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                                    濰坊市工程建設監理有限責任公司
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                                    虹吸屋面排水系統理論探討及工程應用


                                    隨著屋面雨水排水系統的迅速發展,屋面虹吸排水系統正在獲得越來越廣泛的應用,特別是在大型、高檔的建筑中,其作為密閉的內排水系統與傳統的重力流排水系統相比,在技術上、經濟上都有明顯的優勢。

                                    一、虹吸排水簡介

                                    虹吸排水打破了常規的重力排水系統,利用屋頂專用雨水漏斗實現氣、水分離,開始由于重力作用,使雨水管道內產生真空,不斷進行排水,將傳統的“重力流”變為“滿管流”,而滿管流會產生抽吸作用,提高排水速度;虹吸排水系統就是使排水系統在一定的水量下達到“滿管流”狀態的系統。管道充滿水是虹吸排水的必要而充分的條件,即要達到虹吸狀態,管道必須充滿水,而達到了虹吸條件,管道必然是“滿管流”。而當雨水量較小時,管路中無法實現滿管流,虹吸排水系統只能作為重力流排水系統使用。

                                    在降雨過程中,虹吸排水系統中由于連續不斷的虹吸作用,使整個系統得以快速排放屋頂上的雨水。虹吸排水系統管道均按滿管有壓狀態設計,雨水懸吊管可做到無坡度敷設;當產生虹吸作用時,水流速度很高,有較好的自清作用。

                                    二、虹吸排水與重力流排水系統的比較 

                                    與傳統的重力流排水相比,虹吸排水系統具有以下特點:

                                        1、比重力系統管徑小1/22/3,節省管道材料;

                                        2、橫管敷設不需要坡度,從而降低各專業配合難度,使建筑有效空間更大;

                                        3、雨水斗在屋面上布點靈活,更能適應現代建筑的藝術造型,容易滿足不規則屋面的雨水排放;

                                        4、管道走向靈活,可根據各種設計要求設置,有利于現代建筑的美觀要求; 

                                      5、落水管的數量少和直徑小,滿足了現代建筑的美觀要求以及大型標志性建筑、各種大跨度屋面及高層建筑群樓的雨水排放;

                                      6、單斗排水量大,屋面開孔少,減少屋面漏水幾率,減輕屋面防水壓力;

                                    7、管道具有較強的自潔能力,不需要定期清理管道,節省管理成本;

                                    8、管道直徑小、總長度少、地下埋管少和系統安裝簡便,管道成本和安裝費用較低,管道安裝無特殊要求。

                                    9、設計施工比較復雜,雨水斗及尾管施工時容易造成堵塞,同時在管材選用上也相對要求高一些。

                                    三、虹吸排水的施工要點                                         

                                    1、雨水斗安裝

                                    雨水斗的設計是整個虹吸系統能否按設計要求工作的關鍵之一,它的穩流性越好,產生虹吸所需的屋面匯水高度越低,總體性能就越優越。

                                    虹吸系統的雨水斗與普通雨水斗的主要區別在于有結構獨特的空氣擋板,空氣擋板不僅能有效地阻止空氣進入尾管,而且對由空氣擋板下面流入尾管的雨水具有整流作用;其次,即使天溝內落葉等垃圾沒有及時清掃,空氣擋板的結構也能使排水功能不受大的影響。雨水斗上部蓋有進水格柵。降雨過程中,雨水通過格柵蓋側面進入雨水斗,當屋面匯水達到一定高度時,雨水斗內的反渦流裝置將阻擋空氣從外界進入,同時消除渦流狀態,使雨水平穩地淹沒泄流進入排水管。虹吸式雨水斗最大限度地減小了天溝的積水深度,使屋面承受的雨水荷載降至最小,同時提高了雨水斗的額定流量。

                                    ●雨水斗的安裝應符合以下要求:

                                        、雨水斗的進水口應水平安裝,安裝高度應保證天溝內的雨水能夠通過雨水斗排凈;

