9279

3

4

ВВЕДЕНИЕ

Создание экономичных и надежных в эксплуатации инженерных сооружений на основе достижений современной науки и техники - одна из главных задач инженеров - строителей. В связи с этим при подготовке молодых специалистов наряду с изучением теоретических вопросов особое внимание необходимо уделять приобретению ими практических навыков, и области проектирования ответственных сооружений.

В условиях современного строительства и реконструкции систем водоснабжения особую актуальность приобретают вопросы их гидравлического расчета и использования последних достижений науки и практики в этой области. Вот почему авторы попытались дать сведения о практическом применении их в проектировании и эксплуатации систем водоподготовки. Данная работа составлена, в основном, на разработках и рекомендациях научноисследовательских и проектных организаций, приведенных в краткой форме в СНиП 2.04.02-84* «Водоснабжение и наружные сети и сооружения».

Изложен Современный методический материал и представлена методика расчета резервуаров, их устройство и правила технической эксплуатации. Для наиболее часто встречающихся в практике проектирования прямоугольных резервуаров приведен пример расчета и рекомендуемые компоновочные схемы.

Настоящие указания не исключают необходимости пользования нормативной и справочной литературой, а также типовыми проектами.

1.КЛАССИФИКАЦИЯ РЕЗЕРВУАРОВ ВОДЫ

Вкомплекс сооружений водоснабжения входят регулирующие и запасные емкости - резервуары различных типов для хранения и аккумулирования воды.

Резервуары подразделяются по назначению, вертикальной привязке, принципу работы, конструктивным особенностям и форме.

По назначению емкостные сооружения делятся на резервуары для хранения регулирующих, противопожарных, технологических и аварийных запасов воды, а также их сочетаний.

По вертикальной привязке резервуары проектируют подземными, полузаглубленными и наземными.

В зависимости от высотного расположения - напорными (активными) и безнапорными (пассивными), т.е. такими, из которых вода может поступать в систему лишь путем перекачки ее насосами.

Резервуары могут выполняться из сборного, монолитного и сборномонолитного железобетона. При строительстве резервуаров применяется как обычный, так и предварительно напряженный железобетон.

Форма резервуаров и габаритные размеры определяются технологическими и технико-экономическими расчетами. Железобетонные резервуары проектируют в основном цилиндрической или прямоугольной в плане формы.

5

2.НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ РЕЗЕРВУАРОВ

Режим работы системы водоснабжения в целом и отдельных её элементов и сооружений зависит от режима водопотребления.

Важную роль при проектировании станций водоподготовки играют резервуары чистой воды (РЧВ), предназначенные для увязки работы станции водоподготовки и насосной станции 2-го подъема, а также хранения объемов воды различного назначения. Кроме этого в условиях возрастающего экологического прессинга высока вероятность временного техногенного загрязнения водного источника. При достаточной емкости РЧВ на время пробега «пятна загрязнений» забор воды из реки может быть временно прекращен, при этом потребители обеспечиваются водой путем сработки резервуаров. Резервуары позволяют увеличить надежность, бесперебойность и безопасность водоснабжения населения питьевой водой.

В связи с тем, что при очистке воды используются сложные физикохимические процессы, а также из экономических соображений режим работы очистных сооружений и её элементов, расположенных в технологической цепочке водоснабжения объекта до них, принимают равномерным в течение суток. Расчетным для них является среднечасовой расход воды в сутки максимального водопотребления с учетом расходов воды на собственные нужды. Исключение составляют станции производительностью до 5000 м /сут, для которых допускается предусматривать работу в течение части суток [1].

Запасные, и регулирующие емкости должны обеспечивать оптимальный технологический режим сооружений по обработке и подаче воды от источника водоснабжения до водоводов, по которым вода подается потребителю.

Таким образом, режим работы РЧВ является производным от режима работы очистных сооружений и насосной станции второго подъема, который, в свою очередь, стремятся приблизить к режиму водопотребления.

3. КОНСТРУКЦИИ РЕЗЕРВУАРОВ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ, ИХ УСТРОЙСТВО

Наибольшее применение в отечественной практике проектирования получили железобетонные сооружения систем водоснабжения для хранения чистой воды и противопожарного водоснабжения.

