Konstrukcje przewodów kanalizacyjnych

Cezary Madryas

Andrzej Kolonko

Leszek Wysocki

KONSTRUKCJE

PRZEWODÓW KANALIZACYJNYCH

Oficyna Wydawnicza Politechniki Wroc³awskiej Wroc³aw 2002

Recenzenci Józef DZIOPAK Andrzej KULICZKOWSKI Opracowanie redakcyjne Aleksandra WAWRZYNKOWSKA Projekt ok³adki

Zofia i Dariusz GODLEWSCY

© Copyright by Oficyna Wydawnicza Politechniki Wroc³awskiej, Wroc³aw 2002

OFICYNA WYDAWNICZA POLITECHNIKI WROC£AWSKIEJ Wybrze¿e Wyspiañskiego 27, 50-370 Wroc³aw

ISBN 83-7085-642-X

Spis treœci

Przedmowa . . . 9

1. HISTORIA ROZWOJU KANALIZACJI (A. Kolonko, C. Madryas) . . . 11

1.1. Kanalizacja w rozwoju cywilizacji technicznej . . . 11

1.1.1. Wprowadzenie . . . 11

1.1.2. Okres od powstania pierwszych cywilizacji do pocz¹tków naszej ery. . . 11

1.1.3. Akwedukty . . . 20

1.1.4. Okres od pocz¹tków naszej ery do koñca XIX wieku . . . 22

1.2. Rozwój kanalizacji miast polskich . . . 26

1.2.1. Wprowadzenie . . . 26

1.2.2. Historia kanalizacji Warszawy . . . 27

1.2.2.1. Okres przed rokiem 1878 . . . 27

1.2.2.2. Okres po 1878 roku . . . 27

1.2.3. Historia kanalizacji Wroc³awia . . . 31

1.2.3.1. Okres przed rokiem 1945 . . . 31

1.2.3.2. Okres po 1945 roku . . . 33

1.2.4. Historia kanalizacji Krakowa. . . 35

2. ROZWI¥ZANIA MATERIA£OWE PRZEWODÓW KANALIZACYJNYCH (A. Kolonko, C. Madryas, L. Wysocki) . . . 38

2.1. Przewody kamionkowe . . . 38

2.1.1. Etapy rozwojowe przewodów kamionkowych . . . 38

2.1.2. Surowce do produkcji rur kamionkowych . . . 38

2.1.3. Technologia produkcji . . . 39

2.1.4. W³aœciwoœci rur kamionkowych . . . 41

2.1.4.1. OdpornoϾ chemiczna . . . 41

2.1.4.2. Parametry wytrzyma³oœciowe kamionki i rur kamionkowych . . . 41

2.1.5. Z³¹cza rur kamionkowych . . . 42

2.1.5.1. Z³¹cza rur kamionkowych uk³adanych w wykopach otwartych . . . 42

2.1.5.2. Z³¹cza rur kamionkowych uk³adanych metodami bezwykopowymi . . . 45

2.1.6. Badania . . . 46

2.1.6.1. Wprowadzenie. . . 46

2.1.6.2. Wyznaczanie jednostkowej si³y niszcz¹cej FN . . . 47

2.1.6.3. Wyznaczanie wytrzyma³oœci na rozci¹ganie przy zginaniu σ_bz. . . 48

2.1.6.4. Wyznaczanie momentu niszcz¹cego przy zginaniu w kierunku pod³u¿nym (RMF) . . . 49

2.1.6.5. Badanie wodoszczelnoœci rur . . . 50

2.1.7. Typoszeregi rur kamionkowych . . . 50

2.1.8. Oznaczenia . . . 50

2.2.1. Materia³y konstrukcyjne . . . 53

2.2.2. Wykonawstwo kolektorów . . . 55

2.2.3. Kszta³ty przekrojów poprzecznych . . . 61

2.3. Przewody ¿eliwne . . . 63

2.3.1. Wprowadzenie . . . 63

2.3.2. ¯eliwo szare i sferoidalne . . . 64

2.3.3. Parametry wytrzyma³oœciowe ¿eliwa sferoidalnego . . . 66

2.3.4. Technologia produkcji metod¹ odlewania w formach piaskowych . . . 67

2.3.5. Technologia produkcji metod¹ odlewania odœrodkowego . . . 68

2.3.6. Obróbka koñcowa odlanych rur . . . 70

2.3.7. Pow³oki ochronne . . . 70

2.3.7.1. Wprowadzenie. . . 70

2.3.7.2. Zewnêtrzne pow³oki ochronne rur ¿eliwnych . . . 71

2.3.7.3. Wewnêtrzne pow³oki ochronne rur ¿eliwnych . . . 72

2.3.7.4. W³aœciwoœci wewnêtrznej wyk³adziny z zaprawy cementowej . . . 72

2.3.8. Z³¹cza rur ¿eliwnych . . . 75

2.3.9. Zakres zastosowañ . . . 78

2.3.10. Badania . . . 79

2.3.10.1. Wprowadzenie. . . 79

2.3.10.2. Badanie wytrzyma³oœci ¿eliwa na rozci¹ganie Rm. . . 80

2.3.10.3. Badanie wytrzyma³oœci przy zginaniu rury w kierunku pod³u¿nym . . . 81

2.3.10.4. Badanie sztywnoœci pierœcieniowej S . . . 82

2.3.10.5. Badanie szczelnoœci po³¹czeñ rur w przypadku nadciœnienia . . . 83

2.3.11.Oznaczenia . . . 83 2.4. Przewody betonowe . . . 83 2.4.1. Przewody monolityczne . . . 83 2.4.1.1. Wymagania materia³owe . . . 83 2.4.1.2. Rozwi¹zania konstrukcyjne . . . 88 2.4.2. Kolektory prefabrykowane . . . 88 2.4.2.1. Wymagania materia³owe . . . 88 2.4.2.2. Wymagania konstrukcyjne . . . 94 2.4.2.3. Produkcja rur . . . 95 2.4.3.4. Asortyment wyrobów . . . 96 2.5. Przewody stalowe . . . 100 2.5.1. Wprowadzenie . . . 100 2.5.2. Technologia produkcji . . . 101 2.5.3. Zabezpieczenia antykorozyjne . . . 105

