Лекции - Проектирование водоотводящих сетей

Подождите немного. Документ загружается.

Диаметры трубопроводов определяют гидравлическим расчетом. При небольших

расходах при определении диаметров диктующими являются эксплуатационные требования.

Установлено, что уменьшение диаметра трубопровода ниже 150-200мм вызывает резкое

увеличение количества засорений и в связи с этим увеличение затрат на их прочистку.

Поэтому целесообразно в этих случаях пойти на некоторое увеличение диаметра труб, тем

самым снизить затраты на эксплуатацию. На основании опыта эксплуатации рекомендуются

следующие минимальные диаметры (таблица 2.1).

Таблица 2.1.

Минимальные диаметры труб.

Система водоотведения. Значение минимальных диаметров, мм

внутриквартальная сеть уличная сеть

Полная раздельная и полураздельная

хозяйственно-фекальная сеть

150 200

Дождевая сеть 200 250

Общесплавная сеть 200 250

В практике проектирования на начальных участках водоотводящей сети при небольших

расходах по расчету могут быть достаточными диаметры труб меньше минимальных, однако

все же проектируются минимальные, которые больше расчетных, но с соблюдением

соответствующих уклонов при прокладке.

Особой задачей является определение максимально возможной степени наполнения труб.

Совершенно очевидно, что ее не следует принимать больше h/d = 0,95; при которой

достигается максимальная пропускная способность труб. Наполнение рекомендуется

принимать даже меньше этого значения. Причины этому изложены выше, но кроме того,

при определении расчетных расходов коэффициент общей неравномерности не учитывает

колебания расходов в пределах часа максимального притока. Секундный расход реально

может быть больше максимального расчетного и для его пропуска должен быть

предусмотрен резерв в сечении трубопровода. В трубопроводах в конце расчетного участка

за счет неравномерного движения сточных вод уровни поверхности воды имеют форму

кривых подпора и наполнение возрастает. Это возрастание может достигать полного не

смотря на неполное расчетное наполнение. Трубопроводы подтопляются, вызывая ряд

отрицательных последствий (отложение осадка).

По этим причинам максимальную величину наполнения h/d рекомендуется принимать:

d, мм 150-250 300-400 450-900 1000 и более

h/d 0,6 0,7 0,75 0,8

Для дождевой сети полной раздельной системы и общесплавных сетей рекомендуется

принимать полное заполнение, но при безнапорном движении в момент совпадения

свободной поверхности воды с шелыгой трубы. Это объясняется тем, что полное

наполнение достигается весьма редко, обычно один раз в 0,5-10 лет. Значительную часть

времени эти трубы будут все же работать при неполном наполнении.

Минимальные и максимальные скорости движения сточных вод и уклон

трубопроводов.

Работа отводящих трубопроводов зависит от транспортирующей способности потока

сточной жидкости в трубах. Установлено, что транспортирование потоком жидкости

нерастворимых твердых частиц является следствием её турбулентного движения. Чем выше

турбулент-ность, тем выше скорость движения жидкости, и тем больше транспортирующая

способность. При малых скоростях движения жидкости твердые частицы опускаются на дно

и образуют неподвижное плоское ложе из наносов. Наступление этого момента

характеризуется тем, что часть частиц наносов начинает вибрировать, и, срываясь со своего

места, перекатывается на некоторое расстояние, а отдельные частицы под воздействием

потока перемещаются скачкообразно. Постепенное увеличение скорости приводит к

увеличению общего числа частиц перемещаемых потоком, при этом уже значительная часть

частиц движется скачкообразно. Дальнейшее возрастание скорости приводит к образованию

гряд и движение частиц переходит в состояние грядового перемещения. Характерной

особенностью этой формы перемещения является скачкообразное движение частиц поверх

гряд. Достигая вершины гряды, частицы скатываются вниз, попадая в застойную зону, и там

накапливаются, благодаря чему наблюдается медленное перемещение гряд. С некоторого

момента времени частицы будут обладать такой большой скоростью, при которой, падая с

гряды, они окажутся уже не в застойной зоне, а в подвижной зоне следующей гряды. В то

же время часть частиц вовлекаются вихревыми массами воды внутрь потока. Вследствие

неоднородного состава частиц процессы грядового перемещения и перемещения во

взвешенном состоянии происходят одновременно. Переход движения частиц во взвешенное

состояние сопровождается исчезновением гряд. Скорость движения жидкости,

соответствующая этому состоянию, называется критической. Величина этой скорости тем

больше, чем выше крупность частиц и их количество. При уменьшении скорости описанные

процессы повторяются в обратном порядке.

