Гидравлический расчет и уклон канализационной трубы

Важность проведения правильных расчетов при проектировании канализации

Сточные воды — это не просто текучая жидкость однородной структуры. Нечистоты включают в себя примеси различной фракции и веса. Полидисперсная субстанция, коей являются сточные воды, к тому же содержит коллоиды и суспензии. Скорость движения нечистот может периодически меняться. Если жидкие включения движутся быстрее, то тяжелые примеси в виде песка, шлаков и др. чаще оседают на стенках труб, образуя наросты и засоры. В результате коллектор забивается. Чтобы этого не произошло, на этапе проектирования системы проводят гидравлический расчет канализационных сетей.

Для вычисления всех параметров в качестве исходных данных берется предполагаемый объем стоков.

Основные параметры расчетов

В первую очередь специалиста интересует минимальный уклон трубопровода, хотя, разумеется, это не единственный аспект, который влияет на общую конструкцию системы. Уклон диктует и монтажные особенности канализации:

• на какой глубине будут проложены трубы;
• каково сечение трубопровода для каждого сегмента;
• как будут размещены сантехнические элементы.

Основные эксплуатационные свойства:

• с какой скоростью движутся сточные воды;
• наполнение трубопровода.

Основные виды расчетов

При выполнении расчетов чаще используют данные СНиП 2.04.03-85 «Канализация. Наружные сети и сооружения», а также рекомендации из СП 40-102-2000 «Проектирование и монтаж трубопроводов систем водоснабжения и канализации из полимерных материалов. Общие требования».

Уклон трубопровода канализации

Рекомендуемый уклон

Уклон отвечает за безнапорную работу системы и беспрепятственный сброс стоков в приемник. В таблицах СНиП приведены рекомендуемые для каждого диаметра труб минимальные уклоны:

• сечение 110 мм — 1 см на каждый погонный метр коллектора;
• диаметр 160 мм — 0,8 см на метр;
• сечение 220 мм — 0,7 см на один метр протяженности коллектора.

Для внутренней части коммуникации придерживаются 1,5-2 см уклона на каждый погонный метр.

Если есть необходимость высчитать уклон коллектора через формулу, пользуются такой: d х коэффициент, где d — это сечение трубопровода, а коэффициент соответствует таким значениям:

• 160 — 0,6;
• 220 — 0,7;
• 500 мм — 1;
• 600-800 — 1,1;
• 1000-1200 мм — 1,3.

Уклон делают в сторону центральной магистрали или дворового септика/выгребной ямы.

Расчет сечения труб

Чтобы уложить трубы нужного диаметра, можно воспользоваться данными СНиП. Выглядят рекомендуемые значения следующим образом:

• внутренняя часть канализации от всех сантехнических приборов — 50 мм;
• труба от унитаза — 110 мм;
• общественный стояк — 110-160 мм;
• наружная часть канализации — 160-220 мм (для частного сектора и многоквартирного жилого дома);
• центральная магистраль и промышленные предприятия — от 500 мм.

При правильном сечении коллектора наполненность трубы будет составлять примерно 0,3-0,5 от общего её диаметра.

Расчет наполнения коллектора

Высчитывают наполненность трубы по формуле: Y= h/d. Здесь значение h — это максимальный уровень жидкости в системе, d — внутреннее сечение коллектора. В норме результат должен колебаться в пределах от 0,3 до 0,6.

Пример расчета уровня наполненности трубы канализации в частном секторе: за исходные данные берут уровень наполненности коллектора в пределах 60 мм, в то время как сечение тубы составляет 110 мм. Согласно приведенной формуле, 60/110 и получается 0,55. Значение соответствует норме.

Вычисление пропускной способности труб

На момент проектирования системы обязательно высчитывают пропускную способность трубопровода – определяют расчетные расходы сточных вод. Этот параметр вычисляют относительно суток, часов и секунд в зависимости от назначения здания (жилое, предприятие и пр.). Секундный расход стоков исчисляют в литрах, для суточного и часового данные исчисляют в м3.

Данные для средних расходов:

• Qcp.сут= п · Nр / 1000 м³/сутки;
• Qcp.час= п · Nр / (24 · 1000) м³/час;
• qср.сек= п · Nр / (24 · 3600) л/сек.

Где:

• п — средние нормы водоотведения на 1 жителя (в литрах);
• Nр– расчётное количество жителей.

Для максимальных расходов:

• Qмакс.сут= Qcp.сут · kсут = п · Nр · kсут / 1000 м³/сутки;
• Qмакс.час= п1 · Nр · kобщ / (24 · 1000) м³/час;
• qмакс.сек= п1 · Nр · kобщ / (24 · 3600) л/сек.

Где k – коэффициенты неравномерности: kсут – суточной, kобщ – общей.

Чтобы определить максимальную пропускную способность коллектора, пользуются формулой: q = aХv, где значение а – площадь живого сечения потока, а v – скорость транспортировки стоков.

