Проектирование тепловой сети. Попутный дренаж

Нередко теплотрассы и водопроводы приходится прокладывать на подтопляемых территориях. В таком случае приходится прокладывать линейные сопутствующие дренажи. То есть необходим дренаж подземных каналов. Проще говоря, нужно обеспечить водоотвод вдоль всей линии подземного трубопровода. А в глинистых грунтах еще нужно проложить и профилактический дренаж .

Глубина закладки сопутствующего дренажа должна быть ниже самой низкой отметки объекта не менее чем на 0,3-0,7 м. Примыкание дренажного трубчатого канала к водоотводному коллектору должно быть с зазором от 0,7 до 1 м. Зазор необходим для установки смотрового колодца. При прокладывании проходных осушительных каналов под всей длиной подземных трубопроводов, также необходимо располагать смотровые колодцы, которые нужны для проведения очистки дренажных трубок от осадка.

Если дренаж участка происходит на глинистых грунтах, то необходимо по всей длине канала под его основанием, проложить пластовый песчаный дренаж. Поверхность пластового песчаного дренажа должна непосредственно соприкасаться с обсыпкой трубчатого дренажа для лучшего водоотвода.

Если канал проходит в тяжелых или глинистых грунтах, где коэффициент естественной фильтрации воды меньше 5 кубометров в сутки, то требуется по обеим сторонам канала проложить песчаные призмы. Их коэффициент фильтрации должен составлять минимум 5 кубометров воды в сутки. Назначение этих призм заключается в приеме на себя воды, поступающей с обеих сторон канала. Устройство таких песчаных призм аналогично призмам головного канала или

При проектировании, подземные тепловые сети желательно располагать выше уровня грунтовых вод. Если практически это неосуществимо, то при прокладке тепловых сетей ниже максимального уровня стояния грунтовых вод необходимо предусматривать попутный дренаж, а для наружной поверхности строительных конструкций - обмазочную битумную изоляцию.

При невозможности применения попутного дренажа следует предусматривать оклеечную гидроизоляцию из битумных рулонных материалов и с защитными ограждениями на высоту, превышающую максимальный уровень грунтовых вод на 0,5 м, или другую эффективную изоляцию. Для искусственного осушения грунта в местах расположения тепловых сетей, понижения уровня грунтовых вод и защиты от их проникания к трубопроводам служат различные дренажные устройства. Выбор конструкции дренажа зависит от условий прокладки теплосетей, например от уровня и направления движения грунтовых вод, от их дебита, от уклона трассы тепловых сетей, характера строения грунта.

При незначительном притоке воды и низком уровне грунтовых вод достаточно уложить под основание канала для дренажа слой крупнозернистого песка или мелкого гравия. В тех случаях, когда уровень грунтовых вод высокий, под основание канала укладывают слой гравия или песка с устройством попутного дренажа, рас­полагаемого параллельно каналу - с одной или двух его сторон.

Для попутного дренажа в основном применяют асбестоцементные трубы с муфтами, керамические канализационные раструбные трубы, полиэтиленовые трубы, а также готовые трубофильтры. Сборные дренажи из крупнозернистых керамзитобетонных трубофильтров получили наибольшее распространение, благодаря большой пористости стенок вода свободно проникает внутрь труб.

При использовании трубофильтров исключается необходимость устройства гравийно-песчаной обсыпки и облегчается возможность механизации строительно-монтажных работ по прокладке дренажа. Диаметр дренажных труб выбирают из расчетного количества отводимых труб, но не мене 150 мм.

Трубы керамические канализационные покрывают внутри и снаружи глазурью. Для фильтрации грунтовой воды внутрь дрена в трубах сверлят отверстия диаметром 10 мм по окружности, за исключением нижнего сектора, с шагом 200 -300 мм. Раструбные соединения снизу на 0,5 диаметра зачеканивают цементным раствором или асфальтовой мастикой, а сверху засыпают гравием фракции 20-30 мм.

Конструкция теплосети

а - канал с дренажем совершенного типа

б - бесканальная прокладка в траншею с откосами и дренажем совершенного типа

1 - трубофильтр

2 - рабочий дренаж из щебня

3 - щебень основания, втрамбованный в грунт

4 - песок основания с коэффициентом фильтрации не менее 20 м/сут.