В процессе проектирования таких сооружений особое внимание уделяется выбору конструктивных форм, геометрических параметров, основных строительных материалов, технологии изготовления и возведения конструкций.

Дальнейшее увеличение объемов строительства специальных инженерных сооружений ставит перед проектировщиками новые задачи, которые должны решаться с использованием достижений научно - технического прогресса. Так, в настоящее время в качестве материалов для возведения емкостных сооружений начали применять армоцемент и сталефибробетон. Опалубка для изготовления резервуаров из армоцемента не требуется. Изготовление та-

6

ких сооружений осуществляется сваркой арматурного каркаса заданной формы, натяжением на него тканевых сеток и нанесением мелкозернистого бетона. По сравнению с железобетонными армоцементные резервуары значительно легче и на их возведение требуется в 5 - 6 раз меньше бетона.

Впервые при строительстве емкостных сооружений сталефибробетон был применен в Санкт - Петербурге при изготовлении монолитного днища резервуара для хранения технической воды. Использование сталефибробетона в днищах резервуаров позволяет более чем на 30% снизить трудозатраты на строительство и сократить сроки возведения сооружений.

Для повышения водонепроницаемости резервуаров применяется предварительное напряжение несущих конструкций и напрягающий цемент. Использование для заделки стыков напрягающего цемента позволяет полностью отказаться oт навивки высокопрочной арматуры на круглые полносборные сооружения диаметром до 30 м. Стыки стеновых панелей, панелей с плитами днища и плит днища между собой в этом случае выполняются соединением арматуры с помощью петлевых выпусков, целиком исключающих сварку.

Впрактике строительства большая часть инженерных сооружений выполняется с использованием типовых железобетонных конструкций и изделий массового заводского изготовления.

Типизация сооружений водопровода и канализации была начата раньше других инженерных сооружений, так как емкостные сооружения хорошо поддаются унификации. Типовые железобетонные резервуары для воды емкостью от 50 до 1250 м3 были разработаны еще в 1931 году.

В1968 году институтом «Союзводоканалпроект» с участием ЦНИИпромзданий и НИИЖБ разработана серия 3.900-2 «Унифицированные сборные железобетонные конструкции водопроводных и канализационных емкостных сооружений», а в 1978 году - серия рабочих чертежей 3.900-3, в которой учтен опыт применения унифицированных конструктивных решений в практике проектирования и строительства типовых сооружений. Осуществленная унификация и типизация резервуаров значительно повысила эффективность их проектирования и возведения.

Унификация основных параметров габаритных схем позволила создать ограниченную номенклатуру сборных конструкций емкостных сооружений. Размеры прямоугольных и круглых в плане резервуаров приняты кратными 3 м, а по высоте - 0,6 м. При длине стороны и диаметре сооружений менее 9 м допускается принимать данные размеры кратными 1м. для круглых и 1,5 м - для прямоугольных резервуаров.

Врезервуарах сборного варианта применяют сборные железобетонные стеновые панели номинальной шириной 3 м, толщина их зависит от высоты резервуара и составляет 160-220 мм.

Стеновые панели и фундаменты под колонны типовых резервуаров принимаются по номенклатуре унифицированных сборных железобетонных изделий водопроводно-канализационных сооружений.

Объемы цилиндрических резервуаров для хранения воды также унифицированы.

7

В резервуар с целью его осмотра и ремонта можно попасть через люки, находящиеся в перекрытии. Монтаж их выполняется из железобетонных стеновых колец и плит перекрытия для колодцев.

При проектировании железобетонных резервуаров, используемых для хранения питьевой воды, необходимо предусматривать следующие мероприятия:

-вентиляцию резервуаров через специальные фильтры;

-гидроизоляцию покрытий, стен и днища резервуаров;

-обработку всех внутренних поверхностей сборных и монолитных бетонных и железобетонных конструкций до получения гладкой поверхности без раковин и пор. Для сборных элементов эта обработка должна осуществляться в заводских условиях;

-омоноличивание всех стыков сборных конструкций бетоном на расширяющемся цементе для повышения водонепроницаемости и герметичности резервуаров.

4.РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ РЕЗЕРВУАРОВ ЧИСТОЙ ВОДЫ

4.1.Определение требуемого объема резервуаров для питьевой воды, их подбор

Полный объем резервуаров чистой воды, расположенных на территории водоочистной станции, Wрчв, м3, должен включать кроме регулирующего объема Wp также запас воды на тушение пожаров Wп и запас воды на собственные нужды очистных сооружений Wф, т.е.

Wрчв= Wp +Wп +Wф

Регулирующий объем резервуаров питьевой воды определяют по совмещенным графикам работы станции водоподготовки и насосной станции 2-го подъема. Этот объем необходим для согласования (увязки) работающей в равномерном режиме очистной станции с работой в неравномерном режиме НС-2.

Определение величины Wp может быть выполнено в табличной форме или расчетом балансов поступления и отбора воды из РЧВ.

При совпадении графиков работы водоочистной станции и НС-2 регулирующий объем, м3, определяется на 0,5-1-часовую работу насосной станции

Wp=(0,5-1)хQн

где Qн - подача насосов 2-го подъема, м3/ч.

Если полные данные о режимах водопотребления и работе насосной станции второго подъема отсутствуют, регулирующий объем Wp, м3, в резервуарах чистой воды может быть определен по формуле:

WP = Q сут max[1- Кн+ (КЧ-1) (Кн/Кч) Кч/(Кч-1)],

8

где Q - расход воды в сутки максимального водопотребления, м3/сут; Кн - отношение максимальной часовой подачи воды в регулирующую

емкость при станциях водоподготовки к среднему часовому расходу в сутки максимального водопотребления;

КЧ - коэффицист часовой неравномерности отбора воды их регулирующей емкости, определяемый как отношение максимального часового отбора к среднему часовому расходу в сутки максимальною водопотребления.

Противопожарный объем определяют исходя из необходимости тушения расчетных пожаров в течение трех часов максимального водопотребления.

Непосредственно величину неприкосновенного противопожарного запаса без учета его пополнения во время пожаротушения определяют по зависимости

Wпож=3,6 х gпож х n х T

где gпож - расход воды на наружное пожаротушение в населенном пункте на один пожар, л/с;

n - расчетное количество одновременных пожаров; Т- продолжительность тушения пожара, ч

При определении пожарного объема воды в резервуарах допускается учитывать пополнение его во время тушения пожара, если подача воды в них осуществляется системами водоснабжения I и II категории.

В этом случае расчетный противопожарный объем воды в РЧВ, м3, с учетом равномерного поступления воды от очистных сооружений составит:

Wn=Wпож+Wmaх -Wос

где Wmax- объем воды, потребляемой из сети за три смежных часа наибольшего водопотребления на хозяйственно-питьевые и производственные нужды, м3, при этом расходы воды на прием душа, мытьё полов, мойку технологического оборудования и поливку территории в пределах промышленных предприятий не учитываются;

Woc- объем воды, поступившей в резервуары с очистных сооружений за трехчасовой период тушения пожаров, м3.

Запас воды на собственные нужды очистных сооружений Wф определяют в зависимости от технологии обработки воды, типа применяемых сооружений и др. При использовании на очистных сооружениях скорых фильтров запас воды в резервуарах должен приниматься на две промывки при промывке одного фильтра или на три промывки при одновременной промывке двух фильтров. Величину Wф определяют с учетом типа и площади фильтров, а также интенсивности и продолжительности их промывки.

При подаче воды на промывку фильтров из башни объем воды на собственные нужды в РЧВ предусматривать не следует.

Непосредственная подача воды на промывку контактных осветлителей из РЧВ не допускается.

9

Общее количество резервуаров чистой воды должно быть не менее двух. При отключении одного резервуара в остальных должно храниться не

менее 50% требуемого пожарного запаса воды.

В емкостях для питьевой воды должен быть обеспечен обмен воды в срок не более 48 ч. В начальный период эксплуатации (до достижения проектного развития системы), а также при аварийных ситуациях, этот срок может быть увеличен по согласованию с местными органами Госсанэпиднадзора.

Выбор марки резервуаров и их типоразмеры принимаются в соответствии с расчетным суммарным объемом воды по полезной емкости РЧВ.

Размеры, соответствующие расчетной емкости резервуаров, принимаются из типовых проектов.

Маркировка и основные параметры прямоугольных железобетонных резервуаров приведены в прил.1, рекомендуемые компоновочные схемы - в прил.2 настоящих указаний.

