§ 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.

Рис. IV-1. Прокладка водопровода (а) и канализации (б) в земле на грунтовом основании. 1 - трубопровод; 2 - местный грунт; 3 - глина или глинобетон; 4 - замененный грунт

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.

Рис. IV-3 Прокладка труб по подземным экстакадам. 1 - трубопровод; 2 - эстакада; 3 - глина или глинобетон; 4 - замененный грунт; 5 - скала

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.

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.

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 м² 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.

Рис. IV-5. Непроходной канал. 1 - канализация; 2 - водопровод; 3 - теплосеть; 4 - железобетонный канал; 5 - вентиляционная шахта; 6 - глинобетон; 7 - решетки

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.

Рис. IV-6 Проходной канал. 1 - канализация; 2 - водопровод; 3 - железобетонный канал: 4 - глинобетон; 5 - замененный грунт

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.

Рис. IV-8. Схема вентиляции канала. 1 - канализация; 2 - водопровод и теплосеть; 3 - электрокабели и кабели связи; 4 - приточное отверстие; 5 - вытяжное отверстие

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 м² жилой площади, а также оценки устойчивости сетей, их долговечности и теплового влияния на близко расположенные здания и сооружения.

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.

Рис. IV-9. Городковая опора. 1 - трубопровод; 2 - опоры через 3 м; 3 - насыпное основание

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.

Рис. IV-10. Железобетонная промежуточная опора скользящего типа для прокладки трубопроводов диаметром 100-400 мм. 1 - трубопровод; 2 - металлическая подставка; 3 - железобетонная опора; 4 - насыпное основание

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.

Рис. IV-11. Неподвижная лежневая опора. 1 - трубопровод; 2 - опорный брус 20×24 см; 3 - продольные лежни ∅30 см; 4 - поперечные брусья 20×20 см; 5 - подставка под трубу, приваренная к планке; 6 - опорная планка на болтах; 7 - замененный грунт

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).

Рис. IV-12. Свайная неподвижная опора

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.