К минимизированию затрат на устройство и эксплуатацию дождевой канализации

А. А. Отставнов, ведущий научный сотрудник  ГУП «НИИ Мосстрой», канд. техн. наук

В. А. Устюгов, директор ГУП «НИИ Мосстрой», канд. техн. наук

А. Н. Дмитриев, начальник Управления научно-технической политики в строительной отрасли, доктор техн. наук

К. Е. Хренов, заместитель Генерального директора МГУП «Мосводоканал» по технической политике

О. Г. Примин, заместитель директора по науке ГУП «МосводоканалНИИпроект», доктор техн. наук

В. А. Орлов, профессор МГСУ, канд. техн. наук

В. А. Харькин, генеральный директор ООО «Прогресс», канд. техн. Наук

Для отвода дождевых и талых вод от дорог устраиваются подземные водостоки – специальная дождевая канализация (далее ДК).

На сегодня основными нормативами, используя которые можно запроектировать, а затем и построить достаточно эффективные системы дождевой канализации на любой территории Российской Федерации, являются Строительные нормы и правила [1, 2]. СНиП 2.04.03-85 и СНиП 3.05.04-85 разработаны более 20 лет тому назад. И по этой причине в них никак не учтены изменения, произошедшие в России в последние два десятилетия.

К изменениям, которые касаются непосредственно ДК, в первую очередь следует отнести особенности современного строительства и эксплуатации, связанные с формами собственности на средства производства и различные сооружения не только на настоящий момент, но и на далекую перспективу, а также труб, из которых можно устраивать сейчас трубопроводы дождевой канализации.

Протяженность трубопроводов дождевой канализации будет на 10–20 % больше протяженности дорог, которые предполагается построить. Естественно предположить, что при этом потребуется количество труб большее, чем протяженность трубопроводов сооружаемых водостоков, примерно на 10–15 %. Чтобы располагать таким объемом труб, потребуется, что вполне очевидно, использовать трубы, производимые в России из различных материалов.

До сей поры для устройства трубопроводов ДК рекомендовалось [3] использовать железобетонные, бетонные, керамические и асбестоцементные трубы (при самотечно-безнапорном режиме течения стоков) и напорные железобетонные, асбестоцементные, чугунные и пластмассовые (при напорном режиме течения стоков).

Применение чугунных труб для самотечной сети допускалось на участках быстротоков при скорости движения воды свыше 7 м/с, в исключительных случаях при пересечении с подземными сооружениями (пешеходный переход, сухой коллектор и т. п.).

Применение стальных труб для напорной сети допускалось для переходов под железными и автомобильными дорогами, через водные преграды и овраги; при прокладке трубопроводов по опорам эстакад и в тоннелях; при прокладке в труднодоступ-ных местах строительства, в вечномерзлых, просадочных, набухающих и заторфованных грунтах, на подрабатываемых территориях и в карстовых районах. Причем стальные трубопроводы рекомендовалось покрывать снаружи антикоррозионной изоляцией. На участках возможной электрокоррозии стало необходимо предусматривать специальную защиту трубопроводов. Допускалось применение и пластмассовых труб.

Рекомендовалось применять керамические трубы диаметром до 600 мм канализационного типа по ГОСТ 286 для трубопроводов дождевой канализации, прокладываемых в агрессивных средах и при отсутствии временных вертикальных нагрузок.

Асбестоцементные трубы для безнапорных трубопроводов по ГОСТ 1839 «Трубы и муфты асбестоцементные для безнапорных трубопроводов. Технические условия» рекомендовалось использовать для строительства водостоков диаметром 300–600 мм небольшой длины (водосточные ветки, внутриквартальная сеть) в районах, где образование твердых нерастворимых частиц (главным образом песка), попадающих в водосточную сеть, незначительно.

