Гидравлический расчет трубопроводов

17.1.2 Водоводы и сети

17.1.2.1 Требования к основаниям под напорные трубопроводы в грунтовых условиях I и II типа по просадочности приведены в таблице 17.1.

Таблица 17.1

Тип грунта
по просадочности

Категория сооружений по степени
обеспеченности
подачи воды

Характеристика
территории

Требования к основанию
под трубопроводы

I

I и II

Застроенная 

Незастроенная

Уплотнение грунта

Без учета просадочности

III

Застроенная

Незастроенная

Без учета просадочности

Уплотнение грунта

II
(просадка до 20 см)

I и II

Застроенная 

Уплотнение грунта и устройство поддона

Незастроенная

Уплотнение грунта

III

Застроенная

Незастроенная

Уплотнение грунта

Без учета просадочности

II
(просадка более 20 см)

I и II

Застроенная 

Уплотнение грунта, укладка труб
в канале или тоннеле

Незастроенная

Уплотнение грунта

III

Застроенная 

Уплотнение грунта и устройство поддона

Незастроенная

Уплотнение грунта

Примечания

1 Незастроенная территория — территория, на которой в ближайшие 15 лет не предусматривается строительство населенных пунктов и объектов народного хозяйства.

2 Уплотнение грунта — трамбование грунта основания на глубину 0,3 м до плотности сухого грунта
не менее 1,65 т/м³ на нижней границе уплотненного слоя.

3 Поддон — водонепроницаемая конструкция с бортами, высотой от 0,10 до 0,15 м, на которую укладывается дренажный слой толщиной 0,10 м.

17.1.2.2 Требования к основаниям под трубопроводы следует уточнять в зависимости от класса ответственности зданий и сооружений, расположенных вблизи трубопроводов.

17.1.2.3 Для углубления траншей под стыковые соединения трубопроводов следует применять трамбование грунта.

17.1.2.4 На территории населенных пунктов в системах водоснабжения I и II категории по степени обеспеченности подачи воды прокладка труб в каналах и тоннелях должна приниматься только в случаях, когда расстояние в свету между наружной поверхностью труб и фундаментами зданий менее длины каналов на вводах водопровода в здания по ТКП 45-4.01-52.

17.1.2.5 Поддоны, днища каналов и тоннелей должны иметь уклон в сторону контрольных колодцев.

17.1.2.6 При соответствующем обосновании допускается принимать наземную или надземную прокладку водоводов и водопроводных сетей.

17.1.2.7 При грунтовых условиях I и II типа с возможной просадкой до 20 см для систем водоснабжения всех категорий следует принимать материал труб, указанный в 11.2. Для заделки раструбных и муфтовых труб следует применять эластичные материалы.

При грунтовых условиях II типа с возможной просадкой более 20 см для систем водоснабжения
I и II категории водоводы и сети следует проектировать из стальных труб или труб из полимерных материалов. Применение раструбных труб не допускается. Для систем водоснабжения III категории следует применять трубы из полимерных материалов или напорные железобетонные трубы с эластичной заделкой стыков. Допускается применение чугунных труб под резиновую манжету.

17.1.2.8Для наблюдения во время эксплуатации за трубопроводами, прокладка которых предусматривается на поддонах, в каналах или тоннелях, следует предусматривать контрольные колодцы на расстояниях, определяемых местными условиями, но не превышающих 200 м. При этом должен быть обеспечен отвод воды в обход колодцев на сети.

17.1.2.9При траншейной прокладке водопроводных сетей в грунтовых условиях I типа по просадочности минимальное расстояние по горизонтали (в свету) от трубопровода до фундаментов зданий и сооружений должно быть не менее 5 м, в грунтовых условиях II типа по просадочности — согласно таблице 17.2.

Таблица 17.2

Толщина слоя
просадочного грунта, м

Минимальные расстояния (в свету), м, от трубопровода до фундаментов зданий
и сооружений в грунтовых условиях II типа по просадочности при диаметре труб, мм

до 100 включ.

св. 100 до 300 включ.

св. 300

До 5 включ.

Без учета просадочности

Св. 5 до 12 включ.

5,0

7,5

10,0

Св. 12

7,5

10,0

15,0

Примечания

1 При возведении зданий и сооружений в грунтовых условиях II типа, просадочные свойства которых полностью устранены, расстояния от трубопровода до фундаментов зданий и сооружений следует принимать без учета просадочности.

2 При прокладке водопроводных линий, работающих при давлении более 0,6 МПа, указанные расстояния следует увеличивать на 30 %.

3 При невозможности соблюдения указанных расстояний прокладка трубопроводов должна предусматриваться в водонепроницаемых каналах, тоннелях или на поддонах с обязательным устройством выпусков аварийных вод в контрольные колодцы.

При невозможности соблюдения этих расстояний, а также на вводах водопровода в здания
и сооружения прокладка трубопроводов должна предусматриваться в грунтовых условиях I типа
по просадочности на водонепроницаемых поддонах, II типа по просадочности — в водонепроницаемых каналах или тоннелях.

17.1.2.10 На водоводах и водопроводных сетях перед фланцевой арматурой следует предусматривать установку в водонепроницаемых колодцах, каналах и тоннелях подвижных стыковых соединений.

17.1.2.11 Колодцы на сетях водопровода следует проектировать в грунтовых условиях I типа
по просадочности с уплотнением грунта в основании на глубину 0,3 м, в грунтовых условиях II типа
по просадочности — с уплотнением грунта на глубину 1,0 м и устройством водонепроницаемых днища и стен колодца ниже трубопровода.

Поверхность земли вокруг люков колодцев на 0,3 м шире пазух должна быть спланирована с укло­ном 0,03 от колодца.

17.1.2.12 Водозаборные колонки следует размещать на пониженных участках на расстоянии
не менее 20 м от зданий и сооружений.

17.1.2.13Нижняя часть контрольных колодцев должна быть водонепроницаемой.

Отвод воды из контрольных колодцев следует предусматривать в соответствии с требованиями 12.4.15. При отсутствии отвода воды объем и заглубление нижней части колодца должны обеспечивать необходимость ее опорожнения не чаще 1 раза в сутки.

При необходимости контрольные колодцы должны быть оборудованы водоизмерительным
устройством или автоматической сигнализацией уровня воды с подачей сигнала на диспетчерский пункт.

17.1.3 Строительные конструкции

17.1.3.1 При грунтовых условиях I типа по просадочности основание под емкостными сооружениями следует принимать:

— естественное — если в пределах слоя просадочного грунта суммарное давление от сооружения s_zp, Па, и собственной массы грунта s_zg, Па, менее или равно начальному просадочному давлению Р_sl, Па, т. е. s_zp + s_zg < Р_sl, или суммарная величина осадки S и просадки S_sl фундамента сооружения менее или равна предельно допустимой S_max,u для рассматриваемого сооружения, т. е. S + S_sl £ S_max,u;

— уплотненные просадочные грунты — при s_zp + s_zg > P_sl или S + S_sl > S_max,u.

17.1.3.2 Уплотнение грунтов оснований I типа по просадочности следует предусматривать тяжелыми трамбовками на глубину не менее 1,5 м в пределах площадки, превышающей размеры сооружений на 2,0 м в каждую сторону от наружных граней фундаментов. Плотность сухого грунта на нижней границе уплотненной зоны должна быть не менее 1,65 т/м³.

При невозможности уплотнения просадочных грунтов тяжелыми трамбовками до заданной степени плотности следует предусматривать грунтовую подушку толщиной 1,5 м из местных глинистых грунтов с уплотнением их до плотности сухого грунта не менее 1,65 т/м³.

17.1.3.3Под емкостные сооружения с конусообразными днищами уплотнение грунтов I типа
по просадочности следует принимать в несколько этапов (слоев).

Каждым этапом следует предусматривать уплотнение слоя грунта с последующим рытьем
(углублением) котлована на глубину, равную 0,8 мощности уплотненного грунта на данном этапе.
При этом контур дна котлована на каждом этапе должен быть на 0,2 м больше габаритов конусной части сооружения в данном сечении.

Уплотнение последнего слоя следует производить конусной трамбовкой методом вытрамбовывания.

17.1.3.4 Под фундаментами стен и колонн зданий, в которых размещены емкостные сооружения, а также под полами в насосных станциях, помещениях с мокрым технологическим процессом и под емкостями необходимо предусматривать уплотнение грунта в пределах площади, превышающей размеры сооружений на 2,0 м в каждую сторону от наружных граней фундаментов, на глубину 1,5 м —
для грунтовых условий I типа по просадочности и 2,0 м — для грунтовых условий II типа по просадочности, до плотности сухого грунта не менее 1,7 т/м³ на нижней границе уплотненной зоны.

17.1.3.5 Полы в помещениях, где возможен разлив воды, должны быть водонепроницаемыми, иметь бортики высотой 0,1 м по периметру примыкания к стенам, колоннам, фундаментам оборудования. Уклон пола следует принимать не менее 0,01 к водосборному водонепроницаемому приямку.

В заглубленных машинных залах нижняя часть ограждающих конструкций должна быть водо­непроницаемой на высоту не менее 0,6 м.

17.1.3.6 При грунтовых условиях II типа по просадочности под емкостными сооружениями следует предусматривать:

— частичное устранение просадочных свойств грунтов;

— полное устранение просадочных свойств грунтов в пределах всей просадочной толщи или прорезку просадочных грунтов.

Частичное устранение просадочных свойств грунтов в пределах деформируемой зоны допускается при условии, если суммарная величина осадки и просадки не превышает предельнодопустимых значений для проектируемых сооружений.

17.1.3.7 Частичное устранение просадочных свойств грунтов II типа по просадочности при просадке до 20 см следует принимать поверхностным уплотнением грунтов тяжелыми трамбовками или устройством грунтовых подушек.

Толщину уплотненного слоя следует принимать равной от 2 до 5 м в зависимости от конструктивных особенностей сооружений и толщины слоя просадочных грунтов.

17.1.3.8 При частичном устранении просадочных свойств грунтов II типа под днищем емкостного сооружения по уплотненному грунту необходимо предусматривать противофильтрационный поддон
с дренажным слоем и пристенный дренаж с отводом воды в контрольный колодец.

Емкостные сооружения с конусообразными днищами должны проектироваться на колоннах, опирающихся на железобетонную водонепроницаемую плиту, с которой должен быть предусмотрен отвод аварийной воды в контрольный колодец.

17.1.3.9 Под водонапорными башнями, независимо от типа грунтовых условий по просадочности, следует предусматривать уплотнение грунта согласно 17.1.3.1.

В грунтовых условиях II типа по просадочности фундамент водонапорной башни следует принимать в виде сплошной железобетонной плиты и предусматривать устройство для отвода с нее аварийной воды в конт­рольный колодец.

17.1.3.10 В грунтовых условиях II типа по просадочности при возможных просадках более 20 см под емкостными сооружениями следует предусматривать полное устранение просадочных свойств всей просадочной толщи грунта основания или ее прорезку.

17.1.3.11 Для полного устранения просадочных свойств грунта в пределах всей просадочной толщи под емкостные сооружения следует применять уплотнение просадочных грунтов предварительным замачиванием или замачиванием с глубинными взрывами, которые комбинируются с доуплот­нением верхнего слоя просадочных грунтов тяжелыми трамбовками.

17.1.3.12 При невозможности применения предварительного замачивания (отсутствие воды для замачивания, близкое расположение существующих зданий и сооружений и т. п.) для полного устранения просадочных свойств грунтов следует применять глубинное уплотнение грунтовыми сваями на всю величину просадочной толщи.

