6)Водопроводные сети

Низкие температуры грунтов и окружающего воздуха требуют специальных мер по защите водопроводной сети от замерзания и больших теплопотерь трубопроводов, влияющих на естественный температурно-влажностный режим грунта в основании самой сети и близко расположенных зданий и сооружений.

Для обеспечения бесперебойной работы водопроводной сети необходимо обеспечить непрерывное движение воды в трубах и в ряде случаев ее подогрев. Это условие определяет выбор схемы водопроводной сети.

Наиболее распространенная кольцевая сеть водопровода в наименьшей степени отвечает требованию постоянного движения воды в трубах, так как на отдельных ее участках скорость движения может падать до нуля. Периодические сбросы охлажденной воды на этих участках практически трудно осуществимы, и при этом все же не исключаются отдельные "безрасходные" ответвления. Постоянное движение воды в трубах обеспечивает тупиковая схема с постоянным сбросом воды в конечном участке. Тупиковые сети со сбросом воды в конечных участках построены и с успехом эксплуатируются во многих малых населенных пунктах, а также в ряде крупных городов Крайнего Севера. Так в Якутске разводящая водопроводная сеть протяженностью 17,5 км состоит из шести тупиков. Диаметр труб, в которых осуществляется сброс воды при отсутствии водоразбора, составляет 150-200 мм.

Слив воды в тупиковых участках устанавливается опытным путем, исходя из необходимости минимум восьмикратного суточного обмена воды в трубах. Сброс воды в тупиковых участках составлял 17-28% суточного расхода.

Для обеспечения расхода воды на принудительный сброс нормы хозяйственно-питьевого потребления должны увеличиваться на 10-30%. При высокой стоимости воды или ее ограниченном запасе сбрасываемую воду возвращают на станцию второго подъема по специальному водоводу.

При застройке территории крупными зданиями с постоянным потреблением воды принудительный сброс ее организуется непосредственно в каждый канализационный стояк здания (порядка 0,05-0,08 л/сек); суммарный сброс достаточен для устранения опасности замерзания водопроводных вводов в здания и тупиковых участков уличной сети. Этим также обеспечивается незамерзание канализационных выпусков из здания. На случай ремонта в тупиковых сетях устраиваются перемычки, которые в условиях нормальной эксплуатации свободны от воды.

Если на территории застройки имеются здания с постоянным большим водоразбором, то размещение их в каждом конечном участке тупиковой сети или ее ответвлениях может обеспечить непрерывность движения воды в трубах без устройства дополнительного сброса воды. Подогрев воды - наиболее простой способ обеспечения незамерзаемости водопроводных сетей. Подогрев воды может производиться различными способами в зависимости от местных ресурсов и технико-экономических соображений: электроподогрев, подогрев котельными установками, бойлерными или использованием дешевых теплоносителей (отработанной или циркуляционной горячей водой, паром, газом). Подогрев воды в котельных установках применяется, как правило, в системе водоснабжения малых населенных пунктов и промышленных площадок; другие способы нашли широкое применение в крупных городах Крайнего Севера.

В ряде случаев подогрев воды и ее принудительный сброс для обеспечения непрерывного движения по трубам при отсутствии водоразбора в определенные (ночные) часы применяются совместно (г. Якутск и др.).

Различаются надземная и наземная прокладки, которые применяются в районах с залеганием пучинистых вечномерзлых грунтов. Трубы прокладываются в утепленных коробах, устанавливаемых на сваях, ряжах, городках или грунтовых подсыпках.

Этот способ ввиду его простоты и дешевизны нашел широкое применение при прокладке водопроводных сетей. Так, авторы участвовали в возведении водопровода от плотины промышленной площадки (протяженностью около 3 км) в одном из северных районов в 1958 г. Трубы укладывались в деревянный короб со съемными верхними крышками. С внутренней стороны короб обшивался рубероидом. Теплоизоляция труб выполнена из стеклянной ваты, которая укладывается вокруг труб в коробе. Сверху крышки короба были обиты рубероидом с набиваемыми сверху прижимными деревянными рейками. Короб устанавливался на деревянных сваях с шагом через 4-6 м. Сваи устанавливались с помощью паровой иглы, работавшей от передвижного парового котла. Глубина заделки свай составляла до 3 м, из которых до 2 м - вечномерзлый грунт. Низ короба возвышался над поверхностью земли на 0,6-0,8 м.

На участке прохождения водопровода по заболоченной местности трубопровод устанавливался на деревянных ряжах сквозной рубки, заполняемых местным камнем. Вместо утепленного короба делалась кольцевая изоляция труб частично из штукатурных (по сетке) слоев, частично из асбестовой скорлупы. Эти работы выполняются аналогично и в других районах.

К недостаткам надземной и наземной прокладки водопроводов, кроме загромождения территории, следует отнести необходимость устройства качественной изоляции с применением во многих случаях привозных высокоэффективных теплоизоляционных материалов. В качестве засыпной изоляции применяются опилки, торф, мох, шлак (местные материалы), минеральная, стеклянная и шлаковая вата, стекловойлок и др. При кольцевой теплоизоляции применяются пенобетон, минеральная вата, дерево и др.

Широко применяется кольцевая изоляция из скорлуп различного материала: пенобетона, асбестоволокна и др. Применение мохоизвестковых скорлуп позволяет эффективно использовать в ряде районов местный материал - мох.

На территории больших благоустроенных поселков и городов применяется подземная прокладка водопроводных сетей. Трубы укладываются в траншеях или каналах специальных конструкций, отвечающих условиям прокладки в вечномерзлых грунтах. Для исключения теплового воздействия на основания фундаментов рядом расположенных зданий и сооружений подземные магистральные и разводящие водопроводы должны быть удалены от них соответственно на расстояния 10 и 6 м.

Подземная прокладка труб значительно дороже и сложнее, чем надземная и наземная, но не загромождает территории, что особенно важно для городов и больших населенных поселков. Имеются многочисленные примеры подземной прокладки водопроводных сетей в траншеях, коробах и совмещенных проходных и непроходных каналах (с теплопроводами и канализацией). Так, на якутском водопроводе применяется подземная бесканальная прокладка труб. При устройстве первых водопроводных линий трубы обертывались войлоком, укладывались в короба размером 0,6 X 0,6 м из 4-см досок и засыпались опилками слоем от 0,1 до 0,4 м. При эксплуатации выяснилось, что короб не оказывает существенного влияния на уменьшение теплопотерь труб, но удорожает строительство и затрудняет ремонтно-аварийные работы. Поэтому трубы стали укладывать в траншеи без короба по деревянным прокладкам с засыпкой опилками слоем 0,4 м вокруг трубы. Глубина прокладки труб составляет от 0,5 до 1,5 м, т. е. трубы уложены в пределах деятельного слоя. На якутском водопроводе уложены стальные трубы диаметром от 50 до 325 мм. Подземная бесканальная прокладка сетей широко применяется в районах с крупноскелетными непросадочными или малопросадочными при оттаивании вечномерзлыми грунтами. Водопроводные трубы укладываются на утрамбованной грунтовой или глинобетонной подушке с частичной заменой в основании просадочного грунта.

Теплоизоляцией в данном случае является естественный грунт. В зимний период теплоизоляция усиливается за счет снежного покрова. Необходимо отметить, что при подземной бесканальной прокладке водопровода теплопотери труб меньше, чем при надземной и наземной прокладке с тепловой изоляцией.

Прокладка водопроводов совместно с другими инженерными сетями в проходных и непроходных каналах широко применяется в городах Норильске, Магадане, Воркуте и на ряде промышленных объектов Крайнего Севера.

Конструкции каналов и методы их устройства весьма разнообразны и нашли отражение в соответствующей технической литературе. Недостатком совместной прокладки является большое выделение тепла, вызывающее протаивание грунта и деформацию подземных коммуникаций, а также близко расположенных зданий и сооружений, так как иногда талики под каналами превышают расчетные размеры, а температура внутри каналов бывает выше расчетной. Стоимость прокладки каналов, совмещенных инженерных сетей очень велика. В условиях вечномерзлых грунтов для водопроводных сетей применяются в основном стальные трубы; чугунные, асбестоцементные и деревянные трубы применяются при благоприятных мерзлотно-грунтовых и климатических условиях или на второстепенных участках. Возможности применения пластмассовых и, в частности, полиэтиленовых труб в условиях вечномерзлых грунтов пока мало изучены, хотя перспективы их применения несомненно большие.

В настоящее время разрабатывается и начинает внедряться система автоматического контроля температуры на водопроводных сетях в зоне вечномерзлых грунтов, которая включает контроль температуры воды в водоводе по длине трассы и скорости движения воды, толщины льда на внутренних стенках водовода и др. При критической температуре воды в водоводе подается автоматический сигнал к пункту наблюдений о необходимости включения подогревательного устройства.