虹吸雨水系統(tǒng)在混凝土屋面及鋼屋面上的安裝

湯 侗

1 概述

在屋面雨水排水系統(tǒng)中,虹吸屋面排水系統(tǒng)正在獲得越來越廣泛的應(yīng)用。特別是在大型廠房和高檔建筑中,其作為密閉的內(nèi)排水系統(tǒng)與傳統(tǒng)的重力流排水系統(tǒng)相比,在技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上都有明顯的優(yōu)勢。對于大型廠房屋面天溝,其形式主要為混凝土屋面或鋼屋面。

2 虹吸排水技術(shù)

2.1 虹吸排水簡介

屋面雨水排水系統(tǒng),最早用的是重力流排水系統(tǒng),即雨水由天溝面天溝匯集后經(jīng)雨水斗下接的立管靠重力自流排出。這種系統(tǒng)管線并不能被水完全充滿。水沿立管管壁流下時,一般情況下只占立管斷面的一小部分,甚至一小部分為水,一小部分為空氣。可見,如果能將上述的“重力流”變?yōu)椤皾M管流”,則立管管徑就可以比原來的管徑小得多,而且滿管流會產(chǎn)生抽吸作用,提高排水速度。虹吸排水系統(tǒng)就是使排水系統(tǒng)在一定的水量下,使系統(tǒng)達(dá)到“滿管流”狀態(tài)的系統(tǒng)。

2.2 形成虹吸排水的條件

管內(nèi)液體的流態(tài)要達(dá)到虹吸狀態(tài),應(yīng)具備以下幾個條件:1)入水口和排水口之間存在高差;2)管道中充滿水;3)立管與水平管中水的流速要足夠大,并同時能滿足管道中的負(fù)壓大于水的蒸發(fā)壓力?？梢姽艿莱錆M水是虹吸狀態(tài)必要而充分的條件,即要達(dá)到虹吸狀態(tài),管道必須充滿水,而達(dá)到了虹吸條件,管道必然是“滿管流”。這就是虹吸排水系統(tǒng)的基本概念。

2.3 虹吸系統(tǒng)組成

虹吸系統(tǒng)由虹吸式雨水斗、尾管、連接管、懸吊管、立管、埋地管、檢查口和固定及懸吊系統(tǒng)組成。

雨水斗一般由反旋渦頂蓋、格柵片、底座和底座支管組成。額定流量分12 L/s,25 L/s,40 L/s,60 L/s和72 L/s等,最常用的為25 L/s和40 L/s兩種額定流量的雨水斗。

虹吸式雨水斗材質(zhì)可采用鑄鐵、鋁合金、不銹鋼、高密度聚乙烯(HDPE)和聚丙烯(PP)等。

3 虹吸雨水系統(tǒng)在混凝土屋面上的安裝

3.1 雨水斗安裝

虹吸系統(tǒng)的雨水斗與普通雨水斗的主要區(qū)別在于有結(jié)構(gòu)獨特的空氣擋板,空氣擋板不僅能有效地阻止空氣進(jìn)入尾管,而且對由空氣擋板下面流入尾管的雨水具有整流作用。再有,即使天溝內(nèi)落葉等垃圾沒有及時清掃,空氣擋板的結(jié)構(gòu)也能使排水功能不受大的影響。雨水斗安裝在天溝面的天溝里,混凝土屋面與金屬屋面用雨水斗,其主要構(gòu)件部分均相同,只是因安裝條件不同而略有差異。

雨水斗由不銹鋼底盤、夾圈、空氣擋板等幾個部件組成,不銹鋼底盤固定安裝在天溝面,上面安裝空氣擋板,下面有接尾管的短節(jié),因而雨水斗的定位安裝就是其不銹鋼底盤的定位安裝。不銹鋼底盤起“承上啟下”的作用。安裝前要注意核實定位尺寸及標(biāo)高。

不銹鋼底盤安裝有兩種方式:1)預(yù)埋。即在土建天溝面施工完成配筋后,根據(jù)樓板的厚度確定不銹鋼底盤安裝高度并固定,確保在混凝土灌漿時,底盤不發(fā)生移位,封堵好排水口,防止混凝土灌入排水口。2)預(yù)留。即在天溝面雨水斗安裝位置,由土建預(yù)留孔后安裝不銹鋼底盤。

我認(rèn)為采用預(yù)留孔的方式較好。因為天溝面結(jié)構(gòu)施工通常日夜加班作業(yè),一般雨水斗的數(shù)量不多,安裝單位沒有必要投入太多人力長期配合土建預(yù)埋,而且預(yù)埋后的雨水斗底盤螺釘容易在土建施工過程中被破壞。不銹鋼底盤在天溝安裝完成后進(jìn)行防水卷材施工。防水卷材在不銹鋼底盤處要精心施工,既要留出排水口的空間,又要敷滿底盤的其余部分,然后上緊夾圈以確保不滲漏。夾圈有一定厚度的向上卷邊,屋面找平層應(yīng)做到夾圈邊緣。

夾圈安裝后,應(yīng)封堵好排水口,并做好夾圈和底盤的保護(hù)(特別是底盤上安裝空氣擋板的螺栓),待到天溝面土建施工全面完成、清潔后再安裝空氣擋板,完成雨水斗的安裝。

3.2 水平管與立管的安裝

管線的安裝關(guān)鍵是定位準(zhǔn)確,特別是彎頭、大小頭、三通等處的定位。要注意系統(tǒng)圖中標(biāo)注的所有管道長度的度量均以管道中心為準(zhǔn),所有彎頭、三通、變徑接頭均以與聯(lián)結(jié)管中心交點為準(zhǔn)。要特別注意水平管的標(biāo)高不能任意變動,以免破壞虹吸條件。安裝時要特別注意管道的配置,因為液體在管道中沿著管壁流動,當(dāng)條件具備產(chǎn)生虹吸時也有一個過程:由重力流發(fā)展為脈沖流,再發(fā)展為氣液混合流,最后為滿管流。因此,施工過程中要注意正確配置管道,采用“順?biāo)狈绞?保證管道不進(jìn)入空氣(同時,要注意尾管的有效長度)。

3.3 尾管的安裝

尾管的安裝時間應(yīng)放在最后,即必須在天溝面全部土建施工完成、清潔后,與雨水斗的空氣擋板同步施工,以完成整個虹吸系統(tǒng)的施工。因為尾管過早的連接,會使虹吸系統(tǒng)的管線過早投入運(yùn)行,而天溝面的水泥砂漿等會隨雨水流入并在水平管與立管管壁凝固結(jié)塊,而使虹吸系統(tǒng)失去其功能,一旦造成這種情況,處理起來代價很高。因此,在施工合同中就應(yīng)與建設(shè)方說明,虹吸系統(tǒng)不可作為施工期間的雨水排水用。

4 虹吸雨水系統(tǒng)在鋼屋面上的安裝

虹吸雨水斗在鋼屋面的安裝順序為:1)在圖紙確定的雨水斗位置直接開孔,如果鋼天溝背面有材料,則背面開孔直徑比正面大60 mm。天溝開孔應(yīng)平整,金屬天溝建議厚度至少為2 mm;2)按照雨水斗螺栓位置,在鋼天溝底畫出螺栓孔位置;3)用電鉆鉆出螺栓孔;4)使用2片EPDM橡塑海綿密封圈放在天溝開孔處(天溝上、下兩側(cè)),EPDM密封圈與金屬天溝間應(yīng)無間隙;5)將不銹鋼底盤放置在天溝上側(cè)EPDM密封圈上,鋁合金壓環(huán)放置在天溝下方EPDM密封圈下,確保壓緊底盤和壓環(huán);6)底盤和壓環(huán)依靠配墊圈和橡膠密封圈的螺絲和螺母固定,確保壓緊底盤、EPDM密封圈、金屬天溝,EPDM密封圈和壓環(huán),保證水密性;7)安裝空氣擋板,并用螺栓將其固定,空氣擋板邊到天溝內(nèi)邊最小距離為75 mm。

其余各部分的安裝與混凝土屋面完全相同,這里就不再重復(fù)。

5 結(jié)語

由以上對兩種屋面安裝過程的介紹,可以看出虹吸雨水系統(tǒng)在鋼屋面和混凝土屋面上的安裝區(qū)別在于雨水斗的安裝。混凝土屋面采用預(yù)留天溝洞二次灌漿的方法;鋼屋面則采用現(xiàn)場開洞增加密封圈的方法;兩者相同之處都在于天溝洞的處理應(yīng)有良好的密閉性。

但無論是哪種屋面安裝的虹吸雨水系統(tǒng)都要面臨屋面臨時排水和雨水斗尾管被土建屋面施工材料堵塞的問題,而且目前有許多專業(yè)公司承攬虹吸雨水設(shè)計和施工的業(yè)務(wù),他們在設(shè)計計算、雨水斗結(jié)構(gòu)等方面都不盡相同,對應(yīng)用管材來說,有的擅長用鑄鐵管,有的擅長用塑料管,有的擅長用涂塑鋼管,這些問題都是虹吸雨水施工沒有被完全解決的難題。但虹吸雨水因其水流流速快、流量大、管道有較好的自潔能力、相同管徑排水量大等優(yōu)點正在被更多的設(shè)計和建設(shè)者認(rèn)可。相信在將來也會得到更廣泛的應(yīng)用,也會有更多的研究者關(guān)注虹吸雨水在施工中遇到的困難,那么其存在的問題亦會隨之解決。

[1] GB 50015-2003,建筑給水排水設(shè)計規(guī)范[S].

[2] 陳耀宗.建筑給水排水設(shè)計手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1992.

[3] 沈沛濱,亓志軍.建筑給排水設(shè)計與施工的體會[J].山西建筑,2008,34(4):207-209.