Совершенствование системы водоснабжения населенного пункта с числом жителей 10000 человек

Nб · Т1

Wэк 1 = -------- · [ W^* эк 1 - (1 + о - зпр) ] , (21)

з эд

где з эд - КПД электродвигателя;

зпр - КПД частотного преобразователя;

о - коэффициент, учитывающий дополнительные потери в электродвигателе за счет работы двигателя при переменной частоте тока.

Тогда

19,6 · 6935

Wэк 1 = -------------- · [ 0,1 - (1 + 0,02 - 0,98) ] = 8769,42 кВтч · 0,93

Определяем относительную глубину регулирования за время Т2 по

формуле (22):

Q_м

л₂ = ---, (22)

Q_пр

Тогда

Определяем относительную экономию электроэнергии за время Т₂ при л2 = 0,56 и Нп = 0,64 по кривым [24 ]: W^* эк 2 = 0,4.

Определяем мощность, потребляемую насосной установкой, при промежуточной подаче Qпр = 0,022 м³/с и Нпр = 44,5 м по формуле (20):

1000 · 0,022 · 44,5

N_пр= ---------- = 13,33 кВт.

102 · 0,72

Определяем экономию электроэнергии, которая может быть получена за время Т2 = 1825 ч с учетом потерь в регулируемом приводе, по формуле (21):

13,33 · 1825

Wэк 2 = -------------- · [0,4 - (1 + 0,02 - 0,98)] = 10463,33 кВтч.

0,93

Экономия электроэнергии за время Т = Т1 + Т2 :

W_эк = Wэк 1 + Wэк 2 = 8769,42 +10463,33 = 19232,75 кВт · ч.

Часовое энергопотребление днем сосставит 801,36/19 = 42,18 кВт. Водоподача ночью в два раза меньше, чем днем, то есть составит 42,18/2 = 108 кВт.

Годовое энергопотребление ориентировочно находится по формуле (23):

W_год = 42,18 · Т1 + 21,09 · Т2 , (23)

Тогда

Wгод = 42,18 · 6935 + 21,09 · 1825 = 331007,55 кВт · ч.

Экономия электроэнергии за счет применения регулируемого привода по формуле (24):

Тогда

Таким образом, экономия электроэнергии за счет использования регулируемого электропривода составит 5,8 %.

Проведенный анализ данных полностью подтверждает как экономическую выгоду от использования регулируемого электропривода так и выгоду от сбережения энергетических ресурсов.

4. Патентно-информационный поиск

В настоящее время в системе жилищно-коммунального хозяйства решаются вопросы очистки воды из подземных источников от различных соединений железа. Традиционные методы, такие как упрощенное аэрирование с последующей фильтрацией уже устарели и не могут служить основой новейших установок ввиду их громоздскости и нестабильности работы. Новейшие установки должны базироваться на современных технологиях.

- Способ очистки воды от железа, включающий смешение потока очищаемой воды с воздухом, подачу водо-воздушной смеси в корпус с незатопленной фильтрующей загрузкой и последующий раздельный отвод очищенной воды и воздуха, отличающийся тем, что, с целью повышения степени очистки и интенсификации процесса перед смешением поток воды вакуумируют и смешение осуществляют путем диспергирования потока воды воздухом.

Изобретение относится к очистке подземных вод от железа и может быть использовано для водоснабжения городов, населенных пунктов, отдельных объектов и сельскохозяйственных комплексов.

- Аэрационный способ очистки подземных вод от железа, находящегося в воде в форме бикарбоната закиси железа, заключающийся в том, что в подлежащую обезжелезиванию воду вводят кислород в виде водовоздуш-ной эмульсии.

Недостатками данного способа являются его технологическая сложность и невозможность удалить железо из воды при содержании его до 30 мг/л и наличии в воде двуокиси углерода свыше 20 мг/л.

- Способ очистки воды от железа, включающий смешение потока очищаемой воды с воздухом путем подачи воздуха в смеситель под давлением, разбрызгивание водовоздушной смеси на незатопленную загрузку, расположенную в корпусе фильтра, при соотношении 1:2-1:5 и последующий раздельный отвод очищенной воды и воздуха.

Недостатком известных способа и устройства является отсутствие возможности использования его для очистки воды с высоким содержанием железа и растворенных газов. При содержании в воде железа до 30 мг/л, С0₂ -100 мг/л, Н₂S - 10 мг/л и окисляемости по 0₂ 9 мг/л установка неработоспособна.[28]

- Фильтр для обезжелезивания воды. Изобретение относится к фильтрам для обезжелезивания воды и позволяет повысить качество очистки воды при повышенном содержании в ней железа, а также свободной углекислоты.

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для очистки подземных вод от соединений двухвалентного железа и свободной углекислоты, и может найти применение преимущественно в хозяйственно-питьевом водоснабжении.[29]

- Способ очистки природных вод от железа путем фильтрования через зернистую загрузку с нанесенным на нее слоем реагента на основе марганца, отличающийся тем, что, с целью повышения степени очистки от двухвалентного железа и увеличения продолжительности фильтроцикла, в качестве реагента используют полиперманганит меди формулы (CuMn)ОmМn0₂nН₂0, где m=5-13, п=1- 4.

Изобретение относится к очистке воды, в частности природных вод от соединений железа.[30]

- Предлагаемые предприятием "Фрактал" фильтры тонкой очистки воды способны удалить из воды механические и коллоидные примеси с размерами частиц 0,2 ... 0,5 микрона и более. Предназначены для тонкой очистки воды различного назначения (питательной, подпиточной, сетевой и др.) от взвешенных веществ и соединений железа (III) в котельных промышленного и жилищно-коммунального назначения, промышленных системах водоснабжения и системах водяного нагревания и охлаждения технологического оборудования,

Принцип действия фильтров ФТВА 108.120.750 и ФТВА 108.120.1450 состоит в том, что вода, подаваемая в корпус фильтровального элемента, проходит через фильтровальную перегородку, изготовленную из фильтровального материала "ТЕФМА". При этом частицы взвешенных веществ и соединений железа (III) задерживаются фильтровальным материалом. Агрегируя фильтры ФТВА 108.120.750 и ФТВА 108.120.1450 в блоки, можно получить фильтры тонкой очистки воды любой необходимой производительности.[31]

4.1 Безреагентная гидроавтоматическая установка для обезжелезивания подземной воды фирмы FORTEX производительностью 1500 м³/сут.

Компактная гидроавтоматическая безреагентная установка обезжелезивания предназначена для очистки воды из подземных источников от соединений железа до концентрации не более 0,3 мг/л согласно требованиям СанПиН 10-124 РБ 99 «Вода питьевая».

Попутно в установке происходит очистка исходной воды от растворенных газов, таких как сероводород, двуокись углерода, метан и др., удаление мутности и запаха, нитритов и нитратов, взвешенных и коллоидных частиц, снижение цветности, карбонатной жесткости, происходит стабилизация воды.

Вода после очистки используется для хозяйственно-питьевого водоснабжения потребителей.

Преиущества установки:

- самостоятельная, гидроавтоматическая промывка плавающей фильтрующей загрузки

- отсутствуют дополнительные емкости и насосы, предназначенные для промывки фильтра, отсутствует компрессор для подачи воздуха в исходную воду; эксплуатация установки практически сводится к наблюдению за режимом работы насосов I и II подъема

- для начала эксплуатации установки требуется лишь подключение ее к трубопроводу подачи исходной воды, насосу второго подъема и к месту слива промывочной воды, расход воды на самопромывку составляет 1,5% суточной производительности установки

- возможность увеличения производительности установки путем блокировки

- низкая материалоемкость и высокая надежность установки

- отсутствие вторичного загрязнения воды благодаря применению некорродирующих полимерных материалов.

Принцип работы установки:

исходная вода насосом I подъема из артезианской скважины подается на аэратор-дегазатор, где происходят интенсивные процессы окисления железа кислородом воздуха и удаление этим же воздухом растворенных в воде газов. Обработанная таким образом вода далее поступает на гидроавтоматические фильтры с плавающей фильтрующей загрузкой, где окончательно очищается от нерастворимых примесей. По мере загрязнения фильтрующей загрузки, фильтр с помощью гидроробота самостоятельно включается в режим самопромывки, после окончания которой, также самостоятельно переключается в новый цикл фильтрования. Очищенная вода переливается в резервуар чистой воды и далее насосом второго подъема подается на потребление

1- аэратор

2- гидроробот

3- фильтр

4- плавающая фильтрующая загрузка

- удерживающая сетка

- бак чистой воды

- насос второго подъема

Технические характеристики установки приведены в таблице 8.

Таблица 8 - Технические характеристики установки

Производительность	м3/сут.	350
Давление воды перед аэраторами установки	мРа	0,4
Диаметр установки / длина х ширина	м	2,5
Высота верхней точки	м	5,0
Расход воды на самопромывку	м3	1,5
Частота промывки фильтра		В зависимости от концентрации загрязнений
Режим промывки фильтров		гидроавтоматический
Допускаемый перерыв в работе установки в течение суток	ч	8

Для принения этой установки, необходимо чтобы исходная вода удовлетворяла требованиям приведенным в таблице 9.

Таблица 9 - Требования к качественному и количественному составу исходной воды

Концентрации:
- общее железо	мг/дм3	до 15
- свободная двуокись углерода	мг/дм3	до 100- 120
- растворенный сероводород	мг/дм3	до 8
- перманганатная окисляемость	мг О/дм3	до 8,5
- общая щелочность	мг-экв/л	более 2
-РН		более 6,8
- колли-индекс		доЗ
- форма химического соединения железа в воде		Fе(НСО3)2

Рисунок 2 - Схема модуль-фильтра фирмы FORTEX

4.2 В Ультразвуковая ультрафиолетовая бактерицидная установка «УЗУФ Р 0,5» фирмы FORTEX для обеззараживания воды

В настоящее время хлорирование различными хлорсодержащими реагентами является наиболее распространенным и доступным методом обеззараживания воды как в нашей стране, так и за рубежом. Хлорирование характеризуется широким спектром антимикробного действия, экономичностью, простотой технологического оформления, наличием способа оперативного контроля за процессом обеззараживания.

Однако данный метод обеззараживания воды имеет ряд недостатков. При контакте с человеком активный хлор может оказывать токсическое, местное раздражающее и аллергенное действие. Но основной недостаток хлорирования заключается в том, что в результате взаимодействия с активным хлором многие вещества, находящиеся в воде, образуют продукты более опасные, чем исходные соединения.

Обеззараживание воды активным хлором в дозах, принятых на водопроводных станциях, не всегда обеспечивает надежную защиту от вирусных инфекций, что также является существенным недостатком хлорирования.

В связи с вышесказанным перспективной задачей является поиск и гигиеническая оценка альтернативных и дополнительных методов очистки питьевой воды. Наиболее безопасной технологией из безреагентных способов обеззараживания является обработка воды ультрафиолетовым излучением. Традиционно применяющиеся для обработки воды ультрафиолетовые лампы низкого давления малоэффективны при уничтожении спорообразующих бактерий, вирусов, грибков, водорослей и плесени.

Дозы облучения для ряда спор и грибков составляют 100-300 м/Дж/см², в то время, как УФ-облучатели низкого давления с трудом могут обеспечить требуемые 16 мДж/см .

Безусловно, существенное ограничение в применении этого типа обеззараживания воды играет и обрастание кристаллами соли и биообрастание защитных кварцевых оболочек УФ ламп.

