不銹鋼虹吸雨水斗虹吸雨水系統(tǒng)在大型屋面排水中的應(yīng)用

文／陳濤 中鐵建設(shè)集團有限公司 河南鄭州 450000

引言：

虹吸式雨水斗采用SU304 不銹鋼材質(zhì)、具有高強度的防腐防銹性能，同時采用獨特機械固定方式，從根處解決傳統(tǒng)式雨水口密封問題，對于前期洞口預(yù)留也極其方便，且有利于后期的安裝及維修。采用消能懸吊固定系統(tǒng)，能夠起到消能減壓、防震防晃、防熱脹冷縮、防建筑物適量沉降作用，管道無需設(shè)置伸縮節(jié)，提高管道運行穩(wěn)定及安全性。高密度聚乙烯(HDPE)管材具有密度小、材質(zhì)輕、柔軟具有彈性且內(nèi)壁光滑，能減少水沖擊管壁時引起的震動聲。虹吸雨水系統(tǒng)施工方法較傳統(tǒng)的重力流排水系統(tǒng)具有泄流量大、耗費管材少、節(jié)約屋面天溝預(yù)留空間和減少土方開挖等突出優(yōu)勢，同時具有自潔能力，不易堵塞，降低維護成本。

1、工程實例

河南某商業(yè)廣場項目為大型綜合體項目，平面呈L 型布局，南側(cè)及西側(cè)分別為14 層的高層公寓及16 層的高層酒店，總建筑面積153664 ㎡，其中1-5 層為用于商業(yè)超市，商業(yè)屋面匯水面積為60292 ㎡。

結(jié)合原給排水施工圖紙設(shè)計，由專業(yè)廠家根據(jù)當?shù)亟杲邓闆r進行二次深化，并經(jīng)建設(shè)單位、設(shè)計單位確認。深化后采用虹吸雨水系統(tǒng)，較原來設(shè)計更改了部分管道位置、標高以及系統(tǒng)個數(shù)，一個虹吸雨水系統(tǒng)可以連接多個雨水斗，立管數(shù)量少，縮短了施工周期；立管管徑小，位置隱蔽，占用空間少，提高了商場的空間利用率；虹吸系統(tǒng)水流速快，漏水隱患低，維護費用少。

2、使用范圍

屋面虹吸雨水排放系統(tǒng)適用于大型商業(yè)屋面排水，能夠使大型商業(yè)空間得以充分利用，有效率解決屋面積水問題。

3、施工工藝流程及操作要點

3.1 施工工藝

施工準備→預(yù)埋預(yù)留→支架制安→雨水斗安裝→懸吊管安裝→立管安裝→埋地管安裝

3.2 施工操作要點

3.2.1 施工準備

認真閱讀深化圖紙，了解各系統(tǒng)的管道布置、管徑規(guī)格型號、雨水斗數(shù)量、位置、規(guī)格，確定雨水斗所在排水溝位置否與建筑平面圖一致，排水溝坡度是否坡向雨水斗等。深化圖紙確認后，編制專項施工方案并通過審批，完成后組織施工班組進行培訓、交底。

3.2.2 預(yù)留預(yù)埋

預(yù)留洞口一般預(yù)留在結(jié)構(gòu)頂板及外墻上；屋面結(jié)構(gòu)施工時，應(yīng)提前預(yù)留好雨水口預(yù)留洞，或直接將雨水斗集水盤及出水短管預(yù)埋在結(jié)構(gòu)中，一次性澆筑完成，且根據(jù)設(shè)計要求提前找好坡度。

3.2.3 支架制作安裝

根據(jù)管材相關(guān)特點及性能要求，提前進行支吊架的加工與安裝，確保一下工序的準確性：

（1）管道施工時應(yīng)按設(shè)計要求進行固定，且固定件的配備必須能高強度的滿足管道在滿載流狀態(tài)中產(chǎn)生的巨大沖擊力。對于HDPE 排水系統(tǒng)中，固定件同時應(yīng)具備熱脹冷縮的性能，以確保管道的穩(wěn)固性。