5 - песок отсыпки с коэффициентом фильтрации не менее 5 м/сут.

К 1 - для траншей с креплениями

К 2 - для траншей с откосами

В асбестоцементных трубах перед укладкой устраивают пропилы (прорезы) шириной 3 -5 мм и длиной, равно половине диаметра условного прохода трубы, через 200-300 мм по окружности дрена, за исключением нижнего дрена. Соединение асбестоцементных труб выполняют на муфтах с заделкой по всему периметру стыка цементным раствором.

Вода в дренажных трубах движется самотеком, поэтому трубы прокладывают с единым уклоном на всем протяжении от места сбора грунтовых вод до сбора их в ливнесток. Продольный уклон дренажной линии должен быть не менее 0,003 и не всегда совпадает с соответствующим уклоном трубопроводов как по величине, так и по направлению. Для прочистки дренажных труб на углах поворота и на прямых участках не реже чем через 50 м устраивают контрольные смотровые колодцы диаметром не менее 1000 мм , отметки дна которых принимают на 0,3 м ниже отметок заложения примыкающих дренажных труб . В местах ответвлений также устраивают контрольные смотровые колодцы . Выпуск вод из системы попутного дренажа должен осуществляться в городскую канализацию, водосточную сеть или в открытые водоемы. Дренаж­ные выпуски выполняют из сплошных труб.

Если выпуск дренажных вод в водосточную сеть или открытый водоем невозможен, то допускается выпускать их в фекальную канализацию, при этом должен быть предусмотрен обратный клапан или гидрозатвор. Сброс этих вод в поглощающие колодцы или на поверхность земли не допускается. При расположении дренажной сети ниже водосточной или канализационной отвод воды самотеком невозможен. В этом случае сооружают дренажные насосные станции.

Устройство попутного дренажа значительно удорожает стоимость строительства тепловых сетей в целом. Дренажные устройства только тогда эффективны и оправдывают затраты на сооружение, когда за их работой ведется систематическое наблюдение. Дренажные трубы требуют прочистки при засорениях и периодической (ежегодной) промывки от отложений илистых частиц, содержащихся в грунте. Опыт эксплуатации тепловых сетей показывает, что при наличии попутного дренажа они достаточно надежно защищаются от заполнения грунтовыми и поверхностными водами, что, безусловно, оказывает влияние на надежность и долговечность работы тепловых сетей.

Наружные тепловые сети состоят : из трубопроводов; тепловой изоляции; антикоррозионной защиты трубо­проводов; трубопроводной запорно-регулирующей и из­мерительной арматуры и линейного оборудования; ком­пенсаторов; дренажных устройств; строительных конст­рукций, ограждающих трубопровод; сооружений на тепловых сетях.

Для трубопроводов наружных тепловых сетей, (теп­лопроводов) используют стальные бесшовные или электросварные трубы. Фасонные части, устанавливаемые на наружных теплопроводах (отводы, переходы и пр.)г должны быть также стальными сварными, гнутыми или штампованными.

Тепловую, изоляцию теплопроводов устраивают, что­бы избежать непроизводительных потерь тепловой энер­гии в окружающую среду по пути следования теплоноси­теля от места его приготовления до потребителей. Уменьшая непроизводительные потери тепла, тепловая изоляция одновременно защищает металлические по­верхности труб, оборудования и изделий от разрушаю­щего влияния влаги.

В качестве тепловой изоляции используют различные материалы, обладающие низким коэффициентом тепло­проводности, долговечностью, достаточной механической прочностью, малой гигроскопичностью. Кроме того, теп­ловая изоляция должна иметь хорошую тепло- и влаго- устойчивость и гидрофобность; при малой теплоустой­чивости тепловая изоляция может преждевременно раз­рушиться, а при высокой влажности повышается ее теплопроводность.

Для тепловой изоляции применяют минеральную ва­ту, перлитобетонные и пенопластовые скорлупы, литые армопенобетонные и битумоперлитные покрытия труб и пр. Конструктивно тепловая изоляция может быть мастичной, формовочной (штучной, сегментной), засып­ной (набивной), оберточной и литой.

Антикоррозионное покрытие наружной поверхности труб и оборудования делают для защиты их от коррозии, которая интенсивно действует на металл трубопроводов, проложенных в земле. Для антикоррозионных покрытий используют лаки, краски, эмали, мастики, рулонные ма­териалы и пр.

Антикоррозионные покрытия, как правило, выполня­ют в заводских условиях ; на строительной площадке заделывают только стыки трубопроводов после их испы­тания на прочность и плотность и исправляют возмож­ные повреждения антикоррозионного покрытия, появив­шиеся при транспортировании, разгрузке или монтаже трубопроводов. При этом следует знать, что поврежден­ную заводскую изоляцию восстановить на строительной площадке довольно сложно. Поэтому при разгрузке и монтаже труб, покрытых антикоррозионной изоляцией, следует осторожно обращаться с ними, так как изоляция не обладает высокой механической прочностью. Захва­тывать трубы крюками, обматывать их канатами можно только за неизолированные концы (по 300 мм на каждом конце). Опирать трубы следует также на их концы.

В качестве трубопроводной запорно-регулирующей арматуры используют стальные задвижки различных конструкций . Задвижки устанавливают для отключения отдельных участков теплопровода и для регулирования расхода теплоносителя.

Измерительная арматура - манометры и термомет­ры служит для измерения давления и температуры теплоносителя .

Краны применяют для выпуска воздуха из трубопро­вода при его заполнении теплоносителем, а также для выпуска теплоносителя из труб.

Стальные трубы под действием температуры тепло­носителя деформируются: с увеличением нагрева - удли­няются, при падении температуры - укорачиваются. Эта способность стальных труб к деформации в преде­лах допускаемых напряжений в металле труб называет­ся естественной компенсацией или самокомпенсацией. Деформация теплопровода происходит за счет упругих свойств металла, изменения геометрической формы тру­бопровода и эластичности его углов и изгибов.

Для восприятия температурных удлинений и разгруз­ки трубопроводов от температурных напряжений на тепловых сетях устраивают компенсирующие устройства: сальниковые или П-образные компенсаторы.

Дренажные устройства предназначены для искусст­венного осушения грунта в месте укладки тепловых сетей , понижения уровня грунтовых вод и защиты от их проникновения в каналы тепловых сетей и далее к трубопроводам. При незначительном притоке воды и низ­ком уровне грунтовых вод доста­точно уложить под основание ка­нала для дренажа слой крупно­зернистого песка или гравия. В тех случаях, когда уровень грун­товых вод высокий, под основание канала укладывают слой песка или гравия, а также дренажные трубы (керамические, асбестоцементные или бетонные диаметром не менее 150 мм), располагаемые параллельно каналу с одной или двух его сторон либо под основанием канала. Дренаж­ные трубы засыпают песком или гравием.

Вода в дренажных трубах движется самотеком, по­этому трубы прокладывают с единым уклоном на всем протяжении от места сбора грунтовых вод до места сброса их в ливнесток. Продольный уклон дренажной линии должен быть не менее 0,003. Через каждые 35- 40 м на дренажной линии устанавливают смотровые дренажные колодцы, которые выкладывают из кирпича или железобетонных колец.

Строительные ограждающие конструкции, каналы, коллекторы, туннели, футляры - защищают теплопрово­ды от внешних разрушительных воздействий: поверхност­ных и грунтовых вод, нагрузки от собственного веса трубопроводов и оборудования, давления грунта, силы пучения грунтов и других влияний в зависимости от местных условий. Кроме того, строительные конструкции предохраняют изоляцию, линейное оборудование от преждевременного разрушения. Строительные конструк­ции, выполняемые из бетона, железобетона и кирпича, должны быть герметичными, прочными, долговечными, устойчивыми, не слишком тяжелыми, удобными при монтаже и дешевыми. Форма ограждающих конструкций различна. Наиболее индустриальные сборные ограждающие конструкции из бетонных и железобетон­ных изделий, так как их применение дает возможность в большей степени использовать механизмы.

