Случаи установки перепадных колодцев

Сопряжение труб, уложенных на разной глубине, осуществляется с помощью перепадных колодцев, которые могут быть установлены на любой системе водоотведения. Необходимость их применения возникает в следующих случаях (см. рис.):

• при присоединении боковых веток к коллекторам или внутриквартальных сетей к уличным трубопроводам (вариант А на рис.),

• при пересечении трубопроводов с инженерными сооружениями и естественными препятствиями (вариант Б на рис.),

• при устройстве затопленных выпусков воды в водоемы (вариант В на рис.),

• при больших уклонах земли для исключения превышения максимально допустимой скорости движения (вариант Г на рис.).

На рисунке пунктиром показаны другие технические решения, однако устройство перепадных колодцев позволяет значительно сократить объем земляных работ и стоимость строительства сети. Поэтому эти колодцы более предпочтительны с экономической точки зрения.

Типы перепадных колодцев

По конструкции водоотводящие перепады можно разделить на следующие основные типы (см. рис.):

1. Перепады с водосливом практического профиля и водобойным колодцем в нижнем бьефе (рис., а).

2. Трубчатые перепады, которые бывают различной конструкции, но с обязательной вертикальной трубой (рис., б).

3. Перепады с отбойно-водосливной стенкой (рис., в).

4. Шахтные многоступенчатые перепады различных конструкций. Гашение падающей энергии происходит на каждой ступени (рис., г).

5. Быстротоки – короткие каналы с большим уклоном (рис., д).

Согласно СНиП 2.04.03-85, перепады высотой до 3 м на трубопроводах диаметром 600 мм и более принимают в виде водосливов практического профиля, а высотой до 6 м при диаметрах до 500 мм – принимают трубчатые перепады.

Основы расчета трубчатых перепадов

Размеры основных конструктивных элементов трубчатых перепадов, а именно – стояков и водобойных колодцев, определяются при их гидравлическом расчете (см. ниже рис.). Исходными данными к расчету являются расход стоков, отметки подводящей и отводящей труб, их наполнения и скорости течения.

В зависимости от величины расхода различают три основных типа движения жидкости в стояках перепадов: безнапорный (расчетный) – степень заполнения сечения стояка K < 1; напорный – полное заполнение стояка жидкостью по всей высоте (K = 1); переходный – K ≤ 1, причем K = 1 только в верхней части стояка.

При расчете сначала определяется диаметр стояка D. Для этого задаются отношением R_вх/D (здесь R_вх – радиус входной воронки) и рассчитывают параметр A по формуле:

.

Затем рассчитывают непосредственно диаметр стояка:

D = (AQ)^0,4,

где Q – расчетный расход в подводящем трубопроводе.

После этого рассчитывается средняя скорость на выходе из стояка v_ср:

,

где T₀ – высота перепада с учетом глубины потока и скоростного напора, φ – коэффициент скорости, который зависит от сопротивления:

,

здесь Σζ – суммарный коэффициент сопротивления (местного и по высоте стояка).

При плавном закруглении на входе Σζ примерно равен:

Σζ = λp/4R,

где λ – коэффициент сопротивления трению по длине стояка, который можно определить, например, исходя из формулы Павловского:

,

здесь n – коэффициент шероховатости, , p – высота трубчатого перепада, R – средний по высоте гидравлический радиус:

.

Так как λ в конечном счете тоже зависит от средней скорости v_ср, то коэффициент скорости φ рассчитывают методом последовательного приближения.

Для чугунных стояков диаметр принимается 200…1000 мм, для железобетонных – 1500…2000 мм.

Дальнейший расчет заключается в определении геометрических размеров водобойного колодца в основании перепада, который предназначен для гашения энергии падающей воды.