某超高層項(xiàng)目水錘問(wèn)題案例分析

姚嵐

一、問(wèn)題概述

收到某超高層項(xiàng)目在建工地反饋：避難層重力消防系統(tǒng)減壓閥后管道在夜間未使用情況下突然爆管；另外地下二層生活水箱補(bǔ)水管調(diào)試時(shí)水錘嚴(yán)重，造成管道支吊架被拉裂情況。

二、分析概述

收到反饋后，建設(shè)單位、顧問(wèn)團(tuán)隊(duì)、施工方、減壓閥廠家及設(shè)計(jì)單位組織了專項(xiàng)會(huì)議，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)踏勘、試驗(yàn)調(diào)試和技術(shù)分析，設(shè)計(jì)方針對(duì)踏勘及運(yùn)行調(diào)試結(jié)果進(jìn)行了專項(xiàng)分析論證，并出具了分析論證報(bào)告，報(bào)告結(jié)論：

問(wèn)題一：消防管道爆管問(wèn)題是由于管網(wǎng)積氣嚴(yán)重，產(chǎn)生的水錘造成管道接口松動(dòng)爆管。主要原因：（1）現(xiàn)場(chǎng)未按圖紙?jiān)跍p壓閥前后豎管上安裝排氣閥、地下室管道頻繁翻越，且未按設(shè)計(jì)要求設(shè)置排氣閥造成系統(tǒng)長(zhǎng)期積氣產(chǎn)生水錘；（2）減壓閥后未設(shè)置安全閥，在系統(tǒng)超壓后無(wú)法及時(shí)泄壓造成爆管；

問(wèn)題二：生活水箱補(bǔ)水管處水錘是由于市政自來(lái)水水壓大，水箱補(bǔ)水管出水水壓過(guò)大，水箱進(jìn)水管采用了浮球閥，浮球閥受液面波動(dòng)造成進(jìn)水管進(jìn)水口啟閉波動(dòng)，造成管路壓力波動(dòng)明顯，并產(chǎn)生水錘。

三、分析論證

1.避難層消防管路爆管問(wèn)題

（1）系統(tǒng)概況

本項(xiàng)目1～4號(hào)樓±0.00以上的建筑主體采用重力消防系統(tǒng)，高位重力消防水池288m3設(shè)置在2號(hào)樓屋面，儲(chǔ)存全量室內(nèi)消防用水；1～57層由此屋頂重力消防水池重力供水+減壓閥供水；重力水壓不足的樓層58～68層為臨時(shí)系統(tǒng)，由43層避難層轉(zhuǎn)輸消防泵房加壓供水。消防系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 消防系統(tǒng)分區(qū)示意圖

圖2 接管示意圖（A點(diǎn)至水箱進(jìn)水口管段水錘）

圖3 整改措施圖示

（2）爆管原因分析

爆管點(diǎn)：出現(xiàn)在2號(hào)樓15層減壓閥后重力管節(jié)點(diǎn)①處（調(diào)試過(guò)程中有水錘震動(dòng)），29層減壓閥后重力管節(jié)點(diǎn)②處（夜間爆管），43層減壓閥后重力管節(jié)點(diǎn)③處（調(diào)試過(guò)程中有水錘震動(dòng)）。

論證分析：①上述的2號(hào)樓15F、29F、43F分別為消防重力管減壓閥后的X1區(qū)、X2區(qū)、X3區(qū)最高點(diǎn)；與上述樓層同樣分區(qū)，同樣高度的1、3號(hào)樓的①②③處以及4號(hào)樓的①②處卻并未發(fā)生震動(dòng)和水錘。

②本項(xiàng)目正常情況下，管路壓力最大可能出現(xiàn)的點(diǎn)在圖示地下室的X1、X2、X3分區(qū)的④⑤⑥節(jié)點(diǎn)，但此處并未出現(xiàn)管道漏損問(wèn)題。針對(duì)上述的各個(gè)點(diǎn)位，進(jìn)行了壓力對(duì)比分析，如表1所示。

