Проектирование дождевой водоотводящей сети участка городской территории.

Требуется спроектировать дождевую водоотводящую сеть участка городской территории, план которого представлен на рис. 7.5.11. Длина стороны клетки равна 25 м. На плане показаны шесть кварталов, разделённых улицами и река, в которую предполагается сбрасывать сточные воды дождевой водоотводящей сети. На план нанесены горизонтали – линии равной высоты над уровнем моря: 96 м, 97 м, 98 м, 99 м.

Расчёт производится в соответствии с рекомендациями СНиП 2.04.03-85. «Канализация. Наружные сети и сооружения».

Намечаем трассу рассчитываемого водостока (синие линии). Уличный коллектор – труба, собирающая воду с дождеприёмников. Уличные коллекторы проектируются прямолинейными, параллельно красным линиям застройки и располагаются, по возможности по середине проезжей части.

Намеченную трассу разбиваем на расчётные участки и наносим на ней дождеприёмники. Под расчётным участком сети подразумевают отрезок его в пределах кварталов (между поперечными улицами). На плане видим магистральные участки 1-2, 2-3, 3-4, 4-5. К узлам 2, 3 и 4 подходят расчётные участки с боковых улиц.

Дождеприёмники, изображённые на плане в виде маленьких прямоугольников, надлежит предусматривать в лотках проезжей части улиц, а также в пониженных местах и до пешеходных переходов. Расстояние l между дождеприёмниками зависит от уклона земли i [5]. При i < 0,004 l = 50 м, при i < 0,004…0,006 l = 60 м, при i < 0,006…0,01 l = 70 м.

Уклон земли боковых участков i _земли < 0,004. Уклон земли участков 1-2 и 2-3 i _земли = 0,005. В соответствии с рекомендациями для всех этих участков принимаем расстояние между дождеприёмниками l _con = 50 м.

Уклон земли участка 3-4 i _земли = 0,008. В соответствии с рекомендациями для этого участка принимаем расстояние между дождеприёмниками l _con = 200/3 = 66,7 м.

Первый дождеприёмник и первая точка сети от вышележащей границы квартала устраивается на расстоянии, равном расстоянию между дождеприёмниками.

Разбиваем кварталы на площади стока, тяготеющие к каждому участку сети. Границы площадей стока показаны красными отрезками. Для определения площади стока проводят биссектрисы углов (между осями улиц) до их взаимного пересечения и соединяют прямой линией образующиеся вершины треугольников.

Уклон местности на плане рис. 7.5.11 не превышает 0,01. Если уклон местности превышает 0,02, разбивка территории на бассейны, как это видно на рис. 7.5.12, значительно усложняется.

 

Рис. 7.5.11. Разбиение участка городской территории на площади стока.

 

Рис. 7.5.12. Разбиение участка городской территории со сложным рельефом на площади стока.

 

На рис. 7.5.13 а показана площадь, прилегающая к участку 1-2, на рис. 7.5.13 б – площадь, примыкающая к участку 2-3 и площади боковых подключений к этому участку, на рис. 7.5.13 в – площадь, примыкающая к участку 3-4 и площади боковых подключений к этому участку, на рис. 7.5.13 г – площадь боковых подключений к участку 4-5. В табл. 7.5.1 приведены результаты расчёта площадей стока.

 

а б

 

в г

Рис. 7.5.12. Площади стока, прилегающие к участкам сети ливневой канализации.

Таблица 7.5.1. Площади стока.

№ участка	Прилегающая к участку площадь стока	Площадь стока боковых подключений	Общая площадь стока, га
обозначение	га	обозначение	га
1-2	1 а, 2 а	3,06	–		3,06
2-3	3 а, 4 б	2,00	1 б, 3 б, 2 б, 4 а	13,82	3,06 + 2 + 13,82 = 18,88
3-4	5 а, 6 б	2,00	3 в, 5 б, 4 в, 6 а	11,00	18,88 + 2 + 11 = 31,88
4-5	–		5 б, 6 в	7,12	31,88 + 7,12 = 39,00

 

По карте рис. 7.5.7 (СНиП 2.04.03-85, черт. 1) для Донецка интенсивность дождя продолжительностью 20 мин с вероятным периодом превышения один раз в год 88 л/с/га.

