Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Водоотводящие сети

Расчет и проектирование водоотводящих сетей


Расчет и проектирование водоотводящих сетей

Расчет водоотводящих сетей состоит в определении диаметров и Уклонов трубопроводов, обеспечивающих при наиболее благоприятных гидравлических условиях пропуск расходов сточных вод в любой момент времени. Поскольку самотечное движение сточных вод в энергетическом отношении является наивыгоднейшим, то основная задача при проектировании заключается в построении продольного профиля коллекторов, определяющего объемы земляных работ и положения водоотводящих трубопроводов в подземной части относительно других инженерных коммуникаций. Основой для определения диаметров трубопроводов является расчетный расход, зависящий от удельной нормы водоотведения бытовых вод от города — среднесуточной (за год) расход воды, л/сут, отводимой от одного человека.

Удельная норма водоотведения зависит от уровня санитарно-технического оборудования зданий и в определенной степени от климатических условий.

Удельное водоотведение бытовых сточных вод от города

В отдельных микрорайонах в зданиях с повышенным комфортом удельные нормы могут достигать 500-1000 л/(чел-сут). Российский опыт показывает, что обычно удельное водоотведение равно удельному водопо-треблению. Действие рыночных отношений в коммунальном хозяйстве будет влиять на удельное водоотведение, поэтому его следует постоянно изучать и уточнять.

Расходы воды от душей и ножных ванн определяются по часовым расходам воды, равным: на одну душевую сетку — 500 л/ч; на одну ножную ванну со смесителем — 250 л/ч. Продолжительность водной процедуры равна для душа 8 мин., для ванны — 16 мин. Продолжительность пользования душем и ванной 45 мин. с равномерным водопотреблением и водоотве-дением. Удельное водоотведение производственных сточных вод — это количество воды, м3, отводимое на единицу выпускаемой продукции. Величина удельного водоотведения зависит от вида производства и степени совершенства водной технологии. Самые совершенные — непрерывные производственные процессы с повторно-оборотным использованием воды -имеют самые низкие значения удельного водоотведения. В период дождей и снеготаяния наблюдается значительное поступление в водоотводящую сеть дождевых и талых вод. В связи с этим возникло требование о проведении проверочных расчетов водоотводящих сетей на пропуск максимального расхода с учетом дополнительного притока дождевых и талых вод.

Надежный прием и отведение сточных вод в указанный выше период может быть обеспечен снижением расчетного наполнения коллекторов, не превышающем h/d – 0,7, что естественно удорожает строительство водоотводящих сетей. Опыт эксплуатации водоотводящих сетей г. Москвы выявил другой более эффективный способ повышенного водоотведения в паводковые периоды и дни интенсивных дождей.

Новая технология зарегулирования притока сточных вод реализуется с использованием аварийно – регулирующих резервуаров, позволяющих значительно снизить пиковую гидравлическую нагрузку на основные сооружения водоотведения, снизить величину коэффициента неравномерности поступления стоков на насосные станции и очистные сооружения, что существенно повышает стабильность их работы.

Коэффициенты неравномерности. Приток сточных вод колеблется по суткам в пределах года и по часам суток.

Многочисленными исследованиями установлено, что общий коэффициент неравномерности зависит от величины среднего расхода сточных вод.

Общие коэффициенты неравномерности притока бытовых вод от города

Примечания:
1. Общие коэффициенты неравномерности притока сточных вод допускается принимать при количестве производственных сточных вод, не превышающих 45% общего расхода.
2. При промежуточном значении среднего расхода сточных вод общие коэффициенты неравномерности следует определять интерполяцией.
3. Для начальных участков сети, где средний расход менее 5 л/с действует правило для безрасчетных участков, на которых принимают минимально допустимые диаметры и уклоны труб (см. табл. 2.2).
4. При более значительном количестве производственных сточных вод, чем указа в примечании 1, расчетные расходы устанавливают по графикам и таблицам суммарного пр тока сточных вод от города и промышленного предприятия по часам суток.

Определение расчетных расходов бытовых и производственных сточных вод. Под расчетным расходом подразумевается расход, являющийся лимитирующим при расчете сооружений водоотведения.

Для расчета водоотводящих сооружений используются средние и максимальные суточный, часовой и секундный расходы.

Коэффициент часовой неравномерности притока производственных сточных вод Кп зависит от отрасли промышленности, вида выпускаемой продукции и степени совершенства технологического процесса.