表1 壓力測(cè)算對(duì)比分析表

③通過(guò)表1發(fā)現(xiàn)：各個(gè)點(diǎn)位管道公稱壓力P3＞P2，P3＞P1；即是：平時(shí)工況以及減壓閥失效情況下，管道公稱壓力均滿足要求，即便減壓閥失效也都不會(huì)出現(xiàn)爆款情況；另發(fā)生爆管的位置2號(hào)樓的①②③處是各個(gè)消防分區(qū)最高點(diǎn)，是壓力最小的點(diǎn)位，反而易出現(xiàn)爆管問(wèn)題，而同樣高度的1、3號(hào)樓的①②③處以及4號(hào)樓的①②處卻并未發(fā)生震動(dòng)和水錘。

初步結(jié)論：通過(guò)上述1-3條的壓力計(jì)算分析，可初步得2號(hào)樓的①②③處不是因?yàn)闇p壓閥失效造成的，這幾處剛好位于減壓閥后的管段，之前就存在過(guò)水錘震動(dòng)情況；水錘的原因：a.管線內(nèi)空氣未能排出易產(chǎn)生水錘；b.開(kāi)關(guān)閥門(mén)過(guò)快引起的水錘。而此次爆管發(fā)生在夜間系統(tǒng)未動(dòng)作時(shí)，則大概率是此區(qū)域積氣造成水錘引起爆管。

（3）現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

為了佐證上述分析，設(shè)計(jì)方、建設(shè)方、施工方、設(shè)備廠家一起的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題：

①開(kāi)啟2號(hào)樓X3區(qū)最高點(diǎn)自噴末端放水，開(kāi)啟試水裝置后系統(tǒng)少量出水（持續(xù)時(shí)間1～3秒），停頓2秒后，大量氣體從管網(wǎng)沖出，歷時(shí)約10秒后才開(kāi)始正常出水；根據(jù)此判斷：消防管網(wǎng)中混有大量氣體。

②現(xiàn)場(chǎng)巡查了2號(hào)樓15F、29F、43F的減壓閥的①②③處，發(fā)現(xiàn)減壓閥前后的豎管均未按照設(shè)計(jì)圖紙安裝排氣閥，在減壓閥組后也未安裝安全閥。（安全閥在系統(tǒng)中起安全保護(hù)作用。當(dāng)系統(tǒng)壓力超過(guò)設(shè)計(jì)值時(shí)，安全閥打開(kāi)，將系統(tǒng)中的一部分氣體/流體排出管道外，使系統(tǒng)壓力不超過(guò)允許值，從而保證系統(tǒng)不因壓力過(guò)高而發(fā)生事故。如現(xiàn)場(chǎng)安裝有安全閥，安全閥可泄壓保護(hù)后部管網(wǎng)，可避免發(fā)生爆管事故。）

③地下室長(zhǎng)距離的管道以及管道交叉翻越時(shí)候，立管最高處均未按照要求裝設(shè)排氣閥；

④與2號(hào)樓爆管同樣高度的1、3號(hào)樓的①②③處以及4號(hào)樓的①②處的高點(diǎn)均設(shè)置了排氣閥，故無(wú)震動(dòng)問(wèn)題。

⑤支吊架問(wèn)題：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工程人員對(duì)幾次爆管情況描述，爆管均發(fā)生在15F、29F、43F的避難層橫向管網(wǎng)轉(zhuǎn)彎管件處，設(shè)計(jì)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)巡查發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)在管道轉(zhuǎn)彎處（爆管處）缺失防晃吊架。

⑥現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試問(wèn)題：減壓閥調(diào)試流程不規(guī)范，未按驗(yàn)收規(guī)范進(jìn)行排氣、滿水等嚴(yán)密性試驗(yàn)及管道、閥件的試壓。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員描述：減壓閥調(diào)試后幾天至半月內(nèi)，減壓閥逐漸失效，管道內(nèi)常有水擊現(xiàn)象；由于1號(hào)樓、2號(hào)樓、3號(hào)樓、4號(hào)樓以及地下室為兩家消防施工單位，調(diào)試減壓閥時(shí)存在未同步放氣充水試壓等協(xié)調(diào)問(wèn)題。造成減壓閥調(diào)試時(shí)與2號(hào)樓本身及聯(lián)通的1、3、4消防管網(wǎng)未放空管網(wǎng)空氣，調(diào)試完成后整個(gè)管網(wǎng)未達(dá)到滿水狀態(tài)，存有大量被壓縮氣體，加之2號(hào)樓高點(diǎn)均漏設(shè)排氣閥，形成的水錘壓力傳遞至減壓閥處造成減壓閥失效，同時(shí)引起管道接口松動(dòng)爆管。

（4）最終結(jié)論

此次2號(hào)樓消防管道爆管問(wèn)題是由于管網(wǎng)積氣嚴(yán)重，產(chǎn)生的水錘造成管道接口松動(dòng)爆管。主要原因：①現(xiàn)場(chǎng)未按圖紙?jiān)跍p壓閥前后豎管上安裝排氣閥、地下室管道頻繁翻越，且未按設(shè)計(jì)要求設(shè)置排氣閥造成系統(tǒng)長(zhǎng)期積氣產(chǎn)生水錘；②減壓閥后未按要求設(shè)置安全閥，在系統(tǒng)超壓后無(wú)法及時(shí)泄壓造成爆管。

（5）整改辦法

①責(zé)令施工方按照設(shè)計(jì)圖紙及國(guó)家規(guī)范要求安裝安全閥、排氣閥、減壓閥組的試水放空管；

②現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求增加防晃支架及抗震支吊架；

③組織現(xiàn)場(chǎng)排查，檢查管路是否有錯(cuò)接情況；

④請(qǐng)?jiān)O(shè)備廠家協(xié)助檢查減壓閥密閉性和產(chǎn)品質(zhì)量是否達(dá)標(biāo)；

⑤檢查消防管材、閥門(mén)、管件壓力等級(jí)是否按照設(shè)計(jì)要求執(zhí)行，不合規(guī)的應(yīng)予以整改；

⑥不同標(biāo)段消防單位應(yīng)組織專業(yè)調(diào)試小組，聘請(qǐng)專業(yè)調(diào)試顧問(wèn)公司予以現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)；對(duì)消防系統(tǒng)進(jìn)行整體排空、充水、排氣，重新做嚴(yán)密性試驗(yàn)及管道試壓試驗(yàn)；

⑦對(duì)管路頻繁出現(xiàn)問(wèn)題的管段可采取水錘防止器等加強(qiáng)措施。

（6）整改后情況

現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)分析報(bào)告及整改通知，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)上述問(wèn)題進(jìn)行了修正及整改，在后續(xù)的運(yùn)行調(diào)試中，已無(wú)上述水錘震動(dòng)及積氣問(wèn)題出現(xiàn)。

2.地下生活水箱進(jìn)水管水錘問(wèn)題

（1）系統(tǒng)概況

生活水箱位于地下二層，水箱補(bǔ)水管由市政直供，從負(fù)一層的市政直供區(qū)管段上接管，引至負(fù)二層生活水箱間。

（2）水錘原因分析

水錘點(diǎn)：水箱低水位補(bǔ)水時(shí)正常，無(wú)水錘現(xiàn)象，當(dāng)水位升至最高水位時(shí)，進(jìn)水管開(kāi)始發(fā)生震動(dòng)；當(dāng)?shù)诌_(dá)最高水位時(shí)，發(fā)生水錘；水錘出現(xiàn)在水箱補(bǔ)水管從負(fù)一層的低區(qū)接出管的橫管至負(fù)二層水箱間的進(jìn)水管處。

初步分析：水箱補(bǔ)水管出水水壓大，水箱浮球閥受液面波動(dòng)造成進(jìn)水管進(jìn)水口啟閉波動(dòng)，造成管路壓力波動(dòng)明顯，并產(chǎn)生水錘。

