某飛機(jī)場(chǎng)機(jī)庫(kù)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(shù)摘要：A380機(jī)庫(kù)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(shè)計(jì)與施工進(jìn)行了闡述，總結(jié)了虹吸排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與施工經(jīng)驗(yàn)，為虹吸排水系統(tǒng)的進(jìn)一步推廣使用積累了經(jīng)驗(yàn)。關(guān)鍵詞：屋面排水虹吸排水1.工程概況A380機(jī)庫(kù)是目前亞洲最大的機(jī)庫(kù)，是某機(jī)場(chǎng)航站樓的配套工程。機(jī)庫(kù)從2006年起興建，總建筑面積超過(guò)64285萬(wàn)平方米，可容納6架A380同時(shí)維修。整個(gè)屋面設(shè)置了3道南北向通長(zhǎng)的天溝，分成了3個(gè)大的匯水分區(qū)，共采用了232個(gè)雨水斗。單條天溝長(zhǎng)約353m，內(nèi)設(shè)置有四套虹吸系統(tǒng)，屋面總匯水面積約為40832㎡。2.工程特點(diǎn)、難點(diǎn)2.1機(jī)庫(kù)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(gè)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(guò)程中的變形問(wèn)題A380機(jī)庫(kù)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(wèn)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(zhǔn)備這段時(shí)間中完成安裝的，因此工期非常緊，為了節(jié)省工期，經(jīng)認(rèn)真驗(yàn)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(dòng)作用虹吸排水系統(tǒng)由于虹吸作用，管內(nèi)水流速較高，對(duì)管壁有較好的沖刷潔凈作用，但同時(shí)會(huì)在管道產(chǎn)生一定的沖擊振動(dòng)力，在設(shè)計(jì)和施工中要特別注意，尤其是管接頭。3.設(shè)計(jì)方案3.1系統(tǒng)原理及形成的圖解說(shuō)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(guò)周密的水力計(jì)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(dú)特設(shè)計(jì)的虹吸雨水斗帶有反渦流裝置在設(shè)計(jì)條件下，進(jìn)水漩渦被破壞，進(jìn)入系統(tǒng)的雨水在設(shè)計(jì)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(shì)：=1\*GB2⑴懸吊管接入的雨水斗數(shù)量增多，在滿水力計(jì)算要求下，接入的雨水斗數(shù)量不受限制，從而減少了立管的數(shù)量。=2\*GB2⑵懸吊管不需設(shè)坡度，安裝要求空間小，適合用戶要求，有利于設(shè)計(jì)和施工。=3\*GB2⑶減少與室外管道的連接和埋地管的數(shù)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(nèi)流速減小管徑。=5\*GB2⑸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(shè)計(jì)3.2.1參數(shù)確定設(shè)計(jì)重現(xiàn)期P及相應(yīng)的5min暴雨強(qiáng)度q5（北京地區(qū)）：設(shè)計(jì)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(shù)：ψ＝1.03.2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)A380屋面總匯水面積約為40832㎡，屋面分為3個(gè)大的匯水分區(qū)，單條天溝長(zhǎng)度約為353m，每條天溝內(nèi)設(shè)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(gè)，共采用12個(gè)虹吸系統(tǒng)，受立管數(shù)量的限制，每條天溝設(shè)置了4個(gè)雨水立管，單個(gè)系統(tǒng)中雨水斗數(shù)最多的為20個(gè)，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(fù)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(xiàng)新技術(shù)，專利產(chǎn)品,該系列雨水斗是經(jīng)過(guò)國(guó)家計(jì)量院認(rèn)證的產(chǎn)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(dǎo)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(zhì)選用不銹鋼，其壽命可達(dá)50年以上。為了使屋面雨水及時(shí)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(cè)試，其系統(tǒng)抽吸能力強(qiáng)，不會(huì)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(jì)算虹吸雨水系統(tǒng)設(shè)計(jì)是建立在滿管流基礎(chǔ)上的，故而水力計(jì)算采用伯諾里方程式。水頭損失分為兩類：對(duì)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(dǎo)致水流結(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(jì)算方法：總水頭損失hw=∑hf+∑hj∑hf=RL-沿程阻力損失，R-單位長(zhǎng)度的阻力損失，L-管長(zhǎng)根據(jù)《給水排水設(shè)計(jì)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(shù)，dj-管道計(jì)算內(nèi)徑，∑hj-局部阻力損失系統(tǒng)每一點(diǎn)的壓力計(jì)算公式：3.5系統(tǒng)計(jì)算說(shuō)明3.5.1懸吊管與雨水斗出口的高差應(yīng)大于1m。3.5.2懸吊管設(shè)計(jì)流速不宜小于1m/s，保證懸吊管內(nèi)無(wú)淤泥。3.5.3管道內(nèi)最大負(fù)壓值應(yīng)小于0.08Mpa。3.5.4各節(jié)點(diǎn)壓力差值不超過(guò)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(duì)沉降問(wèn)題的解決A380機(jī)庫(kù)的整個(gè)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(gè)沉降問(wèn)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?，懸吊管有些部位?huì)出現(xiàn)倒坡現(xiàn)象，在施工之前，我司就提出了這個(gè)問(wèn)題，并與設(shè)計(jì)院及甲方聯(lián)系，取得各個(gè)吊點(diǎn)的沉降量后，經(jīng)過(guò)計(jì)算，對(duì)各個(gè)吊點(diǎn)的支架長(zhǎng)度進(jìn)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(dá)到更好的排水效果。4.2管道的焊接A380機(jī)庫(kù)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)較復(fù)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(guò)方案優(yōu)化，最終選擇了在網(wǎng)架的一端設(shè)置一個(gè)焊接臺(tái)，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(dòng)，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(xiàng)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(xiàng)目如期完成。4.3.2DN300管道支架的加密為了減輕吊點(diǎn)的荷載，對(duì)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(diǎn)的荷載。圖4DN300管道支架加密圖4.4螺紋牙的強(qiáng)度計(jì)算4.4.1計(jì)算公式外螺紋計(jì)算公式：（公式1）（公式2）內(nèi)螺紋計(jì)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)，外螺紋均為鋼鋼時(shí)d/P<9kz=5P/d外螺紋為鋼，內(nèi)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(yīng)力（MPa）—螺紋材料的許用彎曲應(yīng)力（MPa）。注：內(nèi)外螺紋材料相同時(shí)，只校核外螺紋強(qiáng)度。4.4.2計(jì)算過(guò)程=1\*GB2⑴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(yīng)力=158MPa，許用剪切應(yīng)力=98MPa，許用擠壓應(yīng)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(nèi)水重：φ273管內(nèi)每延米水重：3.14*(273/2)2/1000=58.51kg/mφ325管內(nèi)每延米水重3.14*(325/2)2/1000=82.92kg/m故單個(gè)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(shù)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(jù)GB00196-2003可查的φ14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(zhǎng)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=4\*GB2⑷代入計(jì)算因?yàn)楣芸ǖ拿總€(gè)頭都接雙螺母固定，因此作用到每個(gè)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(dòng)時(shí)荷載，螺紋牙的強(qiáng)度也足夠大，完全在安全范圍內(nèi)。5.結(jié)論A380機(jī)庫(kù)屋面虹吸排水工程已完工，經(jīng)過(guò)數(shù)次大雨的考驗(yàn)，能將雨水及時(shí)、順暢的排出，為機(jī)庫(kù)的雨汛期安全提供了有效的保障。同時(shí)在采用