Магистральный водопровод

Магистральный водопровод — это система водоснабжения, предназначенная для подведения воды, как правило, от водозаборных узлов до потребителя (городское хозяйство, промышленные предприятия и т.д.) по трубопроводу, в основном проложенному под землей. В конечном пункте, часто очищенная от механических примесей в системе фильтров, вода собирается и далее распределяется по городским водопроводным трубам.

Магистральные водопроводы больших диаметров изготавливали из цемента, железобетона, асбестоцемента, а в последние годы — из различных видов пластика.

Благодаря повышенной механической прочности и устойчивости к повышенным температурами в магистральном водоснабжении наибольшее распространение получили металлические водопроводы — из стали, нержавеющей стали, чугуна, чугуна высокопрочного с шаровидным графитом (ВЧШГ) и меди. Сегодня все чаще используются водопроводы из полимерных материалов.

Есть несколько способов прокладки магистральных водопроводов :

• наземная по опорам и эстакадам, с утеплением или без него
• подземная:
• траншейная
• бестраншейная, возможна при горизонтальном бурении
• коллекторная, выполняется способом щитовой проходки.

Насосные станции являются важнейшей составляющей системы магистрального водопровода. Поскольку, в силу ее большой протяженности, давление в системе снижается с ростом длины трубопровода, насосы повышают давление в системе водопровода до требуемого.

Магистральные и распределительные трубопроводы

6.1 Схемы трассировки водопроводных сетей

Для транспортирования воды от источников к объектам водоснабжения служат магистральные трубопроводы (водоводы). Их выполняют из двух или более ниток трубопроводов, укладываемых параллельно друг другу. Для подачи воды непосредственно к местам ее потреб­ления (жилым зданиям, цехам промышленных предприятий) служит распределительная водопроводная сеть. При трассировании линий водо­проводной сети необходимо учитывать планировку объекта водоснабжения, размещение отдельных потребителей воды, рельеф местности и т. д.

По конфигурации в плане различают водопроводные сети разветвленнные, или тупиковые (рисунок 21а), и кольцевые, или замкнутые (рисунок 20б). Разветвленные водопроводные сети выполняют для небольших объектов водоснабжения, допускающих перерывы в снабжении водой. Эти сети целесо­образны при сосредоточенном потреблении воды в отдален­ных друг от друга точках сети. Кольцевые водопроводные сетивыполняют при необходимости бесперебойного водоснабже­ния, что гарантируется в данном случае возможностью двусто­роннего питания водой любого потребителя. Протяженность и стоимость кольцевых сетей больше, чем разветвленных.

В хозяйственно-питьевых и производственных водопрово­дах, как правило, применяют кольцевые сети благодаря их спо­собности обеспечивать бесперебойную подачу воды. В противо­пожарных водопроводах устройство кольцевой сети обяза­тельно.

В водопроводной распределительной сети различают магистральные(главные) и распределительные (второстепенные) линии. Расчет прово­дят только для магистральных линий.

а — разветвленной; б — кольцевой; НС — насосная станция;

ВБ — водо­напорная башня

Рисунок 21 — Схемы водопроводных сетей

При выборе трассы водоводов необходимо учитывать:

1. Водоводы по возможности следует прокладывать по наиболее возвышенным точкам территории. При соблюдении этих условий наличие достаточных свободных напоров в магистральной сети гарантирует создание достаточных напоров и в распределительной сети, располагаемой на более низких отметках рельефа.

2. Трассировку производить по кратчайшему расстоянию от водопитателя до сети.

3. Прокладку водоводов производить по территории с минимальным числом промышленных предприятий и вблизи автодорог для удобства его обслуживания.

4. Предусматривать возможность организации зоны санитарной охраны водовода, прокладку водовода в геологических условиях, обеспечивающих минимальные затраты на строительство в обход пониженных участков местности.

Разработку схемы распределительной сети населенных пунктов начинают с определения места расположения регулирующей емкости. Затем наносят на план основные линии сети с таким расчетом, чтобы они снабжали водой все жилые районы и промпредприятия.

Из числа линий, расположенных в направлении движения основной массы воды и подающих воду к регулирующим емкостям, назначают магистрали. Они должны быть равномерно распределены по территории населенного пункта, охватывая все наиболее крупные водопотребители.

Для надежности водоснабжения по основному направлению прокладывают не менее двух параллельных магистральных линий на расстоянии 400-800 м. К регулирующим емкостям должна быть предусмотрена подача воды не менее чем по двум линиям.4

6.2 Трубы и арматура, применяемые для устройства водопровода

Для устройства наружного водопровода применяют трубы чугунные, стальные, асбестовые, железобетонные, пластмассо­вые и др.

Чугунные раструбные трубы и фасонные части к ним изготовляют согласно ГОСТ 9583—75 трех классов — Л А, А и Б. Эти трубы отличаются друг от друга толщиной стенок и, следо­вательно, выдерживают различное давление.

Стыки раструбных соединений заделывают (конопатят) смоленнной или битумизированной прядью и чеканят асбесто-цементной смесью (30 % асбеста и 70 % цемента не ниже марки 400 по массе) с добавлением 10—12% воды по массе смеси. Стыки с асбестоцементной заделкой эластичны, хорошо сопротивляются вибрационным нагрузкам и надежны в эксплуатации. Можно заделывать стыки и резиновыми уплот­нителями. Разработаны соединения чугунных труб на резино­вых кольцах без чеканки.

Чугунные трубы с противокоррозионным покрытием, вы­полняемым на заводах, долговечны и наиболее широко приме­няются при устройстве водопроводов. Недостатком чугунных труб является плохое сопротивление динамическим нагрузкам и сравнительно большой расход металла.

В необходимых случаях для устройства наружных водо­проводов применяют стальные трубы следующих сорта­ментов: электросварные прямошовные (ГОСТ 10704—91, ГОСТ 10706—76 и ГОСТ 10705—80) и со спиральным швом (ГОСТ 8696— 74); водогазопроводные по ГОСТ 3262—75 и др.

Соединения стальных труб осуществляют на сварке. Фа­сонные части к ним изготовляют из вырезаемых по шаблонам и свариваемых между собой отрезками труб.

С целью предохранения стальных труб от коррозии с на­ружной стороны их покрывают битумной или битумно-резиновой изоляцией, а также используют метод катодной защиты. Для транспортирования вод, сильно агрессивных по отношению к металлу, стальные трубы без устройства внутренней изоляции применять не следует.

Асбестоцементные водопроводные трубы (ГОСТ 539-80) изготовляют заводским способом на рабочее давле­ние 0,6; 0,9; 1,2; 1,5 МПа (соответственно марки BT6_f BT9, ВТ12, ВТ15) диаметром до 500 мм. Асбестоцементные трубы прочны, стойки по отношению к коррозии, отличаются малой теплопроводностью, имеют небольшую массу и гладкие стенки. Недостаток асбестоцементных труб заключается в их малой сопротивляемости ударам и динамическим нагрузкам.

Соединения асбестоцементных труб осуществляют асбесто-цементными или металлическими муфтами с резиновыми коль­цами.

Наиболее совершенное соединение асбестоцементных труб получается при применении самоуплотняющихся асбестоце­ментных муфт (САМ) и резиновых колец фигурного сечения.

Для устройства водопроводов применяют и железобе­тонные трубы диаметром 500—1600 мм. Такие трубы изготовляют, как правило, с предварительно напряженной арматурой.

В системах водоснабжения целесообразно применять и пластмассовые трубы. Однако они должны обеспечивать хранение качества воды в соответствии с ГОСТ 51233—98 «Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством».

Для внутренних и внешних сетей водоснабжения приме­няют пластмассовые напорные трубы из полиэтилена низкой плотности (ПНП) и полиэтилена высокой плотности (ПВП) по ГОСТ 18599-83 диаметром 10—1200 мм.

Возможно также применение напорных труб из непластифи-цированного поливинилхлорида (ПВХ), выпускаемых по ТУ 6-19-231—83 диаметром 10—315 мм, и напорных полипропилено­вых труб, выпускаемых по ТУ 38-102-100—76 диаметром 32— 200 мм.

Пластмассовые трубы обладают рядом преимуществ. Они не подвергаются электрохимической коррозии. На внутренней поверхности этих труб практически не образуется отложений. Они легче металлических и других труб. Мала вероятность раз­рушения пластмассовых труб при замерзании в них воды. В них на 30 % меньше потери напора, чем в металлических трубах.

При выборе материала труб для устройства наружного водопровода необходимо всесторонне учитывать условия проек­тирования, в частности свойства транспортируемой воды, агрес­сивность подземных вод, геологические, гидрогеологические и климатические данные, требуемую механическую прочность и долговечность труб, экономические и санитарные соображения и др.

Для нормальной эксплуатации водопроводной сети на ней устанавливают следующую арматуру: запорно-регулирующую (задвижки и вентили), водоразборную (водоразборные колон­ки, краны, пожарные гидранты) и предохранительную (предо­хранительные клапаны и воздушные вантузы).

Задвижки служат для регулирования распределения расходов воды по сети и отключения участков сети для осмотра и ремонта. Применяемые на практике задвижки подразделяют на параллельные и клиновые. Оба типа могут быть с выдвижным и невыдвижным шпинделем.

Запорное устройство задвижки состоит из двух дисков / и односторонне скошенных клиньев 5 между ними. Вращением маховика 3, связанного со шпинделем 4, диски можно поднимать (открывать задвижку) и опускать (закрывать задвижку). При опускании дисков клинья раздви­гаются и прижимают диски к гнездам 2, обеспечивая плотное закрытие задвижки.

В клиновой задвижке с выдвижным шпинделем запорное устройство состоит из одного круглого диска. Плотность за­крытия задвижки обеспечивается клинообразной формой диска, вводимого в гнездо между наклонными уплотняющими коль­цами корпуса.

Для облегчения открытия задвижек больших диаметров их снабжают обводными трубами. Открытие задвижки на об­водной линии выравнивает давление по обеим сторонам диска и облегчает открытие основной задвижки.

Задвижки большого диаметра оборудуют электрическим или гидравлическим приводом. Это обеспечивает возможность дистанционного и автоматического управления задвижками.

В местах расположения задвижек на сети обычно устраи­вают смотровые колодцы. Иногда задвижки устанавливают без устройства колодца.

Водоснабжение поселков и зданий, не оборудованных внутренним водопроводом, осуществляется через водораз­борные колонки. Давление в сети для нормального действия колонки должно быть не ме­нее 0,1 МПа.

Для забора воды из сети с целью пожаротушения применяют г идранты Гидранты бывают подземные и на­земные. При пользовании гидрантом на него навинчивают стен­дер, показанный на рис. П.34. При вращении рукоятки стенде­ра опускается стержень гидранта и открывается связанный с ним шаровой клапан. Вода забирается через пожарные рукава, при­соединяемые к штуцерам стендера.

Гидранты устанавливают в смотровых колодцах на фасон­ных частях (пожарных подставках). Расстояние между гидран­тами на сети должно быть не более 150 м.

Скопление воздуха в водопроводной сети нарушает ее ра­боту. Для выпуска воздуха в возвышенных точках сети уста­навливают в а н т у з ы.

В пониженных местах сети устраивают выпуски, представ­ляющие собой патрубки, примыкающие к нижней части труб. На выпусках устанавливают задвижки. Выпуски служат для опорожнения труб и отвода воды при промывке.

На водопроводной сети устанавливают также предохра­нительные клапаны, исключающие повышение давле­ния сверх допустимого, обратные клапаны, допускаю­щие движение воды только в одном направлении, и р е д у к-ционные клапаны, служащие для понижения давления на отдельных участках сети.

6.3 Устройство и испытания водопроводной сети

Важной составной частью проекта водопроводной сети является ее деталировка, представляющая собой схему сети, на которой условными обозначениями нанесены арматура и фасонные части. При составлении деталировки сети в первую очередь намечают места установки задвижек и гидрантов. За­движки размещают таким образом, чтобы можно было выклю­чать из работы отдельные участки сети без нарушения водоснаб­жения объектов, требующих бесперебойной подачи воды.

В местах установки арматуры и фасонных частей с фланце­выми соединениями устраивают смотровые колодцы. Размер их в плане определяется размерами арматуры и фасонных частей. Колодцы в плане могут выполняться круглыми и пря­моугольными. Колодец состоит из основания, рабочей камеры и горловины, которая заканчивается чугунным люком с крыш­кой. Стенки камеры и горловина колодца могут выполняться из кирпича или сборного железобетона. При наличии под­земных вод водонепроницаемость колодцев обеспечивается изо­ляцией днища и стенок. Особое внимание должно уделяться заделке мест прохода труб через стенки колодцев.

Под действием внутренних сил давления в трубопроводах возникают растягивающие усилия. На участках, прилегающих к поворотам линий, на ответвлениях и тупиковых участках эти усилия могут вызывать нарушение раструбных соединений (выход гладких концов труб из раструбов). Для исключения смещения и повреждения трубопроводов в смотровых колодцах или в грунте устанавливают упоры в направлении действия рас­тягивающих усилий. Конструктивно упоры выполняют в виде бетонных, кирпичных или бутовых массивов.

Глубина заложения водопроводных труб зависит от глубины промерзания грунта, температуры воды в трубах и режима ее подачи,

от характера грунта и наличия раститель­ного покрова, от наличия подземных вод, толщины снежного покрова и условий нагревания поверхности земли солнцем.

Глубина заложения водопроводных труб должна быть та­кой, чтобы исключалось замерзание в них воды. Для водоводов и магистральных трубопроводов со строго определенным ре­жимом работы глубину заложения устанавливают на основа­нии теплотехнических расчетов.

Глубина заложения труб, считая до их нижней образую­щей, должна быть на 0,5 м больше расчетной глубины промер­зания грунта. Ориентировочно глубину заложения труб можно принимать равной: в северных районах — 3—3,5 м; в средней полосе — 2,5—3 м; в южных районах — 1—1,5 м.

Минимальную глубину заложения труб определяют из ус­ловия защиты их от воздействия внешних нагрузок и предо­хранения воды от нагревания в летнее время. Ориентировочно ее можно принять равной 1 м.

Водопроводные линии прокладывают соответственно рель­ефу местности с постоянной глубиной заложения. Трубам дол­жен придаваться уклон, обеспечивающий опорожнение сети и выпуск воздуха из нее. Для этого в пониженных местах сети устраивают выпуски, а в возвышенных — вантузы.

Водопроводные линии следует прокладывать с учетом расположения других подземных сооружений. В городах и на промышленных предприятиях, имеющих большое количество подземных коммуникаций различного назначения, целесооб­разно прокладывать их в проходных или полупроходных кол­лекторах.

Под железнодорожными путями водопроводные линии обычно прокладывают в проходных каналах или в металличес­ких футлярах — кожухах.

Пересечение водопроводных линий с реками целесообразно выполнять путем прокладки труб под дном реки — так назы­ваемым дюкером.

Приемка водопроводных линий в эксплуатацию должна сопровождаться:

1) проверкой соответствия выполненных работ проекту;

2) наружным осмотром трубопроводов и всех доступных элементов сооружений;

3) гидравлическим испы­танием или проверкой актов на эти испытания;

4) промывкой и дезинфекцией или проверкой актов на эти работы и др.

Очень важно проверить соответствие уклонов уложенных трубопроводов проектным. С этой целью производят инстру­ментально-контрольную проверку их профиля. Одновременно проверяют обеспеченность свободного удаления из трубопрово­дов воздуха и воды при их опорожнении.

Для проверки прочности трубопроводов и плотности их стыков проводят гидравлическое испытание. Напорные трубо­проводы следует испытывать в два этапа:

первый — предварительное испытание на прочность и гер­метичность, выполняемое после засыпки пазух с подбивкой грунта на половину вертикального диаметра и присыпкой труб с оставленными открытыми для осмотра стыковыми соедине­ниями;

второй — приемочное (окончательное) испытание на проч­ность и герметичность, выполняемое после полной засыпки трубопровода.

Оба этапа испытания должны выполняться до установки гидрантов, вантузов, предохранительных клапанов, вместо ко­торых следует устанавливать фланцевые заглушки.

Значение внутреннего испытательного давления и порядок проведения гидравлического испытания напорных трубопро­водов на прочность и герметичность установлены СНиП 3.05.04— 85.

Напорный трубопровод признается выдержавшим предва­рительное и промежуточное испытания на герметичность, если расход подкаченной (утечки) воды не превышает допустимых значений.

После испытания перед пуском в эксплуатацию водопро­водные линии должны быть подвергнуты промывке водой с большой скоростью (не менее 1 м/с). Линии хозяйственно-питьевых водопроводов, кроме того, подвергают дезинфекции раствором, содержащим 40 мг активного хлора на 1 л воды. Хлорная вода должна находиться в трубопроводе 1 сут.