ВУЗ: Санкт-Петербургский государственный политехнический университет Кафедра технологии, организации и экономики строительства
Год публикации: 2003
Библиографическая ссылка:: Морозов В.И. Инженерные сети и оборудование. Водоснабжение населенного пункта: Учебно-методическое пособие. — СПб.: СПбГПУ, 2003. — 42 с.
Для того, чтобы оценить ресурс, необходимо авторизоваться.
Учебно-методическое пособие посвящено вопросам организации инженерных сетей и оборудования, водоснабжения населенного пункта. Подготовлено на кафедре технологии, организации и экономики строительства СПбГПУ.
ИНЖЕНЕРНЫЕ СЕТИ И ОБОРУДОВАНИЕ
1 Федеральное агентство по образованию Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ) В.Г. Степанец ИНЖЕНЕРНЫЕ СЕТИ И ОБОРУДОВАНИЕ Учебное пособие Омск Издательство СибАДИ 2005.
2 В.Г. Степанец ИНЖЕНЕРНЫЕ СЕТИ И ОБОРУДОВАНИЕ
4 Учебное издание Виктор Георгиевич Степанец ИНЖЕНЕРНЫЕ СЕТИ И ОБОРУДОВАНИЕ Учебное пособие * * * Редактор Т.И. Калинина * * * Компьютерный набор и верстку выполнили Р.В. Куцевал, Т.Г. Поплавская * * * Подписано к печати Формат 60х90 1/16. Бумага писчая Оперативный способ печати Гарнитура Таймс Усл. п.л. 7,25, уч.-изд. л.116 Тираж 300 экз. Заказ Цена договорная Издательство СибАДИ , Омск, ул. П.Некрасова, 10 Отпечатано в ПЦ издательства СибАДИ , Омск, ул. П.Некрасова, 10
7 УДК ББК С 79 Рецензенты: канд. техн. наук, доцент кафедры «Проектирование дорог» СибАДИ А.Г. Малофеев; генеральный директор ЗАО УМ-7 Л.М. Таршилов. Работа одобрена редакционно-издательским советом академии в качестве учебного пособия. Степанец В.Г. Инженерные сети и оборудование: Учебное пособие. Омск: Изд-во СибАДИ, с. Учебное пособие предназначено для студентов дневной и заочной форм обучения по специальности «Автомобильные дороги и аэродромы» направления Транспортное строительство. Пособие будет полезным для инженерно-технических работников отрасли. Табл. 12. Ил. 33. Библиогр.: 21 назв. ISВN В.Г. Степанец, 2005 Издательство СибАДИ,
8 ОГЛАВЛЕНИЕ Введение Инженерные сети. Общие понятия и размещение сетей Общие понятия об инженерных сетях Принципы размещения подземных инженерных сетей Способы прокладки инженерных сетей Водоснабжение Общие понятия о водоснабжении Источники водоснабжения Способы очистки воды Трубы и их соединения Канализация Системы канализации Нормы водоотведения. Расчетные расходы Перекачка сточных вод Методы очистки сточных вод Сооружения на канализационных сетях. Материал канализационных труб Теплоснабжение. Газоснабжение. Электрические сети Общие понятия о теплоснабжении Устройство тепловых сетей Газоснабжение Электрические сети Водоотлив и понижение уровня грунтовых вод при строительстве инженерных сетей Водоотлив Искусственное водопонижение Технология водопонижения Искусственное замораживание грунтов Химические методы закрепления грунтов Цементация Глинизация Битумизация Силикатизация Смолизация Нагнетание закрепляющих растворов (инъекционный процесс) Строительство коллекторов Классификация и конструкции коллекторов Технология строительства коллекторов Технология «Стена в грунте» Техника безопасности при строительстве инженерных сетей 68 3
9 8. Бестраншейные (закрытые) способы прокладки инженерных сетей Специальные способы прокладки (проходки) инженерных сетей Методы прокола Методы продавливания Метод горизонтального бурения Щитовой способ работ Конструкции и оборудование щитов Технология щитовой проходки Гидроизоляция подземных сооружений Производство работ при пересечении трубопроводами рек Общие сведения о способах производства работ Разработка подводных траншей Способы укладки трубопроводов под водой Укладка трубопроводов в зимних условиях Библиографический список Приложения
10 Введение Учебное пособие предназначено для вузов, готовящих инженеров по специальности «Автомобильные дороги и аэродромы» по дневной и заочной формам обучения. Структура и содержание учебного пособия отражают действующую программу по дисциплине «Инженерные сети и оборудование», по которой до настоящего времени нет единого учебника. Отдельные вопросы рассматриваются в учебниках [1, 2, 6]. Однако эти и другие учебники, выпущенные в 1972 г., 1974 г., 1987 г. в связи с введением СНиПов и ГОСТов более поздних изданий, требуют переработки в соответствии с этими документами. В учебном пособии рассматриваются классификация инженерных сетей, их назначение, виды и основные элементы. Приводятся общие правила размещения подземных инженерных сетей; способы и методы очистки питьевой воды и сточных вод; водоотвод и водопонижение; химические способы закрепления грунтов; технология строительства, монтажа инженерных сетей; открытые и закрытые способы строительства инженерных сетей; щитовая прокладка при строительстве тоннелей и коллекторов; строительство дюкеров в разное время года; техника безопасности и контроль качества при строительстве. В учебном пособии использованы основные положения, рассмотренные в ранее изданных учебниках, в которых затронуты вопросы, связанные с инженерными сетями, а также основные положения и требования СНиПов и ГОСТов последних лет. Замечания и предложения, касающиеся содержания учебного пособия, будут приняты автором с благодарностью. 5