2.5.4. Po³¹czenia rur stalowych z wyk³adzin¹ z zaprawy cementowej . . . 108

2.5.5. Asortyment produkcji . . . 112

2.5.6. Oznaczenia . . . 112

2.6. Przewody z polimerobetonu . . . 113

2.6.1. Wprowadzenie . . . 113

2.6.2. W³aœciwoœci polimerobetonu i wyprodukowanych z niego rur . . . 114

2.6.3. Technologia produkcji rur z polimerobetonu . . . 115

2.6.4. Typoszeregi rur z polimerobetonu . . . 117

5

2.6.6. Badania rur z polimerobetonu . . . 120

2.6.6.1. Badania materia³owe . . . 120

2.6.6.2. Badanie wodoszczelnoœci . . . 120

2.6.6.3. Badanie wytrzyma³oœci rur na obci¹¿enie zewnêtrzne . . . 121

2.6.7. Oznaczenia . . . 121

2.7. Przewody z tworzyw sztucznych. . . 122

2.7.1. Wiadomoœci wstêpne . . . 122

2.7.2. Przewody podatne z tworzyw termoplastycznych. . . 129

2.7.2.1. Wprowadzenie. . . 129

2.7.2.2. Przewody z polietylenu . . . 131

2.7.2.2.1. W³aœciwoœci polietylenu . . . 131

2.7.2.2.2. Produkcja i asortyment rur polietylenowych . . . 136

2.7.2.2.3. £¹czenie elementów polietylenowych . . . 138

2.7.2.3. Przewody z polichlorku winylu . . . 140

2.7.2.3.1. Produkcja rur z polichlorku winylu . . . 140

2.7.2.3.2. W³aœciwoœci rur z polichlorku winylu . . . 143

2.7.2.3.3. Po³¹czenia rur i elementów z PCW . . . 145

2.7.2.3.4. Asortyment wyrobów z PCW. . . 146

2.7.2.4. Przewody z polipropylenu . . . 147

2.7.2.4.1. Produkcja i w³aœciwoœci rur z polipropylenu . . . 147

2.7.2.4.2. Po³¹czenia rur i elementów z PP . . . 149

2.7.2.4.3. Asortyment wyrobów z PP . . . 150

2.7.3. Przewody z duroplastów . . . 151

2.7.3.1. Wiadomoœci wstêpne . . . 151

2.7.3.2. Produkcja rur GRP w procesie odlewania odœrodkowego . . . 152

2.7.3.3. Produkcja rur GRP w procesie nawojowym . . . 155

2.7.3.4. W³aœciwoœci i badania rur GRP . . . 156

2.7.3.5. Po³¹czenia rur i elementów z GRP . . . 161

2.7.3.6. Asortyment wyrobów . . . 163

2.7.4. Badania polimerów . . . 164

3. OBLICZENIA STATYCZNO-WYTRZYMA£OŒCIOWE PRZEWODÓW (A. Kolonko,C. Madryas, L. Wysocki) . . . 165

3.1. Przewody u³o¿one w wykopach . . . 165

3.1.1. Wprowadzenie . . . 165

3.1.2. Pocz¹tki rozwoju teorii obliczeniowych . . . 166

3.1.2.1. Pocz¹tki rozwoju teorii dotycz¹cych rur sztywnych . . . 166

3.1.2.2. Pocz¹tku rozwoju teorii dotycz¹cej rur podatnych . . . 168

3.1.3. Badania doœwiadczalne . . . 169

3.1.4. Wspó³czesne metody obliczeniowe . . . 170

3.1.4.1. Wprowadzenie. . . 170

3.1.4.2. Za³o¿enia do metod obliczeniowych . . . 171

3.1.4.2.1. Rury sztywne i podatne . . . 171

3.1.4.2.2. Wspó³praca uk³adu ruroci¹g–oœrodek gruntowy . . . 171

3.1.4.2.3. SztywnoϾ obwodowa rury . . . 172

3.1.4.2.4. Reologiczne w³aœciwoœci uk³adu ruroci¹g–oœrodek gruntowy . . . 172

3.1.5. Metoda skandynawska wymiarowania . . . 176

3.1.5.1. Omówienie metody . . . 176

3.1.5.2. Przyk³ad obliczeniowy . . . 182

3.1.6. Metoda wymiarowania wed³ug wytycznych ATV-DVWK-A127 . . . 183

3.1.6.1. Omówienie metody . . . 183

3.1.6.2. Przyk³ad obliczeniowy dla rury podatnej . . . 188

3.1.6.3. Za³o¿enia obliczeniowe dla rury sztywnej . . . 208

3.2. Przewody u³o¿one technikami bezwykopowymi . . . 208

3.2.1. Za³o¿enia teoretyczne . . . 208

3.2.2. Przyk³ad obliczeniowy . . . 217

3.3. Przewody ciœnieniowe . . . 219

3.3.1. Wprowadzenie . . . 219

3.3.2. Dobór gruboœci œcianki rury . . . 221

3.3.2.1. Ruroci¹gi u³o¿one poza oœrodkiem gruntowym . . . 221

3.3.2.2. Ruroci¹gi ciœnieniowe u³o¿one w gruncie . . . 224

3.3.3. Uderzenie hydrauliczne . . . 225

3.3.4. Bloki oporowe . . . 228

3.3.4.1. Zabezpieczanie ³uków . . . 228

3.3.4.2. Zabezpieczanie kszta³tek . . . 229

3.3.4.3. Zabezpieczenie zwê¿ek . . . 230

3.3.5. Zagadnienie rozszerzalnoœci termicznej . . . 231

4. WYKONAWSTWO PRZEWODÓW KANALIZACYJNYCH (C. Madryas, L. Wysocki) . . . 234

4.1. Wykonawstwo przewodów metod¹ wykopow¹ . . . 234

4.1.1. Roboty ziemne . . . 234

4.1.1.1. Podzia³ gruntów na kategorie . . . 234

4.1.1.2. Prace wstêpne . . . 234

4.1.1.3. Dobór sposobu odwodnienia wykopów . . . 236

4.1.1.4. Realizacja wykopów . . . 236

4.1.1.5. Sposoby zabezpieczania œcian wykopów . . . 238

4.1.1.6. Odkrycia wykopaliskowe . . . 241

4.1.2. Uk³adanie przewodów . . . 241

4.1.2.1. Uk³adanie przewodów posadowionych powy¿ej zwierciad³a wody gruntowej . . . 243

4.1.2.2. Uk³adanie przewodów posadowionych poni¿ej zwierciad³a wody gruntowej . . . 246

4.1.2.3. Uk³adanie ruroci¹gów na s³abych gruntach . . . 246

4.1.3. Wykonywanie prac w okresie obni¿onych temperatur . . . 246

4.1.4. Usuwanie obudowy wykopu . . . 247

4.1.5. Próba szczelnoœci . . . 247

4.2. Bezwykopowe techniki uk³adania przewodów kanalizacyjnych . . . 248

4.2.1. Historia rozwoju i podzia³ technik bezwykopowych . . . 248

4.2.2. Porównanie technik bezwykopowych . . . 252

4.2.3. Przeciski hydrauliczne (Pipe Jacking) . . . 254

4.2.3.1. Historia technologii i zakres jej stosowania . . . 254

4.2.3.2. Opis technologii . . . 255

7

4.2.3.4. Przyk³ad . . . 265

4.2.4. Mikrotunelowanie . . . 266

4.2.4.1. Historia technologii i zakres jej stosowania . . . 266

4.2.4.2. Opis technologii . . . 267

4.2.4.3. Dobór g³owicy . . . 269

4.2.4.4. Materia³owe rozwi¹zania rur stosowanych w mikrotunelowaniu . . . 271

4.2.4.5. Wymagania dotycz¹ce placu budowy . . . 271

4.2.4.6. Przyk³ady zastosowañ mikrotunelowania do budowy sieci kanalizacyjnej . . . 273

4.2.5. Przewierty sterowane (Horizontal Directional Drilling – HDD) . . . 275

4.2.5.1. Za³o¿enia techniki i zakres jej stosowania . . . 275

4.2.5.2. Badania geologiczne i rozpoznanie terenu . . . 275

4.2.5.3. Projektowanie przewiertu i placu budowy . . . 277

4.2.5.4. Wykonywanie otworu pilotowego . . . 279

4.2.5.5. Poszerzanie otworu pilotowego i monta¿ rury technologicznej . . . 280

4.2.5.6. Wybrane przyk³ady zastosowañ sterowanych metod budowy ruroci¹gów do budowy kanalizacji w Polsce . . . 281

4.2.6. Wiercenia kierunkowe (Directional Drilling) . . . 283

4.2.6.1. Opis technologii . . . 283

4.2.6.2. Przyk³ady zastosowañ metody do budowy przewodów kanalizacyjnych w Polsce . . . 285

4.2.7. Ekonomiczne aspekty stosowania metod bezwykopowych . . . 286

4.2.7.1. Wprowadzenie. . . 286

4.2.7.2. Ró¿nicowe kryterium kosztów . . . 287

4.2.7.3. Oceny wielostopniowe (procedury eksperckie) . . . 288

4.2.7.3.1. Metody oceniania technicznych cech przedsiêwziêcia . . . 288

4.2.7.3.2. Metody oceniania finansowych i spo³ecznych kosztów przedsiêwziêcia . . . 291

4.2.8. Kolizje z innymi obiektami . . . 294

5. BADANIA PRZEWODÓW KANALIZACYJNYCH (C. Madryas) . . . 296

5.1. Wprowadzenie . . . 296

5.2. Badania dla celów aprobacyjnych . . . 296

5.2.1. Za³o¿enia ogólne . . . 296

5.2.2. Badania chemiczne. . . 297

5.2.3. Badania makroskopowe . . . 298

5.2.4. Badania sztywnoœci obwodowej . . . 299

5.2.5. Okreœlanie si³y niszcz¹cej . . . 302

5.2.6. Wyznaczenie stopnia udarnoœci . . . 302

5.2.7. Szczelnoœæ po³¹czenia . . . 303

5.2.8. Wytrzyma³oœæ po³¹czeñ na rozerwanie . . . 304

5.2.9. Badania elementów komory roboczej i trzonu studzienki (krêgów) . . . 305

5.3. Badania eksploatacyjne . . . 306

5.3.1. Za³o¿enia ogólne . . . 306

5.3.2. Charakterystyka wybranych metod kontroli . . . 307

5.3.2.1. Kontrola wnêtrza przewodu . . . 307

5.3.2.2. Badanie szczelnoœci . . . 310

5.3.2.4. Badania struktury i gruboœci œcian przewodów metodami nieniszcz¹cymi . . . 316

5.3.2.5. Badania warunków gruntowych w otoczeniu kana³u. . . 320

5.3.2.6. Podsumowanie . . . 321

5.4. Przyk³ady badañ kolektorów kanalizacyjnych . . . 322

5.4.1. Kolektory ¿elbetowe . . . 322 5.4.1.1. Wprowadzenie. . . 322 5.4.1.2. Opis obiektów . . . 322 5.4.1.3. Opis badañ. . . 324 5.4.1.4. Wyniki badañ . . . 326 5.4.2. Kolektory ceglane . . . 330 5.4.2.1. Wprowadzenie. . . 330

5.4.2.2. Przyk³ady badanych kolektorów ceglanych . . . 330

5.4.2.2.1. Kolektor w ul. Nowy Œwiat i Ruskiej we Wroc³awiu . . . 330

5.4.2.2.2. Inne kolektory . . . 333

5.4.3. Podsumowanie . . . 335

6. STUDZIENKI KANALIZACYJNE (A. Kolonko, L. Wysocki) . . . 337

6.1. Wprowadzenie . . . 337

6.2. Wymagania. . . 339

6.3. Rozwi¹zania materia³owe studzienek kanalizacyjnych . . . 343

6.4. Po³¹czenia . . . 346

6.4.1. Po³¹czenia elementów studzienek kanalizacyjnych . . . 346

6.4.2. Po³¹czenia studzienek z przewodami kanalizacyjnymi. . . 348

6.5. Badania . . . 349

6.6. Inne obiekty na sieci . . . 350

7. ZAGRO¯ENIA KOROZYJNE W KANA£ACH ŒCIEKOWYCH (A. Kolonko, L. Wysocki) . . . 351

7.1. Przewody betonowe i murowane . . . 351

7.1.1. Rodzaje zagro¿eñ . . . 351

7.1.2. Podstawowe wymagania w zakresie ochrony przed korozj¹ . . . 352

7.1.3. Sposoby ochrony przed korozj¹ . . . 354

7.2. Przewody stalowe i ¿eliwne . . . 357

7.2.1. Rodzaje zagro¿eñ korozyjnych . . . 357

7.2.2. Podstawowe wymagania w zakresie ochrony przed korozj¹ . . . 359

7.2.3. Charakterystyka œrodowisk, czynników i procesów korozyjnych . . . 360

7.2.4. Sposoby ochrony ruroci¹gów przed korozj¹ . . . 363

9

Przedmowa

Przewody kanalizacyjne stanowi¹ jeden z najwa¿niejszych i najkosztowniejszych elementów podziemnej infrastruktury technicznej miast. Wymagaj¹ one tak¿e znacz-nych nak³adów na eksploatacjê. Niezmiernie wa¿ne jest zatem preferowanie takich roz-wi¹zañ projektowych, materia³owych i wykonawczych, które pozwalaj¹ na osi¹ganie jak najlepszej jakoœci budowli przy jak najmniejszych kosztach ³¹cznych, tzn. inwe-stycyjnych i eksploatacyjnych liczonych w odniesieniu do ca³ego okresu u¿ytkowania. Przez jakoœæ budowli nale¿y rozumieæ tu zdolnoœæ przewodów do realizacji ich funk-cji na wymaganym poziomie niezawodnoœci w za³o¿onym, zazwyczaj bardzo d³ugim, okresie eksploatacji. Zwi¹zane z tym wymagania dotycz¹ przede wszystkim d³ugotrwa³ej odpornoœci materia³ów na zniszczenia powodowane obci¹¿eniami mechanicznymi, che-micznymi i biologicznymi. O sukcesie przedsiêwziêcia decyduj¹ wiêc przede wszyst-kim przyjête rozwi¹zania konstrukcyjno-materia³owe projektowanych przewodów oraz sposób ich wybudowania. Szczególnego znaczenia nabiera tu problem kompleksowej analizy statyczno-wytrzyma³oœciowej, gdy¿ obci¹¿enia taborem komunikacyjnym, grun-tem, nierównomierne osiadania i wahania poziomu wody gruntowej tworz¹ niejedno-krotnie z³o¿one uk³ady obci¹¿eñ mechanicznych, których rozwi¹zania wymagaj¹ g³ê-bokiego rozumienia tematu. Zasadniczy wp³yw na obci¹¿enia mechaniczne maj¹ tak¿e technika instalowania rur oraz ich sztywnoœæ zale¿na od rodzaju konstrukcji. Ci¹g³a zmiana sk³adu chemicznego wód gruntowych i œcieków powoduje z kolei, ¿e dobór materia³u rur, maj¹cy podstawowy wp³yw na odpornoœæ przewodów, na obci¹¿enia che-miczne i biologiczne, staje siê znacz¹cym problemem.

W monografii przedstawiono historiê rozwoju kanalizacji miast, tradycyjne i naj-nowsze rozwi¹zania materia³owe przewodów, zasady obliczeñ statyczno-wytrzyma³o-œciowych ich konstrukcji oraz wykopowe i bezwykopowe techniki wykonawstwa. Ana-lizê problemów statyczno-wytrzyma³oœciowych wzbogacono o przyk³ady obliczenio-we, co – wobec braku krajowych normatywów dotycz¹cych projektowania konstrukcji ruroci¹gów podziemnych – mo¿e okazaæ siê bardzo przydatne. Wiele miejsca poœwiê-cono tak¿e problemowi ochrony przewodów przed korozj¹ chemiczn¹ i biologiczn¹. Przedstawiono ponadto wybrane techniki aprobacyjnych i eksploatacyjnych badañ prze-wodów, ilustruj¹c je przyk³adami w³asnych doœwiadczeñ w tym zakresie. Jeden z roz-dzia³ów poœwiêcono rozwi¹zaniom studni rewizyjnych jako budowli integralnie zwi¹-zanych z przewodami kanalizacyjnymi.

Ksi¹¿kê napisano na podstawie obszernych studiów literaturowych i wieloletnich, w³asnych doœwiadczeñ jej autorów, jakie wynikaj¹ z badañ przewodów kanalizacyj-nych wykonakanalizacyj-nych w Zak³adzie In¿ynierii Miejskiej Instytutu In¿ynierii L¹dowej Poli-techniki Wroc³awskiej. Jako koncepcjodawca uk³adu i treœci monografii stara³em siê je tak dobraæ, aby – nawi¹zuj¹c do historii rozwoju kanalizacji w miastach – przedsta-wia³y najnowsze rozwi¹zania materia³owe, konstrukcyjne i wykonawcze przewodów oraz zwi¹zane z tym obszary analiz teoretycznych i badañ. Ksi¹¿ka jest wynikiem pra-cy kierowanego przeze mnie zespo³u. Nazwiska autorów poszczególnych rozdzia³ów wymieniono w spisie treœci.

Opracowanie jest adresowane przede wszystkim do pracowników stosownych in-stytutów badawczych, ekspertów, projektantów, wykonawców, eksploatatorów sieci, producentów oraz dystrybutorów rur i studni, a tak¿e studentów wybranych wydzia-³ów wy¿szych uczelni technicznych. Przekazuj¹c Czytelnikom z wymienionych œrodo-wisk niniejsz¹ ksi¹¿kê, wyra¿am g³êbok¹ nadziejê, ¿e wychodzi ona naprzeciw ich ak-tualnym potrzebom i zainteresowaniom.

1. Historia rozwoju kanalizacji

1.1. Kanalizacja w rozwoju cywilizacji technicznej

1.1.1. Wprowadzenie

D¹¿enie do poprawy warunków ¿ycia charakteryzuje kolejne etapy rozwojowe ka¿-dej cywilizacji. Przejawem tego jest m.in. budowa przewodów doprowadzaj¹cych wodê pitn¹ oraz przewodów odprowadzaj¹cych œcieki, podjêta ju¿ w staro¿ytnych miastach. Pierwsze przewody funkcjonowa³y jako kana³y o przep³ywie grawitacyjnym. W histo-rycznym ujêciu rozwoju techniki kana³y budowano w celu doprowadzania wody pitnej do miast z wy¿ej po³o¿onych obszarów, najczêœciej z terenów podgórskich. Inne kana-³y budowano z myœl¹ o odprowadzaniu œcieków bytowo-gospodarczych do ni¿ej po³o-¿onych odbiorników, którymi najczêœciej by³y rzeki. Sieci wodoci¹gowe w dzisiejszym rozumieniu to uk³ady przewodów ciœnieniowych, które zaczê³y powstawaæ dopiero po wprowadzeniu ciœnieniowego przesy³u wody dziêki zastosowaniu wie¿ ciœnieñ lub od-powiednio wydajnych pomp. Londyñskie wodoci¹gi uwa¿ane s¹ za pierwsze w Euro-pie od czasów upadku Imperium Rzymskiego w roku 97 n.e. Powsta³y one doEuro-piero w roku 1582, gdy pochodz¹cy z Niemiec mechanik Peter Maurice zbudowa³ na Tami-zie pod mostem London Bridge stacjê pomp napêdzan¹ du¿ym ko³em wodnym. Stacja ta pompowa³a wodê z rzeki do miejskiej sieci wodoci¹gowej.

W rozdziale tym przedstawiono etapy rozwoju sieci kanalizacyjnych od staro¿ytno-œci do koñca XIX w., opracowane na podstawie wydanych publikacji [210, 156, 113, 72, 85, 81]. Omówiono ciekawsze rozwi¹zania konstrukcyjne, ilustruj¹c je rysunkami.

1.1.2. Okres od powstania pierwszych cywilizacji do pocz¹tków naszej ery

Na najstarsze œlady staro¿ytnych kana³ów natrafiono podczas badañ prowadzonych przez archeologów niemieckich w latach 1969–1975 na terenie dzisiejszej pó³nocnej Syrii. Podczas wykopalisk odkryto osadê nad brzegiem Eufratu w pobli¿u miejscowo-œci Habuba Kabira, gdzie w okresie od 3500 do 3000 roku p.n.e. istnia³a wysoko roz-winiêta cywilizacja. Znaleziono tam m.in. œlady kana³ów o przekrojach prostok¹tnych i ko³owych (z rur ceramicznych) doprowadzaj¹cych wodê pitn¹ i odprowadzaj¹cych œcieki bytowe. Prostok¹tne przekroje poprzeczne mia³y kana³y otwarte. Kana³y zag³ê-bione w gruncie budowane by³y z krótkich rur o zmiennym przekroju pod³u¿nym, w którym mo¿na by³o wyró¿niæ koniec bosy i kielich. Szczegó³y techniczne tego roz-wi¹zania przedstawiono na rys. 1.1.1 [85].

Rys. 1.1.1. Najstarsze elementy kana³ów kamionkowych znalezione na terenie dzisiejszej Syrii (3500–3000 r. p.n.e.)

W Egipcie przywi¹zywano du¿¹ wagê do czystoœci nie tylko w ci¹gu ¿ycia, ale tak-¿e po œmierci. Przyk³adem motak-¿e byæ grobowiec w pobli¿u miejscowoœci Saqquara u ujœcia Nilu z ok. 2700 roku p.n.e., w którym znajduje siê komora przeznaczona na toaletê dla zmar³ych. Bardzo interesuj¹cy system odprowadzania œcieków i wód opa-dowych rurami z blachy miedzianej odkryto w pobli¿u œwi¹tyni króla Sahure (2455–2443 p.n.e.). Schemat posadowienia takiego kana³u przedstawiono na rys. 1.1.2 [85], a jego widok w obecnym stanie na rys. 1.1.3 [85]. Wzmianki o wyposa¿eniu egip-skich domów w toalety mo¿na te¿ znaleŸæ w zapiskach Herodota (484–425 p.n.e.).

Oko³o roku 2510 p.n.e. w rozwiniêtych kulturach Œrodkowego i Dalekiego Wscho-du, a wiêc w miastach Mezopotamii i cywilizacji nad Indusem (obszar dzisiejszego Pakistanu) zak³adane by³y systemy kana³ów do odprowadzania œcieków do miejskich do³ów kloacznych. W Mezopotamii wesz³y do u¿ycia toalety, z których wyp³ukiwano

Rys. 1.1.2. Schemat posadowienia kana³u z rur miedzianych w staro¿ytnym Egipcie oko³o 2700 roku p.n.e.: a – rynna wy¿³obiona w kamieniu, b – miedziana rura os³oniêta zapraw¹ gipsow¹, c – kamienna p³yta przykrywaj¹ca

13

1.1. Kanalizacja w rozwoju cywilizacji technicznej

fekalia bezpoœrednio do kana³ów œciekowych. Kana³y œciekowe w miastach sumeryj-skich mia³y rozga³êzienia. Boczne kana³y odbiera³y œcieki z poszczególnych domów. Kana³y te by³y budowane z rur glinianych b¹dŸ murowane z wypalanych cegie³ i przykryte prostok¹tnymi p³ytami ceramicznymi (rys. 1.1.4) [85]. By³y one uk³adane z du¿ym spadkiem pod³u¿nym, co powodowa³o szybkie odprowadzanie œcieków do ka-na³ów g³ównych. Z samych budynków do kaka-na³ów bocznych prowadzi³y pionowe rury odp³ywowe stanowi¹ce instalacje wewnêtrzne. Rury te by³y u góry przykryte du¿ymi p³ytami, w œrodku których znajdowa³ siê okr¹g³y otwór wlotowy. Kana³y g³ówne by³y czêsto murowane i mia³y sklepienie kolebkowe (technika sklepienia kolebkowego po raz pierwszy zosta³a wykorzystana w roku 2605 p.n.e. w Egipcie przy budowie masta-by faraona Djosera i niezale¿nie w grobowcach nekropolii staro¿ytnego miasta Ur). G³ówne kana³y przebiega³y pod brukowanymi ulicami i odprowadza³y œcieki bezpo-œrednio do du¿ych rzek lub do centralnych do³ów podsadzkowych b¹dŸ odstojnikowych. Oko³o roku 2447 p.n.e. sumeryjskie miasto-pañstwo Ur po³o¿one na terenie dzisiej-szego po³udniowego Iraku (na po³udnie od Eufratu) zosta³o wyposa¿one w pe³ny sy-stem kanalizacyjny. Wykopaliska archeologiczne w Babilonie i Ninivie (staro¿ytne mia-sto na terenie dzisiejszego Iraku) daj¹ œwiadectwo, ¿e na tamtych terenach ju¿ w trzecim

Rys. 1.1.3. Obecny widok kana³u z rur miedzianych w staro¿ytnym Egipcie z oko³o roku 2700 p.n.e.

tysi¹cleciu przed nasz¹ er¹ nie tylko budowano kanalizacjê komunaln¹, ale tak¿e wy-posa¿ano niektóre budowle w sp³ukiwane toalety i umywalnie. Œwiadczy o tym pa³ac królewski Tell Asmar z ok. 2350 roku p.n.e. po³o¿ony na terenie Mezopotamii, w którym odkryto szeœæ toalet i murowany kana³ sklepiony odprowadzaj¹cy œcieki. Przyk³adowe rozwi¹zania systemów odprowadzania œcieków do gruntu poprzez stosowane w tam-tym okresie studnie ch³onne przedstawiono wraz ze szczegó³em konstrukcji kana³u z rur ceramicznych na rys. 1.1.5 [85].

Oko³o roku 2000 p.n.e. rozwija³a siê pe³na przepychu cywilizacja kreteñska. Pa³ace (m.in. w Knossos na Krecie) by³y wyposa¿one w wodoci¹gi i kanalizacjê oraz inne in-stalacje, jak np. ogrzewanie pomieszczeñ ciep³ym powietrzem. Oko³o roku 1810 p.n.e. w pa³acu w Mari (Mezopotamia) powsta³ podziemny system kanalizacyjny zbudowa-ny z gliniazbudowa-nych rur, po³¹czozbudowa-ny z miejsk¹ sieci¹ kanalizacyjn¹.

W Egipcie ju¿ oko³o roku 1580 p.n.e. stosowano kanalizacjê z regulacj¹ iloœci prze-p³ywu wody.

W tym czasie zakoñczono tak¿e budowê kolejnego monumentalnego pa³acu w Knos-sos. Do osobliwoœci architektonicznych zalicza siê przede wszystkim kanalizacjê oraz luksusowo urz¹dzone pokoje k¹pielowe. Zaopatrzenie w wodê odbywa³o siê ze studni,

Rys. 1.1.4. Schemat murowanego kana³u przykrytego p³ytami ceramicznymi z oko³o roku 2510 p.n.e.

15

ze zbiorników na wody opadowe (na potrzeby sanitarne) oraz z dalszych Ÿróde³ syste-mem rur z wypalanej gliny.

Zasady higieny u Izraelitów zosta³y œciœle opisane w Starym Testamencie, a nastêp-nie w Talmudzie. W Jerozolimie za czasów panowania króla Dawida (oko³o roku 1000 p.n.e.) budowano toalety oraz kana³y. Znany jest z tamtego okresu przykryty kolektor kanalizacyjny o przekroju prostok¹tnym i wymiarach 2,0×0,6 m oraz d³ugoœci ponad 600 m.

Na prze³omie IX i VIII w. p.n.e. w Transkaukazji [113] zosta³ zbudowany kana³ d³u-goœci oko³o 70 km doprowadzaj¹cy wodê pitn¹. Jego konstrukcja by³a mieszana: prze-biega³ on poszczególnymi odcinkami w ska³ach jako kana³ otwarty powierzchniowy lub zag³êbiony, a tak¿e jako kana³ w wykopie oraz jako kana³ drewniany. Z inskrypcji znajduj¹cych siê na ca³ej d³ugoœci kana³u wynika, ¿e zosta³ on wybudowany na rozkaz króla Menuasa oko³o roku 800 p.n.e. Kana³ ten jest czynny do dziœ i zaopatruje miasto Van w wodê do nawadniania upraw rolnych i ogrodowych.

W staro¿ytnej Smyrnie (dzisiejszy Izmir) znajduj¹ siê œlady przewodu do transpor-tu wody pitnej, wbudowanego odcinkami w mur obronny oko³o VIII–VII w. p.n.e. Kon-strukcja kana³u by³a wykonana z odpowiednio u³o¿onych kamieni. Podobny kana³ o wysokoœci 1,20 m i szerokoœci 0,60 m znajduje siê w Efezie.

W czasach staro¿ytnych w krajach arabskich przewody do transportu wody budo-wano najczêœciej z rur ceramicznych. Ich œrednica dochodzi³a nawet do 1000 mm w œwietle.

Du¿¹ wagê do higieny zaczêto przyk³adaæ w staro¿ytnej Grecji w wyniku kontak-tów z wy¿ej rozwiniêtymi miastami Bliskiego Wschodu i Egiptu, zw³aszcza w okresie od 750 do 650 roku p.n.e. W Atenach systemy doprowadzania wody pitnej (czêœciowo ciœnieniowe) i odprowadzania œcieków zaczê³y powstawaæ oko³o VI w. p.n.e., zastêpu-j¹c dotychczasowe do³y kloaczne. W nastêpnym stuleciu powsta³ na terenie ateñskiej

Rys. 1.1.5. Schematy odprowadzania œcieków do studni ch³onnych z oko³o 2350 roku p.n.e. 1.1. Kanalizacja w rozwoju cywilizacji technicznej

Agory tzw. Wielki Kana³ o przekroju prostok¹tnym. Jego konstrukcjê przedstawiono na rys. 1.1.6a oraz 1.1.6b [85]. W rzeczywistoœci nie by³ on a¿ tak wielki, mia³ oko³o 1,0 m wysokoœci i by³ zbudowany z ciosów kamiennych. Przykrycie stanowi³y p³yty kamienne. W trakcie eksploatacji do³¹czano do niego inne, mniejsze kana³y.

