一、HDPE 管核心特性及在虹吸系统中的适配性

　　材料本质优势

　　HDPE(高密度聚乙烯)管具备优异的化学稳定性，耐酸碱腐蚀(pH 值 1-14 范围内稳定)，可抵御雨水携带的灰尘、污染物侵蚀，无需额外防腐处理;冲击强度达 20kJ/m² 以上(23℃环境)，低温下(-40℃)仍保持柔韧性，避免冬季冻裂;密度仅 0.94-0.96g/cm³，约为钢管的 1/8，大幅降低屋面及吊顶荷载(每米 DN160 HDPE 管重量仅 6.8kg，较同规格不锈钢管轻 60%)，适配大跨度屋面轻量化需求。

　　虹吸系统适配特性

　　内壁光滑(粗糙系数 λ=0.009-0.011)，远低于钢管(λ=0.012-0.015)，减少水流阻力，适配虹吸系统 2-5m/s 的高速满管流;

　　可实现热熔焊接(焊接温度 190-210℃)，接口强度达管材本体强度的 90% 以上，杜绝虹吸负压工况下的渗漏风险;

　　柔韧性强(弯曲半径≥20 倍管径)，可适应大跨度钢结构屋面的微小变形(如温差沉降)，避免刚性管道破裂。

　　二、HDPE 管虹吸雨水收集系统组成

　　HDPE 虹吸雨水收集系统的核心组件包括 HDPE 虹吸雨水斗、主管与支管、HDPE 管件、热熔焊机及伸缩节。其中，HDPE 虹吸雨水斗采用高密度聚乙烯搭配 304 不锈钢格栅制成，排水能力可达 10-45L/s，空气夹带率≤1%，主要作用是防涡流收集雨水，减少空气进入管道，保障系统满管流状态稳定;主管与支管均为 HDPE 管，环刚度需满足 SN8 或 SN12.5 等级，管径范围为 DN50-DN315，壁厚需符合 GB/T 13663.2 标准要求，功能是输送雨水，同时能承受 - 0.03 至 - 0.08MPa 的负压，适配虹吸系统工作压力需求;HDPE 管件采用与管材同材质的注塑成型工艺制造，弯头曲率半径≥3 倍管径，三通选用斜三通形式，可有效减少局部水头损失，保证水流在管道内稳定流动;热熔焊机分为全自动和半自动两种类型，焊接压力控制在 0.15-0.3MPa 之间，加热时间需根据管径大小确定，其核心功能是实现管道无缝连接，确保接口密封性，避免负压下渗漏;伸缩节同样为 HDPE 材质，伸缩量可达 ±50mm，适配温度范围为 - 20℃至 60℃，主要用于补偿管道因温度变化产生的热胀冷缩，避免结构应力对管道造成损坏。

　　三、系统设计关键要点

　　环刚度选型

　　屋面明敷管道：选用 SN8(环刚度≥8kN/m²)，适配屋面荷载要求;

　　地下埋设管道：选用 SN12.5(环刚度≥12.5kN/m²)，抵御土壤压力及车辆荷载(如车库顶板上方敷设)。

　　温度补偿设计

　　HDPE 管线膨胀系数为 18×10⁻⁵/℃，需按环境温差计算伸缩量：

　　伸缩量 ΔL=α×L×ΔT(α=18×10⁻⁵/℃，L 为管道长度，ΔT 为最大温差);

　　当 ΔL>30mm 时，需设置伸缩节，水平管伸缩节间距≤15m，立管伸缩节间距≤6m。

　　水力计算优化

　　利用 HDPE 管内壁光滑优势，采用海澄 - 威廉公式计算水头损失：

　　hf=10.69×Q¹・⁸⁵²×L×C⁻¹・⁸⁵²×D⁻⁴・⁸⁷⁰⁴(C 取 150-160，Q 为流量，L 为管长，D 为管径)，确保系统在满管流状态下负压值≤-0.08MPa。

　　特殊场景适配

　　露天屋面：管道外需包裹 30mm 厚聚氨酯保温层 + 铝箔保护层，防止紫外线老化(HDPE 管紫外线照射 5000h 后强度下降≤10%);

　　地下车库顶板：管道需设置抗压支架(间距≤2m)，避免顶板沉降挤压管道。

　　四、施工与维护规范

　　(一)大跨度屋面施工核心技术

　　1. 施工前期准备

　　技术准备：核对土建结构图与排水施工图，重点确认屋面坡度(大跨度屋面通常设计 0.003 坡度)、雨水斗定位轴线及预留孔洞位置，确保钢结构檩条间距与支架安装位置匹配。绘制管道安装单线图，对 DN200 以上管道转弯处进行应力验算，采用 R=6D 的煨制弯头(D 为管径)。编制《虹吸排水施工工艺卡》，明确热熔参数并开展专项培训。

　　材料与机具：HDPE 管材选用 SDR11 系列，进场需逐根检测壁厚(误差≤±0.5mm)及端口椭圆度;雨水斗抽样进行水封深度(≥50mm)和空气隔离性能试验。配备热熔对接焊机(加热板温度偏差≤±5℃)、激光投线仪(水平精度 0.3mm/m)等专用设备，扭矩扳手每季度校准一次。

　　2. 关键工序施工

　　支架安装：悬吊管采用 80×40×3mm 方钢通长横梁，间距按管径设置(DN110 为 1.5m，DN200 为 2.5m)，通过 M12 膨胀螺栓固定在屋面钢梁上，螺栓埋深≥100mm，每处配 2 个侧向承载力≥15kN 的抗震支吊架。立管采用 50×30×2.5mm 方钢 L 型支架，锚固与导向管卡交替布置，底部设 C25 混凝土支墩。

　　雨水斗安装：切除屋面防水层至结构层，底座用 M8 不锈钢膨胀螺栓固定(间距 150mm)，缝隙嵌填≥20mm 深聚氨酯密封胶。周边做 300mm 宽增强防水层，采用 1.5mm 厚氯化聚乙烯卷材满粘，金属压条固定间距≤200mm。水平度偏差≤2mm/m，斗前水深调至设计值(通常 80mm)。

　　HDPE 管高空敷设：

　　① 管口处理：切割后修边成 30° 坡口，钝边厚度 1.5mm，两管口错边量≤0.3mm;

　　② 热熔焊接：采用 “加热 - 切换 - 对接” 三步法，DN160 管加热 45 秒，对接压力 0.2MPa，冷却≥30 分钟，翻边宽度控制在 12-15mm;

　　③ 吊装工艺：用宽度≥50mm 的尼龙吊带两点起吊，吊点间距≤6m，严禁单点起吊。管道坡度偏差≤±0.2%，三通接口处设加强型锚固支架。

　　埋地管施工：管沟开挖留 300mm 人工清底，铺 200mm 厚级配砂石垫层。DN315 管采用机械下管，电热熔套连接(通电时间 480 秒)，管顶覆土≥900mm(行车道下)。分层回填 300mm 厚土层，水撼法密实至压实度≥93%。

　　3. 系统专项调试

　　灌水试验：屋面雨水斗处设 300mm 高临时挡水墙，缓慢注水排气，水位达设计水深后保压 30 分钟，水位下降≤5mm 为合格，重点检查接口及屋面衔接处。

　　虹吸性能测试：开启消防水泵模拟设计流量(如 380L/s)，记录虹吸形成时间≤60 秒，管道流速达 1.5-3.0m/s，最不利点负压≤-80kPa。持续运行 2 小时，管道振幅≤0.1mm，1m 处噪音≤65dB (A)。

　　溢流测试：关闭 30% 雨水斗，验证溢流系统排水能力≥设计流量的 1.5 倍。

　　(二)维护要点

　　日常检查：每季度清理雨水斗格栅，每年检测伸缩节密封性能;

　　管道疏通：采用高压水射流(压力 10-15MPa)清洗管道内壁，避免生物黏泥附着(HDPE 管内壁不易结垢，清洗周期可延长至 2-3 年);

　　老化评估：露天管道每 5 年进行红外检测，评估壁厚变化(允许最大壁厚损失≤10%)。

　　五、典型应用案例

　　上海国家会展中心(屋面面积 14 万㎡)

　　采用 HDPE 管虹吸雨水系统，共敷设 DN50-DN250 HDPE 管约 8600m，设置 186 个 HDPE 虹吸雨水斗，分 12 个排水分区。系统在 2024 年 6 月暴雨(1 小时降雨量 72mm)中，排水效率达设计值的 102%，屋面无积水;相比不锈钢管方案，节省材料成本 35%，施工周期缩短 20 天。

　　某钢结构厂房(屋面面积 8600㎡)

　　划分 4 个排水区域，设 24 组虹吸雨水斗，总排水能力 380L/s。采用 SN8 级 HDPE 管沿钢梁悬吊敷设，通过抗震支吊架固定，热熔接口 100% 外观合格。系统在模拟暴雨测试中，虹吸形成时间 45 秒，负压稳定在 - 75kPa，满足 10 年一遇降雨强度要求。

　　六、大跨度屋面施工安全与质量控制

　　高空防护：搭设满堂脚手架(步距 1.8m)，脚手板满铺固定，屋面边缘设 1.5m 高防护栏，作业人员双钩交替使用安全带。

　　交叉作业：遵循 “钢结构安装→压型板铺设→雨水斗预埋→管道安装→防水施工” 顺序，避免与屋面工程相互干扰。

　　验收标准：主控项目包括 HDPE 管静液压强度≥16MPa(20℃，100h)，接口拉伸强度≥母材 85%，虹吸形成时间≤90 秒;一般项目允许雨水斗位置偏差 ±100mm，管道垂直度≤3mm/m。