虹吸雨水系統(tǒng)在混凝土屋面及鋼屋面上的安裝

湯 侗

1 概述

在屋面雨水排水系統(tǒng)中,虹吸屋面排水系統(tǒng)正在獲得越來越廣泛的應(yīng)用。特別是在大型廠房和高檔建筑中,其作為密閉的內(nèi)排水系統(tǒng)與傳統(tǒng)的重力流排水系統(tǒng)相比,在技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上都有明顯的優(yōu)勢。對于大型廠房屋面天溝,其形式主要為混凝土屋面或鋼屋面。

2 虹吸排水技術(shù)

2.1 虹吸排水簡介

屋面雨水排水系統(tǒng),最早用的是重力流排水系統(tǒng),即雨水由天溝面天溝匯集后經(jīng)雨水斗下接的立管靠重力自流排出。這種系統(tǒng)管線并不能被水完全充滿。水沿立管管壁流下時(shí),一般情況下只占立管斷面的一小部分,甚至一小部分為水,一小部分為空氣。可見,如果能將上述的“重力流”變?yōu)椤皾M管流”,則立管管徑就可以比原來的管徑小得多,而且滿管流會產(chǎn)生抽吸作用,提高排水速度。虹吸排水系統(tǒng)就是使排水系統(tǒng)在一定的水量下,使系統(tǒng)達(dá)到“滿管流”狀態(tài)的系統(tǒng)。

2.2 形成虹吸排水的條件

管內(nèi)液體的流態(tài)要達(dá)到虹吸狀態(tài),應(yīng)具備以下幾個(gè)條件:1)入水口和排水口之間存在高差;2)管道中充滿水;3)立管與水平管中水的流速要足夠大,并同時(shí)能滿足管道中的負(fù)壓大于水的蒸發(fā)壓力。可見管道充滿水是虹吸狀態(tài)必要而充分的條件,即要達(dá)到虹吸狀態(tài),管道必須充滿水,而達(dá)到了虹吸條件,管道必然是“滿管流”。這就是虹吸排水系統(tǒng)的基本概念。

2.3 虹吸系統(tǒng)組成

虹吸系統(tǒng)由虹吸式雨水斗、尾管、連接管、懸吊管、立管、埋地管、檢查口和固定及懸吊系統(tǒng)組成。

雨水斗一般由反旋渦頂蓋、格柵片、底座和底座支管組成。額定流量分12 L/s,25 L/s,40 L/s,60 L/s和72 L/s等,最常用的為25 L/s和40 L/s兩種額定流量的雨水斗。

虹吸式雨水斗材質(zhì)可采用鑄鐵、鋁合金、不銹鋼、高密度聚乙烯(HDPE)和聚丙烯(PP)等。

3 虹吸雨水系統(tǒng)在混凝土屋面上的安裝

3.1 雨水斗安裝

虹吸系統(tǒng)的雨水斗與普通雨水斗的主要區(qū)別在于有結(jié)構(gòu)獨(dú)特的空氣擋板,空氣擋板不僅能有效地阻止空氣進(jìn)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。再有,即使天溝內(nèi)落葉等垃圾沒有及時(shí)清掃,空氣擋板的結(jié)構(gòu)也能使排水功能不受大的影響。雨水斗安裝在天溝面的天溝里,混凝土屋面與金屬屋面用雨水斗,其主要構(gòu)件部分均相同,只是因安裝條件不同而略有差異。

雨水斗由不銹鋼底盤、夾圈、空氣擋板等幾個(gè)部件組成,不銹鋼底盤固定安裝在天溝面,上面安裝空氣擋板,下面有接尾管的短節(jié),因而雨水斗的定位安裝就是其不銹鋼底盤的定位安裝。不銹鋼底盤起“承上啟下”的作用。安裝前要注意核實(shí)定位尺寸及標(biāo)高。

不銹鋼底盤安裝有兩種方式:1)預(yù)埋。即在土建天溝面施工完成配筋后,根據(jù)樓板的厚度確定不銹鋼底盤安裝高度并固定,確保在混凝土灌漿時(shí),底盤不發(fā)生移位,封堵好排水口,防止混凝土灌入排水口。2)預(yù)留。即在天溝面雨水斗安裝位置,由土建預(yù)留孔后安裝不銹鋼底盤。

我認(rèn)為采用預(yù)留孔的方式較好。因?yàn)樘鞙厦娼Y(jié)構(gòu)施工通常日夜加班作業(yè),一般雨水斗的數(shù)量不多,安裝單位沒有必要投入太多人力長期配合土建預(yù)埋,而且預(yù)埋后的雨水斗底盤螺釘容易在土建施工過程中被破壞。不銹鋼底盤在天溝安裝完成后進(jìn)行防水卷材施工。防水卷材在不銹鋼底盤處要精心施工,既要留出排水口的空間,又要敷滿底盤的其余部分,然后上緊夾圈以確保不滲漏。夾圈有一定厚度的向上卷邊,屋面找平層應(yīng)做到夾圈邊緣。