Выход был найден при разработке новой технологии, включающей непрерывную обработку воды УФ-излучением с длиной волны 253,7 нм и 185 им с одновременным облучением воды ультразвуком с плотностью ~ 2 вт/см². На базе этой технологии были созданы установки серии «РОДНИК УЗУФ»

При обработке проходящего потока воды ультразвуковым излучателем, размещенным непосредственно в камере ультрафиолетового облучателя. в воде возникают короткоживующие парогазовые "каверны" (пузырьки), которые появляются в момент снижения давления в воде и "охлопываются" при "сжатии" воды. Скорость охлопывания очень высокая и в окрестности точек охлопывания возникают экстремальные параметры - огромные температура и давление. Вблизи точки охлопывания полностью уничтожается патогенная микрофлора и образуются активные радикалы. "Каверны" возникают в объеме камеры

УФ-излучателя причем преимущественно на неоднородностях. В качестве "неоднородностей" могут служить споры -грибков и бактерий, которые затем, при охлопывании пузырька, оказываются в центре охлопывания, играя роль своеобразной мишени.

Одновременно в пузырьках под воздействием "жесткого" УФ излучения с длиной 185 нм. возникают активные радикалы, озон, пероксид водорода (Н₂О₂) и другие. Благодаря многочисленности пузырьков при малых их размерах и при наличии тенденции к охлопыванию, наработанные в пузырьках активные радикалы эффективно и равномерно растворяются в воде, а затем уничтожают патогенную микрофлору. При этом УФ-излучение существенно стимулирует действие активных радикалов. Энергозатраты на обеззараживание воды составляют 7.0-8.0 Вт на 1 м-⁵/час, а срок службы установок не менее 10000 часов. Вода, обработанная в установках, отвечает требованиям лучших мировых стандартов. Они просты в эксплуатации, малогабаритны, малоэнергичны (менее 10 Вт - 1000 л/час), долговечны. Работают от 220 В, 50-60 Гц, дешевле аналогичных более чем в 2 раза. Основные размеры устройства приведены в таблице 10.

Таблица 10 - Габаритные размеры устройства

Тип устройства	Размеры,мм	Резьба присоединения
	L	В	Е	X
УЗУФ Р 0,5	600	76	380	G1-В

Рисунок 3 - Установка «Родник УЗУФ Р 0,5»

5. Выбор материала труб для прокладки сети водоснабжения

Для строительства водопроводных сетей применяют асбестоцементные, железобетонные, чугунные, пластмассовые и стальные трубы. Водопроводные трубы должны иметь достаточную пропускную способность, водонепроницаемые стенки, малую шероховатость внутренней поверхности, большой срок службы, достаточную прочность, а также обеспечивать возможность простого и надежного соединения на месте. Для устройства водопроводных сетей могут применяться только те трубы, материалы которых безвредны для здоровья человека.

Асбестоцементные трубы обладают стойкостью к коррозии, морозоустойчивостью, сравнительно небольшой плотностью, а следовательно, относительной легкостью и невысокой стоимостью. Основные их недостатки -- хрупкость и низкая сопротивляемость ударам.

К достоинствам железобетонных труб относятся их долговечность, прочная гладкая внутренняя поверхность, высокая пропускная способность; эти трубы по сравнению с металлическими значительно менее металлоемки. Недостатком их является большая масса.

Чугунные трубы долговечны и устойчивы в коррозионноактивных средах, что обуславливается высокой коррозионной стойкостью чугуна и значительной толщиной стенок труб. Работа по заделке стыкового соединения чугунных труб довольно трудоемка и требует высокой квалификации рабочих, что является одним из недостатков данного вида труб.

Стальные трубы применяют для устройства наружных водопроводных сетей в ограниченных количествах, из-за необходимости экономии металла. Они выдерживают наибольшие давления, удобны при монтаже, при их перевозке и укладке нет необходимости в особых мерах предосторожности. В то же время применение стальных труб требует значительных расходов на антикоррозионную защиту.

Пластмассовые трубы широко используются для наружных сетей водоснабжения вследствие их достоинств по сравнению с трубами из других материалов. Они очень легкие, не подвергаются коррозии и не разрушаются даже при замерзании в них воды и в то же время имеют повышенную пропускную способность из-за низких гидравлических сопротивлений, большую долговечность и малую теплопроводность. К недостаткам пластмассовых труб относятся: необходимость соблюдения определенных правил при укладке, большой коэффициент линейного расширения и относительная сложность их соединения.

5.1 Технико-экономическое сравнение вариантов по выбору труб из различных материалов для прокладки сетей водоснабжения

В дипломном проекте рассматриваем два варианта реконструкции сети водоснабжения: из труб ПВХ и из стальных труб. Так как минимальный срок эксплуатации трубопровода системы водоснабжения из труб ПВХ, по данным ВНИПИэнергопрома, составляет 50 лет, рассчитаем среднюю стоимость строительства и эксплуатации 1километра трубопровода каждого вида в течение 50 лет и сравним затраты.

Сегодня стоимость трубы из ПВХ D_у 100мм составляет 7105 руб/м, стальной трубы такого же диаметра - 9675, соответственно 1 километр труб ПВХ-7105000 руб., стальной трубы - 9675000 руб. В соответствии с данными количества аварий приходящихся на 1 километр трубопровода из различных материалов рассчитаем количество аварий, приходящихся на 1 километр трубопровода из ПВХ и стального трубопровода за 50 лет их эксплуатации соответственно:

Nав = nав · tэкспл, (25)

где nав - количество аварий, шт·(км·год);

tэкспл - время эксплуатации трубопровода, tэкспл = 50 лет;

Для труб из ПВХ nав = 0,1

Nав = 0,1 · 50 = 5 шт.,

для стальных труб nав = 0,113

Nав = 0,113 · 50 = 5,65 шт.

По имеющимся данным, стоимость устранения одной аварии составляет от 337500 до 6750000 руб. в зависимости от сложности аварии. Если взять стоимость устранения аварии на уровне ниже среднего (3375000 руб.), то за 50 лет эксплуатации на устранение аварий на обоих видах трубопроводов потребуется:

Sустр. ав = Nав · S ср ; (26)

где S_ср - средняя стоимость устранения аварии, руб.;

для труб из ПВХ :

Sустр. ав = 5 · 3375000 = 16875000 руб.,

для стальных труб:

Sустр. ав = 5,65 · 3375000 = 19068750 руб.

Стоимость монтажных работ составляет в среднем 55% стоимости трубопровода, отсюда при прокладке 1 километра трубопровода из ПВХ стоимость работ составит:

SСМР = 7105000 · 0,55 = 3907750 руб.; (27)

1 километра стального трубопровода:

SСМР = 9675000 · 0,55 = 5321250 руб.

С учетом стоимости работ на прокладку и эксплуатацию 1 километра трубопровода из ПВХ в течение 50 лет потребуется денежных средств:

Sэксплуатац. = Sтр + Sустр. ав + SСМР, руб; (28)

Sэксплуатац. = 7105000 + 16875000 + 3907750 = 27887750 руб.

Средний срок эксплуатации стального трубопровода составляет 10 - 15 лет (в дальнейшем расчете принимаем 12,5 года), поэтому в течение 50 лет эксплуатации будет произведено, как минимум, четыре замены изношенных стальных труб, а это потребует дополнительных вложений на сумму:

Sэксплуатац. = (Sтр + SСМР) · 4 + Sустр. ав (29)

Sэксплуатац. = (9675000 + 5321250) · 4 + 19068750 = 79053750 руб.

Сравнив полученные суммы, имеем:

27887750 << 79053750 руб.

При прокладке и долгосрочной эксплуатации трубопровода из ПВХ (50 лет) достигается трехкратная экономия денежных средств по сравнению с затратами на прокладку и эксплуатацию стальных трубопроводов.

6. Проект производства работ по реконструкции участка трубопровода

Исходными данными для проекта производства работ служат архитектурно-строительные чертежи объекта, сведения о сроках и порядке поставки материалов, о типах рабочих машин и механизмов, о рабочих кадрах по основным профессиям, действующие нормативные документы, инструкции по производству строительно-монтажным работам.

При прокладке сети водоснабжения выполняется следующий комплекс основных строительно-монтажных работ:

- подготовительные;

- земляные;

- укладка труб и заделка стыков;

- монтаж колодцев из сборных железобетонных элементов;

- испытание сети.

6.1 Подготовительные работы

Сооружаются временная автодорога и площадка для складирования строительных материалов. Организуется временное обеспечение строительства энергетическими ресурсами, водой. Так как строительство ведется в черте города, во всем выше перечисленном нет необходимости.

6.2 Определение объёма земляных работ

6.2.1 Принимаем минимальную глубину заложения h_min = 1,9м.

Так как траншея разрабатывается с откосами, по построенному профилю определяем ширину траншеи по дну (рисунок 4).



Рисунок 4 - Поперечное сечение траншеи к- коэффициент откоса;

а- угол откоса.

6.2.2 Размер траншеи понизу b_тр, м, определяется по формуле

b_тр = n_Т · D_н·· (n_Т - 1) + 2f, м (30)

где с - расстояние в свету между нитками трубопровода, м;

n_т - количество параллельно прокладываемых ниток трубопровода;

f - расстояние между стенкой трубы и подошвой откоса, f = 0.25м;

D_H - наружный диаметр трубы, м.

Ширину траншеи понизу b_тр, м, в нашем случае при укладке отдельным трубопроводами, с учетом того диаметр используемых труб меньше 500 мм, определяем по следующей формуле

b_тр = D_H + 0,5 (31)

для o150 мм b_тр =0,18+0,5=0,68 м;

для o200 мм b_тр =0,24+0,5=0.74 м.

6.2.3 Определение ширины траншеи по верху: Заложение откоса для песчаных грунтов равно 1:m =1:1, а =45°

В = b_тр + 2 · m · h , м. (32)

Определяем объем участков траншей между колодцами.

Объемы работ определяем в табличной форме с учетом поправок в таблице 11.

Таблица 11 - Определение объема земляных работ под участки траншей между колодцами

№ колодца	Рабочие отметки, м	Полусумма раб. отметок h, м. h = (h1+ +h2)/2	Площади сред, попереч. сечений Fcp, м2: Fср = (b + h · ·m) · h	Поправка, м2, m · (h1 - h2)2/12	Расчетная площадь попереч. сеч. Fcp, м2: Fp = Fcp + m · (h1 - h2)2/12	Расстояние между колодцами L, м	Объем грунта, м3
1	2.026
17	2.026	2.026	5.604	0.08	5.684	500	2842.0
16	2.0	2.013	5.421	0.00006	5.421	672	3642.91
	? = 6484.91

Объем грунта подлежащий разработке под траншею составляет 6484.91 м³.

6.2.4 Определение объёмов работ при разработке приямков под стыки трубопроводов

V_пр = l_пр · b_пр · h_пр · N м³ , (33)

где l_пр - длина приямка, м;

b_np - ширина приямка, м;

h_пр - глубина приямка, м;

N - количество стыков, шт;

N=Z-1, (34)

где Z - количество труб, шт.;

Для пластмассовых труб любого диаметра:

1_пр=0.6 м;

b_пр=0.5 м;

h_пр=0.2 м.

6.2.5 Объем грунта, вытесняемого трубопроводом, определяем по формуле

(35)

где d- наружный диаметр трубопровода, м;

L - длина участка, м;

d_k - диаметр колодца, м.

к - коэффициент, учитывающий увеличение объема за счет раструбов.

Все результаты расчетов, по определению различных объемов земляных работ сводим в таблицу 12.

Таблица 12 - Сводная ведомость объемов земляных работ

Объем выемки под траншею, VB, м3	Объем приямков, Vnp, м3	Объем труб, Vтр, м3
2842,0	13,4	15,7
3642,91	18,04	11,87
6484,91	31,44	27,57

6.2.6 Определение общего объема разрабатываемого грунта

V = V_в + V_пр , (36)

V = 6484,91 + 31,4 = 6516,35 м³;

6.2.7 Определение объема грунта обратной засыпки

V_{обр. з.} = V -V_тр, (37)

V_{обр. з.} = 6516,35 - 27,57 = 6488,78 м³

6.2.8 Определение объема грунта отвозимого в отвал

V_отв = V - V_{o6p. з.}, (38)

V_отв = 6516,35 - 6488,78 = 27,57 м³.