За норму максимальных скоростей для каждого вида труб (материал изготовления) принято считать 8 м/с (металл) и до 4 м/с (бетон, пластик). Если скорость по факту получается больше, её нужно гасить с помощью поворотов системы или монтажа перепадных колодцев.

Все гидравлические вычисления нужно проводить последовательно. Однако чаще мастера используют для проведения расчетов не формулы, а приведенные в СНиП данные (в виде таблиц), либо пользуются онлайн-калькулятором.

От чего зависит расчет

Загородное жилье не всегда используют в течение всего года и для всей семьи. Поэтому основным фактором, влияющим на расчет канализации загородного дома, является количество человек и длительность их прибывания на даче. Собственно, от этого зависит и тип устраиваемой канализации.

Разновидностей автономных канализационных сетей существует немало. Рассчитать их по одной стандартной схеме невозможно, поскольку каждая из них имеет свои особенности: возможность подключения к системе канализации, объем накопительной емкости, степень, скорость очистки сточных вод, количество проживающих человек и т.д.

Современным вариантом автономной канализации, которую можно рассчитать, является септик. Его относят к локальным очистным сооружениям (ЛОС). Принцип действия такой же, как и у больших очистных сооружений. С помощью нескольких стадий очистки, фильтрации, отстаивания, сточные воды могут быть очищены на 98%, и быть вполне пригодны для различных технических нужд.

На расчетные характеристики автономной системы водоотведения влияют также:

• Глубина заложения трубопровода;
• Количество сантехнических приборов;
• Тип и особенности грунта, в который будет заложена наружная часть автономной канализации.

Расчетные параметры стандартного гидравлического расчета автономной канализации частного дома регламентирует СНиП 2.04.03-85. «Канализация. Наружные сети и сооружения». Данный свод правил вводит такие понятия, как:

• Санитарно-защитная зона – зависит от типа канализационного сооружения, объема его производительности, исчисляется в метрах;
• Средний расход сточных вод – зависит от коэффициента неравномерности притока сточных вод в канализации, и расхода их на производственные нужды;
• Удельное среднесуточное водоотведение на одного жителя населенного пункта – показатель объема усредненный, однако принимается за основу в большинстве расчетов систем канализации. Для города – 500-550 л/с, для сельских населенных пунктов – 125-150 л/с.

Если талые и дождевые воды, отводимые в ливневку, замыкаются в септике, то их также принимают в расчет, как дополнительный объем сточных вод для основной канализации.

В этом же СНиПе приводится гидравлический расчет самотечной канализации, с применением параметров сечения трубопроводов, шероховатости их стенок и скорости движения стоков по ним. Дополнительные требования и описание принципов действия различных канализационных систем, в том числе и автономных, содержит СНиП 2.04.02-84 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения».

Важно! Расчетные параметры септика также принимаются исходя из его периодической очистки. Ее необходимо делать в соответствии с инструкцией по использованию оборудования, но не реже 1 раза в год.

Определение эффективных параметров ливневой канализации

Если параллельно с фекально-бытовой системой монтируется ливневка, для правильных расчетов нужно учесть такие данные:

• норма годовых осадков по региону;
• площадь обслуживаемого объекта;
• тип покрытия (бетон, грунт, плитка);
• свойства грунта на участке;
• масса отводимой дождевой воды.

Все данные, кроме последнего пункта, берутся в местной геодезической службе. С помощью полученной информации подбирают желоба по их пропускной способности. Для примера рассчитаем данные по лоткам для ливневки с помощью формулы: Q=q20∙P∙φ

Значения:

• Q — средний годовой объем ливневой воды в регионе;
• q20 — коэффициент по региону;
• P — площадь объекта, с которого будет отводиться вода;
• φ — коэффициент водопоглощения для разных видов материалов.

Определив по этой формуле пропускную способность лотка, выбирают желоба в соответствии с их техническими характеристиками. Как правило, на товаре указан этот параметр.

Расчет стоков внутренней канализации

Как правило, выполняется для двух элементов (остальные принимаются конструктивно). Для начала определяются диаметры:

1. самого нагруженного стояка,
2. выпуска.

Для выполнения этой задачи существуют таблицы и эмпирические формулы, номограммы, которые приводятся в нормативной литературе.

Для стояка высчитывается, сколько воды ему требуется пропустить в секунду. Формула вычисления простая:

qs = qtot + q0s,1

Слагаемые здесь обозначают:

• qtot – расчетный расход (л/с) воды на участке;
• q0s,1 — максимальный (в секунду) расход сантехприбора с наибольшим водоотведением (в жилых зданиях это — залповый сброс из унитаза, для которого q0s,1 принимается 1.6 л/с).

Для горизонтального трубопровода расчетная формула канализационных стоков посложнее:

qsг.тр = Qв /3.6 + Ks * q0

Где:

• Qв — расход отводимых вод для данного участка, подсчитываемый по формуле, м3/час;
• q0 — расход от прибора, имеющего наибольшую емкость (для жилых домов это сток ванны, вмещающей 150-170 л, q0 = 1,1 л/с ), л/с;
• Ks — коэффициент осреднения.

