虹吸式排水的施工與應(yīng)用優(yōu)勢研究

黃青飛

（陜西建工第四建設(shè)集團有限公司 陜西渭南 714000）

引言

虹吸式排水系統(tǒng)于1968年首次運用在現(xiàn)代建筑中，直到20世紀90年代才引入我國，在虹吸式排水技術(shù)進入我國的這二十多年，已經(jīng)成功運用于國家體育場（鳥巢）、CCTV新臺址、首都機場T3航站樓等大型屋面。這些成功的案例改變了人們對傳統(tǒng)重力式排水的認識，也為解決結(jié)構(gòu)復(fù)雜或大型屋面排水難題找到了一個更有效、更先進的工藝系統(tǒng)。

本文將通過真實案例，結(jié)合自己施工經(jīng)驗體會，根據(jù)設(shè)計和施工要點，淺析虹吸式排水的原理和特點，并將虹吸式排水與傳統(tǒng)重力排水進行對比分析，進一步談?wù)摵缥脚潘膬?yōu)勢。

1 工程概況

紫陽文體活動中心為地上三層現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)，建筑長度153.9m，寬度67.2m，建筑面積23196m2，屋面匯水面積為9745m2。其屋面為田徑場，建設(shè)有300m塑膠跑道，跑道內(nèi)側(cè)設(shè)置有5人制足球場兩座、硅PU標準籃球場兩座。因屋面功能區(qū)域多，排水坡度繁多不一，排水施工難度大，因此屋面排水采用虹吸式排水系統(tǒng)。

2 設(shè)計及施工要點

為確保屋面排水并滿足屋面田徑場正常使用要求，本工程先在跑道內(nèi)側(cè)設(shè)置環(huán)形排水溝及集水井，再采用雙壁波紋管將集水井與設(shè)置于跑道外側(cè)的虹吸式排水系統(tǒng)集水井連接。虹吸式排水系統(tǒng)按照安康地區(qū)設(shè)計重現(xiàn)期P＝50年，5min暴雨強度q5＝4.21L/s·100m2，虹吸雨水排水系統(tǒng)匯水總流量為411.21L/s，設(shè)計了5套虹吸系統(tǒng)，17個WPK110雨水斗。虹吸雨水斗底盤采用304不銹鋼材質(zhì)，空氣擋板為鋁鎂合金產(chǎn)品，雨水斗直接安裝于屋面現(xiàn)澆混凝土板預(yù)留洞，雨水斗安裝時，將自粘密封圈、防水卷材鋪貼在斗座上，用固定螺栓把防水壓環(huán)壓緊，并用防水密封膏做封邊處理。雨水管采用DN100的HDPE高密度聚乙烯管材，熱熔連接，雨水斗與雨水管也采用熱熔連接。

圖1 雨水斗在混凝土天溝內(nèi)安裝大樣圖

3 虹吸式排水系統(tǒng)原理及技術(shù)特性

虹吸式排水系統(tǒng)的原理就是依靠虹吸式雨水斗在設(shè)計流量下使排水管達到滿流狀態(tài)，隔絕空氣，實現(xiàn)氣水分離，雨水流經(jīng)懸吊管至立管跌落時形成虹吸，并在管道內(nèi)呈最大負壓，使得屋面雨水在管道內(nèi)負壓抽吸作用下以較高的流速排出。

虹吸式排水的專用雨水斗可以減小天溝的進水深度，同時又能使雨水斗的出口獲得較大的淹沒水深，避免了在設(shè)計流量下工作時的漏氣現(xiàn)象，極大的提高了雨水斗的額定流量。

4 虹吸式與重力式排水系統(tǒng)的優(yōu)勢對比

4.1 虹吸式雨水系統(tǒng)排水高效

虹吸式排水系統(tǒng)，通過專用的雨水斗和管道系統(tǒng)將雨水匯集到排水管中，依靠虹吸式雨水斗在設(shè)計流量時使系統(tǒng)排水管達到滿流狀態(tài)，隔絕空氣，實現(xiàn)氣水分離，雨水流經(jīng)懸吊管至立管跌落時形成虹吸，并在管道內(nèi)呈最大負壓，使得屋面雨水在管道內(nèi)負壓抽吸作用下以較高的流速排出。同時有著更優(yōu)良的排水效果。其雨水集中排放也為雨水收集利用創(chuàng)造了有利條件。

4.2 重力式雨水系統(tǒng)管徑大、懸吊管坡度要求較高

傳統(tǒng)的重力式雨水系統(tǒng)是將屋面或天溝匯集的雨水通過雨水斗、立管排至地面而流入雨水井或再通過排出管排至雨水井。此系統(tǒng)采用重力式的雨水斗，排水時雨水斗中的水流呈自由堰流狀態(tài)，同時流入雨水斗中的雨水會混入空氣，形成水氣混流，從而制約了雨水斗的設(shè)計流量。根據(jù)《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》4.9.20的規(guī)定，重力流屋面雨水排水系統(tǒng)的懸吊管應(yīng)按非滿流設(shè)計，其充滿度不宜大于0.8。管內(nèi)流速不應(yīng)小于0.75m/s。且對其坡度設(shè)計有著嚴格地要求，以當前常用的塑料管為例，其設(shè)計坡度不宜小于0.005。因此，其需要較大的管徑和排水坡度。

4.3 虹吸式雨水系統(tǒng)節(jié)省材料、節(jié)約成本

重力式雨水系統(tǒng)受水力特性的限制，使得每個落水口匯水面積不大于20m2，在大型工業(yè)廠房、體育場館等大型屋面排水系統(tǒng)中更是嚴重限制了屋面排水能力。而虹吸式雨水系統(tǒng)可有效提高屋面排水能力，且雨水斗布置靈活，雨水斗接入排水管數(shù)量不受限制，從而減少立管設(shè)置，懸管也無需設(shè)計排水坡度，提高了安裝便捷性，根據(jù)虹吸式壓力流的計算可以減小雨水系統(tǒng)管徑，實踐應(yīng)用表明，可大幅降低工程成本。

5 結(jié)束語

通過工程實踐，對虹吸式雨水系統(tǒng)和重力式雨水系統(tǒng)的對比分析，可以發(fā)現(xiàn)，虹吸式雨水系統(tǒng)具有：①管徑更小；②雨水斗布置靈活，可減少雨水斗和立管；③橫管布置靈活、無需坡度；④雨水井少，減少地面開挖作業(yè)，施工便捷；⑤造價經(jīng)濟等優(yōu)勢，將是未來屋面排水系統(tǒng)的發(fā)展趨勢和首選方式。

[1]同濟大學建筑設(shè)計研究院（集團）有限公司，等.《虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》[S].北京：中國計劃出版社，2015.

[2]中國工程建設(shè)標準化協(xié)會.《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.

[3]姜文源.虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)技術(shù)要點剖析[Z].

[4]遼寧省建設(shè)廳.《建筑給水排水及采暖工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003.