Таким образом, транспортирование частиц в трубах и их самоочищение будет

происходить при критических скоростях движения жидкости. Эти скорости называются

самоочищающими или не заиливающими. При проектировании сетей эти скорости являются

минимально допустимыми расчетными, которые допускаются при максимальных расходах.

Учитывая, что при меньших расходах в связи с неравномерностью притока будут

наблюдаться и меньшие скорости, то будет происходить выпадение осадка. Однако

предполагается, что при последующем возрастании расходов до максимальных будет

достигаться минимальная самоочищающая скорость и осадок будет смываться.

Минимальные самоочищающие скорости можно вычислить по формуле Н.Ф. Федорова:



min

,1 57 R

, где

m = 3,5 - 0,5R;

R - гидравлический радиус, м;

или по формуле С.В. Яковлева:



min

  12 5

0 2

U R

, где

- гидравлическая крупность песка, м/с.

При проектировании сетей при максимальном наполнении принимают следующие

минимальные скорости:

d, мм 150-200 300-400 450-500 600-800 900-1200 1500 > 1500



min

м с

0,7 0,8 0,9 1,0 1,15 1,3 1,5

Максимальные скорости устанавливаются из условия исключения истирания стенок труб

песком для неметаллических труб - 4,0м/с, для металлических труб - 8,0м/с. В дождевой сети

эти скорости соответственно равны 7,0 м/с и 10 м/с.

Минимально допустимые уклоны трубопроводов должны соответствовать минимальным

самоочищающим скоростям и определяются в результате гидравлического расчета. Для труб

минимальных диаметров, где в связи с возможными малыми расходами соблюдение само-

очищающих скоростей становится невозможным, устанавливаются минимально допустимые

уклоны:

d = 150мм ; d = 200мм;

MIN

= 0,008. i

MIN

= 0,007.

Допускается при обосновании принимать для труб диаметром 150 и 200 мм минимальные

уклоны соответственно 0,007 и 0,005.

Значения минимальных уклонов для труб любого диаметра можно ориентировочно

определить по формуле:

min

/1

, где

d - диаметр трубы, мм.

Проектирование водоотводящих сетей.

Разработка схем водоотводящей сети. Трассировка сети.

Разработку схем водоотводящих сетей начинают с определения места расположения

очистных сооружений, к которым должно обеспечиваться транспортирование сточных вод.

Перед составлением схемы обслуживаемый объект разбивается на бассейны водоотведения

и определяются их границы. Затем на основе изучения рельефа местности ориентировочно

определяют месторасположение коллекторов бассейнов канализования, насосных станций.

Коллекторы обычно располагают по тальвегам и наиболее низким границам бассейнов.

Насосные станции - в наиболее пониженных точках бассейнов. После этого приступают к

детальной трассировке сети. Трассировка - это детальное начертание сети в плане (на

проекте планировки населенного пункта). К трассировке предъявляются следующие

требования:

 обеспечение самотечности сети;

 минимальная протяженность сети и минимальное заглубление труб и коллекторов;

 минимальное количество насосных станций;

 прокладка по возможности в сухих грунтах;

 минимальное количество пересечений с инженерными коммуникациями, водными

преградами, транспортными магистралями.

Трассировка сети может осуществляться по трем схемам (рис.8). Объемлющая схема

трассировки применяется при небольшом уклоне поверхности земли или при плоском

рельефе местности для больших кварталов и при отсутствии внутри них застройки.

à) á)

â)

Рис.8. Схемы трассировки водоотводящих сетей.