Podobnie jak w Persji i Syrii, tak¿e w miastach staro¿ytnej Grecji wodê pitn¹ do-starczano przewodami wyposa¿onymi w studzienki wentylacyjne. Przyk³adowo kana³ dostarczaj¹cy wodê z pobliskich terenów podgórskich do Aten by³ wyposa¿ony w 110 studzienek wentylacyjnych o œrednicach od 1,20 do 1,50 m, zbudowanych w rozstawie 40–50 m. W staro¿ytnych Atenach znajdowa³o siê 18 ró¿nych przewodów przeznaczo-nych zarówno do doprowadzania wody pitnej, jak i do odprowadzania œcieków byto-wo-gospodarczych. Jeden z nich doprowadza³ wodê z rzeki Ilissos. Ujêcie stanowi³a zbudowana pod dnem rzeki studzienka o przekroju kwadratowym (1,30×1,30 m), która

a)

b)

Rys. 1.1.6. Widok ogólny (a) i przekrój poprzeczny (b) Wielkiego Kana³u w Atenach z VII w. p.n.e.

17

³¹czy³a siê z kana³em posadowionym od 2,0 do 2,5 m pod skalistym korytem rzeki. Kana³ by³ wyposa¿ony w studzienki wentylacyjne o rozstawie od 57 do 65 m. Studzienki te spotyka siê po obu brzegach rzeki, co œwiadczy o tym, ¿e kana³ przecina³ jej bieg. Na terenie nizinnym kana³ by³ zbudowany jako otwarty. W XIX w. woda pitna by³a do-starczana do Aten starym przewodem, który w roku 1877 zosta³ gruntownie oczyszczony a¿ do ujêcia. Szerokoœæ kana³u o zag³êbieniu od 8,0 do 9,0 m wynosi³a 0,7 m, a wyso-koœæ 0,6 m. Œciany kana³u zosta³y uszczelnione zapraw¹ gipsow¹. Na odcinkach, gdzie kana³ przebiega przez spêkane ska³y lub przez tereny bez ska³, zastosowano murowan¹ konstrukcjê przewodu ze sklepieniem kamiennym. Œrednica studzienek wentylacyjnych w opisywanym przypadku wynosi³a od 1,20 do 1,50 m. Badania archeologiczne po-zwoli³y na odkrycie w pobli¿u Aten wodoci¹gu o d³ugoœci oko³o 2 km, zbudowanego zasadniczo z rur kamiennych o œrednicy 0,3 m i d³ugoœci od 1,2 do 1,5 m, a górny od-cinek przewodu – z rur ceramicznych i kamiennych o œrednicy 0,19 m, d³ugoœci 0,5 m i gruboœci œcianki 0,04 m. Rury kamienne stanowi³y jedynie wzmocnienie dla rur cera-micznych znajduj¹cych siê wewn¹trz tych pierwszych. W najg³êbiej u³o¿onych odcin-kach przewodu do rur kamiennych wprowadzano rury z o³owiu lub br¹zu.

Interesuj¹cy z technicznego punktu widzenia kana³ z tamtego okresu przebiega³ po-miêdzy Calandri¹ a Heraklej¹ nad Zatok¹ Tyrenck¹. Jego zag³êbienie osi¹ga³o miej-scami a¿ 45 m.

O antycznym tunelu w mieœcie Samus w Azji Mniejszej s³u¿¹cym jako kana³ do transportu wody pitnej wspomina Herodot (ok. 485–425 p.n.e.). W ten sposób dostar-czana by³a do miasta woda ze Ÿród³a na górze Castro. W tunelu, d³ugoœci oko³o 1000 m, szerokoœci i wysokoœci po 2,5 m, znajdowa³y siê rury z czerwonej gliny o œrednicy od 150 do 200 mm. Stosowano ponadto rury kamienne.

Pocz¹tki rozwoju kanalizacji w staro¿ytnym Rzymie wi¹¿¹ siê z wczeœniejszymi osi¹gniêciami kultury etruskiej (VIII–IV wiek p.n.e.). Stosowano wówczas usystema-tyzowane planowanie miast, uwzglêdniaj¹ce budowê otwartych kana³ów wzd³u¿ g³ów-nych ulic. Oko³o 610 roku p.n.e. za czasów panowania pi¹tego króla Rzymu Lucjusza Tarkwiniusza Priscusa (616–578 p.n.e.) powsta³ funkcjonalny system odprowadzania œcieków miejskich do Tybru g³ównym kana³em, zwanym Cloaca Maxima, który funk-cjonuje do czasów obecnych. Ogólny widok jego konstrukcji przedstawiono na rys. 1.1.7 [85], a przebieg kana³u w najstarszej czêœci Rzymu na rys. 1.1.8 [85].

Kanalizacja pocz¹tkowo by³a odkryta i s³u¿y³a g³ównie regulacji strumieni, osusze-niu bagnistej ziemi w kotlinie miêdzy wzgórzami oraz odprowadza³a nadmiar wody deszczowej. Do tego systemu wkrótce zaczêto powszechnie odprowadzaæ œcieki. Wzra-staj¹ce natê¿enie nieprzyjemnych zapachów spowodowa³o koniecznoœæ przykrycia ka-na³u sta³ym sklepieniem, co przeprowadzono w II wieku p.n.e. Przekrój poprzeczny kana³u Cloaca Maxima by³ bardzo zmienny; w pobli¿u ujœcia najszerszy, miejscami sze-rokoœæ i wysokoœæ kana³u pozwala³a na poruszanie siê ³odzi¹. Dno kana³u wy³o¿ono tufem (ska³a sk³adaj¹ca siê g³ównie z piasku i popio³ów wulkanicznych). Materia³em tym by³y te¿ wy³o¿one ulice w Rzymie. Œciany boczne kana³u by³y zbudowane z 3–5 warstw du¿ych bloków tufu. Pojedynczy blok by³ szeroki na 1 m, d³ugi na 2,5 m i

Rys. 1.1.8. Przebieg trasy rzymskiego kana³u Cloaca Maxima

19

Rys. 1.1.9. Przyk³adowe przekroje poprzeczne rzymskiego kana³u Cloaca Maxima

soki na 0,8 m. Spoiny nie by³y wype³nione zapraw¹, lecz spinano kamienne bry³y ¿ela-znymi ³ukowatymi klamrami pokrytymi o³owiem. Kolebkowe sklepienia kana³u by³y zbudowane z kliñców, u³o¿onych w siedmiu do dziewiêciu warstwach, spojonych ze sob¹ ponad kr¹¿yn¹. Miejscami kana³ by³ przykryty tylko grubymi p³ytami kamienny-mi, a na innych odcinkach sklepieniem ceglanym. W wielu miejscach w kanale Cloaca Maxima zbudowano studzienki, do których doprowadzano œcieki domowe. Budowni-czowie rzymscy byli te¿ prekursorami wspó³czesnego betonu. Do budowy sklepieñ ka-na³ów stosowali oni mieszankê z zaprawy wapiennej i kruszywa naturalnego lub z okru-chów cegie³, któr¹ wylewano na wczeœniej przygotowane deskowanie. Przekroje poprzeczne kana³u Cloaca Maxima przedstawiono na rys. 1.1.9 [85].

Podobnie jak w Rzymie, tak¿e w miastach prowincji pierwsze kana³y œciekowe po-wsta³y pod koniec VII wieku p.n.e. Równie¿ wiele warowni wyposa¿ono w kana³y œcie-kowe. W obozach wojskowych kana³y spe³nia³y wiele zadañ: odbiera³y œcieki, dreno-wa³y grunty i odprowadza³y wody opadowe. Czêsto w takich przypadkach kana³y nie koñczy³y siê przy rzece, lecz mniej lub bardziej przypadkowo; œlepo przy murach for-tyfikacji, w polu, w oszalowanych drewnem b¹dŸ omurowanych rowach otaczaj¹cych obóz. Zdarza³o siê te¿, ¿e system œciekowy zamkniêtym pierœcieniem otacza³ obozowi-sko.

Oko³o roku 97 p.n.e. Sekstus Julius Frontinius opublikowa³ pracê na temat kutych i lutowanych rur o³owianych. Od tego czasu rozpoczynaj¹ siê nowe mo¿liwoœci zaopa-trywania miast w wodê. Nie zdawano sobie wówczas sprawy z zagro¿eñ, jakie niesie woda pitna ska¿ona toksycznym o³owiem. Rury o przekroju owalnym lub w kszta³cie kropli wody by³y wykonywane z odpowiednio giêtej blachy. W staro¿ytnym Rzymie przewody z rur o³owianych by³y bardzo rozpowszechnione jako rozdzielcze, doprowa-dzaj¹ce wodê do poszczególnych budynków. Mia³y one od 2 do 3 m d³ugoœci i gruboœæ œcianki oko³o 7 mm, a ich œrednica wewnêtrzna wynosi³a zwykle 100 mm. Poszczegól-ne rury ³¹czono ze sob¹ przez lutowanie.

1.1.3. Akwedukty

Grawitacyjny transport wody pitnej z uwagi na ukszta³towanie terenu bywa³ nie-kiedy trudny do realizacji. W IV w. p.n.e., buduj¹c kana³y doprowadzaj¹ce wodê pitn¹ do miast z du¿ych odleg³oœci, napotykano problemy techniczne zwi¹zane z przejœcia-mi w poprzek g³êbokich dolin. Rozwi¹zanie stanowi³y interesuj¹ce konstrukcje in¿y-nierskie znane jako akwedukty. Ich budowa by³a jednak bardzo kosztowna i pracoch³on-na. Dlatego przy wiêkszych przeszkodach (du¿e ró¿nice poziomów) stosowano tañsze rozwi¹zanie w postaci przewodów ciœnieniowych (przejœcia syfonowe), co zosta³o za-pocz¹tkowane oko³o roku 180 p.n.e. System ten umo¿liwia³ te¿ rozprowadzanie wody w miastach. Do tego celu staro¿ytni Grecy i Rzymianie u¿ywali rur kamiennych, cera-micznych oraz o³owianych. W Chinach stosowano tak¿e rury bambusowe. Przyk³adem przejœcia syfonowego z wykorzystaniem rur o³owianych jest romañski akwedukt pod Lyonem, który sk³ada³ siê z dziewiêciu równoleg³ych przewodów z rur o³owianych o œrednicy od 300 do 450 mm i gruboœci œcianki 25 mm pozwalaj¹cej na przeniesienie ciœnienia wewnêtrznego dochodz¹cego do 0,6 MPa (6 atm).

Akwedukty to w¹skie i wysokie budowle o murowanej konstrukcji ³ukowej (rodzaj arkad), na których wspiera³ siê kana³ w formie rynny. Najczêœciej stosowanym mate-ria³em by³a kostka kamienna, a ³uki wykonywano przewa¿nie z kliñca. W celu zabez-pieczenia przed zanieczyszczeniami oraz zmniejszenia nagrzewania siê wody promie-niami s³onecznymi kana³y czêsto przykrywano. Przekroje poprzeczne samych kana³ów by³y zró¿nicowane. Na akweduktach wielopiêtrowych, na kolejnych piêtrach uk³adano przewody, które w Rzymie dostarcza³y wodê nie bezpoœrednio do u¿ytkowników, lecz do centralnego zbiornika, tzw. zamku wodnego. Z niego z kolei woda przep³ywa³a do kilku zbiorników bocznych, z których zasilano ³aŸnie miejskie, domy oraz fontanny i zbiorniki publiczne.

Pierwszy akwedukt Aqua Appia w Rzymie zbudowano w roku 312 p.n.e. Na Wscho-dzie (Asyria, Babilon, Egipt, Persja) akwedukty budowano jeszcze wczeœniej, bo ju¿ w X w. p.n.e.