11 1. ИНЖЕНЕРНЫЕ СЕТИ. ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ И РАЗМЕЩЕНИЕ СЕТЕЙ 1.1. Общие понятия об инженерных сетях Трубопроводы и кабели, прокладываемые в земле, носят общее название подземные инженерные сети или подземные коммуникации. Дисциплина «Инженерные сети и оборудование» может быть определена как наука о рациональном устройстве, размещении и строительстве инженерных сетей, служащих для обеспечения населенных мест и промышленных предприятий водой, различными видами энергии (теплом, газом, электричеством), а также для удаления ливневых, бытовых и промышленных стоков. Система инженерных сетей, большинство из которых относится к подземным коммуникациям, является составной частью инфраструктуры современного города и определяет уровень его развития и благоустройства. Протяженность инженерных сетей в крупных городах в несколько раз превышает суммарную протяженность улиц и дорог. Важным фактором улучшения жилищных и культурно-бытовых условий жизни населения города является достаточно развитая сеть инженерно-технических подземных коммуникаций. Таким образом, сеть инженерно-технических подземных коммуникаций предназначена для обеспечения жителей города и промышленных предприятий водой, электроэнергией, теплом, газом, связью, а также для отвода поверхностных и отработанных промышленных и фекальных вод. Прогрессивные принципы построения новой планировочной структуры города и его жилых территорий исходят из комплексного решения жилой застройки, системы культурно-бытового обслуживания, инженерного оборудования, транспорта, озеленения и благоустройства территории. Подземное хозяйство современных городов, а также промышленных предприятий имеет сложную систему. Всю совокупность подземных инженерных сетей можно разделить на три группы: трубопроводы, кабельные сети и коллекторы. Трубопроводы подразделяют на магистральные (транзитные), обслуживающие город или его отдельные районы; разводящие, обслуживающие микрорайоны и кварталы; внутриквартальные, обслуживающие отдельные дома. По функциональному назначению трубопроводы разделяют на общегородские (водопровод, канализация, теплопроводы, газопроводы, дренажи) и специальные промышленные (нефтепроводы, паропроводы, золопроводы и др.). 6
12 Кабельные сети электрические сети высокого (до нескольких десятков киловольт) и низкого напряжения, а также сети слабого тока телефонные, телеграфные, радиовещания, телевещания. Коллекторы подразделяют на три группы: коллекторы-трубопроводы трубы большого диаметра (больше 1,5 м) и тоннели, служащие для пропуска различных жидкостей, в основном канализационные и водосточные коллекторы; специальные коллекторы (каналы), в которых размещают один вид подземных инженерных сетей, чаще всего теплосеть или кабельные прокладки; общие или совмещенные коммуникационные коллекторы для совместной прокладки инженерных сетей различного назначения. Соотношение стоимости отдельных видов работ в общегородских затратах, % Таблица 1.1 Города Инженерные сети Дороги Транспорт Крупные Большие Средние Малые В настоящее время наблюдается дефицит в высококвалифицированных инженерных кадрах, хорошо разбирающихся в вопросах проектирования, строительства и эксплуатации инженерных сетей. Стоимость же строительства инженерных сетей составляет значительную долю в общегородских затратах (табл. 1.1) Принципы размещения подземных инженерных сетей Подземные инженерные сети размещают под улицей таким образом, чтобы их эксплуатация, ремонт и замена в аварийных ситуациях могли осуществляться в кратчайшие сроки и с меньшими затратами. Улицей называют часть территории города (в пределах красных линий), предназначенную для движения транспорта и пешеходов, оборудованную средствами регулирования движения, освещением, имеющую зеленую зону и др. Городской дорогой называют часть территории города, по которой осуществляется движение транспорта. 7
13 Улично-дорожная сеть городов крайне не однородная. В зависимости от размеров города, его планировки, объемов и интенсивности движения она может состоять из магистральных дорог скоростного или регулируемого движения, магистральных улиц общегородского или районного значения, улиц и дорог в научно-производственных, промышленных и коммунально-складских зонах, пешеходных улиц и дорог, парковых дорог, проездов и велосипедных дорожек. Сеть городских дорог постоянно развивается как в количественном, так и в качественном отношении. Подземные инженерные сети располагают под улицами, руководствуясь следующими принципами: 1. Размещать подземные сети следует на специальных зеленых технических полосах или газонах, которые могут служить и разделительными полосами. Недопустимо их размещать под проезжей частью улиц, а под тротуарами нежелательно (рис. 1.1, 1.2). а) б) Рис Размещение инженерных подземных сетей на улице: а в совмещенных траншеях и специальных коллекторах (каналах); б в совмещенных траншеях и общем коллекторе; 1 теплосеть; 2 водопровод; 3 дождевая канализация (водосток); 4 кабель освещения; 5 бытовая и производственная канализация; 6 газопровод; 7 телефонные кабели; А разделительная полоса; Б тротуар; В проезжая часть 8
14 а) б) Рис Схема расположения ливневой канализации на улице: а при двустороннем (дублированном) размещении; б при одностороннем водостоке; 1, 3 разделительные зеленые полосы; 2 тротуар; 4 проезжая часть; 5 водоприемный колодец; 6 водосточные ветки (последовательное присоединение водосточных веток); 7 то же, параллельное; 8 продольный водосток; 9 смотровой колодец 2. Для предотвращения просадок зданий и наземных сооружений СНиП регламентируются минимальные расстояния от них до подземных коммуникаций. В зависимости от вида и глубины заложения сетей это расстояние составляет от 2 до 15 м. 3. Все подземные инженерные сети прокладывают прямолинейно и параллельно оси улицы или линии застройки. 4. Все пересечения и ответвления прокладывают, как правило, под прямым углом к линии застройки. 5. Расстояние по горизонтали (в свету) от ближайших подземных инженерных сетей до зданий и сооружений следует принимать по прил. 1 от 0,4 до 10,8 м. 6. В зависимости от функционального назначения сетей регламентируется минимальная глубина их заложения (СНиП , СНиП , СНиП ), которая определяется: а) глубиной промерзания грунта (для водопровода, водостока, канализации, газопрово- 9
