Глава 11

СООРУЖЕНИЯ НА ВОДООТВОДЯЩИХ СЕТЯХ

11.1. Смотровые колодцы, соединительные камеры и дождеприемники

Смотровым колодцем или камерой называют располагаемую над трубопроводами шахту круглой или прямоугольной в плане формы, внутри которой труба или коллектор заменены открытым лотком. В зависимости от назначения смотровые колодцы под­разделяют на линейные, поворотные, узловые и специальные. К специальным относятся контрольные, промывные, колодцы с гидрозатвором, колодцы-дождеприемники. Отдельную группу смотровых колодцев составляют перепадные колодцы.

Линейные смотровые колодцы устраивают на прямолинейных участках сетей. В зависимости от диаметра труб d, мм, расстоя­ния между линейными колодцами /, м, принимают равными: / = 35 при d = 150, /=50 при rf= 200...450, / = 75 при d = 500...600, /=100 при d = 700...900, /= 150 при d=1000...1400, /=200 при d= 1500...2000, / = 250...300 при d > 2000. При обосно­вании допускается увеличение расстоя­ний между колодцами на 15...20%. На глубоких загородных коллекторах большого диаметра при скоростях дви­жения не менее 1,5 м/с можно увели­чить расстояния между колодцами до 500 м.

Диаметры D рабочей части круг­лых линейных колодцев, м, зависят от диаметров d труб, мм, следующим об­разом: 1 — 150...200; 1,25 — 500...600; 1,5 — 800; 2—1000. При диаметрах трубопроводов свыше 1000 мм линей­ные колодцы, как правило, выполняют прямоугольными в плане.

Рис 11 1. Узловой колодец для уличиой сети диаметром до 400 мм-

/ — чугунный люк с крышкой, 2,3 — кольца регу лировочиое и опорное, 4,6 — железобетонные кольца диаметром соответственно 700 и 1000 мм, 5 — плита, 7—регулировочные блоки или кирпичные камни, 8 — основание, 9 — подготовка; 10 — скобы

Поворотные смотровые колодцы устанавливают в местах поворота трассы коллектора. Лоток поворотного колодца в отличие от лотка линейного колодца имеет в плане криволинейное очертание с минимальным радиусом искривления, равным 1,5 диаметра труб. Угол поворота должен быть не более 90°.

Внешняя кромка лотка поворотного колодца в зависимости от скорости течения сточных вод должна быть на 5... 15 см выше его внутренней кромки. Разновидностью поворотного колодца является ложноповоротный колодец, который служит для обо­значения мест поворота на напорных линиях, в связи с чем его глубина 0,6...0,8 м не зависну от глубины заложения труб.

Узловые колодцы (рис. 11.1) устанавливают в местах боко­вого присоединения к основной сети одной или двух дополни­тельных линий. Узел лотков с целью сокращения гидравлических потерь выполняют в виде плавных сопряженных кривых. Узло­вые колодцы на крупных коллекторах называют соединитель­ными камерами. Типовые решения узловых колодцев разрабо­таны для боковых присоединений диаметром до 500 мм при диа­метре основной линии до 1000 мм (табл. 11.1). При высотном сопряжении трубопроводов в узловом колодце по уровню жид­кости нижний по течению край лотка должен быть дополнитель­но опущен на 1.5...3 см во избежание подпора, вызываемого бо­ковыми присоединениями. При сопряжении трубопроводов по шелыгам дополнительного уклона не требуется.

Колодцы с гидрозатвором (рис. 11.2) применяют на про­изводственных водоотводящих сетях, когда сточные воды содер­жат легковоспламеняющиеся или взрывоопасные компоненты. Устройство такого колодца локализует возможное воспламене­ние или взрыв легковоспламеняющихся веществ, защищая соседние участки. В ряде случаев ко­лодцы данного типа целесообразно снабжать вентиляционным устройством, а тсжже дополнительными приспособлениями для удаления плавающих загрязнений и осадка.