Из табл. 7.5.2 (СНиП 2.04.03-85, табл. 5) при средних условиях расположения коллекторов на проездах местного значения и 88 л/с/га период однократного превышения расчётной интенсивности дождя P = 0,5…1 год. Принимаем P = 1 год.

Таблица 7.5.2. Период однократного превышения расчётной интенсивности дождя.

Условия расположения коллекторов	Период однократного превышения расчётной интенсивности дождя P, годы, для населённых пунктов при значениях
на проездах местного значения	на магистральных улицах	до 60	св. 60 до 80	св. 80 до 120
Благоприятные и средние	Благоприятные	0,33-0,5	0,33-1	0,5-1
Неблагоприятные	Средние	0,5-1	1-1,5	1-2
Особо неблагоприятные	Неблагоприятные	2-3	2-3	3-5

 

Из табл. 7.5.3 (СНиП 2.04.03-85, табл. 4) для востока Украины при P = 1 год показатель степени n = 0,67, среднее количество дождей за год m _r = 60, показатель степени γ = 1,82.

Параметр расчётной продолжительности дождя (СНиП 2.04.03-85, п. 2.12)

655 л/с/га =

= 0,0655 мм/с = 3,93 мм/мин.

По табл. 7.5.3 (СНиП 2.04.03-85, табл. 10) при А = 655 л/с/га среднее значение коэффициента стока для водонепроницаемых поверхностей (кровли зданий и асфальтобетонное покрытие дорог) z _mid = 0,27.

 

Таблица 7.5.3. Коэффициент, характеризующий поверхность бассейна стока.

Параметр A	Коэффициент z для водонепроницаемых поверхностей
	0,28 0,27

 

Время поверхностной концентрации дождевого стока в населённых пунктах (по грунту, по крышам, по дорожному покрытию) при отсутствии внутриквартальных закрытых дождевых сетей (СНиП 2.04.03-85, п. 2.16) принимается равным 5…10 мин. Примем t _con = 5 мин.

Начальные дождеприёмники участков устанавливаем на расстоянии 25 м от границ кварталов. Тогда длина бокового участка l _can = 325 – 25 = 300 м.

Продолжительность протекания дождевых вод по уличным лоткам до дождеприёмника t _can рассчитывается только при отсутствии дождеприёмников в пределах квартала (СНиП 2.04.03-85, п. 2.15).

С учётом СНиП 2.04.03-85, п. 2.34, расчётную скорость течения по лоткам и трубам, обеспечивающую незаиливание канализационных сетей, примем равной v _can = v _р = 1,0 м/с.

Для участка 1-2 и для боковых участков время протекания к началу участка складывается из времени поверхностной концентрации и времени протекания по уличному лотку к первому дождеприёмнику (СНиП 2.04.03-85, п. 2.15 и 2.16):

5,5 мин.

Расчётная продолжительность протекания дождевых вод по поверхности и трубам боковых участков (СНиП 2.04.03-85, п. 2.15 и 2.16)

10,6 мин.

Расчётная продолжительность протекания дождевых вод по поверхности и трубам участка 1-2 (СНиП 2.04.03-85, п. 2.15 и 2.16)

8,1 мин.

Расход дождевых вод (в л/с)

.

Согласно табл. 7.5.4 (СНиП 2.04.03-85, табл. 11) при n = 0,67 коэффициент, учитывающий заполнение свободной ёмкости сети в момент возникновения напорного режима, β = 0,665.

 

Таблица 7.5.4. Коэффициент β в формуле расчётного расхода дождевых вод.

Показатель степени n	≤ 0,4	0,5	0,6	≥ 0,7
Значение коэффициента β	0,8	0,75	0,7	0,65

 

Расчётный расход дождевых вод для гидравлического расчёта дождевых сетей (СНиП 2.04.03-85, п. 2.11) , л/с.

Согласно СНиП 2.04.03-85 (п. 4.30) принимаем ширину потока в лотке перед решёткой (ширину разлива) b = 2 м.

На рис. 7.5.14 показаны типы открытых дождевых сетей: а – борт-лоток бетонный треугольный, б – то же армированный прямоугольный, в – то же армированный трапецеидальный, г – кювет мощённый или одернованный. Выбираем борт-лоток бетонный треугольный как более дешёвый, более удобный в эксплуатации.

Рис. 7.5.14. Типы открытых дождевых сетей: а – борт-лоток бетонный треугольный, б – то же армированный прямоугольный, в – то же армированный трапецеидальный, г – кювет мощённый или одернованный.