17.1.3.13 Прорезку просадочных грунтов следует достигать:

— устройством свайных фундаментов из забивных, набивных, буронабивных и других видов свай;

— применением столбов или лент из грунта, закрепленного химическим, термическим или другим способом;

— заглублением фундаментов.

Прорезку просадочных грунтов свайными фундаментами следует применять только при отсут­ствии возможности полного устранения просадочных свойств грунтов под емкостными сооружениями.

17.1.3.14 Для емкостных сооружений при грунтовых условиях II типа по просадочности должны быть предусмотрены наблюдения за осадками сооружений, утечками воды и уровнем грунтовых вод
в период строительства и эксплуатации до стабилизации деформаций.

17.2  Подрабатываемые территории

17.2.1 Общие положения

17.2.1.1 При проектировании зданий и сооружений, водоводов и сетей необходимо предусматривать защиту их от влияния подземных горных разработок согласно требованиям настоящего подраздела и СНиП 2.01.09.

17.2.1.2 Проектирование закрытых резервуаров допускается на подрабатываемых территориях
I–IV группы объемом не более 6000 м³; при необходимости большего объема воды следует предусматривать несколько резервуаров.

Объем открытых емкостей не нормируется.

17.2.1.3 Камеры переключений должны быть отделены от резервуаров деформационными швами.

17.2.1.4 При проектировании емкостных сооружений необходимо предусматривать свободный доступ к их основным элементам и узлам для обеспечения контроля за работой сооружений и для производства последеформационных ремонтов.

17.2.1.5 В сооружениях для подготовки воды (осветлителях, отстойниках, фильтрах и т. д.) необходимо предусматривать возможность выравнивания водосливных кромок лотков и желобов после деформаций основания.

Для лотков и желобов с затопленными отверстиями выравнивание кромок предусматривать
не требуется.

17.2.1.6 При проектировании станций подготовки воды необходимо применять раздельную компоновку основных сооружений. Блокировка их допускается для станций производительностью
до 30 000 м³/сут и в случаях строительства на подрабатываемых территориях IV группы.

17.2.1.7В целях повышения надежности работы станций водоподготовки отдельные сооружения следует разделять на блоки и секции.

17.2.1.8Отметки днища и уровней воды в емкостных сооружениях необходимо назначать с учетом обеспечения движения воды самотеком после деформаций основания.

17.2.1.9Трубопроводы и арматура в зданиях и сооружениях водопровода должны приниматься стальными.

Узлы крепления трубопроводов и арматуры к конструкциям сооружения должны проектироваться с учетом их возможных взаимных перемещений и усилий, передаваемых на них трубопроводами.

Применение чугунной арматуры допускается только в сооружениях II и III категории по степени обеспеченности подачи воды. 

17.2.1.10Для уменьшения усилий в трубопроводах, вызванных перемещениями конструкций сооружений и деформацией грунта вследствие подработки, следует повышать податливость трубопроводов за счет применения компенсирующих устройств, рационального размещения и выбора типа узлов крепления и конструкции пропусков труб через стены сооружений.

17.2.2 Водоводы и сети

17.2.2.1 При проектировании трубопроводов на подрабатываемых территориях следует применять все виды труб с учетом назначения трубопроводов, требуемой прочности труб и компенсационной способности стыков.

17.2.2.2 Стыковые соединения раструбных и муфтовых труб должны быть податливыми с применением уплотнительных упругих колец или мастик.

Прочность сварных соединений стальных труб и труб из полимерных материалов должна быть не ниже прочности трубы.

17.2.2.3 На водоводах места установки вантузов и выпусков необходимо назначать с учетом ожидаемых деформаций оснований.

17.2.2.4 При проектировании водоводов в две или более линии их следует прокладывать на площадях с разными сроками подработки.

17.2.2.5 Допускается применять совмещенную прокладку трубопроводов в тоннелях или каналах с учетом воздействия деформаций земной поверхности.