                                        、安裝在鋼板或不銹鋼板天溝(檐溝)內的雨水斗,連接部位應采用能確保防水要求的連接方式;

                                        、雨水斗安裝時,應在屋面防水施工完成、確認雨水管道暢通,清除流入短管內的密封膏后,再安裝整流器、導流罩等部件。

                                    2、水平管與立管的安裝。

                                    管線的安裝關鍵是定位準確,特別是彎頭、大小頭、三通等處的定位。要注意系統圖中標注的所有管道長度的度量均以管道中心為準,所有彎頭、三通、變徑接頭均以與聯接管中心交點為準。要特別注意水平管的標高不能任意變動,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,當條件具備產生虹吸時也有一個過程:由重力流發展為脈沖流,再發展為氣液混合流,最后為滿管流。因此,施工過程中要注意正確的配置管道,采用“順水”方式,保證管道不進入空氣。

                                    3、尾管的安裝 

                                    尾管的安裝時間應放在“最后”,即必須在屋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的施工。因為尾管過早的連接,會使虹吸系統的管線過早投入運行,而屋面的水泥沙漿等會隨雨水流入,并在水平管與立管管壁凝固結塊,而使虹吸系統失去其功能,因此虹吸系統不可作為施工期間的雨水排水使用。

                                    4、輔助的固定系統安裝

                                    安裝固定系統的主要功能是輔助安裝與固定管道。

                                    由于虹吸系統是利用負壓排水的,而當系統內負壓過高時,系統內的氣泡會在壓力的作用下破裂,使整個管道系統產生劇烈振動,這種振動將會對整個系統或建筑物產生危害。為保證系統的正常運行,管道振動的危害是一個不容忽視的問題,如果對振動不加以防范,可能會影響建筑結構的使用壽命,也可能會導致整個系統的損壞。安裝固定系統的主要功能之一是吸收這些振動,從而避免振動對建筑結構產生影響。

                                    虹吸式雨水管道系統的固定裝置包括與管道平行的方形鋼導軌,管道與方形鋼導軌間的連接管卡(根據不同的管徑,每隔0.81.6米布置管卡),用于固定鋼導軌的吊架及鍍鋅角。安裝固定系統還包括管卡配件,這些配件可以固定管道的軸向,利用錨固管卡安裝在管道的固定點。

                                    安裝固定系統可以防止在剛性安裝的排水系統中,由于熱脹冷縮受到阻隔而產生的力對建筑結構造成的破壞;可以吸收熱脹冷縮導致的管道位移。同時,還可以避免管道因為懸掛受力而變形。

                                        無論是系統震動帶來的外力,還是熱脹冷縮引起的內力,甚至是懸掛管道承受的重力,都由連接件傳至方形導軌,避免引起系統的變化,減少對于建筑結構的影響。

                                        固定系統除了可以起到固定管道,轉移管道受力的作用,還有助于增加屋面到水平管的間距,而不影響管道的水平受力。在固定系統安裝過程中,要嚴格按照間距要求布置導向支架和固定支架的位置。