Согласно СНиП 2.04.03-85 (п. 2.42) наименьший уклон лотков проезжей части i _min = 0,003. Поскольку уклон земли вдоль лотка на боковых участках меньше этой величины, применяем лоток с пилообразным продольным профилем, продольный разрез которого показан на рис. 7.5.15. Здесь 1 – поверхность дорожного покрытия; 2 – дно лотка; 3 – дождеприёмник; 4 – металлическая решетка; 5 – перепускная труба к коллектору.

 

Рис. 7.5.15. Продольный разрез лотка с пилообразным продольным профилем.

 

Площадь стока до дождеприёмника, установленного в начале участка 1, (ширина квартала 150 м плюс половина ширины улицы 25 м, помноженные на расстояние 25 м от границы квартала до первого дождеприёмника) F = (1,50 + 0,25)·0,25 = 0,44 га.

Расход дождевых вод через лоток до первого дождеприёмника участка 1

85,7 л/с.

При минимальном уклоне лотка i = 0,003 и глубине лотка у дождеприёмника h = il = 0,003·25 = 0,075 м отметка дождеприёмника будет ниже отметки земли на величину, равную глубине лотка у дождеприёмника h = il = 0,003·25 = 0,075 м.

Площадь сечения потока в лотке ω = hb/ 2 = 0,075·2/2 = 0,075 м². Смоченный периметр χ ≈ b + h = 2 + 0,075 = 2,08 м. Гидравлический радиус R = ω/χ = 0,075/2,08 ≈ 0,036 м.

Для бетонированных лотков коэффициент шероховатости 0,014.

Показатель степени в формуле скоростной характеристики

.

Скоростная характеристика 7,88 м/с.

Расходная характеристика K = ωW = 0,075∙7,88 = 0,591 м³/с.

Скорость 0,43 м/с.

Расход 0,032 м³/с = 32 л/с, что меньше расчётного значения 85,7 л/с. Поэтому увеличиваем уклон лотка до i = 0,006.

Тогда глубина лотка у дождеприёмника h = il = 0,006·25 = 0,15 м. Площадь сечения потока в лотке ω = hb/ 2 = 0,15·2/2 = 0,15 м².

Смоченный периметр χ ≈ b + h = 2 + 0,15 = 2,15 м.

Гидравлический радиус R = ω/χ = 0,15/2,15 ≈ 0,070 м.

Скоростная характеристика 12,3 м/с.

Расходная характеристика K = ωW = 0,15∙12,3 = 1,84 м³/с.

Расход 0,142 м³/с = 142 л/с, что больше рассчитанного значения 85,7 л/с.

Скорость 0,95 м/с.

Минимальную допустимую скорость дождевых сточных вод в лотках следует принимать (СНиП 2.04.03-85, п. 2.35) 0,4 м/с, максимальную (п. 2.36) – 7 м/с. Оба эти требования выполняются.

На участках лотков 1-2, 2-3 и 3-4 необходимый расход и скорость потока обеспечиваются за счёт уклона земли i ≥ 0,005 и меньшей площади водосбора, приходящейся на дождеприёмник.

 

Рис. 7.5.16. Борт-лоток бетонный треугольный.

 

Согласно СНиП 2.04.03-85 (п. 4.29) дождеприёмники с горизонтальным отверстием в пониженных местах лотков с пилообразным продольным профилем и на участках с продольным уклоном менее 0,005 оборудуются малой прямоугольной дождеприёмной решёткой (рис. 7.5.17 а). На участках улиц с продольным уклоном 0,005 или более и в пониженных местах в конце затяжных участков спусков дождеприёмники с горизонтальным отверстием должны быть оборудованы большой прямоугольной решёткой (рис. 7.5.17 б).

 

Рис. 7.5.17. Прямоугольные дождеприёмные решётки: а – малая, б – большая.

 

На рис. 7.5.18 показан чертёж дождеприёмника из сборных железобетонных элементов.

Согласно СНиП 2.04.03-85 (п. 2.33) наименьший диаметр труб самотёчных уличных дождевых сетей следует принимать 250 мм.

Расчётные наполнения и минимальные уклоны в зависимости от диаметра труб [10, с. 154] приведены в табл. 7.5.5.

 

Таблица 7.5.5. Расчётные наполнения и минимальные уклоны труб.

Диаметр d, мм
Наполнение, h/d	0,75	0,75	0,8	0,8	0,8	0,8
Минимальный уклон	0,0016	0,0012	0,0010	0,00083	0,00071	0,00065

 

Железобетонные трубы, применяемые при устройстве подземных безнапорных трубопроводов, транспортирующих самотёком бытовые жидкости и атмосферные сточные воды, изготовляют по ГОСТ 6582–71 [5, с 125, табл. 24]. Их размеры приведены в табл. 7.5.6.

 

Таблица 7.5.6. Толщина стенки трубы.

Диаметр условного прохода d, мм
Толщина t c, мм

 

 

	Дождеприёмник: 1 – асфальтированная проезжая часть; 2 – решётка; 3 – бордюрный камень; 4 – плита перекрытия; 5 – кольца стеновые; 6 – ходовые скобы; 7 – бетон; 8 – плита днища; 9 – соединительная труба.
Рис. 7.5.18. Дождеприёмник из сборных железобетонных элементов.

 

Согласно СНиП 2.04.03-85 (п. 4.7) соединение трубопроводов разных диаметров следует предусматривать в колодцах по шелыгам (вершинам внутреннего свода) труб. На рис. 7.5.19 а показано соединение канализационных труб в колодцах по уровням воды, а на рис. 7.5.19 б – шелыга в шелыгу.

 

а б

Рис. 7.5.19. Соединение канализационных труб в колодцах: а – по уровням воды, б – шелыга в шелыгу.

 

Для трубопроводов дождевой и общесплавной систем водоотведения следует принимать полное расчётное наполнение (СНиП 2.04.03-85, п. 2.40). Наименьшие скорости при наибольшем расчётном наполнении приведены в табл. 7.5.7 (СНиП 2.04.03-85, табл. 16).

 

Таблица 7.5.7. Наименьшие незаиливающие скорости.

Диаметр d, мм	Скорость v min, м/с, при наполнении h/D
≤ 0,6	≤ 0,7	≤ 0,75	≤ 0,8
150–250	0,7	–	–	–
300–400	–	0,8
450–500	–	–	0,9	–
600–800	–	–		–
	–	–	1,15	–
1000–1200	–	–	–	1,15
	–	–	–	1,3
> 1500	–	–	–	1,5

 

Для боковых участков, примыкающих к узлу 2, расчётный расход сточных вод

585 л/с,

уклон земли i = 0. Выбираем d = 1000 мм. При наполнении 0,60 d и уклоне i = 0,0015 [10, с. 76, табл. 18] обеспечивается необходимая незаиливающая скорость v = 1,19 > 1,15 м/с (табл. 7.5.7) и расход q = 583,3 ≈ 585 л/с. Падение трубы il = 0,0015·300 = 0,45 м.

Уточняем расчётную продолжительность протекания дождевых вод по поверхности и трубам боковых участков, примыкающих к узлу 2:

9,8 мин.

Уточняем расход по трубам боковых участков, примыкающих к узлу 2:

619 л/с.

По таблицам Лукиных [10, с. 76] для такого расхода получаем практически ту же скорость v = 1,20 м/с. Следовательно, уточнённое время протекания по боковым участкам, примыкающим к узлу 2, равно 9,8 мин.

Результаты этих и дальнейших расчётов заносим в табл. 7.5.8.

С учётом времени протекания 8,1 мин от наиболее удалённых площадей для участка 1-2 расчётный расход сточных вод

313 л/с,

уклон земли участка 1-2 i _земли = 1/190 ≈ 0,005. Для соединения с трубой бокового участка, примыкающего к узлу 2, падение участка 1-2 должно составить 99,16 – 98,33 + 0,45 = 1,28 м. Уклон трубы i _p = 1,28/150 = 0,0085.

По таблицам Лукиных [10, с. 61] получаем, что труба диаметром d = 600 мм при наполнении 0,55 d и уклоне i = 0,0085 обеспечивает требуемый расход при скорости v = 1,95 м/с, превышающей минимальную незаиливающую скорость (табл. 7.5.7), равную 1 м/с. Принимаем диаметр трубы участка 1-2 d = 600 мм.

Уточняем расчётную продолжительность протекания дождевых вод по поверхности и трубам участка 1-2:

6,8 мин.

Уточняем расход по трубам участка 1-2:

354 л/с.

