不銹鋼虹吸雨水斗虹吸雨水系統在大型屋面排水中的應用

文／陳濤 中鐵建設集團有限公司 河南鄭州 450000

引言：

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

1、工程實例

河南某商業廣場項目為大型綜合體項目，平面呈L 型布局，南側及西側分別為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 層為用于商業超市，商業屋面匯水面積為60292 ㎡。

結合原給排水施工圖紙設計，由專業廠家根據當地近年降水情況進行二次深化，并經建設單位、設計單位確認。深化后采用虹吸雨水系統，較原來設計更改了部分管道位置、標高以及系統個數，一個虹吸雨水系統可以連接多個雨水斗，立管數量少，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適用于大型商業屋面排水，能夠使大型商業空間得以充分利用，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→預埋預留→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，了解各系統的管道布置、管徑規格型號、雨水斗數量、位置、規格，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 預留預埋

預留洞口一般預留在結構頂板及外墻上；屋面結構施工時，應提前預留好雨水口預留洞，或直接將雨水斗集水盤及出水短管預埋在結構中，一次性澆筑完成，且根據設計要求提前找好坡度。

3.2.3 支架制作安裝

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

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

（2）固定件應根據管材及設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、吊架安裝間距應滿足設計及規范要求。

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

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

（8）HDPE 立管的固定管卡間距最大為5m，導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安裝在天溝的最低點，在天溝的每個匯聚區域雨水斗安裝數量不應少于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）虹吸式雨水斗應與立管及各系統管路可靠連接。多個系統的管道與虹吸雨水斗連接時，其排水連接件應接在懸吊管上，布的直接接入雨水斗管道上方。多系統采用同一懸吊管時應在同一標高。

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

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

3.2.4 .2 雨水斗安裝

雨水斗安裝時應去掉上面的保護螺絲，將雨水斗進行全面清洗，根據要求選擇配套的螺桿及密封膠圈。雨水斗的進水口高度，應與天溝標高相符合保證排水通暢且水平安裝。屋面施工防水作業時，在螺桿處應進行防水包裹，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。按照規范要求，應在加固前提前調整螺桿間距，方可固定。

3.2.5 消能懸吊固定系統

3.2.5 .1 消能懸吊固定系統的必要性及重要性

（1）在有空氣和水的狀態下進行排水時，有一個非常重要的要求是在各系統管道內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生劇烈晃動、震動。為保證系統的正常運行，增加消能懸吊固定系統，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生熱脹冷縮，對系統易造成拉力，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生作用力，從而造成管道移位。

（3）無論是管道因震動產生外力，還是熱脹冷縮引起的內力，甚至是懸掛管道自身的重力，都會由連接配件傳輸到方形導軌上，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是虹吸式排水中的輔助系統，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，進行反復的變化。

3.2.5 .2 消能懸吊固定系統組成

消能懸吊固定系統由內外壁鍍鋅方管、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，懸吊管道無需設置伸縮節。在狹小空間、高跨空間等特殊部位能結合現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 消能懸吊固定系統安裝

（1）支吊架安裝要求：管道應設置支吊架（內、外層應做防腐處理），管道支吊架應固定在具備承重作用的結構上，位置正確、埋設牢固。根據設計圖紙制作消能懸吊固定系統支吊架，管卡采用滑動管卡與固定管卡相搭配：HDPE 管外徑40-200mm，方形導管尺寸30mm×30mm；HDPE 管外徑250-315mm，方形導管尺寸40mm×60mm。

（2）高密度聚乙烯HDPE 懸吊管管卡間距設置要求

在消能懸吊固定系統中懸吊管應在小于等于5m 處安裝固定支架，此支架應與懸吊架固定不可隨意調動。因HDPE管具有熱脹冷縮的特性，所以固定支（吊）架的設置應把懸吊管易變形處進行分解支各個支吊架上；因膨脹產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，懸吊管因作用力產生的振動也會經過支（吊）架傳輸到懸吊梁上，懸吊梁具有剛性消能作用，限制HDPE管的在外力作用下產生的振動。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）錨固管卡設置及安裝

排水立管及懸吊管應采取固定支吊架，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≤5m。當雨水斗與排水立管之間的懸吊管長度＞1m 時，應安裝錨固固定件。

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：錨固管件設置為一組，管徑為315mm 的每個固定點需要設置兩個錨固件。在Y 型接口處需增設一組錨固管件，在最大管徑的管道上，安裝的兩個Y型連接口處也應增設一組，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。方形導軌不能出現斷裂，應根據情況增設2 處錨固。

3.2.6 高密度聚乙烯HDPE 虹吸雨水管安裝

懸吊系統安裝之后，根據圖紙對水平管道進行安裝及固定。

懸吊水平管安裝：虹吸雨水管道應按照圖紙要求進行安裝，懸吊管不設坡度、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，應與固定件同時安裝。

立管安裝：HDPE 立管固定卡間距應≤5m，導向管的固定卡間距應≤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考慮綜合管線的負載能力。HDPE 管鋪設在—般土質的管溝內，下層鋪設厚度不小于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，在雨水立管底部轉彎處，應增設混凝土支墩防止管道損壞。

4、效益分析

4.1 實用性

虹吸式雨水系統在降水初期即可形成穩定的壓力流狀態，相較與重力排水，可在更短時間內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，在雨水排放過程中可同時對管道內壁進行清潔沖刷，完成了管道自潔工作，避免出現重力流雨水系統長期使用導致水平懸吊管淤積。

4.2 操作性

由于管內排水時為有壓流，因此無需像重力排水系統一樣設置懸吊管坡度；同時在一平面可以多個雨水斗串聯，可以有效減少雨水立管的數量。由于行程虹吸效應，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量，室外管井數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 經濟性

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

相比于傳統式87 型雨水斗，虹吸式雨水系統非常簡單、節省材料、節省人工、縮短工期、減少機具及升降平臺等設備租賃費，相同的屋面該系統可節省50%～80%的雨水斗、60%以上的立管、50%以上的橫管及小支管。綜合計算該系統可節約50%以上的材料，人工費用降低約30%，施工所用的機具、搭設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造價優勢十分明顯，整體平米指標相對傳統重力排水方式降低約0.42 元/㎡。

結語：

虹吸雨水系統立管較少，出戶管也較少，為此可減少雨水井的數量以及室外地面的管溝土方開挖的工程量，對綠色施工、環境保護有很大的促進作用。同時，虹吸雨水系統能夠實現管道自凈功能，維護費用少，無漏水隱患。