FOOTBALL FIELD DRAINAGE SYSTEM WITH ARTIFICIAL COVERING (ON THE EXAMPLE OF INTER-SCHOOL STADIUM)

Full Text

В соответствии с Федеральной целевой программой «Развитие физической культуры и спорта в Российской Федерации на 2016-2020 годы» государство выделило средства на строительство межшкольных стадионов на территории Астраханской области и областного центра, причем в лимитированном объеме до 23 млн. рублей. Стадионы находятся при средних образовательных учреждениях и включают в себя футбольное поле размером 30х60 м с искусственным покрытием и зонами безопасности по периметру, беговые и прыжковые дорожки, трибуну для зрителей и площадки для волейбола и бадминтона. Футбольное поле площадью 0,22 га имеет максимально приближенную к профессиональному конструкцию в виде корыта, заполненного щебнем фракции 20-40 мм мощностью 150 мм по основанию из уплотненного местного грунта. На щебень насыпается 50 мм слой гранитного отсева (фракции 3-5 мм), на который укладывается водопроницаемая мембрана Тераспект 70 или геотекстиль Raumat, затем искусственное травяное покрытие высотой 40-60 мм. Чтобы поле и беговые дорожки были пригодны для спортивных состязаний в любую погоду, автором предлагается система органи- Градостроительство и архитектура | 2019 | Т. 9, № 4 48 ВОДОСНАБЖЕНИЕ, КАНАЛИЗАЦИЯ, СТРОИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ОХРАНЫ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ зованного сбора ливнедренажного стока с территории в накопительную емкость. За основу взят принцип сочетания оптимальности, надежности и ценовой доступности применяемых материалов и сооружений. Модель состоит из определения объема образующихся стоков, выбора накопительной емкости, трассировки ливнедренажной сети, прогноза качественного состава сточных вод, учета особенностей специфичности грунтов или условий подтопления территории. Положительным фактором является максимальное сохранение незапечатанной поверхности территории проектируемого стадиона, что практически сохранит естественным режим питания водоносного горизонта. Методология проектирования 1. Объем дождевого стока от расчетного дождя Wоч, м3, отводимого на очистные сооружения с селитебных территорий и площадок предприятий, определяется по формуле (8) п. 7.3.1 [1]. Wоч = 10haΨmidF, (1) где F - площадь стока, га; ha - максимальный слой осадков за дождь, сток от которого подвергается очистке в полном объеме, 11 мм; Ψmid - средний коэффициент стока для расчетного дождя (определяется как средневзвешенная величина в зависимости от постоянных значений коэффициента стока Ψi для разного вида поверхностей, табл. 14 [1]. Для селитебных территорий и промышленных предприятий первой группы величина ha принимается равной суточному слою осадков от малоинтенсивных часто повторяющихся дождей с периодом однократного превышения расчетной интенсивности P 0,05-0,1 года, что для большинства населенных пунктов Российской Федерации обеспечивает прием на очистку не менее 70 % годового объема поверхностного стока. При отсутствии данных многолетних наблюдений за количеством осадков для конкретных территорий при выполнении расчётов допускается пользоваться Научно-прикладным справочником по климату СССР [2] или статистически обработанными данными Федерального государственного бюджетного учреждения «Центральное управление по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды». При площади покрытий беговых дорожек 740 м2, спортивного поля с искусственным покрытием 2200 м2 и естественного газона 500 м2 объем ливнедренажного стока с территории ожидается: Wоч = 10 × 11 × (0,1× 0,27 + 0,95 × 0,074) = 10,8 м3. Предлагается использовать аккумулирующую емкость объемом 12 м3 из стеклопластика производства Национальной водной компании следующих габаритных размеров: диаметром 1,5 м, длиной 6,2 м, диаметром люка 0,8 м, толщиной стенок 6-10 мм и весом 1,1 т. Емкость допускается устанавливать на естественном песчаном основании без