При проектировании коэффициент Кп следует принимать на основании опыта работы аналогичных промышленных предприятий или по рекомендациям технологов.
Расчет, выполненный по вышеизложенным формулам, позволяет установить экстремальные часовые расходы сточных вод и расходы за другое время.
Для удобства расчетов водоотводящих сооружений полученные результаты определения расходов целесообразно сводить в ведомости. Форма сводной ведомости приведена в табл. 3.5.

Режим водоотведения сточных вод по часам суток. Распределение расхода сточных вод по часам суток удобно представлять в виде ступенчатого графика (рис. 3.5). По оси абсцисс откладывается время суток, а по оси ординат – часовые расходы в м3 или в% от суточного расхода.

Такие графики наглядны и более точны, если строятся при заполнении суммарной таблицы притока сточных вод от города и промышленных предприятий, с учетом распределения бытовых и производственных сточных вод от промышленного предприятия по часам смены.

Расчетные участки трубопроводов и коллекторов — это отдельные расчетные участки, в пределах которых расход считают условно постоянным. Определять суммарные (максимальные) расчетные расходы сточных вод различного происхождения с учетом графиков их притока для всех участков сложно, так как эти пиковые расходы не совпадают по времени, что способствует созданию некоторого запаса. Этот запас наиболее ощутим лишь на нескольких начальных участках, когда так называемый «сосредоточенный расход» бытовых, душевых и производственных сточных вод от промышленных предприятий соизмерим с расходом бытовых вод от города, отводимым по коллекторам наибольшего сечения.

Опыт проектирования водоотводящих сетей подтверждает возможность указанного выше метода определения расчетных (суммарных) расходов.

При расчете насосных станций, аварийно – регулирующих резервуаров и очистных сооружений необходимо иметь распределение суточных и сменных расходов по часам суток и смен.

В значениях удельного водоотведения бытовых вод учтены расходы не только от жилых домов, но и от административных зданий и коммунально-бытовых предприятий. Формулы (3.14) и (3.15) предполагают равномерное отведение сточных вод с площади кварталов. При размещении на этой площади административных и коммунальных объектов этот принцип нарушается.

На участках, отводящих воду от таких объектов, следует трубопроводы проверять на пропуск сосредоточенных расходов от них. Эти расходы устанавливают по соответствующим действующим нормативам.

В то же время расходы воды на других участках сети могут быть меньше вычисленных по формулам (3.14) и (3.15).

Определение расчетных расходов сточных вод для отдельных участков сети. Расчетный расход для расчетного участка сети можно определить по тяготеющим площадям и по удельному расходу на единицу длины трубопровода. Первый метод «площадей» широко применяется в инженерной практике, второй — метод «длин» — применяется реже, преимущественно при расчете сети с использованием ЭВМ.

При определении расчетного расхода по тяготеющим площадям используются понятия транзитного, бокового, попутного и сосредоточенного расходов.

Транзитный расход qmp — расход на предшествующем расчетном участке (участок 20-21); боковой расход q6oK — расход, поступающий с боковой ветки; попутный расход qnon — расход, поступающий с прилегающего квартала; сосредоточенный расход qc от нежилого объекта.

Сосредоточенный расход qc от нежилого объекта определяют как сумму расчетных расходов сточных вод различного происхождения (например, бытовых, душевых и производственных), каждый из которых вычисляют соответственно по формулам (3.18), (3.21) и (2.28). Различают транзитный и местный сосредоточенные расходы.

I. Местный сосредоточенный расход — расход от промышленного предприятия, расположенного на прилегающем квартале или его части (при трассировке сети по пониженной стороне квартала), показан на схеме рис. 3.6, г.

В графу 1 заносят номера расчетных участков по движению воды от кварталов,5 создающих попутный, боковой и транзитный расходы, а в графу 3 — вычисленные суммы их площадей F, га. В графе 4 указывают определенный для данного района модуль стока q0, л/(ста).

В графу 5 заносят значение среднего секундного расхода со всей тяготеющей к данному участку площади (попутного и бокового) д„,ш> л/с. Транзитный расход в графе 6 равен среднему расходу в графе 7 на предыдущем расчетном участке.

В графу 7 записывают qmidi s — сумму средних бокового, попутного и транзитного расходов; в графу 9 — qmaxs — максимальный расход бытовых вод на расчетном участке.