15 да влажного газа); б) сохранностью сетей от воздействия внешних нагрузок. Глубину заложения подземных сетей назначают с учетом их технологических особенностей, гидрогеологических условий и рельефа местности, а также способов производства работ (табл. 1.2). Максимальную глубину заложения имеют, как правило, подземные сети канализации (до 6-8 м), наименьшую глубину теплопроводы и кабели, укладываемые в каналы. Допускается также использование перекрытия канала в качестве тротуара. При раздельной прокладке глубина заложения подземных сетей должна быть меньше технически оправданной. 7. Приближение подземных инженерных сетей к зеленым насаждениям определяют с учетом предотвращения возможности повреждения зеленых насаждений от 1,5 до 2 м. 8. При ширине улиц более 60 м и соответствующем технико-экономическом обосновании следует предусматривать дублирование подземных сетей, т.е. их прокладку по обеим сторонам улицы. 9. На новых и реконструируемых магистральных улицах подземные инженерные сети следует прокладывать в общих коллекторах, которые значительно улучшают условия эксплуатации сетей и увеличивают их долговечность. Наименование инженерных подземных сетей Водопроводы Канализация Газопроводы Наименьшая глубина заложения инженерных сетей Наименьшая глубина заложения сетей от верха конструкции, м Таблица 1.2 Лоток трубопровода ниже глубины промерзания грунта на 0,5 м. Верх трубы должен быть заглублен более чем на 0,5 м от поверхности земли Не менее 0,7 м от верха трубы Глубина заложения лотка трубопровода должна приниматься для труб диаметром до 500 мм на 0,3 м; для труб диаметром >500 мм на 0,5 м менее глубины промерзания грунта При усовершенствованных покрытиях на 0,8 м; без покрытий 0,9 м Не менее 0,5 м до верха канала Теплопроводы в каналах Теплопроводы при бесканальной прокладке Не менее 0,7 м до верха изоляции трубы Кабели Не менее 0,7м Кабели (при пересечении проезжих частей) Не менее 1,0 м Общие коллекторы Не менее 0,5 м до верха коллектора 10
16 10. В прил. 1 указаны расстояния от подземных сетей до различных сооружений. Размещение газопроводов из неметаллических труб следует предусматривать согласно прил Расстояние по горизонтали (в свету) между соседними инженерными подземными сетями при их параллельном размещении следует принимать от 0,4 до 2,0 м (см. прил. 2), а на вводах инженерных сетей в зданиях сельских поселений не менее 0,5 м. Исходя из вышеизложенного инженерные сети следует прокладывать преимущественно по улицам и дорогам, для чего необходимо в поперечных профилях улиц и дорог предусматривать места для укладки сетей: на полосе между красной линией и линией застройки кабельные сети; под тротуарами тепловые сети или проходные коллекторы; на разделительных полосах водопровод, газопровод и хозяйственно-бытовую канализацию. Под центральными проезжими частями скоростной дороги (СД), общегородской магистрали (ГМ) и магистрали районного значения (РМ) прокладка подземных сетей категорически запрещена. При соответствующем обосновании может быть разрешена прокладка сетей под местными проездами и под проезжими частями РМ и улицы и дороги местного движения (УДМД). В этих случаях можно устраивать самотечные подземные сети водостоки, канализацию и дренажи. Удаление подземных сетей от кромки проезжей части должно учитывать призму обрушения грунта в траншеях подземной прокладки. При устройстве подземных сетей в зоне СД, ГМ, РМ, как правило, надо предусматривать дублирующие прокладки, чтобы избежать поперечных пересечений этих магистралей. В полосе отвода СД допускается прокладка сетей, только обслуживающих непосредственно СД. Прокладка подземных сетей в основном должна быть завершена до начала застройки района (в том числе и до постройки дорог). Необходимо стремиться к совмещенной прокладке сетей в одной траншее или коллекторе. Размещение раздельно прокладываемых сетей необходимо с учетом срока их службы и вероятностной частоты вскрытия. Размещение подземных сетей по отношению к зданиям, сооружениям, зеленым насаждениям и их взаимное расположение должно исключать возможность подмыва оснований фундаментов зданий и сооружений, повреждения близрасположенных сетей и зеленых насаждений, а также обеспечивать возможность ремонта сетей без затруднения для движения городского транспорта. Минимальная ширина прокладки для нормального размещения одного комплекта инженерных подземных сетей должна составлять не менее 8-12 м; при распределении комплекта по обеим сторонам улицы менее 6-12 м. 11
17 При пересечении подземных сетей между собой минимальное расстояние между ними в свету принимают от 15 до 40 см в зависимости от материала труб и назначения сетей Способы прокладки инженерных сетей Раздельная прокладка сетей до недавнего времени имела наиболее широкое распространение. При новом строительстве в больших объемах применение этого способа прокладки сетей нецелесообразно как в техническом, так и в экономическом отношении. Раздельная прокладка сетей требует большого разрыва между ними, а также увеличенных объемов земляных работ. Проведение работ различными организациями в несогласованные сроки на длительное время нарушает нормальное пешеходное и транспортное движение на улицах. Совмещенная прокладка подземных сетей в одной траншее снижает объемы земляных работ на %, а стоимость строительства на %. Прокладка сетей различного назначения в одной траншее, хотя и рациональнее раздельной прокладки, однако, соприкосновение трубопроводов с грунтом сокращает срок их службы, вызывает необходимость частого вскрытия дорожной одежды. В случаях, когда невозможно выполнение работ открытым способом, разработаны различные закрытые способы строительства инженерных сетей: прокол, продавливание, горизонтальное бурение, щитовая проходка и др. В настоящее время наиболее прогрессивным способом сооружения подземных сетей следует считать прокладку их в общих коллекторах. В них располагают линии водопровода, теплопровода, электрические кабели различного напряжения; прокладка газопроводов всех видов в общих коллекторах запрещена. Магистральные сети канализации имеют большие диаметры и требуют определенного уклона при прокладке, поэтому разместить их в общем коллекторе, как правило, не удается. Коллекторы оборудуют освещением, вентиляцией, сигнализацией и другими устройствами, обеспечивающими нормальную эксплуатацию проложенных в них сетей. В практике строительства нашли применение общие коллекторы самой разнообразной конструкции и формы поперечного сечения. Продольный профиль коллектора должен обеспечивать самотечный отвод аварийных грунтовых вод в пониженные точки, оборудованные средствами для удаления воды; для этого лотку коллектора придают уклон 2. Глубину заложения коллектора назначают из условий соблюдения температурного режима внутри него, а также несущей способности элементов, из которых он собирается. Внутренние габариты коллектора на- 12
