Важнейший этап проектирования водоотводящей сети - гидравлический расчет трубопроводов, в итоге которого строится их продольный профиль. Продольный профиль - это вертикальный разрез-развертка верхнего слоя земли с запроектированным трубопроводом в направлении движения воды (рис. 5.1).
Гидравлический расчет трубопроводов начинают с диктующих точек - начальных, низкорасположенных и наиболее удаленных точек на схеме сети. При построении продольного профиля от диктующих точек заглубление трубопровода получается наибольшим. Таким образом обеспечивается присоединение всех боковых веток трубопроводов к проектируемому коллектору. Участок трубопровода от диктующей точки до коллектора принято называть диктующей веткой.
Гидравлический расчет трубопроводов производится с использованием таблиц, графиков или номограмм. Исходными данными для расчета являются: расчетный расход сточных вод, уклон поверхности земли, геологические, гидрогеологические и другие данные.
В соответствии с технологическими требованиями регламентируются скорости движения воды в трубопроводе и его наполнение. По существу гидравлический расчет трубопроводов сводится к выбору диаметра и уклона трубопровода, обеспечивающих пропуск расчетного расхода при самоочищающей или большей скорости движения воды и наполнении не более регламентируемого нормами. Уклон трубопровода тесно связан со скоростью движения воды в нем. При проектировании минимального уклона трубопровода обеспечивается минимальная скорость движения воды. В последующем проверяют соблюдение требований норм по скорости.
Соблюдение указанных выше требований возможно, принимая различные условия проектирования и проектные решения.
Первый случай - уклон поверхности земли больше минимального уклона проектируемого трубопровода, а начальное заглубление его равно минимальному. Очевидно, что расчет трубопровода с минимальным уклоном приведет к недопустимому уменьшению его заглубления. Заманчивым может показаться решение с уклоном, значительно большим, чем уклон поверхности земли, так как оно обеспечит уменьшение диаметра. Однако такое решение приведет к увеличению заглубления трубопровода и объема земляных работ на данном и всех последующих участках. Как правило, повышение стоимости строительства при проектировании уклона, большего уклона поверхности земли, значительно выше, чем сокращение его стоимости вследствие уменьшения диаметра трубопровода.
Следовательно, в рассматриваемом случае наиболее целесообразно проектировать трубопровод с уклоном, равным уклону поверхности земли. Так как диаметр трубопровода перед началом расчета неизвестен, то невозможно определить и минимальный уклон. Поэтому расчет трубопровода ведется методом подбора. Вначале задаются диаметром и затем определяют, пропустит ли трубопровод при уклоне, равном уклону поверхности земли, расчетный расход при регламентируемом наполнении. Если не пропустит, то задаются соответственно большим или меньшим диаметром. Как правило, в рассматриваемом случае скорость получается больше минимальной. На начальных участках в ряде случаев при малых расходах - меньше 10-12 л/с даже в трубопроводе минимального диаметра (d=200 мм) не обеспечиваются регламентируемые минимальная скорость и наполнение. В этом случае участок считают «безрасчетным» и принимают для него диаметр равным минимальному - 200 мм, а уклон равным уклону поверхности земли.
Второй случай - уклон поверхности земли больше минимального уклона проектируемого трубопровода и начальное заглубление его больше минимального. Этот случай может иметь место при изменении уклона поверхности земли с меньшего на больший. На схеме этот случай представлен на втором участке. Для сокращения объема земляных работ целесообразно в пределах участка выйти на минимальную глубину. Это достигается на самом коротком участке, если уклон трубопровода равен минимальному уклону. Следовательно, в рассматриваемом случае необходимо проектировать трубопровод с минимальным уклоном. Расчет выполняется также методом подбора и начинают его с принятия диаметра трубопровода.
Третий случай - уклон поверхности земли меньше минимального уклона проектируемого трубопровода, а начальное заглубление его равно или больше минимального. При проектировании трубопровода с уклоном больше минимального уклона существенно увеличивается объем земляных работ на данном и всех последующих участках. При этом увеличение стоимости строительства не компенсируется уменьшением его стоимости вследствие уменьшения диаметра лишь на одном расчетном участке. Следовательно, в рассматриваемом случае целесообразно проектировать трубопровод с уклоном, равным минимальному уклону. Расчет ведется также методом подбора. Вначале задаются диаметром трубопровода.