Местный сосредоточенный расход на всех последующих участках становится транзитным. Расчетный расход в графе 12 вычисляется как сумма расходов в графах 9-11.

Определение расчетных расходов для отдельных участков сети коллектора №1

Техника вычисления существенно упрощается, если результаты гидравлического расчета и построение продольного профиля сводятся в таблицу определенной формулы (табл. 3.8).

Расчетный расход сточных вод по удельному расходу на единицу длины трубопроводов, тяготеющих к отдельным участкам сети определяется аналогично описанному выше.

Отличие табл. 3.9 от табл. 3.7 заключается в том, что в графе 2 проставляются номера участков боковых веток, присоединяемых к началу расчетного участка, а в графе 3 – суммарная длина этих участков, в графе 4 – удельный расход, определенный по формуле (3.34).

Анализ рассмотренных выше методов определения расчетных расходов показывает, что метод по тяготеющим площадям более точен, а метод по удельному расходу может давать завышенные или заниженные расходы на первых пяти-десяти расчетных участках, начиная от диктующей точки.

Глубина заложения трубопроводов. Минимальная глубина заложения трубопроводов принимается исходя из следующих трех условий: 1) исключение промерзания труб; 2) исключение механического разрушения труб под действием внешних нагрузок; 3) обеспечение самотечного присоединения к трубопроводам внутриквартальных сетей и боковых веток.

Температура сточных вод в зимнее время не снижается ниже 10°С. Поэтому оказывается возможным прокладывать трубопроводы на глубине, меньшей глубины промерзания грунта (рис. 3.8). Благодаря большой теплоемкости воды вокруг трубы образуется зона талого грунта, которая примыкает к нижней зоне непромерзающего грунта, поэтому трубопровод не промерзает и не разрушается.

Минимальную глубину заложения трубопроводов принимают на основании опыта эксплуатации подземных коммуникаций в данной местности.

Данные о глубине промерзания грунта представлены на рис. 3.9. В целях исключения механического разрушения трубопроводов от внешних нагрузок, возникающих в городских условиях, глубина заложения должна быть не меньше 0,7 м до верха трубопровода.

Минимальная глубина заложения трубопровода в диктующей точке принимается из сравнения этих условий, при этом принимается большая из них. Продольный профиль поверхности земли строится с учетом отметок земли в узловых точках коллектора, взятых по горизонталям с плана города путем интерполирования. Построение продольного профиля коллектора начинается с определения начальной глубины заложения сети в ее «диктующих» точках.

На рис. 3.10 представлена схема к определению минимально допустимой глубины сети в диктующей точке, глубины первого колодца уличной сети. Суммарную длину внутриквартальнои сети следует назначать по проекту внутриквартальнои сети. В случае его отсутствия длина сети может быть принята равной сумме глубины квартала L и половины ширины проезда, как на рис. 3.10, а.

Аналогично определяется минимальная глубина трубопровода по Длине коллектора. В проекте принимается наибольшая из минимальных глубин, определенных из трех указанных выше условий.

Рис. 3.10. Схемы к определению начальной минимальной глубины заложения уличного трубопровода:
а – план участка; б – продольный профиль по трубопроводу; 1- квартал; 2 – трубопровод уличной сети , 3 – трубопровод внутриквартальной сети

Максимальная глубина заложения трубопроводов при открытом способе производства работ диктуется гидрогеологическими, техническими и экономическими условиями.

В скальных грунтах ее рекомендуется принимать равной 4-5 м; в мокрых плывунных — 5-6 м и сухих нескальных — 7-8 м.

При обосновании необходимости прокладки коллекторов на больших глубинах применяют закрытые способы строительства. Особенно эффективен этот способ в настоящее время при реконструкции систем водо-отведения крупных городов. При этом устраняются технические сложности строительства в стесненных городских условиях с интенсивным движением наземного транспорта и при большом насыщении подземными коммуникациями и сооружениями.

Применение щитового метода строительства с глубоким заложением коллекторов позволяет значительно сократить число насосных станций перекачки сточных вод, что, в свою очередь, повышает надежность систем водоотведения.