18 значают из условий нормального размещения всех сетей с учетом минимально допустимого расстояния между ними. Высоту в свету принимают не менее 180 см, а ширину прохода не менее 80 см. 2. ВОДОСНАБЖЕНИЕ 2.1. Общие понятия о водоснабжении Вода в городах и населенных пунктах расходуется населением и промышленными предприятиями на хозяйственно-питьевые и производственные нужды. Кроме того, вода расходуется на тушение пожаров, поливку улиц, зелёных насаждений и пр. Система водоснабжения населённого места или промышленного предприятия представляет собой комплекс инженерных сооружений, предназначенных для забора и очистки воды, хранения её запасов и транспортирования воды к местам потребления. Для транспортирования воды служат водопроводные сети. Схема водопровода — это технически и экономически обоснованные проектные решения той или иной системы. В соответствии с видом водопотребления различают хозяйственнопитьевые, производственные и противопожарные системы раздельного водоснабжения. Кроме того, имеют место объединенные системы водоснабжения: хозяйственно-противопожарная, производственно-противопожарная, хозяйственно-производственно-противопожарная. Различают местные (для одного объекта), групповые (для нескольких объектов) и районные схемы водоснабжения. Районные схемы получили более широкое распространение. В большинстве населённых мест в настоящее время устраивают централизованные водопроводы. В этом случае снабжение всех потребителей организовано из одного или нескольких источников водоснабжения при одной общей или нескольких сетях. В комплекс сооружений централизованного наружного водоснабжения входят: — водозаборные сооружения; — насосные станции и напорно-регулирующие резервуары; — очистные сооружения; — транзитные и разводящие сети. В ряде систем водоснабжения устраивают только некоторые из перечисленных сооружений. Все источники водоснабжения подразделяют на две группы поверхностные (реки, озёра, водохранилища, моря) и подземные (грунтовые и ар- 13
19 тезианские воды). На рис. 2.1 рассмотрен пример двух вариантов схем водоснабжения населённого пункта. Рис Схемы водоснабжения населённого пункта: а с водозабором от поверхностного источника водоснабжения: 1 оголовок; 2 береговой колодец; 3 насосная станция первого подъёма; 4 очистные сооружения; 5 резервуары чистой воды; 6 насосные станции второго подъёма; 7 водоводы; 8 разводящая сеть; 9 водонапорная башня или напорный резервуар; б с забором грунтовых вод: 1 трубчатые или шахтные колодцы; 2 сборный резервуар; 3 насосные станции перекачки и хлорирования; 4 водоводы При заборе грунтовых вод, особенно артезианских, очистные сооружения обычно не устраивают, т.к. качество этих вод в большинстве случаев удовлетворяет требованиям стандарта. По способу подачи воды различают водопроводы с механической подачей (напорные), самотёчные и комбинированные. Производственные системы водоснабжения подразделяют на две группы прямоточные и оборотные. В первом случае подаваемая для технических целей вода или расходуется целиком, или в процессе производства сильно загрязняется и подлежит сбросу в канализацию. 14
20 Систему оборотного водоснабжения устраивают тогда, когда отработанная в процессе производства вода, охлаждённая или подвергнутая очистке, может повторно использоваться на предприятии. По надёжности подачи воды системы водоснабжения подразделяются на три категории: — I категория допускаемое снижение подачи воды не более 30 % расчётных расходов в течение до 3-х суток (крупнейшие предприятия металлургической, нефтеперерабатывающей и химической промышленности, электростанции и населённые пункты с числом жителей более чел.); — II категория допуск тот же, но в течение до одного месяца или перерыв в подаче воды до 5 часов (остальные крупные промышленные предприятия и населенные пункты с числом жителей до чел.); — III категория допуск тот же, но перерыв в подаче воды до одних суток (мелкие промышленные предприятия, системы орошения и населённые пункты с числом жителей до 500 чел.). Нормы и режимы водопотребления. Необходимые напоры в сети Нормой хозяйственно-питьевого водопотребления называется количество воды, отнесённое к одному человеку в единицу времени, обычно измеряемое в л/сут. Нормы водопотребления (табл.2.1) зависят от степени благоустройства жилья, климатических и других условий (прил. 3, 4, 5, 6). Расчетный суточный расход воды (средний за год), м 3 /сут, на хозяйственно-питьевые нужды в городе определяют по формуле Q ср. сут qж N, (2.1) 1000 где q ж норма водопотребления по СНиП ; N расчетное число жителей. Установлено, что человечество в день потребляет 7 млрд т воды. Но эта вода в большей степени потребляется промышленностью и сельским хозяйством. Так, для выплавки 1 т чугуна необходимо 200 т воды, для очистки 1 т нефти 18 т воды, для приготовления 1 м 3 бетона л. Запасы пресной воды на земле катастрофически уменьшаются и по прогнозам ЮНЕСКО к 2100 г. человечество будет испытывать водяной голод. Нормы хозяйственно-питьевого водоснабжения для населённых пунктов с учётом расходов воды на местную промышленность, коммунальные нужды, строительство и транспорт, поливку улиц и зелёных насаждений для городских и промышленных районов на 2004 г. определены в размере 600 л/сут. 15