При малых расходах (меньше 10-12 л/с) участок считают безрасчетным и принимают для него диаметр равным минимальному - 200 мм, а уклон - также равным минимальному - 0,005.
При построении продольного профиля трубопровода решается вопрос о соединении труб по высоте. В инженерной практике применяются два метода соединения трубопровода: «шелыга в шелыгу» и «по уровням воды».
Продольный профиль выполняется в масштабах: горизонтальном, равном масштабу плана, т. е. 1: 5000 или 1: 10000, и вертикальном, равном 1:50; 1:100 и 1: 200. В основании профиля заполняются четыре строки (полосы) со следующими данными (снизу вверх): номера расчетных точек; расстояния между ними; отметки поверхности земли; отметки лотков труб (см. рис. 1). Верхняя линия этих строк принимается за условный горизонт. Отметка его принимается на 8-10 м ниже наименьшей отметки поверхности земли. В этом случае в пределы профиля впишутся все запроектированные трубопроводы, прокладка которых предусмотрена открытым способом. Отметки земли на профиле фиксируются с точностью до 1 см, а лотков труб - до 1 мм. Поверхность земли показывается между расчетными точками прямыми линиями, если по горизонтали плана не обнаруживается резко выраженного рельефа местности. Геологические и гидрогеологические данные наносятся на профиле в виде «колонок». Построение трубопроводов производится также от условного горизонта (а не от поверхности земли), чтобы исключить возможность распространения ошибки в построении поверхности земли на построение трубопровода. На профиле также приводятся данные о материале труб и оснований под них, показываются смотровые колодцы по концам расчетных участков и проектируемые насосные станции. Расчет начинают с диктующей точки. Данные расчета могут быть выписаны на профиле.
Отметка лотка трубы в диктующей точке определяется вычитанием минимальной глубины заложения трубопровода от отметки поверхности земли в этой точке. Отметки лотка трубы в конце расчетных участков вычисляются по формуле
zк=zн – hпот, (5.1)
где zн - отметка лотка трубы в начале участка;
hпот - потеря напора на участке трубопровода (падение лотка), определяемая по формуле
hпот= il, (5.2)
где l — длина расчетного участка трубопровода с гидравлическим уклоном (уклоном лотка) i.
Отметки лотка трубы в начале второго и последующих участков определяются по формуле
(5.3)
где - отметка лотка трубы в конце предыдущего расчетного участка;
- разница в диаметрах труб рассчитываемого и предыдущего участков (при соединении труб «шелыга в шелыгу») или разница в наполнениях труб также рассчитываемого и предыдущего участков (при соединении труб «по уровням воды»).
Техника вычислений существенно упрощается, если данные гидравлического расчета и данные к построению продольного профиля сводятся в таблицу определенной формы (табл. 5.1).
При разработке рабочих чертежей продольный профиль строится в горизонтальном масштабе 1: 500 или близком к этому соотношению. На продольном профиле приводятся следующие дополнительные данные: отметки планировки земли; род покрытий (асфальт, булыжная мостовая, земля и др.); место расположения трассы (название улиц, парки и др.); углы поворотов трубопроводов и др. На профиле показываются все смотровые колодцы и другие проектируемые сооружения, все подземные сооружения, пересекающие трассу водоотводящей линии и др. На рис.5.1 показан продольный профиль коллектора.
Таблица 5.1 – Гидравлический расчет коллектора.
№ участков | Длина l, м | Расчетный расход qр, л/с | Диаметр d, мм | Уклон i, ‰ | Скорость v, м/с | Наполнение | Падение H= i·l | |
h/d | H, м | |||||||
0-1 |
Продолжение таблицы 5.1
№ участков | Отметки по расчетным участкам, м | Глубина заложения лотка трубы, м | ||||||
Поверхности земли | Поверхности воды | Лотка трубы | ||||||
в начале | в конце | в начале | в конце | в начале | в конце | в начале | в конце | |
0-1 |
Рисунок 5.1 – Продольный профиль коллектора.