а) объемлющая схема; б) трассировка по пониженной грани; в) через квартальная схема

трассировки; г) через квартальная схема при прохождении тальвега через квартал.

Трассировка по пониженной грани квартала применяется при уклоне земли в сторону

пониженной грани, i



0,008.

Через квартальная схема трассировки применяется при застройке населенного пункта

микрорайонами, когда известен план застройки внутри квартала, а также при прохождении

через квартал явно выраженного тальвега.

После выполнения трассировки водоотводящую сеть разбивают на расчетные участки и

на них определяют расчетные расходы .

Трассировка может уточняться в ходе гидравлического расчета трубопроводов.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ РАСХОДОВ НА РАСЧЕТНЫХ УЧАСТКАХ СЕТИ.

Разбивка сети на расчетные участки производится исходя из следующего:

 расчетный участок - участок трубопровода между двумя поворотами или узловыми

колодцами;

 длина участка должна соответствовать длине квартала.

Расход по участку условно принимается постоянным и равным расходу в конце участка.

Различают попутный, боковой, транзитный и сосредоточенный расходы.

Попутный расход - расход, поступающий с прилегающих площадей кварталов.

Боковой расход - расход, поступающий с боковых подключений.

Транзитный расход - расход, поступающий на расчетный участок с предыдущего участка.

Сосредоточенный расход - расход, поступающий от крупных потребителей воды

(промышленных предприятий и других).

Расчетный средний расход получают суммированием всех расходов, максимальный

расход -умножением среднего расхода на общий коэффициент неравномерности.

Вычисление расхода попутного и бокового целесообразно производить с использованием

модуля стока. Модуль стока - это расход с единицы площади жилой застройки, определяется

по формуле:

г)

n P

86400





, л/с.га.

Тогда средний расход будет равен:

q q

mid

 

, л/с ,

а максимальный расход:

q q k

genmax,s .max

  

, л/с , где

F - площадь стока, га.

Площадь стока определяют непосредственными измерениями по проекту планировки

населенного пункта путем разбиения кварталов на площади стока, тяготеющие к участкам

трубопровода.

Принципы разбиения приведены на рис.9.

Рис. 9. Схемы разбивки кварталов на площади стока в зависимости от

расположения уличных трубопроводов (стрелками показано, к каким

трубопроводам тяготеют площади стока).

Предварительно на проекте планировки все кварталы нумеруются и определяется

площадь, затем кварталы разбиваются на площади стока, которые также нумеруются или

обозначаются буквами.

Для упрощения расчетов их сводят в ведомость расчетных расходов (таблица 2.2).

Таблица 2.2.

Ведомость расчетных расходов.

№

расч.

участ

ка по-

пут-

ного

бо-

ко-

вого

по-

пут-

ного

бо-

ко-

вого

по-

пут-

ного,

бо-

ко-

вого,

бок

сос-

редо-

точ.,

соср

тран-

зитн.,

тр.

общ.

сред

ний

рас-

ход,

л/с

коэф.

общ.

не-

равно

мерно

сти,

gen.

мак-

сим.

расч

рас-

ход,

cir

л/с

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

1-2

2-3

3-4

4-5

Номера

кварталов

Площади

стока, га

Средние расходы, л/с

Значения средних попутного и бокового расходов определяются по формуле 2.19.

Транзитный расход переписывается из графы 10 предыдущего участка, для первого участка

1-2 этот расход будет равен 0. Общий средний расход определяется суммированием всех

расходов (графы 6,7,8 и9). По общему среднему расходу определяют k

gen.max

(табл.1.2) и,

умножая соответствующий общий средний расход на найденный коэффициент общей

неравномерности, получают максимальный расчетный расход. Описанная методика

справедлива при количестве производственных сточных вод, не превышающем 45% общего

расхода. В противном случае максимальные расходы определяются по графикам притока

сточных вод по часам суток или по формуле:

q q q q k q

cir n бок т gen сос

















  

р .max р.

Сосредоточенный расход определяется суммированием максимальных секундных

расходов, вычисленных в разделе “Расчетные расходы промпредприятий”, причем

транзитный расход определяется как сумма средних расходов попутного, бокового и

транзитного предыдущего участка.

