虹吸雨水排水系统的设计与施工

杨亚乔

摘 要：文章在工程概况方面、设计提案、设计重点考虑事项、施工方案（管道布局及稳定架构、安置雨水斗），设计虹吸雨水排水系统，需要对施工现场工况做合理分析和总结。

关键词：屋面排水；虹吸；设计与施工

1 工程现状

港珠澳大桥珠海口岸位于珠海拱北湾新建人工岛上，是全国第一个陆路连接粤港澳三地的口岸建筑，珠海口岸总用地面积约107.31公顷，建设用地面积约70.33公顷。政府投资部分包括口岸区（包括旅检区、货检区和口岸办公区）和市政配套区，建设规模为总建筑面积32.7万m2，建筑顶棚面积15.23万m2；由于是超大跨度的屋面，且是人流密集的公共场所，传统的重力雨水系统已无法满足要求，此次施工的屋顶选用的是虹吸雨水排水系统，选用珠海地区50年大雨再现期进行设计、核算系统排水力度，设定径流系数为Φ=1.0，根据公式计算出50年一遇大雨参数是q=7.20L/s·100m3=259.25mm/hr。溢流以100年一遇大雨再现期进核准，利用虹吸溢流结构模式，100年一遇大雨强度为q=7.80L/s·100m3=280.82mm/hr。

2 系统设计

2.1 水力工程计算

依据伯诺里公式，在满流量情况下进行虹吸雨水的水力核算。要依次对系统中每一管水力工况做精确的水力模型计算，得出每一管段的管径尺寸、长度数值、水流量、水流速、水压等参数。施工现场水力计算满足以下要求：

（1）屋面的汇水面积是雨量计算的基础，本项目的屋面为双曲面的大屋面，流量的分界线的划分是一个非常重要的环节，虹吸深化设计单位在进行流量核算前，需将屋面汇水面积的分水线的图纸提交给设计总包单位进行确认，避免水量基础数据有误，

（2）虹吸型顶面水排放管道雨水斗到过渡段共计损耗值加上过渡段处水头总量没达到雨水斗与过渡段之间的高度差。吊管规定水流速要超过0.75m/s，立管规定水流速需超过2.2m/s，不得超过10m/s。

（3）虹吸式管道顶面到过渡段下端水流速应超过2.5m/s，压力流转为重力流前需设置混凝土消能井来抵挡流速过大带来的冲刷。

2.2 设计过程中需重点考虑的方面

（1）管材选择及防腐。虹吸系统所有雨水管在地面以上20cm至屋面使用不锈钢管，以下至第一个消能井使用内涂塑无缝钢管。不锈钢管采用等级为grade 1.4301 （304）奥氏体非磁性不锈钢。本项目位于海边，室外明露管道需做防盐雾腐蚀措施。详细做法是先对不锈钢雨水管表面进行打磨后刷20～30?m封闭漆（宜薄不宜厚），最后外表面做氟碳涂层。氟碳涂层膜厚不小于40?m，三涂三烤，树脂含量≥75%，涂料颜色需由业主及设计院确认。

（2）雨水斗的设计。雨水斗采用带有防护外罩和抗旋涡装置，并符合《建筑物集水沟》（EN 1253）的规定。防护罩采用具有防腐性能的铝合金产品，使用及质保年限与整体系统一致。雨水斗斗体材质同不锈钢管材质。

（3）管道沉降措施。本项目处于新填的人工岛上，目前沉降尚未稳定，而虹吸雨水系统对密封性要求也较高，故而要求系统管道不宜穿过沉降缝、伸缩缝和变形缝。当雨水管道需穿过沉降缝、伸缩缝或变形缝时，考虑到缝隙两侧沉降以及伸缩的不均匀性，应在此处增加补偿设施，采用不锈钢波纹补偿器，配合相应的固定、防晃支架使用，消除相对位移对管道的影响，以保证管道的安全。补偿器应具有±40mm的轴向变形能力和±15mm的水平错动能力。直線管段超过50m时设置管道补偿器，出户管道为了防止沉降，需设置一段不锈钢金属软管过渡，满足本项目的沉降量为250mm的要求。不锈钢金属软管，外壁采用四油三布防腐处理。

