虹吸式排水的施工與應用優(yōu)勢研究

黃青飛

（陜西建工第四建設集團有限公司 陜西渭南 714000）

引言

虹吸式排水系統于1968年首次運用在現代建筑中，直到20世紀90年代才引入我國，在虹吸式排水技術進入我國的這二十多年，已經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重力式排水的認識，也為解決結構復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。

本文將通過真實案例，結合自己施工經驗體會，根據設計和施工要點，淺析虹吸式排水的原理和特點，并將虹吸式排水與傳統重力排水進行對比分析，進一步談論虹吸式排水的優(yōu)勢。

1 工程概況

紫陽文體活動中心為地上三層現澆混凝土框架結構，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，建設有300m塑膠跑道，跑道內側設置有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。

2 設計及施工要點

為確保屋面排水并滿足屋面田徑場正常使用要求，本工程先在跑道內側設置環(huán)形排水溝及集水井，再采用雙壁波紋管將集水井與設置于跑道外側的虹吸式排水系統集水井連接。虹吸式排水系統按照安康地區(qū)設計重現期P＝50年，5min暴雨強度q5＝4.21L/s·100m2，虹吸雨水排水系統匯水總流量為411.21L/s，設計了5套虹吸系統，17個WPK110雨水斗。虹吸雨水斗底盤采用304不銹鋼材質，空氣擋板為鋁鎂合金產品，雨水斗直接安裝于屋面現澆混凝土板預留洞，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安裝大樣圖

3 虹吸式排水系統原理及技術特性

虹吸式排水系統的原理就是依靠虹吸式雨水斗在設計流量下使排水管達到滿流狀態(tài)，隔絕空氣，實現氣水分離，雨水流經懸吊管至立管跌落時形成虹吸，并在管道內呈最大負壓，使得屋面雨水在管道內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，避免了在設計流量下工作時的漏氣現象，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的優(yōu)勢對比

4.1 虹吸式雨水系統排水高效

虹吸式排水系統，通過專用的雨水斗和管道系統將雨水匯集到排水管中，依靠虹吸式雨水斗在設計流量時使系統排水管達到滿流狀態(tài)，隔絕空氣，實現氣水分離，雨水流經懸吊管至立管跌落時形成虹吸，并在管道內呈最大負壓，使得屋面雨水在管道內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 重力式雨水系統管徑大、懸吊管坡度要求較高

傳統的重力式雨水系統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計流量。根據《建筑給水排水設計規(guī)范》4.9.20的規(guī)定，重力流屋面雨水排水系統的懸吊管應按非滿流設計，其充滿度不宜大于0.8。管內流速不應小于0.75m/s。且對其坡度設計有著嚴格地要求，以當前常用的塑料管為例，其設計坡度不宜小于0.005。因此，其需要較大的管徑和排水坡度。

4.3 虹吸式雨水系統節(jié)省材料、節(jié)約成本

重力式雨水系統受水力特性的限制，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中更是嚴重限制了屋面排水能力。而虹吸式雨水系統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量不受限制，從而減少立管設置，懸管也無需設計排水坡度，提高了安裝便捷性，根據虹吸式壓力流的計算可以減小雨水系統管徑，實踐應用表明，可大幅降低工程成本。

5 結束語

通過工程實踐，對虹吸式雨水系統和重力式雨水系統的對比分析，可以發(fā)現，虹吸式雨水系統具有：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造價經濟等優(yōu)勢，將是未來屋面排水系統的發(fā)展趨勢和首選方式。

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

[2]中國工程建設標準化協會.《建筑給水排水設計規(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技術要點剖析[Z].

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