27,57 / L_тр = 0,02 м.

6.3 Выбор одноковшового экскаватора по техническим параметрам

Основными параметрами для выбора экскаватора являются ёмкость ковша экскаватора, радиус резания и глубина копания.

Ёмкость ковша экскаватора устанавливается из следующих условий:

1. В зависимости от требуемой сменной производительности экскаватора

м³/см; (39)

где V₀^Э - весь объём грунта, разрабатываемый экскаваторами, м³;

Т_э - заданный срок выполнения работ, 30 дней;

m - количество смен работы механизма, m=2;

К_с - коэффициент совмещения работ, К_с = 0,6

м³/см м³/см.

2. По набору ковша «с шапкой» за одно черпание

Для экскаватора с обратной лопатой ёмкость ковша подбираем таким

образом, чтобы h_{i min} ? h _{min заб.};

где h_{i min} - минимальная рабочая отметка по трассе, м, h_{i min} = 2,013 м;

h _{min заб.} - наименьшая глубина забоя, обеспечивающая наполнение ковша за одно черпание,

Принимаем для экскаватора с обратной лопатой ковш вместимостью 0.15 м³ и наименьшую глубину забоя экскаватора - 1.5 м.

3. Обеспечение заданной ширины траншеи по дну

Ёмкость ковша подбирается таким образом, чтобы ширина режущей кромки ковша не превышала ширину траншеи по дну, т.е. b_э< min b_тр.

При выбранной емкости ковша это условие выполняется 0,7 < 0,76 м.

4. Расчёт размеров экскаваторного забоя

Рисунок 5 - Схема выемки с односторонним отвалом грунта

Радиус выгрузки экскаватора будет равен:

, м; (40)

где а ? 1м;

е = 2Н₀ , м, (41)

Н₀ = ; (42)

где F₀ - площадь поперечного сечения треугольного кавальера, м².

F₀ = F_транш. + F_транш. · К_разр. (43)

где F_транш. - площадь поперечного сечения траншеи на участке с

максимальной глубиной;

К_разр. - коэффициент разрыхления грунта, К_разр. = 0,15

F₀= 5,6+ 5,6 · 0,15 = 6,44 м²;

Но = 2,54 м;

е = 5,08м.

м.

5. Радиус копания подобран правильно при выполнении условия

(44)

Если это условие выполняется, рабочий экскаватор устанавливается вдоль оси траншеи и разработка траншеи должна быть торцевой.

м < R = 8.94 м.

По справочнику выбираем марку экскаватора:

ЭО-4321, оборудованный обратной лопатой с канатной подвеской, со следующими техническими характеристиками:

- вместимость ковша 0,15 м³

- ширина ковша 0,7 м

- наибольшая глубина копания А 6,7 м

- наибольший радиус копания Г 10,16 м

- начальная высота выгрузки Б 3,1 м

- конечная высота выгрузки (наибольшая) В 4,2 м

Рисунок 6 Обратная лопата с канатной подвеской

6.4 Выбор машин для обратной засыпки

Засыпка траншей выполняется в 2 приема:

1. Присыпка мягким грунтом в ручную или экскаватором;

2. Последующая засыпка в уровень поверхности земли выполняется механизированно.

Для обратной засыпки применяем бульдозер, так как производство обратной засыпки траншеи из временных отвалов, расположенных на бровке траншеи, следует выполнять бульдозером с поворотным отвалом. Бульдозер подбираем таким образом, чтобы его производительность исходя из нормы времени, была не меньше требуемой производительности при обратной засыпке. Производительность бульдозера при обратной засыпке траншеи:

 м³/см, (45)

где Т - продолжительность работ, Т=30 дней;

m - число смен, m=2;

К_с - коэффициент совмещения работ, К_с = 0,6.

м³/см.

При засыпке траншеи бульдозером расстояние перемещения грунта равно расстоянию между центром траншеи и центром тяжести кавальера L = R = 9,94 м. Для обратной засыпки, а также срезки растительного слоя грунта, выбираем бульдозер на гусеничном ходу марки ДЗ-42 на базе трактора ДТ-75 со следующими характеристиками:

- мощность двигателя 75 л.с.

- размеры отвала: ширина 2,56 м, высота 0,81 м

- подъём отвала над грунтом 0,7 м

- наибольшая глубина опускания отвала в грунт 0,31 м

- скорость перемещения (рабочая) 2,89 км/ч

6.5 Расчет кранового оборудования

Для прокладки и монтажа трубопроводов, колодцев и других объектов водоснабжения используются самоходные стреловые краны на гусеничном, автомобильном или пневматическом ходу, а также краны-трубоукладчики.

Выбор крана производится в зависимости от:

- грузоподъемности;

- вылета стрелы ;

- высоты подъема крана.

При строительстве трубопроводов требуемая высота подъема рюка крана значения не имеет.

Требуемую грузоподъемность крана определяется по формуле:

Q = q + q_захв., т; (46)

где q - вес самого тяжелого монтируемого элемента, т;

q_захв. - вес захватного приспособления, т.

В качестве захватного устройства используем трос.

q_захв. = 05 кг = 0,0005 т

Q = 0,1 + 0,0005 = 0,1005 т

Кран располагаем за трубами, а трубы раскладываем вдоль бровки траншеи на расстоянии 1 - 1,5 м от ее бровки.

Требуемый вылет стрелы при установке крана за трубами определяется по формуле

м, (47)

где с - ширина ходовой части крана, с = 3м;

В - ширина траншеи по верху, м;

а₁ - расстояние от бровки траншеи до трубы, а₁ = 1,5м;

а₂ - ширина места занимаемого трубами, а₂ = 1м;

а₃ - расстояние от трубы до крана, а₃ = 1м.

