Các khía cạnh thiết kế chung

Nếu lấy mốc khởi đầu là những yêu cầu chung này thì mục đích của nhà thiết kế là hạn chế chi phí bằng cách giảm thiểu khối lượng đào cần thiết, số lượng hố ga, tổng chiều dài cống và số lượng kết nối với cống chính. Tầm quan trọng của việc đào đất đối với tổng chi phí có thể được đánh giá cao qua ví dụ trong bảng 1 liên quan đến một ống cống đất sét 150 mm đặt trên một lớp hạt ở độ sâu 3 m để đảo ngược dưới một con đường nhẹ.

Cũng có thể chỉ ra rằng, đối với cống có đường kính 150 mm điển hình, lượng đất được loại bỏ so với thể tích ống có thể gần như phù hợp với bảng 2.

Do đó, nhà thiết kế nên cân nhắc hàng đầu việc giảm thiểu đào bới và sau đó chúng tôi có đưa ra một nghiên cứu cho thấy quan tầm quan trọng trong bối cảnh khi độ dốc của cống (xác định khối lượng đào cần thiết) không tạo nên nguy cơ tắc nghẽn, cụ thể độ dốc bằng phẳng không nghĩa là có gia tăng nguy cơ tắc nghẽn.

Hình 2 đã minh họa một số biến thể cho việc lắp đặt trong nước có thể có liên quan đến số lượng hố ga, tổng chiều dài cống và số lượng kết nối với cống chính. Trong hình giả định rằng các thiết bị vệ sinh trong mỗi căn hộ đều thải qua một ngăn vào hệ thống thoát nước ngầm; các chú thích trong hình nhận xét về các đặc điểm quan trọng của từng bố cục. Một điểm cần lưu ý rằng cống chính có thể nằm dưới mặt đất vài mét, nhưng ‘cống riêng’ thì nông hơn nhiều, với độ phủ tối thiểu khoảng 0,75 m dưới các khu vườn và 1,25 m dưới lòng đường và lối đi. Cho nên , bố cục 1 thường đắt nhất và bố cục 3 và 4 ít tốn kém nhất khi lắp đặt.

Ống lớn

Hố ga

Đường đi

Vỉa hè

1. Cách bố trí truyền thống – các kết nối riêng lẻ đến cống chính với một hố ga cho mỗi căn hộ cho phép đào từ bên trong khu vực trồng trọt. Cách bố trí có bao gồm lắp đặt bẫy chặn

Đường cống chính

2. Bố trí cống thoát riêng – đấu nối duy nhất vào cống chính với một hố ga cho mỗi nhà. Có thể điều chỉnh các cống riêng lẻ từ bên trong khu vực sân nhà; nạo vét cống thoát riêng có thể liên quan đến việc tiếp cận các tài sản khác

Vỉa hè

Đường đi

Vỉa hè

3. Bố trí cống thoát riêng – số lượng hố ga giảm, nhưng mỗi nhà ở có thể thoát ra từ một hố ga. Lắp đặt cống thoát riêng có thể liên quan đến việc tiếp cận các tài sản khác

Hố ga

Đường cống chính

Đường ống nối

4. Bố trí cống thoát riêng – một hố ga đổi hướng có mắt quay ở đầu cống riêng. Lối vào hệ thống cống thoát riêng nằm ngoài phạm vi quản lý của bất kỳ tài sản nào. Bảo đảm khả năng tiếp cận quay vòng.

Hình 1. Sơ đồ minh họa các cách bố trí thoát nước

Đầu dẫn khí tươi một chiều

Khuôn ống bê tông

Bệ bê tông

Khung bao hố ga

Các bậc sắt

Xích thép mạ kẽm

Nắp cống với van chặn

Bẫy chặn Chặn nước

Nước thoát ra

Nắp kín bắt vít

Nước thoát ra

Hình 2. Sơ đồ hố ga (Cơ sở nghiên cứu xây dựng; Bản quyền thuộc về Crown)

Hình 2 đưa ra một số đặc điểm chung liên quan đến khả năng tiếp cận. Các nguyên tắc cơ bản khi thiết kế chiều dài của cống là đều có thể tiếp cận được để bảo trì, và các điểm tiếp cận phải được bố trí sao cho có thể luồn dây theo một trong hai hướng từ bên ngoài tòa nhà; nên có lối vào khi thay đổi hướng (khi nhọn và ở khoảng 90 độ C ), độ dốc hoặc đường kính ống và ở đầu của mỗi chiều dài cống. Lối vào có thể không cần thiết tại các điểm giao nhau và những thay đổi dần dần về hướng khi việc khoanh vùng vị trí đó khả thi từ nơi khác. Bố cục

1−3 minh họa một số giải pháp thông thường, Bố cục 4 kết hợp khả năng tiếp cận giảm trong một hình thức mà một số kinh nghiệm thực địa cho thấy là thỏa đáng. Một lựa chọn ở đây có thể liên quan đến việc tiếp cận từ bên trong tòa nhà, thông qua một nắp cống trên ngăn xếp hoặc nắp bồn cầu Tuy nhiên, nếu có thể ta nên thiết kế đặt nắp cống đảm bảo cho phép tiếp cận, chẳng hạn ở như lối vào công cộng hoặc khu vực thùng rác thay vì từ bên trong nhà ở.

Thực hành liên quan đến độ dốc và tải trọng thủy lực rất khác nhau. Nhìn chung, việc hơn 20 ngôi nhà được kết nối với cống

100 mm là điều bất thường, trong khi kích thước cống này khó có thể được đặt phẳng hơn 1 trên 80. Những giới hạn này có liên quan đến sự không chắc chắn về điều kiện thủy lực và mong muốn hạn chế sự bất tiện trong trường hợp tắc nghẽn. Tuy nhiên, sau này sẽ thấy rằng các cực trị 1 trên 1200 và 1 trên 7 xảy ra với các gradient trong thực tế. Các biến thể tương tự có thể xảy ra đối với các kích thước cống khác và những khó khăn trong việc khái quát hóa là hiển nhiên. Các đoạn sau đây nhằm cung cấp cơ sở để từ đó có thể rút ra một số kết luận chung.

Các thiết kế trong hệ thống truyền thống cũng bao gồm bẫy chặn hoặc bẫy ngắt kết nối nằm ở đầu ra của hố ga cuối cùng trước cống, như trong hình 3. Ban đầu những bẫy này được thiết kế để loại trừ khí thải nhưng sau này người ta phát hiện ra chúng cũng có thể giúp ngăn chặn chuột xâm nhập vào cống rãnh. Tuy nhiên, các bẫy có xu hướng dễ bị tắc nghẽn và cần bảo trì thường xuyên, với nhược điểm được đánh giá là nhiều hơn ưu điểm (IPHE 1954). Tuy nhiên, một cuộc khảo sát gần đây (Griggs et al. 1993) cho thấy những loại bẫy này vẫn được sử dụng rộng rãi; Quy chế Xây dựng (ADHI, 2002) cũng khuyến nghỉ sử dụng nếu phát hiện chuột trong các phòng. Ngoài ra, có thể sử dụng cách sắp xếp kín (hình 3) để loại bỏ không gian khô ráo của miệng cống mà chuột có thể quay lại và làm tổ và là nơi trú ẩn khỏi nước thải; và khi chúng không có lối thoát qua các vết nứt và lỗ hổng trên gạch. Ban đầu được chế tạo bằng gang nhưng giờ đây các hệ thống kín có thể được chế tạo bằng nhiều loại vật liệu bao gồm nhựa, đất sét, thép không gỉ và thủy tinh.

Dòng chảy trong cống

Trong khi về tổng thể, khi các cống chảy khá liên tục thì dòng chảy trong các cống giữa các tòa nhà và cống có những đặc điểm khác. Tất nhiên, các cống như vậy phục vụ các tòa nhà lớn có thể chứa dòng chảy trong một phần lớn thời gian và chương trước đưa ra phương pháp đánh giá lưu lượng đỉnh. Trong nhiều trường hợp, hợp dòng chảy rất gián đoạn với các cống trống trong thời gian đáng kể. Ngay cả khi chảy, chúng có khả năng mang theo nước chỉ ở độ sâu nông. Có thể dễ dàng thấy điều này từ ví dụ trong hình 2 liên quan đến năm ngôi nhà được kết nối với một cống (cống riêng) dẫn đến cống chính. Chương trước gợi ý rằng lưu lượng đỉnh có thể bao gồm lưu lượng của một nhà vệ sinh, một bồn và chỉ một bồn rửa, có lẽ từ 2 đến 3 l/s, chiếm ít diện tích mặt cắt ngang của cống 100 mm.