Одним из основных условий повышения долговечности и надежности подземных тепловых сетей является защита их от затопления грунтовыми или поверхностными водами. Затопление сетей приводит к разрушению изоляции, развитию наружной коррозии трубопроводов, а также к резкому увеличению тепловых потерь. Поэтому при строительстве подземные тепловые сети желательно располагать выше уровня грунтовых вод. Если же практически это не осуществимо, то при прокладке тепловых сетей ниже максимального уровня стояния грунтовых вод следует предусматривать искусственное понижение грунтовых под - попутный дренаж, а для наружных поверхностей строительных конструкций - обмазочную битумную изоляцию.

Для защиты подземных тепловых сетей от поверхностных вод в первую очередь необходима планировка поверхности земли над теплопроводами. В результате этой планировки отметки поверхности земли над теплопроводом должны несколько превышать отметки окружающего грунта. Желательно устройство над тепловыми сетями уличной одежды в виде бетонного или асфальтобетонного покрытия. В отдельных случаях при затруднениях с организацией отвода поверхностных вод в местах понижения рельефа по трассе на таких участках также возникает необходимость сооружения дренажных устройств.

Строительству дренажа предшествуют изыскательские и проектные работы с выявлением гидрогеологических условий района. Производят съемку местности, составляют гидрогеологические профили с установлением уровня грунтовых вод, подсчитывают дебит воды, поступающей на участок теплотрассы, определяют место отвода этой воды, составляют депрессионные кривые понижения уровня грунтовых вод дренами и определяют требуемые расстояния и диаметр дрен. Вычерчивают план и продольный профиль закладки дренажа.

Для тепловых сетей, как правило, применяются горизонтальные дренажи. При невысоком уровне грунтовых вод и небольшом дебите применяют упрощенную конструкцию в виде дренирующего основания под каналом из крупного песка или гравия (рис. 2.48,а). Дренажные устройства (рис. 48,6) прокладывают вдоль трассы тепловых сетей по одну (односторонние дренажи) или обе стороны (двусторонние дренажи) от нее. Односторонние дренажи располагают со стороны притока грунтовых вод. Основное требование к дренажу в зоне прокладки тепловых сетей заключается в том, чтобы кривая депрессии (уровень грунтовых вод при работе дренажа) была ниже дна канала или нижней отметки изоляционной конструкции теплопровода при бесканальной прокладке. Для этого заглубление верха дренажных труб принимают не менее 300 мм от дна канала, а при бесканальной прокладке - не менее 300 мм от нижней поверхности изоляции теплопроводов. Выбор конструкции дренажа зависит от условий прокладки теплосетей: уровня и направления движения грунтовых вод, их дебита, уклона трассы тепловых сетей, характера строения грунта и др.

Для попутного дренажа в основном применяют асбестоцементные трубы с муфтами, керамические канализационные раструбные трубы, а также готовые трубофильтры. Применяют также бетонные, железобетонные, пластмассовые и другие трубы. Однако бетонные и железобетонные трубы можно использовать только для неагрессивных вод, так как в противном случае бетон может выщелачиваться с разрушением. Асбестоцементные безнапорные трубы более стойкие, чем бетонные и железобетонные, поэтому они получили более широкое применение при строительстве попутных дренажей. Водоприемные отверстия в асбестоцементных трубах выполнены цилиндрическими или щелевыми (рис. 2.49).

Керамические канализационные трубы также получили широкое применение. Прием воды в керамических трубах обеспечивается зазором в раструбе 10-20 мм, который оставляется только в верхней части стыка. Нижнюю часть заделывают канатом или асбестоцементным раствором. Керамические канализационные трубы большого диаметра снабжены отверстиями диаметром 5-10 мм, расположенными в шахматном порядке. Чрезвычайно эффективна конструкция дренажа из трубофильтров (труб из крупнопористого бетона), благодаря большой пористости стенок которых вода свободно проникает внутрь труб (рис. 2. 50). При использовании трубофильтров исключается необходимость устройства гравийно-песчаной обсыпки, кроме того облегчается возможность механизации строительно-монтажных работ по прокладке дренажа.

Диаметры дренажных труб выбирают исходя из расчетного количества отводимых вод, но не менее 150 мм (исходя из дебита воды до 5 л/с на 1 км теплотрассы). Скорость движения воды в дренажных трубах принимают обычно порядка 0,5-0,7 м/с, но не больше 1 м/с, так как при больших скоростях дренируемой водой может размываться грунт около стыковых соединений труб. При малых же скоростях движения дренируемой воды из нее может выпадать осадок, в результате чего может засориться и закупориться сеть. Поэтому при строительстве попутного дренажа принимают ту необходимую скорость воды, при которой она имеет самоочищающую способность (т. е. скорость, исключающую выпадение осадка).

Дренируемая вода движется по трубам самотеком под действием силы тяжести, поэтому чем больше уклон дренажных труб, тем больше скорость их движения. Однако при увеличении уклона возрастает и глубина заложения дренажа, что повышает стоимость и усложняет производство строительно-монтажных работ, а также и эксплуатацию дренажа. Для обеспечения необходимой водоотводящей способности уклон попутного дренажа следует принимать не менее 0,003, при этом он может не совпадать по величине и направлению с уклоном тепловых сетей.

Дренажные трубы прокладывают в (фильтрующих обсыпках, препятствующих засорению труб грунтом. В качестве дренажной обсыпки применяют крупнозернистый песок, средний гравий, а также щебень горных пород и среднезернистый песок с коэффициентом фильтрации не менее 20 м/сут. Гранулометрический состав обсыпки подбирают с таким условием, чтобы при фильтрации воды не происходило выноса мелких частиц через более крупный заполнитель и, забивания водоприемных отверстий в дренажных трубах.

Для прочистки дренажных труб на углах поворота и на прямых участках не реже чем через 50 м устраивают контрольные смотровые колодцы диаметром не менее 1000 мм, отметки дна которых принимаются на 0,3 м ниже отметок заложения примыкающих дренажных труб. Для дренажа компенсаторных ниш от основного дренажа устраиваются отдельные ответвления, конструкция которых аналогична основному попутному дренажу. В местах ответвлений также устраивают контрольные смотровые колодцы.

Основание камер всегда находится, ниже основания самого теплопровода, поэтому при понижении уровня грунтовых вод до основания теплопровода нижняя часть камер остается в окружении грунтовых вод. В свою очередь заглубление попутного дренажа ниже дна камер значительно бы увеличило его стоимость, так как пришлось бы дренировать очень большое количество грунтовой воды и увеличивать диаметр дренажной трубы. В практике строительства тепловых сетей значительно целесообразнее устраивать камеры с водонепроницаемым основанием. Участки дренажных труб, проходящие через камеры, выполняют из металла, а в местах их прохода сквозь стены устанавливают проходные сальники. При проходе дренажа через щитовые железобетонные опоры 1в последних для пропуска дренажных труб оставляют отверстия, диаметр которых принимают на 200 мм больше внешнего диаметра дренажных труб.

Вода из системы попутного дренажа должна выпускаться в городскую ливневую канализацию, водосточную сеть или в открытые водоемы. Дренажные выпуски выполняют из сплошных труб (чугунных, асбестоцементных, железобетонных безнапорных и др.). Если выпуск дренажных вод в водосточную сеть или открытый водоем невозможен, то допускается выпускать их в фекальную канализацию, при этом следует предусматривать обратный клапан и гидрозатвор. Сброс этих вод в поглощающие колодцы или на поверхность земли не допускается. При расположении дренажной сети ниже водосточной или канализационной отвод воды самотеком невозможен. В этом случае сооружают дренажные насосные станции, имеющие, как правило, два отсека: резервуар для приема дренажной воды и машинный зал. Насосные станции сооружают из монолитного или сборного железобетона преимущественно круглыми в плане диаметром 3-4 м.1

Устройство попутного дренажа значительно удорожает стоимость строительства тепловых сетей в целом. Кроме того, строительно-монтажные работы по его прокладке пока еще недостаточно механизированы, что требует большого количества ручного малопроизводительного труда. При этом также существенно увеличиваются сроки строительства и ввода тепловых сетей в эксплуатацию. Однако опыт эксплуатации показывает, что при наличии попутного дренажа тепловые сети достаточно надежно защищены от затопления грунтовыми и поверхностными водами, что, безусловно, оказывает влияние на надежность и долговечность работы теплопроводов.