（3）現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

為佐證上述分析，進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，分別在負(fù)一層直供管網(wǎng)水錘處安排工作人員，同時(shí)在負(fù)二層水箱間安排一組人員，進(jìn)行補(bǔ)水觀測(cè)發(fā)現(xiàn)：①水箱低水位和常水位補(bǔ)水時(shí)無(wú)水錘現(xiàn)象，負(fù)一層及負(fù)二層均未發(fā)生水錘現(xiàn)象；②進(jìn)水管距離浮球閥距離過(guò)近，無(wú)消能筒措施，進(jìn)水口進(jìn)水造成水面波動(dòng)厲害，進(jìn)而引起浮球閥晃動(dòng)；③當(dāng)水位升至最高水位時(shí)，浮球閥隨著水位的波動(dòng)劇烈上下晃動(dòng)，造成進(jìn)水口不停地啟閉，維持15秒后，負(fù)一層現(xiàn)場(chǎng)人員對(duì)講機(jī)反饋負(fù)一層水錘產(chǎn)生，要求負(fù)二層立即關(guān)閉進(jìn)水管閥門(mén)；④水錘出現(xiàn)在水箱補(bǔ)水管從負(fù)一層的低區(qū)接出管的橫管至負(fù)二層水箱間的進(jìn)水管處；⑤市政水壓測(cè)試：在一層門(mén)衛(wèi)室測(cè)試水壓：0.42MPa（水壓較大）。

（4）最終結(jié)論

引起水錘原因：①負(fù)一層直供管路長(zhǎng)距離未設(shè)置排氣閥，水箱補(bǔ)水管豎管在高點(diǎn)也未裝設(shè)排氣閥，管網(wǎng)積氣嚴(yán)重；②由于市政自來(lái)水水壓較大，水箱進(jìn)水管處的浮球閥受液面波動(dòng)影響造成進(jìn)水管進(jìn)水口不停的啟閉，從而產(chǎn)生水錘。

（5）整改方案

①積氣問(wèn)題：施工方在負(fù)一層直供區(qū)環(huán)網(wǎng)上按照設(shè)計(jì)說(shuō)明要求在管網(wǎng)末端、給水豎管高點(diǎn)、管道翻越的高點(diǎn)補(bǔ)充DN25的自動(dòng)排氣閥，避免管網(wǎng)積氣；

②水量過(guò)大問(wèn)題：生活水箱補(bǔ)水管由原DN150減少一級(jí)至DN100，兩座水箱的進(jìn)水管由原DN100改為DN65，避免水流過(guò)大；

③水壓過(guò)大問(wèn)題：由于市政水壓0.42MPa，水箱進(jìn)水管處水壓高達(dá)：0.50MPa左右，故在負(fù)一層水箱補(bǔ)水管接出管處增加減壓閥組，閥后動(dòng)壓控制在0.10MPa；

④水錘消除：在負(fù)二層補(bǔ)水管水表后的橫管上加裝活塞式水錘消除器，在負(fù)一層橫管上加裝活塞式水錘消除器；

⑤水面波動(dòng)問(wèn)題：在水箱進(jìn)水管口加裝消能筒（國(guó)標(biāo)圖集01SS105），并將普通浮球閥改為杠桿式液壓水位控制閥，以保障供水穩(wěn)定性；

⑥其他措施：給水管網(wǎng)上按照要求加裝防晃支架、彈性支吊架等，在進(jìn)水管閥件處補(bǔ)充柔性接頭等。

（6）整改后情況

施工現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)分析報(bào)告及整改通知，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)上述問(wèn)題進(jìn)行了整改，在后續(xù)的運(yùn)行調(diào)試中，已無(wú)上述水錘問(wèn)題出現(xiàn)。

四、結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)超高層建筑水系統(tǒng)出現(xiàn)的嚴(yán)重水錘案例，綜合運(yùn)用科學(xué)理論和技術(shù)手段解決問(wèn)題，具有一定的實(shí)踐工程指導(dǎo)意義，望能為初學(xué)者在咨詢和設(shè)計(jì)工作中提供幫助，踐行“精細(xì)化、節(jié)約化”的設(shè)計(jì)理念，為客戶和社會(huì)創(chuàng)造價(jià)值。