壓力流雨水排水系統(tǒng)在建筑工程中的應用

■王玉峰 ■江蘇緯信工程咨詢有限公司，江蘇 南京 212014

我國許多地區(qū)夏季常有大雨或暴雨，會造成屋面短時間內大量積水，若不能及時排除易引起建筑屋面的滲漏。我國許多學者對于屋面排水問題進行了大量的研究，已有多種屋面雨水排水系統(tǒng)投入使用［1］。隨著現(xiàn)代建筑美學和結構設計的進步，許多屋面造型新穎的建筑都成為城市建筑的名片而得到大力發(fā)展，同時也帶來了屋面雨水排水系統(tǒng)設計的問題。屋面雨水排水系統(tǒng)設計的目標是迅速排除或者最短時間內排除屋面積水，雨水排放方案的選擇應在進行技術經濟比較后確定，在確保排水效率的基礎上，具有良好的經濟性。

1 重力流與壓力流雨水排水系統(tǒng)的對比分析

建筑雨水排水系統(tǒng)是防止屋面滲水的重要設施，在對屋面雨水排水系統(tǒng)進行設計時應根據實際情況進行選擇，必須遵循迅速排水、安全、經濟的原則。當前我國建筑雨水排水系統(tǒng)仍主要采用重力流雨水排水系統(tǒng)，并在多年的應用中積累了豐富的經驗［2］。重力流雨水排水系統(tǒng)主要包括普通雨水斗、懸吊管、立管、埋地管及出戶管等部分，其工作原理是利用雨水的重力進入排水系統(tǒng)，但當雨水流量過大時，超量水會對排水管道產生壓力，容易導致排水系統(tǒng)的損壞。隨著科技的進步，壓力流(虹吸式)雨水排水系統(tǒng)的設計與建設逐漸成熟，在我國也開始得到推廣與應用［3］。相比重力流雨水排水系統(tǒng)，虹吸式雨水系統(tǒng)的系統(tǒng)組成基本一致，包括防漩渦雨水斗、懸吊管、立管和出戶管等部分，但防漩渦雨水斗的技術要求較高，要保證系統(tǒng)水力上的平衡才能正常使用。

重力流雨水系統(tǒng)采用普通雨斗，按有壓非滿流狀態(tài)進行排水設計，而虹吸式雨水系統(tǒng)的雨水斗具有防漩渦功能，在屋面雨水高度超過雨水斗高度時通過控制雨水流量使得系統(tǒng)中排水管道呈滿流狀態(tài)，這極大地提高了排水效率。實測資料表明，重力流雨水系統(tǒng)雨水斗與立管的距離越近，排水能力越強，但達不到虹吸式雨水系統(tǒng)的排水能力，而虹吸式雨水系統(tǒng)不會因雨水斗與立管距離的不同產生不均勻排水的問題。因此，通常重力流雨水系統(tǒng)采用單斗排水設計，而虹吸式雨水系統(tǒng)可在懸吊管排水極限的范圍內接入多個雨水斗。

重力流雨水系統(tǒng)管道是按照半壓力流進行設計的，懸吊管、橫管等必須設置一定的坡度，確保在雨量較小時雨水的正常排出。虹吸式雨水系統(tǒng)管道時在滿流有壓狀態(tài)下工作，利用管道內較強的抽吸作用排出雨水，只要保證管道不存在倒坡即可保證系統(tǒng)的正常使用，這極大地方便了工程施工。此外，重力流雨水系統(tǒng)的單斗排水還會導致連接立管的排出管道過多，不僅影響建筑美觀，而且還會減少排水管道的有效斷面，降低排水系統(tǒng)的排水能力。而虹吸式雨水系統(tǒng)可以實現(xiàn)多個雨水斗同時接入懸吊管，管內的抽吸作用可以保證充分利用排水管道的排水能力，可不設置傳統(tǒng)的管道井等輔助設施。