Trong những điều kiện này, độ sâu của dòng chảy lớn nhất ở gần điểm nối ống với cống ngầm, sau đó, dòng chảy sẽ là những làn sóng dần dần yếu dần dọc theo cống, sự phân rã của độ sâu và tốc độ tùy thuộc vào các yếu tố như đường kính, độ dốc và độ nhám của đường ống. Đôi khi các làn sóng này sẽ mang theo một số các chất rắn và khi các chất rắn này phân rã thì chúng có xu hướng lắng đọng trong đường ống, bị dòng nước tiếp theo di chuyển ra xa hơn. Các chất rắn có xu hướng di chuyển đến cách ngắn hơn ban đầu nếu chúng không nổi lên mặt bồn cầu sớm hơn lần xả đầu tiên. Do đó, ở phần trên của cống, sự hình thành không liên tục của các điểm dừng - mặc dù là tạm thời - là một đặc điểm đặc trưng của quá trình xả. Điều này cũng được chỉ ra bởi các kết quả quan sát trong phòng thí nghiệm được đưa ra trong bảng 3, cụ thể: cống hở trong các thử nghiệm này nhận nước từ một restroom có dung tích rửa 9l được kết nối với nó bằng một ống thẳng đứng ngắn và uốn cong bán kính lớn. Trong một số trường hợp yêu cầu cần nhiều hơn một lần xả để mang chất rắn đã thải ra toàn bộ chiều dài 12m của đoạn ống thử nghiệm, mặc dù chỉ cần một

Khi các mối nối được thiếu kế kém hoặc khi có sự sụt giảm thì sẽ cần nhiều lần xả hơn để mang chất rắn đi hết chiều dài của cống. Các chuyên gia kết luận rằng tắc nghẽn có nhiều khả năng xảy ra từ các khớp được làm kém hơn là từ các đường dốc bằng phẳng.

Tại công trình của Bokor (1982), ông đã quan sát quá trình vận chuyển phân và chất thải khác trong các nhánh thoát nước ngang của bệnh viện và

Cox (1997), người đã quan sát các cơ chế vận chuyển tương tự trong nghiên cứu ở Úc. dẫn đến việc giới thiệu tiêu chuẩn xả kép 1/3 lít cho restroom.

Mặc dù mức độ nghiêm trọng của lỗi tắc nghẽn hoặc độ dốc có thể được cho là sẽ xác định ảnh hưởng của một lỗi cụ thể, nhưng vị trí của lỗi đó so với điểm xả thải cũng là một yếu tố quyết định ảnh hưởng tổng thể.

Khi dòng chảy suy giảm trong quá trình di chuyển dọc theo cống, mối quan hệ giữa lỗi và độ sâu dòng chảy và vận tốc đi qua hoặc xuyên qua sẽ phụ thuộc vào vị trí xảy ra lỗi. Tương tự, độ dốc cống cục bộ cũng sẽ ảnh hưởng đến sự suy giảm sóng và sự gián đoạn do lỗi gây ra. Chương trước sẽ thảo luận chi tiết hơn những vấn đề này như là một phần của việc xử lý các cống bị lỗi và mô phỏng bằng phương pháp đặc tính.

Quan sát việc thoát nước trong thực tế

Trên thực tế đã có hai nghiên cứu (IPHE 1954 và Lillywhite và Webster 1979) được báo cáo về hệ thống thoát nước, và các đoạn sau đây dựa trên cả hai nghiên cứu này để mô tả các điều kiện thực tế. Cả hai nghiên cứu đều tìm kiếm sự hợp tác của chính quyền địa phương trong việc thu thập thông tin cần thiết, và bằng chứng từ những người thuê nhà cũng được thu thập trong nghiên cứu gần đây hơn. Loại thứ hai cũng liên quan đến các phép đo tại chỗ độ dốc của cống khi được lắp đặt và khảo sát các điều kiện trong một số cống bằng máy quay truyền hình và ghi băng video. Việc đo lường và quan sát có hệ thống cung cấp cơ sở dữ liệu vững chắc cho các kết luận liên quan đến thiết kế và vận hành. Một nghiên cứu tiếp theo (Griggs et al. 1993) xử lý chuột trong hệ thống thoát nước.