21 Таблица 2.1 Нормы хозяйственно-питьевого водопотребления и значения коэффициента неравномерности расхода воды для населенных мест Степень благоустройства жилых районов Застройка зданиями, оборудованными внутренним водопроводом и канализацией: — без ванн — то же с газоснабжением — с ваннами и водонагревателями, работающими на твердом топливе — то же на газе — с системой горячего водоснабжения Застройка зданиями, не оборудованными водопроводом и канализацией, с водоиспользованием из водоразборных колонок Водопотребление в л/сут на одного жителя среднесуточнобольшего во- в сутки наи- (за год) допотребления Коэффициент часовой неравномерности 1,5 1,4 1,4 1,35 1,3 1,25 1,3 1,25 1,25 1,2 2 1,8 На промышленных предприятиях расход воды для удовлетворения производственных нужд определяется технологией производства. При определении сосредоточенных расходов воды в отдельных общественных зданиях принимают специальные нормативные расходы (так, в банях л на одного посетителя; на I кг сухого белья в прачечных л и т.п.). Противопожарные требования удовлетворяются следующим образом. Обычно в населённых пунктах устраивают систему хозяйственно-бытового водоснабжения, объединённую с противопожарной. Расчётный расход воды на наружное пожаротушение зависит от количества жителей и этажности застройки. Расчётное количество одновременных пожаров принимается от I (при числе жителей до 10 тыс. чел.) до 4 (при более тыс.чел.). При этом расход воды увеличивается с 10 л/с на один пожар до 100 л/с. Режим водопотребления в городах и рабочих посёлках неравномерен как в течение суток, так и в течение года. Так, в течение суток максимум водопотребности приходится на утренние часы с 8 до 12 часов, минимум с 24 до 5 часов утра. 16
22 Неравномерность водопотребления характеризуется коэффициентами неравномерности: суточным и часовым. Коэффициент суточной неравномерности равен: Qmax. сут К сут, (2.2) Q ср. сут где Q max сут суточный расход в дни наибольшего водопотребления; Q ср. сут средний суточный расход за год. Коэффициент часовой неравномерности определяется отношением Qmax. час Кчас, (2.3) Q ср. час где Q max.час максимальный часовой расход; Q ср.час средний часовой расход за сутки. Коэффициент суточной неравномерности изменяется от 1,1 до 1,3, а часовой от 1,2 до 3,0. В наружной водопроводной сети необходимо создавать свободный напор. Свободным напором называется превышение уровня воды в пьезометрической трубке, присоединённой к водопроводной сети, над поверхностью земли. Минимальные свободные напоры принимаются в зависимости от этажности застройки. При одноэтажной застройке эти напоры должны быть не менее 10 и 12 м. При большей этажности на каждый этаж нужно добавлять по 4 м. Свободный напор в сети производственного водопровода назначают в соответствии с требованиями технологии производства Источники водоснабжения Выбор источника хозяйственно-питьевого водоснабжения производится в соответствии с требованиями ГОСТ В первую очередь при этом следует рассматривать возможность использования подземных вод, т.к. в большинстве случаев вода из них может быть подана в сеть без предварительной очистки. Для производственного водоснабжения используют поверхностные источники. Предусматриваются специальные меры по охране источников водоснабжения от загрязнения. Согласно действующим положениям, зона санитарной охраны состоит из трех поясов: строгого режима, ограничений, наблюдений. 17
23 Пояс строгого режима охватывает территорию, где находится источник водоснабжения, и примыкающую территорию примерно на м вокруг (при открытом источнике водоснабжения). В этом поясе запрещено всякое строительство и проживание. В пределах пояса ограничений не допускается устройство свалок, спуск сточных вод и пр. Если источником водоснабжения служит река, то этот пояс включает территорию вверх по течению в пределах 50 км. В поясе наблюдений органы санитарного надзора ведут учёт и эпидемиологическое обследование источников водоснабжения. Забор воды Сооружения для забора воды отличаются большим разнообразием. При устройстве сооружений для водозабора из подземных источников необходимо учитывать характер потока грунтовых вод: напорный или безнапорный. Безнапорные потоки называют в том случае, если водоносный слой насыщен водой лишь частично, а напорным — при полном насыщении водоносного пласта. Если в пониженных точках напорного потока пробурить скважину, то вода начинает фонтанировать над поверхностью. В этом случае подземные воды называют артезианскими. Безнапорные потоки, приуроченные к почвенному слою, находящемуся на малой глубине от поверхности земли, иногда называют верховодкой. Эти воды обычно сильно загрязнены и в центральных системах водоснабжения не используются. Грунтовые воды, находящиеся на большой глубине, обычно бывают достаточно чистыми и могут без очистки подаваться в сеть. Сооружения для забора воды из поверхностных источников водоснабжения бывают озёрного, речного, водохранилищного и морского типа. На рис.2.2 показан пример водозабора самотёчного типа. Рис Схема забора воды из поверхностного источника водоснабжения: 1 оголовок; 2 не менее 2-х самотёчных линий; 3 береговой колодец; 4 всасывающие линии; 5 насосная станция Для предохранения самотёчных линий от заиливания их рассчитывают на скорость течения воды не менее 0,7-1,5 м/с. 18
24 Насосные станции разделяются на станции первого подъёма, второго подъёма и станции совмещённого типа. Насосные станции первого подъема в хозяйственно-питьевых системах водоснабжения обычно подают воду от водоприёмника на очистные сооружения (при поверхностных источниках). При подземных источниках они подают воду или в резервуары чистой воды, или непосредственно в сеть. В производственных источниках водоснабжения, где вода может быть использована без очистки, эти станции подают воду непосредственно в сеть. Станции второго подъёма подают воду потребителю после её очистки. Станции совмещенного типа выполняют функции станций первого и второго подъёма. Станции первого подъёма оборудуются насосами, развивающими напор порядка м, второго подъема м и выше Способы очистки воды Вода природных источников содержит нерастворённые вещества, коллоиды и растворённые вещества органического и минерального происхождения. Кроме того, в воде может содержаться различное количество микробов. В соответствии с требованиями ГОСТ Р , вода питьевая для хозяйственно-питьевых нужд контролируется по 15-ти показателям качества (мутность, цветность, щёлочность, привкусы, запахи и др.). Основные показатели качества питьевой воды (ГОСТ Р Вода питьевая) Запах и привкус Не более 2 баллов Активная реакция концентрация ионов водорода (РН). 6,5
