虹吸式雨水系统是利用雨水斗至排出管之间的有效位差为动力, 使系统内部产生负压的雨水排水系统。工作原理是伯努利方程 (恒定元流能量方程) , 它与传统的重力排水系统相比, 具有立管数量少、管道直径小、水平悬吊无需坡度、能为业主和设计提供更大的自由空间以及雨水斗在屋面布点灵活、管道走向可以根据需要设置、可以控制屋面天沟中的水位等一系列的优点, 在现代建筑中应用越来越广泛。

钢网架结构建筑特点:金属立柱, 钢桁架网架结构, 金属板屋面或膜结构屋面。

结合虹吸雨水系统的特点及优点以及异形钢柱大跨度钢网架屋面工程施工的特点, 形成本工艺。

1) 新建杭州东站为大跨度空间钢结构建筑, 虹吸雨水系统施工采用排水立管敷设在异形钢结构柱内的“管中管”同步施工、钢结构屋面下水平管支吊点与钢结构同步预制加工的方式进行安装施工。

2) 钢网架下雨水管支承采用与钢梁连接焊接、抱箍连接两种形式。支撑点焊接做到与钢结构网架预制同步, 避免现场二次焊接对钢结构承重和外观的影响。屋面雨水沟采用不锈钢等金属制作, 雨水沟与金属屋面采用焊接或其他固定方式, 确保结合紧密符合设计要求。

3) 为保证建筑立面的完整协调, 与传统的虹吸雨水管道敷设相比较, 排水立管全部设置在钢结构柱内, 实现了全新的“管中管”设置理念。节约了大量的管道敷设空间, 屏蔽了管道水流噪声;对于高大空间的钢结构大型公共建筑, 保证建筑整体立面装饰效果统一协调, 增强了立体感, 进一步体现了设计理念。

立管与结构柱 (管中管) 的同步施工, 分段水压试验, 避免了在结构柱内施工安全风险, 提高作业施工质量和施工工效。水平管网支撑点与结构梁同步预制减少在钢桁架上施工作业量, 避免高空焊接作业, 降低作业风险。

讲求先谋后施的施工理念, 充分重视前期的设计深化、施工策划, 在严密、细致、充分的方案论证和专业间协调配合基础上, 根据设计深化在结构柱内环形肋板上的管道开孔及支架焊接, 在网架钢梁工厂化制作期间进行管道支撑点的焊接, 避免现场高空气割、电焊对结构影响以及降低高空作业风险;立管管道安装与结构管柱分段安装同步进行, 分段试验;分段柱节运至现场进行雨水管地面预制安装, 根据设计深化确定管段 (带法兰) 长度, 支架采用环形抱箍临时固定以便调节;雨水管随柱节整体吊装, 在柱节电焊固定后调整管道进行对接, 支架永久固定并做满水试验, 保证管道连接、固定可靠;根据椭圆锥管柱的分段 (上、中、下节柱) 吊装步骤, 管道逐段安装、试验, 直至上节柱吊装完成, 管道出柱与水平管对接。减少高大空间二次搭设脚手架费用和时间, 提高安全系数, 缩短工期。

水平管支撑点先设计, 确定支撑点的位置及形式, 与结构施工单位沟通, 将管道支撑点标注在结构预制加工图上, 由结构加工单位进行工厂化预制加工, 机电管道施工在预制现场进行位置及形式的负荷和标号。

1) 技术准备技术准备流程:建立施工管理组织→组织图纸会审→确定技术方案→图纸深化→模板设计、样板试验→形成方案。

组织相关技术管理人员熟悉包括钢结构、给排水图纸在内的所有该部位的施工图纸;掌握柱内雨水管的技术要点、图纸及安装技术要求;了解椭圆锥钢管柱分段施工的技术特色和施工配合要点;充分理解领会“管中管”雨水系统的设计意图。施工前各级管理人员和作业班组应充分领会掌握两者的技术特点, 不锈钢管材的技术要求, 了解异形钢结构柱变截面的特性, 以利于柱内雨水管道的排布。

建立柱内雨水管施工管理协调组织机构:以机电技术负责人为组长, 钢结构技术负责人携钢结构专业技术人员提供结构施工方面的技术支持, 在制模及样板段施工前邀请设计、甲方、监理和施工各专业 (给排水、土建各专业施工员) 进行会商确定施工方案, 解决工序衔接, 搭接方面的关键点、难点, 从而确定施工方案。

在确定方案之后, 成立深化设计小组, 对变截面椭圆锥钢管柱和柱内雨水管排布进行电子版排布, 模拟实物安装效果图;组织建设各方评估确定在样板段满足结构安全、排水效果、施工安全和大面积施工效果后, 确定实施方案再行施工。

2) 施工条件准备柱内雨水管安装实施方案已经论证并经样板试验确定, 管道、配件等各类安装材料到位质量合格, 焊机、检测设备到位并性能完好, 对作业人员已经进行安全和质量技术交底。

根据椭圆锥钢管柱深化设计、倾角方向、不同标高的截面尺寸、柱内环向肋板的位置尺寸、雨水管进出钢柱的标高确定柱内管道的整体走向, 并以此确定环向肋板上的开孔定位尺寸、支架设置位置, 包括进出管道的平面定位 (见图2) 。

根据钢结构设计要求、钢管柱分节尺寸、柱内空间尺寸确定雨水管的分节尺寸。雨水管的分节尺寸以不影响上节柱的吊装和满足柱内管道连接的操作空间为准。上、下节柱内雨水管尺寸需同时考虑管道进、出钢柱的弯管尺寸。

分节的钢管柱均在钢结构厂家工厂化制作。根据深化设计结果, 管道进出钢柱开孔、柱内环向肋板上的开孔、柱内雨水管的支架焊接在工厂化制作期间同步完成。项目部会同监理进行制作现场旁站监造, 严格复核各类制作尺寸, 为后续管道安装创造条件。

现场复核管道出户开孔位置、标高, 根据深化设计结果现场确定出户管立管部分的倾角、安装位置, 作为立管的起点确保管道延伸与钢柱的延伸、柱内环形肋板的开孔相吻合。根据确定的倾角制作出户弯管, 管道采用4mm厚不锈钢管道, 焊接连接。利用钢结构柱内预先安装管道水平托架, 将焊制好的不锈钢弯管从预留洞内穿出并在托架上固定, 下出水口焊接法兰, 留作进排水沟的管道对接, 上口不锈钢管焊接不锈钢法兰对接与上节柱吊装时雨水管连接 (见图3) 。管道安装完毕后再次复核水平出户管标高、立管部分安装位置、立管倾角, 复核无误后进行管道固定并做满水试验。

钢结构分节柱运至现场, 复核柱内环向肋板尺寸、肋板上开孔尺寸、支架设置位置, 根据深化设计确定分节柱上、下口处管道的中心位置并作标记。

根据确定的雨水管分节尺寸现场预制管道, 管道两端焊接法兰并确保焊接可靠, 如遇穿越环向肋板处法兰暂不安装。

将预制完成的管段穿引至分节钢管柱内, 并依据分节柱上、下口处管道中心标记调整管道位置, 管道与支架作临时固定 (临时固定必须牢固, 防止管道随钢柱起吊时脱落) 。管道穿越环向肋板预留孔处待临时固定后焊接法兰。

管道安装完毕后, 随钢管柱整体吊装。吊装过程中严密监视柱内管道状况, 发现管道滑动等异常状况立即停止提升。上、下节钢管柱对接固定后, 操作人员从上节柱上口腔孔进入钢管柱内部, 实施柱内管道对接。对接时松开临时固定的管道, 调整管道下口法兰的标高及螺栓孔位置, 使其与下节管道的上口法兰正确对接。

每节管道对接完毕后立即进行满水试验, 因本工程不锈钢虹吸雨水管安装在钢柱内部, 安装完成后存在钢结构内部空间小、施工人员进入钢柱内检修困难、攀爬危险性大等一系列问题, 所以在施工中必须加强过程控制, 加大分段不锈钢虹吸雨水管闭水试验的力度, 以管段满水后1h内液面不下降为准, 确保每段钢柱内的不锈钢虹吸雨水管的施工质量。

满水试验符合要求并经监理检查验收后, 对管道进行永久固定。同时复测管道上口标高并与设计深化结果相比较, 以实际标高为准, 如有偏差立即微调设计深化, 便于确定再上一节管道的预制尺寸。

上节柱吊装并完成柱内管道对接后, 进行出柱弯管的施工。首先复测管道上口及出柱管道预留孔的标高尺寸, 确定出柱弯管的立管长度, 根据确定的管道倾角预制弯管。预制弯管时确保立管下口法兰的螺栓孔与柱内管道上口法兰的螺栓孔一致, 水平管段法兰暂不安装。

将预制完成的弯管与柱内钢管连接固定。水平段管口伸出柱外并焊接法兰, 便于与柱外雨水干管连接。

核对屋面网架支撑点的焊接在钢结构加工厂进行, 针对深化图进行逐一核对 (同时与网架编号复核) , 待网架安装完毕后, 对网架支撑点进行拉线找直, 然后安装导向杆、支架抱箍。水平虹吸雨水管的安装与常规虹吸雨水管安装类同, 此处不作赘述。

单路雨水管 (包括柱内立管、水平干支管) 安装完毕后进行系统的满水、通水试验。试验根据规范及设计要求进行, 试验前清除天沟内杂物, 检查确定系统吊支架设置完好。

柱底出户管法兰用盲板封堵, 对管路系统注水直至雨水斗上口, 检查液面下降及管路系统接口的渗漏情况, 以1h内液面不下降、接口无渗漏为合格。

满水试验合格后打开出户段法兰盲板, 放水对管路进行冲洗, 确保管路畅通。

1) 不锈钢管的焊接, 两管端必须垂直于管中心轴线;端面平整光滑、无毛刺;对口不得有间隙;焊缝应无错边。

2) 不锈钢管的焊接质量为自熔全焊透焊缝, 管内外焊缝平整光滑, 焊波整齐美观。焊缝如有凹凸部分, 最多不准超过管壁厚度的10%。

3) 不锈钢管焊缝应焊趾整齐, 焊波均匀, 焊缝宽度基本一致, 焊缝如有宽窄, 应不超过±0.008inch (即±0.2mm) , 管内焊缝表面宽度为外缝表面宽度的60%左右。

4) 不锈钢管内焊缝及热影响区不应有氧化变色。

5) 不锈钢管内、外焊缝表面不准有气孔、裂纹等任何焊接缺陷。

6) 上下段虹吸雨水管法兰连接时, 法兰应垂直于管道中心线, 2个法兰的表面应相互平行, 紧固螺栓的方向一致, 紧固后螺栓端部宜与螺母齐平。

HDPE管道热熔连接应接下列步骤进行: (1) 热熔工具接通电源, 到达工作温度指示灯亮后方能开始操作。 (2) 切割管材, 必须使端面垂直于管轴线。管材切割一般使用管子剪或管道切割机, 必要时可使用锋利的钢锯, 但切割后管材断面应去除毛边和毛刺。 (3) 管材与管件连接端面必须清洁、干燥、无油。 (4) 用卡尺和笔在管端测量并标绘出热熔深度, 热熔深度应符合规范和设计要求。 (5) 熔接弯头或三通时, 按设计图纸要求应注意其方向, 在管材和管材的直线方向上用辅助标志标出其位置。 (6) 连接时, 无旋转地把管端导入加热套内, 插入到所标志的深度。同时, 无旋转地把管件推到加热头上, 达到规定标志, 加热时间必须满足热熔工具生产厂家的规定。 (7) 达到加热时间后, 立即把管材与管件从加热套与加热头上同时取下, 迅速无旋转地直线均匀插入到所标刻度, 使接头处黏结均匀牢固。

严格遵守室内塑料排水管道安装工艺标准, 支架间距如表1所示。

要求如下: (1) 严格执行GB50242—2002《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》和有关国家和行业规范标准; (2) 本工艺涉及焊接工作, 施焊必须持有合格焊工证书者进行, 严格执行工艺焊接规范, 确保焊接工作的安全和质量; (3) 施工技术人员要充分做好施工技术准备工作, 严格按照图纸、规范、施工工序施工, 做好技术交底工作; (4) 坚持小组自检和互检, 确保工程质量。

1) 杭州火车东站施工完毕通车后, 经历了2013年台风和多次暴雨的洗礼, 整个虹吸雨水系统运行良好, 排水效果达到设计要求。

2) 本工艺中虹吸雨水管道隐蔽在钢结构中, 既节省了建筑空间, 又不影响系统使用功能。在保持整体建筑美观性的同时钢结构又起到保护作用, 使HDPE管不易受到损坏、变形, 延长了整个虹吸雨水系统的使用寿命。