Дождеприемники (рис. 11.3) служат для приема дождевых (талых) вод стекающих по лоткам, кюветам или мостовым, и отведения их в закрытую водоотводящую сеть. Дождеприемник — колодец, состоя­щий из съемной решетки, круглой или прямоугольной шахты и днища с лотком (иногда с осадочным при­ямком). Длина присоединения (вет­ки) от дождеприемника до коллекто­ра не более 25 м, минимальный диа­метр трубы 200 мм. При диаметре коллектора более 600 мм дождеприемные решетки (на одной вет­ке не более четырех решеток) можно присоединять без колодца при длине ветки не более 15 м и уклоне труб не менее 0,01.

Различают две основные схемы (рис. 11.4) расположения дождеприемников:

- в пониженных местах, где дождеприемная решетка прини­мает весь поверхностный поток;

- на транзитных уклонах, где дождеприемная решетка при­нимает часть поверхностного потока, а часть «проскакивает» мимо нее.

Эффект работы дождеприемной решетки значительно повы­шается, если она установлена на 3...5 см ниже примыкающей к ней поверхности мостовой. Рекомендуются следующие расстоя­ния между дождеприемниками в зависимости от продольных уклонов улиц: до 0,004 — 50 м, 0,004...0,006 — 60 м; 0,006... ...0,01—70 м; более 0,01—80 м. Глубина слоя воды ho, см, перед решеткой дождеприемника размером в плане 0,8X0,4 м и соответствующая ей пропускная способность q_y л/с, сле­дующие:

Следует, однако, учитывать что при q>100 л/с с учетом час­тичного засорения решетки возможен нестабильный режим ее работы (режим «захлебывания»), чего следует избегать.

11.2. Перепадные кододцы

Перепадные колодцы на водоотводящих сетях устраивают в следующих случаях:

- в местах бокового присоединения сетей к более глубоко заложенным коллекторам (рис. 11.5, а),

- на коллекторах, расположенных по крутым склонам мест­ности, когда скорости движения сточных вод близки к макси­мально допустимым (рис 115,6),

- при пересечении коллектора неглубокого заложения с под­земными сооружениями и коммуникациями (рис. 11.5, в),

- при затопленных .выпусках в последнем перед водоемом колодце (рис. 11 5, г)

Типы перепадных колодцев в зависимости от их конструк­тивных особенностей и условий применения:

- линейно-перепадные — на трубопроводах диаметром до 600 мм с высотой перепада до 0,5 и до 1,0 м на сетях дождевой канализации (основной сопрягающий элемент — прямолинейный лоток повышенного уклона),

- поворотно-перепадные — в аналогичных условиях (основ­ной сопрягающий элемент — поворотный, лоток повышенного уклона);

- со стояком из металлических труб и с коленом в нижней части (без водобойного приямка) — в зависимости от диаметра трубопровода; допустимы следующие значения перепадов:

- со стояком из асбестоцементных и железобетонных труб (при наличии водобойного приямка с металлической плитой в основании);

- для трубопроводов диаметром 300 ..500 мм — при перепаде до 6 м; диаметр стояка принимают не менее диаметра подводя­щего трубопровода, в колодцах над стояком необходимо преду­сматривать приемную воронку;

- с водобойной стенкой-отражателем и водобойным приям­ком (колодец шахтного типа малой высоты) —для трубопрово­дов диаметром 150...500 мм; высота перепада не должна превы­шать 6 м при диаметре трубопровода 150. .200 мм, 4 м при диа­метре 250...300 мм и 2 м при диаметре трубопровода 400...500 мм;

- с водобойными решетками — с одной решеткой из водо­бойных балок (плит) при перепаде 1.. 3 м, с двумя водобойными решетками при перепаде 3...4 м на сетях дождевой канализации;

- с водосливом практического профиля и сопряженным экранированием лотком —для трубопроводов ди­аметром 500...1600 мм при величине перепада до 3 м;

- со ступенчатыми перепадами — для тру­бопроводов и каналов диаметром свыше 1600 мм при перепаде свы­ше 3 м;

- шахтного типа с ярусными перегородка­ми-гасителями, спи­ральными водосливами и т. п. — при перепаде свыше 6 м и стеснен­ных условиях строи­тельства.