25 К основным способам очистки хозяйственно-питьевых вод относятся осветление и обеззараживание. Осветление воды достигается: — коагулированием воды (посредством коагулянта сернокислого алюминия) с целью извлечения взвешенных веществ и веществ, находящихся в коллоидном состоянии; — отстаиванием в горизонтальных, вертикальных или радиальных отстойниках; — фильтрованием через пористый материал (медленные, скорые и сверхскорые фильтры). На второй стадии производится обеззараживание воды. На первом этапе из воды удаляется до % бактерий, остальные бактерии, среди которых могут быть болезнетворные, уничтожаются хлорированием или обработкой воды ультрафиолетовыми лучами Трубы и их соединения Водопроводная сеть состоит из труб и колодцев. В колодцах устанавливаются необходимые фасонные части и арматура различного назначения. Для устройства наружных водопроводных сетей обычно применяют чугунные, стальные и асбестоцементные трубы. В последние годы находят также применение трубы и из других материалов полиэтиленовые, бетонные, железобетонные, фанерные, стеклянные и др. Чугунные раструбные трубы получили большое распространение при подземных прокладках. Эти трубы и соединительные фасонные части к ним по действующему ГОСТ рассчитаны на нормальное давление не более 1,0 МПа и на повышенное не более 1,6 МПа. Их выпускают диаметром от 50 до 1000 мм и длиной от 2 до 5 м, причем большая длина соответствует большему диаметру. Для предохранения от ржавления трубы и фасонные части при их изготовлении асфальтируют в горячем состоянии. Чугунные трубы отличаются высокой прочностью, значительной противокоррозионной сопротивляемостью, простотой соединения и долговечностью. Стыки раструбных труб заделывают сначала просмоленной или битуминозной прядью, а затем асбестоцементом, цементом и серосплавом. Асбестоцементные стыки эластичнее цементных, в этом заключается их преимущество. В исключительных случаях (при авариях, особо агрессивных водах и пр.) для заделки стыков применяется свинец. Узлы на водопроводной сети монтируются при помощи фасонных частей, отливаемых из чугуна заводским способом. Применяют: тройники и 20
26 кресты (для ответвлений), колена и отводы (при изменении направления трубопровода), переходы (при изменении диаметра), патрубки (для перехода от раструбных соединений к фланцевым). Стальные трубы выдерживают большее внутреннее давление (свыше 10 МПа, ГОСТ и ГОСТ ) и имеют меньшую, чем чугунные, толщину стенки. Однако стальные трубы подвержены коррозии в большей степени, чем чугунные, поэтому укладывать их можно только с изоляцией. Трубы выпускаются диаметром от 20 до мм, толщина стенки от 3 до 14 мм. Для прокладки водопровода стальные трубы используют лишь в обоснованных случаях (как правило, при высоких давлениях в сети, под проездами с интенсивным движением, при пересечении водопроводных линий с другими трубопроводами и пр.). Соединяют стальные трубы главным образом сваркой стыков. Преимущество этого способа высокая прочность и герметичность. Для соединения различного рода арматуры (задвижек, клапанов и пр.) используют фланцевые соединения. Их размещают внутри камер и помещений, а также в местах, легкодоступных для ремонта и осмотра. Между соединительными поверхностями фланцев кладут прокладки из резины или промасленного картона. Для защиты от коррозии укладываемые в грунт стальные трубы покрывают изоляцией на основе нефтяного битума и резиновой крошки. Асбестоцементные трубы (ГОСТ ) имеют ряд преимуществ по сравнению с металлическими трубами: малый вес, гладкая внутренняя поверхность, лучшая стойкость против коррозии, диэлектричность. Однако им присущи существенные недостатки: малая сопротивляемость ударам и значительное понижение прочности при падении на твёрдое основание. Промышленностью выпускаются напорные трубы ВТ6, ВТ9, ВТ12 под давление соответственно 0,6; 0,9; 1,2 МПа, диаметром от 100 до 500 мм, длиной 3-4 м. Асбестоцементные трубы соединяются с помощью муфт двух типов: асбестоцементных с резиновыми уплотнителями или чугунных с болтовыми стяжками и резиновыми уплотнителями. Последнее соединение более герметично, но такие муфты не подлежат повторному использованию при ремонте трубопровода; этот тип соединения более дорогой. Наружные размеры асбестоцементных труб приняты аналогичными с чугунными трубами, поэтому допускается применение чугунных фасонных частей при устройстве водопровода. Железобетонные напорные трубы (ГОСТ ) также используются для сооружения водопроводных сетей. Они имеют внутренний диаметр от 500 до 1600 мм и длину 5 м. Соединение этих труб производит- 21
27 ся при помощи раструбов или надвижных муфт с резиновыми прокладками. Рассчитаны на давление 0,5; 1,0; 1,5; 2,0 МПа. Винипластовые и полиэтиленовые трубы нашли широкое применение в практике строительства водопроводных сетей за рубежом. Основные преимущества этих труб: малый вес, коррозионная стойкость, гладкая внутренняя поверхность, более высокая (по сравнению с асбестоцементными трубами) ударная прочность. Трубы напорные полиэтиленовые изготавливают из полиэтилена высокой и низкой плотности четырёх типов: Л лёгкий, СЛ среднелёгкий, С средний, Т тяжёлый под максимально допустимое давление воды соответственно 0,25; 0,4; 0,6; 1,0 МПа. Средний наружный диаметр полиэтиленовых труб от 10 до 630 мм, длина 6, 8, 10 и 12 м. Трубы из винипласта рассчитаны на давление 0,25; 0,6; 1,0 МПа. Выпускаются диаметром от 6 до 150 мм длиной 5, 6, 8, и 12 м. Полиэтиленовые и винипластовые трубы (ГОСТ ) и фасонные части могут соединяться с помощью раструбных, фланцевых и резьбовых соединений, а также сварки и склейки. Стеклянные напорные трубы выпускают диаметром от 20 до 122 мм под рабочее давление от 0,4 до 0,8 МПа длиной от 1 до 3 м. Основным недостатком этих труб является их хрупкость и слабое сопротивление удару и изгибу. Сетевая арматура. Водопроводные сети оборудуются следующей арматурой: запорной и регулирующей (задвижки и вентили); водоразборной (водопроводные краны, колонки и пожарные