Впрочем, как выяснили специалисты, трубы с диаметром 50 мм достаточны для беспроблемного отвода сливов ванны, мойки, умывальника и других сточных вод. Для проводки стоков унитаза достаточно стомиллиметрового диаметра трубы (этот диаметр достаточен для стояков и их вентиляции).

Расчет наружной канализации

Чтобы спроектировать наружную часть коллектора вычисляют такие данные:

• Протяженность коммуникации от выпуска из дома до подключения к септику или центральной магистрали.
• Диаметр труб (для частного строительства используют тубы сечением 110, 160 или 220 мм).
• Объем стоков. За норму принимается 2 куба на одного человека в месяц.
• Наличие поворотов и перепадных колодцев на протяженности коммуникации.

Для устройства безнапорной системы соблюдают уклон. Если ввиду особенностей рельефа монтируют напорный участок канализации, для фекального насоса монтируют специальный кессон и устраивают дюкер. Он будет защищать отрезок системы от воздействия минусовых температур и застаивания фекальных масс.

Расчет выгребной ямы

Для определения требуемого объема выгребной ямы необходимо умножить среднесуточный расход воды на одного человека – 200 л/сут. на количество человек проживающих в доме, получившийся расход воды всеми членами семьи умножаем на 3 (для полноценной переработки бактериями сточных вод требуется минимум 3 дня, лучше 5 дней). Таким образом для семьи из трех человек потребуется выгребная яма, полезный объем которой будет составлять: 200 х 3 х 3 = 1800 литров или 1,8 м3. Соответственно для семьи из 4 человек потребуется 2,4 м3, для семьи из 5 человек – 3 м3 и т.д. Под полезным объемом выгребной ямы понимается объем от дна до уровня канализационной трубы.

Итак, как говорилось выше, выгребная яма может быть построена из кирпича, монолитного железобетона или железобетонных колец. Определить необходимые размеры выгребной ямы из кирпича или монолитного железобетона не сложно, т.к. выгребные ямы из этих материалов выполняются обычно прямоугольной формы и рассчитываются они путем умножения длины, ширины и высоты.

Расчет объема выгребной ямы

А вот для определения объема железобетонных колец понадобится следующая формула:

V=πD2H/4

где, V – расчетный объем кольца, м3;

π – 3,14;

D – внутренний диаметр кольца, м;

H – высота кольца, м.

Приведем результаты расчета в таблицу.

Из расчетов следует что для семьи из 3-х человек для выгребной ямы следует использовать железобетонные кольца КС-12-10 в количестве двух штук, полезный объем при этом составит 2,26 м3, что немного больше необходимых 1,8 м3 (берем всегда с запасом).

Соответственно для:

• 4-х человек используем два кольца КС-15-9 (полезный объем составит 3,18 м3);
• 5-ти человек используем два кольца КС-15-10ч (полезный объем составит 3,534 м3).

Разумеется, можно как угодно комбинировать железобетонные кольца, главное, чтобы толщина стенки была одинаковой, иначе могут возникнуть проблемы с герметизацией стыков.

Канализационный колодец из железобетонных колец разного диаметра

При значительной глубине выгребной ямы в целях экономии используют такой способ: на дно укладываю одно или два кольца большого диаметра, которые будут составлять полезный объем, затем на них укладывается крышка с люком, а поверх крышки со смещением по центру люка укладываются кольца меньшего диаметра, которые будут возвышаться над поверхностью земли на 30-40 см, чтобы избежать попадание дождевых сточных вод внутрь выгребной ямы.

Диаметр и наполнение труб

По специальным диаграммам можно найти, каким будет диаметр труб. Все зависит от скорости сточных вод, уклона труб и от показателя расчетного расхода стоков. Например, наполнение трубы находят через отношение уровня стоков (H) к внутреннему сечению трубы (d). При этом пиковые значения расхода стоков достигаются при наполнении, равном 0,95, и нецелесообразно опираться на наполнение больше, чем это значение:

• при вычислении расчетного расхода опускаются колебания значений в то время, когда расход максимален;
• стоки чаще всего двигаются неравномерно – таким образом, отдельные участки могут наполняться больше расчетных значений.

Значит, в бытовой водоотводящей системе принимается наполнение до 0,8. Все рекомендуемые значения приводятся в специальных таблицах СНиПа. В бытовой или производственно-бытовой канализации всегда учитывают «резерв» проходного сечения труб, так как внутри должно оставаться свободное от воды пространство. Оно обеспечивает движение воздуха (продувку), удаление газов, высвобождающихся из воды.

Расчет самотечной канализации в целом очень сложен, так как нужно учитывать характеристики каждого из участков трубопровода, с разными условиями проектирования. Кроме формул, используются другие приемы: особые диаграммы, графики, таблицы. Качественная работа проектировщиков является одним из главных условий удобной эксплуатации системы и ее долгой безаварийной работы.

Рассчитать стоимость проекта канализации, можно на калькуляторе, представленном ниже: