Publikujemy artykuł zaprezentowany przez dr inż. Emilię Kuliczkowską z Politechniki Świętokrzyskiej podczas V Ogólnopolskiej Konferencji Szkoleniowej „Wody opadowe – aspekty prawne, ekonomiczne i techniczne” (14-16.04.2010, Gdynia).

1. Uwagi wstępne
Pojęciem „katastrofy kanalizacyjne” określa się przypadki zapadania się gruntu nad kanałem wraz z  nawierzchnią uliczną lub terenem o  innym zagospodarowaniu, w  kierunku kanału, niekiedy wraz z  ludźmi lub pojazdami znajdującymi się w  momencie katastrofy na powierzchni terenu. Wybrane problemy związane z  występowaniem katastrof kanalizacyjnych zostały omówione m.in. w  [1,2].

2. Mechanizm powstawania katastrof kanalizacyjnych
Wystąpienie katastrofy kanalizacyjnej poprzedzone jest przemieszczaniem się gruntu z  zewnątrz konstrukcji kanałowej do jej wnętrza. W  przypadku, gdy grunt jest nawodniony i  występuje infiltracja wód gruntowych do wnętrza kanału, proces ten ma przyspieszony przebieg. Jeżeli dodatkowo kanał jest okresowo, na przykład wskutek nawalnego deszczu podtapiany i  pracuje pod ciśnieniem, eksfiltracja ścieków z  kanału do gruntu proces ten jeszcze bardziej przyspiesza.

MTP 300 x 250

W  przypadku gruntów suchych szybkość przenikania gruntu do wnętrza kanału zależy od wymiarów obszaru ubytku, który ma bezpośredni kontakt z  gruntem. Gdy jest to niewielka szczelina, proces ten przebiega powoli, a  gdy jest to istotny ubytek fragmentu konstrukcji kanałowej, tempo przemieszczania się gruntu jest znacznie większe. Jeśli grunt jest nawodniony woda filtrująca do wnętrza kanału przyspiesza proces wymywania gruntu z  obszaru zewnątrz kanałowego do jego wnętrza tak długo, dopóki nad miejscem nieszczelności nie utworzy się filtr z  pozostałych cząstek gruntu. Tak utworzony filtr uszkadzany jest w przypadku wystąpienia cofki, powodującej pracę kanału pod ciśnieniem lub w przypadku okresowej pracy kanału pod ciśnieniem spowodowanej przepływem ponadnormatywnej ilości ścieków podczas nawalnego deszczu.

W  przypadku gruntów spoistych (gliny, iły) erozja gruntu postępuje z reguły wolniej chyba, że ma miejsce zjawisko eksfiltracji ścieków z kanału do gruntu. W  przypadku tym wraz z upływem czasu powstają duże przestrzenie powietrzne nad miejscem uszkodzenia kanału. Dlatego katastrofy kanalizacyjne, które mają miejsce w  przypadku gruntów spoistych, są najbardziej niebezpieczne dla otoczenia.

W przypadku gruntów niespoistych katastrofy kanalizacyjne stwarzają z reguły mniejsze zagrożenia dla otoczenia. Cząsteczki gruntu stopniowo opadają z  całej wysokości nadsypki w  kierunku do kanału, powodując osiadanie powierzchni terenu nieutwardzonego bezpośrednio nad miejscem ułożenia uszkodzonego kanału lub osiadanie stopniowe i łagodne nawierzchni ulicznej, w przypadku mało sztywnych nawierzchni. Nagłe i bardziej niebezpieczne zapadnięcia pojawić się mogą w  przypadku, gdy nawierzchnie uliczne posiadają dużą sztywność i załamują się dopiero wtedy, gdy pustki powietrzne osiągną stosunkowo duże rozmiary.
 
3. Czynniki wywołujące powstawanie katastrof kanalizacyjnych
Czynniki wywołujące katastrofy kanalizacyjne można zestawić w trzech grupach:
– grupa I zawiera uszkodzenia, które w gruntach suchych przyczyniają się do powstania katastrof kanalizacyjnych,
– grupa II ujmuje przypadki infiltracji wód gruntowych z cząsteczkami gruntu do wnętrza nieszczelnych przewodów kanalizacyjnych,
– grupa III zawiera czynniki powodujące pracę kanałów pod ciśnieniem, wywołującą w kanałach nieszczelnych zjawisko eksfiltracji ścieków z kanałów do gruntu.

Do grupy I zalicza się wszystkie te uszkodzenia konstrukcji kanałowych, które umożliwiają przedostawanie się w gruncie suchym cząsteczek gruntu z otoczenia zewnątrzkanałowego do jego wnętrza lub umożliwiają grawitacyjną eksfiltrację ścieków z kanału przez nieszczelności do gruntu, destabilizującą zewnętrzne gruntowe otoczenie kanału.

Należą do niej:
­- przemieszczenia rur w  kierunku podłużnym odsłaniające grunt lub ułożenie rur betonowych w pewnej odległości od siebie w  wersji bez uszczelnienia, tj.  „na styk” lub „na zakład”;
­- przemieszczenia poprzeczne rur odsłaniające grunt;
­- wypadnięcie uszczelki gumowej z  części obwodu złącza, brak uszczelki w złączu;
­- pęknięcia podłużne, poprzeczne, ukośne, wykruszenia rur na złączach, ubytki fragmentów konstrukcji rur;
­- bardzo duże ugięcie rur podatnych, mogące spowodować rozszczelnienia złączy;
­- nieszczelne podłączenia przykanalika do kanału;
­- lokalne wżery korozyjne w kanałach betonowych lub starcia się dna, prowadzące w  dłuższym okresie czasu do powstawania bezpośredniego kontaktu wnętrza kanału z gruntem po zewnętrznej stronie kanału.

Grupa II obejmuje infiltrację wód gruntowych do wnętrza kanałów, która jest czynnikiem przyspieszającym występowanie katastrof kanalizacyjnych.

Większość przypadków infiltracji dotyczy rozszczelnionych złączy rur ułożonych dawno temu, najczęściej betonowych i  kamionkowych. Stosowane tzw. opaski betonowe w  rurach betonowych łączonych na styk lub zakład z  czasem ulegają spękaniu, powodując rozszczelnienie połączeń rur, a stosowany do uszczelnień kielichowych rur betonowych lub kamionkowych sznur konopny nasycony bitumem, wskutek starzenia się i  kruszenia bitumu oraz przemieszczeń rur na złączach, również powoduje rozszczelnianie się złączy tych rur. Niekiedy obserwowane jest zjawisko infiltracji w  miejscach zarysowań i pęknięć oraz ubytków fragmentów rur.
Wraz z infiltrującą wodą do wnętrza kanałów przedostaje się grunt, destabilizując zewnętrzne otoczenie gruntowe kanału i przyspieszając proces wywołujący zaistnienie katastrofy kanalizacyjnej.

Do grupy III zalicza się eksfiltrację ścieków z kanału do gruntu, która jest czynnikiem dodatkowo przyspieszającym występowanie katastrof kanalizacyjnych.

Eksfiltracja ścieków z  nieszczelnych kanałów do gruntu jest zjawiskiem powszechnym, ale trudno wykrywalnym. W  przypadku kanałów posadowionych powyżej zwierciadła wody gruntowej, jedynie próba szczelności umożliwia wykrycie nieszczelności kanałowych, będących przyczyną eksfiltracji ścieków do gruntu. Badania kanałów techniką wideo w  zdecydowanej większości przypadków nie są w  stanie zarejestrować tego zjawiska.

4. Uwagi końcowe
Katastrofy kanalizacyjne są wysoce niepożądane. W  przypadku ich wystąpienia, w  obszarze powstałych zapadlisk często uszkadzana jest nie tylko sieć kanalizacyjna, ale również inne sieci: gazowe, wodociągowe, ciepłownicze, a także kable energetyczne, telekomunikacyjne i inne. Konsekwencje finansowe wystąpienia katastrof kanalizacyjnych są bardzo poważne.

Aby nie dopuścić do wystąpienia katastrof kanalizacyjnych lub istotnie ograniczyć ich liczbę należy opracować w przedsiębiorstwach wodociągowo-kanalizacyjnych strategie odnowy sieci kanalizacyjnych, np. na wzór zaproponowanej w [3] oraz przystąpić do systematycznej odnowy sieci, planując ją w oparciu o kryteria zawarte w [9]. Ważne jest także opracowanie odpowiednich strategii realizacji badań diagnostycznych sieci, w  tym badań inspekcyjnych kanałów techniką video [2, 7], badań ich szczelności [4,5],  oraz w  koniecznych przypadkach realizacji ekspertyz konstrukcyjnych [6,8].

LITERATURA:
[1]  Kuliczkowski A.: Katastrofy kanalizacyjne, Gaz, Woda i Technika Sanitarna 1995, nr 2, s. 58-61
[2]  Kuliczkowski A.: Problemy bezodkrywkowej odnowy przewodów kanalizacyjnych, monografia nr 13, Politechnika Świętokrzyska, Kielce, 2004, s. 245
[3]  Kuliczkowski A: Strategia planowania odnowy przewodów kanalizacyjnych, Instal, 1999, nr 11, s. 57-60
[4]  Kuliczkowski A., Lisowska J.: Szczelność przewodów kanalizacyjnych, Wymagania normowe, Rynek Instalacyjny, 2000, nr 11, s. 75-78
[5]  Kuliczkowski A, Lisowska J.: Propozycje klasyfikacji zjawiska infiltracji wody gruntowej do wnętrza nieszczelnych przewodów kanalizacyjnych, Instal, 2004, nr 12, s. 50-54
[6]  Kuliczkowski A.: Ekspertyzy konstrukcyjne kanałów ściekowych, Inżynieria Bezwykopowa, 2003, nr 2, s. 22-26
[7]  Kuliczkowski A.: Rury kanalizacyjne, t. I Własności materiałowe, monografia nr 28, Politechnika Świętokrzyska, Kielce, 2001, s. 261
[8]  Kuliczkowski A.: Rury kanalizacyjne, t. II  Projektowanie konstrukcji, monografia nr 42, Politechnika Świętokrzyska, Kielce 2004, s. 507
[9] Kuliczkowska E.: Kryteria planowania bezwykopowej odnowy nieprzełazowych przewodów kanalizacyjnych, monografia nr 3, Politechnika Świętokrzyska, Kielce 2007, s. 223


***
Temat wód opadowych będzie kontynuowany również podczas kolejnej edycji Konferencji w przyszłym roku. Więcej informacji dotyczacych spotkania: Paulina Pelczyk, p.pelczyk@abrys.pl.

UDOSTĘPNIJ

Czytaj więcej

Skomentuj