7. Определение начальной глубины заложения коллектора

Сначала определяют глубину канализационных выпусков из зданий как наибольшую из двух величин, м:

h_в = 0,95; h_в = H_пр – 0,3,

где H_пр – глубина промерзания, принимают в зависимости от географического месторасположения города[7].

В случае, если коллектор трассируется по «пониженной» грани квартала, начальную глубину определяют, как наибольшую из трех величин:

Н_нач= Н_пр- 0,3,

Н_нач. = (1,1…1,3) + D,

Н_нач.= h_в + L(0,0090 - Z_г cos/L_г) + D – D_в ,

г де L – ширина квартала в направлении, перпендикулярном коллектору, м; Z_г – разность отметок соседних горизонталей, м;

L_г – расстояние между горизонталями на площади квартала, м;

 - угол между направлением коллектора и направлением горизонталей(рис.12); D – диаметр уличного коллектора (на начальном участке обычно D = 0,2 м); D_в – диаметр внутриквартальных коллекторов (обычно D_в = 0,15 м).

Если коллектор трассируется по объемлющей схеме, глубину заложения определяют как наибольшую из трех величин:

Н_нач.= Н_пр.- 0,3,

Н_нач. = (1,1…1,3) + D,

Н_нач =h_В+(L/0,016) ·R+D-D_В, где R=0,009²-(Δz_г·cosβ/L_г)².

По формулам, приведённым выше, следует проверить глубины заложения в различных точках коллектора при его последующем гидравлическом расчете.

8. Гидравлический расчет коллектора

Задача гидравлического расчета – определить диаметры и уклоны участков коллекторов так, чтобы при расчетном расходе выдерживались допустимые скорости и наполнения, соблюдались необходимые минимальные глубины заложения, была возможность подключить все боковые коллекторы и внутриквартальные сети. При соблюдении этих обязательных условий желательно избегать неоправданно больших заглублений коллектора, так как это значительно удорожает строительство канализационной сети.

При расчете и прокладке канализационной сети могут быть применены следующие способы высотного соединения труб:

Рисунок 13. Способы высотного соединения труб

а) «по шелыгам труб» - если D > D⁰ и (h - h⁰) (D – D⁰), то Z_лн = Z⁰_лк – (D – D⁰),Z_вн = Z_лн + h; (рис.13 а);

б) «по уровню воды» - если D’ D и h^’ > h или D’> D и (h^’– h)>(D’– D), то Z^’_вн = Z_вк , Z’_лн = Z^’_вн - h^’;(рис.13 б);

в) «по лоткам» - если D⁺  D’ или h⁺  h’, то Z⁺_лн = Z’_лк , Z⁺_вн= Z⁺_лн + h⁺ (рис.13 в).

В любом случае уровень воды и лотка в начале следующего участка должны быть не выше этих уровней в конце предыдущего участка.

Значения D, i, h/D, V выбирают по таблицам или графикам для гидравлического расчета безнапорных трубопроводов [16-18] или с помощью программы EXEL исходя из следующих положений:

- коэффициенты шероховатости n, в зависимости от материала труб: бетон- =0,014; керамика - n=0,0135; чугун - n=0,013; асбесто-цемент n=0,012; полиэтилен n=0,011;

-диаметры труб уличного коллектора – не менее 0,2 м;

-наполнения не должны превышать допустимых значений, указанных в табл.13;

-скорости должны быть не менее указанных в табл.13; исключение составляют начальные участки диаметром D = 0,2 м, где расход очень мал, однако на этих участках должен соблюдаться уклон не менее 7⁰/₀₀ (в особо тяжелых случаях, при очень плоском рельефе, допускается 5⁰/₀₀);

-для предварительного определения минимального уклона можно воспользоваться формулой i_min =5,43 n²/q^0,372; желаемый уклон i_жел=(Z_зн – Н_нач) – (Z_зк – Н_ж), где Н_ж – желаемая глубина в конце участка (из двух значений выбирают большее);

