Проектирование систем водоснабжения и водоотведения в суровых климатических условиях Сибири

Проектирование, строительство и эксплуатация систем водоснабжения и обводнения в районах Крайнего Севера имеют особенности по сравнению с аналогичными инженерными системами других климатических зон [1–5].

Лабытнанги является центром ямальской геологоразведки, отправной точкой уникальной железной дороги Обская – Бованенково. В Ямало-Ненецком национальном округе, к которому относится город Лабытнанги, сложилась тяжелая ситуация с обеспечением населения качественной питьевой водой. Территория округа по охвату вечной мерзлотой относится к зоне сплошного распространения многолетнемерзлых пород. Подземные воды, используемые для питьевых целей, даже при отсутствии техногенного загрязнения, имеют неблагоприятные химико-гигиенические характеристики, что негативно влияет на здоровье населения. Следует также отметить относительно слабую гидрохимическую и гидрогеологическую изученность данного региона [6].

Сооружение инженерных коммуникаций и станций очистки воды значительно отстает от промышленного и жилищного строительства в осваиваемых районах Крайнего Севера. Большинство населенных пунктов, оборудованных системами теплоснабжения и водопровода, не имеют централизованной системы канализации.

Объекты и методы

Мировой опыт проектирования и строительства инженерных систем водоснабжения и водоотведения в условиях многолетней мерзлоты говорит о необходимости соблюдения комплексных мероприятий по защите трубопроводных систем от замерзания и разрушения [7].

Изучению вопросов строительства в районах распространения вечномерзлых грунтов уделяется большое внимание [8, 9], так как строительство в таких условиях – сложный и дорогостоящий процесс, а эксплуатация построенных объектов требует большой затраты сил и средств.

Системы водоснабжения и водоотведения являются важными составляющими, обеспечивающими бесперебойность работы промышленных предприятий и создание для населения бытовых условий, отвечающих современным требованиям. Водонесущие трубопроводы – основные элементы этих систем, определяющие их надежность и экономичность. Строительство и эксплуатация водоводов на Севере имеют отличительные свойства, связанные с наличием вечномерзлых грунтов и сурового климата, а также дополнительными мероприятиями по предотвращению их перемерзания [7].

Особенностью северных регионов является глубинное промерзание почв и грунтов – вечная мерзлота, поэтому условия строительства в этих районах сложные. В такой обстановке при транспортировке воды применяют не только традиционную теплоизоляцию, но и прокладку трубопроводов с теплоспутниками [8, 9]. Характерны для верхнего сезонно-мерзлого слоя и деградирующей вечной мерзлоты – пучение и просадки грунтов, образование наледей, каверн, провалов, выветривание, образование морозобойных трещин и др.

Действующие в настоящее время нормативные документы по проектированию, строительству и эксплуатации инженерных коммуникаций в районах распространения вечномерзлых грунтов составлены на основе отечественного и зарубежного опыта [8, 9]. Все виды трубопроводов, в том числе и канализационных, проложенных в вечной мерзлоте, должны быть защищены от замерзания в них жидкости, а также от просадок, происходящих в результате возможного оттаивания вечномерзлого грунта в основании трубопроводов.

Отдельные аспекты водоснабжения на вечномерзлых грунтах в условиях Севера освещены в работах отечественных ученых М.М. Андрияшева, И.И. Алешкина, Ю.А. Александрова, Г.В. Алексеевой, Н.В. Богдасарова, А.В. Гинзбурга, B.С. Дикаревского, В.Д. Дмитриева, А.М. Курганова, А.Ф. Порядина, Н.Ф. Федорова, М.Ю. Юдина, С.В. Яковлева и многих других [2, 7].

В работах этих ученых рассмотрены особенности проектирования, конструирования и расчета водозаборных сооружений, работы насосных станций, совершенствования способов прокладки водоводов и водопроводных сетей, предложены методики теплотехнических и гидравлических расчетов трубопроводных систем, проведения организационных мероприятий, повышающих надежность эксплуатации систем водоснабжения.