пригруза. Если территория находится в условиях устойчивого подтопления в периоды весенне-осеннего половодья волжских рукавов или грунтовыми водами (с. Цветное Володарского района или некоторые районы г. Астрахани), прогнозируемый дренажный сток с территории при максимальном паводковом уровне и глубине залегания подземных вод до 0,9 м рассчитывается по формуле [3]: Q = hср(Lтр×bтр + Sкл) × kф × μ, (2) где hср - мощность зоны дренирования водоносного горизонта; Lтр и bтр - длина и ширина дренажных траншей вдоль поля; Sкл - площадь траншеи канализационного коллектора; kф и μ - коэффициент фильтрации и водоотдачи водовмещающих грунтов. Подставляя значения в формулу, получим: Q = 0,29 м × (128 м × 4м + 22 м × 1м) × × 0,2 × 0,1 = 3,1 м3/сут. Объем накопительной емкости системы ливневой канализации с учетом дренажного стока в условиях подтопления территории межшкольного стадиона составит 15 м3. Предлагается использовать аккумулирующую емкость из полипропилена Bio-Lock производства ООО «Энрост» диаметром 2,2 м, длиной 4,0 м, диаметром люка 0,8 м и весом 620 кг, которую устанавливают на железобетонном основании по щебеночной подушке. Материал является инертным к агрессивным грунтам и подземным водам. 2. Трассировка ливнедренажной системы и параметры модели. Расчет дренажной системы производится согласно п. 6.14 [4]. Диаметр труб дренажного самотечного коллектора рассчитывают по формуле (3) где q - расход на единицу дрены, 0,06 м2/сут на 1м; v - скорость движения воды в горизонтальных трубах, 0,3-0,35 м/c; β - коэффициент, зависящий от степени заполнения труб, 0,7. Подставляя значения в формулу, получим расчетный диаметр труб 60 мм (внешний 63 мм). Единичный расход определяем согласно п. 5.6 [4] для однослойного пласта малой мощности: q = 2wL = 6 м × 0,011 м/сут × 0,9 = 0,06 м2/сут. А. Р. Курмангалиева 49 Градостроительство и архитектура | 2019 | Т. 9, № 4 Оптимальное расстояние между дренами несовершенного типа футбольного поля (2а), рассчитанное по формуле Е.Е. Керкиса, составляет не менее 6,0 м [5]. Уклон на перфорированных участках горизонтальных трубчатых дрен определяется с учетом расхода, переменного по длине дрены. Средний уклон трубопровода рассчитывается по формуле I = v/3C2R, (4) где R - гидравлический радиус, определяемый как αd/4=0,018; С - коэффициент сопротивления, м2/с, вычисляемый по формуле Н.Н. Павловского как Ry/n, или по формуле Маннинга как R1/6/n [5]. Подставляя значения в формулу, получим минимальный расчетный уклон 4 промилле. Гидравлический расчет самотечных сетей основан на формуле академика Н. Н. Павловского: C=1/n x Ry, (5) (6) где коэффициент шероховатости самотечных коллекторов круглого сечения следует принимать n = 0,014, гидравлический радиус R, как и живое сечение ω, - по табл. 42, в зависимости от степени заполнения труб [4]. Расчет канализационных сетей производится из условия равномерного движения жидкости в трубах по двум основным формулам: (7) (8) где q - расход жидкости, протекающей в единицу времени, м3/с; ω - площадь сечения, заполненного жидкостью, м2; ν - скорость движения жидкости в единицу времени, м/с; R - гидравлический радиус, м; i - гидравлический уклон; С - коэффициент, зависящий от гидравлического радиуса и шероховатости смоченной поверхности канала или трубопровода; определяется по формуле (5) [5]. Подставляя значения параметров для принятых диаметров ливнедренажных труб диаметром 160 мм при их заполненности наполовину (50 %) и уклоне 0,005 промилле, получим скорость течения в трубах (v) 0,5 м/с и предельный расход (q) 2,5 л/с. При двухстороннем расположении собирающих дрен диаметром 160 мм (2 шт.), максимальный расход в них составит не менее 5,0 л/с, что обеспечивает определенный запас по сравнению с расчетным. Расчет диаметра канализационной трубы от дождеприемника-пескоуловителя до ближайшего распределительного колодца принят исходя из единичного расхода и коэффициента наполнения (0,5-0,6) и скорости движения стоков (0,7-1,5 м/с). Расход на площади за воротами футбольного поля составляет 0,55 (400/2200) части от половины расхода всей системы или q = 0,55х2,5 л/с = 1,38 л/с. По номограмме Л.