Конструкции тепловых сетей. Конструктивные решения тепловых сетей при подземной и надземной прокладке Надземная и подземная прокладка теплотрасс

Трубопроводы тепловых сетей могут быть проложены на земле, в земле и над землей. При любом способе монтажа трубопроводов необходимо обеспечивать наибольшую надежность работы системы теплоснабжения при наименьших капитальных и эксплуатационных затратах.

Капитальные затраты определяются стоимостью строительно-монтажных работ и затраты на оборудование и материалы для прокладки трубопровода. В эксплуатационные включают затраты по обслуживанию и содержанию трубопроводов, а так же затраты связанные с потерей тепла в трубопроводах и расходом электроэнергии на всей трассе. Капитальные затраты определяются в основном стоимостью оборудования и материалов, а эксплуатационные - стоимостью тепла, электроэнергии и ремонта.

Основными видами прокладками трубопроводов являются подземная и надземная . Подземная прокладка трубопроводов наиболее распространена. Она подразделяется на прокладку трубопроводов непосредственно в земле (бесканальная) и в каналах. При наземной прокладке трубопроводы могут находиться на земле или над землей на таком уровне, что бы они не препятствовали движению транспорта. Надземные прокладки применяются на загородных магистралях при пересечении оврагов, рек, железнодорожных путей и других сооружений.

Надземные прокладки трубопроводов в каналах или лотках расположенных на поверхности земли или частично заглубленных, применяются, как правило, в районах с вечномерзлыми грунтами.

Способ монтажа трубопроводов зависит от местных условий объекта - назначения, эстетических требований, наличия сложных пересечений с сооружениями и коммуникациями, категории грунта - и должен приниматься на основании технико-экономических расчетов возможных вариантов. Минимальные капитальные затраты требуются на монтаж теплотрассы с использованием подземной прокладки труб без излояции и каналов. Но значительные потери тепловой энергии, особенно во влажных грунтах, приводят к существенным дополнительным затратам и к преждевременному выходу трубопроводов из строя. В целях обеспечения надежности работы теплопроводов необходимо применять механическую и тепловую их защиту.

Механическая защита труб при монтаже труб под землей может быть обеспечена путем устройства каналов, а тепловая защита - путаем применения тепловой изоляции, нанесенной непосредственно на наружную поверхность трубопроводов. Изоляция труб и прокладка их в каналах увеличивают первоначальную стоимость теплотрассы, но быстро окупаются в процессе эксплуатации за счет повышения эксплуатационной надежности и уменьшения тепловых потерь.

Подземная прокладка трубопроводов.

При монтаже трубопроводов тепловых сетей под землей могут быть использованы два способа:

1. Непосредственная прокладка труб в земле (бесканальная).
2. Прокладка труб в каналах (канальная).

Прокладка трубопроводов в каналах.

Для того, что бы защитить теплопро-вод от внешних воздействий, и для обеспечения свободного теплового удлинения труб предназначе-ны каналы. В зависимости от ко-личества прокладывае-мых в одном направле-нии теплопроводов при-меняют непроходные, по-лу проходные или про-ходные каналы.

Для закрепления трубопровода, а так же обеспечения свободного перемещения при температурных удлинениях трубы укладывают па опоры. Что бы обеспечить отток воды лотки укладываются с уклоном не менее 0,002. Вода из нижних точек лотков удаляется самотеком в систему дренажа или из специальных приямков при помощи насоса откачивается в канализацию.

Кроме продольного уклона лотков, перекрытия так же должны иметь поперечный уклон порядка 1-2% для отвода паводковой и атмосферной влаги. При высоком уровне грунтовых вод наружную поверхность стенок, перекрытия и дна канала покрывают гидроизоляцией.

Глубина прокладки лотков принимается из условия минимального объема земляных работ и равномерного распре-деления сосредоточенных нагрузок на перекрытие при движении автотранспорта. Слой грунта над каналом должен состав-лять порядка 0,8—1,2 м и не менее. 0,6 м в мес-тах, где движение автотранспорта запрещено.

Непроходные каналы применяются при большом числе труб небольшого диа-метра, а так же двухтрубной прокладке для всех диаметров. Их конструкция зависит от влажности грунтов. В сухих грунтах наибольшее распространение получили блочные каналы с бетонными или кирпичными стенками либо железобе-тонные одно- или многоячейковые.

Стенки канала могут иметь толщину 1/2 кирпича (120 мм) при трубопроводах небольшого диаметра и 1 кирпич (250 мм) при трубопроводах крупных диа-метров.

Стенки возводят только из обыкновенного кирпича марки не ниже 75. Силикатный кирпич из-за малой его морозоустойчивости применять не рекомендуется. Каналы перекрывают железобетонной плитой. Кирпичные каналы в зависимости от категории грунта имеют несколько разновидностей. В плотных и сухих грунтах дно канала не требует бетонной подготов-ки, достаточно хорошо утрамбовать щебень непосредст-венно в грунт. В слабых грунтах на бетонное основание укладывают дополнительно железобетонную плиту. При высоком уровне стояния грунтовых вод для их отвода предусматривают дренаж. Стенки возводят после монтажа и изоляции трубопро-водов.

Для трубопроводов крупных диаметров применяют каналы, собираемые из стандартных железобетонных эле-ментов лоткового типа КЛ и КЛс, а также из сборных железо-бетонных плит КС.

Каналы типа КЛ состоят из стандартных лотковых элемен-тов, перекрываемых плоскими железобетонными плитами.

Каналы типа КЛс состоят из двух лотковых элементов, уложенных друг на друга и соединенных на цементном растворе при помощи двутавра.

В каналах типа КС стеновые панели устанав-ливают в пазы плиты днища и заливают бетоном. Эти каналы перекрывают плоскими железобетонными плитами.

Основания каналов всех типов выполняют из бетонных плит или пес-чаной подготовки в зависимости от вида грунта.

Наряду с рассмотрен-ными выше каналами применяются и другие их типы.

Сводча-тые каналы состоят из железобетонных сводов или скорлуп полукруглой формы, которыми накрывают трубопровод. На дне траншеи выпол-няют лишь основание ка-нала.

Для трубопроводов крупного диаметра применяют сводчатый двухячейковый ка-нал с разделительной стенкой, при этом свод канала образуется из двух полусводов.

При монтаже непроходного ка-нала, предназначенного для прокладки в мокрых и слабых грунтах стенки и дно канала выполняют в виде железобе-тонного корытообразного лотка, а перекрытие состоит из сборных железобетонных плит. Наружная поверхность лотка (стенки и дно) покрывается гидроизоляцией из двух слоев рубероида на битумной мастике, поверхность основания также покрывают гидроизоляцией затем устанавливают или бетонируют лоток. Перед засыпкой траншеи гидроизоляцию защищают спе-циальной стенкой, выполненной из кирпича.

Замена труб, вышедших из строя, или ремонт тепловой изоляции в таких каналах возможны только при разработке групп, а иногда и разборки мостовой. Поэтому тепловая сеть в непроход-ных каналах трассируется вдоль газонов или на территории зе-леных насаждений.

Полупроходные каналы. В сложных условиях пересечения теплопроводами существующих подземных устройств (под проезжей частью, при высоком уровне стояния грунтовых вод) вместо непроходных устраивают полупроходные каналы. Полу-проходные каналы применяют также при небольшом количестве труб в тех местах, где по условиям эксплуатации вскрытие про-езжей части исключено. Высоту полупроходного канала прини-мают равной 1400 мм. Каналы выполняют из сборных железобе-тонных элементов. Конструкции полупроходных и проходных каналов практически аналогичны.

Проходные каналы применяют при наличии большого количества труб. Их прокладывают под мостовыми крупных магистралей, на территориях боль-ших промышленных предприятий, на участках, прилегающих к зданиям теплоэлектроцентралей. Наряду с теплопроводами в проходных каналах располагают и другие подземные коммуни-кации - электрокабели, телефонные кабели, водопровод, газо-провод и т. п. В коллекторах обеспечивается свободный доступ обслуживающего персонала к трубопроводам для осмотра и ликвидации аварии.