Najwa¿niejsz¹ budowl¹ s³u¿¹c¹ doprowadzeniu wody pitnej do Konstantynopola by³ akwedukt zbudowany w roku 386 naszej ery, dwupiêtrowy o wysokoœci 22,70 m i d³u-goœci 1170 m. W XIX w. bywa³ on jeszcze u¿ywany w sytuacjach awaryjnych.

Jedn¹ z najwspanialszych budowli zastosowanych do transportu wody by³ akwedukt staro¿ytnej Kartaginy o d³ugoœci 132 km, zbudowany przez Rzymian w II w. naszej ery. Zniszczony zosta³ dopiero w XVII w. przez muzu³manów. Do dziœ zachowa³ siê odcinek tego akweduktu w pobli¿u Tunisu. Jego wysokoœæ wynosi 8 m, rozstaw pod-pór 4,5 m, a ich szerokoœæ 4,0 m. W niektórych miejscach wysokoœæ tego akweduktu osi¹ga³a ponad 15 m. W rejonach o zimniejszym klimacie przy przejœciach kana³ów nad dolinami z wykorzystaniem akweduktów nale¿a³o uwzglêdniæ wp³ywy termiczne. Chodzi³o tu przede wszystkim o zabezpieczenie kana³u przed zamarzaniem wody. W takich przypadkach zwiêkszano gruboœæ œcian oraz przekrycia, które dodatkowo po-krywano warstw¹ gruntu, stanowi¹cego skuteczn¹ izolacjê termiczn¹.

21

Do najbardziej znanych tego rodzaju budowli mo¿na zaliczyæ akwedukt w Segovii w Hiszpanii o d³ugoœci 1800 m, zbudowany w latach od 98 do 117 naszej ery na roz-kaz cesarza Trajana. Jego konstrukcjê stanowi 177 ³uków z ciosów granitowych u³o¿o-nych bez u¿ycia zaprawy o wysokoœci do 30 m. Akwedukt ten przetrwa³ do naszych czasów.

Podobnie dobrze zachowany romañski akwedukt znany jako Pont du Gard, z koñca I w. p.n.e., znajduje siê w dolinie rzeki Gardon po³o¿onej w pobli¿u miasta Nîmes w po³udniowej Francji. Budowlê t¹ przedstawiono na rys. 1.1.10 [113].

Zasadnicz¹ konstrukcjê kana³u stanowi¹ dwa du¿e ³uki, na których wspiera siê ro-dzaj arkad tworz¹cych oparcie dla kana³u. Kana³ ten wznosi siê na 48 m ponad dnem doliny. Jego przekrój poprzeczny to prostok¹t o wysokoœci 1,30 m i szerokoœci 1,20 m. Kana³ przykryty jest kamiennymi p³ytami. Gruboœæ inkrustacji (twardych osadów) na pocz¹tku XX w. wynosi³a 0,30 m, w wyniku czego szerokoœæ kana³u w œwietle zo-sta³a zmniejszona do 0,60 m.

1.1. Kanalizacja w rozwoju cywilizacji technicznej

Interesuj¹ce XIX-wieczne akwedukty znajduj¹ siê na trasie kana³u transportuj¹ce-go wodê pitn¹ dla Wiednia. Jeden z nich, w pobli¿u miejscowoœci Leobersdorf, o d³u-goœci 285 m ma 13 podpór oko³o 3,80 m wysokoœci. Inny, w okolicach miejscowoœci Mauer, ma równie¿ d³ugoœæ 285 m oraz 13 podpór o wysokoœci do 15,0 m. Kolejny, w pobli¿u miejscowoœci Speising, ma d³ugoœæ 190 m oraz 7 podpór o wysokoœci do 23,0 m. Najd³u¿szy w okolicach miejscowoœci Baden ma d³ugoœæ 675 m oraz 41 pod-pór o wysokoœci do 23,0 m. Najbli¿szy Wiednia, w pobli¿u miejscowoœci Liesing ma 665 m d³ugoœci oraz 43 podpory o wysokoœci do 17,0 m. Rozwi¹zanie konstrukcyjne tego akweduktu przedstawiono na rys. 1.1.11 [113].

Rys. 1.1.10. Schemat konstrukcji romañskiego akweduktu pod Nîmes w po³udniowej Francji z I w. p.n.e. ( przekrój pod³u¿ny 1:1000; przekrój poprzeczny 1:100)

Rys. 1.1.11. Schemat konstrukcji XIX-wiecznego akweduktu doprowadzaj¹cego wodê pitn¹ do Wiednia (1:500)

1.1.4. Okres od pocz¹tków naszej ery do koñca XIX wieku

W pierwszym wieku naszej ery ³¹czna d³ugoœæ przewodów doprowadzaj¹cych wodê do Rzymu wynosi³a 423 km. W tym okresie w „Wiecznym Mieœcie” rozpoczê³a siê na du¿¹ skalê budowa akweduktów. Dla zaopatrzenia miasta w wodê zbudowano 14 sieci z³o¿onych z d³ugich akweduktów. Przyk³adowo, kana³ Aqua Marcia mia³ 91,6 km d³u-goœci, z czego 11 km przebiega³o na akweduktach. Inny kana³ – Aqua Julia – mia³ 23 km d³ugoœci, z czego 9,6 km przebiega³o na akweduktach. Zbudowany za panowania cesa-rzy Klaudiusza i Trajana kana³ Aqua Claudia sk³ada³ siê z dwóch równoleg³ych prze-wodów, prowadzonych na d³ugich odcinkach na akweduktach (³¹cznie ponad 15 km). Wiele akweduktów powsta³o tak¿e w koloniach rzymskich.

W okresie od IX do XII w. n.e. okres rozkwitu prze¿ywa³y miasta Po³udniowej Ameryki. Przejawem wysokiego rozwoju tamtejszych cywilizacji by³a m.in. budowa sieci kanalizacyjnych.

W Europie w kolejnych wiekach po okresie Wêdrówek Ludów (IV–VII w.) zanik³a troska o sprawy zwi¹zane z higien¹, co w czasach œredniowiecza objawia³o siê bra-kiem zainteresowania czystoœci¹ w gospodarstwach domowych i na ulicach. Wodami opadowymi nie przejmowa³ siê nikt, podobnie jak œciekami bytowo-gospodarczymi, które by³y wylewane wprost na ulice (czasem bezpoœrednio przez okna) albo do ro-wów biegn¹cych wzd³u¿ ulic. W rezultacie czêsto wybucha³y groŸne epidemie dzie-si¹tkuj¹ce ludnoœæ. Troska o higienê istnia³a jedynie w klasztorach oraz na zamkach. W³aœnie przy doprowadzaniu wody do zamków, ju¿ w po³owie XV w. znalaz³y pierw-sze zastosowania rury z ¿eliwa szarego. Najstarszy przewód doprowadzaj¹cy wodê do zamku w Dillenburgu zbudowano w roku 1455 [81]. Jego œrednica wewnêtrzna wyno-si³a 40 mm, a d³ugoœæ poszczególnych rur oko³o 1 m. Gruboœæ œcianek by³a bardzo zró¿-nicowana z uwagi na prymitywn¹ technologiê wykonywania odlewu. W ówczesnym czasie by³o to jednak du¿e osi¹gniêcie techniczne. W roku 1562 w miejscowoœci Lan-gensalza powsta³ wodoci¹g o d³ugoœci oko³o 1000 m do zasilania studni ratusza. Prze-wód sk³ada³ siê z rur ¿eliwnych o d³ugoœciach 1,75 m i œrednicach wewnêtrznych 115 lub 145 mm. Odlewanie rur w œredniowieczu by³o bardzo trudne przy ówczesnym

sta-23

nie techniki. Œwiadczy o tym fakt, ¿e na pocz¹tku XVII w. w wytwórni ¿eliwa w miej-scowoœci Altenau w Harzu tygodniowo odlewano zaledwie 25 rur. Powodowa³o to, ¿e ruroci¹g o d³ugoœci oko³o 6 km budowano ponad szeœæ lat, poniewa¿ tyle czasu wyma-ga³o wyprodukowanie potrzebnej liczby rur.

Wœród zaniedbanych pod wzglêdem higieny œredniowiecznych miast korzystnym wyj¹tkiem by³o Bunzlau na Œl¹sku (obecnie Boles³awiec), gdzie ju¿ w roku 1531 roz-poczêto budowê sieci kanalizacyjnej po uprzednim zabezpieczeniu dop³ywu œwie¿ej wody. Œcieki komunalne nie by³y wprowadzane bezpoœrednio do rzeki, lecz doprowa-dzano je i rozkraplano na nisko po³o¿onych ³¹kach i ogrodach. Zastosowane urz¹dze-nia wykorzystywano a¿ do pocz¹tku XX w.

Powstanie nowoczesnych systemów kanalizacyjnych wi¹za³o siê z tzw. rewolucj¹ przemys³ow¹ i towarzysz¹cym jej gwa³townym rozwojem miast. Tak du¿a koncentra-cja ludzi przy jednoczesnym braku systemowych rozwi¹zañ problemów sanitarnych sta-nowi³a powa¿ne zagro¿enie dla zdrowia. Wybuch epidemii cholery w roku 1831 zde-cydowanie przyœpieszy³ prace nad popraw¹ takiego stanu. Znacz¹ce zmiany w podejœciu do przestrzegania zasad higieny mia³y pocz¹tkowo miejsce w Anglii, gdzie w roku 1842 w ramach podjêtych dzia³añ Edwin Chadwick opracowa³ „Raport o warunkach sani-tarnych klasy pracuj¹cej Wielkiej Brytanii”. Wydano ca³y szereg przepisów zawartych w akcie „Public Health Act” opublikowanym w roku 1848, co sprawi³o, ¿e przestrze-ganie zasad higieny sta³o siê spraw¹ obligatoryjn¹. Wzrost œwiadomoœci zachowania podstawowych zasad higieny dotyczy³ nie tylko Anglii, ale ca³ego cywilizowanego œwia-ta. Na du¿¹ skalê prowadzono prace projektowe i realizacjê systemów dostarczania czy-stej wody pitnej oraz odprowadzania œcieków. Dzia³ania te nie by³y w pe³ni przemy-œlane. Usuwanie fekaliów wraz ze œciekami bytowo-gospodarczymi bezpoœrednio do odbiorników, którymi w praktyce by³y najczêœciej rzeki, w po³¹czeniu z gwa³townym rozwojem miast i przemys³u doprowadzi³o do drastycznego zanieczyszczenia wód. Spo-wodowa³o to problemy z pozyskiwaniem wody pitnej, gdy¿ ta pobierana z rzeki nada-wa³a siê raczej do celów sanitarnych. W celu przeciwdzia³ania takiej sytuacji w roku 1858 opracowano szereg przepisów dotycz¹cych ochrony rzek przed zanieczyszczaniem, szczególnie na obszarach silnie zurbanizowanych. Przestrzeganie tych przepisów po-nownie umo¿liwi³o pobieranie wody pitnej bezpoœrednio z rzek. W praktyce oznacza-³o to koniecznoœæ nowych inwestycji. Przyk³adowo w Londynie w latach 1860–1875 zbudowano 30 km kana³ów, którymi ³adunek zanieczyszczeñ wprawdzie odp³ywa³ z miasta, jednak nie znika³, lecz powodowa³ zanieczyszczenia rzeki na dalszym odcin-ku. Interesuj¹c¹ budowl¹ in¿yniersk¹ z tego okresu jest 154-kilometrowy przewód do-prowadzaj¹cy wodê do Manchesteru. Tworzy go murowany kana³ o d³ugoœci 58 km, 47 tuneli o ³¹cznej d³ugoœci 23 km oraz 73-kilometrowy ruroci¹g ¿eliwny. Na trasie przewodu znajduj¹ siê liczne akwedukty [113].

