某飛機場機庫大屋面虹吸雨水排水系統(tǒng)施工方案

大屋面虹吸雨水排水系統(tǒng)技術摘要：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，總結了虹吸排水系統(tǒng)的設計與施工經驗，為虹吸排水系統(tǒng)的進一步推廣使用積累了經驗。關鍵詞：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架一起吊裝就位的，因此存在管道隨著網架下饒的變形問題，須防止產生倒坡。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生振動作用虹吸排水系統(tǒng)由于虹吸作用，管內水流速較高，對管壁有較好的沖刷潔凈作用，但同時會在管道產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)管道內形成虹吸的幾種流態(tài)圖解如下：附壁流波浪流泡沫流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)的技術優(yōu)勢：=1\*GB2⑴懸吊管接入的雨水斗數量增多，在滿水力計算要求下，接入的雨水斗數量不受限制，從而減少了立管的數量。=2\*GB2⑵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。=3\*GB2⑶減少與室外管道的連接和埋地管的數量。=4\*GB2⑷可充分利用屋面與地面排出管高度差形成的位能，提高管內流速減小管徑。=5\*GB2⑸因管內流速的提高，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：P＝10年q5＝0.0585L/s·㎡溢流重現(xiàn)期：P＝50年q5＝0.0768L/s·㎡屋面雨水徑流系數：ψ＝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，每條天溝內設有4套虹吸系統(tǒng)，總排水雨量為2388.67L/s，采用YG50A型雨水斗232個，共采用12個虹吸系統(tǒng)，受立管數量的限制，每條天溝設置了4個雨水立管，單個系統(tǒng)中雨水斗數最多的為20個，由于系統(tǒng)中雨水斗數量較多，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，專利產品,該系列雨水斗是經過國家計量院認證的產品，單斗最大流量分別從6L/s～120L/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，其緊固螺栓均采用不銹鋼制作，出水短管管材材質選用不銹鋼，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。虹吸雨水斗經防堵性能測試，其系統(tǒng)抽吸能力強，不會產生堵塞現(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結構改變、流速分布改變并產生旋渦區(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+∑hj∑hf=RL-沿程阻力損失，R-單位長度的阻力損失，L-管長根據《給水排水設計規(guī)范》GB50015—2003壓力流方程式，采用海曾·威廉公式：Q-流量，C-摩阻系數，dj-管道計算內徑，∑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，保證懸吊管內無淤泥。3.5.3管道內最大負壓值應小于0.08Mpa。3.5.4各節(jié)點壓力差值不超過0.1Mpa，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2.5m/s。4.工程施工4.1對沉降問題的解決A380機庫的整個網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架下?lián)献冃?，懸吊管有些部位會出現(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，經過計算，對各個吊點的支架長度進行調整，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管道的焊接A380機庫網架結構較復雜，網架面積較大，因此管道的焊接有著很大的難度，經過方案優(yōu)化，最終選擇了在網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。4.3.2DN300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，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4DN300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；D—內螺紋大徑；牙型普通螺紋梯形螺紋330鋸齒形螺紋紋矩形螺紋b0.87P0.65P0.74P0.5P其中：P—螺距（mm）；h—螺紋牙的工作高度（mm）；kz—載荷不均系數內，外螺紋均為鋼鋼時d/P<9kz=5P/d外螺紋為鋼，內螺螺紋為鋁d/p<8kz=6P/dd/P=9～166kz=0.56d/p=8～166kz=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：內外螺紋材料相同時，只校核外螺紋強度。4.4.2計算過程=1\*GB2⑴管卡材質參數的確定：虹吸雨水工程所用管卡鋼材材質為普通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[σ]p=240MPa=2\*GB2⑵最大靜止荷載的確定：取最不利情況，以3mφ273×3.5和3mφ325×3.5的管道為例（φ273管道支架間距為6m，φ325管道支架間距為3m，壁厚均為3.5mm）。管道凈重：273×3.5:23.262kg/m；φ325×3.5：27.751kg/m管內水重：φ273管內每延米水重：3.14*(273/2)2/1000=58.51kg/mφ325管內每延米水重3.14*(325/2)2/1000=82.92kg/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=5657.84N=3\*GB2⑶管卡尺寸參數的確定虹吸雨水工程φ159以上的管卡均采用φ14圓鋼，φ159及以下的管卡均采用φ12圓鋼，所有管卡均為工廠定制加工件。根據GB00196-2003可查的φ14圓鋼螺紋的參數如下：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Z=9/1.5=6D/P=14/1.5=9.333，載荷不均系數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=4\*GB2⑷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。5.結論A380機庫屋面虹吸排水工程已完工，經過數次大雨的考驗，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