Тепловые режимы работы самотечных канализационных сетей и напорных трубопроводов отличаются, а подземная прокладка является основном типом устройства канализационных трубопроводов.

А.В. Гинзбургом [7] выполнен анализ результатов проектирования и эксплуатации трубопроводных систем водоснабжения и водоотведения, построенных в сложных климатических условиях многолетне-мерзлых грунтов. Строительство и эксплуатация инженерных коммуникаций в условиях Крайнего Севера требует соблюдения комплекса мер по их защите от замерзания и разрушения. По результатам анализа многочисленных аварий на магистральных водоводах, связанных с разрывом труб и нарушением стыков, им предложена система управления гидравлическим и тепловым режимом водоводов.

Результаты исследований

В предлагаемых проектных разработках учтены опыт эксплуатации, современные конструктивные решения, технологии и факторы, определяющие особые требования к устройству и эксплуатации систем водоснабжения и водоотведения на Севере.

Большинство зданий в новых микрорайонах г. Лабытнанги – трехэтажные с проветриваемыми подпольями и чердаком, оборудованными внутренними сетями холодного водопровода, канализации. Водоснабжение этих жилых зданий будет обеспечиваться от существующего городского водопровода, снабжающего микрорайоны требуемым напором воды.

Расчетные расходы воды на хозяйственно-питьевые нужды (населения, жилого дома и т.д.) определены в соответствии со СНиП 2.04.02-84*, СНиП 2.04.01-85*, СП 31.13330.2012, СП 30.13330.2012 [10, 11].

Система наружного водопровода предусмотрена из стальных электросварных прямошовных труб [12] в самостоятельной пенополиуретановой изоляции толщиной 50 мм, а затем в общей изоляции толщиной 100 мм с теплоспутником в канале.

Хозяйственно-питьевое водоснабжение жилых домов запроектировано осуществлять от наружного разводящего водопровода с подключением в ТК (тепловых камерах) с вводами водопровода в каждую блок-секцию. В помещениях тепловых узлов предусмотрены установки водомерных узлов на вводе водопровода и для очистки и обеззараживания воды (рис. 1).

Для обеспечения объектов горячей водой предусмотрена установка электроводонагревателей в помещениях санузлов.

Поквартирная разводка холодного и горячего водоснабжения запроектирована из полипропиленовых труб PPRC PN 20 d = 20 мм [13]. Монтаж и приемка санитарно-технических устройств выполняется в соответствии с СП 40-102-2000 [14]. В местах прохода через строительные конструкции полипропиленовые трубы прокладываются в гильзах. Зазор между трубой и гильзой тщательно уплотняется негорючим материалом, допускающим перемещение трубопровода вдоль его продольной оси.

В санитарных узлах предусмотрено после счетчика подключение внутриквартирного пожарного крана «ПК-Б» на трубопроводе холодной воды.

Рис. 1 . Пример теплового узла с расположением в нем водомерного узла, установки водоподготовки и трапа для опорожнения систем водоснабжения и отопления

Магистральные трубопроводы холодного водоснабжения из стальных водогазопроводных оцинкованных обыкновенных труб (d = 20–50 мм) в изоляции от конденсата прокладывают под потолком первого этажа. Изоляция от конденсата труб d = 20–40 мм выполняется теплоизоляционными шнурами из минеральной ваты в чулке из металлической проволоки, толщина изоляции – 30 мм. Трубы d = 50 мм изолируют минераловатными плитами на синтетическом связующем по ГОСТ 9573–2012 [15] толщиной 50 мм. Гидроизоляционный слой – рубероид.

Стояки холодного водопровода предусмотрены из стальных водогазопроводных оцинкованных обыкновенных труб d = 25 мм в изоляции «Термафлекс ФРЗ» толщиной 13 мм.

