虹吸雨水系统技术探讨及工程应用

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摘要:对虹吸雨水系统的工作原理进行了分析,与传统重力流排水系统进行比较，同时结合工程实例阐述了虹吸排水系统原理及施工工艺、安装要求等内容。

关键词：虹吸雨水系统；雨水斗；施工

随着我国城市化进程的不断加快以及屋面雨水排水系统的迅猛发展，屋面虹吸雨水系统正在被广泛的应用，特别是在大面积屋面雨水系统中的应用取得了很好的效果。虹吸雨水系统一般由虹吸雨水斗、无坡度悬吊管、雨水立管和雨水出户管组成。

1 虹吸雨水系统原理

虹吸雨水打破了常规的重力流雨水系统，在降雨初期，屋面雨水高度未超过雨水斗高度时，整个排水系统工作状态与重力排水系统相同，当降雨量加大屋面积水高度超过雨水斗高度时，减少了雨水进入排水系统时所夹带的空气量，管道内逐渐呈负压状态，使系统中排水管道呈满流状态，将传统的“重力流”变为“满管流”，即形成虹吸作用，屋面雨水在管内负压的抽吸作用下转变为高效的排放系统即虹吸雨水系统。

2 虹吸雨水系统与重力流雨水系统的优势

与重力流雨水排放系统相比,虹吸雨水系统具有以下优势：

2.1 管道管径比重力流管道管径小1/2～2/3，节约管道成本；由于压力流管道按满管流设计，横管敷设不需要坡度，且管道管径较小，从而降低各专业配合施工难度，使建筑有效空间更大，为综合管线布置提供了便利；

2.2 雨水斗在屋面上布点灵活，能够适应现代建筑的艺术造型，能够满足建筑实用性、美观性、科学性的要求；

2.3 由于虹吸作用时管内水流流速很高，因此系统具有较好的自清洁作用，不需要定期清理管道，节约运营成本；

2.4 虹吸雨水斗的排水能力大大高于同样规格的重力流雨水斗，因此可减少雨水斗的设置数量，从而减少屋面预留空洞工作及屋面漏水几率，减轻屋面防水的工作压力；

2.5 虹吸式屋面雨水排水系统属单相满管流，在同样条件下，相同的屋面汇水面积可减少管道的数量和直径，从而减少室外雨水检查井的数量；

2.6 虹吸雨水系统工作稳定性高，系统寿命周期长。

3 虹吸雨水系统工程概况实例

3.1 中山永安国际酒店位于中山市南区竹园村，建筑面积62850平米，地下二层，地上18层，四层商业裙楼面积25600平方米。设计要求：设计重现期为50年，按照当地暴雨强度计算q50=0.07125L/s.M2，总汇水面积约15830平方米，为更好的解决大面积屋面雨水排放问题，裙楼部分采用虹吸雨水系统，共10个系统，共有虹吸雨水斗58个。水平悬吊管及主立管选用DN150规格，虹吸雨水斗与水平管之间的连接管采用DN80、DN100规格，管材选用HDPE高密度聚乙烯管，这种管材能承受较大的冲击力，具有很好的韧性、耐磨耐酸碱性耐腐蚀性，且不会因弯曲而破裂、折断，抗极端温度范围大，管材弹性模量小，可吸收管内水流噪音，同时管子自身重量轻，便于运输、安装，管道电熔连接安全可靠，使用寿命长等优点。

在降雨时在天沟水深达到一定深度时，雨水盖过雨水斗实现气水分离，在降雨强度达到设计暴雨强度时，增个管道系统呈现满流状态，在立管处因水流跌落产生抽吸作用，从而进入虹吸高效排水状态。

3.2 虹吸雨水排水系统深化设计

根据最终确定的品牌，与设计院进行沟通协调，在充分理解设计意图的情况下，核对虹吸雨水排水系统汇水面积的太小、雨水斗的分布情况及现场实际情况，与生产厂家一起利用专业计算软件对虹吸雨水系统进行深化设计，合适的雨水斗的位置、数量及其安装方式，确定系统管道管径，以及与其它专业安装有无冲突，以尽量减少日后施工中的改动，确认土建图纸上雨水斗预留洞及管线穿墙（或楼板）处预埋套管等位置是否准确有无遗漏等。报设计院审核后出图，然后严格按照图纸施工，保证虹吸雨水排水系统正常使用。

