Определение начальной глубины заложения уличного коллектора

Рис.7. Элементы поперечного сечения канализационного трубопровода

Относительно глубины промерзания лоток трубы должен быть не выше, чем 0,3м; для трубы диаметром 500 мм и более допускается величина 0,5м. Рекомендуется, чтобы до верха трубы глубина была не менее 0,7м; впрочем, эта величина должна обосновываться расчетом на прочность или, для пластмассовых труб – на величину деформации трубы.

Рис.8 К определению начальной глубины заложения

1- Выпуск из здания: 2-уличный городской колодец

На рисунке 8: Н_нач - глубина выпуска из здания, Н- глубина заложения уличного коллектора, Δd= D-d; z1,z2- отметки земли у здания и у коллектора.

Из рисунка следует: Н = Ннач + i*L + Δd - (z1-z2)

Конечно, величина уклона i в конкретных условиях может быть более 0,007 (7⁰⁰/₀), но глубина заложения Н не должна быть менее определенной в соответствии с рис.8.

12. Гидравлический расчет канализационных коллекторов

12.1 Особенности движения сточной жидкости в сети

В трубах должен обеспечиваться самотечный режим. Скорость движения воды должна быть такой, чтобы взвешенные в воде частицы выносились потоком из трубы, иначе будет происходить накопление осадка в трубах. Различают режимы движения воды:

- равномерный, при этом по длине сечение потока и его скорость не меняются;

- неравномерный, но установившийся, при котором сечение потока и скорость изменяются по длине, но не меняются во времени;

- неустановившийся- изменяющийся во времени.

При расчете канализационной сети, как правило, принимают, что в пределах одного участка режим равномерный. В действительности равномерность может нарушаться по ряду причин:

-расход воды изменяется во времени;

-меняется уклон трубы;

-могут возникать дополнительные сопротивления потоку из-за боковых присоединений или строительных дефектов.

Особенности свойств сточных вод в зависимости от их состава.

Плотность и вязкость сточных вод незначительно отличаются от чистой воды. Изменение плотности, как правило, не учитывается и принимается равной ρ=1000 кг/м³ Кинематическая вязкость сточной воды незначительно отличается от вязкости чистой воды с учетом содержания взвешенных веществ С_вз (мг/л) и температуры t (ºC).

νст =νв+2∙10∙Свз∕t м²/c,

где νв – вязкость чистой воды, νв = 1.79 ∙10 (1+0.0158t) м²/c.

12.2 Каналы для пропуска сточных вод.

Рис. 9. Формы каналов

1 - круглая, наиболее распространенная; 2 - полукруглая, применяется для промышленных сточных вод, которые могут давать отложения; верхняя плоская крышка-съемная; 3 - овоидальная, теоретически имеет очень хорошие гидравлические характеристики, но на практике в нижней части трубы скапливаются отложения; 4 – лотковая, применяется в дождевой канализации, при больших расходах сточных вод; 5 – проходные каналы большого сечения.

12.3 Гидравлические характеристики круглого сечения (рис.10)

h- наполнение абсолютное, м

h∕D – относительное наполнение

Рис.10.

Обозначим угол γ между вертикалью, опущенной из центра и радиусом к точке пересечения поверхности воды и трубы. Тогда площадь живого сечения, м²

ω=0,25٠D²·(γ-соsγ∙sinγ) (1)

Гидравлический радиус, м

R=0,25٠D٠(γ-соsγ∙sinγ)/γ. (2)

Наполнение, м

h=0,5٠D٠(1-соsγ). (3)

Расход Q= ω ٠V, м ³/с где V – скорость, м/с. (4)

Теоретически, с изменением наполнения расход воды и скорость изменяются в соответствии с уравнениями (1 -4) (рис.11)

Рис.11. Отношение скорости и расхода при неполном наполнении к скорости и расходу при полном напонении.

Приведены безразмерные величины расхода и скорости Q∕Q₀, и V/V₀, где Q₀ и V₀- расход и скорость при полном наполнении,

Собственно гидравлический расчет связывает между собой пять величин.

Для круглого сечения это: диаметр D, расход Q, относительное наполнение h∕D, скорость V и уклон i.

Как правило, требуется найти две из этих величин, если остальные известны (заданы). Условия эксплуатации предъявляют к этим величинам (за исключением Q) определенные требования.

