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,勢必導致雨水管道增多,管徑增大,從而影響建筑物的美觀和實用。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”便成了現(xiàn)代施工的一個新課題。屋面雨水虹吸排水系統(tǒng)是利用屋頂專用雨水漏斗實現(xiàn)氣水分離。開始時由于重力作用,使雨水管道內(nèi)產(chǎn)生真空,當管中的水呈壓力流狀態(tài)時,形成虹吸現(xiàn)象,不斷進行排水,最終雨水管內(nèi)達到滿流狀態(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,整個排水系統(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,當屋面積水高度超過雨水斗高度時,由于科學的防漩渦雨水斗能控制進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入排水系統(tǒng)時所夾帶的空氣量,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)入雨水立管跌落時就形成虹吸作用,在該處管道產(chǎn)生最大負壓。屋面雨水在管內(nèi)負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,因此虹吸排水系統(tǒng)中雨水懸吊管可做到無坡度敷設(shè)。當虹吸作用時管內(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

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: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)計到施工簡單快捷。

虹吸系統(tǒng)的優(yōu)勢: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→水壓測試→埋地管隱蔽→立管→水平懸吊管、雨水斗→灌水試驗。

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,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、造價和安裝費用等因素進行選擇,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,雨水斗是整個虹吸系統(tǒng)的關(guān)鍵部分,在施工時應(yīng)做好與鋼結(jié)構(gòu)的密切配合,同時在天溝施工時做好雨水斗處的預(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,滿覆焊縫,并深人雨水斗20mm雨水斗的設(shè)計和施工必須滿足: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

排水系統(tǒng)施工完成后做灌水試驗,將雨水斗排出口封堵嚴密,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,同時檢查管道接品,不滲不漏為合格。

四、設(shè)計、施工中的幾點建議

1、設(shè)計管道時確定充滿時間

管道充滿分兩個階段: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)計時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度比較確定充滿時間,再天溝的深度。

2、雨量確定(如圖)

2、安裝雨水斗

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

3、保證管道無滲漏

一般情況下,對于抗?jié)B漏的要求是允許發(fā)生小范圍的滲漏,只要有補救措施即可。但是虹吸系統(tǒng)一旦發(fā)生滲漏,不易發(fā)現(xiàn)。當突然出現(xiàn)暴雨的降雨強度,則可能立即造成整個系統(tǒng)崩潰。進而因為屋面雨水無法及時排放,超過屋面可負荷的荷載強度,從而引起屋面坍塌。

4、配件連接

配件連接時不能采用橡膠密封圈,用承插的方式進行連接。因為在虹吸作用時,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。

在整個施工過程中要特別注意水泥、黃沙、建筑垃圾等進人管道,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度,增強了雨水系統(tǒng)運行的可靠性。管道強度高、自重輕,與普通排水管相比減少了對屋面的損傷。隨著單層建筑面積越來越大、工廠生產(chǎn)要求的提高,廠房內(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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