Bảng 4 tóm tắt kết quả quan sát trên gần 200 cống thoát nước bằng đất sét trong nước có đường kính 100 mm, báo cáo tỷ lệ liên quan đến tắc nghẽn ngẫu nhiên so với độ dốc đo được biểu thị dưới dạng phạm vi. Tổng số mẫu liên quan là nhỏ và không nên đọc quá nhiều vào kết quả, nhưng thông tin này cho thấy tỷ lệ tắc nghẽn không bị ảnh hưởng nghiêm trọng bởi độ dốc. Thật thú vị khi lưu ý rằng một cống 100 mm có độ dốc nhỏ hơn 1 trên 1200 đã được phát hiện là hoạt động tốt mà không có tiền sử tắc nghẽn, được xả sạch một cách thỏa đáng trong một khoảng cách ngắn bằng cách xả bồn cầu. Ví dụ, ở đầu kia của thang đo, dường như không có bằng chứng nào về sự tắc nghẽn quá mức trong các cống ở Sheffield, nơi địa hình có thể dẫn đến độ dốc 1 trên 7 hoặc gần đó. Một kết luận chung tương tự liên quan đến độ dốc đã đạt được trong công việc trước đó.

Các chuyên gia nghiên cứu chi tiết các cống thoát nước bị tắc nghẽn nhiều lần trong 2 hoặc 3 năm như một phần riêng biệt, bao gồm cống phục vụ các tòa nhà trong nước và một số ít phục vụ bệnh viện, trung tâm thể thao và nhà câu lạc bộ, khoảng 70 trường hợp trong tất cả. Không có gì bất thường về độ dốc trong những trường hợp này vì chúng hầu hết nằm trong khoảng từ 1 trên 30 đến 1 trên 100, các giá trị thường được sử dụng trong thực tế. Đối với tải thủy lực, các tính toán sử dụng đơn vị xả và dữ liệu thủy lực chỉ ra rằng ở lưu lượng đỉnh ước tính, các cống được nghiên cứu có thể dự kiến sẽ chạy đầy khoảng một phần tư đến một nửa, không có gì bất thường, trong khi vận tốc dòng chảy ước tính lớn hơn một chút so với vận tốc dòng chảy ước tính. thường được chấp nhận là tự làm sạch ‘trong cống rãnh, 100−700 mm/s. Nói cách khác, không có gì bất thường về độ dốc và dòng chảy ước tính của các cống được nghiên cứu.

Những đợt điều tra kỹ lưỡng đã chỉ ra nhiều nguyên nhân khác nhau gây ra tắc nghẽn lặp đi lặp lại và kết luận bằng bảng 5. Bảng đã liệt kê các đặc điểm trong các cống được nghiên cứu và dường như là nguyên nhân gây tắc nghẽn lặp đi lặp lại. Các mối nối và hố ga đặc biệt có khả năng gây rắc rối vì những lý do được nêu trong bảng. Các mối nối liên quan bao gồm mối nối vữa truyền thống và chất lượng kém có thể là kết quả của việc thiếu lao động lành nghề. Các yêu cầu khác đã được thực hiện ở những khu vực lắp đặt hệ thống đường ống và phụ kiện hiện đại có vòng đệm chữ O và những điều này không đưa ra ánh sáng bất kỳ ví dụ nào về tắc nghẽn lặp đi lặp lại.

Tất cả các mối nối vữa truyền thống (ngoại trừ một mối nối vòng chữ O được làm kém) có trục và ổ cắm không thẳng hàng hoặc vữa nhô vào trong lỗ khoan. Loại lỗi này thường xuất hiện do tay nghề kém chứ không phải lỗi của nhà sản xuất

Tất cả các trường hợp được quan sát là đều trong đồ đất sét. Quan sát thấy được hiện tượng lún đất hoặc quá tải trọng ở một số phần. Nếu ống bị gãy thì sẽ gây ra tình trạng thẩm thấu, rò rỉ

Trong các ví dụ về dòng chảy ngược, thường quan sát thấy được chất béo và dầu mỡ đông đặc thường, và đôi khi là cặn canxit cứng

Dầu mỡ và chất béo lắng đọng đôi khi có thể quan sát được trong các cống thoát nước mà không có nước chảy ngược, trong đó tải trọng chính là từ bồn rửa. Canxit từ nước cứng cũng được nhìn thấy. Bất thường từ các khớp kém đôi khi là một yếu tố góp phần. Sự hiện diện của nước tiểu có xu hướng làm tăng tồn đọng