2 虹吸式壓力流雨水系統(tǒng)的設計

精確的水力計算是虹吸式壓力流雨水排水系統(tǒng)設計的關鍵，其初步決定了管徑、管長、各節(jié)點布置等參數的設置，在工程施工中常常還會因客觀條件的限制進行適當調整。雨水量計算是虹吸式壓力流雨水系統(tǒng)水力計算的前提。在進行雨水排水系統(tǒng)設計前，應建筑工程當地的氣候條件，確定降雨歷時、降雨強度、設計重現(xiàn)期、匯水面積等參數。對于屋面雨水排水系統(tǒng)，降雨歷時通常取5min。降雨強度通常按照為設計室外雨水管渠而編制的暴雨強度公式計算確定，但計算值一般都略低于實測值，需要留有一定富余量，也可根據氣象局和水文總站統(tǒng)計確定的5min降雨強度最大值，并經頻率計算調整后最終得到屋面雨水排水系統(tǒng)設計用降雨強度。建筑的重要程度、匯水區(qū)域性質、氣象特征等都是設計重現(xiàn)期的重要影響因素，但設計重現(xiàn)期越高，排水系統(tǒng)的設計要求越高，會顯著增加工程造價，需要結合工程實際情況確定。受建筑結構的影響，屋面匯水面積應按屋面水平投影面積和側墻、窗井、裙房等建筑投影折減面積計算確定。

屋面雨水設計流量可由設計降雨強度、屋面匯水面積計算求得。虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)設有獨立的溢流口或溢流系統(tǒng)，其總排水能力不低于重現(xiàn)期為50年的5min降雨歷時的設計雨水流量。根據求解的總降雨量和各區(qū)域的匯水面積流量可以確定壓力流雨水斗的規(guī)格、技術指標和雨水斗的數量。在各分區(qū)雨量計算和雨水斗結構布置的基礎上，可以繪制雨水管系統(tǒng)的布置草圖，從而方便進行虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)的水力計算。

在保證系統(tǒng)安全、可靠的前提下，充分利用水頭來減小管徑和降低造價是水力計算的目的。隨著科技的進步，當前排水系統(tǒng)設計大都采用軟件進行水力計算，這不僅極大地提高了設計效率，而且能夠保證數據計算的準確性。研究表明，流速、建筑物高度、雨水壓力等參數對水力計算結果的準確性會產生一定的影響，需要在合適的范圍內選用［4］。系統(tǒng)內負壓會降低水的沸點，使管內產生大量的水蒸汽氣泡，引起金屬管道的氣蝕，也易導致管徑過大的塑料管過早破損。因此，虹吸規(guī)程規(guī)定管內的最大負壓不能超過－900mbar。管內流體流速越大，對管道的沖擊越大，而流速過小容易導致泥沙等雜質阻塞管道。因此，立管內流體流速控制在2.5m/s～10m/s。各并聯(lián)的雨水斗水頭損失的不均衡會破壞整個系統(tǒng)的虹吸作用，各雨水斗之間的水頭損失應當控制在150mbar以內。在實際工程設計時，有必要對可利用的總水頭的使用留有一定的余量，以方便后續(xù)的設計更改，一般壓力余量宜略大于100mbar。

因此，虹吸式壓力流雨水排水系統(tǒng)的設計可按照確定各分區(qū)匯水面積、計算總降雨量和各分區(qū)的設計降雨量、確定雨水斗的規(guī)格和數量、繪制雨水管系系統(tǒng)圖、估算雨水管系的管徑、水力計算、調整管系布置系統(tǒng)、水力計算驗證、繪制正式圖紙的步驟進行。

