушки

устанавливать направляющее колено с водобойной стенкой.

Á-Á

À-À

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.

v /2g

x l

âê

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

в нижнем бьефе

у основания водослива:

 

q h

уд c

g T h

 





, где

уд

- удельный расход на единицу ширины водослива, которая принимается равной

диаметру подводящего трубопровода;



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

- средняя удельная энергия потока, определяемая по формуле:

= Р + Н +



2/ g d



, где

Р - высота перепада;

Н - наполнение в подводящем трубопроводе;

- глубина водобойного колодца.

Далее определяется вторая сопряженная глубина h

при условии, что первая сопряженная

глубина (до прыжка) равна h

= h

 

h h h h

II I

КР

  













/ /2 1 8 1

, где

КР

- критическая глубина, определяемая по формуле:

уд

КР

q q





Необходимая глубина водобойного колодца находится из условия:

< t + d



z , где



z =

 



ТР К

g g

2 2

2 2/ /

- перепад уровней воды при выходе её из водобойного

колодца.

 

ТР К

- средние скорости соответственно в отводящем трубопроводе при наполнении t

и в водобойном колодце.

Длину водобойного колодца рекомендуется вычислить по формуле: l

ВК





- коэффициент, равный 0,6-0,7, L

- длина гидравлического прыжка,

 

l h h h

КР

 













10 3 1

0 81

, /

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=(0,5



2)В, для прямоугольного сечения шахты и z=(05



2)d при круглом сечении. Расчет перепадного колодца производится на предельное

затопленное состояние. Можно пользоваться следующей формулой для определения

производительности:

g z

  



 

, где



- коэффициент расхода;



= BL/2 - площадь сечения отверстия;

- 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.

À À

Z Z Z

l l

d=B/2

Â-Â

Á-Á

À-À

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