給排水工程師關(guān)于建筑屋面虹吸排水系統(tǒng)理論的探討

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在新型建筑中,僅靠傳統(tǒng)施工工藝,屋面面積的增大,勢(shì)必導(dǎo)致雨水管道增多,管徑增大,從而影響建筑物的美觀和實(shí)用。因此,傳統(tǒng)的屋面排水系統(tǒng)已顯得越來越不適應(yīng)了,而“大面積屋面排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)”便成了現(xiàn)代施工的一個(gè)新課題。屋面雨水虹吸排水系統(tǒng)是利用屋頂專用雨水漏斗實(shí)現(xiàn)氣水分離。開始時(shí)由于重力作用,使雨水管道內(nèi)產(chǎn)生真空,當(dāng)管中的水呈壓力流狀態(tài)時(shí),形成虹吸現(xiàn)象,不斷進(jìn)行排水,最終雨水管內(nèi)達(dá)到滿流狀態(tài)。

一、虹吸排水系統(tǒng)工作原理

虹吸排水系統(tǒng)為負(fù)壓法或壓力流排水系統(tǒng)。它由防漩渦雨水斗、雨水懸吊管、雨水立管、雨水出戶管組成。該排水系統(tǒng)原理是:在降雨初期,屋面雨水高度未超過雨水斗高度時(shí),整個(gè)排水系統(tǒng)工作狀態(tài)與重力排水系統(tǒng)相同。隨著降雨的持續(xù),雨量的增加,當(dāng)屋面積水高度超過雨水斗高度時(shí),由于科學(xué)的防漩渦雨水斗能控制進(jìn)入雨水斗的雨水流量并調(diào)整流態(tài)減少漩渦,極大地減少了雨水進(jìn)入排水系統(tǒng)時(shí)所夾帶的空氣量,使系統(tǒng)中排水管道呈滿流狀態(tài)。利用建筑物屋面的高度使雨水具有勢(shì)能,在雨水連續(xù)流經(jīng)雨水懸吊管轉(zhuǎn)入雨水立管跌落時(shí)就形成虹吸作用,在該處管道產(chǎn)生最大負(fù)壓。屋面雨水在管內(nèi)負(fù)壓的抽吸作用下能以較高的流速被排至室外。

由于該系統(tǒng)排水管均可滿流有壓狀態(tài)設(shè)計(jì),因此虹吸排水系統(tǒng)中雨水懸吊管可做到無坡度敷設(shè)。當(dāng)虹吸作用時(shí)管內(nèi)水流流速很高,因此系統(tǒng)具有較好的自清潔作用。虹吸系統(tǒng)中排水管泄流量要遠(yuǎn)大于重力系統(tǒng)同管徑排水管的泄流量。虹吸排水系統(tǒng)是一種多斗壓力流排水系統(tǒng)。

二、虹吸排水系統(tǒng)及其優(yōu)勢(shì)

虹吸排水系統(tǒng)采用HDPE高密度聚乙烯管,這種管材能承受較大的沖擊力,且不會(huì)因彎曲而破裂、折斷,還具有耐腐蝕性,其抗極端溫度范圍也大,在-30℃-100℃,同時(shí)管子自身重量輕,施工方便,可使安裝工效大大提高。因此與傳統(tǒng)的屋面重力流排水系統(tǒng)相比虹吸排水系統(tǒng)具有十大優(yōu)點(diǎn):適用于各種類型、各種用途的建筑物;排水管道無需坡度排設(shè);泄流量大;所需地下埋管較少;現(xiàn)場(chǎng)施工量減少;管道及配件的使用量減;降低排水管管徑;節(jié)約安裝空間;管道具有自潔能力;從設(shè)計(jì)到施工簡(jiǎn)單快捷。

虹吸系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì):比重力系統(tǒng)管徑小1/2至2/3;橫管不需要坡度;屋面雨水斗布點(diǎn)靈活;可減少與減小屋面預(yù)留洞要求;管道走向靈活可根據(jù)各種設(shè)計(jì)要求設(shè)置;管道材料可靈活選配;可控制屋面和天溝中的水深;水流速度快具有自潔管道功能。

三、虹吸排水系統(tǒng)的施工

屋面雨水排水系統(tǒng)一般由虹吸式雨水斗、無坡度懸吊管、立管和雨水出戶管(排出管)組成。

虹吸排水系統(tǒng)的施工順序是:埋地管→水壓測(cè)試→埋地管隱蔽→立管→水平懸吊管、雨水斗→灌水試驗(yàn)。

1、埋地管

埋地管施工前應(yīng)與土建密切配合,按照排水系統(tǒng)埋地部分的標(biāo)高,做好地圈梁上的相應(yīng)位置預(yù)留孔洞的工作。

2、安裝管道

管道作為虹吸式屋面雨水排放系統(tǒng)最主要的部分,必須確保系統(tǒng)安全可靠、完全的密封性和完備的防火措施,并且做到盡可能降低噪聲,吸收震動(dòng),抗擊沖擊外力,最大程度滿足抗溫度變化引起的形變,一般根據(jù)工程實(shí)際情況,綜合考慮其適用性、排水能力、耐久性、剛性、防火性、噪音、絕緣、造價(jià)和安裝費(fèi)用等因素進(jìn)行選擇,常見的虹吸管道有ABS, PVC, HDPE、PP,銅管、鋼管和鑄鐵管。

