Гидравлический расчет и построение продольных профилей

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. Гидравлический расчет начинают с диктующих точек — начальных, низкорасположенных и наиболее удаленных точек схемы водоотведения. При построении продольного профиля от диктующих точек заглубление трубопровода получается наибольшим. Поэтому обеспечивается самотечное присоединение других более благоприятно расположенных всеx боковых веток трубопроводов к проектируемому коллектору. Участок сети от диктующей точки до коллектора принято называть диктующей веткой.

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 [4] 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 [4]. При проектировании водоотводящей сети важнейшим требованием является обеспечение минимума приведенных затрат. Основное влияние на их величину оказывают капитальные вложения. Поэтому при проектировании следует стремиться к минимальной стоимости строительства, в основном к минимальному объему земляных работ.

Анализ возможностей достижения указанных выше требований при различных условиях рельефа местности.

Первый случай (рис.3.12,а)когда имеются наиболее благоприятные условия проектирования самотечной водоотводящей сети при сильно выраженном рельефе местности, когда уклон местности i > 0,005. При этом 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.

Рис.3.12 [1] Продольные профили расчетных участков при различных уклонах 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 i_{mi n} = 0,005. Параметры работы трубопровода не принимают во внимание.

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 целесообразно в пределах участка с большим уклоном местности выйти на минимальную глубину. Это достигается на самом коротком участке, если уклон трубопровода равен минимальному уклону, или уклону больше минимального, но меньше уклона местности, прм этом в конце этого участка сеть заглубляется до h = h_min.

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 [1] 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» (рис. 3.13, а, в) совмещаются по высоте верхние части сводов труб, называемые шелыгами. При соединении труб «по уровням воды» (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» (рис. 3.13, а) 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» (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. 3.14). 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.

Отметку лотка трубы в диктующей точке определяют вычитанием минимальной глубины заложения трубопровода от отметки поверхности земли в этой точке. Отметку лотка трубы в конце расчетных участков Zк вычисляют по формуле

Z_k=Z_н-h_nom,

где Z_k — отметка лотка трубы в начале участка; h_nom - падение лотка, определяемое по формуле h_nom = i×l, где l - длина расчетного участка сети с гидравлическим уклоном (уклоном лотка) i.

Отметки лотка трубы в начале второго и последующих участков определяют по формуле

Z'_H=Z'_k–Δd,

где Z_H — отметка лотка трубы в конце предыдущего участка; Δd — разница в диаметрах труб рассчитываемого и предыдущего участков (при соединении труб «шелыга в шелыгу») или разница в наполнениях труб одинаковых диаметров также рассчитываемого и предыдущего участков (при соединении труб «по уровням воды»).

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

Рис.1 Конструкции дождемеров

Схема к определению критической продолжительности дождя:

1-границы кварталов; 2 – лоток; 3 – дождеприемники; 4 – расчетное сечение; 5 – трубопровод водоотводящей сети.

График зависимости q_r =f (t_r)