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(guó)建筑業(yè)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，對(duì)建筑工程的要求也不斷增加。建筑排水設(shè)計(jì)不斷優(yōu)化是適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的必然趨勢(shì)。傳統(tǒng)建筑排水系統(tǒng)在工程中仍存在一些短板，對(duì)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(yùn)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(dá)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(jì)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(shì)，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(shí)踐應(yīng)用;工業(yè)廠房隨著中國(guó)人民對(duì)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(shí)用，還要經(jīng)濟(jì)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(shí)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(huì)由壓力大的一邊流向壓力小的一邊。雖然水兩邊大氣壓強(qiáng)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(dòng)。從上個(gè)世紀(jì)60年代起，科學(xué)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(shí)現(xiàn)氣水分離，使雨水管內(nèi)的雨水達(dá)到溢滿的狀態(tài)[1]。當(dāng)雨水管中雨水在重力下落，處于壓力流時(shí)，便會(huì)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(jì)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(xiàng)目當(dāng)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(jìn)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(gè)滿流負(fù)壓狀態(tài)，進(jìn)一步提升了雨水的流進(jìn)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(shì)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(zhǎng)125.72米，寬95米，總面積約1.2萬平方米。屋面找坡層為L(zhǎng)C5.0輕集料混凝土，最薄處30mm厚，屋面坡度2%，屋面沿長(zhǎng)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(gè)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(jì)，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(jì)方案如下①傳統(tǒng)重力流雨水排水系統(tǒng)，。設(shè)計(jì)需布置32個(gè)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(gè)匯水區(qū)域，10個(gè)子系統(tǒng)。共采用40個(gè)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(jì)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(fēng)險(xiǎn)，在一定程度降低了屋面的防水設(shè)計(jì)壓力[2]。其次，虹吸雨水立管可根據(jù)實(shí)際需求布置。該廠房對(duì)外立面及內(nèi)部的美觀要求較高。布置立管時(shí)，避開了廠房的潔凈區(qū)域和電氣設(shè)備用房，同時(shí)結(jié)合工藝流程操作的要求，將管道對(duì)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?jī)?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(zhǎng)難以維護(hù)的難題。最后，因?yàn)楹缥晁到y(tǒng)同管徑下排水量大，管路的直徑比較小，整體長(zhǎng)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(hù)。3、虹吸雨水系統(tǒng)的應(yīng)用中常見問題及在設(shè)計(jì)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(shí)仍存在溢水的情況。對(duì)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(dāng)鋼結(jié)構(gòu)屋面跨度比較大時(shí)，一體化的結(jié)構(gòu)，在雨水和雪的荷載下，可能會(huì)出現(xiàn)曲撓現(xiàn)象[3]。在工程實(shí)例中，出現(xiàn)撓度變異的鋼結(jié)構(gòu)，有的排水天溝會(huì)出現(xiàn)局部塌落，形成天溝高低差。這時(shí)，虹吸雨水斗排水功能就會(huì)降低，甚至導(dǎo)致雨水收集功能下降。嚴(yán)重時(shí)雨水會(huì)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(gè)屋面設(shè)10處溢流口，可防止屋面雨水集聚導(dǎo)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(shì)的問題。兩種金屬材料借助導(dǎo)電連接體接觸的同時(shí)，或者是兩種材料之間存在業(yè)態(tài)導(dǎo)電體的情況下，焊接部位相對(duì)比較容易出現(xiàn)腐蝕的問題，從而導(dǎo)致雨水滲漏風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生。在溫度相對(duì)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(shí)，可能會(huì)形成酸雨，此時(shí)腐蝕的作用會(huì)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(huì)導(dǎo)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(dǎo)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(jìn)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(dāng)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(yùn)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(shí)會(huì)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(huì)保持滿流的狀態(tài)。此時(shí)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(shí)檢查井內(nèi)的水體會(huì)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(dāng)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(jì)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(shí)心黏土磚砌檢查井，而虹吸雨水出戶管在排水時(shí)，排出的高速雨水會(huì)直接沖擊井壁，對(duì)檢查井的內(nèi)壁強(qiáng)度有極大的要求。同時(shí)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(huì)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(duì)以往工程項(xiàng)目中出現(xiàn)的檢查井問題，本工程對(duì)每一根虹吸雨水系統(tǒng)出戶管設(shè)計(jì)了獨(dú)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(jí)，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(yùn)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(jì)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(fēng)險(xiǎn)。結(jié)語：綜上所述，在建筑排水設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)當(dāng)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(jì)的控制，在重力流系統(tǒng)與虹吸系統(tǒng)中進(jìn)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(jìn)行針對(duì)性改進(jìn)和優(yōu)化，提升虹吸雨水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)合理性，確保建筑正常使用。參考文獻(xiàn)：[1]杜金娣，吳永強(qiáng)，涂正純，等.武漢天河機(jī)場(chǎng)T3航站樓屋面虹吸雨水系統(tǒng)設(shè)計(jì)及思考[J].給水排水，2018，54（12）：66-73.[2]羅嵐兮，歸談純，李學(xué)良，等.虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)單斗虹吸啟動(dòng)數(shù)值模擬研究[J].給水排水，2019，55（01）：87-93.[3]吳顯，汪磊，孫