Pierwsze prace projektowe dotycz¹ce sieci kanalizacyjnych w Niemczech by³y pro-wadzone pod kierunkiem in¿ynierów angielskich. Oni te¿ nadzorowali wykonawstwo. W nowoczesnym podejœciu do projektowania kanalizacji charakterystyczne by³o roz-patrywanie ca³ej sieci, a nie tylko poszczególnych kana³ów. Przy projektowaniu

kroju kana³u uwzglêdniano zarówno iloœæ dop³ywaj¹cych œcieków, jak i spadek pod³u¿ny kana³u. Przewidywano dodatkowe urz¹dzenia do wentylowania i czyszczenia kana³ów, starannie dobierano materia³y konstrukcyjne. Z czasem in¿ynierowie niemieccy zdo-byli tak du¿e doœwiadczenie, ¿e w po³¹czeniu z rozwojem nauki Niemcy sta³y siê czo-³owym krajem w dziedzinie techniki kanalizacyjnej. Najs³ynniejsi projektanci znani w ca³ej ówczesnej Europie to przede wszystkim Anglicy – Lindley (ojciec i synowie) i Gordon oraz Niemcy – Hobrecht i Wiebe.

Pierwszym miastem w Niemczech, w którym od podstaw zaprojektowano system kanalizacyjny by³ Hamburg. Tam w³aœnie, po wielkim po¿arze w roku 1842, dla zni-szczonych dzielnic miasta opracowano projekt odbudowy, a William Lindley (1808– 1900) opracowa³ dostosowany do niego projekt sieci wodoci¹gowej i kanalizacyjnej. On tak¿e nadzorowa³ budowê obu sieci. W roku 1853 rozbudowana sieæ kanalizacyjna obs³ugiwa³a tak¿e pozosta³¹ czêœæ miasta. W latach 1871–1875 zbudowano wielki ko-lektor zbiorczy, którym œcieki z prawobrze¿nej czêœci miasta dop³ywa³y do rzeki Elby. Niewiele du¿ych miast by³o w stanie ze wzglêdów ekonomicznych rozwi¹zaæ kom-pleksowo problem œcieków jak to zrobiono w Hamburgu. Uda³o siê tego dokonaæ we Frankfurcie nad Menem, gdzie w³adze miasta postanowi³y zbudowaæ sieæ kanalizacyj-n¹. W tym celu ju¿ w roku 1863 wys³ano do Anglii grupê specjalistów. Opracowany przez nich plan sta³ siê podstaw¹ obecnego systemu kanalizacyjnego. Zosta³ on oczy-wiœcie w miêdzyczasie bardzo rozbudowany.

W œlady Hamburga i Frankfurtu nad Menem posz³y inne miasta. W Berlinie skana-lizowaniem miasta interesowano siê ju¿ od roku 1856. Pierwszy kompleksowy projekt sieci kanalizacyjnej dla Berlina opracowa³ równie¿ Wiebe. Przewidywa³ on zebranie wszystkich œcieków i odprowadzenie ich w jednym miejscu do rzeki Szprewy (Spree), co wymaga³o ich podniesienia do poziomu odbiornika w stacji pomp. Projekt ten nie doczeka³ siê jednak realizacji. Dopiero w latach 1876–1872 zrealizowany zosta³ pro-jekt sieci kanalizacyjnej opracowany przez Hobrechta. Zak³ada³ on podzia³ miasta na niezale¿ne obszary, z których œcieki odprowadzano do ró¿nych odbiorników w zale¿-noœci od sytuacji. Z najni¿ej po³o¿onych terenów œcieki przepompowywano na pobli-skie pola irygacyjne.

W Pary¿u ju¿ w roku 1824 by³o oko³o 35 km kana³ów ogólnosp³awnych, w tym s³yn-ny kana³ Kloaka Pary¿a pod Bulwarem Sewastopolskim o szerokoœci 5,0 m i wysoko-œci 4,0 m. W œrodku p³yty dennej mia³ wykszta³con¹ kinetê o szerokowysoko-œci 1,5 m i g³êbo-koœci 2,0 m. Wewn¹trz kana³u znajdowa³y siê ¿eliwne przewody wodoci¹gowe.

Wspomniany William Lindley by³ autorem projektów sieci wodoci¹gowych i kana-lizacyjnych nie tylko dla Hamburga, ale i dla wielu innych miast europejskich, takich jak: Peszt, Bazylea, Petersburg oraz kilku miast polskich.

W tym okresie kana³y o ma³ych œrednicach budowano g³ównie z kamionki, do bu-dowy kana³ów o wiêkszych przekrojach u¿ywano natomiast ceg³y i kamienia. W po³o-wie XIX w. pojawi³y siê nowe materia³y konstrukcyjne – beton i ¿elbet. Znalaz³y one zastosowanie tak¿e do budowy kana³ów sanitarnych. Przyk³adowe przekroje kana³ów budowanych w koñcu XIX w. przedstawiono na rys. 1.1.12 [72].

25 2,00 2,22 0 ,328 1,48 0,933 1,40 1, 4 0 0,25

Rys. 1.1.12. Typowe przekroje XIX-wiecznych kana³ów

Rys. 1.1.13. Drewniany przewód wodoci¹gowy z prze³omu XV i XVI w. odkopany w 2000 roku w ul. Piaskowej we Wroc³awiu

Wczeœniej, oprócz najstarszych rur ceramicznych, jeszcze w XIX w. stosowano rury kamienne; m.in. w DreŸnie w roku 1848 wybudowano przewód z przewierconych cio-sów piaskowca pozyskiwanego w Szwajcarii Saksoñskiej. W Pradze przewody do trans-portu wody by³y wykonane z przewierconego marmuru.

Przed wprowadzeniem rur ¿eliwnych w XV w. bardzo rozpowszechnione by³y rury drewniane produkowane z przewiercanych pni drzew iglastych. £¹czniki wykonywa-no z kutego ¿elaza. Pozosta³oœci takich instalacji w dalszym ci¹gu s¹ odkopywane, np. we Wroc³awiu – rys.1.1.13.

W po³owie XIX w. do rozprowadzania wody oprócz najczêœciej stosowanych rur ¿eliwnych u¿ywano czasem tzw. rury asfaltowe. Produkowano je z szerokiej taœmy pa-pierowej nawijanej na sztywny cylinder. Jednoczeœnie taœmê impregnowano rozto-pionym asfaltem. Przez nawijanie kolejnych warstw uzyskiwano projektowan¹ gruboœæ œcianki. Rury od wewn¹trz pokrywane by³y warstw¹ wodoodpornego pokostu, a od ze-wn¹trz drobnym ¿wirem zmieszanym z lakierem asfaltowym. £¹czono je ze sob¹ spe-cjalnymi ³¹cznikami, a szczelnoœæ po³¹czeñ uzyskiwano, u¿ywajac uszczelek gumowych lub doszczelniaj¹c kitem asfaltowym. Rury te wkrótce zosta³y ca³kowicie zast¹pione przez rury ceramiczne i betonowe.

Na prze³omie XIX i XX w. przewody ciœnieniowe praktycznie budowano jedynie z rur ¿eliwnych dla œrednic powy¿ej 30 mm oraz z rur o³owianych dla œrednic od 10 do 30 mm (wyj¹tkowo tak¿e do 80 mm).

1.2. Rozwój kanalizacji miast polskich

1.2.1. Wprowadzenie

Pierwszy kompleksowy projekt kanalizacji na ziemiach polskich opracowa³ w roku 1869 niemiecki in¿ynier Wiebe dla Gdañska. Realizacja tego przedsiêwziêcia zosta³a ca³kowicie zakoñczona w roku 1871. Historiê rozwoju systemów kanalizacyjnych miast w naszym kraju nale¿y jednak wi¹zaæ przede wszystkim z postaciami in¿. Wiliama Lin-dleya, twórcy za³o¿eñ systemu wodoci¹gowo-kanalizacyjnego dla Warszawy, bêd¹cej wówczas pod zaborem rosyjskim oraz jego syna, dra in¿. sir Wiliama Heerleina Lin-dleya, który ten projekt zrealizowa³. Sir Wiliam Heerlein Lindley, podobnie jak jego ojciec, dzia³a³ g³ównie na terenie ówczesnych Niemiec. Jednak w koñcu 1881 roku, po wycofaniu siê ojca z czynnego ¿ycia zawodowego, przej¹³ po nim wszystkie rozpoczê-te prace w Niemczech, a wkrótce rozpocz¹³ samodzieln¹ dzia³alnoœæ poza granicami tego kraju. Do jego prac wykonanych na terenie ówczesnej Polski zalicza siê projekty i ich realizacje oraz opinie w sprawie skanalizowania i zaopatrzenia w wodê miasta £odzi (1907–1909), Lwowa (1909), Radomia (1912) i W³oc³awka (1910–1914). Jed-nak najwiêcej energii poœwiêci³ realizacji systemu wodoci¹gowo-kanalizacyjnego miasta Warszawy (1881–1915). Podobny rozwój sieci kanalizacyjnych nast¹pi³ w ówczesnych miastach niemieckich na zachodnich ziemiach obecnej Polski. Tu tak¿e na prze³omie wieku dzia³ali ojciec i syn Lindleyowie. Nieco inaczej przedstawia siê historia rozwo-ju kanalizacji na obszarach by³ego zaboru austriackiego, dlatego, dla stworzenia w miarê pe³nego obrazu rozwoju kanalizacji w naszym kraju, rozwój systemów kanalizacji miast polskich przedstawiono na przyk³adzie Warszawy, Wroc³awia i Krakowa. Tym bardziej, ¿e systemy kanalizacyjne tych miast s¹ ciekawymi systemami nie tylko w skali kraju, ale tak¿e na terenie Europy. Ró¿norodnoœæ obiektów oraz czas ich budowy sprawiaj¹, ¿e przedstawione informacje s¹ reprezentatywne dla sieci kanalizacyjnych w innych zabytkowych miastach, rozwijaj¹cych siê w podobnych warunkach topograficznych i cywilizacyjnych.

27

1.2.2. Historia kanalizacji Warszawy*

1.2.2.1. Okres przed rokiem 1878

Do koñca XVIII wieku sposób usuwania œcieków z terenu miasta nie ró¿ni³ siê za-sadniczo od systemów stosowanych w tamtym okresie w wiêkszoœci miast europejskich. Œcieki z gospodarstw domowych i wody opadowe sp³ywa³y bezpoœrednio do Wis³y lub lokalnych cieków rowami otwartymi, które w niektórych przypadkach zastêpowano krytymi kana³ami drewnianymi albo murowanymi. Kana³y powstawa³y przede wszyst-kim w dzielnicach staromiejskich i obszarach z nimi s¹siaduj¹cych, jednak nie stano-wi³y one zaplanowanego systemu. W literaturze tematu z 1879 roku (Kucharzewski F., Przegl¹d Techniczny, zeszyt VII, 1978) [244] opisanych jest 11 takich kana³ów, które by³y ca³kowicie murowane lub murowane z drewnianym stropem i kinet¹. Autor pu-blikacji wspomina ponadto o kana³ach drewnianych w ulicach Pañskiej, ¯elaznej, Kroch-malnej, Nowogrodzkiej i Marsza³kowskiej. Œcieki w Alejach Jerozolimskich sp³ywa³y cembrowanym rowem.

Nieczystoœci z do³ów kloacznych wywo¿ono beczkami poza miasto i rozlewano na polach, zakopywano w ziemi lub zrzucano wprost do Wis³y. Dopiero w drugiej po³o-wie XIX po³o-wieku zaczêto budowaæ do³y kloaczne o œcianach murowanych z ceg³y na za-prawie cementowej. Stan taki utrzymywa³ siê do 1874 roku, kiedy to komisja miasta Warszawy pod przewodnictwem Alfonsa Grotowskiego (in¿yniera wodoci¹gu miejskie-go), po zwiedzeniu uk³adu kanalizacji ogólnosp³awnej Hamburga i Frankfurtu nad Me-nem, zawnioskowa³a zlecenie Williamowi Lindleyowi zaprojektowanie dla Warszawy systemu podobnego do kanalizacji we Frankfurcie.

Zlecenie opracowania projektu zosta³o przes³ane Williamowi Lindleyowi 20 maja 1876 roku, a termin jego zakoñczenia ustalono na 15 maja 1878 roku.

1.2.2.2. Okres po 1878 roku

Zgoda na budowê systemu kanalizacji w Warszawie zosta³a wydana przez cara Ale-ksandra III w dniu 21 kwietnia 1881 roku, a budowê systemu pod kierownictwem sir Wiliama Heerleina Lindleya (syna Williama) rozpoczêto w sierpniu tego roku.