（2）固定件應(yīng)根據(jù)管材及設(shè)計要求進行值孔安裝，確保點位正確、不傷及排水立管。

（3）固定件應(yīng)采用與管道相匹配的專用配件，以保證管道的牢固、可靠性。

（4）管道的支吊架必須固定在承重墻上，禁止固定在二次墻體上，且安裝點位正確，固定牢固。

（5）管道支、吊架安裝間距應(yīng)滿足設(shè)計及規(guī)范要求。

（6）HDPE 懸吊管的管卡應(yīng)安裝在管道的起始端和最后端，以及三通連接處。方形導(dǎo)管應(yīng)沿HDPE 水平管方向安裝在建筑物上，HDPE 懸吊管應(yīng)采用配套的管卡且與方形導(dǎo)管緊密連接。

（7）HDPE 懸吊管的固定支架一般設(shè)置在橫管的始端、末端和三通的兩端及支管處；當HDPE 懸吊管管徑大于DN250 時，每個固定點應(yīng)采用兩個錨固管卡。

（8）HDPE 立管的固定管卡間距最大為5m，導(dǎo)向管卡間距最大為管外徑的15 倍。當虹吸式雨水斗的排水短管與懸吊水平管的間距大于等于750mm 時，在方形鋼導(dǎo)管上或懸吊管上，增加兩個配套管卡。

3.2.4 雨水斗安裝

3.2.4 .1 基本要求

（1）虹吸式雨水斗整體應(yīng)安裝在天溝的最低點，在天溝的每個匯聚區(qū)域雨水斗安裝數(shù)量不應(yīng)少于2 個。相鄰兩個位置的雨水斗間距不超過20m。雨水斗中心距離屋面邊緣大于1m 且小于10m。

（2）虹吸式雨水斗應(yīng)與立管及各系統(tǒng)管路可靠連接。多個系統(tǒng)的管道與虹吸雨水斗連接時，其排水連接件應(yīng)接在懸吊管上，布的直接接入雨水斗管道上方。多系統(tǒng)采用同一懸吊管時應(yīng)在同一標高。

（3）天溝起始點的標高應(yīng)根據(jù)屋面的積水區(qū)域進行雨水斗安裝固定，坡度不宜小于3‰。

（4）安裝完成后應(yīng)及時檢查及清理雨水斗內(nèi)雜物，做好管內(nèi)無雜物、無密封高，以免堵塞。

3.2.4 .2 雨水斗安裝

雨水斗安裝時應(yīng)去掉上面的保護螺絲，將雨水斗進行全面清洗，根據(jù)要求選擇配套的螺桿及密封膠圈。雨水斗的進水口高度，應(yīng)與天溝標高相符合保證排水通暢且水平安裝。屋面施工防水作業(yè)時，在螺桿處應(yīng)進行防水包裹，保證其防水性。將卷材用螺母擰緊，連接壓板、集水盤固定在雨水斗座上。按照規(guī)范要求，應(yīng)在加固前提前調(diào)整螺桿間距，方可固定。

3.2.5 消能懸吊固定系統(tǒng)

3.2.5 .1 消能懸吊固定系統(tǒng)的必要性及重要性

（1）在有空氣和水的狀態(tài)下進行排水時，有一個非常重要的要求是在各系統(tǒng)管道內(nèi)壓差的限制不得低于-0.8MPa。其原因在于，當管道壓差在-0.92MPa 左右時，整個系統(tǒng)會在強大壓力下使管道受損破裂，并造成管道因壓差問題產(chǎn)生劇烈晃動、震動。為保證系統(tǒng)的正常運行，增加消能懸吊固定系統(tǒng)，可以吸收振動，從而減少對建筑的影響。

（2）管道隨溫度變化會產(chǎn)生熱脹冷縮，對系統(tǒng)易造成拉力，同時也對連接處造成損壞。安裝消能懸吊可以減少對管道的作用力，由于熱脹冷縮易對管道及建筑物產(chǎn)生作用力，從而造成管道移位。

（3）無論是管道因震動產(chǎn)生外力，還是熱脹冷縮引起的內(nèi)力，甚至是懸掛管道自身的重力，都會由連接配件傳輸?shù)椒叫螌?dǎo)軌上，從而避免管道的變形，也減少對建筑物的影響。