м

Так как строительство ведется в черте города, принимаем кран на автомобильном ходу марки КС-1055 со следующими техническими характеристиками :

- грузоподъемность, т, при вылете крюка:

наименьшем - 3,3 т;

наибольшем - 0,8 т;

- длина стрелы - 10 м;

- вылет крюка - 4 - 10 м;

- высота подъема крюка, м, при вылете крюка:

наименьшем - 10м;

наибольшем - 5м;

- мощность - 75 л.с.

6.6 Подготовка основания под трубопровод

Основание под трубопроводы в зависимости от несущей способности грунта может быть естественным и искусственным. Вид основания зависит от назначения, диаметра, материала трубопровода, конструкции стыковых соединений, от степени водонасыщенности грунта. Естественное основание выполняется в том случае, если несущая способность грунта достаточна, чтобы выдержать нагрузки от веса трубопровода, при этом не давая просадки в основании трубопровода и исключая искажение оси трубопровода.

Для естественного основания могут служить скальные, глинистые, песчаные грунты. На естественное основание укладываются трубы из всех существующих материалов. Основанием под трубы может служить любой грунт, за исключением неустойчивого болотисто-торфяного. В данном случае, в качестве естественного основания выступает супесь. При подготовке траншеи к опусканию труб необходимо проследить, чтобы на дне траншеи грунт был в ненарушенном (уплотнённом) состоянии. Дно траншеи должно быть выбрано под проектную отметку так, чтобы уложенная труба на всём своём протяжении плотно соприкасалась с грунтом на ? длины окружности трубы.



Рисунок 7 Схема укладки трубопровода в песчаный грунт

6.7 Устройство приямков для монтажа стыков труб

В местах соединения труб для удобства их монтажа (сварки, заделки и изоляции труб) заранее устраивают приямки с учётом свойств грунтов и количества выпадающих осадков. Укладку пластмассовых труб ведут снизу вверх по уклону. При стыковом соединении каждая уложенная труба должна плотно опираться на основание.

Правильность уклона укладываемых труб проверяется по визирам. Зазор между трубами в разных точках окружности трубы не должен отличаться на величину более 5 мм.

Приямки для труб диаметром менее 300 мм отрываются непосредственно перед укладкой трубы. Размеры приямков зависят от материала труб, их диаметра и типа соединения. Приямки выполняются особо тщательно путём подсыпки песка с послойным трамбованием.

Общими характеристиками приямков для керамических труб являются:

глубина h=0,2 м;

длина l = 0.6 м;

- ширина b=Dн+0,5 м.

6.8 Соединение труб

Пластмассовые трубы соединяют неразъемными (сварка или 1 склеивание) и разъемными (на резиновых кольцах, фланцах) способами. Выбор способа соединения в первую очередь зависит от материала труб, вида фасонных частей, способа прокладки трубопровода и условий его работы. Способы различных соединений пластмассовых труб представлены на рисунке 8.

Рисунок 8 - Способы соединения пластмассовых труб

а - контактная стыковая сварка;

б - контактная сварка в раструб с фасонными частями;

в - контактная сварка в формованный раструб;

г - склейка в фомованный раструб;

д - раструбное соединение с профильным резиновым кольцом;

е - разъемное соединение на свободных фланцах с

приваренными буртовыми втулками;

з - на свободных фланцах с отбуртовкой;

ж - на свободных фланцах и отбуртованных концах труб.

6.9 Гидравлическое испытание трубопроводов

При прокладке сетей водоснабжения трубопровод испытывают на прочность и плотность. Испытания бывают: предварительное (испытывают отдельные участки трубопровода) и окончательное (испытания проводят по всей длине трассы).

Предварительное испытание -- испытание на прочность, при котором выявляются дефекты сети (производится при монтаже трубопровода). Окончательным испытанием называют испытание на плотность и герметичность. Оно выполняется после завершения всех работ и засыпки трубопровода. Испытание выполняется гидравлическим или пневматическим способом.

Герметичность соединения трубопроводов, а также сопряжение трубопроводов с колодцами проверяют:

сеть проверяют на водонепроницаемость до засыпки труб в траншеях:

-в мокрых грунтах замером притока грунтовой воды на водосливе установленном в лотке нижнего колодца;

-в сухих грунтах - двумя способами:

Испытывают одновременно два смежных интервала сети с тремя смотровыми колодцами. В конечных колодцах устраивают заглушки, а через средний колодец наполняют систему водой до определенного значения давления. После производят наружный осмотр стыков на утечку и поддерживают постоянное давление воды в колодце в течение 30 минут. Утечка воды не должна превышать установленных норм. Места утечки устанавливают непосредственным осмотром уложенной линии.

Герметичность трубопровода проверяют спустя 1..3 суток после заполнения водой. Продолжительность испытания составляет не менее 320 минут. Трубопроводы можно также испытывать с помощью сжатого воздуха.

Рисунок 9 Разработка грунта в забое

Рисунок 10 Разработка грунта в отвал

6.10 Составление календарного плана и графика производства работ по прокладке канализационного коллектора

Назначение календарного плана:

- установление оптимальной продолжительности строительного производства системы водоотведения;

- установление очередей строительства и пусковых комплексов;

- определение объемов строительства;

- определение состава, последовательности и сроков выполнения работ (подготовительный период и строительные работы);

- уточнение сроков поставок оборудования.

Календарный план устанавливает целесообразную последовательность, взаимную увязку во времени работ по возведению отдельного здания или сооружения, а также определяет потребность в рабочих кадрах, материалах, машинах и механизмах для осуществления строительства. Календарный план сводится к технологической модели комплекса строительства зданий.

Основное назначение календарного плана - составление графика процесса строительства, в котором указываются все виды работ и исполнители. Важной расчетной характеристикой плана являются сроки начала и окончания строительства объекта, а также сроки выполнения отдельных видов работ.

Календарные планы делятся на математические и имитационные модели. Имитационная модель может быть умозрительной, описательной и графической.

Для составления календарного графика необходимо разработать календарный план. Порядок разработки календарного плана следующий:

- составление перечня (номенклатуры) работ;

- выбор метода производства основных работ и ведущих машин;

- расчет нормативной трудоемкости и машиноемкости;

- определение состава бригад;

- уточнение технологической последовательности выполнения работ;

- установка количества смен работы;

- выявление возможности совмещения работ между собой;

- определение расчетной продолжительности отдельных видов работ;

- сравнение полученной на графике продолжительности строительства с нормативной;

- при необходимости корректировка графика.

Затраты труда определяем по формуле

, (48)

где Н_В - норма времени;

8.2- продолжительность смены, ч;

V - объем;

n - число смен.

Продолжительность работ определяется по формуле

, (49)

где N - количество рабочих.

6.11 Объектный строительный генеральный план

На плане наносятся строящиеся здания, временные сооружения, дороги, склады основных материалов, ограждения строительной площадки.

Открытые приобъектные склады распологаются вдоль движения монтажного крана на расстоянии не менее 0,7 м от поворотной платформы крана. Сборные конструкции складируются в соответствии с действующими правилами и нормами. На складе предусматриваются проходы не менее 0,6 м.

Для размещения работающих на строительной площадке применяются временные сооружения, которые рассчитываются с учетом норм потребности во временных зданиях и количества работающих на строительной площадке.

Строительная площадка имеет дороги и проезды, обеспечивающие нормальные условия для доставки строительных материалов.

6.12 Расчет необходимого количества и размеров временных зданий

Расчет временных зданий ведут исходя из объемов выполняемых на строительной площадке строительно-монтажных работ и максимального числа задействованных рабочих на площадке.

Потребность во временных зданиях определяем на основе расчетной численности занятых на строительстве рабочих, ИТР и служащих, исходя из установленных нормативов площади на одного работающего.

Максимальное число рабочих, работающих в смену, составляет 5 человек.

Число отдельных категорий работающих (рабочих, ИТР, служащих, младшего обслуживающего персонала, охраны) принимается по сложившейся структуре работающих для данного вида строительства.

Исходными данными для определения площади временныхзданий являются распределения рабочих по отдельным категориям, а нормативной базой - нормативные показатели площади временных помещений на одного человека, типовые временные здания и унифицированные типовые секции, рекомендуемые для применения.

Требуемая площадь помещения определяется по формуле :

S тр. = S · N, (50)

где S - соответствующий нормативный показатель площади на одного человека, м²/чел;

N - расчетная чиленность работающих, чел.

В связи с тем, что разрабатывается проект производства работ на отдельный небольшой объект с очень малой продолжительностью строительства и малыми объемами конструкций, изделий и материалов, расчёт площадей складских зданий и открытых складов в полной форме не производится. Для хранения сборных железобетонных конструкций отводится открытый склад размерами в плане 10 х 20 м.

Необходимые площади временных зданий сводятся в таблицу 14.

Таблица 14 - Ведомость площадей временных зданий

Наименование временных зданий	Число работа-ющих, чел.	Норма площа-ди, м2	Требуемая площадь, м2	Шифр проекта для конверт-ного типа здания	Полез-ная пло-щадь, м2	Разме-ры в плане, м
Гардеробная	12	0,8	9,6	5055-1	14,0	2 х 7
Бытовая	12	0,1	1,2	ЛВ-56	5,8	2 х 3
Контора прораба	1	4,0	4,0	311-00	4,0	2 х 2
Туалет	13	0,07	1,0	434-4-13	4,3	2,1 х 2

6.13 Меропритяия по охране труда

Мероприятия по охране труда определяются в зависимости от требований СНиП III. 4-80. Организация строительства и способы производства строительно-монтажных работ предусматривают разработку по технике безопасности:

безопасное и безвредное выполнение работ на отдельных рабочих местах и на строительной площадке в целом;

санитарно-техническое обслуживание рабочих на строительстве объекта;

безопасное проведение работ в зимних условиях, а при необходимости в условиях жаркого и сухого климата.

Вопросы техники безопасности разделяются на две группы:

- технические на объектах;

общеплощадочные .

Технологические вопросы включают разработку безопасных способов выполнения строительно-монтажных работ, при выполнении которых могут произойти несчастные случаи, выбор приспособления для безопасной эксплуатации машин и оборудования, разработка мероприятий, обеспечивающих безопасность и безвредность труда при использовании токсичных и взрывчатых материалов. Перед началом работ каждый рабочий должен пройти инструктаж по технике безопасности.

До начала работ на монтажной площадке следует определить места проездов, установить опасные зоны, которые надо оградить или оснастить предупредительными знаками, надписями или сигналами.

Монтажники должны работать в специальной одежде, защитных касках и рукавицах.

Для спуска в глубокие траншеи и подъема из них рабочий должен пользоваться легкой переносной лестницей.

Монтируемое оборудование на монтажной площадке следует размещать так, чтобы оно не мешало производству работ. Громоздкие узлы и детали необходимо располагать при этом с учетом очередности их подачи на монтаж.

В целях безопасности ведения монтажных работ, очень важно правильно подобрать монтажный кран. В случае расположения его на откосе необходимо проверить степень его устойчивости. Откос должен быть устойчивым при воздействии небольших нагрузок крана.

Зона передвижения стрелы крана не должна накрывать рабочие места монтажников. Перемещение кранов с грузами над рабочими строго запрещается. Рабочая зона крана должна быть ограждена установкой предупредительных щитов. Строительная площадка должна быть ограждена и иметь достаточное освещение.

Размещение санитарно-бытовых помещений, автомобильных и пешеходных дорог производится с учетом опасных зон, т.е. за их пределами. При организации рабочих мест должны быть решены вопросы их оснащения средствами коллективной защиты, рациональной технической оснастки средствами малой механизации, механизированным инструментом, приспособлениями по обеспечению безопасного производства работ.

При разработке траншеи экскаватором места прохождения городских сетей (силового кабеля, кабеля связи, линии высоковольтных передач и т. д.) необходимо доработать вручную, без применения ударных инструментов.

К управлению строительными машинами и механизмами допускаются только специально обученные работники с предварительной проверкой их знаний и практического умения работать на данной машине.

Разгрузку труб с транспортных средств и опускание в траншеи труб и других тяжелых грузов можно производить с применением строп, цепей, тросов, траверс и других приспособлений в пределах их грузоподъемности, указываемой на прикрепленных к ним бирках.

При опускании краном трубы в траншею с креплениями, по мере ее прохождения, необходимо убирать поперечные распорки, вновь устанавливая их над трубой. Снятие распорок одновременно по всей глубине траншеи запрещается.

Запрещается исправлять положение подвешенной к крюку крана трубы иди другого тяжелого груза непосредственно руками, так как в случае самопроизвольного падения стрелы крана или соскальзывания рабочих средств рабочий может быть тяжело травмирован падающим грузом.

Общеплощадочные работы предусматривают разработку мероприятий санитарно-гигиенического и бытового обслуживания рабочих на строительной площадке, выбор и расчет системы освещения строительной площадки, подходов и рабочих мест, ограждение проемов, обеспечивание безопасности условий труда при подземном ведении работ, особенно в зоне действующих коммуникаций, оптимальный выбор комплектов механизации для транспортно - монтажных работ, выбор оптимальной технологии строительно-монтажных работ.

Притивопожарные мероприятия включают выбор и обоснование расширения на строительной площадке противопожарного водопровода, оборудования и средств тушения очагов огня, выбор противопожарной связи и сигнализации, обеспечение противопожарных разрывов между временными зданиями, выбор транспортных путей для проезда пожарных автомашин.

Регламентирование расхода воды на тушение пожара - 10 л/с для площадки размером до 30 га, на каждый дополнительные 50 га принимаем расход воды равный 15 л/с.

При производстве строительно-монтажных работ необходимо строго соблюдать правила устройства и безопасности эксплуатации грузоподъемных кранов, а также правил техники безопасности утвержденных органами Госнадзора и соответствующими Министерствами и ведомствами РБ по согласованию с Госстроем РБ.

Грунт извлеченный из котлована следует размещать не менее чем, на 0,5м от бровки выемки. Важна также правильная эксплуатация монтажных кранов, обеспечивающая их устойчивость и надежность грузозахватных устройств. На стройгенплане обозначаются опасные зоны работы крана: рабочая зона крана - это пространство, ограниченное линией, описываемой крюком крана; опасная зона крана - пространство, где возможно падение груза при его перемещении с учетом вероятностного рассеивания при падении.

Не допускается нахождение людей под монтажными элементами конструкций и оборудования до установки их в проектное положение и закрепления. Не допускается выполнять опасные монтажные работы на высоте в открытых местах при скорости ветра 15 м/с и более, при грозе или тумане.

Техника безопасности:

1. Запрещается установка и движение строительных механизмов и автотранспорта в пределах призмы обрушения траншеи.

2. Запрещается разработка и перемещение грунта бульдозерами при движении на подъем или под уклон с углом наклона более указанного в паспорте машины.

3. Очистку сборных железобетонных элементов от грязи, наледи и прочее следует производить на земле до их подъема.

5.Запрещается пребывание людей на элементах и конструкциях во время их подъема, перемещения и установки.

6.14 Мероприятия по охране окружающей среды

Строительство объектов водоснабжения и водоотведения, как один из процессов воздействия на природу большого количества людей и техники, не может не оказать влияния на естественную среду. Но при определенных ограничениях этого воздействия на заранее предусмотренном порядке ведения работ неблагоприятные последствия человеческой деятельности оказываются минимальными, и нарушенное экологическое равновесие восстанавливается.

Как известно, специализированные строительные подразделения занимают земли, предоставляемые им во временное пользование на период производства работ. После завершения строительства объектов, необходимость в занятии этих земель отпадает и согласно существующему законодательству строительные организации обязаны за свой счет выполнить рекультивацию, т. е. привести земли в состояние пригодности для использования их по назначению.

Кроме того, еще до начала строительства должны быть разработаны мероприятия по предотвращению загрязнения воздушного и водного бассейнов, а также почвенного покрова района производства работ, созданию зеленых зон вокруг промышленных объектов и некоторые другие. В связи с этим, при проектировании производства работ по возведению объектов водоснабжения и водоотведения необходимо разрабатывать соответствующие мероприятия по охране окружающей среды.

Из числа первоочередных мероприятий по охране окружающей среды, разрабатываемых в проекте производства работ, отметим следующие:

- работы по рекультивации территории строительных площадок: снятие, хранение и восстановление первоначального растительного слоя грунта и плодородного слоя почвы; засыпка траншей и котлованов, планировка территории, откосов, карьеров грунта и местных строительных материалов; посадка зеленых насаждений;

- при производстве строительных работ в зоне расположения лесных массивов, объемы порубки древесины должны быть предельно минимальны и обоснованы соответствующими расчетами;

- на территории лесных массивов производить вертикальную планировку с целью организации стока атмосферных осадков нецелесообразно, так как весь их расход, как показывает практика идет на питание леса;

- при компоновке на генплане строительной площадки всех постоянных и временных сооружений, включая склады ГСМ, места стоянки всех видов строительных машин, ремонтные базы, заправочные и моечные базы рекомендуется размешать так, чтобы исключить сток от них в окружающие водоемы и предупредить воздушное загрязнение и отравление;

- необходимо предусмотреть периодический контроль состояния двигателей внутреннего сгорания строительных машин, механизмов и транспортных средств, с целью обеспечения содержания токсичных примесей в выхлопных газах не выше установленных норм; - защита окружающей среды от шума, особенно в условиях городской застройки, предотвращается путем применения соответствующей технологии строительных работ, а также мероприятиями по шумо- и виброизоляции строительного оборудования и инструмента;