- при известных величинах расхода q, л/с и уклона i, ориентировочно определяется диаметр, м:

D=1,67·(n q/1000/i^0,5)^0,375;

относительное наполнение

h/D=(n·q/1000/(0,785 D^2,62 i^0,5)+0.1151)·1,58

и скорость

V=4·q/1000/(1.22 h/D – 0,11) / D² /3,14;

-нужно стремиться прокладывать трубопроводы на минимально допустимой глубине, однако, если при этом уклон трубопровода не обеспечивает необходимой скорости, тогда уклон увеличивают так, чтобы скорость в трубопроводе оказалась равной минимально допустимой или незначительно ее превышала; если наполнение превышает допустимое, можно увеличить уклон или назначить следующий по сортаменту диаметр.

При расчете участка на EXEL первое – надо задать начальную глубину участка равной или превышающей конечную глубину предыдущего участка.

Таблица 13

Минимально допустимые значения скоростей V, м/с, максимально допустимые наполнения h/D

D,мм	150-250	300-400	450-500	600-800	900	1000-1200	1500	>1500
V,м/с	0,7	0,8	0,9	1,0	1,15	1,15	1,3	1,5
h/D	0,6	0,7	0,75	0,75	0,75	0,8	0,8	0,8

Рисунок 14. Гидравлический канализационной сети

Скорость не должна превышать 4 м/с; при очень большом уклоне земли принимают i < i₃ так, чтобы обеспечить V< 4м/с, а во избежание выхода коллектора на недопустимо малую глубину на участке устраивают один или несколько перепадных колодцев; в этом случае в конце участка принимают минимально допустимую глубину заложения; общая величина перепада составит величину

H_п = h_м + i₃  L – h_н + i  L,

где h_м , h_н – глубина заложения в начале и в конце участка; i₃ , i – уклоны земли и трубопровода (рис.15).

В еличина каждого перепада h_п = Н_п / m, где m – их количество.

Рисунок 15. Устройство перепаданных колодцев

При проведении гидравлического расчета рекомендуется одновременно вычерчивать продольный профиль коллектора (рис.15). Если при расчете глубина заложения окажется больше допустимой (>6…7м) надо изменить трассировку или назначить устройство насосной станции.

Расчет напорного трубопровода. В качестве исходных данных принимаются:

Z_лк – отметка лотка самотечного коллектора, подводящего сточные воды к насосной станции, м;

Z_в – отметка верха трубы над приемной камерой очистных сооружений или верха трубы в самотечном коллекторе, куда подается сточная вода насосами;

n – количество трубопроводов; L - длина, м; Q – расход, м³/с.

Д иаметр D = 4∙Q/(∙V∙n), где V – скорость в трубопроводе, назначаемая в пределах 1,2…1,8 м/с. Выбирается стандартный диаметр D_ст. Применяются трубы напорные железобетонные, асбестоцементные или полиэтиленовые; при соответствующем обосновании – чугунные.

Уточненная скорость V = 4∙Q/(∙n∙D²_ст).

Потери напора по длине, м: H_n = K∙K_S∙L∙(Q/n)²/D⁵_cт ,

K – коэффициент, значениe которого вычисляется по формуле

К= 16∙/(3,14²∙2∙9,81);  =А∙(А₀ +С/V)^m/D^m;

где значения коэффициентов А, А₀, С, m – в зависимости от характера внутренней поверхности трубопроводов [ ]; V-скорость, м/с;

K_S = 1,05…1,2 – коэффициент, учитывающий потери напора на местные сопротивления на водоводе.

Полный напор насосов, м

H = Z_в – (Z_лк – H_p) + H_n + H_м ,

где Н_р – глубина резервуара насосной станции, Н_р = 2…2,5 м;

Н_м – потери напора внутри насосной станции, ориентировочно Н_м = 1…2м.

По результатам гидравлического расчета на чертеже выполняется продольный профиль коллектора, пример которого приведен на рис.16.