МИНИМАЛЬНЫЕ И МАКСИМАЛЬНЫЕ ГЛУБИНЫ

ЗАЛОЖЕНИЯ ТРУБОПРОВОДОВ.

Глубины заложения трубопроводов определяются в ходе гидравлического расчета.

Вместе с тем необходимо иметь в виду, что эти глубины не должны быть меньше

минимальной и больше максимальной глубин заложения.

Минимальная глубина заложения определяется из следующих трёх условий:

 исключение промерзания труб;

 исключение разрушения труб под действием внешних нагрузок;

 обеспечение присоединения к трубопроводам внутриквартальных сетей и боковых

подключений.

Минимальная глубина, определяемая из условий промерзания, равна:

h h а

пmin р

 

, метр , где

пр

- глубина промерзания грунта;

а - величина, зависящая от диаметра трубопровода; а принимается, равной 0,3м, при

диаметре труб до 500мм и 0,5м - при большем диаметре.

Для исключения разрушения труб внешними нагрузками расстояние от поверхности

земли до верха трубы не должно быть меньше 0,7м. Следовательно, минимальная глубина

заложения (расстояние от поверхности земли до лотка трубы) равна:

min

, 0 7

, метр.

При присоединении внутриквартальной сети к уличной минимальная глубина заложения

уличного трубопровода должна быть в месте присоединения не меньше (рис.10) :

Рис.10. Схема к определению глубины заложения трубопровода.

H L z z

h i

    



min min

( )

1 2

, метр.

Эта же формула применяется и для определения начальной глубины заложения

трубопровода.

Здесь h

min

- минимальная глубина заложения внутриквартальной сети в самой удаленной

(диктующей) точке. Она вычисляется по формулам, приведенным выше, и из двух величин

выбирается большее значение.

min

- минимальный уклон внутриквартального трубопровода, принимается равным

0,008.

  D d

- разность диаметров трубопроводов уличной и внутриквартальной сетей, м.

и z

- соответственно отметки поверхности земли в диктующей точке и в начальной

точке уличного трубопровода(в точке подключения внутриквартального трубопровода к

уличному),м.

L - расстояние от диктующей точки до начальной точки уличной сети ,м.

Если уклон поверхности земли внутриквартального трубопровода равен или больше

0,008, то его уклон принимается равным уклону поверхности земли и тогда Н будет равна:

Н =

min

 

, м.

Максимальная глубина заложения трубопроводов при открытом способе производства

работ диктуется экономическими и техническими требованиями. Её рекомендуется

принимать: в скальных грунтах-4-5м, в мокрых и плывунных грунтах-5-6м, в сухих

нескальных грунтах-7-8м.

При закрытом способе прокладки глубина заложения не ограничивается, так как

стоимость прокладки практически не зависит от глубины заложения. Однако следует

помнить, что закрытые способы строительства значительно дороже открытых.

СПОСОБЫ СОЕДИНЕНИЯ ТРУБ НА СТЫКАХ РАСЧЕТНЫХ УЧАСТКОВ.

Верхняя точка внутренней поверхности трубы называется шелыгой, нижняя точка -

лотком. При решении вопроса о высотном расположении труб на стыках расчетных

участков необходимо учитывать следующее. Основным расположением труб по высоте

(соединением) на стыках расчетных участков является соединение “шелыга в шелыгу”. При

таком соединении отметка шелыги трубы предыдущего участка равна отметке шелыги

min



трубы следующего участка. Тогда разность отметок лотков соответствующих труб будет

равна разности диаметров труб (рис.11а). Однако, если h

-h



-d

, при соединении

“шелыга в шелыгу” возникает подпор воды, т.е. отметка воды в следующем трубопроводе

больше отметки воды в предыдущем (рис.11б). В этом случае соединение выполняют по

уровню воды, то есть совмещают отметки воды в предыдущем и следующем трубопроводах

(рис.11в). Такое соединение применяют и при одинаковых диаметрах, если наполнение на