Za³o¿enia projektu kanalizacji Warszawy przewidywa³y:

• usuwanie œcieków komunalnych, przemys³owych i wód opadowych poprzez sieæ szczelnych kana³ów ogólnosp³awnych,

• zakaz odprowadzania do kanalizacji nieczystoœci z do³ów kloacznych,

• wyburzanie wszystkich istniej¹cych kana³ów w miarê rozbudowy nowej sieci, • wprowadzenie klozetów wodnych,

• lokalizacjê stacji filtrów w najwy¿szym po³o¿eniu sieci w celu u³atwienia jej prze-p³ukiwania,

• przep³ukiwanie sieci œciekami spiêtrzanymi na systemie zasuw kana³owych,

* _{Historiê kanalizacji Warszawy opisano na podstawie prac [7, 36, 244].}

Rys.1.2.1. Kana³ murowany o przekroju jajowym:

a) profil pod³u¿ny i plan sytuacyjny – fragmenty, b) przekrój pionowy a)

29

• u³o¿enie kana³ów na g³êbokoœci umo¿liwiaj¹cej odprowadzenie œcieków z piwnic i obni¿enie wody gruntowej w celu osuszenia piwnic,

• skierowanie wszystkich p³ynnych œcieków na pola irygowane po³o¿one na Bielañ-skich Terenach Wojskowych; urz¹dzanie stacji pomp i pól ulega³o jednak sta³ym modyfikacjom ze wzglêdu na rozwój technik oczyszczania œcieków.

Do obliczeñ iloœci œcieków ze zlewni obszar Warszawy podzielono na dwie strefy: • œrodkow¹ o powierzchni 262 ha obejmuj¹c¹ Stare Miasto oraz pas wzd³u¿

Krakow-skiego Przedmieœcia i Nowego Œwiatu, przyjmuj¹c gêstoœæ zaludnienia 376 mie-szkañców/ha,

• zewnêtrzn¹ o powierzchni 1270,8 ha i gêstoœci zaludnienia 323 mieszkañców/ha; do obliczeñ iloœci œcieków sanitarnych pochodz¹cych z gospodarstw domowych (w czasie bezopadowym) przyjêto zu¿ycie wody wodoci¹gowej 226 l/mieszkañca/dobê oraz liczbê mieszkañców równ¹ 500 000.

Sieæ kana³ów podzielono na trzy rodzaje:

• kana³y boczne, odprowadzaj¹ce œcieki i wody opadowe z niewielkich fragmentów zlewni do kana³ów g³ównych,

• kana³y g³ówne, odprowadzaj¹ce œcieki i wody opadowe z kana³ów bocznych, • kana³y burzowe, odprowadzaj¹ce wody opadowe najkrótsz¹ drog¹ do Wis³y

pod-czas ulewnych deszczy poprzez przelewy wody z kana³ów g³ównych.

Przekroje kana³ów murowanych zaprojektowano jako jajowe w oœmioelementowym typoszeregu wymiarowym zmieniaj¹cym siê w zakresie od 1,8×1,42 do 0,9×0,6 m. Przyk³ad kana³u z tego typoszeregu przedstawiono na rys.1.2.1 [7].

Jak widaæ, zamieszczone na rys 1.2.1a opisy s¹ w jêzyku rosyjskim, gdy¿ budowla ta powstawa³a podczas zaboru rosyjskiego tej czêœci Polski.

W systemie znalaz³y siê ponadto przewody o przekroju ko³owym ∅0,40 m i ∅0,30 m. Po³¹czenia kana³ów bocznych z kana³ami g³ównymi oraz rozga³êzienia kana³owe za-projektowano po ³ukach (przewa¿nie o promieniu 7,5 m) stycznych do osi kana³ów g³ów-nych. Œcieki z rynsztoków ulicznych oraz przykanalików domowych zrzucano do ka-na³ów przez zamkniêcia syfonowe. Projektant przewidzia³ skuteczny system przewie-trzania kana³ów. W tym celu we wszystkich wy¿szych punktach komór rewizyjnych i sklepieñ kana³ów zaprojektowano (w odleg³oœciach oko³o 40 m) przewietrzniki z pio-nowymi kominami rurowymi, doprowadzonymi do studzienek przewietrznikowych umieszczanych pod jezdniami. T¹ drog¹ powietrze dop³ywa³o do kana³ów, sk¹d by³o odprowadzane przez rury spustowe dla wód opadowych.

Ze wzglêdu na topografiê miasta system kanalizacyjny podzielono na sieæ kana³ów górnego miasta, Powiœla i Pragi. Projekt szczegó³owy skanalizowania Pragi zosta³ przed³o¿ony przez W.H. Lindleya w 1900 roku. Podstawowe za³o¿enia tego projektu by³y zbie¿ne z za³o¿eniami projektu g³ównego, które zosta³y omówione powy¿ej.

Zasadnicza sieæ kana³ów zosta³a wykonana zgodnie z projektem generalnym z 1878 roku. Na terenie Wielkiej Warszawy system wybudowano na podstawie projektu dra in¿. K. Poniatowskiego z uwzglêdnieniem zmian wprowadzanych przez Dyrekcjê Wo-doci¹gów i Kanalizacji, wynikaj¹cych z korekt przestrzennego rozwoju miasta.

Jako materia³u do budowy przewodów (do 1936 roku w³¹cznie) u¿ywano: • ceg³y, w przypadku przewodów o wiêkszych przekrojach poprzecznych, • rur kamionkowych o œrednicach od ∅300 mm do ∅400 mm.

Dopiero po roku 1936 zaczêto stosowaæ inne tworzywa konstrukcyjne do budowy kana³ów o poœrednich wymiarach przekroju miêdzy kamionkowymi i ceglanymi. Po-wsta³y wtedy kana³y betonowe, ¿elbetowe oraz ¿eliwne i piaskowcowe jako przykana-liki domowe. Kinety kana³ów betonowych wykonywano z bloków kamionkowych, klin-kieru, ceg³y lub betonu wy³o¿onego p³ytkami kamionkowymi lub pirogranitowymi.

Przewody budowano na g³êbokoœciach od 4 do 12 metrów w wykopach i technika-mi bezwykopowytechnika-mi. Przy budowie kana³ów w wykopach otwartych uwzglêdniano ko-niecznoœæ zapewnienia przejazdu dla osób zamieszka³ych w rejonie budowy, stra¿y po¿arnej, pogotowia ratunkowego i innych s³u¿b zwi¹zanych z bezpiecznym funkcjo-nowaniem miasta. W celu zabezpieczenia skarp g³êbokich wykopów wykonywano obu-dowy z bali drewnianych (o gruboœci 63 mm i d³ugoœci 5 m), rozpieranych dobieran¹ do warunków lokalnych liczb¹ rzêdów rozpór z bali drewnianych o œrednicy 140–200 mm. Metody bezwykopowe (tunelowanie) stosowano w celu zmniejszenia kosztów dla kana³ów u³o¿onych na g³êbokoœciach wiêkszych od 7 m lub w przypadkach przejœæ pod budynkami, cmentarzem i kolej¹ oraz ruchliwymi ulicami w celu zachowania ci¹g³oœci ruchu. Odleg³oœci pomiêdzy szybami (w zale¿noœci od wyników przeprowadzanych badañ gruntowo-wodnych) wynosi³y od 80 do 120 m. Z szybów koñcowych tunelowa-nie odbywa³o siê w jednym kierunku, a z szybów poœrednich w dwóch. Zabezpiecze-nia wyrobisk wykonywano z klepek drewZabezpiecze-nianych o gruboœci 38–50 mm opartych na stalowych ramach z profili teowych, których rozstaw i wymiary dobierano na podsta-wie obliczeñ statyczno-wytrzyma³oœciowych. Kana³y o mniejszych przekrojach (0,60×1,10 m) murowano na ca³ym obwodzie w sekcjach pomiêdzy ramami z jedno-czesnym usuwaniem ram. W przypadku kana³ów o wiêkszych wymiarach wykonywa-no w pierwszej kolejwykonywa-noœci czêœæ sp¹gow¹ na ca³ym odcinku pomiêdzy szybami, z pozostawieniem przerw w miejscach zajêtych przez ramy. W drugim etapie budowano górne sklepienie, usuwaj¹c stopniowo ramy i wykañczaj¹c doln¹ i górn¹ czêœæ kana³u. Urobek, zarówno w przypadku prac wykonywanych w wykopie jak i technikami bezwykopowymi, transportowano rêcznie – ³opatami lub przy u¿yciu kub³ów i rêcz-nych dŸwigów trójno¿rêcz-nych. Mechanizacjê robót stosowano podczas wytwarzania be-tonu i w pracach odwodnieniowych.

W gruntach drobnoziarnistych o ma³ym wspó³czynniku filtracji w celu odwodnie-nia wykopów stosowano pompowanie ci¹g³e, d³ugotrwa³e, pompami o ma³ych wydaj-noœciach zatopionymi w wierconych studniach depresyjnych. W celu utrudnienia wy-p³ukiwania drobnych cz¹stek gruntu za obudowê wykopu z bali zak³adano maty ze s³omy. Po zakoñczeniu wykopu i ustaleniu linii depresji dno wykopu stabilizowano mie-szank¹ piaskowo-t³uczniow¹, a dla odprowadzenia wody do ni¿ej po³o¿onych miejsc uk³adano ci¹gi drenarskie (od ∅75 do ∅100 mm).

Kana³y z rur kamionkowych uszczelniano sznurem oraz preparatami smo³owymi i uk³adano na ubitej warstwie t³ucznia zmieszanego z piaskiem. Kana³y prze³azowe

31

z ceg³y lub betonu posadawiano na fundamentach betonowych, a w s³abych gruntach na ¿elbetowych.

Do 1939 roku wybudowano 345 km sieci kanalizacyjnej (z czego 180 km przed ro-kiem 1914) we wschodniej czêœci Bielan, na ¯oliborzu, Ochocie, Mokotowie i na Ka-mionku. W okresie przed drug¹ wojn¹ œwiatow¹ rozpoczêto ponadto budowê sieci ka-nalizacyjnej na Saskiej Kêpie. Pozosta³e tereny Warszawy skanalizowano dopiero po zakoñczeniu wojny.

Obecnie system kanalizacji miasta Warszawy sk³ada siê z dwóch niezale¿nych uk³a-dów kanalizacyjnych [36]:

• lewobrze¿nego, o powierzchni oko³o 267 km2_{, z którego œcieki s¹ zrzucane do}

Wi-s³y bez oczyszczenia,

• prawobrze¿nego, o powierzchni oko³o 230 km2_{, z którego œcieki s¹ kierowane do}

oczyszczalni Czajka.

Oba systemy obs³uguj¹ ³¹cznie oko³o 1,5 mln mieszkañców oraz 81 zak³adów prze-mys³owych. Zdecydowan¹ wiêkszoœæ sieci zbudowano po drugiej wojnie œwiatowej. Z ogólnej liczby 2366 km przewodów (dane z roku 1998), 915 km to kana³y o przekro-jach prze³azowych. Pod wzglêdem struktury i uzbrojenia sieæ sk³ada siê z: przewodów ogólnosp³awnych (1016 km), przewodów sanitarnych (664 km), przewodów deszczo-wych (686 km), studni rewizyjnych (46 812 sztuki), przewietrzników (12 050 sztuk), wpustów ulicznych (30 444 sztuki), bocznych wejœæ (932 sztuk), komór pomiarowych (112 sztuk) i zsypów œniegowych (48 sztuk).

Z przedstawionych informacji widaæ, ¿e Warszawski system kanalizacyjny obs³u-guje znaczn¹ powierzchniê i charakteryzuje siê du¿¹ intensywnoœci¹ uzbrojenia. Stan techniczny konstrukcji przewodów jest zró¿nicowany, przy czym szczególnie s³abe pod wzglêdem konstrukcyjnym s¹ kana³y budowane w latach 70. XX stulecia.