夾圈安裝后,應(yīng)封堵好排水口,并做好夾圈和底盤的保護(hù)(特別是底盤上安裝空氣擋板的螺栓),待到天溝面土建施工全面完成、清潔后再安裝空氣擋板,完成雨水斗的安裝。

3.2 水平管與立管的安裝

管線的安裝關(guān)鍵是定位準(zhǔn)確,特別是彎頭、大小頭、三通等處的定位。要注意系統(tǒng)圖中標(biāo)注的所有管道長度的度量均以管道中心為準(zhǔn),所有彎頭、三通、變徑接頭均以與聯(lián)結(jié)管中心交點(diǎn)為準(zhǔn)。要特別注意水平管的標(biāo)高不能任意變動,以免破壞虹吸條件。安裝時(shí)要特別注意管道的配置,因?yàn)橐后w在管道中沿著管壁流動,當(dāng)條件具備產(chǎn)生虹吸時(shí)也有一個(gè)過程:由重力流發(fā)展為脈沖流,再發(fā)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配置管道,采用“順?biāo)狈绞?保證管道不進(jìn)入空氣(同時(shí),要注意尾管的有效長度)。

3.3 尾管的安裝

尾管的安裝時(shí)間應(yīng)放在最后,即必須在天溝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(gè)虹吸系統(tǒng)的施工。因?yàn)槲补苓^早的連接,會使虹吸系統(tǒng)的管線過早投入運(yùn)行,而天溝面的水泥砂漿等會隨雨水流入并在水平管與立管管壁凝固結(jié)塊,而使虹吸系統(tǒng)失去其功能,一旦造成這種情況,處理起來代價(jià)很高。因此,在施工合同中就應(yīng)與建設(shè)方說明,虹吸系統(tǒng)不可作為施工期間的雨水排水用。

4 虹吸雨水系統(tǒng)在鋼屋面上的安裝

虹吸雨水斗在鋼屋面的安裝順序?yàn)?1)在圖紙確定的雨水斗位置直接開孔,如果鋼天溝背面有材料,則背面開孔直徑比正面大60 mm。天溝開孔應(yīng)平整,金屬天溝建議厚度至少為2 mm;2)按照雨水斗螺栓位置,在鋼天溝底畫出螺栓孔位置;3)用電鉆鉆出螺栓孔;4)使用2片EPDM橡塑海綿密封圈放在天溝開孔處(天溝上、下兩側(cè)),EPDM密封圈與金屬天溝間應(yīng)無間隙;5)將不銹鋼底盤放置在天溝上側(cè)EPDM密封圈上,鋁合金壓環(huán)放置在天溝下方EPDM密封圈下,確保壓緊底盤和壓環(huán);6)底盤和壓環(huán)依靠配墊圈和橡膠密封圈的螺絲和螺母固定,確保壓緊底盤、EPDM密封圈、金屬天溝,EPDM密封圈和壓環(huán),保證水密性;7)安裝空氣擋板,并用螺栓將其固定,空氣擋板邊到天溝內(nèi)邊最小距離為75 mm。

其余各部分的安裝與混凝土屋面完全相同,這里就不再重復(fù)。

5 結(jié)語

由以上對兩種屋面安裝過程的介紹,可以看出虹吸雨水系統(tǒng)在鋼屋面和混凝土屋面上的安裝區(qū)別在于雨水斗的安裝。混凝土屋面采用預(yù)留天溝洞二次灌漿的方法;鋼屋面則采用現(xiàn)場開洞增加密封圈的方法;兩者相同之處都在于天溝洞的處理應(yīng)有良好的密閉性。

但無論是哪種屋面安裝的虹吸雨水系統(tǒng)都要面臨屋面臨時(shí)排水和雨水斗尾管被土建屋面施工材料堵塞的問題,而且目前有許多專業(yè)公司承攬虹吸雨水設(shè)計(jì)和施工的業(yè)務(wù),他們在設(shè)計(jì)計(jì)算、雨水斗結(jié)構(gòu)等方面都不盡相同,對應(yīng)用管材來說,有的擅長用鑄鐵管,有的擅長用塑料管,有的擅長用涂塑鋼管,這些問題都是虹吸雨水施工沒有被完全解決的難題。但虹吸雨水因其水流流速快、流量大、管道有較好的自潔能力、相同管徑排水量大等優(yōu)點(diǎn)正在被更多的設(shè)計(jì)和建設(shè)者認(rèn)可。相信在將來也會得到更廣泛的應(yīng)用,也會有更多的研究者關(guān)注虹吸雨水在施工中遇到的困難,那么其存在的問題亦會隨之解決。

[1] GB 50015-2003,建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] 陳耀宗.建筑給水排水設(shè)計(jì)手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1992.

[3] 沈沛濱,亓志軍.建筑給排水設(shè)計(jì)與施工的體會[J].山西建筑,2008,34(4):207-209.