田小华
北京市工业设计研究院 北京 100055
摘要：近年来，伴随着国民经济的飞速发展，我国城市建设如火如荼。千姿百态的建筑如雨后春笋般拔地而起，城市面貌日新月异。由于传统的重力流雨水排水系统已无法满足要求，一些大型建筑不得不采用新兴的屋面雨水排水系统。因此，文章介绍了虹吸雨水排水系统的工作原理，结合工程实例，阐述了虹吸雨水排水的优点，着重对虹吸雨水系统在大屋面排水中的工艺流程进行了研究，并对实施后的经济效益、社会效益及管理效益作了分析，指出该排水系统值得在大屋面雨水系统中推广。
关键词：虹吸雨水系统；大屋面排水；应用
1导言
虹吸雨水排水方案主要是雨水斗选用不锈钢材虹吸下沉式雨水斗。虹吸雨水斗是利用虹吸原理制作而成的，虹吸是利用液体力学现象，不借助水泵抽吸液体，使处于较高位置的液体在充满一根倒U形的管状结构（称为虹吸管）之后，自动流至开口更低的位置。它主要是由万有引力让虹吸管作用的。虹吸雨水斗是由虹吸雨水斗底盘、采用优质304不锈钢材料冲压而成。压环和导流罩采用硬铝合金和锌合金压铸制成。具有抗腐蚀、抗挤压等特性。虹吸雨水斗能很好的防止空气通过雨水斗入口处的水流带入整个系统，具有极强的反涡流功能，斗前水位达到一定高度后，形成水（液）封完全隔离空气，阻隔空气进入，雨水便能平稳地淹没泄流口进入排水管。虹吸式雨水斗的使用，可以最大限度减小天沟的积水深度，使屋面雨季承受的雨水荷载降至最小，合理计算后，可以降低屋面板的配筋率，降本增效。
2工程概述
某工程总建筑面积41482m2（其中地下建筑面积10273m2，地上建筑面积31209m2），框架结构、地下1层、地上3层，建筑总高度21．20m。屋面汇水面积16533m2，屋面排水采用13套虹吸式雨水排水系统，共使用管径De75～De250的高密度聚乙烯HDPE管材15000余米，11套TY56型虹吸雨水斗，23套TY90型虹吸雨水斗。屋面虹吸式雨水排水系统完工一年来，在经历数次降雨降雪考验后，业主单位、参建各方和质量监督部门均认为排水效果良好，工程质量优良，达到了使用功能要求。
3虹吸式屋面雨水系统工作原理和优势
3.1工作原理
虹吸式屋面雨水排水系统利用建筑屋面与排水管最低处的高差所产生的水头，经过设计调节、分配、平衡管网的压力和水流速度，使系统中管道充满水产生虹吸现象快速排放雨水，是一种多水斗压力雨水排水系统，雨水力学原理为伯努里方程。该系统主要工作原理是通过虹吸系统设计，在降雨初期，屋面雨水沟内水高度未超过雨水斗高度时，整个排水系统工作状况与重力流排水系统相同；当降雨持续时，屋面排水沟内雨水高度超过防漩流雨水斗时，雨水斗控制雨水流量和调节水流减少漩涡，大量减少雨水进入管道系统时夹带的空气量，使雨水在排水管道系统中保持满流状态，在建筑屋面与排水管最低处的高差所产生的雨水势能，在雨水连续流经悬吊平管转入立管跌落形成虹吸并在该处管道内呈现最大负压，屋面雨水在管道内负压下以较高的流带排放。
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3.2优势
可充分利用屋面至地面排出管的位能，提高管内流速，减小管径；由于虹吸排水系统中排水管均按满流有压状态设计，因此雨水悬吊管可做到无坡度敷设，管道安装要求空间小，方便设计和施工；同时节约了宝贵的建筑空间；当产生出虹吸作用时管道内水流流速很高，因此，系统具有较好的自清作用；悬吊管接入的雨水斗数量多，在满足水力计算要求下，接入的雨水斗数量不受限制，据实际经验知悬吊管的长度可达150m左右，从而减少了立管的数量，也可减少与室外管道的连接管和埋地管长度，地下部分工作量少，造价低。
4工艺流程（虹吸雨水排水）
4.1作业流程
作业前准备→安装雨水斗→安装悬吊管卡→管道地面提前热熔→管道安装及固定到位→连接室外排水系统。
4.2核心内容
4.2.1作业前准备
对施工图纸熟悉并进行图纸会审，根据施工技术要求及参照验收规范，编制切实可行的施工方案，并对每位作业人员进行现场技术交底。根据管路图示位置、标高及预留洞口的尺寸要求（预留洞较管道外径大50mm～100mm），结合工艺标准进行施工作业准备。按50年暴雨重现期考虑，在女儿墙设置4个350×200溢流口，溢流口顶部距离屋面300mm。
4.2.2雨水斗安装
屋面防水施工完成后，要及时清除屋面上的杂物，在确认雨水管道畅通后，再进行安装。雨水斗分两部分安装，先安装落水口和防水压板，再安装导流器和导流罩。雨水斗边缘须低于屋面楼板10mm～20mm，与结构接触部位用刚性防水料压实，柔性防水材料伸入落水口边缘不小于30mm，用防水盖板压好，紧固好螺丝，再用防水密封膏封边密封。雨水斗安装要水平牢固，与管道连接牢固密封不漏。
4.2.3安装悬吊装置
根据图纸设计管道走向，确定管道悬吊装置的安装位置点。用膨胀螺栓将悬吊安装片固定在顶板上，方钢连接卡通过全丝螺杆连接至安装片。安装方钢时，用连接卡将方钢卡住，并插入三角楔。
4.2.4管道预制
高密度聚乙烯HDPE管道的连接一般采用热熔焊连接方式。管道焊接前用专用旋刀设备对管口进行切削、清洁表面，使管材焊接端呈平行的对接平面。施焊前将管材固定在熔焊机的夹具上，调整紧固对口的夹具使管材外径重合校准对中使焊缝轴向差异误差不大于1mm。严格按管材生产厂家推荐的温度、界面压力和时间要求来给管材端面加热，当管材端面加热到规定的温度和规定的时间后，移开加热工具，按规定的压力将熔融的端面对接到一起，使对接端面的材料相互混合形成一个均匀凸缘接头，错边不宜大于壁厚的10%。焊接的管接头应在规定的压力下保持固定，直至充分冷却到所需的强度方可松开。过程中要注意根据天气情况，确定焊接升温时间及焊接时间。
4.3连接室外排水
引至室外的埋入地下的排水管道与露出地面的立管通过电热熔管箍连接。排水管道埋地处预埋套管，熔接好后穿入套管连接至室外雨水检查井。
4.4虹吸雨水的安装坡度调整
虹吸雨水系统的优点是水平管无坡度，很少占用屋内吊顶空间。不足之处：如果在雨量较小，雨水无法满管排放时，系统处于重力排水阶段。本工程施工工期长，且经过无外墙围护的北方寒冷冬季。在重力排水阶段，若水平管无坡度，管内余水难排尽，经冬季易结冰，影响管材寿命。从本工程实际出发，将水平管调整为微坡。经计算，坡度为1‰时，不影响整体虹吸系统运行，且能排尽水平管内残留雨水，防止结冰影响管材寿命。该坡度远小于普通排水2%的坡度，整个系统水平管坡降4．5cm，基本不增加屋内吊顶空间，很好地解决了水平管雨水残留问题。
5实施效果
本工程虹吸雨水系统一次投入为21万元，但HDPE管耐久年限可达50年。U-PVC重力排水系统一次投入约为15万元，使用年限为10年～15年，而建筑使用年限50年，所以需要二次投入，至少还需40万元以上，23根立管的装修费用5万元，减少室外管道及23座检查井约10万元，共计经济效益55万元。
排水雨水斗预留孔处是防水渗漏薄弱环节，虹吸雨水斗带有专门的防水圈不锈钢夹环，防水性能上远远优于普通；重力系统采用U-PVC固定管卡，而虹吸系统采用成套的冷轧钢镀锌固定系统，无论从固定管卡的可靠程度和使用寿命上都远远超过U-PVC固定管卡；重力系统排水能力弱，排水速度慢，屋面灰尘冲入易沉淀在横管中，管道易堵塞，需要定时从室内设置检查口清整，维护费用高，并且室内易遭受雨水侵犯；虹吸系统流速快，管道有自净功能，维护费用少，无漏水隐患；同时也解决了立管多影响使用布局问题。
通过对虹吸雨水新材料、新工艺的应用，提高了企业创新管理水平。同时，优化了建筑物的使用功能，减少了后期的使用维护费用，树立了企业的形象。
6结论
总之，随着科学技术的发展和新材料的应用，虹吸式系统将日趋成熟与完善，得到更广阔的发展空间。该系统凭借其节约管材、施工方便和节约空间等优点也必将在大型建筑的雨水排水系统中起到更加重要的作用。
参考文献：
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[2]潘俊杰，何蓉.压力流虹吸式屋面雨水排水系统的设计与应用探讨[J].中国给水排水，2011，14：27-30.
[3]赵磊阳.浅议屋面雨水虹吸排水系统的设计[J].科技风，2011，23：158-159.
论文作者:田小华
论文发表刊物:《基层建设》2015年23期供稿
论文发表时间:2016/4/5
标签：雨水论文; 屋面论文; 系统论文; 管道论文; 排水系统论文; 管材论文; 坡度论文; 《基层建设》2015年23期供稿论文;