Проектирование дождевой сети

Проектирование дождевой сети начинают с определения трасс коллекторов. Намечая в плане сеть и сооружения на ней, взаимно увязывают положение коллектора в продольном и поперечном профилях. Далее определяют максимальные расходы на участках коллекторов, обслуживающих соответствующие бассейны стока. С этой целью производят гидрологический расчет. И наконец, гидравлическим расчетом устанавливают диаметры коллекторов и размеры открытых водоотводящих элементов, обеспечивающие пропуск расчетных расходов. Последующую детализацию проектного варианта производят с учетом принятой системы водоотвода, определяющей особенности ее конструктивного решения и технические условия прокладки.

Дождевая сеть города состоит из многоступенчатой системы коллекторов, которые проектируют, предусматривая равномерное обслуживание дождевой канализацией всей территории. Сеть строят от старшего к младшему коллектору. Например, к главным присоединяют коллекторы второй ступени, собирающие воду с локальных, но достаточно больших территорий. В них врезают коллекторы третьей ступени, а в сложных системах последовательно подключают младшие, обслуживающие частные бассейны водостока.

В плане главные коллекторы целесообразно трассировать прямолинейными, размещая их по лощинам, а при равнинном рельефе — возможно ближе к средней оси бассейна. Коллекторы младших ступеней, как правило, прокладывают вдоль улиц, параллельно красной линии застройки или вдоль дорог местного значения. Важно располагать дождевую сеть так, чтобы в процессе строительства и при возможных аварийных разрытиях эксплуатируемой сети обеспечить сохранность дорожных покрытий и других подземных сетей и наземных сооружений. Поэтому трассу дождевой сети прокладывают вне проезжей части улиц на озеленяемых или специальных технических полосах на расстоянии не менее 1,5…2,0 м от линии бортового камня. По этим же соображениям сокращают до минимума число пересечений закрытой водосточной сети с другими подземными коммуникациями и нормируют их взаимное размещение при параллельной прокладке. Пересечения проектируют под углом, близким к прямому, а минимальное расстояние коллекторов от подземных сетей, наземных сооружений и зеленых насаждений устанавливают в соответствии с рекомендациями СНиПа.

Положение трассы дождевой сети на рельефе и размеры бассейна создают различные условия работы коллектора: благоприятные, средние, неблагоприятные и особо неблагоприятные. Размещение коллектора на водоразделе или в верхней части склона при равнинном рельефе.

Рис. 4.2. Условия размещения коллектора: I — III — возможные варианты размещения является благоприятным (рис. 4.2, а) или средним (рис. 4.2,6), если площадь бассейна стока не более 150 га. Положение коллектора, обслуживающего бассейн площадью более 150 га и размещенного в нижней части склона или в тальвеге с крутыми склонами, считают неблагоприятным (рис. 4.2, в). Наконец, особо неблагоприятным будет положение коллектора, который удаляет воды из замкнутого пониженного места (рис. 4.2, г).

Минимальную глубину заложения закрытых коллекторов назначают на основании опыта эксплуатации подземных сетей в данном районе, обеспечивая их защиту от промерзания и повреждения наземных транспортом. В ряде случаев учитывают также возможность приема сетью дренажных вод. Максимальную определяют расчетом, в котором учитывают конкретные условия проектирования и технико-экономические показатели. Обычно по эксплуатационным соображениям ее ограничивают 5…6 м, кроме особых случаев прокладки коллекторов глубокого заложения, в частности в условиях равнинного или сильнопересеченного рельефа.

Уклоны трубопроводов, каналов и лотков задают близкими к уклонам поверхности при условии обеспечения нормативных критических скоростей движения дождевых вод. На участках, где уклоны поверхности круче тех, при которых образуются большие скорости, превышающие максимально допустимые, проектируют специальные сооружения: перепадные колодцы, быстротоки повышенной шероховатости, перспадные камеры с глубокими водобойными колодцами.

На территориях с особыми природными условиями, например затопляемых высокими водами, требующими искусственного орошения, дождевую сеть решают в комплексе с другими мероприятиями инженерной защиты или совместно с оросительной сетью.

Гидрологический расчет ведут по методу предельных интенсивностей:

для переменных коэффициентов стока для постоянных коэффициентов стока.

где ($ — расчетный расход, л/с; Т — расчетная продолжительность дождя, мин; А — расчетная площадь стока, га. Остальные обозначения те же, что в формуле (4.1).

Самотечные коллекторы в нормальных условиях должны работать на полный пропуск расчетного расхода, определенного при однократном превышении интенсивности дождя. Однако при этом учитывают, что размещение коллектора на рельефе и характер объекта обслуживания могут быть различными. Чтобы создать нормальные условия работы коллектора, устанавливают в каждом конкретном случае период однократного превышения расчетной интенсивности Я в зависимости от факторов, указанных в табл. 4.3. В некоторых случаях в период однократного превышения Я приходится обосновывать путем подбора. Обычно это делают для территорий с промышленными объектами, на участках коллектора у зданий вокзалов, метрополитена, подземных переходов. Значения периода однократного превышения, полученные на основе расчета, следует сопоставлять с величиной предельного периода Я_п (табл. 4.4).

Таблица 4.3

Предельным периодом превышения интенсивности Я_п называют период, при котором допускается затопление проезжей части улиц на 0,15…0,2 м и скопление воды в пониженном месте на 0,3…0,5 м выше лотка проезжей части. При расходе предельного периода работа водостока происходит в напорном режиме с частичным пропуском расходов по лоткам улиц.

Расчетная продолжительность дождя складывается из трех составляющих:

Таблица 4.4

где /конц — время концентрации стока или добегания воды до уличного лотка или коллектора, с; Г_л — время пробега дождевых вод по уличным лоткам до дождеприемника, учитываемое при отсутствии внутримикрорайонных коллекторов, с; Гер — время протекания дождевых вод по уличным коллекторам до расчетного сечения, с.

Первую составляющую /_Конц задают равной 5 мин при наличии на межмагистральной территории (ММТ) закрытой дождевой сети. Если такая сеть отсутствует, то ее определяют специальным расчетом, учитывая, что /конц должно быть не менее 10 мин.

Вторую составляющую определяют по формуле (4.7), вводя коэффициент 1,25, учитывающий изменение скоростей течения воды в лотке:

где /_л — длина лотка, м; v_Л — скорость движения дождевых вод в конце лотка, м/с.

Третью составляющую определяют по формуле (4.8) с учетом поправочного коэффициента г, учитывающего постепенное заполнение свободной емкости труб при возникновении напорногорежима:

где /_тр — длина расчетных участков коллектора, м; и_Тр — скорость движения дождевых вод на соответствующих участках коллектора, м/с; г — поправочный коэффициент, принимаемый в зависимости от значения показатели степени п.

Значения коэффициента г изменяются в зависимости от интенсивности дождя и уклона местности на трассе коллектора, так как в период сильных дождей коллектор работает в напорном режиме. В этом случае полное заполнение свободной емкости труб происходит не сразу, а постепенно по мере нарастания скоростей дождевых вод и вызывает временную аккумуляцию воды. В результате наблюдают уменьшение максимальных расчетных расходов, которое и учитывают введением коэффициента г.

При уклонах территории 0,1…0,3% указанные величины уменьшают на 25…30%, а при большей крутизне местности принимают равным 1,2.

Скорость движения дождевых вод по лотку или трубе находят по специальным таблицам или рассчитывают по методике, изложенной ниже. Для этого предварительно назначают диаметр трубы или поперечное сечение лотка, а продольный уклон сети (/) определяют по плану, где трассирован коллектор.

Величину площади стока Л принимают для каждого расчетного участка равной площади поверхности, дающей максимальный расход. При этом учитывают, что в ряде случаев он может формироваться не со всего бассейна стока, а лишь с какой-то его части. К таким случаям относятся: резкая неравномерность распределения площадей стока по длине сети, значительная разница Ч’ср на отдельных участках бассейна, существенное различие в уклонах поверхности по трассе притяженного водостока. Когда площадь бассейна стока достаточно велика (более 300 га), приходится учитывать еще одно обстоятельство: неравномерность орошения дождями расчетной площади. Тогда в формулы (4.4) и (4.5) вводят поправочный коэффициент ц.

В формулы расчетных расходов (4.4) и (4.5) вводят ряд поправочных коэффициентов, учитывающих конкретные условия работы дождевой сети. Один из них — к_с — зависит от величины 7 другой — ?_р — от.

Таблица 4.5

Т и Ч’ср. Первый коэффициент вводят для двух значений времени расчетной продолжительности: при Г=5 мин? с=0,8, при Т=7 мин 6_С=0,9. Второй уменьшающий коэффициент &_р добавляют при определении расходов с ММТ, имеющей от 20 до 40% водонепроницаемых покрытий (табл. 4.5).

Расчет расходов дождевого стока трудоемок, так как требует предварительного определения большого количества переменных величин. Для упрощения вычисления в практике проектирования используют несколько способов, которые построены на применении табличных и графических материалов. Эти способы подробно описаны в литературе, а один из них приведен здесь.

Для конкретного объекта проектирования устанавливают границы бассейнов стока и расчетные сечения (рис. 4.3). Далее составляют таблицы и графики, которыми иллюстрируют зависимость д от Т при соответствующих значениях <7, Я, с, 4% и п. Обычно строят графики, принимая расчетное время Т равным 10, 20, 30 и 40 мин при постоянном для данной местности показателе степени п. По этим графикам подсчитывают для каждого расчетного участка фактическую продолжительность Т. Далее находят удельный расход с 1 га, а зная площадь бассейна стока А, получают расчетный расход (? с соответствующей водосборной площади. В случае необходимости полученную величину Ф уменьшают, умножая на коэффициенты /г_Р, К т}. Результаты последовательных вычислений, выполненных по каждому створу, сводят в табл. 4.6, по которой в случае необходимости легко проверить рас-, четы промежуточных этапов.

Рис. 4.3. Схема к определению границ расчетных участков:

/ — границы бассейнов и расчетных участков; 2 — номер расчетного сечения с площадью общего (Л<) и частного (а_{) бассейнов участка коллектора; 3 — длина расчетных участков После определения расчетных расходов гидравлическим расчетом уточняют диаметры коллекторов, величины уклонов и средние скорости течения воды.

Задача гидравлического расчета: установить размеры дождевой сети, обеспечивающие пропуск расчетных расходов, уклоны коллектора и скорости течения воды при безнапорном и напорном режиме. Расчет дождевой сети ведут по формуле.

где / — гидравлический уклон; Я, — коэффициент сопротивления трению по длине трубопровода; V — средняя скорость движения дождевых вод, м/с; Л — гидравлический радиус, определяемый из соотношения /? = =5/м; 5 — площадь живого сечения трубы, лотка, м²; и — смоченный периметр (рис. 4.4), м;? — ускорение силы тяжести, м/с².

Рис. 4.4. Живое сечение (Э) и смоченный периметр (и) водостока: а — лотка; б — трубы Коэффициент сопротивления трения по длине Я, определяют по формуле, учитывающей различную степень турбулентности потока:

где Ие — число Рейнольдса; Д_э — эквивалентная шероховатость, определяемая по табл. 4.7, см; а₂ — без;

Наименование параметров.

Показатели.

Время концентрации стока /нот, мни Длина пробега воды по лотку дороги /, м Скорость движения воды по лотку и, м/с Времяпробега воды по лотку /л= 1,25/я/бО, мин Суммарная длина пробега воды по трубам коллектора о, м Средняя скорость движения воды по трубам V, м/с Суммарное время протекания воды по трубам Продолжительность дождя 7'=/конц+7л+7'Тр, мин Продолжительность дождя Г, мин Средний коэффициент рода поверхности бассейна стока гСр, доли единицы. Период однократного превышения интенсивности дождя П, лет Параметр Д=<72о-20п(1+с П) Расчетная интенсивность дождя <7 = Б/ГП, л/с га Коэффициент стока Ч’ср Расчетный расход с 1 га ф| = <7'1г, л/с Полный расход в створе <3=С}1А, л/с Предварительные размеры лотка (трубы), м Расчетные размеры лотка (трубы), м

Таблица 4.7

размерный коэффициент, учитывающий характер шероховатости труб (табл. 4.7).

В практике проектирования гидравлический расчет ведут на максимальный секундный расход <2 по таблицам и графикам, построенным на основании вышеприведенных формул. Нормальное наполнение лотков улиц ограничивают высотой слоя воды в 4—5 см. В исключительных случаях допускают переполнение лотка и затопление полосы проезжей части улиц шириной не более 2—3 м, считая от линии бортового камня.

Наполнение элементов открытой сети принимают на 0,2…0,4 м ниже лотка (рис. 4.4) в зависимости от характера работы элемента и размеров сечения. Расчетное наполнение в коллекторах принимают полным.

Для открытых каналов по вышеприведенным формулам рассчитывают наивыгоднейшее гидравлическое сечение, которое при данных значениях <2 и I имеет наименьшую площадь живого сечения 5.