虹吸雨水系統(tǒng)的應(yīng)用與常見問題解決方法

虹吸雨水系統(tǒng)的應(yīng)用與常見問題解決方法【摘要】隨著我國建筑業(yè)突飛猛進的發(fā)展，對建筑工程的要求也不斷增加。建筑排水設(shè)計不斷優(yōu)化是適應(yīng)時代發(fā)展的必然趨勢。傳統(tǒng)建筑排水系統(tǒng)在工程中仍存在一些短板，對于建筑的應(yīng)用以及人們的生活造成了一定的影響。為了更好的提高排水系統(tǒng)運行質(zhì)量，虹吸雨水系統(tǒng)的應(yīng)用便顯得非常重要。虹吸雨水系統(tǒng)，可以適應(yīng)某些建筑的雨水排放條件，達到更為安全、順暢、高效的排水目的。本文以湖南省益陽市某大型工業(yè)廠房的屋面雨水排水設(shè)計為例，分析虹吸雨水系統(tǒng)的原理，比較虹吸雨水系統(tǒng)較傳統(tǒng)重力流雨水系統(tǒng)的優(yōu)勢，總結(jié)了虹吸雨水系統(tǒng)在應(yīng)用中的常見問題與解決方法，希望可以為相關(guān)工作者提供幫助?！娟P(guān)鍵詞】虹吸雨水系統(tǒng);實踐應(yīng)用;工業(yè)廠房隨著中國人民對建筑的要求越來越高：從最初滿足建筑使用功能，到建筑不僅要實用，還要經(jīng)濟可靠，更要美觀舒適。工程師們不斷創(chuàng)新，將各種技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)代建筑之中。虹吸雨水系統(tǒng)作為一種建筑高效雨水排放技術(shù)，探討為什么應(yīng)用，如何應(yīng)用，具有顯著實際意義。1、虹吸雨水系統(tǒng)的原理虹吸現(xiàn)象是一種普遍的自然現(xiàn)象。物理原理是液態(tài)分子間存在引力與位能差能，液體會由壓力大的一邊流向壓力小的一邊。雖然水兩邊大氣壓強相同，但由于存在水位差，水壓大的一邊受重力影響往下流，水壓小的一邊則受大氣壓向上流，直到兩邊的大氣壓力加水壓相等，容器內(nèi)的水面高度相同，水停止流動。從上個世紀60年代起，科學家們就開始了把虹吸的原理應(yīng)用到現(xiàn)代建筑上的研究。虹吸雨水系統(tǒng)的技術(shù)原理就是虹吸現(xiàn)象：借助建筑物高度差異而形成不同高度的水面，通過虹吸雨水斗，實現(xiàn)氣水分離，使雨水管內(nèi)的雨水達到溢滿的狀態(tài)[1]。當雨水管中雨水在重力下落，處于壓力流時，便會出現(xiàn)虹吸作用，應(yīng)用虹吸現(xiàn)象可以加快雨水排水的速度。從目前的建筑設(shè)計來看，虹吸雨水系統(tǒng)已經(jīng)大量應(yīng)用在了現(xiàn)代各種大型工業(yè)廠房及公共建筑項目當中，這打破了以往傳統(tǒng)重力雨水排放的一些桎梏，解決了雨水排放緩慢，排水流量小，立管數(shù)量多的問題。隨著虹吸專用雨水斗的研制，進入虹吸雨水管道的雨水先氣水分離，使管道在排水過程中，始終處于一個滿流負壓狀態(tài)，進一步提升了雨水的流進速度及排水效率。2、虹吸雨水系統(tǒng)較傳統(tǒng)重力流雨水系統(tǒng)在工程應(yīng)用中的優(yōu)勢以湖南省益陽市某大型多層工業(yè)廠房為例。廠房占地面積為11987.58平方米。建筑為局部地下一層（設(shè)備用房），地上三層，結(jié)構(gòu)形式為混凝土框架結(jié)構(gòu)，屋蓋采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板，最大柱網(wǎng)尺寸10米*10米。廠房屋面長125.72米，寬95米，總面積約1.2萬平方米。屋面找坡層為LC5.0輕集料混凝土，最薄處30mm厚，屋面坡度2%，屋面沿長邊女兒墻設(shè)有2條1200mm寬的排水天溝，再沿短邊從兩端往中間，每隔23.5米設(shè)1條600mm寬的排水天溝。整個屋面共設(shè)有5條排水天溝。