1.3. Споруди та обладнання на мережі

До споруд на мережі відносяться колодязі, різні типи упорів, переходи під і над залізними й автомобільними дорогами, дюкери й ін.

Колодязі призначені для розміщення засувок, гідрантів й інших видів арматури й фасонні частини. Вони влаштовуються із залізобетону, цегли, бутобетону й інших місцевих матеріалів. У рідких випадках колодязі роблять із дерева. Якщо рівень ґрунтових вод вище дна колодязя, то в колодязі із зовнішньої сторони роблять гідроізоляцію на 0,5 м вище цього рівня. Для спуска в колодязь на гор­ловині й стінках колодязя встановлюють сталеві рифлені або чавунні скоби, у деяких випадках допускається пристрій металевих сходів.

Навколо люків колодязів, розташованих на ділянках без дорожніх покриттів або в зеленій зоні, улаштовуються вимощення шириною до 1 м з ухилом від люків. Вимощення й відповідно люки повинні бути вище прилягаючої території на 0,05 м. Люки колодязів на водоводах, що прокладають по незабудованій території, необхідно встановлювати вище денної поверхні землі на 0,2 м. На проїзній частині вулиць із удосконаленими покриттями кришки люків варто розташовувати на одному рівні з поверхнею проїзної частини. Колодязі бувають з горловиною (рис.1.20) та без горловини (рис.1.21.).

Рис. 1.20. Водопровідний колодязь з круглих залізобетонних елементів з горловиною:

1 –люк; 2 – опірне кільце; 3 – стінове кільце горловини; 4 – плита перекриття; 5 – стінове кільце робочої камери; 6 – пожежний гідрант; 7 – пожежна підставка трійник-розтруб; 8 – плита днища; 9 – засувка; 10 – фланець; 11 - розтруб

Рис.1.21. Водопровідний колодязь на проїзній частині без горловини

Особливо складні й значні за розміром вузли трубопроводів більших діаметрів або розділяються на кілька колодязів, або для розміщення цих вузлів проектуються камери перемикань. У колодязях на водоводах із клапанами для впуску повітря встановлюються вентиляційні труби з фільтрами. На водоводах, по яких транспортується вода господарсько-питного призначення, фільтри проектуються такими ж, як у резервуарів чистої води. У районах з низькими зовнішніми температурами в колодязях повинні передбачатися другі утеплені кришки.

Деякі типи колодязів для сухих і мокрих ґрунтів показані на рис. 1.22, 1.23, 1.24. При зміні напрямку напірних трубопроводів у горизонтальній і вертикальній площинах і на кінцевих ділянках виникають зусилля, що перевищують допускні зусилля в стикових з'єднаннях. Для сприйняття зусиль, що виникають в окремих точках трубопроводів, встановлюються упори.

Рис.1.22. Прямокутні колодязі із цегли або бетону розмірами в плані 2000х2500, 2500х2500, 2000х3000, 3000х3000 мм

1 - водотривкий замок; 2 - ґрунтовка; h_г - висота горловини; h_к - висота конуса; H - висота колодязя загальна; Н₁ - висота робочої частини.

Рис.1.23. Круглі колодязі діаметрами 1000, 1500 й 2000мм із збірного залізобетону:

А - для сухих ґрунтів; Б - при наявності ґрунтових вод; У - для ґрунтів по за межами міста; 1 - плита днища (утрамбований ґрунт із щебенями); 2 - кільця; 3 - плита; 4 - кільце горловини; 5 - вимощення; 6 - ґрунтовка бітумом, розведеним у бензині (; 7 - плита днища (асфальт, бетон); 8 - водотривкий замок; 9 - ґрунтовка; 10 - гідроізоляція, плита днища, бетон, ущільнений ґрунт; h_г - висота горловини; h_к - висота конуса; H - висота колодязя загальна; Н₁ - висота робочої частини.

Рис.1.24. Конусні колодязі діаметрами 1000, 1500 й 2000 мм із цегли й бетону:

А - для сухих ґрунтів; Б - при наявності ґрунтових вод; У - для ґрунтів по за межами міста; 1 - плита днища (утрамбований ґрунт із щебенями); 2 - ґрунтовка бітумом, розведеним у бензині; 3 - плита днища (асфальт, бетон); 4 - водотривкий замок; 5 - гідроізоляція, плита днища, бетон, ущільнений ґрунт; 11 - звід; h_г - висота горловини; h_к - висота конуса; H - висота колодязя загальна.

Упори на мережі. На напірні водоводи діють сили, які викликають напруження та деформацію в їх стінках і стикових з’єднаннях. Ці сили виникають під впливом:

1. статичного напору від внутрішнього тиску

2. швидкісного напору внаслідок руху води

3. власної ваги водоводу та води, яка його заповнює.

4. тиску ґрунту та інших зовнішніх навантажень

5. коливань температури води та зовнішнього середовища.