следующем участке трубопровода возрастает (рис.11г). При уменьшении наполнения на

следующем участке такое соединение невозможно из-за возрастания отметки лотка

следующего трубопровода (рис.11д), поэтому соединение выполняют “шелыга в шелыгу”

или по лоткам, что для одинаковых диаметров одно и тоже. В некоторых случаях на

следующем участке может получаться меньший диаметр трубопровода. Такая ситуация

возникает при резком увеличении уклона трубопровода на следующем участке при

незначительном увеличении расхода. Тогда соединение труб следует выполнять по лоткам,

следя за тем, чтобы в этом случае не возникло подпора (рис.11е). При возникновении

подпора применяют соединение по уровню воды.

Zø 1

Zø 2

Zâ1

Zâ2

Zë1

Zë2

Zø 1

Zø 2

Zâ1

Zâ2

Zë1

Zë2

Ñî åäèí åí èå ø åëû ãà â ø åëû ãó (Zø 1=Zø 2)

Zø 1

Zø 2

Zâ1

Zâ2

Zë1

Zë2

Zø 1

Zø 2

Zâ1

Zâ2

Zë1

Zë2

ï ðè d2>d1 è d2-d1>h2-h1

í åï ðàâèëüí î

Ñî åäèí åí èå ï î óðî âí þ âî äû (Zâ1=Zâ2)

ï ðè d2>d1 è d2-d1<=h2-h1 ï ðè d2=d1 è h2>h1

Zø 1

Zø 2

Zâ1

Zâ2

Zë1

Zë2

Zø 1

Zø 2

Zâ1

Zâ2

Zë1

Zë2

Ñî åäèí åí èå ëî òî ê â ëî òî ê (Zâ1=Zâ2)

ï ðè d2<=d1 è h2<h1

í åï ðàâèëüí î

à)

á)

â)

ã)

ä)

å)

Рис.11. Способы соединения труб на стыках расчетных участков.

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ВОДООТВОДЯЩЕЙ СЕТИ.

Цель гидравлического расчета - определение диаметров, уклонов трубопроводов, а также

скоростей движения сточных вод в них и наполнений. По результатам гидравлического

расчета определяются глубины заложения участков трубопроводов и строится продольный

профиль.

При выполнении гидравлического расчета необходимо соблюдать следующее:

а) на первых участках сети, где мал расход, а, следовательно, минимальный диаметр

200мм, можно не определять скорости и наполнения; эти участки считаются

безрасчетными, уклон трубопровода принимается



0,007;

б) скорость движения сточных вод на последующем участке по возможности должна

быть равной или большей, чем на предыдущем. При снижении скорости для её

гашения устраиваются перепадные колодцы; величина перепада должна быть не

менее диаметра трубопровода. При скорости больше 1,5м/с допускается уменьшение

скорости на 10-15% без устройства перепадных колодцев;

в) при расчете должна быть обеспечена минимальная глубина заложения

трубопровода. Увеличение глубины заложения оправдывается в случае, если скорость

не превышает самоочищающую и, если необходимо подключить глубоко заложенный

боковой трубопровод;

г) расчетное наполнение, как правило, должно быть не менее 0,5d, переход на

больший диаметр допускается, если при заданном расходе и уклоне наполнение

превышает расчетное (максимальное);

д) допускается на последующем участке увеличивать диаметр трубопровода на один

сортамент при диаметре до 300мм включительно и на два сортамента при диаметре

большем, чем 300мм (для дождевой и общесплавной сети большем, чем 500мм).

Гидравлический расчет водоотводящей сети ведется в табличной форме (таблица 2.3).

Сначала в таблицу заносят исходные данные для каждого участка трубопровода: расчетные

расходы из таблицы 2.2, длины участков, отметки земли с проекта планировки населенного

пункта с нанесенной трассировкой сети. Для облегчения принятия решения по уклону

трубопровода на каждом участке можно вычислить уклоны поверхности земли.

Определение диаметров, уклонов, наполнений и скоростей движения сточных вод

производится с помощью таблиц и номограмм гидравлического расчета, составленных либо

с использованием формул Н.Н. Павловского, либо Н.Ф. Федорова.

