Od 2000 r. przybywa rocznie ok. 5700 km nowej sieci kanalizacyjnej. Niestety, nie zawsze przesył ścieków jest dla środowiska przyrodniczego bezpieczny.
Większość wody zużywanej w gospodarstwach domowych odprowadzana jest poza budynek jako ścieki. Do transportu ścieków z miejsca ich powstawania do miejsca ich unieszkodliwiania (oczyszczalnie ścieków) wykorzystuje się sieć kanalizacyjną (wyjątek stanowią zbiorniki bezodpływowe, z których ścieki przewożone są do oczyszczalni wozami asenizacyjnymi). Łączna długość przewodów kanalizacyjnych w Polsce w 2008 r. wynosiła 94 694,5 km. Kanałami tymi w 2008 r. przetransportowano 1 254 241,1 dam3 ścieków przemysłowych i komunalnych [1]. Rozbudowa i modernizacja sieci kanalizacyjnych oraz oczyszczalni ścieków w ramach Krajowego Programu Oczyszczania Ścieków Komunalnych (2003 r.) jest obecnie jednym z priorytetowych zadań gospodarki komunalnej [2]. Następstwem tego jest sukcesywny rozwój instalacji do odprowadzania i unieszkodliwiania ścieków. Kolektory ściekowe podczas eksploatacji ulegają uszkodzeniom związanym głównie ze starzeniem się materiału, z jakiego są wykonane, błędami montażowymi, nieszczelnością połączeń, a także nadmiernym (w stosunku do założeń projektowych) statycznym lub dynamicznym obciążeniem gruntu nad przewodem. Część uszkodzeń powstaje już na etapie budowy kanalizacji, co jest związane z niewłaściwym składowaniem, transportem i układaniem przewodów w wykopie [3].
Fot. 1. Przykład uszkodzenia BAB – szczelina
Wszystkie uszkodzenia przewodów kanalizacyjnych można podzielić na sześć grup [4]: nieszczelności, przeszkody przy przepływie, uszkodzenia korozyjne wewnątrz kanału, ścieralność ścian, odchylenia położenia i odkształcenia oraz uszkodzenia mechaniczne. Niektóre z uszkodzeń kanałów, głównie nieszczelności, odchylenia położenia oraz uszkodzenia mechaniczne mogą wywoływać infiltrację wód gruntowych do wnętrza kanału lub eksfiltrację ścieków do gruntu [5]. W obydwu przypadkach następuje osłabienie gruntu wokół kanału oraz powstawanie pustych przestrzeni, które z czasem mogą prowadzić do groźnych katastrof budowlanych [6].
W ramach racjonalnej i świadomej eksploatacji sieci kanalizacyjnych przewiduje się systematyczne przeglądy, umożliwiające bieżącą ocenę stanu technicznego przewodów. Obecnie w diagnostyce przewodów kanalizacyjnych nieprzełazowych standardowo już wykorzystuje się telewizyjne systemy inspekcyjne, rejestrujące za pomocą specjalnej kamery obraz wnętrza kanału i przekazujące go na żywo na monitor operatora. Na podstawie telewizyjnego przeglądu kanału sporządzane są raporty oraz dokonywana jest klasyfikacja jego stanu technicznego. Inspekcja telewizyjna umożliwia wczesne zakwalifikowanie przewodu do odnowy, zanim dojdzie do poważnych uszkodzeń czy katastrofy budowlanej [7, 8].
Fot. 2. Przykład uszkodzenia – korzenie
Cel i zakres badań
Celem badań było zidentyfikowanie rodzaju i liczby uszkodzeń kanałów sanitarnych w Krakowie wykonanych z kamionki, betonu oraz PCV, eksploatowanych nie dłużej niż pięć lat. Kamionka, beton oraz polichlorek winylu to oprócz żelbetu materiały najczęściej wykorzystywane w Polsce do budowy kolektorów kanalizacyjnych (rys. 1). Kolektory wykonane z tych materiałów stanowią 60% całej długości sieci kanalizacyjnej w Krakowie (łącznie 1535 km).