Статичний напір від внутрішнього тиску, окрім поперечних сил, що рівномірно діють на стінки, викликає при зміні напрямку траси водовода появу поперечних сил, направлених у бік опуклості водовода. При закритті засувок, а також на тупикових ділянках труб статичний напір призводить до виникнення сил, що діють по осі трубопроводу. Осьові сили від статичного натиску виникають також при зміні діаметру трубопроводу, розгалуженні його, установці компенсаторів з неврівноваженим однобічним тиском. Швидкісний напір при русі води викликає поперечні сили, направлені вбік опуклості водовода, а також подовжні сили, направлені по його осі. На похилих ділянках водоводів власна їх вага створює осьові сили, а в місцях зміни напряму похилих ділянок - і поперечні сили. Тиск ґрунту і інших зовнішніх навантажень зазвичай викликає поперечні сили, симетричні відносно осьової вертикальної площини. Коливання температури води і ґрунту викликають осьові сили. Вплив розглянутих сил на переміщення трубопроводів і напругу, що виникає в їх стінках на прямолінійних ділянках і в місцях поворотів, дуже різний.

В цілях досягнення найменшої протяжності водоводів, скорочення втрат напору в них і створення найбільш сприятливих умов статичної роботи стінок і стикових з'єднань прагнуть до забезпечення можливо прямолінійного напряму траси напірних водоводів як в горизонтальній, так і у вертикальній площинах. Проте внаслідок топографічних і геологічних особливостей місцевості, умов планування і забудови, наявності різних перешкод, а також інших причин доводиться виконувати місцеві повороти трубопроводу в плані і в профілі. Ці повороти при чавунних, залізобетонних, азбестоцементних і інших трубах, що мають розтрубні з'єднання, здійснюють шляхом установки в місцях вигину фасонних частин - відведень. При прокладці сталевих трубопроводів з поворотами невеликих радіусів в місцях поворотів уварюють спеціально виготовлені відведення.

Розглянемо сили, які можуть викликати переміщення вкладених в ґрунт трубопроводів, методи розрахунку і типи конструкції упорів, що перешкоджають переміщенню і мереж, що оберігають вузли, і водоводи від руйнування. На рис. 1.25 представлена схема дії сил гідростатичного натиску в місці повороту трубопроводу в горизонтальній площині, а на рис.1.26 у вертикальній площині. У цій схемі кут α визначається крайніми радіусами r, перпендикулярними перетинам водовода в місцях переходу від прямолінійного напряму його осі до криволінійного. Осьові сили тиску Р₁ і Р₂ перетинаються під кутом β, що показує також фактичне відхилення поздовжньої осі водовода від прямолінійного напряму. У загальному випадку тиск води по одну сторону криволінійної ділянки рівний Р₁, а по іншу - Р₂. Діаметри водоводу відповідно будуть d₁ і d₂, а тиск в трубопроводі р₁ і р₂ (в кг/см²).

Рис. 1.25. Схема дії сил гідростатичного напору в точці горизонтального повороту трубопроводу

Рис. 1.26. Схема дії сил гідро­статичного напору при пово­ро­тах у верти­каль­ній пло­щині.

Схеми основних видів упорів показані на рис.1.27. Рис. 1.27,а зображає схему упору, що встановлюється для сприйняття сил, що діють при повороті трубопроводу в горизонтальній площині. При установці упору в пониженій частині трубопроводу, прокладеного з похилом, виходять з схеми рис. 1.27, б. При повороті трубопроводу зверху вниз виконують упор-якір за схемою рис. 1.27, в. В цілях протидії силам реакції, що виникають в тупикових кінцях трубопроводів, роблять упори за схемою рис. 1.27, г і на трійниках - за схемою рис. 1.27, д. При повороті трубопроводів в колодязях їх конструюють з врахуванням сприйняття відповідних зусиль, всередині колодязів при цьому встановлюють упори і в стіни закладають тягу.

Рис.1.27. Схема основних видів упорів

Розрахунок упорів, розташованих в ґрунті, проводять, виходячи з таких загальних умов: 1) тиск на ґрунт, що передається опорними робочими площинами упорів не повинен перевищувати розрахункових опорів ґрунту 2) не повинно бути випирання ґрунту під дією сил, що передаються робочими площинами упорів; 3) товщина і остаточні розміри упорів мають бути виконані такими, щоб напруга в кладці не перевищувала розрахункових; 4) деформація ґрунту під тиском упору не повинна перевищувати величини, що допускається для дотримання щільності і міцності стикових з'єднань; 5) при напрямі сили, що переміщає трубопровід, вгору вага упору-якоря повинна перевищувати цю силу.

Розрахунок стінок і інших частин колодязів, в яких розташовуються упори, а також і самих упорів в цьому випадку повинен забезпечити необхідну міцність конструкцій, допустимий тиск на ґрунт і належну щільність стиків.

Значення сили гідростатичного тиску, що діє на упор, слід приймати найбільшим можливим. Як вказано вище, воно повинне відповідати тиску у момент попереднього (до засипки траншеї і установки арматури) випробовування трубопроводу.

Упори зазвичай виконують з бетону або бутобетону, бутової кладки, червоної цеглини. В деяких випадках (наприклад, при крайній обмеженості території) упори споруджують із залізобетону. При виборі матеріалу упору треба в першу чергу прагнути до використання місцевих матеріалів. При розрахунку і конструюванні

упору слід враховувати наявність ґрунтових вод і міру їх агресивності.

