浅议屋面雨水虹吸排水系统技术与施工要点

浅议屋面雨水虹吸排水系统技术与施工要点
摘要：虹吸排水应用于大型建筑屋面雨水排水系统较之重力流排水系统显示出较大的优越性，本文通过工程实践提出相关技术问题。

关键词：虹吸排水；施工
一、引言
目前我国屋面雨水排水系统多采用重力式雨水排水系统。

根据资料介绍，近年来虹吸式屋面雨水排水系统在欧美各国得到发展。

此雨水系统对应我国《建筑给水排水设计规范》(GB50015-2003)中的压力流雨水系统。

对工业厂房、库房、公共建筑等大型屋面的建筑形式，采用虹吸式雨水排水系统更具科学性和先进性。

在屋面雨水排水系统中，虹吸屋面排水系统正在获得越来越广泛的应用，其作为密闭的内排水系统与传统的重力流排水系统相比，在技术上、经济上都有明显的优势。

二、虹吸排水技术介绍
1、虹吸排水简介
屋面雨水排水系统，最早用的是重力流排水系统，即雨水由天面天沟汇集后经雨水斗下接的立管靠重力自流排出。

这种系统管线并不能被水完全充满。

水沿立管管壁流下时，一般情况下只占立管断面的一部分，甚至一小部分为水，一部分为空气。

可见，如果能将上述的“重力流”变为“满管流”，则立管管径就可以比原来的管径小得多，而且满管流会产生抽吸作用，提高排水速度。

虹吸排水系统就是使排水系统在一定的水量下，使系统达到“满管流”状态的系统。

2、形成虹吸排水的条件
管内液体的流态要达到虹吸状态，应具备以下几个条件（见图1）：
（1）、入水口和排水口之间存在高差；
（2）、管道中充满水；
（3）、立管与水平管中水的流速要足够大并同时能满足管道中的负压大于水的蒸发压力。

可见管道充满水是虹吸状态必要而充分的条件，即要达到虹吸状态，管道必须充满水，而达到了虹吸条件，管道必然是“满管流”。

这就是虹吸排水系统的基本概念。

3、虹吸形成过程及其优势分析
对大型屋面可“分区排水”，整个屋面排水系统可由数个子系统组成，每个子系统一个天沟，这样天沟可避开伸缩缝。

系统的设计是当天沟内雨水深度达到一定深度时，首先是尾管充满水达到虹吸条件，继而使整个系统产生虹吸，即可使天面雨水快速排放。

因虹吸排水流速很
大，要通过消能井再排入市政雨水排水系统。

而当雨量较小时，该虹吸系统也只有做为重力流系统使用。

这样，虹吸排水系统可用比重力流排水系统小得多的管线能排出几十年一遇的暴雨雨水。

此外，在相同排水量的情况下，虹吸排水系统所需的斗前水深要小于重力流系统。

比如，计算表明排水量为40L/s时，用直径300mm的重力流雨水管，其斗前水深需100mm，而直径100mm的虹吸雨水管，其斗前水深仅需73mm，这对屋面的建筑和结构设计都非常有利。

虹吸系统所用管径不仅比重力流小，而且可比重力流“少”。

图1所示系统，即一个横管，一个立管，可以上接十余个雨水斗，而重力流系统则需要多根立管。

此外，虹吸系统的横管可以水平安装，而重力流系统其横管必须有不小于5‰的坡度，将使横管末端降低，从而影响使用空间或影响建筑结构处理。

虹吸系统的立管因数量少，可利用楼梯间、立柱旁等处敷设，不占用更多的使用空间，横管也可以敷设在非敏感的公共走廊等处。

总之，虹吸排水系统能给建筑设计一个非常有利的条件。

4、虹吸排水系统与重力排水系统重要设计参数的比较
两种排雨水系统雨水斗和雨水立管的最大设计泄流量见表1和表2：
表l 雨水斗最大设计泄流量
表2 雨水立管最大设计泄流量
通过上述比较可以看山，与重力雨水排水系统相比，虹吸雨水排水系统具有以下优点：①管径小；②管道安装所需空间小；③悬吊管道坡度小，可为管道安装提供方便，节约建筑空间；④下水道连接管和理地管道少，地下工程量小；⑤系统流速大，有较好的自清作用。

缺点是：两系统取同样的设计重现期时，虹吸雨水排水系统出现溢流的几率大。

三、虹吸排水的施工要点
1、雨水斗安装。

虹吸系统的雨水斗与普通雨水斗的主要区别在于有结构独特的空气挡板，空气挡板不仅能有效地阻止空气进入尾管，而且对
由空气挡板下面流入尾管的雨水具有整流作用。

再有，即使天沟内落叶等垃圾没有及时清扫，空气挡板的结构也能使排水功能不受大的影响。

雨水斗安装在天面的天沟里，混凝土屋面与金属屋面用雨水斗，其主要构件部分均相同，只是因安装条件不同而略有差异。

现以混凝土屋面用雨水斗为例说明雨水斗的安装。

雨水斗以不锈钢底盘、夹圈、空气挡板等几个部件组成，不锈钢底盘固定安装在天面，上面安装空气挡板，下面有接尾管的短节，因而雨水斗的定位安装就是其不锈钢底盘的定位安装。

