鋼管柱內虹吸式雨水管一次澆注施工技術

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是當今國際上較為先進的屋面雨水排放系統。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，僅靠傳統的“重力流”雨水排水系統，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，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構柱內，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 跨度為主站房結構。

雨棚為虹吸式雨水排放系統工程，總匯水面積為106 496 m2，雨棚主體結構采用縱橫正三角形焊接管桁架結構加螺栓球網架結構體系，整個建筑結構以鋼結構為主。該工程屋面雨水排水采用先進的虹吸雨水排放系統。根據屋面情況，將屋面虹吸雨水系統共分為44 套系統，其中40 套系統排水立管都布設于20 根鋼管柱內。管道系統采用HDPE管，熱（電）熔連接。屋面上設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施工，從管道的二次深化設計、柱內管道支架的固定、鋼管柱的吊裝、柱內雨水管的對接、管內灌沙淘沙等主要工序說明了虹吸式雨水管在鋼管柱內安裝的施工工藝。由于鋼管柱采用分節吊裝，柱內的虹吸雨水管道同樣采用分節吊裝技術，雨水管道在地面穿引至鋼柱內后，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

鋼管柱內雨水管剖面圖見圖1。

圖1 鋼管柱內雨水管剖面圖

3 施工技術

3.1 施工準備

首先對鋼管柱內的虹吸雨水管進行二次深化設計，結合鋼管柱的實際構造、預留孔洞，對雨水管的管徑、彎轉、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 管道熱熔技術參數

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 的鋼管柱內壁劃出支架的位置，將￠20 鍍鋅通絲牢靠焊接在鋼管柱內壁上。HDPE 管支架間距見表2，將可調管卡擰在通絲上，并將預制好的HDPE 管從鋼管柱的一頭穿入柱內，在鋼管柱內將管道固定在可調管卡上，等待吊裝。同時，由于雨水管道在鋼管柱內受結構肋板等限制，管道不能垂直接入，需通過“乙”字彎等管件進行轉換，從而實現雨水管在鋼管柱內的連接。

表2 HDPE 管道支架間距

3.4 管道安裝

(1)待現場具備條件時，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的混凝土。澆筑時，混凝土的流速不宜過大，注意保護柱內的雨水管不受破壞。鋼管柱內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，將第三截柱內的雨水管安裝完畢。

(2)鋼管柱內的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提供了焊接所需的壓力。套筒的加熱與熔融區分開，其中央部分以及外表不會被熔融，據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。套筒內側要保持干凈 、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使用兩次。

3.5 管內淘沙

待整個鋼管柱內的混凝土澆筑完畢，混凝土凝固后，即可對雨水管內的沙子進行清掏。先將下部的雨水管口割開，先將水平管段內的沙子掏完，然后用竹皮子清掏立管內的沙子并及時清走，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的沙子掏完后，向管內緩緩注入水，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

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安裝，采用了“管中管”的結構安裝體系，布置合理，施工簡單、快捷，有效的解決了雨水管道布設在鋼結構建筑中的美觀問題，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的HDPE 雨水管不變形，不損換，從而保證了整個虹吸雨水系統的使用要求。因此，具有很高的推廣應用價值。