4.2. Оборудование резервуаров Резервуары чистой воды оборудуются:

-подводящим (подающим) трубопроводом;

-отводящим трубопроводом;

-переливным устройством;

-спускным (грязевым) трубопроводом;

-вентиляционным устройством с системой очистки воздуха;

-промывочной системой (переносной или стационарной);

-устройствами для автоматического измерения и сигнализации уровня воды в резервуаре;

-люками-лазами;

-ходовыми скобами или лестницами-стремянками.

Подводящий трубопровод при диаметре 100-400 мм вводится в резервуар через стену и представляет собой вертикальную трубу с водосливной воронкой диаметром равным 1,5-2 диаметрам трубы. При диаметре 500-1400 мм подводящий трубопровод вводится в резервуар через днище в вертикальную приемную камеру-успокоитель прямоугольного сечения.

В резервуарах питьевой воды для обеспечения постоянного режима работы фильтров, а также для сохранения запаса воды в резервуаре при аварии на линии подачи, верх воронки-диффузора или кромка приемной камеры расположены на 20 см ниже максимального уровня воды.

Отводящий трубопровод вмонтирован непосредственно в днище резервуара и представляет собой сварную конструкцию из стальной трубы с наклонным входным участком и косыми срезами деталей. Вход в отводящий трубопровод приподнят над днищем, оборудован сороудерживающей решеткой из стальных прутьев. Площадь входного эллипса в 1,5 раза больше площади поперечного сечения грубы. Все это обеспечивает оптимальные гидравлические условия отведения воды, исключает подсос воздуха и предохра-

10

няет насосы от засорения. Возможно устройство на отводящем трубопроводе воронки-конфузора.

Диаметры подводящих и отводящих трубопроводов определяют из условий, чтобы скорость движения воды в них была не более 1-1,2 м/с.

Равномерность обмена воды в резервуаре и предотвращение образования застойных зон обеспечивается соответствующим размещением подающего и отводящего трубопроводов, а в резервуарах емкостью 2600-20000 м3 устройством специальных продольных перегородок, направляющих поток воды от подачи к разбору.

Переливное устройство гарантирует резервуар от переполнения.

Для труб диаметром 100-400 мм переливное устройство выполнено в виде трубопровода, введенного в резервуар через стену, на конце вертикальной части которого находится водосливная воронка. В резервуарах питьевой воды на вертикальной части переливного устройства выполняется гидравлический затвор с высотой водяной пробки не менее 500 мм, исключающей контакт с окружающей атмосферой и поступление запахов из системы промканализации.

При диаметре 500-1000 мм переливной трубопровод вводится через днище. В этом случае переливное устройство представляет собой следующую конструкцию: сварная деталь из трубы, расположенная под днищем резервуара в обетонке и выполняющая функцию гидрозатвора, переливная камера из вертикально установленной раструбной железобетонной трубы диаметром

1000, 1500, 2000 мм.

Отметка верха переливного устройства - кромки воронки-конфузора, раструба камеры принимается на 10 см выше максимального уровня воды в резервуаре при автоматическом режиме контроля уровней или - на отметке максимального уровня воды в резервуаре при отсутствии режима автоматики. Удельный расход с 1п.м. кромки перелива принимают равным 0,05 м3/с, что соответствует слою воды 0,08 м.

Спускной (грязевой) трубопровод предназначен для спуска минимального объема воды после отключения насосов при опорожнении резервуара, а также для отвода грязевых вод при профилактической чистке резервуара.

Спускной трубопровод диаметром 100 - 200 мм расположен в приямке под днищем резервуара, обетонирован и имеет наклонный участок с выходом на уровне дна приямка. Сток грязевых вод к спускному трубопроводу обеспечивается набетонкой.

Все трубопроводы, кроме переливного оборудуют задвижками. Спускной и переливной трубопроводы присоединяются к системам канализации или открытой канаве с разрывом струи.

В резервуарах емкостью 50-2500 м3 смыв осадка осуществляется брандспойтом, шлаг которого спускается через люк-лаз. В резервуарах емкостью 2600-20000 м3 на днище вдоль перегородок монтируется стационарный промывочный трубопровод, присоединённый к технологическому трубопроводу площадки. Ввод водопровода расположен под днищем резервуара.