虹吸式排水的施工与应用优势研究

黄青飞

（陕西建工第四建设集团有限公司 陕西渭南 714000）

引言

虹吸式排水系统于1968年首次运用在现代建筑中，直到20世纪90年代才引入我国，在虹吸式排水技术进入我国的这二十多年，已经成功运用于国家体育场（鸟巢）、CCTV新台址、首都机场T3航站楼等大型屋面。这些成功的案例改变了人们对传统重力式排水的认识，也为解决结构复杂或大型屋面排水难题找到了一个更有效、更先进的工艺系统。

本文将通过真实案例，结合自己施工经验体会，根据设计和施工要点，浅析虹吸式排水的原理和特点，并将虹吸式排水与传统重力排水进行对比分析，进一步谈论虹吸式排水的优势。

1 工程概况

紫阳文体活动中心为地上三层现浇混凝土框架结构，建筑长度153.9m，宽度67.2m，建筑面积23196m2，屋面汇水面积为9745m2。其屋面为田径场，建设有300m塑胶跑道，跑道内侧设置有5人制足球场两座、硅PU标准篮球场两座。因屋面功能区域多，排水坡度繁多不一，排水施工难度大，因此屋面排水采用虹吸式排水系统。

2 设计及施工要点

为确保屋面排水并满足屋面田径场正常使用要求，本工程先在跑道内侧设置环形排水沟及集水井，再采用双壁波纹管将集水井与设置于跑道外侧的虹吸式排水系统集水井连接。虹吸式排水系统按照安康地区设计重现期P＝50年，5min暴雨强度q5＝4.21L/s·100m2，虹吸雨水排水系统汇水总流量为411.21L/s，设计了5套虹吸系统，17个WPK110雨水斗。虹吸雨水斗底盘采用304不锈钢材质，空气挡板为铝镁合金产品，雨水斗直接安装于屋面现浇混凝土板预留洞，雨水斗安装时，将自粘密封圈、防水卷材铺贴在斗座上，用固定螺栓把防水压环压紧，并用防水密封膏做封边处理。雨水管采用DN100的HDPE高密度聚乙烯管材，热熔连接，雨水斗与雨水管也采用热熔连接。

图1 雨水斗在混凝土天沟内安装大样图

3 虹吸式排水系统原理及技术特性

虹吸式排水系统的原理就是依靠虹吸式雨水斗在设计流量下使排水管达到满流状态，隔绝空气，实现气水分离，雨水流经悬吊管至立管跌落时形成虹吸，并在管道内呈最大负压，使得屋面雨水在管道内负压抽吸作用下以较高的流速排出。

虹吸式排水的专用雨水斗可以减小天沟的进水深度，同时又能使雨水斗的出口获得较大的淹没水深，避免了在设计流量下工作时的漏气现象，极大的提高了雨水斗的额定流量。

4 虹吸式与重力式排水系统的优势对比

4.1 虹吸式雨水系统排水高效

虹吸式排水系统，通过专用的雨水斗和管道系统将雨水汇集到排水管中，依靠虹吸式雨水斗在设计流量时使系统排水管达到满流状态，隔绝空气，实现气水分离，雨水流经悬吊管至立管跌落时形成虹吸，并在管道内呈最大负压，使得屋面雨水在管道内负压抽吸作用下以较高的流速排出。同时有着更优良的排水效果。其雨水集中排放也为雨水收集利用创造了有利条件。

4.2 重力式雨水系统管径大、悬吊管坡度要求较高

传统的重力式雨水系统是将屋面或天沟汇集的雨水通过雨水斗、立管排至地面而流入雨水井或再通过排出管排至雨水井。此系统采用重力式的雨水斗，排水时雨水斗中的水流呈自由堰流状态，同时流入雨水斗中的雨水会混入空气，形成水气混流，从而制约了雨水斗的设计流量。根据《建筑给水排水设计规范》4.9.20的规定，重力流屋面雨水排水系统的悬吊管应按非满流设计，其充满度不宜大于0.8。管内流速不应小于0.75m/s。且对其坡度设计有着严格地要求，以当前常用的塑料管为例，其设计坡度不宜小于0.005。因此，其需要较大的管径和排水坡度。

4.3 虹吸式雨水系统节省材料、节约成本

重力式雨水系统受水力特性的限制，使得每个落水口汇水面积不大于20m2，在大型工业厂房、体育场馆等大型屋面排水系统中更是严重限制了屋面排水能力。而虹吸式雨水系统可有效提高屋面排水能力，且雨水斗布置灵活，雨水斗接入排水管数量不受限制，从而减少立管设置，悬管也无需设计排水坡度，提高了安装便捷性，根据虹吸式压力流的计算可以减小雨水系统管径，实践应用表明，可大幅降低工程成本。

5 结束语

通过工程实践，对虹吸式雨水系统和重力式雨水系统的对比分析，可以发现，虹吸式雨水系统具有：①管径更小；②雨水斗布置灵活，可减少雨水斗和立管；③横管布置灵活、无需坡度；④雨水井少，减少地面开挖作业，施工便捷；⑤造价经济等优势，将是未来屋面排水系统的发展趋势和首选方式。

[1]同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司，等.《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，2015.

[2]中国工程建设标准化协会.《建筑给水排水设计规范》[S].北京：中国建筑工业出版社，2007.

[3]姜文源.虹吸式屋面雨水排水系统技术要点剖析[Z].

[4]辽宁省建设厅.《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》[S].北京：中国建筑工业出版社，2003.