По таблицам Лукиных [10, с. 61] для такого расхода получаем практически ту же скорость v = 2,01 м/с. Следовательно, уточнённое время протекания по участку 1-2 равно 6,8 мин.

Расчётную продолжительность протекания дождевых вод по трубам участка 2-3 находим, принимая скорость равной скорости на предыдущем участке 1-2 (СНиП, п. 2.15, 2.16):

1,7 мин.

С учётом времени протекания 9,8 мин от наиболее удалённых площадей боковых участков, примыкающих к узлу 2, время протекания по участку 2-3 составит t _r = 9,8 + 1,7 = 11,5 мин.

Расход на участке 2-3

1510 л/с,

уклон земли i _земли = 1/190 ≈ 0,005. Примем такой же уклон трубы i _p = 0,005. По таблицам Лукиных [10, с. 78] получаем, что труба диаметром d = 1000 мм при наполнении 0,80 d и уклоне i = 0,005 обеспечивает расход q = 1550 л/с при скорости v = 2,30 м/с, превышающей минимальную незаиливающую скорость (табл. 7.5.7), равную 1,15 м/с. Принимаем диаметр трубы участка 2-3 d = 1000 мм.

Уточняем расчётную продолжительность протекания дождевых вод по трубам участка 2-3:

1,4 мин.

С учётом времени протекания 9,8 мин от наиболее удалённых площадей боковых участков 1 и 2 время протекания по участку 2-3 составит t _r = 9,8 + 1,4 = 11,2 мин.

Уточняем расход на участке 2-3

1538 л/с.

По таблицам Лукиных [10, с. 78] для такого расхода получаем практически ту же скорость v = 2,30 м/с. Следовательно, уточнённое время протекания по участку 2-3 равно 1,4 мин.

С учётом времени протекания 10,6 мин от наиболее удалённых площадей для боковых участков, примыкающих к узлу 3, расчётный расход сточных вод

466 л/с,

уклон земли i = 0. Падение трубы 97,5 – 97,4 + 0,45 = 0,55. Уклон трубы i _p = 0,55/300 = 0,0018. Выбираем d = 800 мм. При наполнении 0,75 d и уклоне i = 0,0018 [10, с. 68) обеспечивается необходимая незаиливающая скорость v = 1,19 > 1 м/с (табл. 7.5.7) и расход q = 479,7 > 466 л/с.

Уточняем расчётную продолжительность протекания дождевых вод по поверхности и трубам боковых участков, примыкающих к узлу 3:

9,8 мин.

Уточняем расход по трубам боковых участков, примыкающих к узлу 3:

492 л/с.

 

По таблицам Лукиных [10, с. 68] для такого расхода получаем ту же скорость v = 1,19 м/с. Следовательно, уточнённое время протекания по участкам, примыкающим к узлу 3, равно 9,8 мин.

Расчётную продолжительность протекания дождевых вод по трубам участка 3-4 находим (СНиП, пп. 2.15, 2.16), принимая скорость равной скорости на предыдущем участке 2-3:

1,5 мин.

С учётом времени протекания 9,8 мин от наиболее удалённых площадей боковых участков, примыкающих к узлу 2, а также времени протекания 1,4 мин по трубам участка 2-3 время протекания по участку 3-4 составит t _r = 9,8 + 1,4 + 1,5 = 12,7 мин.

Расход на участке 3-4

2378 л/с,

уклон земли i _земли = 1/125 = 0,008. Примем такой же уклон трубы i _p = 0,008. По таблицам Лукиных [10, с. 86] получаем, что труба диаметром d = 1200 мм при наполнении 0,8 d и уклоне i = 0,008 обеспечивает расход q = 3195 л/с при скорости v = 3,29м/с, превышающей минимальную незаиливающую скорость (табл. 7.5.7), равную 1,15 м/с. Принимаем диаметр трубы участка 3-4 d = 1200 мм.

Уточняем расчётную продолжительность протекания дождевых вод по трубам участка 3-4:

1,0 мин.

С учётом времени протекания 9,8 мин от наиболее удалённых площадей боковых участков, примыкающих к узлу 2, и трубам участка 2-3 1,4 мин время протекания по участку 3-4 составит t _r = 9,8 + 1,4 + 1,0 = 12,2 мин.

Уточняем расход на участке 3-4

2446 л/с.

По таблицам Лукиных [10, с. 86] для такого расхода получаем практически ту же скорость v = 2,9 м/с. Следовательно, уточнённое время протекания по трубам участка 3-4 равно 1,0 мин.

Для боковых участков, примыкающих к узлу 4, расчётный расход сточных вод

302 л/с,

уклон земли i ≈ 0,001. Падение трубы 96,3 – 95,9 + 0,45 = 0,85.

Уклон трубы i _p = 0,85/300 ≈ 0,003. Выбираем d = 800 мм. При наполнении 0,50 d и уклоне i = 0,003 [10, с. 69] обеспечивается необходимая незаиливающая скорость v = 1,35 > 1,0 м/с (табл. 7.5.7) и расход q = 340 > 302 л/с.

Уточняем расчётную продолжительность протекания дождевых вод по поверхности и трубам боковых участков, примыкающих к узлу 4:

9,3 мин.

Уточняем расход по трубам боковых участков, примыкающих к узлу 4:

331 л/с.

По таблицам Лукиных [10, с. 69] для такого расхода получаем практически ту же скорость v = 1,32 м/с. Следовательно, уточнённое время протекания по боковым участкам, примыкающим к узлу 4, равно 9,3 мин.

Расчётную продолжительность протекания дождевых вод по трубам участка 4-5 находим (СНиП 2.04.03-85, пп. 2.15, 2.16), принимая скорость равной скорости на предыдущем участке 3-4:

1,1 мин.

С учётом времени протекания 12,2 мин от наиболее удалённых площадей боковых участков, примыкающих к узлу 2, время протекания по участку 4-5 составит t _r = 12,2 + 1,1 = 13,3 мин.

Расход на участке 4-5

2816 л/с.

Уклон земли равен (95,96 – 95,00)/200 = 0,0048. Для получения минимальной глубины залегания коллектора падение трубы должно составлять 95,96 – 95,00 – 0,45 = 0,51 м (разность отметок земли минус дополнительное падение 0,45 м в точке 2 для обеспечения необходимого уклона на боковых участках). Уклон трубы i _p = 0,51/200 ≈ 0,0025. По таблицам Лукиных [10, сс. 101, 105) получаем, что необходимый расход обеспечивает труба диаметром d = 1600 мм при наполнении 0,65 d, уклоне i = 0,0025 и скорости v = 2,1 м/с, превышающей минимальную незаиливающую скорость (табл. 7.5.7), равную 1,5 м/с. Принимаем диаметр трубы участка 4-5 d = 1600 мм. Уточняем расчётную продолжительность протекания дождевых вод по трубам участка 4-5:

1,6 мин.

С учётом времени протекания 12,2 мин от наиболее удалённых площадей боковых участков 1 и 2 время протекания по участку 4-5 составит t _r = 12,2 + 1,6 = 13,8 мин.

Уточняем расход на участке 4-5

2743 л/с.

По таблицам Лукиных [10, (сс. 101, 105] для такого расхода получаем практически ту же скорость v = 2,1 м/с. Следовательно, уточнённое время протекания по участку 4-5 равно 1,6 мин.

Наименьшую глубину заложения канализационных трубопроводов необходимо принимать на основании опыта эксплуатации сетей в данном районе. Изолинии распределения глубин (в см) промерзания грунтов показаны на карте рис. 7.5.20.

 

Рис. 7.5.20. Изолинии глубин промерзания грунтов (см).

 

Таблица 7.5.8. Результаты расчётов трубопровода.

Участок	1-2	бок 2	2-3	бок 3	3-4	бок 4	4-5
Длина участка l, м
Площадь стока F, га	3,06	6,91	18,88	5,5	31,9	3,56	39,0
Время протекания, мин	К началу участка	5,5	5,5	9,8	5,5	11,2	5,5	12,2
По участку	1,3	4,3	1,4	4,3	1,0	3,8	1,6
Всего	6,8	9,8	11,2	9,8	12,2	9,3	13,8
Расчётный расход q cal, л/с
Диаметр d, м	0,60	1,00	1,00	0,80	1,20	0,80	1,60
Скорость v, м/с	1,95	1,20	2,30	1,19	2,90	1,32	2,10
Уклон земли i земли, ‰	5,0	0,0	5,0	0,0	8,0	1,0	4,8
Уклон трубопровода i р, ‰	8,5	1,5	5,0	1,8	8,0	3,0	2,5
Падение, м	1,28	0,45	1,06	0,55	1,60	0,85	0,51

 

При отсутствии данных по эксплуатации минимальную глубину заложения лотка трубопровода допускается принимать (СНиП 2.04.03-85, п. 4.8): для труб диаметром до 500 мм – на 0,3 м; для труб большего диаметра – на 0,5 м менее большей глубины проникновения в грунт нулевой температуры, не менее 0,7 м до верха трубы, считая от отметок поверхности трубы или планировки. Трубопроводы, укладываемые на глубину 0,7 м и менее, считая от верха трубы, должны быть предохранены от промерзания и повреждения наземным транспортом. Принимаем наименьшую глубину заложения шелыги (верхнего свода) трубы h = 0,7 м.

На рис. 7.5.21 показано рациональное размещение подземных коммуникаций. Здесь Э – электросети, Т – телефонный кабель, Г – газопровод, В – водопровод, К – канализация, КТ – кабели троллейбуса, Д – дождеприёмники, ВС – водосток.

Тип основания под трубы необходимо принимать в зависимости от несущей способности грунтов и нагрузок (СНиП 2.04.03-85, п. 4.10).

Во всех грунтах, за исключением скальных, плавунных, болотистых и просадочных I типа, необходимо предусматривать укладку труб непосредственно на выровненное и утрамбованное дно траншеи.

В скальных грунтах необходимо предусматривать укладку труб на подушку толщиной не менее 10 см из местного песчаного или гравелистого грунта, в илистых торфянистых и других слабых грунтах – на искусственное основание.

На рис. 7.5.22 показан поперечный профиль уличного лотка. Здесь В – ширина проезжей части, b – ширина разлива, h – глубина слоя воды в уличном лотке, i – поперечный уклон проезжей части, Н – глубина заложения уличного коллектора дождевой сети.

 

Рис. 7.5.21. Рациональное размещение подземных коммуникаций.

 

Рис. 7.5.22. Поперечный профиль уличного лотка.

 

Глубина заложения дождевого коллектора в узле 1

H = h + il + D + t _c = 0,7 + 0,02·6 + 0,60 + 0,06 = 1,48 м,

где h = 0,7 м – глубина заложения шелыги трубопровода у первого дождеприёмника, i = 0,02 – уклон трубопровода от дождеприёмника до уличного коллектора, l = B /2 = 6 м – расстояние от дождеприёмника до уличного коллектора, принимаемое равным половине ширины проезжей части улицы, D = 0,60 м – диаметр уличного коллектора, t _c = 0,06 м – толщина стенки трубы уличного коллектора (табл. 7.5.6).

Падение трубы на участке 1-2 Δ z = 1,28 м подсчитано ранее. Падение трубы на участке 2-3 равно разности отметок земли в начале и в конце участка Δ z = 98,33 – 97,27 = 1,06 м; на участке 3-4 Δ z = 97,27 – 95,96 = 1,31 м. Падение трубы на участке 4-5 Δ z = 0,51 м подсчитано ранее.

Отметка земли в начале участка 1-2 z _з = 99,16 м, отметка дна трубы в начале участка 1-2 z _дн = z _з – H = 99,16 – 1,48 = 97,68 м. Отметку шелыги свода начала участка 1-2 находим, прибавляя диаметр трубы к отметке дна: z _ш = z _д + d = 97,68 + 0,60 = 98,28 м. Отметку шелыги трубы в конце участка найдём, вычтя из отметки шелыги в её начале падение:

z _шк = z _шн – Δ z = 98,28 – 1,28 = 97,00 м.

Отметка шелыги конца участка является отметкой дна начала следующего участка.

Глубина заложения дна трубы равна разности отметок земли и дна.

На рис. 7.5.23 показан незатопленный выпуск поверхностных вод в водоток с откосом, укреплённым железобетонной плитой, где УВВ – уровень высокой воды, УМВ – уровень малой воды.

 

Рис. 7.5.23. Незатопленный выпуск поверхностных вод в водоток с откосом, укреплённым железобетонной плитой.

Таблица 7.5.9. Результаты расчёта продольного профиля коллектора.