1.2.3. Historia kanalizacji Wroc³awia*

1.2.3.1. Okres przed rokiem 1945

Pierwsze pisane wzmianki na ten temat pojawi³y siê w 1272 roku za panowania Hen-ryka IV Prawego (Probusa), który wyda³ przywilej zezwalaj¹cy miastu na pobór wody z rzeki Odry dla wodoci¹gów i zasilania fos miejskich oraz na odprowadzanie œcie-ków. O ile wodoci¹gi budowane by³y wtedy jako system przewodów z drewna, o tyle œcieki sp³ywa³y bezplanowo rynsztokami, otwartymi kana³ami i ulicami do rzek Odry i O³awy. Dopiero w 1514 roku wydano pierwsze zarz¹dzenie zabraniaj¹ce zrzutu œcie-ków powy¿ej czerpalni wody z Odry, które powtórzono w 1574 roku w celu zwiêksze-nia rygorów ochrony rzeki przed zanieczyszczaniem jej w pobli¿u ujêæ. W 1581 roku wykopano kana³ pomiêdzy murami miejskimi i Odr¹, umo¿liwiaj¹cy kontrolowane od-prowadzenie œcieków z miasta.

*_{Historiê kanalizacji Wroc³awia opisano na podstawie prac [8, 245].}

Dalsza poprawa warunków sanitarnych, daj¹ca pocz¹tek obecnemu systemowi ka-nalizacyjnemu miasta, nast¹pi³a dopiero w latach 60. dziewiêtnastego stulecia. Wtedy to, podczas rozbiórki miejskich fortyfikacji, zmieniono koryto rzeki O³awy, uk³adaj¹c w starych korytach rzecznych kilka kolektorów kanalizacyjnych odprowadzaj¹cych œcie-ki do Odry. Pomimo to powtarzaj¹ce siê ju¿ w nastêpnej dekadzie epidemie cholery doprowadzi³y do powo³ania w 1871 roku komisji do spraw polepszenia warunków sa-nitarnych, która w 1872 roku zatwierdzi³a ogólny plan kanalizacji miasta. Przewidy-wa³ on odprowadzenie œcieków systemem przewodów ogólnosp³awnych i oczyszcza-nie ich na polach irygowanych. Projekt techniczny przedsiêwziêcia zosta³ ukoñczony w 1874 roku, a jego realizacja siedem lat póŸniej. Wybudowano wtedy piêæ g³ównych kolektorów doprowadzaj¹cych œcieki do pompowni Port, sk¹d by³y one t³oczone na usy-tuowane poza obszarem ówczesnego miasta pola irygowane, które systematycznie po-wiêkszano, dokupuj¹c nowe tereny. Wymaga³o to budowy nowych pompowni: i tak, w roku 1908 wybudowano pompowniê Rakowiec, a w latach 1909–1910 pompowniê Szczytniki. W tym te¿ okresie (1910–1911) zmodernizowano pompowniê Port. Po oczy-szczeniu, pocz¹tkowo œcieki by³y odprowadzane do rzeki Widawy, a w póŸniejszym okresie, do nowo wybudowanego kana³u powodziowego i Starej Odry.

Mimo imponuj¹cych, jak na owe czasy, rozmiarów przedsiêwziêcia wydolnoœæ sy-stemu wkrótce okaza³a siê niewystarczaj¹ca i ju¿ w 1919 roku przyst¹piono do budo-wy 28 przelewów burzobudo-wych (przy 19 istniej¹cych) oraz modernizacji sieci, po zakoñ-czeniu której mia³a ona 354,7 km d³ugoœci. W 1928 roku przy³¹czono do Wroc³awia satelitarne osady posiadaj¹ce w³asne systemy odprowadzania i oczyszczania œcieków. Tak¿e póŸniej, w latach 1932-36 pojawi³y siê lokalne oczyszczalnie œcieków budowa-ne dla powstaj¹cych wtedy osiedli mieszkaniowych.

Przewody kanalizacyjne o mniejszych œrednicach budowano w zasadzie z rur ka-mionkowych, a o wiêkszych wymiarach – jako konstrukcje ceglane. Wyodrêbniæ mo¿-na bardzo wiele ró¿nych przekrojów kamo¿-na³ów, przy czym przekrój mo¿-najwiêkszego ko-lektora zbudowanego z ceg³y wynosi 290×390 cm, a najmniejszego, wykonanego z rur kamionkowych – 25 cm. Przyk³ad murowanego kana³u z ceg³y o przekroju jajowym, wybudowanego w 1893 roku, przedstawiono na rys.1.2.2 [8] zachowuj¹c oryginalne, niemieckojêzyczne opisy.

Z ceg³y budowano tak¿e pompownie, piaskowniki, studnie rewizyjne, przelewy i inne obiekty. Wyj¹tkowo, w dzielnicach z póŸniej budowan¹ kanalizacj¹ rozdzielcz¹, nie-które przewody deszczowe o przekroju ko³owym lub jajowym wykonano z betonu.

W 1939 roku powierzchnia Wroc³awia, licz¹cego wówczas 620 tysiêcy mieszkañ-ców, wynosi³a 17 464 ha. Sieæ kanalizacyjna przy³¹czaj¹ca do systemu 16 243 nieru-chomoœci mia³a wtedy 635 km d³ugoœci wraz z burzowcami i ruroci¹gami t³ocznymi, a pola irygowane 1620 ha powierzchni. Wielokrotna rozbudowa kanalizacji, a tak¿e po-³o¿enie Wroc³awia na p³askim terenie implikuj¹ce ma³e spadki kana³ów spowodowa³y, ¿e system wymaga³ budowy 14 pompowni i 12 podstacji. Odró¿nia go to od systemów w miastach zlokalizowanych na terenach o bardziej zró¿nicowanej rzeŸbie terenu, gdzie odprowadzenie œcieków odbywa siê w pe³ni grawitacyjnie.

33

W trakcie oblê¿enia Wroc³awia w 1945 roku urz¹dzenia wodno-kanalizacyjne zo-sta³y bardzo mocno zniszczone. Po wojnie zlokalizowano 3000 powa¿nych uszkodzeñ ruroci¹gów wodoci¹gowych i 700 uszkodzeñ przewodów kanalizacyjnych spowodo-wanych uderzeniami pocisków i bomb. Pierwsze ujêcie wody uruchomiono ju¿ 5 maja 1945 roku, jednak prace w celu zaopatrzenia ca³ego miasta w wodê i przywrócenia uk³a-dowi kanalizacyjnemu sprawnoœci sprzed wojny trwa³y do 1952 roku.

1.2.3.2. Okres po 1945 roku

Lata powojenne to kolejne etapy rozbudowy systemu wodoci¹gowo-kanalizacyjne-go miasta zwi¹zane z jewodoci¹gowo-kanalizacyjne-go rozrostem terytorialnym, zwiêkszaj¹c¹ siê liczb¹ mieszkañ-ców oraz rozwojem budownictwa mieszkaniowego, us³ugowego i przemys³owego. W konsekwencji tych dzia³añ sieæ kanalizacyjna Wroc³awia w roku 1998 sk³ada³a siê z 407 km kana³ów ogólnosp³awnych, 328 km kana³ów sanitarnych, 51 km kana³ów de-szczowych i 265 km przykanalików domowych. Ten ogromny przyrost d³ugoœci sieci zwi¹zany by³ przede wszystkim z dalsz¹ rozbudow¹ terytorialn¹ aglomeracji, wynika-j¹c¹ z budowy w latach 70. i 80. kilku osiedli mieszkaniowych o rozproszonej zabudo-wie. Wiêkszoœæ inwestycji wodoci¹gowo-kanalizacyjnych obejmowa³a zatem obrze¿a miasta, pozostawiaj¹c obs³ugê jego zabytkowego centrum przywróconemu do

u¿ytko-Rys. 1.2.2. Kana³ jajowy o konstrukcji ceglanej wybudowany we Wroc³awiu w 1893 roku 1.2. Rozwój kanalizacji miast polskich

wania systemowi kanalizacji sprzed 1945 roku. Rewaloryzacja starej zabudowy, trwa-j¹ca do po³owy lat 80., polega³a g³ównie na naprawach konstrukcji ocala³ych z wojny budynków oraz zmianie ich wyposa¿enia technicznego, w tym urz¹dzeñ sanitarnych. Czêsto natomiast nie odbudowywano obiektów zupe³nie zniszczonych, pozostawiaj¹c w wielu miejscach niezabudowane dzia³ki po ich odgruzowaniu.

Zak³adano, ¿e stara sieæ kanalizacyjna przez d³u¿szy okres bêdzie w stanie obs³u-¿yæ odbudowan¹ w ten sposób po dzia³aniach wojennych zabudowê w centrum miasta. Pomimo mniejszej intensywnoœci zabudowy, zmiana liczby mieszkañców, wyposa¿eñ sanitarnych budynków i œwiadomoœci spo³ecznej spowodowa³y znacz¹cy wzrost zu¿y-cia wody, a tym samym iloœci œcieków sanitarnych. Œrednia produkcja wody w 1950 roku wynosi³a 18 mln m3_{, a w roku 1970 a¿ 46 mln m}3_{, przy wzroœcie liczby}

mieszkañ-ców z 269 tys. do 524 tys. Dla porównania, produkcja wody w 1941 roku, do której by³a dostosowana sieæ sanitarna, wynosi³a 40 mln m3_{. Mimo tak intensywnego}

wzro-stu iloœci wody i powodowanych tym pierwszych oznak hydraulicznego przeci¹¿enia sieci, deficyt wody w dalszym ci¹gu wystêpowa³. Wtedy te¿ podjêto decyzjê o budo-wie zak³adu uzdatniania wody „Mokry Dwór”, którego realizacjê zakoñczono w 1974 roku. Oddanie zak³adu poprawi³o bilans wodny miasta powoduj¹c dalsze przeci¹¿enia sieci kanalizacyjnej. W 1976 roku podjêto wiêc decyzjê o budowie Centralnej Oczy-szczalni Œcieków we wroc³awskim osiedlu Janówek oraz dwóch strategicznych kolek-torów ogólnosp³awnych Odra i Œlêza. Wzrostowi iloœci œcieków sprzyja³a tak¿e zmia-na charakteru zagospodarowania zlewni. Zwiêkszanie powierzchni uszczelnionych w zwi¹zku z rozwojem budownictwa komunikacyjnego i intensyfikacj¹ zabudowy, szcze-gólnie po rozpoczêtej w po³owie lat 80. zabudowie wolnych dzia³ek w centrum miasta, spowodowa³y zwiêkszone zrzuty wód opadowych, wynikaj¹ce ze wzrostu œredniej war-toœci wspó³czynnika sp³ywu oraz wzrost iloœci œcieków sanitarnych. W konsekwencji znacz¹ca liczba kana³ów pracuje podczas intensywnych opadów pod ciœnieniem, do którego nie s¹ przystosowane ich konstrukcje i nie odbiera wszystkich wód opadowych, co powoduje podtapianie ulic i ni¿ej po³o¿onych pomieszczeñ budynków. Degradacjê przewodów przyœpiesza ponadto wzrost chemicznej agresywnoœci œcieków i wód grun-towych, a tak¿e wzrost obci¹¿eñ mechanicznych, powodowany zmian¹ struktury i intensywnoœci ruchu ko³owego przy braku obwodnic.

Stosowane w okresie powojennym materia³y to przede wszystkim, w przypadku prze-wodów nieprze³azowych – beton, kamionka i ¿eliwo, a w przewodach prze³azowych – ¿elbet i beton sprê¿ony. Zaniechano zupe³nie stosowania ceg³y do budowy kana³ów, a w póŸniejszym okresie tak¿e do innych elementów systemu: studzienek rewizyjnych, pompowni i obiektów oczyszczalni œcieków. W latach 70. zaczêto stosowaæ tworzywa sztuczne: pocz¹tkowo PCW (nieplastyfikowany polichlorek winylu), nastêpnie PEHD (polietylen du¿ej gêstoœci), a w ostatnich dwóch dekadach XX wieku – rury kompozy-towe GRP (Glass Reinforced Plastic) oraz rury PRC z betonu polimerowego (Polye-ster Resin Concrete).