不锈钢底盘起“承上启下”的作用。

安装前要注意核实定位尺寸及标高。

不锈钢底盘安装，有两种方式：
方式一：预埋。

即在土建天面施工完成配筋后，根据楼板的厚度确定不锈钢底盘安装高度并固定，确保在混凝土灌浆时，底盘不发生移位，封堵好排水口，防止混凝土灌入排水口。

方式二：预留。

即在天面雨水斗安装位置由土建预留孔后安装不锈钢底盘。

我认为采用预留孔的方式较好。

因为天面结构施工通常日夜加班作业，一般雨水斗的数量不多，安装单位没有必要投入太多人力长期配合土建预埋，而且预埋后的雨水斗底盘螺钉容易在土建施工过程中被破坏。

不锈钢底盘在天沟安装完成后进行防水卷材施工。

防水卷材在不锈钢底盘处要精心施工，既要留出排水口的空间，又要敷满底盘的其余部分，然后上紧夹圈以确保不渗漏。

夹圈有一定厚度的向上卷边，屋面找平层应做到夹圈边缘。

夹圈安装后，应封堵好排水口，并做好夹圈和底盘的保护（特别是底盘上安装空气挡板的螺栓），待到天面土建施工全面完成、清洁后再
安装空气挡板，完成雨水斗的安装。

2、水平管与立管的安装。

管线的安装关键是定位准确，特别是弯头、大小头、三通等处的定位。

要注意系统图中标注的所有管道长度的度量均以管道中心为准，所有弯头、三通、变径接头均以与联接管中心交点为准。

要特别注意水平管的标高不能任意变动，以免破坏虹吸条件。

安装时要特别注意管道的配置，因为液体在管道中沿着管壁流动，当条件具备产生虹吸时也有一个过程：由重力流发展为脉冲流，再发展为气液混合流，最后为满管流。

因此，施工过程中要注意正确配置管道，采用“顺水”方式，保证管道不进入空气（同时，要注意尾管的有效长度），大小头在水平管和立管上的连接如图2所示。

3、尾管的安装。

关键是尾管的安装时间应放在“最后”，即必须在天面全部土建施工完成、清洁后，与雨水斗的空气挡板同步施工，以完成
整个虹吸系统的施工。

因为尾管过早的连接，会使虹吸系统的管线过早投入运行，而天面的水泥砂浆等会随雨水流入并在水平管与立管管壁凝固结块，而使虹吸系统失去其功能，一旦造成这种情况，处理起来代价很高。

因此，在施工合同中就应与建设方说明，虹吸系统不可作为施工期间的雨水排水用。

4、抓好图纸会审工作。

因虹吸系统是经过精确计算而设计的，任何改动都需要经计算确认。

因此，要在施工前，通过图纸会审，重点确认系统的定位与标高以及与其它专业安装有无冲突，以尽量减少日后施工中的改动。

其次，通过图纸会审，确认土建图纸上雨水斗预留洞及管线穿墙（或楼板）处预埋套管等位置是否准确，有无遗漏。

这样在土建主体施工过程中只派1人跟进检查其预留与预埋是否正确即可，而当全面施工条件具备时才集中力量进场完成主要安装工作量。

之后，当具备竣工条件时再安排适当力量集中完成雨水斗的空气挡板安装及尾管的连接，从而提高工效。

四、虹吸系统目前存在的问题
虹吸排水系统属压力流排水系统。

而在2003年以前的国家标准《建筑给水排水设计规范》中的雨水排放的章节，只有重力流系统的内容。

在2003 年最新版的《建筑给水排水设计规范》中的相应章节才增加了压力流系统的内容，使设计有章可依。

但却没有相应的施工验收规范。

所以，根据对施工现场的了解，目前国内大多数虹吸系统竣工验收只做灌水试验，其依据为《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》（GB50242-2002）中5.3.1的规定，雨水管安装后应做灌水试验，灌水高度必须到每根立管上部的雨水斗，持续1h，不漏不渗为合格。

至于虹吸排水系统的功能检验，最直观有效的办法是提供足够的水
源进行检验。

由于虹吸系统一般至少都为5～10年一遇的雨水量设计，有些高档建筑物因为留溢留口会影响其外观而不留溢留口，往往采用50年一遇的雨水量进行设计，因而现场很难提供如此大的水源进行测试。

因此，如何检验该系统的功能是一个有待解决的问题。

五、结语
虹吸雨水排水系统最早于1968年在芬兰得到应用之后，相继在欧、美、日本等许多国家都有许多应用实例。

我国大约在2001年开始应用，而且发展很快。

目前有许多专业公司承揽其设计和施工的业务，他们在设计计算、雨水斗结构等方面都不尽相同，对应用管材来说，有的擅长用铸铁管，有的擅长用塑料管，有的擅长用涂塑钢管等，各有千秋。

因此，我们相信，这项技术会继续得到广泛的应用，其存在的问题亦会随之解决。

参考文献：
1、GB50015-2003 《建筑给水排水设计规范》
2、GB50242-2002 《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》。