Форми поперечного перерізу труб та каналів та їх гідравлічна характеристика

При проектуванні водовідвідних мереж поперечний переріз труб та колекторів приймається, виходячи з гідравлічних, технологічних та будівельних вимог. В системах водовідведення використовуються наступні форми попе­речного перерізу труб та каналів: кругла, напівкругла, шатрова, банкетна, яйцеподібна, еліптична, напівкругла з прямими вставками, яйцеподібна обернена, лоткова, п'ятикутна, прямокутна та трапецієподібна (рис4.1).

З гідравлічної точки зору найбільш вигідною вважається така форма попе­речного перерізу труби чи каналу, при якій забезпечується найбільша про­пускна здатність при однаковому похилі та площі поперечного перерізу. У такої форми поперечного перерізу гідравлічний радіус буде найбільшим, а змочений периметр найменшим. Оскільки найменше значення змоченого пери­метру має коло, то така форма найбільш вигідна. Порівняння пропускної здатності деяких форм поперечного перерізу колекторів наведено в додатку 3.

Труби круглого перерізу найбільш поширені тому, що вони простіші у виготовлені та експлуатації, індустріальні, міцні та гідравлічно вигідні. Ви­користання круглих труб дозволяє індустріалізувати будівництво водовідвід­них мереж. В заводських умовах виготовляються труби чи окремі елементи колектора певної довжини, а на будівельному майданчику виконується лише їх укладання та ущільнення і герметизація стикових з'єднань. Завдяки круглій формі, вони достатньо міцні, бо під дією зовнішніх навантажень стінки труб працюють переважно "на стиснення", а сили розпору менші, ніж в деяких ін­ших формах перерізу.

Колектори круглої форми є простішими в експлуатації тому, що для їх прочищення використовуються прості пристрої, такі як кулі, циліндри та диски.

Гідравлічний радіус труб круглої форми при повному та половинному на­повнені складає 0,25d а максимальне значення відповідає наповненню 0,813d і становить 0,304d. Відповідно, максимальна швидкість руху води при однаковому похилі буде спостерігатися при наповнені 0,813d. Максимальна пропускна здатність буде досягатися при наповненні 1d [6].

Колектори напівкруглої форми перерізу застосовуються на окремих ділянках мережі при перетині з підземними перешкодами, які обмежують повну висоту. Зверху напівкруглий лоток перекривається зйомними плитами. За гідравлічною характеристикою така форма близька до круглої.

Банкетна, яйцеподібна, еліптична та напівкругла з прямими вставками форми поперечного перерізу використовуються для відведення стічних вод з великими коливаннями витрат, переважно при загальносплавній системі водовідведення. В “суху ” погоду стічні води відводяться напівкруглим лотком меншого діаметра банкетної форми та нижньою частиною перерізу інших форм, а під час дощу вода рухається по всьому поперечному перерізу колектора. При однаковій ширині вулиці, яку займає колектор, банкетна форма має меншу, а форми д, г, ж, з – більшу пропускну здатність, ніж кругла.

Шатрову форму перерізу застосовують з метою зменшення товщини стінок на колекторах великого перетину. Вони, як і круглі колектори, мають сприятливу гідравлічну характеристику.

Зворотну яйцеподібну форму перерізу застосовують при перетині колектором залізниць та автодоріг, якими рухається важкий вантажний транспорт. За рахунок параболічної верхньої частини колектора зменшуються сили розпору.

Лоткову, п’ятикутну та прямокутну форми перерізу застосовують при відведені дощових вод. Відкриті канали трапецієвидної та прямокутної форм перерізу застосовують за межами міста та на території очисних споруд.

Колектори всіх форм поперечного перерізу можна умовно поділити на стиснуті та витягнуті. До колекторів витягнутої форми відносяться: яйцеподібні, еліптичні, напівкруглі з прямими вставками, яйцеподібні зворотні. Їх рекомендується використовувати при:

- відведенні стічних вод з великим коливанням витрат;

- підвищених тимчасових навантаженнях та великому тиску ґрунту;

- необхідності розробки траншей в умовах міської забудови.

Колектори стиснутих форм: лоткової, п’ятикутної, прямокутної та трапецієвидної – доцільно використовувати при невеликих коливаннях витрат та наповнень, що є характерним для виробничих стічних вод.