Гидравлический расчет и высотное проектирование водоотводящей сети. Проектирование водоотводящей сети обеспечивает разработку наиболее надежной и экономически эффективной системы водоотведения при соблюдении ряда важнейших оптимальных условий:
1) необходимо обеспечить условия самоочищения сети, то есть скорости движения сточных вод на любом участке сети не должны быть меньше минимально допустимых для принятого диаметра труб;
2) для обеспечения вентиляции сети и возможного сверх расчетного поступления сточных вод расчетное наполнение труб не должно превышать рекомендуемые для соответствующего диаметра;
3) следует соблюдать принцип наращивания скоростей по длине коллектора при плавном слабовыраженном рельефе местности. Исключение допускается при переходе коллектора с крутого участка поверхности земли на более плоский при резком уменьшении уклона трубопровода.

Во избежание чрезмерного заглубления коллектора скорость на таких участках может уменьшиться при условии, что ее значения не будут ниже самоочищающих;

4) необходимо обеспечить возможность самотечного присоединения боковых линий;
5) не следует создавать подпора в сети;
6) необходимо обеспечить наименьшую по техническим условиям глубину заложения сети;
7) при больших уклонах местности скорости сточных вод не должны превышать скоростей, предельно допустимых для выбранного материала труб;
8) необходимо уменьшать количество насосных станций;
9) следует обеспечивать возможность расположения коллекторов на нормативно допустимых расстояниях от других трубопроводов и подземных сооружений, как по горизонтали, так и по вертикали.

Важнейший этап проектирования водоотводящей сети — гидравлический расчет трубопроводов, в итоге которого строится продольный профиль коллекторов, должен реализовываться с учетом всех выше указанных условий оптимизации.

Продольный профиль представляет собой вертикальный разрез — развертку верхнего слоя земли с запроектированным трубопроводом в направлении движения воды (рис. 3.11). Гидравлический расчет начинают с диктующих точек — начальных, низкорасположенных и наиболее удаленных точек схемы водоотведения.

Рис. 3.11. Продольный профиль коллектора

При построении продольного профиля от диктующих точек заглубление трубопровода получается наибольшим. Поэтому обеспечивается самотечное присоединение других более благоприятно расположенных всех боковых веток трубопроводов к проектируемому коллектору. Участок сети от диктующей точки до коллектора принято называть диктующей веткой.

Как указывалось выше, гидравлический расчет производится с использованием таблиц, графиков или номограмм. Исходными данными для расчета являются: расчетный расход сточных вод, уклон поверхности земли, геологические и гидрогеологические и другие данные по трассе коллектора.
В соответствии с технологическими требованиями, указанными выше, регламентируются скорости движения воды в трубопроводе и его наполнение. Гидравлический расчет сводится к выбору диаметра и уклона трубопровода, обеспечивающего пропуск расчетного расхода при скорости не ниже самоочищающей и наполнении не более регламентируемого нормами.

Уклон трубопровода строго связан со скоростью движения воды. При проектировании водоотводящеи сети важнейшим требованием является обеспечение минимума приведенных затрат. Основное влияние на величину приведенных затрат оказывают капитальные вложения. Поэтому при проектировании следует стремиться к минимальной стоимости строительства, в основном к минимальному объему земляных работ.

Проанализируем возможности достижения указанных выше требований при различных условиях рельефа местности.

Первый случай, когда имеем наиболее благоприятные условия проектирования самотечной водоотводящеи сети при сильно выраженном рельефе местности, когда уклон местности > 0,005.

На рис. 3.12, а изображена такая ситуация — уклон поверхности земли больше минимально допустимого уклона проектируемого трубопровода, а начальное заглубление его равно минимальному. В этом случае наиболее целесообразно проектировать трубопровод с уклоном, равным уклону поверхности земли.

Расчет трубопровода выполняется методом подбора. Вначале задаются диаметром и затем проверяют, пропустит ли трубопровод при уклоне, равном уклону поверхности земли, расчетный расход при регламентируемом наполнении. Если пропускной способности недостаточно, то увеличивают диаметр, если наполнение слишком незначительное, то диаметр уменьшают.

В таких благоприятных ситуациях скорость в трубопроводе получается больше минимальной, и с точки зрения эксплуатации такие расчетные участки сети не требуют затрат на прочистку трубопроводов от отложений. На начальных участках сети при малых расходах — меньше 10-12 л/с в трубопроводе минимального диаметра (d = 200 мм) могут не обеспечиваться регламентируемые минимальные скорость (v = 0,7 м/с) и наполнение (h/d > 0,5). В этом случае участок считают «безрасчетным» и диаметр для него принимают равным минимальному — 200 мм, а уклон — равным уклону поверхности земли, но не менее imin = 0,005. Параметры работы трубопровода не принимают во внимание.

