Расчет ливневой канализации

Расчет поверхностного дренажа

Схема обычной «бордюрной ливневой канализации»

Для правильного определения размеров поверхностного дренажа необходимо определить количество стока с дренируемых поверхностей. Это позволяет определить количество воды, которое дренажное устройство должно пропускать при средних условиях эксплуатации. При определении количества стока с осушаемых территорий в первую очередь следует определить необходимые параметры, а именно:

• вероятность дождя,
• продолжительность дождя,
• экспертная оценка средней интенсивности осадков,
• площадь водосбора,
• коэффициент стока для существующих поверхностей,
• коэффициент задержки стока, который принимается в зависимости от принятой методики расчета стока.

Дожди при расчете дренажа поверхности характеризуются:

• вероятность выпадения дождя pс интенсивностью, большей или равной допустимой величине дождя,
• продолжительность t,чаще всего выражаемая в минутах или секундах,
• интенсивность определяется в мм / мин или в дм ³/ (га  с),
• высота осадков hв мм,
• диапазон F,определенный в га.

Вероятность выпадения дождя p определяет, сколько раз за столетие превышается заданная интенсивность дождя. Другой характеристической величиной является частота повторяемости осадков C, определяемая как один раз в C лет. Это значение дает степень безопасности безотказной работы дренажных устройств. Кроме того, важным критерием здесь являются экономические соображения.  Выбор подходящей вероятности p должен уравновешивать соображения безопасности и экономики.

Формула расчета времени максимальной концентрации воды на поверхности:

Формула расчета средней продолжительности осадков

где: L – расстояние от самой дальней точки водосбора до расчетного участка [км], J – уменьшение между указанными выше точки.

Продолжительность дождя

Средняя продолжительность дождя t _д принимается равным времени притока воды из самой дальней точки водосбора в расчетное сечение с учетом времени концентрирования на поверхности. Если средняя продолжительность дождя меньше 10 минут, для дальнейших расчетов принимается значение, равное 10 минутам. Это связано с тем, что дренажные устройства могут удерживать количество воды, втекающей в них во время более коротких дождей. Однако для больших склонов местности, которые являются очень благоприятными условиями для стока дождевой воды, следует проверить расчеты для 5-минутного количества осадков. Минимальная продолжительность дождя при определении средней интенсивности дождя была установлена ​​t _d на 10 мин – 600 с, и это соответствует условиям Московской области.

В соответствии с действующими нормативами, модель осадков используется при проектировании дренажа автомобильных, бетонных площадок и парковок, где интенсивность сильного дождя зависит от вероятности дождя, количества нормальных осадков H и его продолжительности.

Формула расчета интенсивности дождя

Чаще в инженерных расчетах используется упрощенная форма, выражаемая формулой:

Упрощенная Формула расчета интенсивности дождя

где: A – коэффициент, зависящий от вероятности выпадения дождя p и количества осадков H .

Значение коэффициента A для количества осадков H  ≤ 800 мм рассчитывается для H = 600 мм. Для количества осадков H = 600 мм (большая часть территории Московской области) формула упрощается до вида:

Часто используемая Упрощенная Формула расчета интенсивности дождя

При расчете дренажа чаще всего используются метод постоянной интенсивности осадков (MSN) до 10 га и метод предельной интенсивности осадков (MGN) до 200 га.

Метод постоянных осадков – это сокращенный метод, используемый в основном в предварительных проектах и ​​для расчета площади водосбора не более 500 квадратных метров. Количества стока на таких поверхностях, рассчитанные с использованием методов MSN и MGN, существенно не отличаются друг от друга. В этом методе используется взаимосвязь между интенсивностью дождя и площадью водосбора.

Предполагается, что время дождя равно времени потока через канал и определяется для всей площади водосбора с предполагаемой вероятностью дождя. Чаще всего предполагается, что продолжительность дождя составляет 10 минут для боковых каналов и 15 минут для основных каналов. Общая форма формулы количества дождевой воды Q :

Общая форма формулы расчета количества дождевой воды Q

где:     – коэффициент задержки по Бурки-Циглеру,  – коэффициент стока, F – площадь водосбора [га], n – коэффициент, зависящий от уклона и формы площади водосбора, от 4 до 8.

Значение показателя n следует принимать следующим образом:

• n= 8 для больших склонов и плотного водосбора с учетом скорости в канале
  > 1,2 м / с;
• n= 6 для средних условий осушаемого водосбора (длина водосбора вдвое больше его ширины) и возможности набора скорости около 1,2 м / с в русле;
• n= 4 для небольших уклонов и удлиненной формы водосбора, что позволяет каналу развивать скорость около 1 м / с.

Значение коэффициента стока  следует принимать как средневзвешенное значение частных коэффициентов и площади, на которой они встречаются.

Метод, рекомендуемый для определения размеров канализационных, автомобильных дренажных систем, – это метод ограничения интенсивности дождя (MGN). Этот метод заключается в определении дождя для каждой точки сети. Расчет начинается с предположения о скорости потока воды в канале для самого высокого сечения.

При определении размеров системы канализации сеть учитывает только узлы, значения решающей интенсивности осадков, определенные на этой основе, действительны для всего участка выше рассматриваемого узла.

Максимальная интенсивность дождя рассчитывается на основе определенной продолжительности надежного дождя, которая также играет роль фактора задержки. Количество сточных вод в узле рассчитывается по формуле:

Формула расчета максимальной интенсивность дождя

Для очень маленьких водосборов (менее 1 га) вы можете использовать упрощенную формулу для расчета количества осадков:

Упрощенная формула расчета количества осадков

Водоотведение с автопарковок  и бетонных площадок

Водоотводные лотки ливневой канализации

Ливневые или водоотводные лотки – основной элемент отвода воды с поверхности парковки или площадки. Как правило их располагают:

• у края парковки или монтируют в бордюр;
• на стоянках – по их внешнему краю как придорожная канализация или на некотором расстоянии от этого края как междорожная канализация;
• на площадях, автостоянках, въездах в гаражи и т. д. следует выполнять коробчатую или щелевую канализацию.

В случае применения лотков ливневой ​​канализации, каналы выполняются из сборных элементов, а решетки – из чугуна, оцинкованной стали.

На схеме: Примеры дренажных каналов, наиболее часто применяемых:

• а) V-образный канал;
• b) Глубокий закрытый канал;
• c) Мелкий канал;
• d) Армированный закрытый симметричный канал;
  e) Армированный закрытый асимметричный канал;
• f) Армированный закрытый асимметричный канал (для установки на стыке конструкций или примыкании к постройкам)

В европейском стандарте EN 1433 лотки делятся на классы устойчивости к нагрузкам. Каждый класс предназначен для использования в разных местах, в зависимости от нагрузки, которой он будет подвергаться во время использования:

• класс А15 – зоны, предназначенные для пешеходов и велосипедистов;
• класс В125 – дороги и покрытия для пешеходов и автостоянки для легковых автомобилей;
• класс С250 – территория у обочины тротуаров и обочин улиц;
• класс D400 – проезжие части проезжей части (включая пешеходные и проезжие), обочины и стоянки для всех видов дорожного транспорта;
• класс E600 – зона движения транспортных средств с исключительно высокими осевыми нагрузками, например, пандусы, порты, доки;
• класс F900 – поверхности с особо высоким давлением в колесах – взлетно-посадочные полосы для самолетов.

Колодцы ливневой канализации (дождеприемные колодцы)

Еще одним элементом водоотвода с парковок и площадок являются ливневые накопители (колодцы). Их задача – собирать воду с помощью лотков ливневого водоотвода и отводить ее в систему дождевой(сточной) канализации

Подземная часть накопителя представляет собой колодец, а верхняя часть – съемная с крышкой. Дождевые колодцы с дном бывают следующих типов:

• односкатные,
• полые,
• с боковым входом
• комбинированные.

Односкатный дождеприемный колодец, расположенный в системе ливневой канализации, используется для сбора дождевой воды, стекающей в канализацию по одному каналу. Это наиболее часто используемый тип.

Расстояние между дождеприемными колодцами зависит от количества поступающей дождевой воды, пропускной способности желобов, местных условий (продольный и поперечный уклон покрытия) и допустимой ширины желоба. Технические условия определяют максимальную площадь водосбора из расчета на один дожденакопительный колодец на более чем на 80 м ². Однако это значение не всегда недействительно, в современных условиях, теперь рекомендуется принимать максимальное значение площади, осушаемой одним желобом ливневой канализации – 40 м ². Максимальные расстояния между дожденакопительными колодцами согласно европейским нормам приведены в таблице.

Таблица: Примерное расстояние между дожденакопительными колодцами.

С другой стороны, согласно техническим условиям на бетонные инженерные сооружения(площадки), расстояние между входными отверстиями должно быть на уровне наклона линии уклона осушаемой поверхности:

• не более 0,3% – 5-8 м,
• более 0,3%, но не более 0,5% – 8-10 м,
• более 0,5%, но не более 1% – 10-15 м,
• более 1%, но не более 2% – 15-20 м,
• более 2% – не более 25 м.

Дренажные канавы

• Дренажные канавы являются компонентом поверхностного дренажа открытого типа. Они могут дополнять существующую систему ливневого водоотведения, а могут быть самостоятельным элементом удаления ливневых стоков с поверхности.
• Как правило, в условиях Московской области, дренажные канавы выступают промежуточным элементом в системе ливневого водоотведения с участка. Вода, удаляемая с поверхности парковок или площадок по желобам ливневого водоотвода, попадает в дренажные канавы, далее, в систему сточной канализации, при ее отсутсвии – по системам дренажных канав.