Проходные каналы должны иметь естественную вентиляцию с трехкратным обменом воздуха, обеспечивающую температуру воздуха не более 40° С, и освещение. Входы в проходные каналы устраивают через каждые 200 - 300 м. В местах, где располага-ются сальниковые компенсаторы, предназначенные для восприя-тия тепловых удлинений, запорные устройства и другое оборудо-вание, устраивают специальные ниши и дополнительные люки. Высота проходных каналов должна быть не менее 1800 мм.

Их конструкции бывают трех типов — из ребри-стых плит, из звеньев рамной конструкции и из блоков.

Проходные каналы из ребристых плит , выполняют из четырех железобетонных панелей: днища, двух стенок и плиты перекрытия, изготовляемых заводским способом на про-катных станах. Панели соединены болтами, а наружная поверх-ность перекрытия канала покрывается изоляцией. Секции канала устанавливаются па бетонную плиту. Вес одной секции такого ка-нала сечением 1,46х1,87 м и длиной 3,2 м составляет 5 т, входы устраивают через каждые 50 м.

Проходной канал из железо-бетонных звеньев рамной конструкции , сверху покрывается изоляцией. Элементы канала имеют длину 1,8 и 2,4 м и бывают нормальной и повышенной прочности при заглублении соответст-венно до 2 и 4 м над перекрытием. Железобетонную плиту подкладывают только под стыками звеньев.

Следующий вид это коллектор, изготовляемый из же-лезобетонных блоков трех типов: Г-образного стенового, двух плит перекрытия и днища. Блоки в стыках соединяются моно-литным железобетоном. Эти коллекторы выполняются также нормальными и усиленными.

Бесканальная прокладка.

При бесканальной прокладке за-щиту трубопроводов от механических воздействий выполняет усиленная тепловая изоляция — оболочка.

Достоинствами бесканальной прокладки трубопроводов являются: сравнительно небольшая стоимость строительно-мон-тажных работ, уменьшение объема земляных работ и сокраще-ние сроков строительства. К ее недостаткам относятся: усложне-ние ремонтных работ и затруднение перемещения трубопрово-дов, зажатых грунтом. Бесканальную прокладку трубопроводов широко применяют в сухих песчаных грунтах. Она находит при-менение в мокрых грунтах, но с обязательным устройством в зо-не расположения труб дренажа.

Подвижные опоры при бесканальной прокладке трубопрово-дов не применяются. Трубы с теплоизоляцией укладывают не-посредственно на песчаную подушку, находящуюся на предвари-тельно выровненном дне траншеи. Песчаная подушка, являю-щаяся постелью для труб, имеет наилучшие упругие свойства и допускает наибольшую равномерность температурных переме-щений. В слабых и глинистых грунтах слой песка на дне траншеи должен быть толщиной не менее 100-150 мм. Неподвижные опо-ры при бесканальной прокладке труб представляют собой желе-зобетонные стенки, устанавливаемые перпендикулярно теплопро-водам.

Компенсация тепловых перемещений труб при любом спосо-бе их бесканальной прокладки обеспечивается при помощи гну-тых или сальниковых компенсаторов, устанавливаемых в специ-альных нишах или камерах.

На поворотах трассы во избежание зажатия труб в грунте и обеспечения возможных перемещений устраивают непроходные каналы. В местах пересечения стенки капала трубопроводом в результате неравномерной осадки грунта и основания канала происходит наибольший изгиб трубопроводов. Во избежание из-гиба трубы необходимо оставлять в отверстии стенки зазор, за-полняя его эластичным материалом (например, асбестовым шну-ром). Тепловая изоляция трубы включает в себя утеплительный слой из автоклавного бетона с объемным весом 400 кг/м3, имеющего стальную арматуру, гидроизоляционное покрытие, состоящей из трех слоев бризола на битумно-резиновой мастике, в состав которой входят 5—7% резиновой крошки и защитный слой, вы-полненный из асбестоцементной штукатурки по стальной сет-ке.

Обратные магистрали трубопроводов изолируются таким же образом, как и подающие. Однако наличие изоляции об-ратных магистралей зависит от диаметра труб. При диаметре труб до 300 мм устройство изоляции обяза-тельно; при диаметре труб 300-500 мм устройство изоляции должно быть определено технике экономическим расчетом исходя из местных условий; при диаметре труб 500 мм и более уст-ройство изоляции не предусматривается. Трубопроводы при такой изоляции укладывают непосредст-венно на выровненный уплотненный грунт основания траншеи.

Для понижения уровня грунтовых вод предусматривают специальные дренажные трубопроводы, которые укладывают на глубине 400 мм от дна канала. В зависимости от условий работы дренажные устройства могут быть выполнены из различных труб: для безнапорных дренажей применяют керамические бетонные и асбестоцементные, а для напорных - стальные и чу-гунные.

Дренажные трубы прокладывают с уклоном 0,002—0,003. На поворотах и при перепадах уровней труб устраивают специаль-ные смотровые колодцы по типу канализационных.

Надземная прокладка трубопроводов.

Если исходить из удобства монтажа и обслуживания то прокладка труб над землей является более выгодна чем прокладка под землей. Так же это требует меньших материальных затрат. Однако это поритит внешний вид окружающей среды и поэтому такой вид прокладки труб не везде может применяться.

Несущими конструкциями при надземной прокладке трубо-проводов служат: для небольших и средних диаметров — надзем-ные опоры и мачты, обеспечивающие расположение труб на нужном расстоянии от поверхности; для трубопроводов больших диаметров, как правило, опоры-эстакады. Опоры, обычно, выполняют из железобетонных блоков. Мачты и эстака-ды могут быть как стальными, так и железобетонными. Расстоя-ние между опорами и мачтами при надземной прокладке должно быть равно расстоянию между опорами в каналах и зависит от диаметров трубопроводов. В целях сокращения количества мачт устраивают при помощи растяжек промежуточные опоры.

При надземной прокладке тепловые удлинения трубопрово-дов компенсируются при помощи гнутых компенсаторов, требу-ющих минимальных затрат времени на обслуживание. Обслуживание арматуры производится со специально устраиваемых площадок. В качестве подвижных следует применить катковые опоры, создающие минимальные горизонтальные усилия.

Так же при надземной прокладке трубопроводов могут применяться низкие опоры, которые могут быть выполнены из металла или низких бетонных блоков. В местах пересечения такой трассы с пешеходными дорожками устанавливают специальные мостики. А при пересечении с автодорогами - или выполняют компенсатор нужной высоты или под дорогой прокладывают канал для прохода труб.

В настоящее время находят применение следующие типы надземных прокладок:

На отдельно стоящих мачтах и опорах (рис. 4.1);

Рис. 4.1. Прокладка трубопроводов на отдельно стоящих мачтах

Рис.4.2-на эстакадах со сплошным пролетным строением в виде ферм или балок (рис. 4.2);

Рис. 4.2. Эстакада с пролетным строением для прокладки трубопроводов

Рис.4.3-на тягах, прикрепленных к верхушкам мачт (вантовая конструкция, рис. 4.3);

Рис. 4.3. Прокладка труб с подвеской на тягах (вантовая конструкция)

На кронштейнах.

Прокладки первого типа наиболее ра­циональны для трубопроводов диаметром 500 мм и более. Трубопроводы большего диаметра при этом могут быть использо­ваны в качестве несущих конструкций для укладки или подвески к ним нескольких тру­бопроводов малого диаметра, требующих более частой установки опор.

Прокладки по эстакаде со сплошным на­стилом для прохода целесообразно приме­нять только при большом количестве труб (не менее 5 - 6 шт.), а также при необходи­мости регулярного надзора за ними. По стоимости конструкции проходная эстакада наиболее дорогая и требует наибольшего расхода металла, так как фермы или ба­лочный настил обычно изготовляются из прокатной стали.

Прокладка третьего типа с подвесной (вантовой) конструкцией пролетного строе­ния является более экономичной, так как позволяет значительно увеличить расстояния между мачтами и тем самым уменьшить расход строительных материалов. Наиболее простые конструктивные формы подвесная прокладка получает при трубопроводах равных или близких диаметров.

При совместной укладке трубопроводов большого и малого диаметра применяется несколько видоизмененная вантовая кон­струкция с прогонами из швеллеров, подве­шенных на тягах. Прогоны позволяют уста­навливать опоры трубопроводов между мач­тами. Однако возможность прокладки тру­бопроводов на эстакадах и с подвеской на тягах в городских условиях ограничена и применима только в промышленных зонах. Наибольшее применение получила проклад­ка водяных трубопроводов на отдельно стоящих мачтах и опорах или на кронштей­нах. Мачты и опоры, как правило, выпол­няются из железобетона. Металлические мачты применяются в исключительных слу­чаях при малом объеме работ и реконструк­ции существующих тепловых сетей.

Мачты по своему назначению делятся на следующие типы:

§ для подвижных опор трубопроводов (так называемые промежуточные);

§ для неподвижных опор трубопроводов (анкерные), а также устанавливаемые в на­чале и в конце участка трассы;

§ устанавливаемые на поворотах трассы;

§ служащие для опирания компенсаторов трубопроводов.

В зависимости от количества, диаметра и назначения прокладываемых трубопрово­дов мачты выполняются трех различных конструктивных форм: одностоечными, двухстоечными и четырехстоечными простран­ственной конструкции.

При проектировании воздушных про­кладок следует стремиться к возможно большему увеличению расстояний между мачтами.

Однако для беспрепятственного стока воды при выключениях трубопроводов мак­симальный прогиб не должен превышать

f = 0,25∙i ∙l ,

где f - прогиб трубопровода в середине пролета, мм; i - уклон оси трубопровода; l - расстояние между опорами, мм.

Сборные железобетонные конструкции мачт обычно собираются из следующих эле­ментов: стоек (колонн), ригелей и фундамен­тов. Размеры сборных деталей определяются количеством и диаметром укладываемых трубопроводов.

При прокладке от одного до трех трубо­проводов в зависимости от диаметра при­меняются одностоечные отдельно стоящие мачты с консолями, они пригодны и при вантовой подвеске труб на тягах; тогда предусматривается устройство верхушки для крепления тяг.

Мачты сплошного прямоугольного се­чения допустимы, если максимальные раз­меры поперечного сечения не превосходят 600 х 400 мм. При больших размерах для облегчения конструкции рекомендуется пре­дусматривать вырезы по нейтральной оси или применять в качестве стоек центрифуги­рованные железобетонные трубы заводского изготовления.

Для многотрубных прокладок мачты промежуточных опор чаще всего проекти­руются двухстоечной конструкции, одно­ярусные или двухъярусные.

Сборные двухстоечные мачты состоят из следующих элементов: двух стоек с одной или двумя консолями, одного или двух риге­лей и двух фундаментов стаканного типа.

Мачты, на которых трубопроводы за­крепляются неподвижно, испытывают на­грузку от горизонтально направленных уси­лий, передаваемых трубопроводами, которые проложены на высоте 5 - 6 м от поверхности грунта. Такие мачты для увеличения устой­чивости проектируются в виде четырехстоечной пространственной конструкции, которая состоит из четырех стоек и четырех или восьми ригелей (при двухъярусном располо­жении трубопроводов). Мачты устанавли­ваются на четырех отдельных фундаментах стаканного типа.

При надземной прокладке трубопрово­дов больших диаметров используется не­сущая способность труб, и поэтому не тре­буется устройства какого-либо пролетного строения между мачтами. Не следует приме­нять и подвеску трубопроводов большого диаметра на тягах, так как такая конструк­ция практически работать не будет.

Рис.4.4В качестве примера приведена про­кладка трубопроводов на железобетонных мачтах (рис. 4.4).

Два трубопровода (прямой и обратный) диаметром 1200 мм уложены на катковых опорах по железобетонным мачтам, устано­вленным через каждые 20 м. Высота мачт от поверхности земли 5,5 - 6м. Сборные желе­зобетонные мачты состоят из двух фунда­ментов, связанных между собой монолит­ным стыком, двух колонн прямоугольного сечения 400 х 600 мм и ригеля.

Рис. 4.4. Прокладка трубопроводов на железобетонных мачтах:

1 - колонна; 2 - ригель; 3 - связь; 4 - фундамент; 5 - соединительный стык; 6 - бетонная подготовка.

Колонны связаны между собой металлическими диаго­нальными связями из угловой стали. Соеди­нение связей с колоннами выполнено косын­ками, приваренными к закладным деталям, которые заделаны в колоннах. Ригель, слу­жащий опорой для трубопроводов, выполнен в виде прямоугольной балки сечением 600 х 370 мм и крепится к колоннам путем сварки закладных стальных листов.

Мачта рассчитана на вес пролета труб, горизонтальные осевые и боковые усилия, возникающие от трения трубопроводов на катковых опорах, а также на ветровую на­грузку.

Рис. 4.5. Неподвижная опора:

1 - колонна; 2 - ригель поперечный; 3 - ригель продольный; 4 - связь поперечная; 5 - связь про­дольная; 6 - фундамент

Неподвижная опора (рис. 4.5), рассчи­танная на горизонтальное усилие от двух труб 300 кН, выполнена из сборных железо­бетонных деталей: четырех колонн, двух продольных ригелей, одного поперечного опорного ригеля и четырех фундаментов, со­единенных попарно.

В продольном и поперечном направле­ниях колонны связаны металлическими диа­гональными связями, выполненными из уголковой стали. На опорах трубопроводы закрепляются хомутами, охватывающими трубы, и косынками в нижней части труб, ко­торые упираются в металлическую раму из швеллеров. Эта рама прикрепляется к железобетонным ригелям приваркой к закладным деталям.

Прокладка трубопроводов на низких опорах нашла широкое применение при строительстве тепловых сетей на неспланированной территории районов новой за­стройки городов. Переход пересеченной или заболоченной местности, а также мелких рек целесообразнее осуществлять таким спосо­бом с использованием несущей способности труб.

Однако при проектировании тепловых сетей с прокладкой трубопроводов на низких опорах необходимо учитывать срок намечен­ного освоения территории, занятой трассой, под городскую застройку. Если через 10 - 15 лет потребуется заключение трубопрово­дов в подземные каналы или реконструкция тепловой сети, то применение воздушной прокладки является нецелесообразным. Для обоснования применения способа прокладки трубопроводов на низких опорах должны быть выполнены технико-экономические рас­четы.

При надземной прокладке трубопрово­дов больших диаметров (800-1400 мм) це­лесообразной является их прокладка на от­дельно стоящих мачтах и опорах с примене­нием специальных сборных железобетонных конструкций заводского изготовления, отве­чающих конкретным гидрогеологическим ус­ловиям трассы тепломагистрали.

Опыт проектирования показывает эко­номичность применения свайных оснований под фундаменты как анкерных, так и проме­жуточных мачт и низких опор.

Надземные тепломагистрали большого диаметра (1200-1400 мм) значительной про­тяженности (5 - 10 км) построены по индиви­дуальным проектам с применением высоких и низких опор на свайном основании.

Имеется опыт строительства тепломагистрали с диаметрами труб D у = 1000 мм от ТЭЦ с применением свай-стоек на заболоченных участках трассы, где на глубине 4-6 м залегают скальные грунты.

Расчет опор на свайном основании на совместное действие вертикальных и гори­зонтальных нагрузок выполняется в соответ­ствии со СНиП II-17-77 «Свайные фун­даменты».

При проектировании низких и высоких опор для прокладки трубопроводов могут быть использованы конструкции унифициро­ванных сборных железобетонных отдельно стоящих опор, разработанных под техноло­гические трубопроводы [ 3 ].

Проект низких опор по типу «качаю­щихся» фундаментов, состоящих из железо­бетонного вертикального щита, устанавли­ваемого на плоскую фундаментную плиту, разработан АтомТЭП. Эти опоры могут применяться в различных грунтовых усло­виях (за исключением сильно обводненных и просадочных грунтов).

Одним из наиболее распространенных видов воздушной прокладки трубопроводов является прокладка последних на кронштей­нах, укрепляемых в стенах зданий. Примене­ние этого способа может быть рекомендова­но при прокладке тепловых сетей на терри­тории промышленных предприятий.

При проектировании трубопроводов, располагаемых по наружной или внутренней поверхности стен, следует выбирать такое размещение труб, чтобы они не закрывали оконных проемов, не мешали размещению других трубопроводов, оборудования и пр. Наиболее важным является обеспечение на­дежного закрепления кронштейнов в стенах существующих зданий. Проектирование про­кладки трубопроводов по стенам существую­щих зданий должно включать обследование стен в натуре и изучение проектов, по ко­торым они построены. При значительных нагрузках, передаваемых трубопроводами на кронштейны, необходимо производить рас­чет общей устойчивости конструкций здания.

Трубопроводы укладываются на крон­штейны с приваренными корпусами скользя­щих опор. Применение катковых подвижных опор при наружной прокладке трубопрово­дов не рекомендуется из-за трудности их пе­риодической смазки и очистки в период эксплуатации (без чего они будут работать как скользящие).

В случае недостаточной надежности стен здания должны быть осуществлены кон­структивные мероприятия по рассредоточе­нию усилий, передаваемых кронштейнами, путем уменьшения пролетов, устройства подкосов, вертикальных стоек и др. Крон­штейны, устанавливаемые в местах устройства неподвижных опор трубопроводов, дол­жны выполняться по расчету на действую­щие на них усилия. Обычно они требуют дополнительного крепления путем устрой­ства подкосов в горизонтальной и верти­кальной плоскостях. На рис. 4.6 приведена типовая конструкция кронштейнов для про­кладки одного или двух трубопроводов диаметром от 50 до 300 мм.

Рис. 4.6. Прокладка трубопроводов на кронштейнах.

Канальная прокладка удовлетворяет большинству требований, однако стоимость ее в зависимости от диаметра выше на 10-50% бесканальной. Каналы предохраняют трубопроводы от воздействия грунтовых, атмосфер­ных и паводковых вод. Трубопроводы в них укладывают на подвижные и неподвижные опоры, при этом обеспечивается организованное тепловое удлинение.

Технологические размеры канала принимают исходя из минимального расстояния в свету между трубами и элементами конструкции, которое в зависимости от диаметра труб 25-1400 мм соответственно принимают рав­ным: до стенки 70-120 мм; до перекрытия 50-100 мм; до поверхности изо­ляции соседнего трубопровода 100-250 мм. Глубину заложения канала

принимают исходя из минимального объема земляных работ и равномерно­го распределения сосредоточенных нагрузок от автотранспорта на пере­крытие. В большинстве случаев толщина слоя грунта над перекрытием со­ставляет 0,8-1,2 м, но не менее 0,5 м.

При централизованном теплоснабжении для прокладки тепловых сетей применяют непроходные, полупроходные или проходные каналы. Если глубина заложения превышает 3 м, то для возможности замены труб со­оружают полупроходные или проходные каналы.

Непроходные каналы применяют для прокладки трубопроводов диа­метром до 700 мм независимо от числа труб. Конструкция канала зависит от влажности грунта. В сухих грунтах чаще устраивают блочные каналы с бетонными или кирпичными стенками либо железобетонные одно- и мно­гоячейковые. В слабых грунтах вначале выполняют бетонное основание, на которое устанавливают железобетонную плиту. При высоком уровне грун­товых вод для их отвода в основании канала прокладывают дренажный трубопровод. Тепловую сеть в непроходных каналах по возможности раз­мещают вдоль газонов.

В настоящее время устраивают преимущественно каналы из сборных железобетонных лотковых элементов (независимо от диаметра проклады­ваемых трубопроводов) типов КЛ, КЛс, или стеновых панелей типов КС и др. Каналы перекрывают плоскими железобетонными плитами. Основания каналов всех типов выполняют из бетонных плит, тощего бетона или пес­чаной подготовки.

При необходимости замены труб, вышедших из строя, или при ремонте тепловой сети в непроходных каналах приходится разрывать грунт и разби­рать канал. В некоторых случаях это сопровождается вскрытием мостового или асфальтного покрытия.

Полупроходные каналы. В сложных условиях пересечения трубопрово­дами тепловой сети существующих подземных коммуникаций, под проез­жей частью, при высоком уровне стояния грунтовых вод вместо непроход­ных устраивают полупроходные каналы. Их применяют также при про­кладке небольшого числа труб в тех местах, где по условиям эксплуатации вскрытие проезжей части исключено, а также при прокладке трубопроводов больших диаметров (800-1400 мм). Высоту полупроходного канала прини­мают не менее 1400 мм. Каналы выполняют из сборных железобетонных элементов - плиты днища, стенового блока и плиты перекрытия.

Проходные каналы. Иначе их называют коллекторами; они сооружают­ся при наличии большого числа трубопроводов. Их располагают под мосто­выми крупных магистралей, на территории больших промышленных пред­приятий, на участках, прилегающих к зданиям теплоэлектроцентралей. Со­вместно с теплопроводами в этих каналах размещают и другие подземные коммуникации: электро- и телефонные кабели, водопровод, газопровод низкого давления и т. п. Для осмотра и ремонта в коллекторах обеспечива­ется свободный доступ обслуживающего персонала к трубопроводам и оборудованию.

Коллекторы выполняются из железобетонных ребристых плит, звеньев рамной конструкции, крупных блоков и объемных элементов. Они обору­дуются освещением и естественной приточно-вытяжной вентиляцией с трехкратным воздухообменом, обеспечивающим температуру воздуха не более 30°С, и устройством для удаления воды. Входы в коллекторы преду­сматриваются через каждые 100-300 м. Для установки компенсирующих и запорных устройств на тепловой сети должны быть выполнены специаль­ные ниши и дополнительные лазы.

Бесканальная прокладка. Для защиты трубопроводов от механических воздействий при этом способе прокладки устраивают усиленную тепловую изоляцию - оболочку. Достоинствами бесканальной прокладки теплопро­водов являются сравнительно небольшая стоимость строительно-монтажных работ, небольшой объем земляных работ и сокращение сроков строительства. К ее недостаткам относится повышенная подверженность стальных труб наружной почвенной, химической и электрохимической коррозии.

При таком виде прокладки подвижные опоры не используют; трубы с тепловой изоляцией укладывают непосредственно на песчаную подушку, отсыпанную на предварительно выровненное дно траншеи. Неподвижные опоры при бесканальной прокладке труб, так же, как и при канальной, представляют собой железобетонные щитовые стенки, установленные пер­пендикулярно теплопроводам. Эти опоры при небольших диаметрах тепло­проводов, как правило, применяют вне камер или в камерах с большим диаметром при больших осевых усилиях. Для компенсации тепловых удли­нений труб применяют гнутые или сальниковые компенсаторы, располо­женные в специальных нишах или камерах. На поворотах трассы во избе­жание зажатия труб в грунте и для обеспечения возможного их перемеще­ния сооружают непроходные каналы.

При бесканальной прокладке применяют засыпные, сборные и моно­литные типы изоляции. Широкое распространение получила монолитная оболочка из автоклавного армированного пенобетона.

Надземная прокладка. Этот тип прокладки является наиболее удобным в эксплуатации и ремонте и характеризуется минимальными тепловыми потерями и простотой обнаружения мест аварий. Несущими конструкциями для труб являются отдельно стоящие опоры или мачты, обеспечивающие расположение труб на нужном расстоянии от земли. При низких опорах расстояние в свету (между поверхностью изоляции и землей) при ширине группы труб до 1,5 м принимается 0,35 м и не менее 0,5 м при большей ши­рине. Опоры выполняют обычно из железобетонных блоков, мачты и эста­кады - из стали и железобетона. Расстояние между опорами или мачтами при надземной прокладке труб диаметром 25-800 мм принимают равным 2-20 м. Иногда устраивают по одной или две промежуточные подвесные опоры с помощью растяжек, чтобы сократить число мачт и снизить капи­тальные вложения в тепловую сеть.

Для обслуживания арматуры и другого оборудования, установленного на трубопроводах тепловой сети, устраивают специальные площадки с ог­раждениями и лестницами: стационарные при высоте 2,5 м и более и пере­движные - при меньшей высоте. В местах установки магистральных задви­жек, спускных, дренажных и воздушных устройств предусматривают утеп­ленные ящики, а также приспособления для подъема людей и арматуры.

5.2. Дренаж тепловых сетей

При подземной прокладке теплопроводов во избежание проникновения воды к тепловой изоляции предусматривают искусственное понижение уровня грунтовых вод. Для этой цели совместно с теплопроводами прокла­дывают дренажные трубопроводы ниже основания канала на 200 мм. Дре­нажное устройство состоит из дренажной трубы и фильтрационного мате­риала обсыпки из песка и гравия. В зависимости от условий работы приме­няют различные дренажные трубы: для безнапорных дренажей - раструб­ные керамические, бетонные и асбестоцементные, для напорных - стальные и чугунные диаметром не менее 150 мм.