Упор повинен вберегти трубопровід від недопустимого зсуву. Тому необхідно, аби кладка упору по всій опорній поверхні щільно прилягала до ґрунту з непорушеною структурою. При спорудженні упорів слід передбачати необхідні для цього заходи. Якщо трубопровід укладається в ґрунтах, здатних зберігати вертикальну площину, то бутовий або цегляний упор вкладають впритул до непорушеного ґрунту. Щілину між ґрунтом і упором заливають цементним розчином. При будівництві бетонного упору стінки його, що примикають до ґрунту, зводять без опалубки. У тих випадках, коли вертикальна площина упору не може бути викладена впритул до непорушеного ґрунту (наприклад, за наявності укосів в котловані або траншеї), проміжки між упором і площиною ґрунту заповнюють бетоном. Допускається засипка великих проміжків надійним ґрунтом з пошаровою ретельним ущільненням, але без вживання для засипки рослинного, мулистого або іншого легко деформуючого або руйнуючого ґрунту. Щоб уникнути пошкодження трубопроводу при осіданнях упору між основною його частиною (масивом) і місцем закладення труб (подушкою) мають бути виконані деформаційні шви шляхом влаштування прокладок з толю або інших подібних до нього матеріалів.

За наявності ґрунтових вод вище за відмітку основи упору слід по можливості вникати застосування відкритого відкачування води при копанні котловану і при бетонуванні упору, оскільки відкачування сприяє розпушуванню ґрунту і знижує його опірність. Кріплення, що знаходяться нижче за рівень ґрунтових вод, не слід розбирати, їх треба залишати закладеними в кладку.

Звернена до деформаційного шва і фасонної частини трубопроводу вертикальна стінка упору має бути виконана особливо ретельно по нахилу і затерта цементним розчином для можливості незалежних осадових деформацій упору і трубопроводу. Основний масив упорів можна влаштовувати до укладання труб. Набивання ж подушки упору, в яку закладається фасонна частина повинна виконуватися лише після укладання і закладення трубопроводу. Для влаштування подушки слід застосовувати бетон не нижче за марки 100. Зведення упорів повинне виконуватися в такі терміни, щоб до моменту гідравлічного випробування трубопроводів кладка досягла не менше 80% розрахункової міцності. Цегельний або бутовий упор до початку випробування трубопроводу повинен вистояти не менше трьох діб після закінчення кладки.

На рис. 1.28 наведений упор для чавунних розтрубних трубопроводів, що встановлюється в місці горизонтального повороту відведенням на 45°. Основний масив упору споруджується з бетону, бутової кладки або цеглини залежно від місцевих умов і наявних ресурсів. Подушку відведення, в яку закладається відвід, виконують зазвичай з бетону марки 100 і відділяють від масиву прокладкою з двох шарів руберойду. На рис. 1.29 показаний бетонний упор, що виконується в пониженій частині розтрубного трубопроводу при повороті його у вертикальній площині під кутом 30°. У таких упорах деформаційних прокладок не ставлять, і весь упор є єдиною монолітною конструкцією, в яку закладається відвід.

Рис.1.28. Упори для чавунних розтрубних підземних труб при повороті в горизонтальній площині

1 - непорушений ґрунт; 2 - опорна поверхня; 3 - тіло упору; 4 - подушка; 5 - толева прокладка у два шари

На рис. 1.30,а показаний упор-якір для установки у верхній частині розтрубного трубопроводу при повороті його у вертикальній площині під кутом 30°. Трубопровід притягують до якоря системою сталевих хомутів з болтами. Болти мають бути надійно закладені в кладку упору. В цілях регулювання натягу встановлюють стяжні муфти. Такого ж вигляду упори ставлять на мережах і водоводах, що виконуються з інших труб з розтрубними і муфтовими з'єднаннями, наприклад, азбестоцементних і залізобетонних.

В деяких випадках упори набувають інших конструктивних форм. На рис. 1.30,б зображений розділений на дві частини упор-якір для установки за допомогою швелера на трубопроводі, що має поворот у вертикальній площині. Такого роду розчленовування якоря інколи зручно і дозволяє робити котлован значно меншої глибини за рахунок збільшення його ширини. У тих випадках, коли паралельно прокладаються декілька трубопроводів на близькій відстані один від одного, влаштовують загальний упор так званого гребінчастого типу, приклад такого упору показаний на рис.1.30. При повороті трубопроводу в колодязі відвід закріплюють тягою до стінки колодязя і в цьому випадку при розрахунку і конструюванні колодязя треба врахувати особливості його роботи.

Рис.1.29. Упори для чавунних розтрубних підземних труб при повороті у вертикальній площині (а, б)

1 - непорушений ґрунт; 2 - опорна поверхня; 3 - хомути; 4 - анкерні болти.

Рис.1.30. Упори для чавунних розтрубних підземних труб

а - упор-якір; б - гребінчастий упор; 1 - непорушений ґрунт; 2 - анкерні болти; 3 - швелер.