3 虹吸式壓力流雨水系統(tǒng)的應用

相比傳統(tǒng)重力流雨水系統(tǒng)，虹吸式壓力流雨水排水系統(tǒng)具有立管數量少、施工簡單、管道利用率高、自凈防淤等優(yōu)點，在大型建筑屋面和結構越復雜的屋面上應用具有明顯的優(yōu)勢，在中小型屋面上應用可方面管道的布置、節(jié)約空間，也具有一定的優(yōu)勢。隨著壓力流(虹吸式)雨水排水系統(tǒng)的應用越來越多，其在系統(tǒng)布置和使用功能上的優(yōu)勢得到肯定，而從工程經濟角度看，壓力流(虹吸式)雨水排水系統(tǒng)也有一定的優(yōu)勢［5］。從某機場航站樓應用壓力流(虹吸式)雨水排水系統(tǒng)的程造價來看，當采用相同材料的排水管道時，重力流排水系統(tǒng)造價相當于虹吸式排水系統(tǒng)造價的2倍。此外，虹吸式壓力流雨水排水系統(tǒng)在國家體育場工程、國家游泳中心及多個省市的大型體育場館中得到廣泛應用。

虹吸式壓力流雨水排水系統(tǒng)的施工主要包括施工準備、雨水斗安裝和管道安裝等重要環(huán)節(jié)。在雨水排水系統(tǒng)安裝前，應根據施工圖紙和相關技術文件資料落實施工組織設計方案、施工進度計劃等技術資料及材料、人員、機械設備等要素。

虹吸式壓力流雨水斗包括導流罩、抗渦流裝置斗體和出水管等部分，并按照斗體、防葉罩、輔助部件的流程進行安裝。為減少暴雨沖刷力對斗體的影響，應采取多種技術措施(設置預留孔、繞灌混凝土、螺栓固定等)保證斗體與建筑屋面連接牢固。在雨水斗進水口釆取封堵措施可防止雨水滲入建筑屋面的隔熱層、保護層及結構內部，在施工完成后應進行閉水試驗以檢驗屋面的防水效果。

虹吸式壓力流雨水排水系統(tǒng)用管道有高密度聚乙烯管、鋼管、鑄鐵管、不銹鋼管等多種，在進行管道安裝工作時應根據管材的特性和設計要求進行固定和安裝，當前應用最為廣泛的是高密度聚乙烯管。為方便安裝，可根據施工現(xiàn)場的實際情況選擇合理的管節(jié)尺寸進行預制加工，一般管節(jié)長度不宜超過10m。管道的安裝遵循“先地下再地上”的原則進行，即先鋪設埋地管道，再連接和安裝立管、懸吊管和雨水斗連接管。從虹吸式壓力流雨水排水系統(tǒng)的原理來看，可以不設置管道的排空坡度，但實際工程應用中均采用0.003的坡度，可防止管段局部倒坡導致(管道變形)積水或泥沙堆積的現(xiàn)象，保證雨水排水系統(tǒng)的安全運行。

4 結束語

相比傳統(tǒng)重力流式雨水排水系統(tǒng)，虹吸式雨水排水系統(tǒng)的雨水斗具有防漩渦功能，可提高屋面雨水的排水效率，在建筑工程中得到越來越廣泛的應用。虹吸式壓力流雨水排水系統(tǒng)可采用專業(yè)的軟件進行計算和設計，但應根據建筑結構的特點及當地的降雨情況確定水力計算參數。在虹吸式壓力流雨水排水系統(tǒng)的施工中，應做好雨水斗和管道的固定、密封工作，并合理設置管道的排空坡度。

［1］郭林．壓力流(虹吸)排水系統(tǒng)在鄭州某酒店大面積屋面的應用［J］．建筑·建材·裝飾，2013(3):35 －36．

［2］邢燕麗，趙世明．87型雨水斗排水系統(tǒng)存在問題的研究［J］．給水排水，2013，39(7):105 －111．

［3］王善永．壓力流(虹吸式)屋面雨水排水系統(tǒng)在鐵路建筑中的運用［J］．上海鐵道科技，2015(1):83 －85．

［4］黃波，肖睿書，趙宇．某鑄造車間屋面長天溝大雨水斗設計探討［J］．中國建筑金屬結構，2014(8):83 －84．

［5］經晶，沈致和，張丹汝．淺議虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)［J］．建筑節(jié)能，2014(7):87－90．