Рис. 3.12. Продольные профили расчетных участков при различных уклонах поверхности земли

Второй случай — когда рельеф более сложный и уклон поверхности земли изменяется с меньшего на больший. На схеме этот случай представлен на втором участке (рис. 3.12, б). Для сокращения объема земляных работ (для выглубления сети) целесообразно в пределах участка с большим уклоном местности выйти на минимальную глубину.

Третий случай — наименее благоприятный, когда уклон поверхности земли на расчетном участке меньше допустимого минимального уклона проектируемого трубопровода (рис. 3.12, в). В этом случае целесообразно проектировать трубопровод с уклоном, равным минимальному уклону. При построении продольного профиля трубопровода решается вопрос о соединении труб по высоте. В инженерной практике применяются два способа соединения труб в расчетной точке: «шелыга в шелыгу» и «по уровням воды».

Рис. 3.13. Схемы соединения труб:
а, в – шелыга в шелыгу; б, г – по уровням воды

На рис. 3.13, а и б показаны схемы соединения трубопроводов одинакового диаметра, а на рис. 3.13, в, г — трубопроводов разного диаметра.

Соединение трубопроводов осуществляется в пределах смотровых колодцев.

При соединении трубопроводов «шелыга в шелыгу» (см. рис. 3.13, а, в) совмещаются по высоте верхние части сводов труб, называемые шелы-гами. При соединении труб «по уровням воды» (см. рис. 3.13, б, г) совмещаются по высоте расчетные уровни воды.

Опыт эксплуатации показывает, что для объектов водоотведения, имеющих равнинный характер со слабовыраженным рельефом местности предпочтительны соединения труб одинакового диаметра «по уровням воды», а разного диаметра — «шелыга в шелыгу».

При соединении труб одинакового диаметра «шелыга в шелыгу» (см. рис. 3.13, я) возможно подтопление лежащих выше участков трубопроводов снизу, что нежелательно из условий самоочищения трубопроводов. При неблагоприятном слабовыраженном рельефе местности из двух методов соединения труб разного диаметра предпочтителен второй метод — «по уровням воды» (см. рис. 3.13, г), при котором заглубление сети получается наименьшим.

Продольный профиль выполняют в масштабах: горизонтальном, равном масштабу плана в 1:5000 или 1:10000, и вертикальном, равном 1:50, 1:100 или 1:200.

В основании профиля заполняют четыре строки (полосы) со следующими данными (снизу вверх): номера расчетных точек; расстояния между ними; отметки поверхности земли; отметки лотков труб (см. рис. 3.11). Верхнюю линию этих строк принимают за условный горизонт. Отметка его принимается на 10 м ниже наименьшей отметки поверхности земли, для того чтобы в пределы профиля вместить изображения инженерных сооружений и коммуникаций по трассе коллектора.

Отметки земли на профиле указывают с точностью до 1 см, а лотков труб — до 1 мм.

Поверхность земли между расчетными точками изображают прямыми линиями, если на этом участке не обнаруживается резко выраженного рельефа местности. Геологические и гидрогеологические данные наносят на профиле в виде колонок.

Построение трубопроводов производят также от условного горизонта. На профиле приводят данные о материале труб и оснований под них, показывают смотровые колодцы по концам расчетных участков и проектируемые насосные станции. Расчет начинают с диктующей точки. Данные расчета могут быть выписаны на профиле.

При разработке рабочих чертежей продольный профиль строится в горизонтальном масштабе 1:500 или близком к этому соотношению.

Рис. 3.14. Продольный профиль коллектора, (рабочий чертеж)

На профиле указывают отметки планировки земли, род поверхности, место расположения трассы, углы поворотов, все смотровые колодцы и специальные проектируемые сооружения, а также все подземные сооружения, находящиеся в непосредственной близости от водоотводящего трубопровода. На рис. 3.14 показан рабочий чертеж продольного профиля коллектора.





Похожие статьи:
Методы прокладки и реконструкции водоотводящих сетей

Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Водоотводящие сети

Статьи по теме:





Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум