Расчет разделительной камеры

Разделительные камеры, устраиваемые на дождевой сети полураздельной системы водоотведения, аналогичны по конструкции ливнеспускам, которые имеются в общесплавной системе. Поэтому их иногда объединяют под общим названием – ливнесбросные камеры. По принципу работы разделительные камеры можно подразделить на следующие основные типы (рис. 4):

с водосливами различной конфигурации (прямолинейными, боковыми одно- и двухсторонними, криволинейными боковыми, кольцевыми и т.д.),

с различной дальностью отлета струи (типа донного слива, с вертикальной разделительной стенкой),

с сифонами, механическими устройствами и др.,

комбинированные.

1 – с прямолинейным водосливом, 2 – с разделительной стенкой, 3 – то же с отверстием

Рисунок 4 – Типы разделительных камер

Принцип работы разделительной камеры основан на изменении дальности полета струи при изменяющихся расходах. В начале дождя сток незначителен и вся вода поступает в лоток главного коллектора. По мере развития дождя расход увеличивается, сечение трубы заполняется полностью (возможная работа с подпором) и струя перелетает водосливную стенку и попадает в лоток ливнеотвода.

Диаметр подводящего коллектора D₁ (см. рис.) принимают по расчетному расходу дождевых вод q_r при полном заполнении. Диаметр отводящего трубопровода D₂ рассчитывается на пропуск предельного расхода q_lim, отводимого на очистку. Ливнеотвод диаметром D₃ должен обеспечить отведение разности расходов q_r - q_lim.

Основным уравнением для гидравлического расчета этого типа разделительных камер является зависимость

,

q_сбр – величина расхода, сбрасываемая через водослив (q_r - q_lim), м³/с;

m – коэффициент расхода водослива,

H – расчетный напор над гребнем водослива, м;

l – длина гребня.

Расчетный напор можно определить по формуле

,

h – глубина воды в подводящем коллекторе, м;

h_гр – высота гребня водослива, м.

Высоту гребня водослива следует принимать равной

,

h₂, V₂ – соответственно глубина, м, и скорость, м/с, потока в отводящей трубе;

ζ_вх – коэффициент сопротивления.

Для камер с прямолинейным боковым водосливом коэффициент расхода равен:

Для камер с криволинейным боковым водосливом коэффициент расхода принимается в зависимости от соотношения q_сбр / q_r.

 

Возможны разные конструктивные решения разделительных камер (рис. 5).

а-с водосливом прямолинейным боковым односторонним; б- то же, с двусторонним; в- то же, с криволинейным с одним поворотом; г-то же с полигональным торцевым; д - то же с кольцевым; е- то же с криволинейным боковым с двумя поворотами; ж- с донным сливом; з- с разделительной стенкой; и – с разделительной стенкой и отверстием в ней; 1- коллектор подводящий; 2 – то же, отводящий; 3 – сбрасывающий;4 – водосливной лоток; 5 – водопропускное отверстие; 6 – нижний бьеф; 7 – разделительная стенка

Рисунок 5 – Схемы разделительных камер различных конструкции

1 – труба дождевого коллектора; 2 – лоток верхнего бьефа; 3 – решетка; 4 – струя при расчетном расходе дождевой воды; 5 – струя при предельном расходе дождевых вод; 6 – водосливная стенка; 7 – лоток главного коллектора; 8 – лоток нижнего бьефа; 9 – ливнеотвод; 10 – труба главного коллектора

Рисунок 6. – Расчетная схема разделительной камеры

На рисунке 6 показана схема разделительной камеры. Дождевая вода попадает в прямоугольный лоток, ширина которого принимается равной диаметру дождевой сети, примыкающей к камере. В конце прямоугольного лотка перед перепадом устанавливается критическая глубина при расчетном расходе q_r, м

,

а при расходе от предельного дождя q_lim, м

Высота перепада, м

.

Высота водосливной стенки, м

,

d₂ – диаметр ливнеотвода, м;

h_вх – потеря напора при входе в трубу, м.

,

– коэффициент гидравлического сопротивления при входе в трубу, =0,5;

V – скорость течения воды в ливнеотводе, м/с.

Диаметр ливнеотвода d₂ принимается равным d₁.

Ширина донного отверстия, м

,

₁ – угол наклона струи к горизонту при расходе q_lim

.

Длина лотка в нижнем бьефе после водосливной стенки, м

,

e – расстояние от наружной образующей струи до стенки камеры, м (конструктивно e=0,3 м.);

=0,1 м – толщина водосливной стенки;

– угол наклона струи к горизонту при расходе q_lim, м³/с.

.

Общая длина разделительной камеры

,

s – расстояние от входа в камеру до перепада, м; рекомендуется принимать s=(4…5) h_{кд .}

Длина L должна быть более 1 м.

Общая ширина разделительной камеры, м

,

b ₁ –расстояние от края лотка до стенки камеры, м (конструктивно b₁ 0,25 м, B₀ 1м)

Для удобства работы в разделительной камере высота рабочей части должна быть не менее 1,8 м. Над рабочей частью устраивают горловину D =0,7 м, как в обычном колодце.

Отметка лотка в конце нижнего бьефа, м

,

Z – отметка лотка трубы при входе в камеру, м.

Глубина воды в лотке нижнего бьефа после падения струи, м

.

Глубина воды в ливнеотводе подбирается (5, приложение 8) при известных q, d₂ и i.

Для h_л h_н.б сопряжение производят по уровню воды, тогда отметка дна ливнеспуска в месте примыкания к камере, м.

,

 

Для случая h_л < h_нб

.

Для предупреждения затопляемости разделительной камеры отметка для ливнеотвода должна быть выше горизонта высоких вод в водоеме

,

l - длина ливнеотвода, м.

Отметка шелыги главного коллектора после разделительной камеры, м

/

Значения y можно принимать 0,1м.

 

Размещение водоотводящих сетей на плане, в поперечном и продольном профиле улиц

 

Водоотводящие сети различных систем в крупных городах при развитом подземном хозяйстве должны трассироваться с учетом других подземных сооружений. Кроме этого, также необходимо учитывать возможности размещения механизмов при строительно-монтажных работах.

Согласно требованиям СНиП трассировку бытовой водоотводящей сети ведут параллельно “красным” линиям застройки, при этом сеть по возможности прокладывают в зеленых или технических зонах, т.е. вне территории проезжей части. На проездах шириной 30 метров и более допускается прокладывать 2 нитки трубопроводов по разным сторонам проезда. Дождевую сеть, наоборот, трассируют по середине проезда.

Расстояние в плане от напорных водоотводящих сетей до обрезов фундаментов зданий, туннелей и т.д. не должно быть менее 5 метров, а для безнапорных – не менее 3 м. Минимальное расстояние от различных подземных сетей необходимо принимать по следующей таблице:

Таблица 11 – Минимальное расстояние между инженерными сетями

Сети	Водопровод	Канализация	Дренажи водостоки	Газопроводы с давлением, МПа	Кабели	Теплопроводы
< 0,05	0,05- 0,3	0,3-0,6	0.6-1,2	силовые	связи
Самотечная канализация	---	0,7	0,7		1,5			0,5
Напорная канализация	---	1,5	1,5	0,5	0,5
Дренажи и водостоки	1,5	0,7	0,7

 

Для водопровода расстояние до водоотводящей сети (напорной и самотечной) принимается при диаметре водопровода до 200 мм – 1,5 м, при диаметре более 200 мм – не менее 3 м.

 

При очень развитом подземном хозяйстве под магистральными проездами все инженерные сети, кроме газопроводов, прокладывают в общих коллекторах–туннелях.

 

Кроме трассировки в плане, водоотводящие сети необходимо зонировать и по глубине заложения. При подземной прокладке подземные сети должны быть уложены на наименьшей технически оправданной глубине. В плане сети желательно укладывать от оси застройки к оси проезжей части по возрастающей глубине.

 

Для внутридворовой водоотводящей сети минимальная глубина заложения определяется по двум условиям:

 

1. h’min = hпром – a,

 

где hпром – нормативная глубина промерзания грунта,

 

a = 0,3 м – для труб диаметром не более 500 мм,

 

a = 0,5 м – для труб больших диаметров.

 

2. h’’min = d + 0,7,

 

где d – диаметр трубы, м.

 

Наибольшую из этих двух величин принимают за минимальную глубину заложения внутридворовой сети

 

 

Продольный профиль коллектора (рис.9) устанавливает положение коллектора в вертикальной плоскости (т.е. высотное положение), отметки лотка и шелыги трубы (шелыга – верхняя часть трубы, лоток – нижняя часть), глубину заложения трубы и продольный уклон для каждого расчетного участка. Наименьшая глубина заложения принимается по местным условиям. Рекомендуется закладывать в начальных точках водосточной сети лоток коллектора при его диаметре до 500мм на 0,3м ниже наибольшей глубины промерзания грунта, а при диаметре коллектора более 500мм –на 0,5м. Нормальная глубина заложения водосточных коллекторов 2…3м, предельная (при открытом способе производства работ) – 5…6м. Во всех случаях от поверхности земли до верха трубы должно быть не менее 0,7м.

 

 

Рисунок 7 – Продольный профиль

3.1Размещение водоотводящих сетей на плане и в поперечном профиле улиц

 

Водоотводящие сети различных систем в крупных городах при развитом подземном хозяйстве должны трассироваться с учетом других подземных сооружений. Кроме этого, также необходимо учитывать возможности размещения механизмов при строительно-монтажных работах.

 

Согласно требованиям СНиП трассировку бытовой водоотводящей сети ведут параллельно “красным” линиям застройки, при этом сеть по возможности прокладывают в зеленых или технических зонах, т.е. вне территории проезжей части. На проездах шириной 30 метров и более допускается прокладывать 2 нитки трубопроводов по разным сторонам проезда. Дождевую сеть, наоборот, трассируют по середине проезда.

 

Расстояние в плане от напорных водоотводящих сетей до обрезов фундаментов зданий, туннелей и т.д. не должно быть менее 5 метров, а для безнапорных – не менее 3 м. Минимальное расстояние от различных подземных сетей необходимо принимать по следующей таблице:

Сети	Водопровод	Канализация	Дренажи водостоки	Газопроводы с давлением, МПа	Кабели	Теплопроводы
< 0,05	0,05-0,3	0,3-0,6	0.6-1,2	силовые	связи
Самотечная канализация	---	0,7	0,7		1,5			0,5
Напорная канализация	---	1,5	1,5	0,5	0,5
Дренажи и водостоки	1,5	0,7	0,7

 

Для водопровода расстояние до водоотводящей сети (напорной и самотечной) принимается при диаметре водопровода до 200 мм – 1,5 м, при диаметре более 200 мм – не менее 3 м.

 

При очень развитом подземном хозяйстве под магистральными проездами все инженерные сети, кроме газопроводов, прокладывают в общих коллекторах–туннелях.

 

Кроме трассировки в плане, водоотводящие сети необходимо зонировать и по глубине заложения. При подземной прокладке подземные сети должны быть уложены на наименьшей технически оправданной глубине. В плане сети желательно укладывать от оси застройки к оси проезжей части по возрастающей глубине.

 

Для внутридворовой водоотводящей сети минимальная глубина заложения определяется по двум условиям:

 

1. h’min = hпром – a,

 

где hпром – нормативная глубина промерзания грунта,

 

a = 0,3 м – для труб диаметром не более 500 мм,

 

a = 0,5 м – для труб больших диаметров.

 

2. h’’min = d + 0,7,

 

где d – диаметр трубы, м.

 

Наибольшую из этих двух величин принимают за минимальную глубину заложения внутридворовой сети

 

 

Сооружения на сети

Дождеприемники

Дождеприемники устанавливаются:

· в пониженных местах и в конце улиц с затяжными спусками;

· на перекрестках и у пешеходных переходов;

· на затяжных спусках – в промежуточных точках;

· при плоском рельефе местности – в пониженных местах лотков улиц;

· внутри кварталов, дворов и парков.

Расстояние между дождеприемниками при пилообразном продольном профиле лотков (уклоне улиц менее 0,004) назначается в зависимости от продольного уклона улиц и глубины воды в лотке (<0,06м) у дождеприемника. Расстояние между дождеприемниками при затяжном уклоне улиц не менее 0,004 устанавливается исходя из условия, что ширина потока перед решеткой не должна превышать 2м.

 

Таблица11 – Расстояние между дождеприемниками

Продольный уклон улицы	0,004	0,004-0,006	0,006-0,01	0,01-0,03	>0,03
Расстояние, м

 

Конструктивно дождеприемник представляет собой колодец, состоящий из съемной решетки, стакана и днища с лотком. Он бывает без осадочной части и с осадочной частью (рис. 8).

А – без осадочной части, Б – с осадочной частью; 1 – съемная решетка, 2 – днище с лотком, 3 – колодец, 4 – осадочная часть

Рисунок 8 – Дождеприемник

 

Дождеприемники с осадочной частью целесообразно применять при плоском рельефе местности и малоблагоустроенных территориях. Для нормальной эксплуатации такого колодца необходима регулярная его прочистка.

Дождеприемные колодцы обычно собирают из железобетонных колец диаметром 0,7 и 1 м. Глубина зависит от глубины промерзания грунтов и составляет от 910 до 2020 мм (по типовым проектам). В местах примыкания соединительной трубы к дождеприемнику пространство между стенками трубы и колодца заделывается просмоленной прядью и асбоцементным раствором с двух сторон. Допускается присоединение к дождеприемникам водосточных труб зданий и дренажных трубопроводов. Длина присоединения (ветки) от дождеприемника до коллектора должна быть не более 40 м. На одной ветке можно располагать 2–4 дождеприемника.

Кроме решеток, в дождеприемниках для стока воды могут устраиваться вертикальные отверстия в бордюрном камне.

Расчет дождеприемника заключается в подборе решетки по ее пропускной способности. Существуют ГОСТы на дождеприемные решетки, которые могут круглые диаметром 0,675 м и прямоугольные двух марок: ДБ (большая решетка) – 0,80x0,40 м и ДМ (малая) – размером 0,58x0,30 м.

Пропускная способность решеток зависит от схемы расположения их в уличном лотке. Различают два принципиально различных варианта размещения:

Установка решеток в пониженных местах. Дождеприемники в этом случае принимают весь объем сточных вод. Обычно эта схема применяется в городах с плоским рельефом.

Установка решеток на участках с продольным уклоном одного знака, т.е., например, на участке затяжного спуска или подъема. При этом в одном лотке располагается последовательно несколько решеток. Часть водного потока, которая проскакивает мимо первой решетки, улавливается следующими. По это схеме работает большая часть решеток в городах с пересеченным рельефом.

При установке решетки по первому варианту она не покрывается слоем воды и работает как водослив с широким порогом – вода переливается по периметру решетки. В этом случае пропускная способность определяется по формуле

,

l_реш – длина периметра решетки, м;

H – глубина воды в лотке, м.

При расположении решетки по второму варианту, когда она вся покрыта слоем воды, ее пропускная способность находиться по формуле истечения из отверстия

,

ω_реш – площадь отверстий в решетке, м.

При сравнении решеток рекомендуется выбирать решетку типа ДМ при плоском рельефе местности (і <0,005), а решетку ДБ – в городах с пересеченным рельефом.

Материалы труб

Выбор труб для строительства сетей определяется видом водоотводящей сети, геологическими и гидрогеологическими условиями, объемом стоков, качественным и количественным составом загрязнений.

Для дождевых и бытовых внешних безнапорных сетей чаще всего используют трубы асбестоцементные, бетонные, железобетонные, керамические и пластмассовые. Для напорных линий применяют стальные, чугунные, напорные железобетонные, асбестоцементные и пластмассовые трубы.

Для транспортирования агрессивных жидкостей (кислот, щелочей) рекомендуется использовать керамические и стеклянные трубы. При строительстве внутриквартальной сети в основном применяются асбестоцементные трубы. Для отведения поверхностного стока наиболее предпочтительны железобетонные трубы

Материалы, которые используются для изготовления труб, должны удовлетворять строительным, технологическим и экономическим требованиям.

Строительные требования заключаются в обеспечении прочности и долговечности конструкций и возможности индустриализации строительства.

Технологические – в обеспечении водонепроницаемости и максимальной пропускной способности труб, а также исключении их истирания и коррозии.

Экономические – в обеспечении минимальной стоимости строительства и расходовании минимального количества дефицитных материалов.

Изложенным требованиям удовлетворяют керамические, асбестоцементные, бетонные, железобетонные, пластмассовые трубы и коллекторы. Кроме них, для строительства водоотводящих сетей используют также стеклянные, деревянные, фанерные и др. трубы.

Так как большинство водоотводящих сетей являются самотечными, то для строительства применяют в основном безнапорные исполнения труб. Исключения составляют трубы для напорных ниток от насосных станций и дюкеров, которые могут выполняться также из стали или чугуна.

Трубы керамические канализационные выпускаются по ГОСТ 286–82 диаметром 150-600 мм и длиной 1-1,5 м. Для уменьшения шероховатости и водопроницаемости эти трубы покрывают глазурью. Керамические трубы используют в основном для загрязненных стоков, так как они дороже бетонных и асбестоцементных.

Достоинства – устойчивость к агрессивным средам и гладкость. Главным недостатком этого вида труб является их хрупкость, поэтому при транспортировании и укладке в траншею требуется соблюдать особую осторожность.

Трубы бетонные безнапорные изготовляются по ГОСТ 20054–82 диаметром 100–1000 мм и длиной 1, 1,5 и 2 м. В поперечном сечении они могут быть круглые или круглые с плоской подошвой. Кроме того, они бывают раструбные и фальцевые.

Достоинством труб является сравнительная дешевизна. К недостаткам относят большой вес и хрупкость при некачественном изготовлении.

Железобетонные безнапорные трубы изготовляются по ГОСТ 6482–88 диаметром 400–2400 мм и длиной от 2,5 до 5 м. Как и бетонные, эти трубы могут быть раструбные и фальцевые, круглые или с плоской подошвой. В зависимости от прочности трубы подразделяют на нормальной и повышенной прочности.

Важными достоинствами железобетонных труб является их высокая прочность, сохранение пропускной способности в течение всего периода эксплуатации, прогрессивные способы изготовления. Недостатки – сравнительно большой вес и возможность повреждения арматуры блуждающими токами.

Асбестоцементные трубы (безнапорные) изготовляются по ГОСТ 1839–80 диаметром 100–400 мм и длиной 2,95 и 3,95 м.

К преимуществам асбестоцементных труб относится их небольшая стоимость, небольшой вес и незначительная теплопроводность. Они легко распиливаются, не обрастают отложениями и имеют очень гладкую внутреннюю поверхность, но в то же время эти трубы очень хрупки и легко истираются песком, содержащимся в стоках.

Пластмассовые трубы изготавливают из различных материалов, например, из поливинилхлорида, полиэтилена и полипропилена, диаметром от нескольких сантиметров до 2400 мм. Например, двухслойные профилированные трубы из полиэтилена «КОРСИС» по ТУ 2248-001-73011750-2005.

К достоинствам этих труб относится долговечность, отсутствие коррозии, гладкость, малый вес. Недостаток – невысокая прочность (ниже, чем у железобетонных труб), плохо работают на высокую нагрузку (раздавливаются), не выдерживают повышения температуры, подвержены старению.

Трубопроводы больших диаметров (коллекторы) выполняются на месте из сборного железобетона. Их конструкция зависит от глубины заложения, способа производства работ и геологических условий строительства.