гидранты); предохранительной (предохранительные, обратные и редукционные клапаны, вантузы). Арматуру, как правило, устанавливают в колодцах. Задвижки применяют для отключения разводящих линий от магистральных и разделения сети на отдельные ремонтные участки, включающие не более пяти гидрантов. Водоразборные колонки применяют в тех случаях, когда внутренний водопровод в зданиях отсутствует. Расстояние между колонками принимают м. Пожарные краны для наружного пожаротушения бывают двух типов: подземные и наземные. В настоящее время наиболее распространены подземные пожарные гидранты диаметром 125 мм. Пожарные гидранты располагают вдоль дорог и проездов на расстоянии не более 100 м друг от друга, не ближе 5 м от стен зданий и не далее 2 м от дороги. Предохранительные клапаны и вантузы размещают в колодцах. Первые предотвращают повышение давления в трубах сверх допускаемого, вторые служат для выпуска воздуха, скапливающегося обычно в повышенных точках водопроводной сети. 22
28 В 1971г. ЦНИИЭП инженерного оборудования выпущен типовой проект «Водопроводные колодцы», включающий: круглые колодцы из сборного железобетона, кирпича и монолитного бетона для труб Д у = мм. Для железобетонных конструкций смотровых колодцев и камер применяют бетон, нормируемый по марочной прочности, морозостойкости и водонепроницаемости в зависимости от климатического района строительства и категории конструкций по условиям их работы под нагрузкой. Марка бетона по прочности от 200 до 400; по морозостойкости от М рз 50 до М рз 300; по водонепроницаемости от В4 до В8. Круглый железобетонный колодец собирается из шести унифицированных элементом конструкций: — кольцо стеновое: Д= мм, Н = мм (КС7-1 КС20-3); — кольцо стеновое с отверстиями для труб: Д = мм, Н = мм (КС10-2-1А КС20-3-1А) ; — плита днища: Д= мм (ПД ПД20-1-1); — кольцо опорное: Д н = 840 мм, Д вн =580 мм (КО7-1); — плита перекрытия: Д н = мм, Д вн = 700 мм (ПП ПП20-2-2); — плита дорожная с нишей для люка ПНЛ1-1. Внутренние размеры типовых прямоугольных колодцев в плане 1,5х2; 2х2; 2,5х2; 2,5х2,5. Высота рабочей части 0,9; 1,2; 1,5; 1,8. 23
29 3. КАНАЛИЗАЦИЯ 3.1. Системы канализации Централизованная канализация это комплекс инженерных сооружений, служащих для приёма и удаления сточных вод за пределы населённых мест и промышленных предприятий, а также для их обеззараживания. Сточные воды делят: — на бытовые (хозяйственно-фекальные) образуются в жилых, общественных, коммунальных и промышленных зданиях в результате жизнедеятельности людей; — производственные образуются в результате использования воды в различных технологических процессах производства; — дождевые образуются на поверхности уличной сети в основном при выпадении атмосферных осадков и таянии снега. Все сточные воды имеют ту или иную степень загрязнения. Наиболее загрязнены бытовые сточные воды. В зависимости от того, какие категории сточных вод отводит канализационная сеть, различают следующие системы канализации. Общесплавная система канализации это система, при которой по одной подземной сети труб и каналов отводятся сточные воды всех категорий за пределы населенных мест (рис. 3.1). Рис.3.1. Общесплавная система канализации: 1 коллектор; 2 главный коллектор; 3 камера ливнеспуска; 4 насосная станция; 5 очистные сооружения 24
30 Коллекторы общесплавной канализации имеют большие сечения, в результате чего их строительство требует больших единовременных капиталовложений. Раздельная система канализации может быть полной раздельной и неполной раздельной. При полной раздельной прокладывают две самостоятельные подземные сети труб и каналов, из которых одна служит для отведения бытовых и загрязнённых производственных сточных вод, а вторая для отвода дождевых и условно чистых производственных вод (рис.3.2). Первая сеть называется бытовой, а вторая дождевой или водосточной. Рис.3.2. Полная раздельная система канализации: 1 коллектор бытовой канализации; 2 главный коллектор бытовой канализации; 3 и 4 коллектор и главный коллектор дождевой канализации; 5 насосная станция; 6 очистные сооружения По бытовой сети сточные воды попадают на очистные сооружения, а по ливневой в ближайшие водные протоки. При полной раздельной системе бытовую сеть строят в первую очередь, причём диаметр труб обычно значительно меньше, чем дождевой сети (т.к. расчётный расход дождевых вод в раз больше, чем бытовых). Если при раздельной канализации устраивают только бытовую сеть, систему называют неполной раздельной. Полураздельная система предусматривает строительство двух сетей, по одной из которых отводятся бытовые сточные воды, загрязнённые производственные стоки и первые грязные потоки дождевых вод, а по второй 25
31 (ливневой) удаляются относительно чистые дождевые и условно чистые производственные сточные воды. Для разделения дождевых вод устраивают специальные камеры интерцепторы. Полураздельная система канализаций является наиболее совершенной в санитарном отношении. Однако камеры-интерцепторы не совершенны, а капиталовложения на одновременное строительство двух сетей велики; поэтому полураздельную систему канализации в настоящее время не проектируют. Наиболее распространена раздельная система канализации. Эта система удовлетворительна в санитарном отношении и считается более экономичной, т.к. в первую очередь строится бытовая сеть труб малого диаметра, а по мере благоустройства территории прокладывается дождевая сеть. До этого дождевые воды отводятся по лоткам и кюветам Нормы водоотведения. Расчетные расходы Для определения расходов в бытовой системе канализации нужно знать количество жителей, проживающих в интересуемом районе, норму водоотведения и режим поступления сточных вод в сеть. Нормы водоотведения для населённых мест принимают равными нормам водопотребления с учётом водопотребления специализированных предприятий (бани, прачечные и пр.), за исключением расходов воды производственными предприятиями и на поливку улиц (прил. 7). Как и водопотребление, водоотведение происходит неравномерно, т.е. при расчёте канализации используют коэффициенты суточной и часовой неравномерности (прил. 8). Установлено, что общий коэффициент неравномерности водоотведения в основном зависит от среднего расхода сточных вод; величина этого коэффициента изменяется от 3,0 (при среднем расходе до 5 л/с) до 1,15 (при л/с и более). Гидравлическому расчёту бытовой сети предшествует определение расчётных расходов по её отдельным участкам. Для этого вначале определяют удельный расход в л/с с каждого гектара канализируемой территории: g н Q, (3.1) где g норма водоотведения на одного жителя, л/сут; ρ н плотность населения (число жителей на 1 га). Плотность населения по жилым территориям приведена в прил. 9. Канализационную сеть рассчитывают на пропуск максимального секундного расхода сточных вод: 26
