Конструирование водозаборных сооружений

Перед конструированием элементов водозабора выбираются способы производства строительных работ, так как они влияют на вид конструкции и в некоторых случаях на размеры сооружений. Например, в нескальных грунтах береговые колодцы в большинстве случаев сооружают опускным способом, что обусловливает включение ножей в их конструкцию.

Проектирование водозаборов производится на основании данных гидравлических расчетов и правил конструирования их отдельных элементов.

Береговые водоприемники. Глубину заложения водоприемника принимают с таким расчетом, чтобы он никогда не был подмыт течением реки. Для определения этой глубины используют данные изысканий о работе реки по подмыву берегов на несколько километров выше и ниже места водозабора по течению реки. Основание водоприемника принимают на 0,5-1,0 м ниже наибольшей найденной глубины у берега.

Водоприемник выполняется из железобетона (см. п. 3.3). Размеры отделений зависят от типа сеток (плоские съемные или вращающиеся).

Основные минимальные необходимые конструктивные размеры берегового водоприемника с плоскими съемными сетками приведены на рис. 14.

Необходимая минимальная глубина реки у водоприемных окон должна быть не менее суммы трех высот: S - забрала; H_p - окна;

р - порога. Высота забрала от нижней кромки льда при ЗНУЛ или от отметки ЛНУВ принимается 0,2-0,3 м, чтобы исключить возможность вмерзания решеток в ледяной покров и предохранить решетки от закупорки шугой или сором. Высота H_p подбирается по данным расчета водоприемных отверстий (решеток) и по размерам затворов. Порог р необходим для уменьшения захвата донных осадков. Его высота принимается в зависимости от количества наносов (взвеси) в воде, производительности водозабора, устойчивости русла, направления придонных течений и должна быть не менее 0,5 м (от 0,5 до 1,5 м).

В приемном отделении водозабора устраивается не менее двух секций с целью обеспечения бесперебойности его работы. Глубина приемного отделения ниже входных окон должна соответствовать емкости, в которой поместился бы весь выпавший из воды песок в период между чистками секций. Для малых колодцев глубина принимается 0,5-0,8 м при небольшом количестве наносов, для больших - до 1,5 м. Если в водоприемнике устанавливаются вращающиеся сетки, глубина его назначается в зависимости от их размеров, но не менее указанных.

Между приемным и всасывающим отделениями в перегородке устроены окна, в которых устанавливаются сетки. Верх окон должен быть затоплен под аварийный уровень на 0,2 м. Высота окна и сетки подбирается по данным расчетов. Под нижним окном в перегородке оставляется порог, высота которого принимается 0,5-1,0 м со стороны приемного отделения и 0,3-0,5 м со стороны всасывающего. Дно во всасывающем отделении должно быть выше, чем в приемном, на 0,2-0,5 м для уменьшения поступления песка к всасывающим трубам.

При проектировании всасывающих труб учитывают следующие требования. Трубы не должны иметь резких поворотов и внезапных расширений. Поворот труб в плане и в вертикальной плоскости осуществляют по кривой с радиусом не менее 3,5d. Трубы укладывают с подъемом i = 0,005 к насосам во избежание образования в них воздушных мешков.

На входном конце всасывающей трубы устраивается воронка (в виде раструба) диаметром D_вх 1,3-1,5d, высотой (D_вх – d)2+150 мм для уменьшения потери напора и подсоса донных осадков (см. рис. 14). Слой воды над входным отверстием всасывающей трубы принимается 2D_вх (не менее 1м) для устранения образования воронок и подсоса воздуха; расстояние от входного отверстия до дна 0,8 D_вх (не менее 0,5 м), от края воронки до стен 0,75-1,0 D_вх (не менее 0,7 м) для возможности осуществления ремонтных работ.

Размеры и число секций всасывающего отделения зависят от диаметра всасывающих труб и их количества. Число секций должно быть не менее двух для насосных станций I и II категории. При установке крупных насосных агрегатов число секций и труб принимается равным числу насосов. В одной секции можно располагать две или несколько всасывающих труб небольших диаметров, расстояния между которыми указаны на рис. 14. Компоновка труб в плане диктует размеры секций всасывающего отделения. При этом приемное отделение рекомендуется принимать несколько боль­ших размеров в плане, чем всасывающее.

Объем воды в каждой секции водоприемника должен быть не менее 30-35-кратного расхода воды, забираемого из секции по условию запуска насосов.

Дно секций выполняется с уклоном 0,07-0,1 к приямкам для сбора осадка, из которых он удаляется с помощью эжектора или насоса. Углы секций в плане скругляются для удобства их очистки. Секции оборудуются лестницами для обслуживания.

Толщина стен и дна колодца определяется при расчете железобетонной конструкции, во многих случаях она составляет от 0,4 до 1,0 м, толщина перегородок 0,2-0,3 м, бетонного основания 0,8-2,0 м.