На поворотах и при перепадах заложений труб устраивают смотровые колодцы по типу канализационных. На прямолинейных участках такие ко­лодцы предусматривают не менее чем через 50 м. Если отвод дренажной воды в водоемы, овраги или в канализацию самотеком невозможен, строят насосные станции, которые размещают вблизи колодцев на глубине, зави­сящей от отметки дренажных труб. Насосные станции строят, как правило, из железобетонных колец диаметром 3 м. Станция имеет два отсека - ма­шинный зал и резервуар для приема дренажной воды.

5.3. Сооружения на тепловых сетях

Теплофикационные камеры предназначены для обслуживания обору­дования, установленного на тепловых сетях при подземной прокладке. Раз­меры камеры определяются диаметром трубопроводов тепловой сети и га­баритами оборудования. В камерах устанавливают запорную арматуру, сальниковые и дренажные устройства и др. Ширину проходов принимают не менее 600 мм, а высоту - не менее 2 м.

Теплофикационные камеры - сложные и дорогостоящие подземные сооружения, поэтому их предусматривают только в местах установки за­порной арматуры и сальниковых компенсаторов. Минимальное расстояние от поверхности земли до верха перекрытия камеры принимают равным 300 мм.

В настоящее время широко применяются теплофикационные камеры из сборного железобетона. В некоторых местах камеры выполняют из кир­пича или монолитного железобетона.

На теплопроводах диаметром 500 мм и выше применяют задвижки с электроприводом, имеющие высокий шпиндель, поэтому над заглубленной частью камеры сооружают надземный павильон высотой около 3 м.

Опоры. Для обеспечения организованного совместного перемещения трубы и изоляции при тепловых удлинениях применяют подвижные и не­подвижные опоры.

Неподвижные опоры, предназначенные для закрепления трубопрово­дов тепловых сетей в характерных точках, используют при всех способах прокладки. Характерными точками на трассе тепловой сети принято счи­тать места ответвлений, места установки задвижек, сальниковых компенса­торов, грязевиков и места установки неподвижных опор. Наибольшее рас­пространение получили щитовые опоры, которые применяют как при бес­канальной прокладке, так и при прокладке трубопроводов тепловых сетей в непроходных каналах.

Расстояния между неподвижными опорами определяют обычно расче­том труб на прочность у неподвижной опоры и в зависимости от величины компенсирующей способности принятых компенсаторов.

Подвижные опоры устанавливают при канальной и бесканальной про­кладке трубопроводов тепловой сети. Существуют следующие типы раз­личных конструкций подвижных опор: скользящие, катковые и подвесные. Скользящие опоры применяют при всех способах прокладки, кроме беска­нальной. Катковые используют при надземной прокладке по стенам зданий, а также в коллекторах, на кронштейнах. Подвесные опоры устанавливают при надземной прокладке. В местах возможных вертикальных перемеще­ний трубопровода используют пружинные опоры.

Расстояние между подвижными опорами принимают исходя из проги­ба трубопроводов, который зависит от диаметра и толщины стенки труб: чем меньше диаметр трубы, тем меньше расстояние между опорами. При прокладке в каналах трубопроводов диаметром 25-900 мм расстояние меж­ду подвижными опорами принимается соответственно 1,7-15 м. При над­земной прокладке, где допускается несколько больший прогиб труб, рас­стояние между опорами для тех же диаметров труб увеличивают до 2-20 м.

Компенсаторы применяют для снятия температурных напряжений, возникающих в трубопроводах при удлинении. Они могут быть гибкими П-образными или омега-образными, шарнирными или сальниковыми (осевы­ми). Кроме того, используют имеющиеся на трассе повороты трубопрово­дов под углом 90-120°, которые работают как компенсаторы (самокомпен­сация). Установка компенсаторов сопряжена с дополнительными капиталь­ными и эксплуатационными затратами. Минимальные затраты получаются при наличии участков самокомпенсации и применении гибких компенсато­ров. При разработке проектов тепловых сетей принимают минимальное число осевых компенсаторов, максимально используя естественную ком­пенсацию теплопроводов. Выбор типа компенсатора определяется конкрет­ными условиями прокладки трубопроводов тепловых сетей, их диаметром и параметрами теплоносителя.

Противокоррозионное покрытие трубопроводов. Для защиты тепло­проводов от наружной коррозии, вызываемой электрохимическими и хими­ческими процессами под воздействием окружающей среды, применяют противокоррозионные покрытия. Высоким качеством обладают покрытия, выполненные в заводских условиях. Тип противокоррозионного покрытия зависит от температуры теплоносителя: битумная грунтовка, несколько слоев изола по изольной мастике, оберточная бумага или шпатлевка и эпок­сидная эмаль.

Тепловая изоляция. Для тепловой изоляции трубопроводов тепловых се­тей используют различные материалы: минеральную вату, пенобетон, армо-пенобетон, газобетон, перлит, асбестоцемент, совелит, керамзитобетон и др. При канальной прокладке широко применяют подвесную изоляцию из мине­ральной ваты, при бесканальной - из автоклавного армопенобетона, асфаль-тоизола, битумоперлита и пеностекла, а иногда и засыпную изоляцию.

Тепловая изоляция состоит, как правило, из трех слоев: теплоизоляци­онного, покровного и отделочного. Покровный слой предназначен для за­щиты изоляции от механических повреждений и попадания влаги, т. е. для сохранения теплотехнических свойств. Для устройства покровного слоя используют материалы, обладающие необходимой прочностью и влагоне-проницаемостью: толь, пергамин, стеклоткань, фольгоизол, листовую сталь и дюралюминий.

В качестве покровного слоя при бесканальной прокладке теплопрово­дов в умеренно влажных песчаных грунтах применяют усиленную гидро­изоляцию и асбестоцементную штукатурку по каркасу из проволочной сет­ки; при канальной прокладке - асбестоцементную штукатурку по каркасу из проволочной сетки; при надземной прокладке - асбестоцементные полу­цилиндры, кожух из тонколистовой стали, оцинкованную или окрашенную алюминиевую краску.

Подвесная изоляция представляет собой цилиндрическую оболочку на поверхности трубы, изготовленную из минеральной ваты, формованных изделий (плит, скорлуп и сегментов) и автоклавного пенобетона.

Толщину слоя тепловой изоляции принимают согласно расчету. В ка­честве расчетной температуры теплоносителя принимают максимальную, если она не изменяется в течение рабочего периода сети (например, в паро­вых и конденсатных сетях и трубах горячего водоснабжения), и среднюю за год, если температура теплоносителя изменяется (например, в водяных се­тях). Температуру окружающей среды в коллекторах принимают +40°С, грунта на оси труб - среднюю за год, температуру наружного воздуха при надземной прокладке - среднюю за год. В соответствии с нормами проек­тирования тепловых сетей предельная толщина тепловой изоляции прини­мается исходя из способа прокладки:

При надземной прокладке и в коллекторах при диаметре труб 25-1400
мм толщина изоляции 70-200 мм;

В каналах для паровых сетей - 70-200 мм;

Для водяных сетей - 60-120 мм.

Арматуру, фланцевые соединения и другие фасонные части тепловых сетей, так же, как и трубопроводы, покрывают слоем изоляции толщиной, равной 80% толщины изоляции трубы.

При бесканальной прокладке теплопроводов в грунтах с повышенной коррозионной активностью возникает опасность коррозии труб от блуж­дающих токов. Для защиты от электрокоррозии предусматривают меро­приятия, исключающие проникание блуждающих токов к металлическим трубам, либо устраивают так называемый электрический дренаж или ка­тодную защиту (станции катодной защиты).

Завод информационных технологий «ЛИТ» в г. Переславль-Залесский выпускает гибкие теплоизоляционные изделия из вспененного полиэтилена с закрытой поровой структурой «Энергофлекс». Они экологически безопас­ны, так как изготавливаются без применения хлорфторуглеродов (фреона). В процессе эксплуатации и при переработке материал не выделяет в окру­жающую среду токсичных веществ и не оказывает вредных воздействий на организм человека при непосредственном контакте. Работа с ним не требу­ет специальных инструментов и повышенных мер безопасности.