Также для устройства водостоков внутриквартальной и уличной безнапорной сети диаметром от 300 до 1000 мм включительно допускались бетонные трубы для  безнапорных трубопроводов по ГОСТ 20054. Глубина их заложения должна была соответствовать прочностной характеристике труб данного диаметра.

Допускалось использование железобетонных труб для безнапорных трубопроводов по ГОСТ 6482.1 «Трубы железобетонные безнапорные. Конструкция и размеры» при строительстве дождевой канализации: диаметром 400 мм – для водосточных веток, 500–1600 мм – для продольных водостоков и коллекторов, более 1600 мм – для водоотводящих коллекторов и заключения речек и ручьев в трубы.

Траншейная прокладка трубопровода из круглых труб нормальной прочности допускалась на глубину (над верхом трубопровода) до 3–4 м, а усиленных до 5–6 м; труб с плоской подошвой нормальной прочности до 4–6 м, а усиленных до 6–8 м с учетом степени уплотнения грунта, размеров временной нагрузки на поверхности земли и типа основания.

Что касается диаметров труб для устройства трубопроводов ДК, то они должны были устанавливаться расчетом в зависимости от местных условий и по опыту эксплуатации, но в любых условиях не должны были приниматься меньше 250 мм. Максимальные диаметры труб также должны были определяться расчетом и могли достигать нескольких метров.

К сожалению, на данном этапе одних только этих рекомендаций явно не достаточно.

Не все из указанных труб выпускаются сегодня в Российской Федерации, многие производства остались в странах ближнего зарубежья. К тому же, в последнее время в России появились «экономические» трубы из полимеров (П) специально для устройства безнапорных трубопроводов [4].

Но это ни в коей мере не означает, что во всех случаях для устройства подземной самотечно-безнапорной дождевой канализации следует использовать именно такие трубы.

Следует рассматривать производимые в России трубы из всех материалов. Причем делать это следует, главным образом, с позиции минимизирования затрат на устройство из них ДК и на последующую эксплуатацию ее с обязательным учетом конкретных условий для каждого случая.

Целесообразно сразу же исключить из использования для устройства ДК с напорным течением стоков не только стальные (Ст), но и чугунные (Ч) трубы, так как в России производятся трубы с прочностными и размерными характеристиками не ниже характеристик металлических труб, из полимеров и стеклопластиков. В виду не значительных объемов ДК с напорным течением стоков на данном этапе следует применять трубы из полиэтилена ПЭ 80 c показателем SDR=21 (ГОСТ 18599-2001), а диаметр труб определять посредством гидравлических расчетов в соответствии с требованиями [1] и [5].

В условиях дефицита квалифицированных рабочих-трубоукладчиков пока нецелесообразно принимать в расчет и керамические трубы. Их длина составляет всего 1–2 м, сборка из них трубопроводов многодельна, для прямолинейной укладки керамиковых труб требуется устраивать специальное основание.

По всем этим причинам прокладка керамического водостока получается весьма трудоемкой.

Для выбора с целью устройства эффективных при строительстве и надежных при последующей эксплуатации трубопроводов ДК остаются бетонные (Б), железобетонные (Жб), асбестоцементные (Ац) и полимерные (П) из полиэтилена (ПЭ), непластифицированного поливинилхлорида (НПВХ), полипропилена (ПП) как со сплошной, так и со структурированной стенкой, а также стеклопластиковые (СП) трубы.

Асбестоцементные (Ац) трубы для безнапорных трубопроводов производятся (ГОСТ 1839) с внутренними диаметрами применительно к ДК – 279 и 368 мм и длинами – 2950 и 3950 мм.

Железобетонные (Жб) безнапорные трубы применительно к ДК производятся по ГОСТ 6482 длиной от 2,5 до 5 м, с внутренним диаметром 400 (±4) мм, 500 (±4), 600 (±4), 800 (±5), 1000 (±5), 1200 (±5), 1400 (±5), 1600 (±5), 2000 (±6), 2400 (±6) мм восьми типов (тип трубы определяет способ соединения).

Бетонные (Б) безнапорные трубы применительно к ДК производятся по ГОСТ 20054 пяти типов, учитывающих способ соединения, длиной 1 м, 1,5 и 2 м, с внутренним диаметром 300, 400, 500, 600, 800 и 1000 мм.

Трубы со сплошной стенкой применительно к ДК производятся также из стеклопластиков (СП) с внутренним диаметром от 265 до 500 мм (табл. 1).

Таблица 1 Стеклопластиковые трубы

Труба Материал Диаметры, мм Способ изготовления Технические условия СПЭП1 стеклопластик 265, 300, 3153 спиральная навивка с пропиткой связующим 2296-002-26612968 СПФ2 стеклопластик 400, 5003 2296-001-2235774

1) – стеклопластиковая на эпоксидном связующем; 2) – стеклопластиковая на формальдегидном связующем; 3) – внутренний диаметр.

Из полимеров (П), помимо труб со сплошной стенкой, применительно к ДК производятся канализационные трубы со структурированной стенкой – из полиэтилена (ПЭ) и полипропилена (ПП) (табл. 2).

Таблица 2 Стеклопластиковые трубы

Труба Материал Диаметры, мм Способ изготовления Технические условия ДПЭГГС1 полиэтилен 250, 300, 350, 400, 4503 Коэкструзия с гофри- рованием и сваркой 2248-025-4198-9945 ДПЭГГС1 полиэтилен 250, 315, 400, 5003   2248-0008-52384898 ДПЭГГС1 полиэтилен 250, 315, 400, 500, 630, 800, 1000, 12004   2248-001-73011750 ДППГГС2 полипропилен 250, 315, 400, 500, 6304   2248-001-76167990 СВ5 полиэтилен 600, 700, 800, 900, 1000, 1200, 1300, 1500, 18003 Спиральная навивка со сваркой 2248-004-45726757

1) – двухслойная полиэтиленовая с гофрированной и гладкой стенками; 2) – двухслойная полипропиленовая с гофрированной и гладкой стенками; 3) – внутренний диаметр; 4) – наружный диаметр; 5) – спиральновитая из полого профиля с квадратным поперечным сечением.

В этой связи возникает закономерный вопрос: из какого материала должны быть выбраны трубы для устройства эффективных при строительстве (высокие качество и производительность) и надежных при эксплуатации (малоаварийные, с высокой степенью ремонтабельности) трубопроводов дождевой канализации?

Сегодня получается так, что каждый производитель конкретных труб (в данном случае имеется в виду трубный материал) любыми способами обосновывает преимущества производимых именно его предприятием труб на все возможные случаи сооружения ДК.

Для того чтобы отдать предпочтение какому-либо трубному материалу, надо проанализировать целый ряд аргументов, одна часть (большинство) из которых должна быть заранее известна, а другая часть должна пока что приниматься априорно.

На данном этапе разработанности вопроса производить такой анализ целесообразно в рамках рассмотрения труб из всех вышеуказанных материалов (см. например, табл. 1, 2) по вариантам (табл. 3).

Таблица 3 Варианты устройства ДК с учетом разных труб

Вариант, Вi В1 В2 В3 В4 В5 В6 В7 В8 Трубы Ац Жб Б ДПЭГГС ДППГГС СВ СПЭП СПФ

Не смотря на то, что методики проведения такого анализа для ДК на сегодня не предложено, тем не менее, ясно уже сейчас, что среди приведенных в таблице вариантов многие из них могут быть исключены сразу. Это связывается с тем, что трубы из различных материалов не всегда имеют один и тот же набор номинальных диаметров.

Для выбора оптимального из оставшихся вариантов предлагается следующая методика. Она связывается с технико-экономическим обоснованием [6] применения для устройства ДК труб из оставшихся после исключения из рассмотрения материалов.