А. Шопенского [6] при наполнении трубопровода до 0,6 минимальный диаметр пластиковой канализационной трубы составляет 80 мм, с запасом принимаем 110х3,8 мм. Для организованного сбора ливневого стока по периметру поля укладываются пластмассовые лотки DN100 фирмы Cidrolica (г. Москва) стандартной ширины 145 мм и перепадом гидравлической высоты от 100 до 203 мм, обеспечивающим общий уклон 0,005 промилле от осевой центральной линии к углам поля. Для лотков предусмотрены пластмассовые решетки и попутные детали (фиксаторы и соединительные язычки, трубки). Укладываются лотки с решетками с минимальным уклоном для стока дождевой воды 0,5 промилле в бетонную призму, фиксирующую основание, затем по бокам засыпается бетонная смесь для закрепления стенок лотков. В четырех углах системы лотки подсоединяются к песколовкам Gidrolica Standart 500х160х420, с дальнейшим сбросом через 4 смотровых колодца в общий канализационный ливнедренажный коллектор. Подбор параметров собирающего коллектора сети ливневой канализации произведен с учетом максимального расхода 3,2 л/с. Согласно табл. 5.1 [6] достаточно принять диаметр трубопровода 200 мм при уклоне 5 промилле. Смотровые колодцы рекомендованы пластиковые RODLEX R1,2, полной комплектации с винтовыми крышками и возможностью врезки самотечных трубопроводов на разных высотных уровнях. В колодце перед накопительной емкостью предусмотрен шаровой кран для отключения системы для технического обслуживания емкости. Практически все элементы и оборудование водосборной системы выбраны пластиковыми или полиэтиленовыми, с учетом безопасности участников спортивных мероприятий и тренировок. Монтаж пластиковых лотков, дождеприемников и пескоуловителей производится согласно инструкции установки поверхностного водоотвода, размещенной в открытом доступе на сайте компаний-производителей [7, 8]. Все отметки трассировки сети приведены в относительных величинах. За нулевую отметку принимается отметка центра поля. Решения по трассировке сети ливнедренажной канализации стадиона приведены Градостроительство и архитектура | 2019 | Т. 9, № 4 50 ВОДОСНАБЖЕНИЕ, КАНАЛИЗАЦИЯ, СТРОИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ОХРАНЫ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ на рисунке. Схема была разработана автором и внедрена как типовая в составе проекта по восьми площадкам на территории Астраханской области. Из неблагоприятных явлений следует отметить недоуплотненность покровных суглинистых отложений, что характеризует их просадочные свойства (с. Никольское, Енотаевского района). В этом случае необходимо обеспечить максимальную герметичность соединения трубопроводов и сооружений системы. Предлагается использовать муфты «in suti» AQUA-Engineering (г. Москва), соединяющие дренажные трубы под полем диаметром 63 мм с собирающими дренами диаметром 160 мм. Для предотвращения от всплытия при высоком положении уровня подземных вод пластиковые колодцы и накопительная емкость крепятся на бетонные днища специальными хомутами. Толщина бетонного основания марки В15 определяется расчетом в каждом конкретном случае: от 550 до 800 мм под емкость и 400-500 мм под колодцы. Основанием для стеклопластиковой емкости служит слой песчаного уплотненного грунта мощностью 200 мм. 3. Прогноз качественного состава ливнедренажного стока. Поверхностный сток с тренировочного футбольного поля с искусственным покрытием и беговых дорожек по качественному составу является условно чистым, так как не относится к объектам, перечисленным в п. 7.1 [1], т. е. селитебным территориям. Основными загрязнителями являются взвешенные вещества (примеси) и органические компоненты (БПК5). Ориентировочные значения концентрации основных загрязнителей поверхностного стока с беговых