                                        總而言之,固定系統雖然是虹吸式雨水排放系統的輔助部分,卻對虹吸系統及建筑結構起到至關重要的保護的作用。

                                    1、與排出管連接的雨水檢查井應能承受水流的沖力,應采用四、虹吸排水系統安裝施工中的注意事項

                                    鋼筋混凝土結構或消能井。

                                    2、由于虹吸系統中的活塞現象,會壓縮下游空氣,而空氣壓力又會反過來影響虹吸系統正常工作,同時系統中也有少量的空氣釋出,因此,虹吸系統檢查井內宜有排氣措施。

                                    3、雨水斗的選擇安裝是整個虹吸系統的能否正常工作的關鍵所在之一,虹吸系統雨水斗是特殊專用雨水斗,所以嚴格按照設計要求選用雨水斗是虹吸系統成功的關鍵。

                                    4、對于匯水面積大于5000㎡的大型屋面,宜設置不少于2組獨立的虹吸排水系統。

                                    5、天溝的起點深度應根據屋面的匯水面積、坡度和虹吸式雨水斗的斗前水深確定,天溝坡度不宜小于0.003。

                                    6、高密度聚乙烯(HDPE)懸吊管的錨固管卡宜安裝在管道的端部和末端,以及Y形支管的每個方向上,2個錨固管卡之間的間距不應大于5m。當雨水斗與立管之間的懸吊管長度超過1m時,應安裝帶有錨固管卡的固定件,當高密度聚乙烯(HDPE)懸吊管的管徑大于200mm時,在每個固定點上應使用2個錨固管卡。

                                    7、高密度聚乙烯(HDPE)管立管的錨固管卡的間距不應大于5m,導向管卡間距不應大于15倍管徑。

                                    8、當虹吸式雨水斗的下端與懸吊管的距離不小于750mm時,在方形鋼導管上或懸吊管上應增加2個側向管卡。

                                    9、在雨水立管的底部彎管處應設支墩或采取牢固的固定措施。

                                    10、虹吸排水系統安裝完成后,應進行密封性驗收。應堵住所有雨水斗,向屋頂或天溝灌水,水位應淹沒雨水斗,持續1h,雨水斗周圍屋面應無滲漏現象;安裝在室內的雨水管道,應根據管材和建筑高度選擇整段方式或分段方式進行灌水試驗,灌水高度必須達到每根立管上部雨水斗口。

                                    五、應用案例

                                    濰坊市奧體中體育場鋼結構屋面為鋁鎂錳直立鎖邊金屬屋面,總匯水面積約19869平米,屋面排水采用虹吸排水系統。

                                    本工程屋面虹吸排水系統共設計28組落水管,共計60個雨水斗,水平懸吊管采用了De110De125兩種規格,立管采用了De110、De125De160三種規格,集水斗與水平管之間的連接管采用了De90、De110De125三種規格。管材選用高密度聚乙烯(HDPE)管,這種管材能承受較大的沖擊力,且不會因彎曲而破裂、折斷,還具有耐腐蝕性,其抗極端溫度范圍也大,在-30~100℃,同時管子自身重量輕,施工方便,可使安裝工效大大提高。本工程選用虹吸排水系統與傳統重力流排水系統相比,無論是管材、管徑方面,還是管道安裝施工方面,都大大降低了投資成本。

                                    本工程虹吸式屋面排水系統是設計施工一體,由一家單位完成,所以在虹吸排水系統設計階段我方監理就介入圖紙審查中。通過對初步圖紙的審查,我方提出圖紙不全的意見,要求設計單位將雨水斗安裝方式、排水管道固定方式、消能井具體做法等在圖紙上設計體現出來,以使在安裝施工過程中有所依據。在具體安裝施工過程中,針對HDPE管道焊接安裝偏心、導向支架間距過大等問題,督促施工單位嚴格按要求進行整改。本工程在施工完成后我監理要求施工方對虹吸排水系統進行灌水試驗,全部試驗合格。最后經過多次大雨天氣的檢驗,該虹吸系統排水通暢、屋面無積水,屋面天溝沒有出現溢水現象,達到了預期設計效果。

                                    六、結語

                                    在現代建筑中,隨著科學技術的發展、新型材料的應用,人們對建筑的實用性、美觀性的要求越來越高,虹吸屋面雨水排水系統具有廣泛的發展前景和空間。特別是對于大型公共建筑,如商場、機場、展館、體育館等建筑屋面雨水排水越來越多的采用虹吸排水技術,虹吸排水系統的快速發展必將引起屋面雨水排放系統的進一步改革。

                                                                                                                      文/王剛 李振譚 孫連東

                                     

                                    虹吸屋面排水系統理論探討及工程應用 2011-7-26 本文被閱讀 11919 次
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