Согласно предлагаемой методики сравниваются экономические факторы, которые должны определяться заранее для каждого i-го варианта ДК – Э₁, Э₂, Э₃ и Э₄.

В случаях, когда выбор какого-либо из вариантов ДК Э_i необходимо сделать по желанию заказчика, тогда необходимость в сравнении, естественно, отпадает.

При недостатке для сравниваемых вариантов ДК каких-либо сведений их следует принимать с определенной долей вероятности, а после накопления статистических данных по устройству и эксплуатации ДК в различных условиях в последствие нормировать.

После сравнения экономических факторов предпочтение следует отдавать варианту ДК, для которого Э_i будет иметь минимальное значение.

Технико-экономический фактор, характеризующий i-й вариант:

Э_i=SP_i, (1)

где P_i – приведенные затраты на устройство и эксплуатацию ДК по i-му варианту.

Приведенные затраты на устройство и эксплуатацию ДК:

P_i =P_yi +P_эi, (2)

где P_yi – составляющие приведенных затрат на устройство ДК,

P_эi – составляющие приведенных затрат на эксплуатацию ДК.

Составляющую приведенных затрат на устройство ДК:

(3)

где Ц_i, – расходы на приобретение труб для устройства ДК в оптовых ценах,

С_тi – расходы на транспортировку труб для устройства ДК до места строительства,

К_омi – коэффициент, учитывающий отходы труб при монтаже ДК, можно принять 1,02, если нет более точных данных,

К_зсi – коэффициент, учитывающий заготовительно-складские расходы на трубы, используемые при монтаже ДК, можно принять 1,02, если нет более точных данных,

С_мi – расходы на производство монтажных работ на ДК (подготовительные и земляные работы, сборка соединений, проведение гидравлических испытаний и др.),

Н_онi – накладные расходы строительных организаций на производство строительно-монтажных работ при устройстве ДК,

К_пнi – коэффициент, учитывающий плановые накопления строительных организаций при устройстве ДК, можно принять 1,06, если нет более точных данных,

К_смi – коэффициент, учитывающий переход от сметной к полной стоимости устройства ДК, можно принимать от 1,15 до 1,3, если нет более точных данных.

Вначале из всех перечисленных труб необходимо будет выбрать наиболее подходящие по внутреннему диаметру с целью транспортирования стоков по проектируемому самотечно-безнапорному трубопроводу ДК. Это следует осуществить путем проведения гидравлических расчетов [1, 5].

Затем следует подобрать толщину стенки выбранным по материалу и диаметру трубам. Это следует осуществить путем проведения прочностных расчетов с учетом грунтовых условий – вида грунта и степени его уплотнения, используя методику расчета системы «грунт – жесткая труба» (керамические, асбестоцементные, железобетонные и бетонные трубы) [7] и системы «грунт – гибкая труба» (все полимерные и стеклопластиковые трубы) [5].

Необходимо также учесть и то, что на монтаж ДК из разных труб будут приходиться различные трудовые и материальные затраты. Ведь все они характеризуются различной массой и длиной, соединяются различными способами, их укладка на проектную глубину потребует различных усилий по обеспечению соответствующего грунтового окружения.

Особо существенным является то, что дождевая канализация из разных труб будет служить в 1,5–3 раза отличающееся друг от друга по продолжительности время (табл. 4, стлб. 4).

Таблица 4 Сроки службы, периодичность ремонтов, доля ежегодных отчислений на ремонты и восстановление ДК *

№ Трубы Периодичность капи- тальных ремонтов, год Сроки служ- бы, Тф, год Доля ежегодных отчислений от сметной стоимости**, % Pтр Ркр Рв Всего 1 2 3 4 5 6 7 8 1 Ац 15 20 1,4 0,6 4,5 6,5 2 Жб 15 30 1 0,5 3,2 4,7 3 Б 15 20 1,7 0,6 4,5 6,8 4 П 20 60 0,5 0,3 2,2 3,0 5 С-П 20 50 0,6 0,4 2,4 3,4

*) – вновь построенных траншейным способом; **) – по экспертной оценке авторов.

Расходы на транспортировку труб для устройства ДК определяют согласно используемым схемам доставки их к месту проведения строительно-монтажных работ по тарифам на перевозку грузов (автомобильным либо железнодорожным транспортом с учетом затрат на такелажные работы при погрузке – разгрузке, наценок на сбыт и т. п.).

Расходы на производство работ (С_мi) по устройству ДК (подготовительные и земляные работы, сборка соединений, проведение испытаний и др.), отнесенные к расчетной единице длины, определяют по единым районным единичным расценкам (ЕРЕР) и укрупненным сметным нормам (УСН).

Накладные расходы строительных организаций, производящих работы по устройству ДК:

(4)

где С_оi – расходы на основную зарплату рабочих, занятых на производстве работ при устройстве ДК,

С_эi – расходы на эксплуатацию механизмов и средств малой механизации, используемых для монтажа ДК,

j – коэффициент (j = 0,47).

Можно принимать накладные расходы в размере 16 %, если нет более точных данных, от суммы прямых затрат на устройство ДК (основной заработной платы рабочих, затрат на эксплуатацию механизмов и средств малой механизации, стоимости труб и др. материалов).

Составляющие приведенных затрат на эксплуатацию ДК (P_эi) должны учитывать комплекс приведенных к моменту ввода ДК в действие расходы на текущие и капитальные ремонты, техническое обслуживание, восстановление изношенных элементов ДК при последующей их эксплуатации.

Расходы на эксплуатацию ДК:

P_эi = (P_трi + P_крi + P_тоi + P_вi) К_общi, (5)

где P_трi – расходы на текущие ремонты ДК,

P_крi – расходы на капитальные ремонты ДК,

P_тоi – расходы на техническое обслуживание ДК,

P_вi – расходы на восстановление ДК, в том числе с использованием бестраншейных технологий [8],

К_общi – коэффициент, учитывающий общие эксплуатационные затраты на ДК: содержание аварийных служб, административно-управленческого аппарата, технику безопасности, охрану окружающей среды и др.

Расходы на текущие ремонты ДК:

(6)

где С_трi – среднегодовые расходы на текущий ремонт ДК,

t_i – год эксплуатации ДК,

Т_фi – расчетные сроки службы ДК (см. табл. 4, стлб. 4),

Е_нпi – нормативы приведения сравниваемых вариантов для ДК к одному моменту времени, можно принять 0,1, если нет более точных данных.

Расходы на текущее обслуживание ДК:

(7)

где С_тоi – среднегодовые затраты на j-е техническое обслуживание ДК.

Расходы на капитальные ремонты ДК:

(8)

где С_крi – расходы на проведение капитального ремонта ДК,

Т_крi – время от начала эксплуатации до j-го капитального ремонта ДК, определяемое сроком службы ДК,

n_ji – число капитальных ремонтов за период функционирования ДК.

Расходы на восстановление ДК:

(9)

где С_воi – расходы на прокладку нового ДК взамен отслужившего свой срок,

Т_эi – время от начала эксплуатации до j-й полной замены, определяемой сроком службы реконструированного ДК,

n_ji – число полных замен ДК в течение расчетного периода.

Среднегодовые затраты на текущий ремонт ДК

C_трi =P_ciP_трi, (10)

где P_сi – сметная стоимость ДК,

Р_трi – доля ежегодных отчислений, % сметной стоимости ДК, на текущие ремонты ДК (см. табл. 4, стлб. 5).

Среднегодовые затраты на техническое обслуживание ДК:

C_тoi = H_чiФ_зпi,(11)

где Н_чi – нормативная численность обслуживающего персонала на 1 км ДК,

Ф_зпi – годовой фонд зарплаты с начислениями, приходящимися на одного эксплуатационника, обслуживающего ДК.