«Энергофлекс» предназначен для теплоизоляции инженерных комму­никаций с температурой теплоносителя от минус 40 до плюс 100 °С.

Изделия «Энергофлекс» выпускаются в следующем виде:

Трубки 73 типоразмеров с внутренним диаметром от 6 до 160 мм и
толщиной стенки от 6 до 20 мм;

Рулоны шириной 1 м и толщиной 10, 13 и 20 мм.

Коэффициент теплопроводности материала при 0°С равен 0,032Вт/(м-°С).

Минераловатные теплоизоляционные изделия производятся предпри­ятиями АО «Термостепс» (г.г. Тверь, Омск, Пермь, Самара, Салават, Яро­славль), АКСИ (г. Челябинск), АО «Тизол», Назаровским ЗТИ, заводом «Комат» (г. Ростов-на-Дону), ЗАО «Минеральная вата» (г. Железнодорож­ный Московской обл.) и др.

Применяются также импортные материалы фирм ROCKWOLL, Рагос, Izomat и др.

Эксплуатационные свойства волокнистых теплоизоляционных мате­риалов зависят от состава используемого различными производителями исходного сырья и технологического оборудования и изменяются в доста­точно широком диапазоне.

Техническая тепловая изоляция из минеральной ваты делится на два типа: высокотемпературная и низкотемпературная. Компанией ЗАО «Ми­неральная вата» выпускается тепловая изоляция «ROCKWOLL» в виде стекловолокнистых минераловатных плит и матов. Более 27% от всех про­изводимых в России волокнистых теплоизоляционных материалов прихо­дится на долю теплоизоляции URSA, выпускаемой ОАО «Флайдерер-Чудово». Эти изделия изготавливаются из штапельного стеклянного волок­на и отличаются высокими теплотехническими и акустическими характери­стиками. В зависимости от марки изделия коэффициент теплопроводности

такой изоляции колеблется от 0,035 до 0,041 Вт/(м-°С), при температуре 10°С. Изделия характеризуются высокими экологическими показателями; их можно применять, если температура теплоносителя находится в преде­лах от минус 60 до плюс 180°С.

ЗАО «Изоляционный завод» (г. Санкт-Петербург) выпускает изолиро­ванные трубы для теплосетей. В качестве изоляции здесь применяется ар-мопенобетон, к преимуществам которого следует отнести:

Высокую предельную температуру применения (до 300°С);

Высокую прочность на сжатие (не менее 0,5 МПа);

Возможность применения при бесканальной прокладке на любой глу­
бине заложения теплопроводов и во всех грунтовых условиях;

Наличие на изолируемой поверхности пассивирующей защитной
пленки, возникающей при соприкосновении пенобетона с металлом трубы;

Изоляция является негорючей, что позволяет использовать ее при всех
видах прокладки (надземно, подземно, канально или бесканально).

Коэффициент теплопроводности такой изоляции равен 0,05-0,06 Вт/(м-°С).

Одним из самых перспективных способов на сегодняшний день явля­ется применение предварительно изолированных трубопроводов беска­нальной прокладки с пенополиуретановой (ППУ) изоляцией в полиэтиле­новой оболочке. Применение трубопроводов типа «труба в трубе» является наиболее прогрессивным способом энергосбережения в строительстве теп­ловых сетей. В США и Западной Европе, особенно в северных регионах, эти конструкции применяются уже с середины 60-х г.г. В России - всего лишь с 90-х г.г.

Основные преимущества таких конструкций:

Повышение долговечности конструкций до 25-30 лет и более, т. е. в
2-3 раза;

Снижение тепловых потерь до 2-3 % по сравнению с существующими
20^40% (и более) в зависимости от региона;

Уменьшение эксплуатационных расходов в 9-10 раз;

Снижение расходов на ремонт теплотрасс не менее чем в 3 раза;

Снижение капитальных затрат при строительстве новых теплотрасс в
1,2-1,3 раза и значительное (в 2-3 раза) снижение сроков строительства;

Значительное повышение надежности теплотрасс, сооружаемых по
новой технологии;

Возможность применения системы оперативного дистанционного
контроля за увлажнением изоляции, что позволяет своевременно реагиро­
вать на нарушение целостности стальной трубы или полиэтиленового гид­
роизоляционного покрытия и заранее предотвращать утечки и аварии.

По инициативе Правительства Москвы, Госстроя России, РАО «ЕЭС России», ЗАО «МосФлоулайн», Корпорации «ТВЭЛ» (г. Санкт-Петербург) и ряда других организаций в 1999 г. была создана Ассоциация производи­телей и потребителей трубопроводов с индустриальной полимерной изоля­цией.

ГЛАВА 6. КРИТЕРИИ ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНОГО ВАРИАНТА

§ 2. Способы подземной, наземной и надземной прокладок и их технико-экономические показатели

Устройство санитарно-технических коммуникаций в районах распространения вечной мерзлоты может вызвать протаивание грунта от выделения тепла трубопроводами. Вследствие этого может нарушиться устойчивость как самих трубопроводов, так и зданий. Способы прокладки санитарно-технических коммуникаций должны быть увязаны с методами строительства зданий и сооружений и зависят от свойств грунтов основания и других факторов, важнейшим из которых является расположение трассы сетей по отношению к застраиваемой территории и ее архитектурно-планировочному решению.

Существуют следующие виды прокладок санитарно-технических коммуникаций: подземная, наземная и надземная. Эти виды прокладок в свою очередь могут быть одиночными и совмещенными.

Наземная и надземная прокладки благодаря отсутствию контакта труб с землей и ограниченному тепловыделению в грунты основания в наименьшей степени нарушают естественный термический режим вечномерзлых грунтов. Такие прокладки загромождают территорию населенных мест, затрудняют устройство проездов, организацию снегозащиты и снего уборки.

Подземную прокладку целесообразно осуществлять в пределах границ застройки населенного пункта в целях достижения максимального благоустройства территории. Водопроводные и канализационные сети можно прокладывать непосредственно в грунте, а теплосети и паропроводы - в специальных каналах. При наличии таких каналов целесообразно в них же прокладывать водопровод, канализацию и электрокабели.

Подземная прокладка теплосетей обходится очень дорого и требует специальных мер по сохранению термического режима вечномерзлых грунтов в основании сетей. Так, например, стоимость 1 пог. м канала для теплофикации в условиях Норильска в среднем составляет 300 руб. Стоимость двухъярусного канала для совмещенной прокладки теплосети, водопровода, канализации и электрокабелей в тех же условиях в среднем составляет около 450 руб. за 1 пог. м. Поэтому подземная прокладка теплосетей целесообразна только при компактной застройке многоэтажными (4-5 этажей) зданиями и совместно с другими коммуникациями.

Если застройка осуществляется двух- и трехэтажными зданиями с разрывами, то подземная прокладка теплосетей оказывается обычно экономически нецелесообразной. В таких случаях наиболее часто применяют надземную прокладку по фасадам и чердакам зданий, а между зданиями -по эстакадам, оградам и заборам. При этом водопровод и канализация могут укладываться в земле бесканально. Если грунты основания труб просадочные, то для обеспечения их устойчивости нужно произвести замену грунтов на непросадочные на глубину, определяемую теплотехническим расчетом.

Для небольших поселков при возможности трассировки сети внутри кварталов без пересечения улиц или с минимальным числом пересечений наиболее экономична наземная прокладка теплосетей в кольцевой изоляции или в отепленных коробах совместно с водопроводом. Канализация при этом должна прокладываться в земле бесканально.

В просадочных при оттаивании грунтах, особенно в переходящих при оттаивании в текуче-пластичное или текучее состояние, при подземной прокладке трубопроводов необходимо устройство искусственного основания. Стоимость такого основания находится в прямой зависимости от глубины протаивания грунта под трубами.

При укладке трубопроводов в непросадочных и не теряющих при оттаивании несущей способности грунтах решающим условием является предохранение их от замерзания за счет сокращения теплопотерь. В этом случае глубину заложения увеличивают до 1,5-2,0 м ; большая глубина нежелательна, так как затрудняется обнаружение мест аварии трубопроводов и их ремонт как в летний, так и особенно в зимний период.