（4）防结露措施。本项目为人流密集的交通枢纽，一旦管道结露滴水，就会让整个口岸使用和运营造成很大的负面影响，甚至可能造成线路短路等危险故障。故管道表面需采取防结露措施，本项目保温材料采用橡塑发泡保温材料，厚度不小于20mm。保温层做法应按国标《管道和设备保温、防结露及电伴热》03S401施工。

3 施工方案

依据虹吸雨水系统及选取材质的特点，施工现场可以重点关注以下几个方面。

3.1 雨水斗安装

雨水斗的装置布局应满足规定。行钻孔时，依照图纸找到雨水斗位于天沟安置的轴线点，雨水斗的型号也各不相同，绘制出适当的安装开孔线。由开孔线进行开孔施工，孔的大小以能放置斗体是最合适的。同时在开孔期间为了避免天沟及孔口边缘磨损异形，要采取必要措施，在开孔后要对孔口边缘打磨光滑。天沟孔中要能放入雨水斗，标记开孔部位，移走斗器并用电钻开始钻孔。混凝土混合而成的屋面顶上安放雨水斗，天沟中放置的轴线，再把雨水斗体和防水压环固定螺栓预留在准确位置上。安置雨水斗预留孔，要进行打磨光滑、冲洗、灌浆应用水泥砂浆配比高出此处结构层一个标号，灌浆要分为几次完成，并且要完成灌水试验，灌水无渗漏，后面灌浆可一次促成。

3.2 管道安装

由于虹吸作用建成虹吸排水系统，管道内水流速增快，管壁清洁效果好，可以在一定程度上改善管内的环境，此时管道中有正负压力的变化，对管道也有不小的冲击力和振动力，管道此时会出现振动、摇晃和平移，所以在施工设计现场中要非常小心的是管接头的衔接工艺和管材质量评估，这些对管道的支持和稳固系统起到很大作用。

（1）不锈钢管道接口采用氩电联焊（氩弧焊打底，不锈钢焊条手工电焊对焊成型），不锈钢管连接焊缝应开坡口，氩弧焊打底焊接时，焊缝内侧应充氩气保护。焊缝外观质量不低于焊缝质量分级标准-III级标准（GB 50236的规定）。涂塑钢管连接采用沟槽式机械配件连接，埋地涂塑钢管外壁采用四油三布防腐措施。

（2）管道通过墙体和楼层板面时，配备金属套管.安放于楼板内的套管最顶端要突出墙体面20mm，安置于洗浴间及厨卫间套管顶部至少要超过墙面50mm，底部还要和楼板层面高度齐平；在墙体中放置的套管两侧要和装饰面保持高度齐平。

3.3 安全检查

虽然虹吸雨水斗有防止大颗粒物进入系统功能，并且由于水流速较大，不宜堵赛，但为了日后维修管理方便，立管距首层地面1.0m处需设置检查口，且检查口应有明显标示，并确保装修完工后能较容易的找到。

4 结语

本项目所采用的虹吸排水系统施工图经过虹吸设备厂家进行深化设计，深化设计成果再有设计总包单位确认并盖章。施工过程中由虹吸厂家提供产品、安装和保修的服务。相比于很多其他的工程案例，深化设计没有把关，并且整个虹吸系统只有厂家提供雨水斗产品，其他全由施工总包单位独包独揽的模式，本项目的管理模式对产品质量、安装质量的控制，均有很高的保障。但是在完工交付使用后，还需要进行精心的维护和保养，这样才能发挥虹吸雨水系统的优势，延长虹吸系统的使用寿命。

参考文献

[1] 同济大学建筑设计研究院.CECS 183：2005 虹吸式屋面雨水排水系统技术规程[S].北京：中国计划出版社，2005.