дорожек приняты по табл. 16 [1] как для кровель зданий и сооружений; газоны футбольных полей не следует приравнивать к городским парковым и зеленым зонам ввиду их изолированности. Средневзвешенная концентрация компонента в формируемом ливневом стоке определяется по формуле Cср = (Стпх Vтп+ Сззх Vзз)/ Ψmid. (9) Подставляя в формулу значения концентрации взвешенных веществ, получим: СсрВВ = (0,204х20+0,078х4,8)/0,283 = 15,74 мг/л, где Vтп = 0,204 (% объем стоков с покрытий беговой дорожки); Vзз = 0,078 (% объем стоков с искусственных покрытий и газона); Ψmid - средний коэффициент стока, 0,283; СВВ дождевого стока с беговой дорожки - 20 мг/л (табл. 16 [1]); СВВ дождевого стока со спортивного поля и технической зоны - 4,8 мг/л. Средневзвешенная концентрация БПК5 в формируемом ливневом стоке ожидается следующей: СсрБПК5 = (0,204х10+0,078х2,17)/0,283 = 7,8 мг/л, где СБПК5 дождевого стока с беговой дорожки - менее 10 мг/л; СБПК5 дождевого стока со спортивного поля и технической зоны - 2,17 мг/л. Попадая в систему ливневой канализации, происходит очистка поверхностного стока в пескоуловителях, где он на 40 % освобождается от взвешенных веществ и на 30 % от органических примесей. Перехватываемый под покрытием поля инфильтрационный сток через фильтрую- Схема трассировки ливнедренажной сети межшкольного стадиона в с. Цветное Володарского района Астраханской области А. Р. Курмангалиева 51 Градостроительство и архитектура | 2019 | Т. 9, № 4 щую обмотку геотекстиля Сибур труб дренажной системы очищается еще на 90 % от всех механических и на 50 % от органических примесей. Концентрация взвешенных веществ, попадающих в общий коллектор сети ливневой канализации и накопительную емкость, прогнозируется на уровне 0,63 мг/л, БПК5 - 1,17 мгО2/л, что позволяет оценить сточные воды как условно чистые. В накопительной емкости происходит дополнительный отстой сточной воды, что снижает еще примерно на 40 % концентрацию загрязнителей. Таким образом, поверхностный сток с территории проектируемого сооружения ожидается соответствующим требованиям по качеству природной воды централизованных и нецентрализованных источников водоснабжения (не более 10 мг/л по взвешенным веществам, 4-6 мгО2/л по БПК5), не требует дополнительной очистки и может быть использован на полив зеленых насаждений территории или увлажнение искусственного покрытия поля. Эксплуатацию сети ливневой канализации целесообразно поручить организации, обслуживающей водонесущие коммуникации района, имеющей соответствующую технику и квалифицированный персонал в количестве двух-трех человек. Эксплуатация предусматривает планово-профилактические и ремонтные работы на сети ливнедренажной канализации для её поддержания в рабочем состоянии. Трубопроводы системы дождевой канализации промывают через смотровые колодцы в самых высоких отметках сети. Вода для этого подается под напором из поливочного шланга. Выводы. В условиях засушливого климата Астраханского региона нередки сильные ливни, способные к размыву и насыщению покровных суглинистых грунтов. Конструкция спортивного поля с искусственным покрытием и спортивными площадками требует защиты от кратковременного затопления и подтопления подземными водами. Методология создания модели типовой ливнедренажной системы полностью базируется на расчетах по существующим нормативно-методическим документам с учетом инженерно-геологических условий (свойств грунтов, высокого уровня залегания подземных вод, их агрессивности). Предлагаемая система сбора поверхностного и подземного стока способствует максимальной очистке от взвешенных веществ и органических загрязнителей, что допускает его дальнейшее использование на полив твердых покрытий и зеленых насаждений в жаркий период; в случае повышенной минерализации изза подземных вод - с разбавлением.

About the authors

Aida R. KURMANGALIEVA

Astrakhan State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

References

Supplementary files