Таблица 2.3.

Гидравлический расчет коллектора.

№

участков

Длина

l,м

Расчетный

расход q

cir

, л/с

Диаметр

тр-да, d,м

Уклон

Скорость



, м/с

h/d h,м

Падение

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Продолжение таблицы 2.3.

Отметки земли,

Отметки воды,

Отметки лотка,

Глубина заложения

лотка трубы, м

в начале в конце в начале в конце в начале в конце в начале в конце

10 11 12 13 14 15 16 17

Наполнени

Расчет ведут, начиная с начального участка сети. Определяющим при расчете является

рас-ход сточных вод. На начальных участках трубопровода, где мал расход, приходится

принимать минимальный диаметр 200мм. Для этого диаметра минимальный уклон 0,007.

Поэтому, если уклон поверхности земли на первом участке меньше 0,007, то уклон

трубопровода принимается 0,007, если уклон поверхности земли на первом участке меньше

0,007, то уклон трубопровода принимается равным уклону поверхности земли. По расходу и

принятому уклону трубопровода определяют, пользуясь таблицами гидравлического расчета

или номограммами, скорость и наполнение h/d. Затем вычисляют абсолютное значение

наполнения и падение трубопровода i

l. По формуле, приведенной выше, вычисляют

начальную глубину заложения трубопровода и проставляют её в графу 16. Отметку лотка в

начале участка вычисляют как разность отметки поверхности земли и начальной глубины

заложения (графа 14). Отметку лотка в конце участка определяют вычитанием из отметки

лотка в начале участка падения. Отметки воды в начале и конце участка получают

прибавлением абсолютного наполнения к соответствующим отметкам лотка. После этого

переходят к расчету следующего участка. При расчете следующего участка уклон

трубопровода выбирают таким, чтобы глубина заложения трубопровода была минимальной,

но в то же время соблюдались требования к минимальному уклону для диаметра 200мм и

для диаметра больше 200мм требования к минимальной самоочищающей скорости. После

определения диаметра, уклона, скорости и наполнения решают вопрос о способе соединения

труб на стыке расчетных участков. Если соединение труб выполняется “шелыга в шелыгу”,

то отметку лотка в начале участка вычисляют из отметки лотка предыдущего участка

вычитанием разности диаметров предыдущего и рассчитываемого участков. Если

соединение выполняется по уровню воды, то отметка лотка воды в конце предыдущего

участка переносится в графу отметки воды в начале рассчитываемого участка, и если

соединение - по лоткам, то переносится соответствующая отметка лотка. Затем заполняются

все остальные графы в соответствии с вышеприведенной методикой для первого участка.

Участки проверяют на дополнительный расход. Дополнительный расход за счет

поверхност-ных и грунтовых вод в периоды дождей и снеготаяния, неорганизованно

поступающих в водоотводящую сеть через неплотности люков колодцев и за счет

инфильтрации грунтовых вод, определяется по формуле:

q m

 0 15,

, л/с , где

L - общая длина трубопроводов до расчетного створа трубопровода, км.

- величина максимального суточного количества осадков ,мм, определяется согласно

СНиП2.01.01.82.

При сохранении принятого в ходе гидравлического расчета уклона и диаметра

трубопровода по суммарному притоку расчетного и дополнительного расхода определяют

наполнение, которое не должно превышать 0,95. В противном случае увеличивают диаметр

трубопровода. По результатам расчета всех участков трубопровода строят продольный

профиль трубопровода.

ПРОДОЛЬНЫЙ ПРОФИЛЬ ТРУБОПРОВОДА (КОЛЛЕКТОРА).

Продольный профиль - это вертикальный разрез - развертка верхнего слоя земли с

запроектированным трубопроводом в направлении течения воды. Продольный профиль

выполняется в масштабах: горизонтальном, равном масштабу проекта планировки, т.е.

1:5000 или 1:10000, и вертикальном 1:50; 1:100 или 1:200. Общий вид продольного профиля

показан на рис.12.