钢管柱内虹吸式雨水管一次浇注施工技术

王长健 上海铁路局南京南站工程指挥部

1 工程概况

虹吸式屋面雨水排放系统是当今国际上较为先进的屋面雨水排放系统。目前在我国，随着大跨度、大面积的建筑日趋增多，对建筑空间的要求不断提高。像在机场、火车站和展览馆等新型建筑中，仅靠传统的“重力流”雨水排水系统，由于屋面面积的增大，将势必导致雨水管道增多、管径增大，从而影响建筑物的美观和实用。因此，利用“虹吸”原理，采用虹吸式屋面雨水排放系统，是解决屋面排水的最佳途径，并且，将虹吸雨水立管隐藏在有限的结构柱内，既能有效地排水又不影响建筑美观。

南京南站房无站台柱雨棚，以主站房为轴心分为东西两个对称的部分，雨棚覆盖面积为106 496 m2。雨棚横向(垂直线路方向)6 跨，总跨度为324 m；东西雨棚纵向(平行于线路方向)各为7 跨，单边跨距为144 m，中部162 m 跨度为主站房结构。

雨棚为虹吸式雨水排放系统工程，总汇水面积为106 496 m2，雨棚主体结构采用纵横正三角形焊接管桁架结构加螺栓球网架结构体系，整个建筑结构以钢结构为主。该工程屋面雨水排水采用先进的虹吸雨水排放系统。根据屋面情况，将屋面虹吸雨水系统共分为44 套系统，其中40 套系统排水立管都布设于20 根钢管柱内。管道系统采用HDPE管，热（电）熔连接。屋面上设置的不锈钢虹吸式雨水斗，将汇入屋面的雨水通过钢管柱内的雨水管排放至轨道线之间的排水沟。

2 工艺原理及流程

2.1 工艺原理

虹吸式雨水管在钢管柱内施工，从管道的二次深化设计、柱内管道支架的固定、钢管柱的吊装、柱内雨水管的对接、管内灌沙淘沙等主要工序说明了虹吸式雨水管在钢管柱内安装的施工工艺。由于钢管柱采用分节吊装，柱内的虹吸雨水管道同样采用分节吊装技术，雨水管道在地面穿引至钢柱内后，随钢柱一起吊装。钢管柱安装就位后，待钢管柱焊接牢固后，对柱内雨水管道进行对接施工。

2.2 施工工艺流程

施工准备→管道预制加工（灌水打压）→支架制作、管道预安装→管道安装管道淘沙→管道验收

钢管柱内雨水管剖面图见图1。

图1 钢管柱内雨水管剖面图

3 施工技术

3.1 施工准备

首先对钢管柱内的虹吸雨水管进行二次深化设计，结合钢管柱的实际构造、预留孔洞，对雨水管的管径、弯转、尺寸进行平面布置，并按钢管柱的编号做好标记。

3.2 管道预制加工（灌水打压）

按照深化的雨水管平面布置图进行HDPE 管道预制加工。HDPE 管采用热熔对焊连接，管道采用管子切割机切割，切口垂直于管中心。将需安装连接的两根PE 管材同时放在热熔器夹具上(夹具可根据所要安装的管径大小更换夹瓦)，每根管材另一端用管支架托起至同一水平面。用电动旋刀分别将管材端面切平整，确保两管材接触面能充分吻合。将电加热板升温至210 ℃，放置两管材端面中间，操作电动液压装置使两端面同时完全与电热板接触加热。加热达到要求后，抽掉加热板，再次操作液压装置，使已熔融的两管材端面充分对接并锁定液压装置(防止反弹)。加热时管材卷边厚度、对接时间均要满足材料工艺要求，可参照表1 要求。

表1 HDPE 管道热熔技术参数

3.3 支架制作、管道预安装

按照深化图纸的要求，在平躺的直径为1 600 mm 的钢管柱内壁划出支架的位置，将￠20 镀锌通丝牢靠焊接在钢管柱内壁上。HDPE 管支架间距见表2，将可调管卡拧在通丝上，并将预制好的HDPE 管从钢管柱的一头穿入柱内，在钢管柱内将管道固定在可调管卡上，等待吊装。同时，由于雨水管道在钢管柱内受结构肋板等限制，管道不能垂直接入，需通过“乙”字弯等管件进行转换，从而实现雨水管在钢管柱内的连接。

表2 HDPE 管道支架间距

3.4 管道安装

(1)待现场具备条件时，钢管柱开始吊装。钢管柱吊装分三次进行，先吊装第一截柱。吊装第一截柱之前先将管内雨水管提高，远离钢管柱和柱脚的焊缝，避免钢管柱焊接时烧坏HDPE 管，并用可调管卡临时固定牢靠。钢管柱吊装完毕且与柱脚焊接完成后，松开固定的管卡，将HDPE 雨水管安装到位，然后将准备好的洁净干燥的细沙通过小漏斗灌至距雨水管上边缘200 mm 处，预留热熔接口。雨水管道安装完毕验收合格后，采用漏斗通过安装好的流槽浇筑钢管柱内的混凝土。浇筑时，混凝土的流速不宜过大，注意保护柱内的雨水管不受破坏。钢管柱内的混凝土凝固达到强度要求后即可吊装第二截钢管柱。同样，第二截钢管柱吊装完毕且焊接完成后，将第一截柱和第二截柱内的HDPE 雨水管用电熔套筒连接，然后灌沙，浇筑混凝土。以此类推，将第三截柱内的雨水管安装完毕。

(2)钢管柱内的HDPE 雨水管采用热熔对焊和电熔套筒连接两种方式。

①HDPE 管热熔对焊

热熔电焊机由加热片、切割器以及钳夹器组成。电焊机可用于连接管径φ40 mm～φ315 mm 的管件。把需要连接的两管件放置在钳夹器间，确保管道尾端与钳夹器之间的距离约为2 cm，锁紧锁扣把手。将管件顶在切割盘上，切割管道直到两个将被连接的管端都平直，管端合拢后没有缝隙。把电焊机的温度稳定在210 ℃，将加热片放在已切割好的两管端中间，合拢管端，给管道加热，直到焊接表面凸出达到相当于管壁厚1/3的厚度为止。将两管按焊接所需要的压力（参阅刻度）仔细地拼拢，在焊接处完全冷却前不要松开锁扣把手。

②HDPE 电熔套筒连接

当对焊连接无法进行时，可采用电熔套筒的连接方法。电熔套筒在加热后的收缩效应提供了焊接所需的压力。套筒的加热与熔融区分开，其中央部分以及外表不会被熔融，据此提供了安全的焊接。先将管件端用棉布倒上酒精擦净，并用刮削器（或碎玻璃片）除去表皮氧化层。套筒内侧要保持干净 、无油脂，也可用酒精棉布擦净。把管件嵌入套筒连接，设定好焊接时间，接通电熔焊机开始焊接，直至红色显示灯亮起，电熔焊机自动切断电源，焊接完成。电熔套筒不能被连续使用两次。

3.5 管内淘沙

待整个钢管柱内的混凝土浇筑完毕，混凝土凝固后，即可对雨水管内的沙子进行清掏。先将下部的雨水管口割开，先将水平管段内的沙子掏完，然后用竹皮子清掏立管内的沙子并及时清走，待高度不够时，再从管道上端开始清掏。先将管道上端水平段内的沙子掏完后，向管内缓缓注入水，待雨水管道下端的沙子掉落后及时清走，如此反复。沙子全部掏完后，用水冲洗干净管道即可。

4 总结

以南京南站房无站台柱雨棚为例，虹吸式雨水管在钢管柱内安装，采用了“管中管”的结构安装体系，布置合理，施工简单、快捷，有效的解决了雨水管道布设在钢结构建筑中的美观问题，保证整个建筑的风格不受影响。采用“灌沙法”保证安装在钢管柱内的HDPE 雨水管不变形，不损换，从而保证了整个虹吸雨水系统的使用要求。因此，具有很高的推广应用价值。