W badaniach wykorzystano raporty z diagnostyki stanu technicznego kanałów sanitarnych inspekcją telewizyjną, przeprowadzoną w latach 2003–2005 przez pracowników Zakładu Sieci Kanałowej MPWiK SA w Krakowie [10]. W analizie ujęto kanały o jednakowej średnicy (300 mm), poddane diagnostyce po pięciu latach eksploatacji. Stosunkowo krótki czas działania kanałów, po jakim wykonano inspekcje, pozwolił na zidentyfikowanie uszkodzeń występujących już w początkowym okresie ich eksploatacji. Łączna długość kanałów poddanych diagnostyce optycznej w ramach badań wyniosła 2706,9 m. Badane kolektory przebiegają pod nawierzchnią ulic na głębokości od 3 do 4 m. Wszystkie kanały pracują w gruntach o dobrych właściwościach nośnych przy nisko położonym zwierciadle wody gruntowej. Diagnostykę optyczną analizowanych kanałów wykonywano kamerą typu TV ARGUS 4 EEx. W obliczeniach i zestawieniach uszkodzeń oparto się na symbolice określonej w obowiązującej od roku 2006 Polskiej Normie PN-EN 13508-2 [11].
|
Rodzaj materiału
|
Łączna liczba uszkodzeń
w przeliczeniu na 1 km kanału |
Rodzaj i liczba poszczególnych uszkodzeń w przeliczeniu na 1 km kanału
|
||||||||
|
BAM
|
BAB
|
BBF
|
BAH
|
BAC
|
BAJ
|
BAG
|
BAA
|
BBC
|
||
|
Kamionka
|
45,8
|
6,7
|
12,5
|
–
|
3,3
|
1,7
|
8,3
|
10,0
|
–
|
3,3
|
|
Beton
|
31,7
|
0,8
|
6,7
|
0,8
|
9,2
|
–
|
0,8
|
4,2
|
–
|
9,2
|
|
PCV
|
34,1
|
–
|
–
|
–
|
13,3
|
–
|
5,8
|
–
|
1,7
|
13,3
|
Tab. Rodzaj i liczba uszkodzeń badanych kolektorów kanalizacyjnych
Oznaczenia w tabeli: BAM – uszkodzenie spoiny, BAB – szczelina, BBF – infiltracja, BAH – wadliwe połączenie, BAC – przerwanie, zapadnięcie, BAJ – przemieszczone złącze, BAG – połączenie wystające, BAA – deformacja, BBC – odłożone osady
Oznaczenia w tabeli: BAM – uszkodzenie spoiny, BAB – szczelina, BBF – infiltracja, BAH – wadliwe połączenie, BAC – przerwanie, zapadnięcie, BAJ – przemieszczone złącze, BAG – połączenie wystające, BAA – deformacja, BBC – odłożone osady
Wyniki badań ich analiza
Diagnostyka telewizyjna przewodów kanalizacyjnych w Krakowie, o łącznej długości 2706,9 m, poddanych inspekcji po pięciu latach eksploatacji wykazała występowanie 9 rodzajów uszkodzeń. W przewodach kamionkowych stwierdzono występowanie 7 typów uszkodzeń, w betonowych – także 7, natomiast w kanałach z PCV – tylko 4 rodzaje uszkodzeń. Strukturę uszkodzeń zarejestrowanych podczas badań przedstawiono w tabeli.
Największą liczbę uszkodzeń zlokalizowano w kanałach kamionkowych – prawie 46 uszkodzeń na przeliczeniowej długości 1000 m przewodu. Nie oznacza to jednak, że kanały kamionkowe najmniej nadają się do budowy kolektorów sanitarnych. Doświadczenia eksploatacyjne wskazują bowiem na coś wręcz przeciwnego. Należy w tym przypadku zwrócić uwagę na strukturę uszkodzeń tych kanałów; 27% uszkodzeń w kanałach kamionkowych stanowią wszelkiego rodzaju rysy, zaliczane razem do kategorii szczeliny (BAB). W kanałach tych ponad 18 uszkodzeń (z ogólnej liczby 45,8) stanowią niesprawności, które mogą mieć przyczynę w niewłaściwym wykonawstwie. Można do nich zaliczyć przemieszczone złącza BAJ (zarówno poziome, jak i pionowe) oraz źle osadzone trójniki zaliczane do kategorii BAG. Przesunięcia złączy mają zwykle miejsce przy stosowaniu niewłaściwej podsypki lub przy nieodpowiednim jej zagęszczeniu. Wystające trójniki to ewidentne błędy wykonawcze.
Fot. 3. Przykład uszkodzenia BAM – uszkodzenie spoiny
Najczęściej występujące uszkodzenia kanałów kamionkowych (rys. 2) to: wszelkiego rodzaju szczeliny (27% wszystkich zarejestrowanych uszkodzeń), połączenia wystające (22%), przemieszczone złącza (18%) oraz uszkodzone spoiny (15% ogólnej liczby uszkodzeń). Wszystkie te uszkodzenia mogą sprzyjać zjawiskom infiltracji wód gruntowych do wnętrza kanału (w sytuacji wysoko położonego zwierciadła wód gruntowych) oraz eksfiltracji ścieków z kanału do środowiska gruntowego (szczególnie jeżeli te uszkodzenia przebiegają w pobliżu lub poniżej zwierciadła ścieków w kanale).
Ogólna liczba uszkodzeń kanałów betonowych (31,7 uszkodzeń na 1 km przeliczeniowy kanału) jest o ok. 30% niższa niż kanałów kamionkowych. Inna jest także struktura poszczególnych uszkodzeń, co obrazuje rys. 2. Dominują w tych kanałach przeszkody w przepływie ścieków, typu odłożone osady (29% ogólnej liczby uszkodzeń), wadliwe połączenia (28%), rysy i szczeliny (21%) oraz wystające połączenia (13% ogólnej liczby uszkodzeń). Pozostałe 9% uszkodzeń nie występuje częściej niż pojedynczo na długości przeliczeniowej 1000 m przewodu.
W przypadku kanałów betonowych dużym problemem jest szorstkość materiału, która powoduje częste występowanie przeszkód przy przepływie ścieków. Podczas badań zlokalizowano ponad 9 takich miejsc na długości przeliczeniowej 1000 m kanału. Należy się jednak spodziewać, że liczba to została zaniżona, gdyż przed wprowadzaniem kamery do wnętrza kanału jest on uprzednio przepłukiwany. Niemniej wyniki badań potwierdzają, że ta znana wada eksploatacyjna przewodów betonowych w kanalizacji krakowskiej jest także widoczna.
W ostatnich dziesięciu latach można było zauważyć bardzo umiarkowane zainteresowanie betonem jako materiałem na przewody kanalizacyjne. Wiele firm próbuje powtórnie lansować ten materiał zarówno na studzienki, jak i prostki, przekonując nabywców nowoczesną formą wykonania, dobrymi właściwościami wytrzymałościowymi, przystępną ceną oraz długą żywotnością ocenianą przez niektórych producentów nawet na 100 lat.
W przewodach wykonanych z PCV stwierdzono podobną sumaryczną liczbę uszkodzeń jak w kanałach betonowych (różnica 2,4 uszkodzenia na długości 1 km, na korzyść przewodów betonowych). W kanałach wykonanych z polichlorku winylu dominują właściwie dwa rodzaje uszkodzeń: wadliwe połączenia (ponad 13 tego typu uszkodzeń na długości 1000 m) oraz odłożone na dnie kanału osady (także 13 tego typu uszkodzeń na długości przeliczeniowej 1000 m). Uszkodzenia te łącznie stanowią 78% wszystkich zlokalizowanych nieprawidłowości w kanałach z PCV. Konsekwencją uszkodzenia BAH jest także występowanie uszkodzenia BAJ (przemieszczone złącze) – prawie 6 tego typu nieprawidłowości na przeliczeniowym odcinku 1 km.
Rys. 1. Struktura materiałowa sieci kanalizacyjnych w Polsce [9]
W badanych kanałach zlokalizowano natomiast stosunkowo małą liczbę uszkodzeń związanych z deformacją kształtu (BAA) – niecałe 2 uszkodzenia na długości 1 km. Na ogół to uszkodzenie występuje dość powszechne przy przeglądzie technicznym przewodów z PCV, podobnie jak uszkodzenie BAH wynikające ze stosowania niewłaściwych uszczelek. Badania prowadzone w kolektorach ściekowych z PCV po ośmiu latach eksploatacji [12] wykazały, że deformacje kształtu (BAA) występowały już z częstością 30 uszkodzeń na przeliczeniowej długości 1000 m, jeszcze częściej występowały wady połączenia (100 uszkodzeń na długości 1 km), a to już są liczby zatrważające. Można zatem dojść do wniosku, że w okresie od pięciu do ośmiu lat eksploatacji przewodów z PCV lawinowo wzrasta liczba uszkodzeń typu BAA i BAH. Zastanawiająca jest także wysoka liczba uszkodzeń typu odłożone osady (BBC), zwłaszcza mając na uwadze małą szorstkość przewodów z PCV. Prawdopodobnie uszkodzenia te są konsekwencją tzw. kołyski, czyli niezachowaniem właściwego położenia niwelety dna kanału.
Rys. 2. Struktura i procentowy udział poszczególnych uszkodzeń kanałów wykonanych z PCV, beronu i kamionki
Wnioski
– Przeprowadzone badania stanu technicznego kanałów sanitarnych o średnicy 300 mm w Krakowie po pięcioletnim okresie eksploatacji wykazały największą liczbę uszkodzeń w kanałach kamionkowych (45,8 uszkodzeń na 1 km długości przewodu).
– Najczęściej występujące uszkodzenia w kanałach kamionkowych to szczeliny (27% wszystkich zarejestrowanych uszkodzeń), połączenia wystające (22%), przemieszczone złącza (18%) oraz uszkodzone spoiny (15% ogólnej liczby wszystkich uszkodzeń).
– Przyczyn wysokiej liczby uszkodzeń w kanałach kamionkowych upatruje się w błędach popełnionych na etapie prac wykonawczych.
– Na badanych odcinkach wykonanych z rur betonowych stwierdzono występowanie ok. 32 uszkodzeń na długości 1 km. W kanałach betonowych dominowały uszkodzenia typu odłożone osady (29% ogólnej liczby uszkodzeń), wadliwe połączenia (28%), rysy i szczeliny (21%) oraz wystające połączenia (13%).
– W przewodach wykonanych z PCV stwierdzono podobną sumaryczną liczbę uszkodzeń jak w kanałach betonowych. Uszkodzenia typu wadliwe połączenia (ponad 13 tego typu uszkodzeń na długości 1000 m) oraz odłożone na dnie kanału osady (także 13 tego typu uszkodzeń na długości przeliczeniowej 1000 m) stanowiły łącznie 78% wszystkich zlokalizowanych nieprawidłowości w kanałach z PCV.
– Pomimo stosunkowo krótkiego okresu eksploatacji w kanałach wykonanych z różnych materiałów występuje stosunkowo duża liczba uszkodzeń, które mogą być niebezpieczne dla środowiska przyrodniczego poprzez potencjalną możliwość eksfiltracji ścieków z kanału do gruntu. Proces ten po dłuższym okresie czasu może być przyczyną zapadnięć nawierzchni drogowej i innych groźnych katastrof budowlanych.
dr inż. Grzegorz Kaczor
adiunkt w Katedrze Inżynierii Sanitarnej i Gospodarki wodnej
Uniwersytet Rolniczy w Krakowie
mgr inż. Anna Przebinda
absolwentka Wydziału Inżynierii Środowiska i Geodezji
Uniwersytet Rolniczy w Krakowie
Bibliografia
1. GUS, Bank Danych Regionalnych, http://www.stat.gov.pl.
2. Ustawa z dnia 18 lipca 2001 r. – Prawo wodne, Dz.U. Nr 115, poz. 1229.
3. A. Kuliczkowski, D. Zwierzchowski, Uszkodzenia rur PVC badanych techniką wideo, Zeszyty Naukowe Politechniki Świętokrzyskiej, „Budownictwo” z. 42/2003, s. 217–224.
4. M. Kwietniewski, M. Leśniewski, Niezawodność przewodów kanalizacyjnych w świetle badań eksploatacyjnych, materiały II Nauk.–Tech. Konferencji „Bezpieczeństwo, niezawodność, diagnostyka urządzeń i systemów gazowych, wodociągowych, kanalizacyjnych, grzewczych”, Zakopane-Kościelisko, 2001, s. 205–217.
5. G. Kaczor, A. Przebinda, Analiza uszkodzeń kanałów sanitarnych z różnych materiałów w aspekcie potencjalnego zanieczyszczenia wód gruntowych, „Gaz, Woda i Technika Sanitarna” nr 9/2009, s. 28–29.
6. A. Kuliczkowski, E. Kuliczkowska, Katastrofy kanalizacyjne i ich przyczyny, „Inżynieria Bezwykopowa” nr 1/2008 (21), s. 32–36.
7. A. Kuliczkowski, D. Zwierzchowski, Badania kanalizacji techniką video, „Inżynieria Bezwykopowa” nr 2/1999 (05), s. 54–57.
8. B. Przybyła, Diagnostyka przewodów kanalizacyjnych, „Wodociągi-Kanalizacja”, nr 6/2005 (15), s. 23-24 i 26-27.
9. M. Kwietniewski, Rurociągi polietylenowe w wodociągach i kanalizacji, „Inżynieria Bezwykopowa”, nr 4/2004, s. 62–66.
10. A. Przebinda, Wykorzystanie inspekcji telewizyjnej do oceny stanu kanałów sanitarnych, praca magisterska napisana w Katedrze Inżynierii Sanitarnej i Gospodarki Wodnej, UR w Krakowie, 2008.
11. PN-EN 13508-2. Stan zewnętrznych systemów kanalizacyjnych. Część 2: System kodowania inspekcji wizualnej.
12. A. Przebinda, G. Kaczor, Ocena stanu technicznego wybranych przewodów sanitarnych z PCV w Krakowie na podstawie inspekcji telewizyjnej, „INSTAL” nr 10/2008 (288), s. 78–80.
Skomentuj ten artykuł na forum.