1. Диаметр. Выпуски из зданий могут иметь D=100мм, дворовая и внутриквартирная сеть D=150…200мм, уличные коллекторы – не менее 200мм. На напорных линиях допускается диаметр 150мм. На дождевой канализации – не менее 250 мм для уличных коллекторов, и не менее 200мм, для внутриквартальных.

2. Наполнение. Для самотечных круглых каналов наполнение не должно превышать размеров указанных в таблице. Это обеспечивает вентиляцию сети и некоторый резерв пропускной способности. Дождевые коллекторы при расчетном расходе могут работать полным сечением. Естественно, полным сечением работают напорные трубопроводы.

Таблица

3. Скорость, Необходимо обеспечить такую скорость при максимальном (расчетном) расходе, при которой из трубы потоком будут выноситься взвешенные вещества, Нормы [ ] требуют соблюдения скоростей, указанных в табл.1 Такие скорости V называют самоочищающими (незаиливающими). Существуют различные эмпирические формулы для расчета таких скоростей. Для бытовых (городских) сточных вод

V = 1,57٠R

Или V = 1,42٠R , где n=4,5 + 0,5R

Формулы применимы для транспортирования потоком песка крупностью до 1мм (гидравлическая крупность U ≈0,001м/с)

При другой гидравлической крупности V_н=15,05٠U₀ ٠R^1/n , м/с.

Для частиц песка другого диаметра d гидравлическая крупность U₀= 1/(8,135/d+2,479) м/с (где d- в мм).

Например, для d=2,5 мм, диаметра 0,4 м и наполнения h/D=0,5

U₀= 1/(8,135/2,5+2,479)=0,177 м/с, R=0,1м; n=4,55;

Cамоочищающая скорость V = 15,05٠0,177 *0,1 = 1,61м/с

Зависимости, позволяющие рассчитывать незаиливающие скорости для открытых каналов приведены в справочнике [ ].

Максимально допустимая скорость – 4 м/с для неметаллических и 8м/с – для металлических труб; при расчете дождевой канализации – 7 и 10 м/с соответственно.

Скорость всегда связана с расходным уравнением неразрывности потока: V= Q/ω, где ω- площадь живого сечения.

Уклон. Для безнапорных самотечных потоков при равномерном движении воды, поверхность воды параллельна дну канала, т.е. пьезометрический уклон равен уклону трубы.

Величина уклона должна быть такой, чтобы скорость потока была не менее самоочищающей.

Если положить

В нормах [ ] предлагается определять уклон по формуле:

I= (n ٠ V )/ (R ) , (5)

где n - коэффициент шероховатости, принимаемый для самотечных коллекторов круглого сечения n=0,014, для напорных трубопроводов n= 0,013;

у= 2,5 - 0,13 – 0,75٠R ( - 1) – формула академика Н.Н. Павловского; этим же автором предлагается при R<1 м принимать у=1,5(n)^0,5; при n=0.014.

В международной практике нередко принимают постоянное значение у = 0,167; в этом случае получается так называемая формула Маннинга.

Формула (5) предполагает в трубопроводах квадратичный режим течения с развитой турбулентностью потока; переходной режим между ламинарным и турбулентным не учитывается. Кроме того, коэффициент шероховатости n безусловно должен зависеть от материала трубы и состояния внутренней поверхности; для различных труб n= 0,011 – 0,016 [ ].

В тех же нормах [ ] допускается определять уклон по формуле Дарси:

i = λV / (4R*2g), (6)

где коэффициент λ определяется из зависимости:

1/√λ = -2 lg٠ (Δ/(13,68R) + a /Re) (7)

в этом случае учитывается материал труб (табл.)

Таблица

Трубы	Δ,мм	a	nсредн
Бетонные и железобетонные	2,0		0,0141
Керамические	1,35		0,0135
Чугунные	1,0		0,0130
Стальные	0,8		0,0127
Асбестоцементные	0,6		0,0124
Полиэтиленовые [ ]	0,04		0,0099
Поливинилхлоридные [ ]	0,06		0,0100
Полипропиленовые [ ]	0,005		0,0117

Критерий Рейнольдса, входящий в формулу Re =V٠4٠R/ν (8) учитывает кинематическую вязкость ν, и, следовательно, температуру воды.

Проведенные сравнительные расчеты по формулам (5) и (6) позволяют определить ориентировочные значения коэффициента шероховатости n_средн, при котором формулы дают близкие значения гидравлического уклона при расчетном наполнении. Найденные значения приведены в табл..