鋼管柱內(nèi)虹吸式雨水管一次澆注施工技術(shù)

王長健 上海鐵路局南京南站工程指揮部

1 工程概況

虹吸式屋面雨水排放系統(tǒng)是當今國際上較為先進的屋面雨水排放系統(tǒng)。目前在我國，隨著大跨度、大面積的建筑日趨增多，對建筑空間的要求不斷提高。像在機場、火車站和展覽館等新型建筑中，僅靠傳統(tǒng)的“重力流”雨水排水系統(tǒng)，由于屋面面積的增大，將勢必導致雨水管道增多、管徑增大，從而影響建筑物的美觀和實用。因此，利用“虹吸”原理，采用虹吸式屋面雨水排放系統(tǒng)，是解決屋面排水的最佳途徑，并且，將虹吸雨水立管隱藏在有限的結(jié)構(gòu)柱內(nèi)，既能有效地排水又不影響建筑美觀。

南京南站房無站臺柱雨棚，以主站房為軸心分為東西兩個對稱的部分，雨棚覆蓋面積為106 496 m2。雨棚橫向(垂直線路方向)6 跨，總跨度為324 m；東西雨棚縱向(平行于線路方向)各為7 跨，單邊跨距為144 m，中部162 m 跨度為主站房結(jié)構(gòu)。

雨棚為虹吸式雨水排放系統(tǒng)工程，總匯水面積為106 496 m2，雨棚主體結(jié)構(gòu)采用縱橫正三角形焊接管桁架結(jié)構(gòu)加螺栓球網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系，整個建筑結(jié)構(gòu)以鋼結(jié)構(gòu)為主。該工程屋面雨水排水采用先進的虹吸雨水排放系統(tǒng)。根據(jù)屋面情況，將屋面虹吸雨水系統(tǒng)共分為44 套系統(tǒng)，其中40 套系統(tǒng)排水立管都布設(shè)于20 根鋼管柱內(nèi)。管道系統(tǒng)采用HDPE管，熱（電）熔連接。屋面上設(shè)置的不銹鋼虹吸式雨水斗，將匯入屋面的雨水通過鋼管柱內(nèi)的雨水管排放至軌道線之間的排水溝。

2 工藝原理及流程

2.1 工藝原理

虹吸式雨水管在鋼管柱內(nèi)施工，從管道的二次深化設(shè)計、柱內(nèi)管道支架的固定、鋼管柱的吊裝、柱內(nèi)雨水管的對接、管內(nèi)灌沙淘沙等主要工序說明了虹吸式雨水管在鋼管柱內(nèi)安裝的施工工藝。由于鋼管柱采用分節(jié)吊裝，柱內(nèi)的虹吸雨水管道同樣采用分節(jié)吊裝技術(shù)，雨水管道在地面穿引至鋼柱內(nèi)后，隨鋼柱一起吊裝。鋼管柱安裝就位后，待鋼管柱焊接牢固后，對柱內(nèi)雨水管道進行對接施工。

2.2 施工工藝流程

施工準備→管道預制加工（灌水打壓）→支架制作、管道預安裝→管道安裝管道淘沙→管道驗收

鋼管柱內(nèi)雨水管剖面圖見圖1。

圖1 鋼管柱內(nèi)雨水管剖面圖

3 施工技術(shù)

3.1 施工準備

首先對鋼管柱內(nèi)的虹吸雨水管進行二次深化設(shè)計，結(jié)合鋼管柱的實際構(gòu)造、預留孔洞，對雨水管的管徑、彎轉(zhuǎn)、尺寸進行平面布置，并按鋼管柱的編號做好標記。

3.2 管道預制加工（灌水打壓）

按照深化的雨水管平面布置圖進行HDPE 管道預制加工。HDPE 管采用熱熔對焊連接，管道采用管子切割機切割，切口垂直于管中心。將需安裝連接的兩根PE 管材同時放在熱熔器夾具上(夾具可根據(jù)所要安裝的管徑大小更換夾瓦)，每根管材另一端用管支架托起至同一水平面。用電動旋刀分別將管材端面切平整，確保兩管材接觸面能充分吻合。將電加熱板升溫至210 ℃，放置兩管材端面中間，操作電動液壓裝置使兩端面同時完全與電熱板接觸加熱。加熱達到要求后，抽掉加熱板，再次操作液壓裝置，使已熔融的兩管材端面充分對接并鎖定液壓裝置(防止反彈)。加熱時管材卷邊厚度、對接時間均要滿足材料工藝要求，可參照表1 要求。

表1 HDPE 管道熱熔技術(shù)參數(shù)