Среднегодовые затраты на капитальный ремонт ДК:

C_крi =P_ciP_крi,(12)

где Ркрi – доля ежегодных отчислений, % от сметной стоимости ДК, на капитальный ремонт ДК

(см. табл. 4, стлб. 6).

Среднегодовые затраты на восстановление ДК:

C_вi =P_ciP_вi,(13)

где Р_вi – доля ежегодных отчислений на восстановление ДК, % от сметной стоимости дождевой канализации (см. табл. 4, стлб. 7).

Минимизирование затрат на устройство и эксплуатацию самотечно-безнапорной дождевой канализации должно позволить высвободить существенные денежные и трудовые ресурсы. Их можно будет с успехом использовать для увеличения протяженности российских дорог, которые служили бы многие десятилетия.

Выводы

1. Показано, что сегодня в связи с намечаемым в Российской Федерации сооружением значительного по протяженности количества дорог и необходимостью параллельного строительства большого объема самотечно-безнапорной дождевой канализации потребуются различные как по материалу (асбестоцементные, бетонные, железобетонные, бетонные, полимерные и стеклопластиковые), так и по конструкции (со сплошными и со структурированными стенками) трубы отечественного производства.

2. Предложена методика, с помощью которой возможно минимизировать затраты на устройство из производимых в России труб конкретной подземной самотечно-безнапорной дождевой канализации и последующую ее эксплуатацию.

3. Минимизирование затрат предлагается производить на стадии проектирования самотечно-безнапорной дождевой канализации путем оценки по экономическим показателям суммарно на этапах строительства и эксплуатации с предварительным подбором труб по гидравлическим, прочностным и монтажно-технологическим их показателям.

4. Отдельные значения показателей, рекомендуемые в методике к использованию, носят априорный характер. Для получения более точных значений необходимо скрупулезно собирать статистические данные для подземной самотечно-безнапорной дождевой канализации и, после их соответствующей обработки, нормировать.

5. Собираемые сведения должны отражать не только особенности подземной самотечно-безнапорной дождевой канализации, но и учитывать как материал труб (асбестоцемент, железобетон, бетон, полимер, стеклобазальтопластик), так и их конструкцию (сплошные или структурированные стенки), а также возможность применения наиболее эффективных для конкретных случаев способов восстановления ветхой самотечно-безнапорной дождевой канализации (традиционные или бестраншейные).

Литература

1. СНиП 2.04.03-85 Канализация. Наружные сети и сооружения.

2. СНиП 3.05.04-85 Наружные сети и сооружения водоснабжения и канализации.

3. Технические указания по проектированию и строительству дождевой канализации. Приказ Министерства жилищно-коммунального хозяйства РСФСР от18.09.1980 № 468. 54 л.

4. Отставнов А. А. Повышение эффективности подземных самотечных трубопроводов // Сантехника. 2006. № 5. С. 50–56.

5. СП 40-102-2000 Проектирование и монтаж трубопроводов систем водоснабжения и канализации из полимерных материалов. Общие требования.

6. Справочные материалы. Пластмассовые трубы в строительстве / В. С. Ромейко, А. А. Отставнов, В. А. Устюгов и др. Ч. 1. Трубы и детали трубопроводов. Проектирование трубопроводов. М.: ВАЛАНГ, 1997. С. 197–211.

7. Оценка напорных трубопроводов из ВЧШГ с использованием математической модели системы «грунт – жесткая труба» / А. А. Отставнов, А. Д. Алиференков, О. Г. Примин и др. СОК. № 6. С. 18–23.

8. Отставнов А. А., Харькин В. А., Орлов В. А. К технико-экономическому обоснованию бестраншейного восстановлении ветхих самотечных трубопроводов из традиционных труб полимерными // Сантехника. 2004. № 5. С. 30–34.