17.2.2.6 Конструктивные мероприятия по защите трубопроводов следует назначать исходя из расчета деформаций земной поверхности от разработки полезных ископаемых за 20-летний период эксплуатации трубопроводов.

Для трубопроводов систем водоснабжения II и III категории по степени обеспеченности подачи воды выполнение конструктивных мероприятий допускается назначать исходя из деформаций земной поверхности от разработки полезных ископаемых за период менее 20 лет. При этом в проекте должна предусматриваться возможность осуществления дополнительных мер защиты в процессе эксплуатации.

17.2.2.7Объем конструктивных мер защиты подземных трубопроводов должен обосновываться расчетом. При этом следует рассматривать:

— применение изоляции, снижающей силовое воздействие деформирующегося грунта на трубопровод;

— применение малозащемляющих материалов для обсыпки труб;

— увеличение толщины стенки трубы;

— применение труб из более прочных материалов;

— установку компенсаторов.

17.2.2.8Проверку прочности подземных трубопроводов необходимо производить с учетом
совместного действия кольцевых и продольных напряжений.

Кольцевые напряжения следует учитывать от воздействия внутреннего давления или вакуума, внешних нагрузок от засыпки и транспортных средств и деформации контура поперечного сечения
в зоне уступа.

Продольные напряжения следует учитывать от воздействия внутреннего давления, изменения температуры и деформирующегося грунта.

17.2.2.9Для трубопроводов из напорных асбестоцементных, чугунных и железобетонных труб, соединяемых на раструбах и муфтах, предельное состояние определяется максимальным раскрытием стыков, при котором сохраняется герметичность.

Предельное раскрытие стыкового соединения напорного трубопровода следует принимать, см:

0,2     — для чугунных труб;

0,3     — для железобетонных раструбных труб;

1,5     — для асбестоцементных труб.

17.2.3 Строительные конструкции

17.2.3.1 Емкостные сооружения следует проектировать по жестким, податливым или комбинированным конструктивным схемам, определяющим работу сооружения на воздействие деформаций основания. При этом следует предусматривать:

— по жесткой конструктивной схеме — исключение возможности взаимного перемещения элементов днища, стен, покрытия и перегородок при всех видах неравномерных деформаций;

— по податливой конструктивной схеме — возможность приспособления элементов ко всем видам неравномерных деформаций;

— по комбинированной конструктивной схеме — податливость для одних и жесткость для других элементов.

17.2.3.2Податливость элементов емкостных сооружений должна достигаться устройством
деформационных водонепроницаемых швов преимущественно на стыках сборных конструкций,
в соединениях стен с днищем, покрытием и перегородками, а также при необходимости — в днище.

17.2.3.3При проектировании емкостных сооружений по податливым и комбинированным кон­структивным схемам на площадках с высоким уровнем грунтовых вод конструкции податливых швов должны обеспечивать восприятие двухстороннего гидростатического давления.

17.2.3.4Для емкостных сооружений, запроектированных по податливым и комбинированным конструктивным схемам, в слабофильтрующих глинистых грунтах необходимо предусматривать устройство дренажной системы.

17.2.3.5Резервуары необходимо проектировать:

— по жестким конструктивным схемам: объемом 50 и 100 м³ — на подрабатываемых территориях I–IV группы и объемом 250 и 500 м³ — III и IV группы;

— по податливым конструктивным схемам: объемом 1000 м³ — на подрабатываемых территориях
I группы; объемом 2000 и 3000 м³ — I и II группы, объемом 6000 м³ — I–III группы;

— по комбинированным конструктивным схемам: объемом 250 и 500 м³ — на подрабатываемых территориях I и II группы, объемом 1000 м³ — II–IV группы; объемом 2000 и 3000 м³ — III и IV группы, объемом 6000 м³ — IV группы.

Резервуары на подрабатываемых территориях Iк – IVк группы следует проектировать по жестким конструктивным схемам.

17.2.3.6Емкостные сооружения станций водоподготовки следует проектировать по схемам:

— жесткой — осветлители, вертикальные отстойники, смесители, камеры реакции, фильтры;

— податливой или комбинированной — горизонтальные отстойники;

— по жесткой или комбинированной, обеспечивающей постоянный зазор между днищем и механизмом для удаления осадка, — радиальные отстойники.

17.2.3.7Открытые емкостные сооружения следует проектировать по податливой конструктивной схеме в виде емкостей в грунте с облицовкой откосов и днища. Заложение откосов необходимо принимать 1:3.

17.2.3.8При проектировании открытых емкостных сооружений на площадках, сложенных связными необводненными грунтами ненарушенной структуры при нормативном удельном внутреннем сцеплении грунта С^н более 25 кПа (2500 кгс/м²) и нормативном угле внутреннего трения j^н более 23° облицовку емкостей допускается принимать непосредственно по основанию полимерными листовыми материалами. В других случаях облицовку следует предусматривать железобетонными плитами
с устройством деформационных швов.

17.2.3.9Днище железобетонных емкостных сооружений следует проектировать монолитным
для подрабатываемых территорий Iк – IVк группы — однослойным, для I–IV группы — двухслойным.

Однослойное днище в виде железобетонной плиты должно рассчитываться на восприятие основного и особых сочетаний нагрузок.

Двухслойное днище должно включать железобетонную плиту, рассчитанную на основное сочетание нагрузок и деформацию искривления, и армированную подготовку, рассчитанную на горизонтальные деформации растяжения с учетом нелинейной работы основания и трещинообразования железо­бетона. При этом предельно допустимая ширина раскрытия трещин в армированной подготовке должна приниматься: a_т.кр = 0,3 мм, a_т.дл = 0,2 мм.

Между плитой и подготовкой необходимо предусматривать слой мастичной гидроизоляции.

17.2.3.10При необходимости уменьшения лобового давления на стены закрытого емкостного сооружения, возникающего при воздействии горизонтальных деформаций сжатия земной поверхности, следует предусматривать обваловку сооружения песчаным грунтом.

17.2.3.11При необходимости уменьшения горизонтальных нагрузок по подошве емкостного сооружения, возникающих при воздействии горизонтальных деформаций растяжения, а также для снижения влияния вертикальных деформаций скального основания, возникающих при уступах и искривлении земной поверхности, следует предусматривать под днищем песчаную или грунтовую подушку.

Толщина подушки должна назначаться по расчету с учетом величин неравномерных деформаций, конструктивной схемы сооружения и его размеров в плане.

Приложение А

(обязательное)

 

А.1 Потери давления в трубопроводах систем подачи и распределения воды вызываются гидравлическим сопротивлением труб и стыковых соединений, а также арматуры и соединительных частей.

А.2 Потери давления на единицу длины трубопровода Dр, кПа, с учетом гидравлического сопротивления стыковых соединений следует определять по формуле

,                            (А.1)

где l — коэффициент гидравлического сопротивления, определяемый по формуле (А.2);

d — внутренний диаметр труб, м;

v — средняя по сечению скорость движения воды, м/с.

Коэффициент гидравлического сопротивления определяется по формуле

,                                 (А.2)

где  A₁, A₀ и С — коэффициенты;

;

n           — показатель степени;

Re         — число Рейнольдса; ,

здесь n — кинематический коэффициент вязкости транспортируемой жидкости, м²/с.

Значения показателя степени n и коэффициентов А₀, А₁ и С для стальных, чугунных, железо­бетонных, асбестоцементных, стеклянных труб и труб из полимерных материалов должны приниматься, как правило, по таблице А.1. Эти значения соответствуют современной технологии изготовления.

Если гарантируемые изготовителем значения А₀, А₁ и С отличаются от приведенных в таблице А.1, то они должны указываться в стандарте или технических условиях на изготовление труб.