3、安裝雨水斗

一般來說,雨水斗是整個(gè)虹吸系統(tǒng)的關(guān)鍵部分,在施工時(shí)應(yīng)做好與鋼結(jié)構(gòu)的密切配合,同時(shí)在天溝施工時(shí)做好雨水斗處的預(yù)留洞工作和防水工作,用亞弧焊將不銹鋼水斗滿焊在天溝上,在天溝處做聚胺脂涂層防水時(shí),滿覆焊縫,并深人雨水斗20mm雨水斗的設(shè)計(jì)和施工必須滿足:①雨水斗離墻至少1 m。②雨水斗之間距離一般不能大于20m。③平屋頂上如果是沙礫層,雨水斗格柵頂蓋周圍的沙礫厚度不能大于60 mm,最小粒徑必須為15mm。④如果雨水斗是安裝再檐溝內(nèi),且采用焊接件的話,檐溝的寬度至少是350mm,檐溝內(nèi)的雨水斗安裝開口為70 mmx270 mm至290mmx290 mm。⑤如果雨水管是安裝在混凝土屋頂面層內(nèi),那么屋頂至少有160mm厚。

4、灌水試驗(yàn)

排水系統(tǒng)施工完成后做灌水試驗(yàn),將雨水斗排出口封堵嚴(yán)密,從雨水斗處注人清水至水面與天溝底相平,經(jīng)1h后如水面下降則加水到原水面,直至水面不下降為止,同時(shí)檢查管道接品,不滲不漏為合格。

四、設(shè)計(jì)、施工中的幾點(diǎn)建議

1、設(shè)計(jì)管道時(shí)確定充滿時(shí)間

管道充滿分兩個(gè)階段:第一階段是雨水由于非滿流排水能力小于雨水的流量在天溝集聚;第二階段是雨水在管道中聚集充滿管道而產(chǎn)生虹吸。設(shè)計(jì)時(shí)主要是比較天溝的容量和管道的容積及排水能力和雨水暴雨強(qiáng)度比較確定充滿時(shí)間,再天溝的深度。

2、雨量確定(如圖)

2、安裝雨水斗

安裝雨水斗時(shí)要避免空氣通過雨水斗進(jìn)入整個(gè)系統(tǒng)在管道內(nèi)形成氣團(tuán),從而大大降低系統(tǒng)排水效率。同時(shí)雨水斗不宜作臨時(shí)排水。

3、保證管道無滲漏

一般情況下,對(duì)于抗?jié)B漏的要求是允許發(fā)生小范圍的滲漏,只要有補(bǔ)救措施即可。但是虹吸系統(tǒng)一旦發(fā)生滲漏,不易發(fā)現(xiàn)。當(dāng)突然出現(xiàn)暴雨的降雨強(qiáng)度,則可能立即造成整個(gè)系統(tǒng)崩潰。進(jìn)而因?yàn)槲菝嬗晁疅o法及時(shí)排放,超過屋面可負(fù)荷的荷載強(qiáng)度,從而引起屋面坍塌。

4、配件連接

配件連接時(shí)不能采用橡膠密封圈,用承插的方式進(jìn)行連接。因?yàn)樵诤缥饔脮r(shí),管道內(nèi)的管流是壓力流的狀態(tài),一方面管壁承受壓力,承插口處同樣受壓,容易發(fā)生滲漏;另一方面,一旦發(fā)生滲漏,則管內(nèi)壓力狀態(tài)改變,影響正常的虹吸作用。

在整個(gè)施工過程中要特別注意水泥、黃沙、建筑垃圾等進(jìn)人管道,從而引起管道阻塞。

虹吸式雨水系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)U-PVC雨水管采用膠接口配合承插口的施工工藝而產(chǎn)生公差過大引起的漏水、漏氣現(xiàn)象。虹吸雨水系統(tǒng)立管較重力雨水系統(tǒng)立管小,方便管道布置,節(jié)約室內(nèi)空間,增加了美觀性。并且由于系統(tǒng)流速高,系統(tǒng)具有較好的自清效果;可解決屋面雨水集中放的難題;使用減少了大型建筑物中間雨水管的布置,減少了埋地引出管的長(zhǎng)度,增強(qiáng)了雨水系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。管道強(qiáng)度高、自重輕,與普通排水管相比減少了對(duì)屋面的損傷。隨著單層建筑面積越來越大、工廠生產(chǎn)要求的提高,廠房?jī)?nèi)不允許布置雨水管的情況越來越多。屋面雨水需集中排放的情況較多。虹吸式雨水排放形式能適應(yīng)上述發(fā)展的要求,因此具有廣闊的應(yīng)用前景。

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