Введение

В последнее время общемировая строительная индустрия демонстрирует устойчивые тенденции в стремлении к большей экономической эффективности, использования земельных участков под сооружения и сокращению сроков строительства. При устройстве систем водоснабжения и водоотведения наиболее трудозатратными и материалоёмкими являются работы по возведению различного рода и назначения ёмкостных водопроводных сооружений, к которым относятся:

  • насосные станции;
  • напорно-регулирующие устройства (ёмкости запаса воды);
  • сооружения для размещения оборудования на водозаборных сооружениях;
  • станции водоподготовки и водоочистки.

В настоящее время широко применяются в системах водоснабжения различные ёмкости запаса воды и насосные станции, отличающиеся друг от друга по назначению, по конструкции, по применяемым материалам и оборудованию [1]. Выбор типа резервуара для хранения запасов воды, его конструктивные особенности и расположение на местности основывается на расчётах совместной работы насосных станций и сети с учётом местных условий и технологических требований [2, 3].

Методы

Одним из способов повышения экономической эффективности при проектировании технологических ёмкостных водопроводных сооружений, устраиваемых на магистральных водоводах, является технологический приём объединения отдельно размещаемых основных и вспомогательных сооружений в единый блок-модуль. Блок-модуль, как правило, представляет собой цельную капсулу из полимерных или иных материалов, внутри которой размещается всё необходимое (основное и вспомогательное) оборудование.

В зависимости от назначения водоводов и их схемных решений блок-модули могут содержать водопроводное оборудование разного назначения, например:

  • блок-модуль резервуара (хозяйственно-питьевого, противопожарного или объединённого), совмещённого с насосной станцией (мини ГЭС);
  • блок-модуль резервуара (хозяйственно-питьевого, противопожарного или объединённого), совмещённый с водозаборной скважиной и (или) узлом учёта воды;
  • блок-модуль резервуара (хозяйственно-питьевого, противопожарного или объединённого), совмещённый с насосной станцией и станцией водоподготовки.

Сокращение сроков строительства предполагает использование новых современных материалов и инновационных методов возведения различных объектов. Например, объединение в блок-модуль отдельных элементов и сооружений, что позволяет в заводских условиях изготовлять отсек блок-модуля со всем требуемым технологическим оборудованием, соединённым инженерными сетями в единое целое, и поставлять его на строительную площадку в готовом к эксплуатации виде.

Для изготовления быстровозводимых водопроводных ёмкостных сооружений блок-модульного типа наибольшее предпочтение имеют полимерные трубы большого диаметра из стеклопластика, используемые в качестве ограждающих конструкций, производства фирм Hobas, Helyx или аналогичных отечественных производителей.

Основные преимущества этих труб:

  • их физические, физико-механические и химические свойства — эти трубы наиболее пригодны для применения в качестве ограждающих конструкций ёмкостных водопроводных сооружений;
  • возможность устройства внутри трубы непроницаемой перегородки для разделения внутреннего объёма на «сухую» и «мокрую» части с возможностью увеличения (уменьшения) внутреннего объёма этих частей блок-модуля с наименьшими затратами в минимальные сроки;
  • простота и высокая скорость сборки из отдельных элементов в единую конструкцию ёмкостного сооружения блок-модульного типа;
  • возможность устройства ёмкостных водопроводных сооружений различной конфигурации для обеспечения требуемого внутреннего объёма;
  • возможность укладки труб без подготовки специального основания.

Перечисленные преимущества использования стеклопластиковых труб большого диаметра в качестве ограждающих конструкций ёмкостных водопроводных сооружений рассмотрим более детально.

В табл. 1 приведены физико-механические и химические характеристики труб из разных материалов.

Сравнение физических, физико-механических и химических свойств различных материалов (табл. 1) показывает, что стеклопластик, как и ПВХ, имеет малый удельный вес, высокую устойчивость к коррозии, к блуждающим токам и биозарастанию. При этом стеклопластик, в сравнении с ПВХ, более стойкий материал по отношению к разрушающим напряжениям. Данный факт подтверждается результатами лабораторных испытаний.


Рис. 1. Непроницаемая перегородка: вид на блок-модуль снаружи (слева) и изнутри

Новая конструкция резервуара блок-модульного типа диаметром 3 м разработана с использованием стеклопластиковых труб фирмы Hobas. Особенностью данной конструкции является наличие внутренней непроницаемой перегородки, делящей корпус ёмкости на два отсека: «мокрый» отсек и «сухой» отсек. На рис. 1 показана непроницаемая перегородка, разделяющая внутренний объём трубы на «сухую» и «мокрую» части.

«Мокрый» неэксплуатируемый отсек резервуара блок-модульного типа предназначен для аккумулирования требуемого объёма воды необходимого качества. Например, объём «мокрого» отсека противопожарного блок-модуля определяется из расчёта подачи воды на нужды системы пожаротушения объекта, а хозяйственно-питьевого блок-модуля — по сумме расходов воды на хозяйственно-питьевые нужды и аварийного расхода.

В «сухом» эксплуатируемом отсеке блок-модулей размещены: запорно-регулирующая арматура, насосные установки, фильтры-поглотители (для хозяйственно-питьевых блок-модулей), щиты управления и автоматизации, контрольно-измерительные приборы.

Насосные установки, в зависимости от назначения резервуара блок-модульного типа, могут располагаться как в «сухом» эксплуатируемом отсеке, так и непосредственно в «мокром» неэксплуатируемом отсеке [4]. Объём «мокрой» и «сухой» частей резервуара блок-модульного типа может быть увеличен или уменьшен за счёт изменения количества и вида отдельных элементов.

Пример увеличения объёма блок-модуля за счёт добавления двух дополнительных секций приведён на рис. 2.


Рис. 2. Увеличение объёма блок-модуля при помощи дополнительных секций

За счёт использования фасонных частей, изготавливаемых из стеклопластиковых труб в заводских условиях, достигается высокая скорость монтажа и простота сборки резервуаров блок-модульного типа, а также других ёмкостных водопроводных сооружений.

В зависимости от местных условий, от размеров площадки, выделенной под размещение сооружений, от назначения сооружения, а также от наличия и количества в составе сооружения различных элементов технологической схемы, данные ёмкостные водопроводные сооружения блок-модульного типа могут выполняться в различных конфигурациях для обеспечения необходимого внутреннего объёма отсеков.

Одним из наиболее сложных и трудоёмких процессов при возведении ёмкостных водопроводных сооружений традиционным методом является устройство фундаментов под отдельно размещаемые элементы в пределах площадки строительства. Отличительной особенностью при возведении сооружений блок-модульного типа является то, что для их укладки и сборки на месте не требуется возведения каких-либо дополнительных устройств — нужно всего лишь устройство обычного щебёночного основания.

Также блок-модули могут быть заглублены в грунт полностью или частично с обваловкой слоем грунта, обеспечивающим теплоизоляцию резервуаров.


Рис. 3. Вариант типовой компоновки узла водопроводных сооружений из отдельно расположенных сооружений объёмом 500 м3

При разработке различных проектов магистральных водоводов ООО «СпецСтройПроектом» было произведено сравнение двух вариантов компоновки технологического узла водопроводных сооружений общим объёмом 500 м³ (рис. 3):

  • вариант типовой компоновки узла водопроводных сооружений из отдельно расположенных компонентов [двух хозяйственно-питьевых резервуаров [4], повысительной насосной станции (НС), помещений фильтров-поглотителей (ФП) и трансформаторной подстанции (ТП)];
  • вариант предлагаемой компоновки узла водопроводных сооружений (рис. 4) с двумя блок-модулями, которые состоят из хозяйственно-питьевых резервуаров объёмом 500 м³, совмещённых с повысительной насосной станцией (НС), фильтрами-поглотителями (ФП) и трансформаторной подстанцией (ТП).


Рис. 4. Вариант предлагаемой компоновки узла водопроводных сооружений с двумя блок-модулями общим объёмом 500 м3

Минимальная площадь участка водопроводных сооружений по варианту типовой компоновки составит:

Smin = 46×26 = 1196 м².

По варианту с блок-модулями данная площадь окажется равной:

Smin = 33×24 = 792 м².

Площадь уменьшилась на 404 м², одновременно с этим сократилось количество внутриплощадочных сетей, а также капитальные затраты на их монтаж [5].


Горнолыжный курорт «Альпика-Сервис» в посёлке Красная Поляна

Результаты

Использование предлагаемой (с единым блок-модулем) компоновки технологического узла водопроводных сооружений позволяет сократить:

  • габаритные размеры участка под технологический узел — на 30–45%;
  • затраты на строительно-монтажные работы — в полтора-два раза;
  • сроки выполнения строительно-монтажных работ — в три-пять раз.

Компанией ООО «СпецСтройПроект» для объектов горноклиматического курорта «Альпика-Сервис» в Красной Поляне (Адлерский район муниципального образования город-курорт Сочи, Краснодарский край) была разработана проектно-конструкторская документация на блок-модули, в которых в качестве ограждающей конструкции использовались стеклопластиковые трубы большого диаметра.


Рис. 5. Общий вид блок модуля (а) и его конструктивные элементы (б)

Блок-модули предлагаемой конструкции в виде ёмкостных сооружений системы хозяйственно-питьевого водоснабжения разработаны для элементов:

  • блок-модуля хозяйственно-питьевого резервуара, совмещённого с повысительной насосной станцией, фильтрами-поглотителями и щитами управления и автоматики (общий вид и конструктивные элементы показаны на рис. 5);
  • блок-модуля для размещения повысительных (бустерных) насосов, щитов управления и автоматики, а также устройств для гашения гидравлического удара (общий вид и вариант размещения бустерных насосов показаны на рис. 6).


Рис. 6. Общий вид насосной станции (а) и размещение бустерных насосов (б)

На основании выполненной проектно-конструкторской, технологической и сметной документации была оформлена заявка и получен патент на данное изобретение [6].

В настоящее время водопроводные сооружения блок-модульного типа из стеклопластиковых труб большого диаметра рассматриваются в проекте «Тебердинский магистральный групповой водовод» в качестве оголовков водозаборных скважин, резервуаров запаса воды, модулей для размещения гидрогенерирующих установок, а также для размещения запорно-регулирующей и предохранительной арматуры с элементами управления магистральным водоводом [7, 8].

Выводы

Мобильность при поставке к месту размещения, быстрота и простота монтажа узлов водопроводных сооружений блок-модульного типа позволит существенно сократить капитальные затраты при строительстве новых и реконструкции существующих объектов водоснабжения в ЖКХ, на сооружениях железнодорожного водоснабжения и объектах военной инфраструктуры.