3.3 支架制作、管道預安裝

按照深化圖紙的要求，在平躺的直徑為1 600 mm 的鋼管柱內(nèi)壁劃出支架的位置，將￠20 鍍鋅通絲牢靠焊接在鋼管柱內(nèi)壁上。HDPE 管支架間距見表2，將可調(diào)管卡擰在通絲上，并將預制好的HDPE 管從鋼管柱的一頭穿入柱內(nèi)，在鋼管柱內(nèi)將管道固定在可調(diào)管卡上，等待吊裝。同時，由于雨水管道在鋼管柱內(nèi)受結(jié)構(gòu)肋板等限制，管道不能垂直接入，需通過“乙”字彎等管件進行轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)雨水管在鋼管柱內(nèi)的連接。

表2 HDPE 管道支架間距

3.4 管道安裝

(1)待現(xiàn)場具備條件時，鋼管柱開始吊裝。鋼管柱吊裝分三次進行，先吊裝第一截柱。吊裝第一截柱之前先將管內(nèi)雨水管提高，遠離鋼管柱和柱腳的焊縫，避免鋼管柱焊接時燒壞HDPE 管，并用可調(diào)管卡臨時固定牢靠。鋼管柱吊裝完畢且與柱腳焊接完成后，松開固定的管卡，將HDPE 雨水管安裝到位，然后將準備好的潔凈干燥的細沙通過小漏斗灌至距雨水管上邊緣200 mm 處，預留熱熔接口。雨水管道安裝完畢驗收合格后，采用漏斗通過安裝好的流槽澆筑鋼管柱內(nèi)的混凝土。澆筑時，混凝土的流速不宜過大，注意保護柱內(nèi)的雨水管不受破壞。鋼管柱內(nèi)的混凝土凝固達到強度要求后即可吊裝第二截鋼管柱。同樣，第二截鋼管柱吊裝完畢且焊接完成后，將第一截柱和第二截柱內(nèi)的HDPE 雨水管用電熔套筒連接，然后灌沙，澆筑混凝土。以此類推，將第三截柱內(nèi)的雨水管安裝完畢。

(2)鋼管柱內(nèi)的HDPE 雨水管采用熱熔對焊和電熔套筒連接兩種方式。

①HDPE 管熱熔對焊

熱熔電焊機由加熱片、切割器以及鉗夾器組成。電焊機可用于連接管徑φ40 mm～φ315 mm 的管件。把需要連接的兩管件放置在鉗夾器間，確保管道尾端與鉗夾器之間的距離約為2 cm，鎖緊鎖扣把手。將管件頂在切割盤上，切割管道直到兩個將被連接的管端都平直，管端合攏后沒有縫隙。把電焊機的溫度穩(wěn)定在210 ℃，將加熱片放在已切割好的兩管端中間，合攏管端，給管道加熱，直到焊接表面凸出達到相當于管壁厚1/3的厚度為止。將兩管按焊接所需要的壓力（參閱刻度）仔細地拼攏，在焊接處完全冷卻前不要松開鎖扣把手。

②HDPE 電熔套筒連接

當對焊連接無法進行時，可采用電熔套筒的連接方法。電熔套筒在加熱后的收縮效應(yīng)提供了焊接所需的壓力。套筒的加熱與熔融區(qū)分開，其中央部分以及外表不會被熔融，據(jù)此提供了安全的焊接。先將管件端用棉布倒上酒精擦凈，并用刮削器（或碎玻璃片）除去表皮氧化層。套筒內(nèi)側(cè)要保持干凈 、無油脂，也可用酒精棉布擦凈。把管件嵌入套筒連接，設(shè)定好焊接時間，接通電熔焊機開始焊接，直至紅色顯示燈亮起，電熔焊機自動切斷電源，焊接完成。電熔套筒不能被連續(xù)使用兩次。

3.5 管內(nèi)淘沙

待整個鋼管柱內(nèi)的混凝土澆筑完畢，混凝土凝固后，即可對雨水管內(nèi)的沙子進行清掏。先將下部的雨水管口割開，先將水平管段內(nèi)的沙子掏完，然后用竹皮子清掏立管內(nèi)的沙子并及時清走，待高度不夠時，再從管道上端開始清掏。先將管道上端水平段內(nèi)的沙子掏完后，向管內(nèi)緩緩注入水，待雨水管道下端的沙子掉落后及時清走，如此反復。沙子全部掏完后，用水沖洗干凈管道即可。

4 總結(jié)

以南京南站房無站臺柱雨棚為例，虹吸式雨水管在鋼管柱內(nèi)安裝，采用了“管中管”的結(jié)構(gòu)安裝體系，布置合理，施工簡單、快捷，有效的解決了雨水管道布設(shè)在鋼結(jié)構(gòu)建筑中的美觀問題，保證整個建筑的風格不受影響。采用“灌沙法”保證安裝在鋼管柱內(nèi)的HDPE 雨水管不變形，不損換，從而保證了整個虹吸雨水系統(tǒng)的使用要求。因此，具有很高的推廣應(yīng)用價值。