Một số mối nối nhiều nhánh bằng gang với các mối nối nhánh và xuyên ở cùng mức và chịu tải không đều theo dòng chảy; do đó dòng chảy chéo. Kết quả là cặn lắng trong nhánh tải nhẹ cuối cùng được thải vào cống chính, đọng lại trên bề mặt sắt thô. Ngoài ra, các lỗi trong hố ga bằng gạch – do tình trạng gồ ghề hoặc bị hỏng, và cách bố trính các cửa nhánh không phù hợp sự

Nghiên cứu về chuột trong cống được theo đuổi bằng một cuộc khảo sát qua bưu điện của chính quyền địa phương.

Từ việc lưu hành 392 bảng câu hỏi, 38% đã trả lời và gần một nửa trong số đó báo cáo có vấn đề với chuột trong cống rãnh. Họ không bị giới hạn ở các khu vực cụ thể của đất nước như cảng hoặc chợ; các yếu tố như sự gia tăng các cửa hàng thức ăn nhanh, xử lý rác tại các bãi chôn lấp và cống rãnh có lẽ kém hấp dẫn hơn vì chúng nhận được nhiều hóa chất hơn, có thể đã tạo ra môi trường sống mới.

Cuộc khảo sát củng cố sự cần thiết phải bảo trì thường xuyên các bẫy chặn. Tuy nhiên, không phải lúc nào nắp ống cống (hình 2) cũng được đặt trở lại sau khi thanh nếu thanh chặn chặn thường xuyên; và nút bịt bằng đất sét bị đứt, dây xích cố định bị bong ra và nút bị mục nát là các vấn đề. Nếu không có nút bịt, chuột có thể dễ dàng chui vào miệng cống, nơi chúng có thể làm tổ và chui ra ngoài. Các phát hiện chỉ ra cần thiết phải cải thiện thiết kế bẫy để giảm tắc nghẽn; đảm bảo các nút chặn chắc chắn để dễ dàng tháo ra và thay thế; và các thiết kế cải tiến của van nạp khí tươi hoạt động hiệu quả và đáng tin cậy.

Mặc dù các hệ thống kín đã được sử dụng trong UH từ hơn một thế kỷ trước, nhưng các cuộc khảo sát lại chỉ có rất ít thông tin, cụ thể các hệ thống kín thường hình thành ít hơn 10% hệ thống thoát nước và đôi khi thấp tới 1%. Báo cáo khuyến khích việc sử dụng chúng bằng cách kết luận rằng một hệ thống kín hoàn toàn, không có hố ga thông thường, có thể tỏ ra hiệu quả như một cái bẫy chặn — trong việc ngăn chặn chuột — mà không cần bảo trì tốn kém.

Báo cáo cũng thu hút sự chú ý đến vai trò của hệ thống mồi nhử các hố ga nơi chuột là một vấn đề lớn.

Dòng chảy trong xây dựng mạng lưới thoát nước, cả trên và dưới mặt đất, cũng đã được điều tra bởi một loạt các nhà điều tra quốc tế. Chương trước đã đề cập đến một loạt các quan sát vận chuyển đường ống thoát nước được thực hiện để hỗ trợ việc chuyển sang các restrooms có lưu lượng xả thấp. Tương tự, một nghiên cứu UH dài hạn do Hội đồng Nghiên cứu Khoa học Vật lý và Kỹ thuật tài trợ đã điều tra tác động của các cống bị lỗi, xét về vật cản và lỗi độ dốc, đối với sự vận chuyển chất rắn và sự suy giảm sóng.

Phần trước đã tóm tắt kết quả của nghiên cứu dựa trên các quan sát về dòng chảy thoát nước trong mạng lưới thoát nước bằng kính rộng lớn được gắn trong khoảng trống giữa các tầng của Bệnh viện Giảng dạy Nottingham và hệ thống thoát nước dưới mặt đất cần thiết trong các ga tàu điện ngầm ở Luân Đôn (McDougall 1995). Hơn nữa cũng trình bày các kết quả của nghiên cứu này dưới dạng bảng, và nhìn chung đều ủng hộ và xác nhận những phát hiện của Lillywhite và Webster (1979).