Участок	1-2	2-3	3-4	4-5
Длина трубы, м
Уклон земли, ‰	5,0	5,0	8,0	4,8
Уклон трубы, ‰	8,5	5,0	8,0	2,5
Диаметр трубы, м	0,60	1,00	1,20	1,60
Наполнение трубы	0,55 d	0,80 d	0,70 d	0,65 d
Падение, м	1,28	1,06	1,31	0,51
Отметка земли, м	Начало	99,16	98,33	97,27	95,96
Конец	98,33	97,27	95,96	95,00
Отметка дна трубы, м	Начало	97,68	96,00	94,74	93,03
Конец	96,40	94,94	93,43	92,52
Отметка шелыги свода, м	Начало	98,28	97,00	95,94	94,63
Конец	97,00	95,94	94,63	94,12
Глубина заложения дна трубы, м	Начало	1,48	2,33	2,53	2,93
Конец	1,93	2,33	2,53	2,48

 

На рис. 7.5.24 показан продольный профиль коллектора, а в табл. 7.5.10 сведены данные для построения этого профиля.

 

Таблица 7.5.10. Сводка данных для построения профиля коллектора.

Номер колодца
Отметка земли	99,16	98,33	97,27	95,96	95,00
Отметка шелыги	98,28	97,00	95,94	94,63	94,12
Отметка дна конца участка	–	96,40	94,94	93,43	92,52
Отметка дна начала участка	97,68	96,00	94,74	93,03	–

 

Рис. 7.5.24. Продольный профиль коллектора.

 

ВАЖНЕЙШИЕ ФОРМУЛЫ

ТМЖГ

• Манометрическое (или избыточное) давление (Па) – это превышение абсолютного давления над атмосферным:

.

Нормальное атмосферное давление p _atm = 1,013·10⁵ Па.

• Вакуумметрическое давление (или вакуум) – это разность между атмосферным давлением и абсолютным давлением в точке, когда абсолютное давление меньше атмосферного:

.

• Уравнение Эйлера представляет собой основной закон динамики применительно к жидкости: сумма силы давления, действующей единицу массы жидкости, и ускорения массовых сил (сил инерции и тяжести) равна ускорению единицу массы жидкости:

.

где ρ – плотность жидкости, p – давление, X – проекция ускорения массовой силы на ось x, u_x – проекция скорости на ось x.

• Основное дифференциальное уравнение гидростатики следует из уравнений Эйлера:

dp = ρ (Xdx + Ydy + Zdz).

• Уравнение поверхности уровня (равного давления):

Xdx + Ydy + Zdz = 0.

Его физический смысл: элементарная работа массовых сил по перемещению единицы массы жидкости по поверхности уровня равна нулю.

• Основное уравнение гидростатики: давление в некоторой точке покоящейся жидкости равняется сумме давления p ₀, приложенного к свободной поверхности жидкости, и давления столба жидкости γh над этой точкой:

,

где h – глубина (м), на которой находится точка, γ = ρg = 1000·9,81 = 9810 Н/м³ – удельный вес (вес единицы объёма).

• Гидравлический радиус сечения (м) – отношение площади живого сечения (м²) к смоченному периметру (м):

R = ω / χ.

Для напорного течения в трубе диаметром D гидравлический радиус R = D /4.

• Уравнение неразрывности потока: если между двумя сечениями нет притока и оттока воды, то расход (м³/с) для этих сечений одинаков:

Q ₁ = Q ₂ или V ₁ ω ₁ = V ₂ ω ₂,

где V – средняя скорость по сечению.

• Число Рейнольдса для круглой трубы диаметром D

Re = VD/ν,

где ν – кинематическая вязкость; для воды при t = 20°C ν = 10^-6 м²/с. Для русел некруглого сечения и безнапорных труб, как и в других формулах вместо D подставляем эквивалентный диаметр D _eq = 4 R.

• Уравнение Бернулли: полный напор в сечении выше по течению равняется полному напору в сечении ниже по течению плюс потери напора h:

.

Напор (м) – это удельная (на единицу веса) энергия: геометрический напор z – потенциальная энергия положения, напор давления p/γ – потенциальная энергия давления, скоростной напор αV ²/(2 g) – кинетическая энергия. Корректив кинетической энергии (коэффициент Кориолиса) α учитывает неравномерность распределения скоростей по сечению. Для турбулентного движения α = 1,1.

• Пьезометрический уклон – это уклон пьезометрической линии (линии удельной потенциальной энергии), соединяющей отметки пьезометров: