虹吸式雨水排水技術在建筑給排水工程中的應用研究

李麗雄

虹吸式雨水排水技術來源于歐洲，目前該方法經(jīng)過多年應用實踐，在全球各國得到廣泛推廣和使用，已是國內外公認的高效雨水排放處理方式。由于科學技術的不斷發(fā)展和進步，現(xiàn)在該技術已經(jīng)非常完善和成熟。我國緊跟世界的腳步，在上世紀末便引進了虹吸式雨水排水技術。虹吸式雨水排水技術主要原理是在給排水管道內產生負壓、抽吸，將雨水虹吸式排放到外面[1]。該技術廣泛應用于熱帶地區(qū)、降水較多及雨季過長的地區(qū)，適合各種結構復雜的大型房屋建筑，具有排水動力強、排水效率高、施工簡單等優(yōu)勢。

1.虹吸式雨水排水技術概述

1.1 虹吸式雨水排水技術原理

虹吸現(xiàn)象是一種常見的物理現(xiàn)象，虹吸式雨水排水技術是通過兩個水面不同的高度差，利用其氣壓差和重力轉化為排水動力。存在高度差的兩個水面，在管道內可以從上而下地流動，水的上下流動影響管道，使其產生壓力，利用壓力擠壓水流以實現(xiàn)雨水排出管道[2]。建筑物和管道存在一定高度差，在降水較多時候，雨水斗的高度應低于建筑雨水高度。防漩渦雨水斗可以限制雨水流量，減少漩渦和排水系統(tǒng)中的空氣，保證排水管道使用過程中處于滿流狀態(tài)。兩個水面的高度差越大，排水管的壓力變大，直接提高水流和排水速度。在虹吸式雨水排水技術應用中，排水管內的雨水，在重力的作用下產生負壓[3]。由于氣壓原因，管道內形成真空狀態(tài)，從而產生了虹吸現(xiàn)象。虹吸式雨水排水技術利用虹吸現(xiàn)象，在設計給排水管道時，根據(jù)雨水量的不同，利用高度差達到排水效果。對降水較少地區(qū)的建筑工程可以利用重力作用實現(xiàn)排水；在雨水較多地區(qū)，利用虹吸式排水技術，排水效果更強，可以快速排出大量雨水。虹吸式雨水排水技術突破了傳統(tǒng)重力排水方式的局限性，未來的應用前景非常廣泛。

1.2 虹吸式雨水排水系統(tǒng)設計

虹吸式雨水排水技術主要由雨水斗、立管、固定件、連接管及溢流口等組成，其中，虹吸式雨水斗是虹吸雨水排水系統(tǒng)中最重要的組成，雨水斗的質量決定了雨水在壓力、重力作用下能否產生負壓。虹吸式雨水斗的穩(wěn)流性符合排水要求，屋面匯流高度低時，產生的高度差較大，管道排水效果更好。一般情況下雨水斗安裝在室外，容易受到腐蝕和風化，應確保雨水斗的質量符合規(guī)范要求。雨水斗分離空氣和雨水，安裝防渦流裝置，發(fā)揮其防渦流作用，增強管道虹吸效果。在立管上設置檢查口，并適當縮小立管的管徑，最大程度地提高管道的虹吸效果[4]。用固定件連接立管和水平管，施工過程注意加強各管道之間的穩(wěn)定性。為解決管道振動、熱脹冷縮等原因造成的固定件移動問題，固定件在給排水工程施工中應配套使用，埋設過程應規(guī)范，固定位置不能選擇在與管道緊密接觸的建筑結構上。雨水斗和懸吊管用連接管連結，可連接多個雨水斗，方便雨水同步快速地排出房屋。懸吊管采用無坡度的橫管；溢流口是給排水系統(tǒng)中的一種應急配件，在降水過多、排水系統(tǒng)無法快速順暢排水時，溢流口可用于應急，實現(xiàn)快速排水。

1.3 虹吸式雨水排水技術的應用優(yōu)勢

大量工程實踐經(jīng)驗表明，在相同的環(huán)境和條件下，虹吸式雨水排水技術的排水效果具有明顯優(yōu)勢。虹吸式雨水排水技術需要的管道數(shù)量通常比傳統(tǒng)重力式排水技術管道需求少，虹吸現(xiàn)象可減少氣體對水流的阻力，排水量和排水效果更好。由于虹吸式原理在技術方面更為先進，虹吸式排水管的設計更合理，保證了虹吸式排水效果。雨水斗的特殊設計可以調整管內雨水的流態(tài)，利用重力和大氣壓強作用，保證管道處于滿流狀態(tài)，在不存在坡度的施工環(huán)境下，鋪設懸吊管可增強排水管內的水流速度，并提高虹吸效果，排水管道在高效排水的同時還具有自清潔的作用，順暢的管道可大大降低給排水管道投入使用后的維修成本。排水管道可盡量選擇較小管徑，需要的管道長度低于傳統(tǒng)式排水管道，可降低工程施工成本，減少工程施工量。

2.虹吸式雨水排水技術應用中的不足

虹吸式雨水排水技術和傳統(tǒng)的重力式排水技術相比，具有明顯的應用優(yōu)勢，是近年來各種建筑工程中廣泛應用并得到社會普遍認可的應用技術，但虹吸式雨水排水技術在應用中仍存在一些不足之處，需要針對性地解決。由于虹吸式雨水排水技術的應用在設計上屬于一種極限設計法，在施工中排水管道的固定效果、懸吊管的安裝位置、管徑大小等都會影響最終的排水效果；大量工程實踐證明，合理的雨水阻力才能確保給排水系統(tǒng)的正常運行，如果雨水阻力過大則容易產生積水，無法順利快速地排水[5]?，F(xiàn)有的解決方案通常會增加施工成本，還無法保證管道施工安全；精確地計算水力是虹吸式雨水排水技術的關鍵環(huán)節(jié)，但人工計算本身無法避免誤差，無法實現(xiàn)精準計算，浪費人力、物力，如果利用可以精確計算的儀器測算水力，我國目前科技水平暫時還無法滿足，引進國外設備定會增加應用成本；雖然虹吸式雨水排水技術在大型建筑工程中的排水效果良好，但在低層的建筑工程中無法發(fā)揮應用優(yōu)勢，因此虹吸式雨水排水技術的應用需要建筑物滿足高度要求。

3.虹吸式雨水排水技術在給排水工程的應用策略

3.1 排水管道設計

在建筑物給排水工程中，遇到降雨量較大時，排水管道滿流，容易導致懸吊架承受過大壓力，管道會產生劇烈晃動，影響到各管段之間的負壓，負壓不一致的變化，形成的虹吸現(xiàn)象是不連貫的。準確計算、合理確定排水管數(shù)量，選擇適宜的管徑，解決雨水過多時，排水不暢、緩慢的問題，避免了雨水聚集，降低了對建筑物的破壞影響，解決了建筑容易滲漏的問題。排水管道的合理設計可以解決后續(xù)的維修、護理上存在的一些問題。

3.1.1 科學選擇管道材料

虹吸式雨水排放技術在給排水系統(tǒng)設計時，應結合建筑給排水工程需要科學選擇管道材料，常用的管道類型主要為：HDPE 管材、不銹鋼管材和涂塑復合管材。

3.1.2 合理選擇管徑大小

根據(jù)建筑項目的給排水工程具體情況，利用管道力學準確計算、確定管徑大小，選擇合理的管道，防止管徑無法滿足雨水流量要求，造成管材浪費、管材爆裂等問題。例如，HDPE 管材內部光滑，選擇合理的管徑大小可以有效控制水流阻力，增強排水效果，解決排水管道容易堵塞的問題，為建筑雨水排水提供便利。

3.1.3 設置管溝

為解決沉降引起的管道損壞問題，可采取在建筑鋼筋混凝土結構的管溝中敷設給排水工程的管道（如圖1 所示）。對管溝內的排水管道設置管墩作支撐，管墩直徑大于管徑的長度的200mm。采取設置管溝和管墩等保護措施，解決不均勻沉降引起的管道損壞等問題，合理利用管溝保護給排水系統(tǒng)管道，有效減少管道埋設后維護問題。

圖1 管溝示意圖

3.2 降低管道噪聲

在虹吸式雨水排水技術建筑物給排水工程中，應注重設計的美觀性，提高建筑空間利用率，同時盡量避免占用室內空間和面積。在保證雨水排水系統(tǒng)穩(wěn)定運行的情況下，最大限度地防止管道產生噪聲污染。虹吸式雨水排水技術是一種利用虹吸物理現(xiàn)象排水的技術，物理的作用下可能會產生一些聲音，為滿足社會對建筑功能的嚴格要求，應不斷改良和優(yōu)化施工技術，預防和解決出現(xiàn)的噪聲問題。

4.結語

虹吸式雨水排水技術應用于建筑給排水工程中，取得良好的排水效果。實踐證明該技術性價比高、安裝便捷，在雨水排水工程中，應結合建筑具體特點分析雨水量，不斷完善雨水排水技術，科學選擇管道材料、確定合理的管徑及充分利用管溝、管墩等保護雨水排水管道，不斷加強排水系統(tǒng)的安全性。