3.3 施工工艺流程

施工准备—管道、管件及附件、工具检验-预埋预留—支架制作安装—天面雨水斗安装—干管、支管安装—埋地段管道安装—灌水通水试验—交工验收。

管道施工前必须熟悉设计图纸及相关施工及验收规范，编制施工方案及技术交底，制定材料、设备机具、劳动力计划以及与设计、监理、业主进行图纸会审等施工准备工作。工程所使用的管材、管件应具有产品质量合格证、质量检验证明，管道外观应光滑平整、无裂纹、脱皮、凹陷，管件完整，无缺损变形等。预埋预留工作：天面天沟施工时，由土建单位在天面雨水斗安装位置预留孔洞，埋地管段配合土建及地坪施工提前进行管道埋地施工。

3.4 HDPE高密度聚乙烯管道安装

HDPE高密度聚乙烯管采用电热熔连接，接口的质量对系统运行起着至关重要的作用，系统的严密性是形成虹吸排水的重要前提条件，在降雨时由于连接的严密性不好导致系统有大量空气进入造成虹吸雨水系统始终以传统重力流工作，排水效率极大的降低，虹吸雨水系统发挥不了应有的效果，所以必须使用专用工具进行焊接，严格按照焊机使用规程、相关规范及作业指导书要求进行施工，确保接头的质量。

管道的安装按照雨水斗、支管、立管、埋地管的顺序进行施工，能够预制的尽量预制以加快施工进度。管线的安装关键是定位准确，特别是弯头、大小头、三通等处的定位。所有管道长度的度量均以管道中心为准，所有弯头、三通、变径接头均以与联接管中心交点为准。要特别注意水平管的标高不能任意变动，以免破坏虹吸条件。安装时要特别注意管道的配置，因为液体在管道中沿着管壁流动，当条件具备产生虹吸时也有一个过程，由重力流发展为脉冲流，再发展为气液混合流，最后为满管流。因此，施工过程中要注意正确配置管道，采用“顺水”方式，保证管道不进入空气。

3.5 固定系统安装

在管道内形成虹吸满流时，水流较大对管道的冲击也较大，所以就要求对管道的固定系统有较高的要求，固定系统对虹吸系统及建筑结构起到至关重要的保护的作用。虹吸雨水系统管道的固定装置包括与管道平行的方形钢导轨，管道与方形钢导轨间的连接管卡(根据不同的管径，每隔0.8至1.6米布置管卡)，用于固定钢导轨的吊架及镀锌角钢。安装固定系统还包括管卡配件，这些配件可以固定管道的轴向，利用锚固管卡安装在管道的固定点。安装固定系统可以防止在刚性安装的排水系统中，由于热胀冷缩受到阻隔而产生的力对建筑结构造成的破坏；可以吸收热胀冷缩导致的管道位移，由连接件传至方形导轨，避免引起系统的变化，同时，还可以避免管道因为悬挂受力而变形。严格安装设计图纸要求布置导向支架和固定支架。

3.6 雨水斗安装

雨水斗是整个虹吸系统的关键部分，它的稳流性对系统整体性能起着至关重要的作用。与普通雨水斗的主要区别在于有结构独特的空气挡板，空气挡板不仅能有效地阻止空气进入尾管，而且对由空气挡板下面流入尾管的雨水具有整流作用。在天沟施工时做好雨水斗处的预留洞工作和防水工作，将预留空洞清理干净，按照雨水斗的安装技术要求进行安装，调整水平以至保证天沟内的雨水能够通过雨水斗排净，同时做好相应的防水措施，安装完毕后采取措施用临时保护盖板封好，防止垃圾、杂物堵塞雨水斗。

3.7 虹吸雨水系统灌水试验

虹吸雨水系统所有实体工程安装完毕后，必须按照规范和设计要求进行灌水、通水试验，对于埋地管段必须做灌水试验，灌水高度不低于底层地面高度，灌满水后15min后液面不下降，管道接口无渗漏即合格。室内雨水管道灌水高度必须到每根立管上部雨水斗，持续1h，不渗不漏为合格。灌水试验合格后进行整个虹吸雨水系统的调试工作，在每个区域进行放水与设计最大雨量进行试验，检验系统的排水性能是否达到设计要求。

4 结语

虹吸雨水系统目前正广泛的应用到商场、机场、展馆、体育馆等建筑屋面雨水系统中，满足了人们对建筑的实用性、美观性的要求。与传统的重力流雨水系统相比，在经济、技术上都取得了明显的优势，日趋走向成熟，虹吸式雨水系统适应了我国大发展的要求，具有广阔的空间。

参考文献

[1]GB50015-2003《建筑给水排水设计规范》

[2]GB50242-2002《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》

[3]CECS183:2005《虹吸式屋面雨水排水系统技术规范》