С целью сокращения теплопотерь и размеров таликов под трубами применяют подземную прокладку водопровода и канализации в теплоизоляции: в коробах из дерева или железобетона с засыпкой опилками или минеральной ватой, в кольцевой- из пенобетона, минеральной ваты, войлока, пропитанного смолой. Все эти виды теплоизоляции не достигают цели при увлажнении изоляционного материала. Местные неисправности гидроизоляции (следовательно, и теплоизоляции) приводят к протаиванию основания и неравномерным осадкам трубопроводов, наиболее нежелательным. Восстановление тепло- и гидроизоляции при ремонтах является сложным и трудоемким процессом. Применение коробов создает дополнительные затруднения по обнаружению и ликвидации утечек. Всякая утечка влечет за собой и нарушение теплоизоляции. Стоимость теплоизоляции обычно превышает стоимость искусственного основания водопровода и канализации. Поэтому широкое применение теплоизоляции для водопроводных и канализационных трубопроводов при прокладке их в грунте нецелесообразно.

Рассмотрим некоторые конструкции оснований трубопроводов, проложенных в грунте.

Грунтовое основание (рис. IV-1). Льдонасыщенные местные грунты в основании тепловыделяющего трубопровода на расчетную глубину протаивания заменяются непросадочными грунтами с малым коэффициентом фильтрации. Песчаные, гравелисто-песчаные грунты в ряде случаев уплотняются предварительным протаиванием. Для замены применяются легкие супеси и мелкозернистые пылеватые пески в талом состоянии; при этом желательна примесь гальки, гравия, щебня до 40.....-45% или местный обезвоженный и уплотненный грунт. Под трубу на искусственное грунтовое основание укладывается гидроизолирующий слой глинобетона или глины толщиной 25-30 см .

Ширина искусственного основания принимается равной ширине траншеи, а высота определяется расчетом.

При отсутствии утечки радиус протаивания от тепловыделений водопроводных или канализационных трубопроводов в среднем не превышает обычно 1,2 м . Если учесть повышенную интенсивность протаивания грунтов, которыми заменяются льдонасыщенные грунты, то глубина замены не превысит 1,5 м . Надо полагать, что во многих случаях грунтовое основание будет экономически выгодным и технически целесообразным.

Лежневое основание применяется с целью уменьшения неравномерности просадок при оттаивании просадочных грунтов и выполняется в виде продольных лежней в два бревна. Для предупреждения перекашивания лежней при просадках, вследствие чего разрушается трубопровод, необходимо их надежное крепление.

Плавающее основание применяется в льдонасыщенных грунтах и представляет собой сплошной настил из пластин, уложенных поперек траншеи; этот тип основания вполне надежен, но широко не может быть рекомендован вследствие высокой стоимости и расхода большого количества лесоматериалов.

>
Рис. IV-2. Трубопровод на свайном основании. 1 - трубопровод; 2 - бревно (брус) ∅30 см на шпонках (стыки вразбежку); 3 - свай ∅30 см через 3 м с заглублением на 3 м ниже деятельного слоя; 4 - прокладки через 10 см ; 5 - засыпка местным грунтом

Свайное основание (рис. IV-2) применяется в сильно-просадочных грунтах. Забивка свай в вечномерзлый грунт требует трудоемких и дорогих работ по пропариванию грунта или бурению скважин. Сваи приходится располагать часто, потому что в трубах, несущих большую нагрузку от грунта, возникают значительные изгибающие моменты на опорах. Такие основания-характеризуются высокой стоимостью.

Подземные эстакады (рис. IV-3) ввиду высокой стоимости применяются в исключительных случаях, например, для канализации при просадочных грунтах, оттаивающих на большую- глубину, при прохождении трассы вблизи здания с большими тепловыделениями, построенного по I или IV методам и расположенного выше по рельефу.

Вопрос о применении того или иного типа оснований решается путем сравнения технико-экономических показателей.

Для устранения возможности интенсивного движения потока надмерзлотных вод вдоль подземных трубопроводов применяются глинобетонные перемычки поперек траншей. Перемычки врезаются в мерзлое основание и стенки траншей на 0,6-1,0 м . Расстояние между перемычками назначается в зависимости от продольного уклона с таким расчетом, чтобы напор у перемычки не превышал 0,4-0,5 м ; обычно это расстояние колеблется в пределах от 50 до 200 м .

В галечникрвых, гравийных и других хорошо фильтрующих грунтах устройство перемычек не целесообразно, так как поток надмерзлотных вод легко обходит их.

Прокладка в земляных валиках

>
Рис. IV-4. Прокладка труб в земляных валиках. 1 - трубопровод; 2 - слой глинобетона толщиной 20 см ; 3 - местный грунт; 4 - песчано-гравийный слой; 5 - местный обезвоженный и уплотненный грунт

Данный способ прокладки (рис. IV-4) применяется при достаточно благоприятных мерзлотно-грунтовых условиях, при отсутствии на месте теплоизоляционных материалов, причем трасса трубопроводов должна проходить по незастроенной территории. Этот тип прокладки обладает рядом преимуществ:

• не требуется производить трудоемкие земляные работы по рытью траншей;
• утечки из труб легче обнаружить и устранить;
• исключается фильтрация надмерзлотных вод вдоль труб;
• наличие талика вокруг труб допускает более длительные перерывы движения воды по ним, чем при наземной и надземной прокладках;
• отпадает необходимость в тепло- и гидроизоляции труб.

Основными недостатками данного способа является чрезмерное загромождение территории и сложность устройства переездов. Кроме того, при этом создаются условия для большей снегозаносимости территории.

Подземная прокладка трубопроводов в каналах

Прокладка трубопроводов в подземных каналах - сравнительно дорогой вид сооружения сетей; тем не менее в ряде случаев канальная прокладка является целесообразной, если учитывать не только единовременные капиталовложения, но и эксплуатационные расходы. Целесообразность совмещенной прокладки коммуникаций в подземных каналах по сравнению с одиночной подземной должна подтверждаться стоимостью строительства, отнесенной на 1 м 2 жилой площади, и надежностью в эксплуатации инженерных сетей. Совмещенная прокладка обычно оправдывается в неблагоприятных климатических и мерзлотно-грунтовых условиях.

Каналы могут быть проходными (полупроходными) и непроходными, одноярусными и двухъярусными. В двухъярусных каналах, нижний ярус которых проходной, верхний ярус может быть как полупроходным, так и непроходным. Конструкция канала с полупроходным верхним ярусом громоздка и отличается высокой стоимостью. Одноярусная конструкция каналов наиболее экономична и удобна в эксплуатации.

В случае устройства в населенном месте разнотипных каналов (что должно быть обосновано) следует, исходя из условий индустриализации строительства, добиваться минимального количества типоразмеров элементов.

Непроходные высотой до 0,9 м каналы (рис. IV-5) могут применяться на коротких участках (домовые выпуски и вводы, пересечения с дорогами и т. п.) при обеспечении условий устойчивости и требований эксплуатации. Непроходные каналы следует устраивать с минимальным заглублением в грунт (не более 0,5-0,7 м от перекрытия до поверхности земли). Они обязательно должны иметь съемное перекрытие для очистки каналов, осмотра и ремонта трубопроводов. Продольный уклон непроходных каналов для обеспечения отвода воды по дну должен быть не менее 0,007.

Проходные каналы высотой не менее 1,8 м (рис. IV-6) должны иметь габариты, обеспечивающие свободный проход по ним для осмотра и ремонта труб, арматуры и электрокабелей.

>
Рис. IV-7. Железобетонный двухъярусный проходной канал. 1 - канализация; 2 - теплосеть: 3 - водопровод; 4 - полочки для электрокабелей и кабелей связи; 5 - песок, δ = 10 см ; 6 - глинобетон, δ = 20 см ; 7 - замененный грунт (толщина по расчету)

При значительных заглублениях каналов и больших тепловыделениях коммуникаций талики, образующиеся под каналами, могут достигать значительных размеров. В подобных случаях для уменьшения проникновения тепла в основание на основе технико-экономического сравнения с другими вариантами выявляется целесообразность устройства двухъярусных каналов (рис. IV-7). В нижнем проходном ярусе такого канала размещается канализационный трубопровод и электрокабели, в верхнем - непроходном или полупроходном - прокладываются трубы теплосети и водопровода.