32 N q Q ж max К общ, (3.2) где N численность населения города; q ж норма водоотведения бытовых вод, принимается равной норме водопотребления; К общ общий коэффициент неравномерности водоотведения бытовых сточных вод. Затем территорию населённого места разбивают на площади стока и подсчитывают их площадь. Расчёт расхода на каждом участке равен собственному расходу плюс транзитный расход от вышележащего участка. Расчётный расход дождевых вод определяют по методу предельных интенсивностей с учётом площади стока, коэффициента стока, расчётной интенсивности дождя и периода однократного превышения расчётной интенсивности. Расчетный расход воды на участке канализационной сети определяется по формуле Q р = Q тр + Q доп + Q с, (3.3) где Q тр транзитный расход сточных вод, поступающий в расчетный участок сети из боковой сети; Q доп дополнительный расход, поступающий от зданий прилегающего квартала; Q с сосредоточенный расход от промышленного предприятия. Расчётные расходы производственной канализации полностью определяются технологией на данном предприятии. Максимальный секундный расход для производственных сточных вод Псм qпр а Qmax К ч, (3.4) Т 3600 где q пр норма водоотведения на единицу продукции, м 3 ; П см количество продукции в смену продолжительностью т ч; К ч коэффициент часовой неравномерности водоотведения производственных сточных вод Перекачка сточных вод Канализационную сеть обычно устраивают самотечной (безнапорной) и проектируют на неполное заполнение (от 0,6 диаметра до 0,8). Чтобы вода протекала с необходимой скоростью, сеть прокладывают с уклоном, (минимальные скорости от 0,7 до 1,5 м/с). При малых уклонах поверхности земли и большом протяжении сети коллекторы приходится заглублять, что значительно удорожает производство работ. Если сеть заглублена до экономически целесообразного предела, целесообразно устроить насосную станцию. Станции перекачки устраивают и в пониженных районах города. 27
33 Канализационные станции, служащие для перекачки сточных вод на очистные сооружения из заглублённых коллекторов, называются главными. Станции, служащие для подъёма воды из коллекторов глубокого заложения в коллекторы с меньшим заложением, называются станциями подкачки (перекачки). Наименьшую глубину заложения канализационных труб необходимо принимать на основании опыта эксплуатации сетей в данном районе. При отсутствии таких данных минимальную глубину заложения лотка трубопровода допускается принимать для труб диаметром до 500 мм на 0,3 м; для труб большего диаметра на 0,5 м менее наибольшей глубины проникновения в грунт нулевой температуры, но не менее 0,7 м до верха трубы. >0,7 м Поверхность земли Н пром Д>500 мм 0,5 мм 0,3 мм Д 0,7 + Д трубы. Начальную глубину заложения уличной сети определяют по формуле Н нач = Н + i (L+l) (Z 1 Z 2 ) + Δd; (3.5) где Н номинальная глубина заложения труб сети от поверхности земли до лотка трубы в наиболее удаленном колодце внутриквартальной сети; i уклон внутриквартальной сети; L+l длина внутриквартальной сети от наиболее удаленного колодца до места присоединения ее к уличной сети; Z 1, Z 2 отметки поверхности земли у наиболее удаленного колодца внутриквартальной сети и у места ее присоединения к уличной сети; Δd разница диаметров трубопроводов уличной и внутриквартальной сетей у места их присоединения. Наибольшая глубина заложения канализационных труб зависит от способа их прокладки. При открытом способе глубина заложения коллектора составляет м в сухих грунтах и 5-7 м в мокрых. При пересечении канализационных труб с водопроводными первые прокладывают ниже водопроводных с расстоянием не менее 0,4 м по вертикали. В противном случае водопровод заключается в кожух длиной не 28
34 менее 5 м, а в фильтрующих грунтах не менее 10 м в обе стороны (по горизонтали) от места их пересечения. Бытовую канализацию рассчитывают на частичное наполнение труб: Н/Д, где Н высота слоя воды в трубе, мм; Д диаметр трубы, мм. Расчетные наполнения в трубопроводах бытовой канализации рекомендуется принимать в зависимости от диаметра труб: Д, мм >900 Н/Д Минимальные диаметры трубопроводов сетей уличной канализации принимаются в зависимости от системы канализаций: Система Полная Хозяйственно- Дождевая канализаций раздельная бытовая Д, мм Расчетной скоростью называют скорость течения при расчетном расходе и наполнении. Минимальную скорость, при которой происходит самоочищение сети, назначают в зависимости от диаметра труб: Д, мм >1500 V, м/с 0,7 0,8 0,9 1 1,15 1,3 1,5 Наибольшую расчетную скорость движения сточных вод следует принимать 8 м/с для металлических труб и 4 м/с для неметаллических труб. Канализационные трубы прокладывают с уклоном. Наименьшим уклоном трубы называется уклон, обеспечивающий при расчетном наполнении трубы скорость самоочищения. Наименьшие уклоны бытовой канализации принимаются: Д, мм >250 i, 8 5 По расчету Ориентировочно i min = 1/Д, где Д диаметр трубы, мм. Все виды очистки сточных вод основаны на минерализации органических веществ в аэробных условиях (т.е. окисление при участии кислорода). Спуск сточных вод в поверхностные водоёмы регламентируется «Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами». В сточных водах нормируется содержание кислорода, величина рн, прозрачность, окраска, запах, содержание ядовитых веществ и пр. 29