Типовые проекты перепадных колодцев рассмотренных моди­фикаций рассчитаны на перепад до 4 м при яак.:иьальном заглублении колодца 7 м. Во всех остальных случаях инструкции перепадных колодцев подлежат расчету и при­нимаются по индивидуальным проектам.

Колодцы с трубчатыми перепадами устраивают без водоносных приямков (рис. 11.6) и с водобойными приямками (рис. J.7.). В колодце над стояком обычно устраивают приемную воронку. Диаметр стояка должен быть не менее диаметра подходящего трубопровода, так как стояки часто засоряются. По­скольку с увеличением расхода обычно больше и диаметр стояка, для гашения кинетической энергии падающей струи при устройстве перепадов с водобойными приямками глубина последних; в зависимости от высоты перепада может быть принята от 0,75 до 2 диаметров стояка.

Перепадные колодцы данного типа обычно выполняют из сборного или монолитного железобетона, реже нз бетона и кирпича, круглыми илн прямоугольными в плане. Основные размеры типовых колодцев данного типа (рис. 11.7) представлены в табл. 11.2. ;

• Колодцы с водобойной стенкой-отражателем наиболее про- < сты по конструкции и при наличии водобойной подушки обеспе- ' чивают эффективное гашение избыточной энергии при диаметрах ⁴ подводящего коллектора не менее 500 мм в широком диапазоне перепадов. Колодцы данного типа обычно прямоугольные в плане. Водобойная стенка-отражатель делит объем шахты колодца на две части: водопропускную (мокрую) и эксплуатационную (сухую). Эксплуатационная часть оборудуется подвесными ско­бами, лестницами; в ней при необходимости могут быть установ­лены щитовые затворы (шиберы) для проводящего и отводя­щего трубопроводов.

Водобойную стенку-отражатель следует располагать в плане таким образом, чтобы ширина водопропускной шахты (расстоя­ние от выходного сечения

подводящего трубопровода) в среднем в 1,5 раза превышала глубину потока в подводящем коллекторе. При этих условиях исключается подпор в трубопроводе и обес­печивается равномерное растекание жидкости по всей ширине водобойной стенки-отражателя, что облегчает условия работы водобойного колодца. При

большой высоте перепада (свыше 4 м) и скорости потока в подводящем коллекторе свыше 1,5 м/с ширина потока жидкости, ударяющей в водобойную стенку-от­ражатель, обычно превышает ширину стенки и равномерность распределения расхода по ширине стекающего потока наруша­ется. В этом случае часть жидкости в нижней части водобойной стенки будет вытеснена на боковые поверхности шахты и падающий поток вместо плоской подковообразной формы примет пространственную П-образную форму.

Учитывая наличие в составе сточных вод механических и хи­мических компонентов, а также гидродинамическое воздействие потока, водобойную стенку-отражатель в мокрой части колодца и водобойный колодец целесообразно облицовывать металлом*' Если перепадной колодец данного типа применять с учетом из­ложенных выше рекомендаций, то глубина водобойного колодца из условия создания затопленного (надвинутого) гидравличе­ского прыжка не превышает 0,3 м.

Колодцы с водобойными решетками (рис. 11.8) обычно уст­раивают прямоугольной, реже круглой формы в плане. Водобой­ные решетки располагают ярусами на некотором расстоянии друг от друга. При высоте перепада до 3 м устраивают один ярус решеток, при высоте перепада свыше 3 м — два яруса одинако­вой высоты. При падении потока и раздроблении его на решетках происходят интенсивное гашение кинетической энергии, гашение остаточной энергии и сопряжение бьефов происходит в водобой­ном приямке.

Типовые проекты перепадных колодцев данного типа из сбор­ного железобетона разработаны для труб диаметром 500...1600 мм при высоте перепада до 4 м. Плиту основания водобойного колодца усиленно армируют. Перепадные колодцы данного типа следует применять в основном на дождевых сетях, когда в сточной воде отсутствуют крупные включения, способные засорять решетки.

Колодцы с водосливом практического профиля состоят из параболического водослива и водобойного колодца в его основа­нии Основная энергия потока гасится в результате затопления гидравлического прыжка. Криволинейный водослив и водобой­ный колодец следует выполнять из монолитного железобетона. Применение колодца данного типа практически не ограничено по диаметру сети, но не рекомендуется при перепаде свыше 3 м. При значительных перепадах следует устанавливать два или большее число перепадных колодцев данного типа. Перепадные колодцы с водосливом практического профиля получили широкое распространение. В ряде случаев такой колодец проектируют состоящим из двух параллельных рабочих секций. При выходе на ремонт каждая секция выключается из работы с помощью щитовых затворов, установленных в конце подводящих и начале отводящих трубопроводов.

Пример расчета перепадного колодца с водосливом практического профи­ля (рис 11.9) На пропуск расчетного расхода сточной воды q_max = 850 л/с (0,85 м³/с) принят перепад с водосливом практического профиля. Диаметры и уклоны подводящего и отводящего коллекторов равны d=1000 мм, i=0.0015 а абсолютные отметки их лотка у перепада соответственно 101,10 м и 98,10 м. Высота перепада Н= 3 м.

Требуется определить глубину водобойного колодца h, длину водобойной части l_в, общую длину L, а также очертания параболической поверхности водо­слива.

По расчетным таблицам (см Приложение 8) находим наполнение, глубину h

и скорость потока в коллекторе на подходе к перепаду и на выходе из него, h/d = 0,8; h = 0,8 м, v = 1,26 м/с

Определяем удельную энергию потока иа подходе к перепаду, от­несенную к отметке дна водобойно­го колодца, задавшись первона­чальной глубиной колодца hк = 0,4 м.

T’₀ = Н + h + h’_n = v²/(2g) = 3 + 0,8 + 0,4 + 1,26²/(2-9,8) = 4,28м (11 1)

Находим скорость потока в сжатом сечении водобойного ко­лодца

При высотах перепада до 3 м и выходе потока из круглой трубы в водосливной канал прямоугольного поперечного сечения φ = 0,9

Определяем глубину потока h_с в сжатом сечении и вторую сопряженную с ней глубину h" при надвинутом (затопленном) гидравлическом прыжке (прини­мая ширину В водосливного канала и ширину водобойного колодца равными диаметру d коллектора)

где β = 1,05 — коэффициент надвинутой струи

Поскольку первоначально принятая глубина водобойного колодца h’ прак­тически не отличается от вычисленной h_k расчет можно не повторять Предельное значение удельной энергии Tо, соответствующее критической форме сопряжения, при которой образуется затопленный прыжок, определяем по формуле

где qo — q/d — относительный расход, равный 0,85 м³/(с • м).

Так как T₀>T’₀, то прыжок будет затоплен, что способствует лучшим условиям работы колодца Длину водобойного колодца определяют следующим образом.

Слнвную поверхность водослива строят по координатам хну (рис. 119), при этом задаются величиной у, а по табл 11.3 определяют х с учетом l₀ = 3,29 м по формуле

Колодцы шахтного типа большой высоты устраивают при значительных перепадах (свыше 6 м) и расходах сточной жидко­сти в стесненных условиях строительства. Конструкция колодца включает следующие основные элементы: приемную часть, стояк (шахта) с многоступенчатыми перепадами и водобойный колодец в основании. Ступени в шахте располагают по высоте в шахмат­ном порядке. Жидкость в шахте может двигаться как в самотеч­ном, так и в напорном режимах На условия движения жидкости и режим работы колодца существенное влияние оказывает воз­дух, скапливающийся под ступенями. При самотечном режиме движения жидкости под ступенями давление воздуха меньше ат­мосферного, а при напорном режиме — значительно больше атмо­сферного. Повышение давления воздуха и его пульсации нару­шают режим течения жидкости и являются нежелательными для устойчивой работы всего сооружения. Расстояние между ступе­нями по высоте Z рекомендуется принимать равным (1...1,25) В при прямоугольном или (1...1,25)D при круглом сечении шахты (В-ширина прямоугольной шахты, D-диаметр круглой шахты), а площадь ступени - равной половине площади попе­речного сечения шахты.

Колодцы данного типа, хотя и конструктивно сложны, обеспе­чивают высокую степень гашения энергии падающей жидкости. Перепадной колодец выполняют из сборного или монолитного железобетона. Так как ступени колодца воспринимают основное силовое и кавитационное воздействие потока воды, к их устрой­ству должны предъявляться повышенные требования. Колодец данного типа проектируют обычно состоящим из трех отделений: эксплуатационного (сухого) и двух водопропускных (мокрых). Гидравлический расчет колодцев данного типа ввиду сложности целесообразно корректировать с учетом результатов эксперимен­тальных исследований на масштабных моделях этих сооружений

11.3. Дюкеры, переходы, эстакады

Дюкер представляет собой водопропускное сооружение на самотечной водоотводящей сети, устраиваемое при переходе че­рез различного рода препятствия (реки, овраги, строения, авто­мобильные и железные дороги), имеющие U-образный профиль и работающее полным сечением (наполнение h/d = 1; рис. 11.10). Дюкеры через водоемы выполняют не менее чем в две рабочие линии. Диаметр труб дюкера принимают не менее 150 мм. Если невозможно обеспечить скорость движения воды не ниже 1 м/с по каждой из линий, одна линия принимается рабочей, а другая остается резервной. Трубы применяют стальные с усиленной ан­тикоррозионной изоляцией. При устройстве дюкера под транс­портными магистралями его линии заключают в стальной или железобетонный кожух для защиты от динамического воздей­ствия при движении транспорта.

Дюкер укладывают по дну русла реки в траншее, разработка которой обычно ведется методом гидроразмыва. Угол наклона восходящей и нисходящей ветвей дюкера к горизонту а должен быть не более 20°. Глубина hi до верха трубы не менее 0,5 м, а в пределах фарватера на судоходных реках — не менее 1 м, желательна также защита от механических повреждений в виде каменной наброски. Устройство аварийного выпуска из верхней камеры дюкера должно быть согласовано с органами санитарно-экологического контроля и охраны водоема. Верхняя камера дюкера состоит из двух отделений: мокрого и сухого, — разде­ленных водонепроницаемой перегородкой. В пределах мокрого отделения самотечный трубопровод переходит в открытые лотки, в сухом отделении на линиях дюкера устанавливают задвижки. Нижнюю камеру устраивают в виде одного отделения, где трубо­проводы переходят в открытые лотки, в начале которых устанав­ливают щитовые затворы.

Гидравлический расчет дюкера заключается в определении потерь напора на трение по длине h_тр при пропуске расчетного расхода с учетом местных потерь напора h_м на разде­ление и слияние потоков во входной (верхней) и выходной (ниж­ней) камерах, а также на повороты Сумму указанных потерь напора ∆h, определяющую разность отметок лотков труб во вход­ной Z\ и выходной Z2 камерах, определяют по формуле

где i — потеря напора в трубах на 1 м длины, м, определяемая с помощью таблиц для гидравлического расчета напорных трубо­проводов (см. Приложение 5); / — длина дюкера, м; ς_M = ςi + ς2 + ς3 — коэффициент местных сопротивлений, равный сумме местных потерь на входе в трубу ς1, выход из нее ς2 и повороты ςз; v — скорость течения сточных вод в дюкере, м/с.

Коэффициент сл зависит от формы входа. Для трубы с острой входной кромкой ςi = 0,5, при закругленной кромке ςi = 0,2, при кромке со снятой фаской ς, = 0,3...0,35. Применяя эти зна­чения ςi, находим потери напора на входе:

Значения потерь напора на входе h1, мм, в зависимости от ско­рости потока v берут из табл. 11.4, при других скоростях и значе­ниях сл находят путем интерполяции.

Значение сопротивлений на выходе из дюкера hi может быть определено по формуле

где V1 — скорость движения воды в отводящем коллекторе, м/с.

Значения потерь напора на выход Аг, мм, в зависимости от разности скоростей v — v\ даны в табл. 11.5.

Для поворотов трассы, выполняемых с помощью типовых фа­сонных частей, в частности для отводов и колен, потери напора могут быть определены по формуле

где θ — угол поворота трубы, град.; ςз = 0,131 + 1,847(г/R)^0,5 — коэффициент местного сопротивления на поворот потока; r — радиус трубы; R — радиус закругления.

Значения сопротивления h3, мм, для различных диаметров труб даны в табл. 11.6.

Особые режимы работы. К особым режимам рабо­ты дюкера относятся аварийный (одна линия полностью отключе­на) и режим профилактической промывки, когда одна линия пропускает только часть расчетного расхода (при частично закрытой задвижке), а в другую поступает увеличенный промывочный рас­ход Гидравлический проверочный расчет дюкера на особые ре­жимы работы в целом аналогичен расчету в нормальном режиме. Для того чтобы определить величину ∆h в режиме промывки, вы­числяют ее значения для трубопровода с большим расходом и для трубопровода с частично закрытой задвижкой; в расчет при­нимается максимальное значение ∆h. Потери напора в задвиж­ках определяют по формуле

где g4 — коэффициент сопротивления задвижки, который может быть вычислен с помощью табл. 11.7

Переходы под железными и автомобильными дорогами применяют: для дорог, проходящих в глубоких выемках, — дю-керные, а в остальных случаях — самотечные. Переходы дюкер-ного типа под дорогами укладывают с теми же условиями расче­та, строительства и эксплуатации; что н дюкеры под реками. Переходы самотечного типа выполняют из стальных, чугунных или напорных железобетонных труб того же диаметра, что и под­водящий коллектор. Переходы под путями имеют следующие конструкции: стальная труба без футляра (кожуха); труба в мо­нолитном бетонном или железобетонном стуле; труба в футляре-кожухе; открытый лоток в галерее или тоннеле. Трубы в монолит­ном стуле под дорогами укладывают при мелком заложении и открытом способе производства работ. Переход в виде трубы в футляре прокладывают способом продавливания с помощью гид­равлических домкратов или горизонтальным бурением. В местах перехода трасса трубопровода должна быть прямолинейной и пересекать дороги под углом, близким к прямому.

Переходы трубопроводов через железные и автомобильные дороги I и II категории, а также через городские магистрали следует предусматривать в футлярах (коробках) или тоннелях. Заглубление трубопровода от подошвы рельса или покрытия ав­томобильной дороги зависит от способа производства работ. Так при открытом способе это расстояние не менее 1 м до верха тру­бы или футляра, тогда как при закрытом способе (продавлива-ния, прокол, горизонтальное бурение, щитовая проходка) — не менее 1,5 м до верха футляра. При устройстве переходов целесообразно предусматривать в верхнем и нижнем ближайших колодцах запорную арматуру, позволяющую отключать переход на профилактику или ремонт.

• Эстакады устраивают при пересечении глубоких оврагов или суходолов самотечными трубопроводами, отметки лотка ко­торых значительно превышают отметки дна пересекаемого пре­пятствия. Конструктивно эстакада представляет собой мост на высоких опорах, по которому проложен самотечный трубопровод из длинномерных металлических и железобетонных труб в утеп­ленном коробе — футляре. Короб утепляют шлаком, керамзитом, минеральной ватой. Эстакада по конструкции более проста, чем дюкер, и может одновременно использоваться как пешеход­ный мост. На трубопроводе вместо смотровых колодцев устраи­вают ревизии для прочистки труб, а перед эстакадой — аварий­ный выпуск, устройство которого согласовывают с санитарно-эпидемиологической службой. Напорные водоотводящие трубо­проводы, прокладываемые, как правило, в две линии, при пересе­чении рек и оврагов подвешивают в утепленных коробах к проле­там существующих мостов.

РАЗДЕЛ ЧЕТВЕРТЫЙ

НАСОСЫ И НАСОСНЫЕ СТАНЦИИ