某飛機場機庫大屋面虹吸雨水排水系統(tǒng)施工的方案

1、大屋面虹吸雨水排水系統(tǒng)技術(shù)摘要：A380機庫工程，屋面面積約40000，雨水排水系統(tǒng)采用虹吸排水系統(tǒng)，本文就虹吸排水系統(tǒng)采用、設計與施工進行了闡述，總結(jié)了虹吸排水系統(tǒng)的設計與施工經(jīng)驗，為虹吸排水系統(tǒng)的進一步推廣使用積累了經(jīng)驗。關(guān)鍵詞：屋面排水 虹吸排水1.工程概況A380機庫是目前亞洲最大的機庫，是某機場航站樓的配套工程。機庫從2006年起興建，總建筑面積超過64285萬平方米，可容納6架A380同時維修。整個屋面設置了3道南北向通長的天溝，分成了3個大的匯水分區(qū)，共采用了232個雨水斗。單條天溝長約353m，內(nèi)設置有四套虹吸系統(tǒng)，屋面總匯水面積約為40832。2.工程特點、難點2.1機庫屋面

2、面積大，總匯水面積大本工程屋面總匯水面積約為40832，屋面分為3個大的匯水分區(qū)，屋面總匯水量和各分區(qū)匯水量都較大。2.2管道地面安裝，網(wǎng)架提升過程中的變形問題A380機庫的虹吸雨水懸吊管是在地面上安裝完成之后隨屋面網(wǎng)架一起吊裝就位的，因此存在管道隨著網(wǎng)架下饒的變形問題，須防止產(chǎn)生倒坡。2.3工程工期緊，主管懸吊方式采用下吊式本工程的排水管道系統(tǒng)是在網(wǎng)架屋蓋安裝完成之后，作提升準備這段時間中完成安裝的，因此工期非常緊，為了節(jié)省工期，經(jīng)認真驗算，最后采用了主管下吊式懸吊。2.4虹吸排水系統(tǒng)由于虹吸作用管道產(chǎn)生振動作用虹吸排水系統(tǒng)由于虹吸作用，管內(nèi)水流速較高，對管壁有較好的沖刷潔凈作用，但同時會在

3、管道產(chǎn)生一定的沖擊振動力，在設計和施工中要特別注意，尤其是管接頭。3.設計方案3.1系統(tǒng)原理及形成的圖解說明3.1.1虹吸屋面雨水排水系統(tǒng)是在滿流條件下利用伯諾里方程式，通過周密的水力計算，充分利用屋面和地面的高差產(chǎn)生能量形成虹吸作用，快速將屋面雨水排至室外。3.1.2虹吸雨水斗是系統(tǒng)組成的關(guān)鍵部件，獨特設計的虹吸雨水斗帶有反渦流裝置在設計條件下，進水漩渦被破壞，進入系統(tǒng)的雨水在設計條件下呈現(xiàn)水滿流狀態(tài)。3.1.3屋面雨水匯集，在系統(tǒng)管道內(nèi)形成虹吸的幾種流態(tài)圖解如下：附壁流波浪流泡沫流滿管流3.1.4 虹吸屋面雨水排放系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢：懸吊管接入的雨水斗數(shù)量增多，在滿水力計算要求下，接入的雨水斗

4、數(shù)量不受限制，從而減少了立管的數(shù)量。懸吊管不需設坡度，安裝要求空間小，適合用戶要求，有利于設計和施工。減少與室外管道的連接和埋地管的數(shù)量?？沙浞掷梦菝媾c地面排出管高度差形成的位能，提高管內(nèi)流速減小管徑。因管內(nèi)流速的提高，系統(tǒng)能有較好的自清作用。3.2系統(tǒng)設計3.2.1參數(shù)確定設計重現(xiàn)期P及相應的5min暴雨強度q5（北京地區(qū)）：設計重現(xiàn)期：P10年 q50.0585 L/s·溢流重現(xiàn)期：P50年q50.0768 L/s·屋面雨水徑流系數(shù)：1.03.2.2 系統(tǒng)設計A380屋面總匯水面積約為40832，屋面分為3個大的匯水分區(qū)，單條天溝長度約為353m，每條天溝內(nèi)設有4套虹

5、吸系統(tǒng)，總排水雨量為2388.67 L/s，采用YG50A型雨水斗232個，共采用12個虹吸系統(tǒng)，受立管數(shù)量的限制，每條天溝設置了4個雨水立管，單個系統(tǒng)中雨水斗數(shù)最多的為20個，由于系統(tǒng)中雨水斗數(shù)量較多，為了便于系統(tǒng)的壓力平衡，將負壓值較大一端的雨水斗用次懸吊管連接，然后依次接入主懸吊管中。如圖1所示： 圖1 虹吸系統(tǒng)示意圖3.3 系統(tǒng)配件組成3.3.1 虹吸式雨水斗虹吸雨水斗是一項新技術(shù)，專利產(chǎn)品,該系列雨水斗是經(jīng)過國家計量院認證的產(chǎn)品，單斗最大流量分別從6L/s120 L/s之間，適用于各類工程屋面。雨水斗斗體采用304不銹鋼板沖壓成型，反渦流裝置及導流罩采用硅鋁合金精密鑄造，其緊固螺栓均

6、采用不銹鋼制作，出水短管管材材質(zhì)選用不銹鋼，其壽命可達50年以上。為了使屋面雨水及時得、更好得排走，本工程使用了潛水深僅為40mm、最大排量為12L/s的YG50A型雨水斗。虹吸雨水斗經(jīng)防堵性能測試，其系統(tǒng)抽吸能力強，不會產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象。3.3.2 管材雨水支管及懸吊管采用不銹鋼管，埋地管采用球墨鑄鐵管。不銹鋼管之間采用氬弧焊接，管道焊縫采用專用清洗膏體清洗，不銹鋼管與球墨鑄鐵管之間采用專用法蘭連接。3.4 水力計算虹吸雨水系統(tǒng)設計是建立在滿管流基礎上的，故而水力計算采用伯諾里方程式。水頭損失分為兩類：對于平順的邊界，水頭損失與流程成正比的稱為沿程水頭損失，用hf表示；由局部邊界急劇改變導致水流

7、結(jié)構(gòu)改變、流速分布改變并產(chǎn)生旋渦區(qū)而引起的水頭損失稱為局部水頭損失，用hj表示。伯諾里方程: 水頭損失的計算方法：總水頭損失hw= hf + hjhf=RL-沿程阻力損失，R-單位長度的阻力損失，L-管長根據(jù)給水排水設計規(guī)范GB500152003壓力流方程式，采用海曾·威廉公式：Q- 流量， C-摩阻系數(shù)，dj-管道計算內(nèi)徑，hj-局部阻力損失系統(tǒng)每一點的壓力計算公式：3.5系統(tǒng)計算說明3.5.1懸吊管與雨水斗出口的高差應大于1m。3.5.2懸吊管設計流速不宜小于1m/s，保證懸吊管內(nèi)無淤泥。3.5.3管道內(nèi)最大負壓值應小于0.08Mpa。3.5.4各節(jié)點壓力差值不超過0.1Mpa，

8、能滿足壓力平衡要求。3.5.5懸吊管的流速不小于1.0m/s,立管的流速不小于2.2m/s。排水管系出口流速不宜大于2.5 m/s。4.工程施工4.1對沉降問題的解決A380機庫的整個網(wǎng)架是在地面上安裝完成之后整體吊裝而成，故虹吸雨水懸吊管也是在地面上安裝完成之后隨屋面網(wǎng)架一起吊裝，這就存在著一個沉降問題，管道在地面上安裝完成之后，吊至屋面后由于管道本身的重力和網(wǎng)架下?lián)献冃危瑧业豕苡行┎课粫霈F(xiàn)倒坡現(xiàn)象，在施工之前，我司就提出了這個問題，并與設計院及甲方聯(lián)系，取得各個吊點的沉降量后，經(jīng)過計算，對各個吊點的支架長度進行調(diào)整，使得懸吊管在整體吊裝完成后能夠基本保持水平，達到更好的排水效果。4.2

9、管道的焊接A380機庫網(wǎng)架結(jié)構(gòu)較復雜，網(wǎng)架面積較大，因此管道的焊接有著很大的難度，經(jīng)過方案優(yōu)化，最終選擇了在網(wǎng)架的一端設置一個焊接臺，將兩根管道焊接好后，沿著支架方向向網(wǎng)架的另一端挪動，然后第三根管道與第二根管道焊接，依次而行，最終順利的完成了管道的焊接。4.3管道的吊裝3.3.1主懸吊管的懸吊方式采用下吊的方式，次懸吊管的懸吊方式采用上托的方式，如圖2和圖3所示。 圖2 水平懸吊管斷面圖 圖3 雨水管道支架圖由于項目工期較緊，在保證安全的前提下，本工程采用主懸吊管下吊的方式，使得項目如期完成。4.3.2 DN300管道支架的加密為了減輕吊點的荷載，對于DN300的管道，采取管道支架加密的方式

10、，如圖4所示。采用圖示的加密懸吊方式在很大程度上減輕了吊點的荷載。圖4 DN300管道支架加密圖4.4螺紋牙的強度計算4.4.1計算公式外螺紋計算公式： （公式1） （公式2）內(nèi)螺紋計算公式： （公式3） （公式4）其中：Fw最大軸向外載荷（N）；d1外螺紋小徑（mm）；b螺紋牙根部寬度（mm） Z螺紋牙齒數(shù)；D內(nèi)螺紋大徑；牙型普通螺紋梯形螺紋330鋸齒形螺紋矩形螺紋b0.87P0.65P0.74P0.5P其中：P螺距（mm）；h螺紋牙的工作高度（mm）； kz載荷不均系數(shù)內(nèi)，外螺紋均為鋼時d/P<9kz =5P/d外螺紋為鋼，內(nèi)螺紋為鋁d/p<8kz =6P/dd/P=916kz

11、 =0.56d/p=816kz =0.75其中：螺紋材料的許用切應力（MPa） 螺紋材料的許用彎曲應力（MPa）。注：內(nèi)外螺紋材料相同時，只校核外螺紋強度。4.4.2計算過程 管卡材質(zhì)參數(shù)的確定：虹吸雨水工程所用管卡鋼材材質(zhì)為普通Q235鋼，查表可知：許用彎曲應力=158MPa ，許用剪切應力=98MPa ，許用擠壓應力p=240MPa最大靜止荷載的確定：取最不利情況，以3m273×3.5和3m325×3.5的管道為例（273管道支架間距為6m，325管道支架間距為3m，壁厚均為3.5mm）。管道凈重： 273×3.5: 23.262kg/m； 325×

12、3.5：27.751kg/m管內(nèi)水重：273管內(nèi)每延米水重：3.14*(273/2)2/1000=58.51 kg/m325管內(nèi)每延米水重3.14*(325/2)2/1000=82.92 kg/m故單個管卡的最大豎向靜止荷載為：（23.262+27.751+58.51+82.92）*3*9.8=5657.84 N管卡尺寸參數(shù)的確定虹吸雨水工程159以上的管卡均采用14圓鋼，159及以下的管卡均采用12圓鋼，所有管卡均為工廠定制加工件。根據(jù)GB00196-2003可查的14圓鋼螺紋的參數(shù)如下：大徑D=14mm，螺距P=1.5mm，小徑d1=12.376mm可用螺紋長度取9mm，則可用螺紋牙次數(shù)Z=9/1.5=6D/P=14/1.5=9.333，載荷不均系數(shù)kz =1.5*5/14=0.5357螺紋工作高度h=D-d1=1.624mm螺紋根部寬度b=0.87P=1.305代入計算因為管卡的每個頭都接雙螺母固定，因此作用到每個螺母上的荷載為：Fw =5657.84/4=1414.46N=98MPa=158MPa因此即使考到管道振動時荷載，螺紋牙的強度也足夠大，完全在安全范圍內(nèi)。5.結(jié)論A380機庫屋面虹吸排水工程已完工，經(jīng)過數(shù)次大雨的考驗，能將雨水及時、順暢的排出，為機庫的雨汛期安全提供了有效的保障。同時在采用虹吸排水時，本工