В водоприемниках с вертикальными насосами размеры секций назначаются в зависимости от компоновки насосных агрегатов в плане, но не менее рекомендуемых.

Верх перекрытия шахты водоприемника должен быть на 1 м выше отметки ВУВ с учетом высоты волны (0,67 Н_в). Для удобства эксплуатации над водоприемником устраивается павильон из кирпича или сборных железобетонных элементов.

В береговых водоприемниках предусматривается следующее оборудование: затворы, задвижки и колонки управления ими, устройства для очистки решеток, промывки сеток, удаления осадков, подъема решеток и сеток, лестницы, насосные установки и электроустройства.

Береговые колодцы выполняются, как правило, из железобетона, круглыми в плане, диаметром 4-8 м. Правила конструирования секций (за исключением водоприемных отверстий) такие же, как и для береговых водоприемников.

В приемном отделении вместо входных окон закреплены концы самотечных или сифонных труб, на которых устанавливают задвижки или затворы. Расстояние от низа трубы до дна колодца принимается от 0,5 до 1,5 м в зависимости от содержания взвеси в воде реки. Верх трубы должен быть затоплен на 0,5-1,0 м. Глубина колодца определяется конструктивно в зависимости от отметки и минимальных необходимых размеров при размещении по высоте самотечных и всасывающих труб в секциях.

Затопленные водоприемники. Размеры водоприемных окон или фильтра принимаются конструктивно в соответствии с вычисленной площадью. Основание водоприемника заглубляют на 1,0-1,5 м ниже дна реки для защиты от подмыва. Пространство между стенками водоприемника и откосами выемки под него заполняют камнем. При размываемых грунтах предусматривают укрепление дна вокруг водоприемника. Низ окон или фильтра должен быть выше дна не менее, чем на 0,5 м. Расстояние от низшей кромки льда до верха водоприемника принимается не менее 0,2-0,3 м. Водоприемнику придают обтекаемую форму. Концы труб, выведенных из водоприемника, соединяют под водой с самотечными или сифонными водоводами при помощи муфт.

Самотечные и сифонные водоводы. Расстояние между линиями водоводов от 0,7 до 1,5 м [3]. Водоводы заглубляют под дно реки не менее чем на 0,5 м на несудоходных реках и на 0,8-1,5 м на судоходных для защиты от подмыва речным потоком, истирания песком и повреждения якорями судов и плотов. Траншея с уложенными водоводами засыпается грунтом, который сверху укрепляется каменной наброской. Водоводы не должны иметь резких поворотов в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

Самотечные водоводы могут быть уложены как горизонтально, так и с прямым или обратным уклоном, в зависимости от глубины реки. Уклон определяется как отношение разности отметок заложения самотечной трубы у выхода из водоприемника и у входа в береговой колодец к длине трубы. Отметки заложения концов труб выявляются при конструировании.

Сифонные водоводы укладывают с подъемом i, равным 0,001-0,005, к высшей точке для сбора и удаления воздуха. Для автоматического постоянного отсоса воздуха из работающего сифона в нисходящую его ветвь последнюю выполняют в виде трубы Вентури. Воздухосборник соединяют трубкой с суженным сечением трубы Вентури, которая действует как насос.

Самотечные, сифонные и всасывающие трубы во всех грунтах, за исключением скальных, плывунных и болотистых, укладывают на естественное профилированное основание не­нарушенной структуры. В скальных грунтах основание выравнивают слоем песка. В плывунных, болотистых, рыхлых и нарушенных грунтах под трубы устраивают искусственное основание. В нарушенных грунтах между колодцем и насосной станцией всасывающие трубы и трубы промывной воды часто укладывают в галерее. Глубину заложения сифонных труб на пойменном участке принимают по условию п. 8.42 [3].

В месте примыкания к береговому колодцу самотечные линии обычно требуется укладывать на большую глубину, поэтому применяют бестраншейную укладку труб методом прокола, продавливания или горизонтального бурения.

В береговой колодец водоводы вводят с помощью сальникового устройства. В стенах колодца предусматривают установку патрубков для ввода новых самотечных, сифонных, всасывающих и других труб [3].

Для промывки самотечных и сифонных водоводов к береговому колодцу подводят воду от насосной станции (в раздельном типе водозабора). Труба для подвода промывной воды может быть уложена внутри или вне колодца. Во втором случае под трубой устраивается искусственное основание в местах нарушенных грунтов. В колодце труба промывной воды присоединяется к водоводам с помощью задвижек.

В проекте водозабора должны быть решены вопросы берегоукрепления и зоны санитарной охраны источника водоснабжения и водозаборного сооружения, в соответствии с [пп. 10.1-10.11 СНиП 2.04.0-84].