雖然消能懸吊固定系統(tǒng)是虹吸式排水中的輔助系統(tǒng)，但起著絕對的保護作用。在降雨過程中，懸吊管道會隨著雨水量的強弱，進行反復(fù)的變化。

3.2.5 .2 消能懸吊固定系統(tǒng)組成

消能懸吊固定系統(tǒng)由內(nèi)外壁鍍鋅方管、安裝片，鍍鋅絲桿、膨脹栓、方鋼連接器、方鋼懸掛件、三角楔形緊固件、可調(diào)式虹吸緊團管箍等組合而成，用來固定管道的軸向。其中管卡采用可滑動式管卡及不可調(diào)整式管卡相匹配，能起到消能減小壓力、防止震動晃動及熱脹冷縮作用，也減少建筑物適量沉降作用，懸吊管道無需設(shè)置伸縮節(jié)。在狹小空間、高跨空間等特殊部位能結(jié)合現(xiàn)場實際情況組合各種樣式，安裝位置靈活、牢固，施工方便快捷。

3.2.5 .3 消能懸吊固定系統(tǒng)安裝

（1）支吊架安裝要求：管道應(yīng)設(shè)置支吊架（內(nèi)、外層應(yīng)做防腐處理），管道支吊架應(yīng)固定在具備承重作用的結(jié)構(gòu)上，位置正確、埋設(shè)牢固。根據(jù)設(shè)計圖紙制作消能懸吊固定系統(tǒng)支吊架，管卡采用滑動管卡與固定管卡相搭配：HDPE 管外徑40-200mm，方形導(dǎo)管尺寸30mm×30mm；HDPE 管外徑250-315mm，方形導(dǎo)管尺寸40mm×60mm。

（2）高密度聚乙烯HDPE 懸吊管管卡間距設(shè)置要求

在消能懸吊固定系統(tǒng)中懸吊管應(yīng)在小于等于5m 處安裝固定支架，此支架應(yīng)與懸吊架固定不可隨意調(diào)動。因HDPE管具有熱脹冷縮的特性，所以固定支（吊）架的設(shè)置應(yīng)把懸吊管易變形處進行分解支各個支吊架上；因膨脹產(chǎn)生的作用力由固定支（吊）架作用到懸吊梁上被消解，從而減少對建筑物的影響，懸吊管因作用力產(chǎn)生的振動也會經(jīng)過支（吊）架傳輸?shù)綉业趿荷?，懸吊梁具有剛性消能作用，限制HDPE管的在外力作用下產(chǎn)生的振動。HDPE 管懸吊管卡最大間距如表1（單位mm）：

表1

其中各類管卡間距示意圖圖1所示：

圖1

（3）錨固管卡設(shè)置及安裝

排水立管及懸吊管應(yīng)采取固定支吊架，其間距≤5m，可有效起到防晃抗震。支吊架系統(tǒng)能夠保證管道不下沉，不阻塞水流，從而達到防晃抗震的作用，且固定在承重墻及頂板上。

高密度聚乙烯（HDPE）懸吊管的錨固固定管卡應(yīng)安裝在管道的起始端和最后端，以及Y 型支管的連接處，相鄰錨固管卡的距離應(yīng)≤5m。當雨水斗與排水立管之間的懸吊管長度＞1m 時，應(yīng)安裝錨固固定件。

當管道管徑＜250mm 時：需在Y 型每個連接口處安裝一個錨固管卡，當兩個Y 型連接件安裝在最大管徑上時，應(yīng)增加固定管卡，保證相鄰兩個錨固管卡間距不大于5m。安裝在末端的雨水斗應(yīng)在立管處增加錨固固定件。錨固管卡采用專用電焊圈，如方鋼間斷，需要安裝兩個錨固管卡。每2.5m需要有一個連接房頂和墻面的連接件。

當管徑≥250mm 時：錨固管件設(shè)置為一組，管徑為315mm 的每個固定點需要設(shè)置兩個錨固件。在Y 型接口處需增設(shè)一組錨固管件，在最大管徑的管道上，安裝的兩個Y型連接口處也應(yīng)增設(shè)一組，同時確保相鄰的錨固管件不大于5m。安裝在末端的雨水斗應(yīng)在立管處增加錨固固定件。每隔2.5m 必需與屋面或墻面固定。方形導(dǎo)軌不能出現(xiàn)斷裂，應(yīng)根據(jù)情況增設(shè)2 處錨固。

3.2.6 高密度聚乙烯HDPE 虹吸雨水管安裝

懸吊系統(tǒng)安裝之后，根據(jù)圖紙對水平管道進行安裝及固定。

懸吊水平管安裝：虹吸雨水管道應(yīng)按照圖紙要求進行安裝，懸吊管不設(shè)坡度、要水平安裝。當采用(HDPE)管時，檢查口之間的最大間距不得大于30m。

HDPE 管連接方法：HDPE 管采用熱熔方式或電熔套管連接。HDPE 管采用專用切割機行切割，切口垂直于管中心。當懸吊的HDPE 水平管上采用電熔管箍時，應(yīng)與固定件同時安裝。

立管安裝：HDPE 立管固定卡間距應(yīng)≤5m，導(dǎo)向管的固定卡間距應(yīng)≤15 倍管徑。立管到達混凝土路面之前必須有一個固定點。

雨水管按照圖紙設(shè)計要求安裝檢查口，其中心距地面1m。水平管與立管、立管與出戶管應(yīng)采用2 個45°管件或R ≥4D 的90°彎頭。

3.2.7 埋地管道安裝

由于排水系統(tǒng)壓力大，故出戶管宜采用承壓強的管道，同時出戶管的管徑應(yīng)大于兩級，以便可放水泄壓，從而減少對雨水井的破壞。埋地、雨水管的埋沒深度應(yīng)考慮綜合管線的負載能力。HDPE 管鋪設(shè)在—般土質(zhì)的管溝內(nèi)，下層鋪設(shè)厚度不小于100mm 的砂墊層，在檢查井連接處及與井壁接觸的管端部位涂刷兩道粘結(jié)劑，并滾上粗砂，然后用水泥砂漿砌入，防止漏水，在雨水立管底部轉(zhuǎn)彎處，應(yīng)增設(shè)混凝土支墩防止管道損壞。

4、效益分析

4.1 實用性

虹吸式雨水系統(tǒng)在降水初期即可形成穩(wěn)定的壓力流狀態(tài)，相較與重力排水，可在更短時間內(nèi)完成屋面雨水的排放。同時可保證在暴雨期通過屋面溢流雨水斗快速排放屋面雨水，避免屋面積水。虹吸雨水為壓力流狀態(tài)，在雨水排放過程中可同時對管道內(nèi)壁進行清潔沖刷，完成了管道自潔工作，避免出現(xiàn)重力流雨水系統(tǒng)長期使用導(dǎo)致水平懸吊管淤積。

4.2 操作性

由于管內(nèi)排水時為有壓流，因此無需像重力排水系統(tǒng)一樣設(shè)置懸吊管坡度；同時在一平面可以多個雨水斗串聯(lián)，可以有效減少雨水立管的數(shù)量。由于行程虹吸效應(yīng)，排水速度加快，因此可以縮小管道截面積，同時減少了立管和出戶管數(shù)量，室外管井數(shù)量及室外土方開挖量，可很大程度減少施工量及施工難度；

4.3 經(jīng)濟性

管道內(nèi)部形成虹吸效應(yīng)，產(chǎn)生有壓流，在相同匯水面積的前提下，可縮小雨水斗口徑及管道直徑，同時可減少立管數(shù)量進行多個雨水斗串接，進而減少出戶管數(shù)量及室外雨水井數(shù)量，可更大程度節(jié)約材料及人工成本；由于減少雨水立管數(shù)量，因此可更容易在有限的施工空間內(nèi)更好的優(yōu)化雨水立管位置，規(guī)避了后期做法無法隱藏或無法安裝雨水立管帶來的拆改。

相比于傳統(tǒng)式87 型雨水斗，虹吸式雨水系統(tǒng)非常簡單、節(jié)省材料、節(jié)省人工、縮短工期、減少機具及升降平臺等設(shè)備租賃費，相同的屋面該系統(tǒng)可節(jié)省50%～80%的雨水斗、60%以上的立管、50%以上的橫管及小支管。綜合計算該系統(tǒng)可節(jié)約50%以上的材料，人工費用降低約30%，施工所用的機具、搭設(shè)登高的架體等措施費、租賃費隨著工期的縮短而減少20%以上，在整個項目上該系統(tǒng)造價優(yōu)勢十分明顯，整體平米指標相對傳統(tǒng)重力排水方式降低約0.42 元/㎡。

結(jié)語：

虹吸雨水系統(tǒng)立管較少，出戶管也較少，為此可減少雨水井的數(shù)量以及室外地面的管溝土方開挖的工程量，對綠色施工、環(huán)境保護有很大的促進作用。同時，虹吸雨水系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)管道自凈功能，維護費用少，無漏水隱患。