При совмещенной прокладке канализации и водопровода водопроводные задвижки должны размещаться в специальных камерах или секциях, изолированных от канализационного трубопровода.

С целью предупреждения разрушений как самих каналов, так и близко расположенных зданий и сооружений от протаива-ния грунтов в основании необходимо:

• теплоизолировать трубопроводы, максимально уменьшая их тепловыделения;
• вентилировать каналы зимой для удаления тепла с тем, чтобы оттаявшие за лето грунты в их основании (полностью промораживались;
• устраивать гидроизоляцию по дну канала, не допуская проникновения воды в грунты основания. Оснований под каналами должны устраиваться из непросадочных или малопросадочных грунтов.

Кроме замены просадочных грунтов, возможно применение предварительного протаивания и уплотнения грунтов основания. Каналы должны устраиваться из железобетона, армоцемента или другого эффективного материала. Устройство каналов из дерева или бетона может быть допущено при особом обосновании, так как бетонные каналы дороги и не отвечают требованиям прочности при неравномерных осадках основания, а деревянные подвержены гниению, требуют больших работ по гидроизоляции, заиливаются мельчайшими частицами грунта; при наличии канализации в них создаются антисанитарные условия для водопровода.

Вентиляция каналов устраивается естественной и искусственной (принудительной). Естественная осуществляется путем устройства вентиляционных отверстий по верху канала на расстоянии 20-25 м в зависимости от габаритов канала и коммуникаций, в нем проложенных (рис. IV-8). Эффективность естественной вентиляции может быть повышена за счет устройства вытяжных шахт в зданиях, расположенных неподалеку от канала; при этом расстояние между отверстиями на канале для притока воздуха может быть увеличено до 100-150 м .

Отвод из канала аварийных или сбросных вод следует осуществлять из его концевой части, используя продольный уклон, или из промежуточных водосборников (гидроизолированных приямков) путем откачки воды насосами.

Теплопроводы и паропроводы, размещаемые в каналах, следует возможно больше удалять от дна канала; они должны быть в кольцевой теплоизоляции (например, из пенобетона с асбесто-цементной штукатуркой и гидроизоляцией). Большие перспективы имеет применение в этих целях пластмасс, обладающих повышенными тепло- и гидроизоляционными свойствами (пенопласт, полиэтилен и др.).

Технико-экономическая целесообразность прокладки канализационных сетей в каналах совместно с сетями различного назначения по сравнению с одиночной подземной прокладкой выявляется на основе сравнения стоимости строительства и эксплуатации, отнесенной к 1 м 2 жилой площади, а также оценки устойчивости сетей, их долговечности и теплового влияния на близко расположенные здания и сооружения.

Наземная прокладка трубопроводов

К наземному типу прокладки относятся обычно трубопроводы, уложенные на невысоких опорах. При этом между трубой и поверхностью земли должно быть продуваемое пространство не менее 30 см , которое необходимо для уменьшения тепловыделения в грунты основания и предотвращения снегозаносов.

Наземную прокладку трубопроводов следует применять за пределами застройки населенных мест (как наиболее дешевую), на пониженных и заболоченных участках трассы, в местах с сильно льдонасыщенными грунтами вечномерзлой толщи.

На застраиваемой территории наземная прокладка допускается при малом числе пересечений трубопровода с проездами и тротуарами. Трубопроводы тепло- и гидроизолируются. Применение сгораемых материалов как для изготовления коробов, так и теплоизолирующих засыпок паропроводов и теплосетей при температуре теплоносителя 90 °С и выше не рекомен дуется пожарными нормами. Шлаковую засыпку также не следует широко применять ввиду возможного разрушения металлических труб коррозией при увлажнении шлака.

Деревянные короба, находясь в условиях переменной влажности, деформируются, засыпка выдувается, высыпается и легко увлажняется. Гидроизоляция коробов рулонными материалами не достигает цели, так как рулонные покрытия легко повреждаются. Поэтому более надежны короба из железобетона, однако стоимость их с засыпкой выше, чем стоимость кольцевой тепло- и гидроизоляции труб.

В случае совмещенной прокладки, главным образом в целях удобства эксплуатации, теплоизоляция выполняется самостоятельно для трубопроводов различного назначения.

Основанием под наземные трубопроводы может быть насыпной песчано-гравелистый или любой другой непросадочный или малопросадочный грунт, укладываемый без нарушения естественного мохо-растительного покрова при производстве работ. При просадочных грунтах естественного основания необходима их замена непросадочными на глубину, определяемую расчетом.

По искусственному грунтовому основанию под трубопроводами устраиваются специальные опоры.

Лежневые опоры из поперечных лежней имеют незначительную высоту, вследствие чего при просадках опор теплоизоляция труб ложится на грунт, легко увлажняется и портится. Устройство общих опор для нескольких трубопроводов не рекомендуется, так как при неравномерной нагрузке лежни дают неравномерную осадку.

Городковые опоры (рис. IV-9) являются более совершенным типом деревянных опор; они позволяют легко выправлять профиль трубопроводов в случае небольших просадок основания подклиниванием элементов городков.

Железобетонные промежуточные опоры скользящего и каткового типа (рис. IV-10) экономичнее и долговечнее деревянных. Недостатком их является сложность выправления трубопроводов при осадке насыпей; для выравнивания основания трубопровод приходится приподнимать, а опоры снимать.

Неподвижные (анкерные) опоры (рис. IV-11) выполняются из дерева, бетона и железобетона. При деревянных опорах трубы закрепляются к опорным брусьям болтами или штырями.

Рамные неподвижные опоры требуют выполнения больших объемов работ по разработке и выемке грунтов из котлованов. Поэтому они могут быть рекомендованы в тех случаях, когда применение свайных опор нецелесообразно (деятельный слой большой мощности, высокотемпературные мерзлые грунты, характеризующиеся малой величиной сил смерзания, валунные щебенистые грунты и пр.).

Массивные бетонные опоры устраиваются под трубопроводы больших диаметров и при строительстве трубопроводов в 2 очереди. Для крепежных металлических частей в бетонном массиве оставляются гнезда, которые на время до постройки трубопровода второй очереди должны заполняться бетоном самых низких марок. В противном случае в них скапливается вода, которая при замерзании может разорвать бетонный массив. Во избежание оттаивания грунтов основания вследствие экзотермии при твердении бетона, а также от теплопритока через тело опоры на дно котлована укладывается песчаная подушка толщиной 20-30 см .

В целом наземная прокладка в условиях Крайнего Севера является наиболее экономичным видом прокладки санитарно-технических коммуникаций (исключая канализацию).

Надземная прокладка трубопроводов

Надземная прокладка трубопроводов осуществляется на эстакадах, на свайных опорах, возвышающихся над рельефом местности (рис. IV-12), по стенам зданий, чердакам и оградам. Надземный тип прокладки трубопроводов применяется при переходах через дороги, лощины, овраги и ручьи, на заводских территориях, в местах с сильно льдонасыщенными грунтами вечно-мерзлой толщи.

Аналогично наземной прокладке трубы укладываются в кольцевой теплоизоляции или в утепленных коробах.

Эстакады могут выполняться из дерева, железобетона и металла. Металлические эстакады применяются в огнеопасных местах. Производство железобетонных эстакад сложно, а их стоимость высока. Поэтому основное применение получили свайные и рамные деревянные эстакады.

Преимущества надземной прокладки:

• трубы и короба не являются причиной снегоотложений и не мешают уборке снега;
• успешно решается вопрос пересечений с проездами и проходами;
• трубы и их изоляция не подвергаются механическим повреждениям со стороны транспорта и пешеходов;
• трубопроводы не подвержены снежным заносам, легко доступны для осмотра и ремонта.

Недостатки надземной прокладки:

• высокая по сравнению с наземной прокладкой стоимость;
• неудобство установки арматуры, особенно пожарных гидрантов;
• более значительные, чем при наземной прокладке, теплопотери вследствие больших скоростей ветра и отсутствия снегоотложений на трубах;
• трубы, уложенные по фасадам зданий, эстакадам и оградам, портят внешний вид населенного места;
• при укладке труб по стенам зданий нарушается принцип первоочередности строительства санитарно-технических коммуникаций.

Технико-экономические показатели по некоторым видам прокладок приведены в приложениях 1 и 2.