• Канавы, используемые в качестве дренажных элементов для укладки в траншее по границе площадок классов A, S и GP, имеют в поперечном сечении круглую сегментную форму, ширина желоба от 1,0 до 2,5 м, минимальная глубина 20 см., по ширине не более 0,2;

• треугольные желоба, используемые на поверхностях классов A, S и GP, особенно для облегчения содержания автопарковок, когда высота откоса, насыпи составляет менее 1,0 м; глубина канавы должна зависеть от способа осушения поверхности площадки, стандартная глубина от 0,30 до 0,80 м; внутренний уклон должен быть не более 1: 3, внешний уклон не более 1: 5, в то время как стандарт для внешнего уклона указывает значения наклона в пределах от 1: 3 до 1:10. с дном, закругленным по дуге окружности радиусом 0,5 м;

• проточные желоба – разновидность треугольных каналов; за счет формы поперечного сечения они лучше вписываются в местность по сравнению с треугольными; их следует использовать на парковках A, S и GP (в траншее); линия обтекания используется при выемке грунта на краю гребня поверхности; может использоваться на высоте уклона насыпи до 2 м; ширина проточной канавы не должна быть менее 1,5 м, а глубина – не более 1/5 ее ширины; дно должно быть закруглено радиусом 2,0 м, верхние края – радиусом 1,0-2,0 м;

• канавы трапециевидной формы, применяемые на парковках и площадках всех классов; дно канавы должно быть шириной не менее 0,4 м, а глубина канавы должна быть не менее 0,5 м, а если верхняя часть поверхности площадки осушена лотками ливневой канализа или дренажным слоем, то дно канавы должен быть ниже уровня сливного отверстия, слив или дренажный слой должен быть не менее 0,2 м, а на участке водораздела не менее 0,1 м. Уклон канавы не должен иметь уклон более 1 – 1,5;

• канавы с трапециевидным уклоном используются для поглощения поверхностных вод, втекающих с уклоном 2%; откосную канаву следует делать не менее чем на 3,0 м выше края пересечения откоса с местностью; когда есть опасения, что откос на поверхности откоса котлована должен быть заделан или отодвинут от откоса котлована; уклон откосной канавы не должен быть больше 1: 1,5;

При проектировании дренажных канав минимальный продольный уклон котлована должен составлять 0,2%. В исключительных случаях допускается использование уклона 0,1% на участках, не превышающих 200 м. Для канав часто требуется усиление дна, подробные правила усиления дна в зависимости от скорости потока или наклона канавы. дно траншеи указаны в стандарте.

Дренаж в населенных пунктах

Поверхностный дренаж на населенных пунктах осуществляется за счет обустройства отвода воды через землю (канавы) и неглубокие подземные дренажные системы (проложенные ниже зоны промерзания при наличии фильтрующего слоя).

Основным типом канав для осушения территорий населенных пунктов являются открытые или закрытые канавы трапециевидной формы. Варианты их обустройства приведены на рисунке:

• а) дренажная канава по границе населенного пункта,
• b) при наличии возвышенности,
• c) возвышенность в пойме,
• d) сложный рельеф;

• PWN – низкий уровень воды,
• PWW – высокий уровень воды
• ¹⁾ при связных грунтах полотна пути,
• ²⁾ при несвязных грунтах земляного полотна,
• ³⁾ при использовании фильтрующего слоя или фильтров,
• ⁴⁾ на линиях местного значения 0,4 м,
• ⁵⁾ в зоне водоразделов можно уменьшить до 0,2 м, но без корректировки в плане,
• ⁶⁾ можно уменьшить до 0,2 м при условии выполнения засыпки как
  в случае b),
• ^{7 )} можно снизить до 1% при условии постоянного улучшения почвы.
• Глубина канавы должна быть на 0,3 м больше уровня воды, обусловленного необходимой пропускной способностью канавы, но не менее минимальной глубины В иных случаях, минимальная глубина канавы длина канавы 0,5 м. Глубина канавы не должна превышать 1,0 м. Когда количество выносимой воды больше, ширина канавы должна быть увеличена по сравнению с базовой шириной 0,4 м. В связи с техническим условиями конкретной местности, уровнем грунтовых вод, приведенные значения могут быть изменены в большую сторону

Глубинный дренаж

Задача глубокого дренажа – собирать воду, преимущественно в зоне промерзания грунта, что приводит к понижению уровня грунтовых вод.

Рекомендуется, чтобы уровень грунтовых вод от нижней части конструкции поверхности площадки или парковки, в зависимости от типа грунта, находился на глубине:

• 1,60 м – в непроницаемых грунтах,
• 1,10 м – в грунтах со средней проницаемостью,
• 0,70 м – в проницаемых грунтах.