Стальные электросварные трубы холодного водоснабжения [12] прокладывают в проветриваемом подполье в самостоятельной пенополиуретановой изоляции толщиной 50 мм, а затем в общей изоляции слоем 100 мм с теплоспутником в канале.

Расчетные расходы хозяйственно-бытовых стоков определены в соответствии со СП 30.13330.2012 [10]. Хозяйственно-бытовые стоки от санитарно-технических приборов жилых домов отводят самотеком в проектируемую дворовую канализацию d = 159 мм через проектируемые или существующие канализационные колодцы (рис. 2).

Труба 0159x10.0 б ППУ изоляции б полиэтиленовой "

Тройник 159x8.0-159x8.0 ГОСТ 173 76-20 01

Фланец стальной глухой 0150 ГОСТ 12815- 80 *

Заглушка 0150

ГОСТ 173 79-20 01

Рис. 2 . Пример подключения канализации зданий к дворовой канализации через существующий канализационный колодец

Существующая трцба 0150     "

Система наружной канализации запроектирована из стальных бесшовных горячеде-формированных труб d = 159х10,0 мм [16, 17] с внутренним полимерным покрытием с тепловой изоляцией из пенополиуретана с греющим кабелем и защитной оболочкой из полиэтилена. Основание под трубы принято из песка (рис. 3).

Засыпка сухим непучинистым грунтом с уплотнением

•исыпка бля

гом

Песок, заменяющий грунт В основании трубопровода

Рис. 3 . Основание под трубы

Канализационные колодцы на сети приняты диаметром 1500 мм из сборного железобетона на сульфатостойких портландцементах с устройством гидроизоляции. В канализационных колодцах с учетом суровых климатических условий следует установить вторые утепляющие деревянные крышки с прокладыванием над ней утеплителя из минеральной ваты.

Внутренняя канализационная сеть выше отметки 0,00 запроектирована из полипропиленовых труб d = 50 и 110 мм [18]. На чердаке предусмотрена защита канализационных труб от конденсата утеплителем. Места прохода стояков через перекрытия должны быть заделаны цементным раствором на всю толщину перекрытия. Участок стояка выше перекрытия на 8– 10 см (до горизонтального отвода трубопровода) защищается цементным раствором толщиной 2–3 см. Перед заделкой стояка раствором трубы обматывают рулонным гидроизоляционным материалом без зазора. На стояках под каждым перекрытием предусмотрена установка противопожарных манжет [19] со вспученным огнезащитным составом, препятствующим распространению пожара по этажам (рис. 4).

Рис. 4. Пример установки противопожарных манжет между этажами

Опорожнение систем отопления и водоснабжения в проекте предусмотрено через трапы , установленные в помещениях узла управления и водомерного узла (рис. 1).

В вентилируемом подполье канализационная сеть и выпуск канализационных труб запроектированы из стальных электросварных труб d = 159 х 10,0 мм и d = 108 х 5,5 мм с внутренним полимерным покрытием и в пенополиуретановой изоляции с греющим кабелем заводского изготовления [16, 17]. Выпуск канализационных труб предусмотрен в канале (рис. 5).

в ППУ изоляции

С ГРООЦИМ КОБОЛОМ (заводского изготовления)

Рис. 5. Пример канального выпуска канализационных труб

Сброс сточных вод будет осуществляться в проектируемый канализационный колодец, а затем в существующую канализационную сеть и далее на установку очистки сточных вод.

Стояки систем холодного водоснабжения и канализации должны быть зашиты в короба из несгораемого материала [19], а в местах установки арматуры и ревизий предусмотрены дверки.

Заключение

Технические решения, принятые в работе и отраженные на чертежах, соответствуют требованиям экологических, санитарно-гигиенических, противопожарных и других норм, действующих на территории РФ, обеспечивают безопасную для жизни и здоровья людей эксплуатацию объекта при соблюдении предусмотренных мероприятий [1, 2, 7–9].