雨水排水設(shè)施的總排水能力按10年重現(xiàn)期的雨水量計，該廠房屋面5分鐘雨水量為641.6L/s.2.1根據(jù)建筑的屋面找坡及雨水天溝的設(shè)置，雨水排水設(shè)計方案如下①傳統(tǒng)重力流雨水排水系統(tǒng)，。設(shè)計需布置32個87型雨水斗，雨水立管靠近雨水斗布置，共設(shè)32根De160的雨水排水立管。雨水立管大部分設(shè)置在廠房中央，雨水出戶管需在一層結(jié)構(gòu)板下埋地敷設(shè)十幾米甚至幾十米才能接至室外雨水檢查井。②采用虹吸雨水系統(tǒng)，根據(jù)屋面形式不同分為10個匯水區(qū)域，10個子系統(tǒng)。共采用40個雨水斗，10根De160的雨水排水立管，立管靠建筑外墻內(nèi)側(cè)柱邊設(shè)置，雨水立管在一層埋地就近接入室外消能井。2.2排水量比較經(jīng)計算，二者均滿足10年重現(xiàn)期的雨水量的排水要求，配以屋面排水天溝兩側(cè)的雨水溢流口，可滿足50年重現(xiàn)期的雨水量的排水要求。2.3技術(shù)比較首先，虹吸雨水斗單斗的排水量比普通雨水斗大，而屋面的開孔卻小，可有效減少屋面漏水的風險，在一定程度降低了屋面的防水設(shè)計壓力[2]。其次，虹吸雨水立管可根據(jù)實際需求布置。該廠房對外立面及內(nèi)部的美觀要求較高。布置立管時，避開了廠房的潔凈區(qū)域和電氣設(shè)備用房，同時結(jié)合工藝流程操作的要求，將管道對建筑的外觀和使用功能的影響降至最低。采用虹吸雨水系統(tǒng)后，不僅大大減少了雨水立管數(shù)目，有效解決了廠房內(nèi)部雨水管林立的現(xiàn)象，也解決了傳統(tǒng)重力流雨水系統(tǒng)，埋地出戶管過長難以維護的難題。最后，因為虹吸雨水系統(tǒng)同管徑下排水量大，管路的直徑比較小，整體長度較傳統(tǒng)重力流雨水系統(tǒng)為短。系統(tǒng)的橫管安裝在屋面以下也更有利于后期管道的檢修和維護。3、虹吸雨水系統(tǒng)的應(yīng)用中常見問題及在設(shè)計中的處理做法3.1天溝溢水安裝虹吸雨水系統(tǒng)的建筑，排水天溝在雨水溢流方面出現(xiàn)問題的現(xiàn)象相比較普遍。特別是鋼結(jié)構(gòu)屋面，主因是鋼結(jié)構(gòu)天溝與屋面板之間存在間隙。即使有堵頭封堵，在雨量較大時仍存在溢水的情況。對于采用輕鋼結(jié)構(gòu)形式的屋面，排水天溝的材料以鋼板為主，和屋面連接起來。當鋼結(jié)構(gòu)屋面跨度比較大時，一體化的結(jié)構(gòu)，在雨水和雪的荷載下，可能會出現(xiàn)曲撓現(xiàn)象[3]。在工程實例中，出現(xiàn)撓度變異的鋼結(jié)構(gòu)，有的排水天溝會出現(xiàn)局部塌落，形成天溝高低差。這時，虹吸雨水斗排水功能就會降低，甚至導致雨水收集功能下降。嚴重時雨水會通過天溝側(cè)壁、屋面板連接件間的縫隙反流入室內(nèi)。本工程為鋼筋混凝土屋面，排水天溝深度為300mm，做法參《平屋面建筑構(gòu)造》（12J201）“卷材、涂膜防水屋面女兒墻內(nèi)天溝雨水口”。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)梁不易出現(xiàn)撓性變異的現(xiàn)象。另外在排水天溝兩端設(shè)500mmm*150mm的溢流口，溢流口底距天溝底150mm.整個屋面設(shè)10處溢流口，可防止屋面雨水集聚導致結(jié)構(gòu)荷載過大及變形的情況。3.2虹吸雨水斗漏水虹吸雨水系統(tǒng)中雨水斗普遍是不銹鋼的材質(zhì)。大空間輕鋼彩板的結(jié)構(gòu)屋面，雨水天溝材料以鋼板做主。雨水斗和天溝的連接為焊接方式。不銹鋼、碳鋼之間可能存在腐蝕電勢的問題。兩種金屬材料借助導電連接體接觸的同時，或者是兩種材料之間存在業(yè)態(tài)導電體的情況下，焊接部位相對比較容易出現(xiàn)腐蝕的問題，從而導致雨水滲漏風險的發(fā)生。在溫度相對比較高的環(huán)境下，尤其是南方地區(qū)，全年的降雨量比較大，在空氣遭受氮氧化物或者是硫氧化物污染時，可能會形成酸雨，此時腐蝕的作用會加快，改變焊接部位的氧化情況[4]。另外，焊接部位的常見物理特性，如氣孔、裂縫、沒有融合或焊透等問題，都會導致焊接區(qū)域存在潛在的腐蝕源。本工程虹吸雨水斗選用參《雨水斗選用及安裝》（09S302）“虹吸式雨水斗外形圖（YG型）”。虹吸雨水斗導流罩為鋁合金，底盤采用304不銹鋼材料制造，雨水斗出口尾管與管道為同類材質(zhì)，也就是應(yīng)用相同材質(zhì)進行連接，避免了不同金屬材料接觸的電腐蝕現(xiàn)象。雨水斗與屋面采用法蘭壓板式防漏水連接，避免了電焊連接不當造成的潛在物理腐蝕源。3.3檢查井設(shè)置在不少虹吸雨水系統(tǒng)運行中，出現(xiàn)了雨水出戶管連接的雨水檢查井的井蓋被頂開的現(xiàn)象。此時會有大量的雨水噴出。檢查后發(fā)現(xiàn)，在雨水量比較大的情況下，檢查井與雨水排水橫管會保持滿流的狀態(tài)。此時虹吸雨水系統(tǒng)為有壓流，流速與流量都比較大，處于滿流時檢查井內(nèi)的水體會形成水壓，從而頂開井蓋[5]。另外，雨水檢查井和下游管段也需保持通暢。雨水檢查井的直徑、深度以及結(jié)構(gòu)等都應(yīng)當滿足虹吸雨水系統(tǒng)的具體使用需求。傳統(tǒng)室外檢查井有磚砌檢查井，混凝土檢查井，塑料檢查井三種。根據(jù)《室外排水設(shè)計規(guī)范》（GB50014-20062016版），檢查井宜采用鋼筋混凝土成品井或塑料成品井，不應(yīng)使用實心黏土磚砌檢查井，而虹吸雨水出戶管在排水時，排出的高速雨水會直接沖擊井壁，對檢查井的內(nèi)壁強度有極大的要求。同時高速雨水以相反速度在檢查井中形成旋流。持續(xù)不斷的旋流會引起下游雨水排水不通暢，最終在檢查井中形成有壓力的水體。針對以往工程項目中出現(xiàn)的檢查井問題，本工程對每一根虹吸雨水系統(tǒng)出戶管設(shè)計了獨立的混凝土消能井配以鑄鐵井蓋，井蓋設(shè)排氣孔且消能井與下游的雨水檢查井連接管放大兩級，消能井井底比連接管管底低600mm，保證虹吸雨水系統(tǒng)在廠房使用過程中能良好的運行。3.4管材的選用傳統(tǒng)多層建筑重力流排水系統(tǒng)多采用排水塑料管。而虹吸雨水排水管為滿管壓力流排水，根據(jù)《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》（GB50015-2003（2009年版），管材的抗環(huán)變形外壓力應(yīng)大于0.15MPa.本工程虹吸雨水管采用了高密度聚乙烯管（HDPE），熱熔焊接或電熔套管連接。高密度聚乙烯管（HDPE）具有承壓、耐腐蝕、抗沖擊等特性，降低了管道易老化、破損、滲漏等風險。結(jié)語：綜上所述，在建筑排水設(shè)計過程中，應(yīng)當結(jié)合建筑的結(jié)構(gòu)特征、使用途徑等因素，注重不合理設(shè)計的控制，在重力流系統(tǒng)與虹吸系統(tǒng)中進行比較方案比較。選定后，再結(jié)合虹吸雨水系統(tǒng)在其他工程使用過程中出現(xiàn)的常見問題，進行針對性改進和優(yōu)化，提升虹吸雨水系統(tǒng)的設(shè)計合理性，確保建筑正常使用。參考文獻：[1]杜金娣，吳永強，涂正純，等.武漢天河機場T3航站樓屋面虹吸雨水系統(tǒng)設(shè)計及思考[J].給水排水，2018，54（12）：66-73.[2]羅嵐兮，歸談純，李學良，等.虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)單斗虹吸啟動數(shù)值模擬研究[J].給水排水，2019，55（01）：87-93.[3]吳顯，汪磊，孫