屋面雨水虹吸排水与重力流排水系统分析

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目前对于较大型屋面雨水排水系统有两类，1是重力流排水系统，即雨水由天面天沟汇集后经雨水斗下接的立管靠重力自流排出。这种系统管线并不能被水完全充满。水沿立管管壁流下时，一般情况下只占立管断面的一部分，甚至一小部分为水，一部分为空气。2是虹吸屋面排水系统；其作为密闭的内排水系统由于在技术上、经济上较之传统的重力流排水系统有明显的优势而越来越得到广泛应用。

虹吸排水系统简介；

虹吸排水系统是将传统的“重力流”变为“满管流”，而满管流会产生抽吸作用，提高排水速度。虹吸排水系统就是使排水系统在一定的水量下，使系统达到“满管流”状态的系统。

1.形成虹吸排水的条件

我们知道，如管内液体的流态达到虹吸状态，应有以下几个条件（参见图一）： 1-1入水口和排水口之间存在高差；

1-2管道中充满水；

1-3立管与水平管中水的流速要足够大并同时能满足管道中的负压大于水的蒸发压力。

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市政管

图一：屋面虹吸排水系统示意图

可见管道充满水是虹吸状态必要而充分的条件，即要达到虹吸状态，管道必须充满水，而达到了虹吸条件，管道必然是“满管流”。这就是虹吸排水系统的基本概念。

2.虹吸形成过程及其优势分析

对大型屋面可“分区排水”，整个屋面排水系统可由数个子系统组成，每个子系统一个天沟，这样天沟可避开伸缩缝。系统的设计是当天沟内雨水深度达到一定深度时，首先是尾管充满水达到虹吸条件，继而使整个系统产生虹吸，即可使天面雨水快速排放。因虹吸排水流速很大，要通过消能井再排入市政雨水排水系统。而当雨量较小时，该虹吸系统也只有做为重力流系统使用。这样，虹吸排水系统可用比重力流排水系统小得多的管线能排出几十年一遇的暴雨雨水。再有，在相同排水量的情况下，虹吸排水系统所需的斗前水深要小于重力流系统。比如，计算表明排水量为

40L/s 时，用直径300mm 的重力流雨水管，其斗前水深需100mm，而直径100mm 的虹吸雨水管，其斗前水深仅需73mm，这对屋面的建筑和结构设计都非常有利。虹吸系统所用管径不仅比重力流小，而且可比重力流“少”。图一所示系统，即一个横管，一个立管，可以上接十余个雨水斗，而重力流系统则要多根立管。此外，虹吸系统的横管可以水平安装，而重力流系统其横管必须有不小于0.005的坡度，将使横管末端降低，从而影响使用空间或影响

筑龙网 w w w .z h u l o n g .c o m 建筑结构处理。虹吸系统的立管因数量少，可利用楼梯间、立柱旁等处敷设，不占用更多的使用空间，横管也可以敷设在非敏感的公共走廊等处。总之，给建筑设计一个有利的条件。

虹吸排水的施工要点

1.雨水斗安装：

虹吸系统的雨水斗与普通雨水斗的主要区别在于有结构独特的空气挡板，空气挡板不仅能有效地阻止空气进入尾管，而且对由空气挡板下面流入尾管的雨水具有整流作用。再有，即使天沟内落叶等垃圾没有及时清扫，空气挡板的结构也能使排水功能不受大的影响。雨水斗安装在天面的天沟里，混凝土屋面与金属屋面用雨水斗，其主要构件部分均相同，只是因安装条件不同而略有差异。现以混凝土屋面用雨水斗为例说明雨水斗的安装。

雨水斗以不锈钢底盘、夹圈、空气挡板等几个部件组成，不锈钢底盘固定安装在天面，上面安装空气挡板，下面有接尾管的短节，因而雨水斗的定位安装就是其不锈钢底盘的定位安装。不锈钢底盘起“承上启下”的作用。安装前要注意核实定位尺寸及标高。

不锈钢底盘安装，有两种方式：方式一，预埋，在土建天面施工完成配筋后，根据楼板的厚度确定不锈钢底盘安装高度并固定，确保在混凝土灌浆时，底盘不发生移位，封堵好排水口，防止混凝土灌入排水口；方式二，预留，在天面雨水斗安装位置由土建预留孔，后安装不锈钢底盘。

我们认为采用预留孔的方式较好。因为天面结构施工通常日夜加班作业，一般雨水斗的数量不多，安装单位没有必要投入太多人力长期配合土建预埋，而且预埋后的雨水斗底盘螺钉容易在土建施工过程中被破坏。不锈钢底盘在天沟安装完成后进行防水卷材施工。防水卷材在不锈钢底盘处要精心施工，既要留出排水口的空间，又要敷满底盘的其余部分，然后上紧夹圈以确保不渗漏。夹圈有一定厚度的向上卷边，屋面找平层应做到夹圈边缘。

夹圈安装后，应封堵好排水口，并做好夹圈和底盘的保护（特别是底盘上安装空气挡板的螺栓），待到天面土建施工全面完成、清洁后再安装空气挡板，完成雨水斗的安装。

筑龙网 w w w .z h u l o n g .c o m 2.水平管与立管的安装

管线的安装关键是定位准确，特别是弯头、大小头、三通等处的定位。要注意系统图中标注的所有管道长度的度量均以管道中心为准，所有弯头、三通、变径接头均以与联接管中心交点为准。要特别注意水平管的标高不能任意变动，以免破坏虹吸条件。

再有，要特别注意管道的配置，因为液体在管道中沿着管壁流动，当条件具备产生虹吸时也有一个过程：由重力流发展为脉冲流，再发展为气液混合流，最后为满管流。因此，施工过程中要注意正确配置管道，采用“顺水”方式，保证管道不进入空气（同时，要注意尾管的有效长度）.

3.尾管的安装

关键是尾管的安装时间应放在“最后”，即必须在天面全部土建施工完成、清洁后，与雨水斗的空气挡板同步施工，以完成整个虹吸系统的施工。因为尾管过早的连接，会使虹吸系统的管线过早投入运行，而天面的水泥沙浆等会随雨水流入并在水平管与立管管壁凝固结块，而使虹吸系统失去其功能，一旦造成这种情况，处理起来代价很高。因此，在施工合同中就应与建设方说明，虹吸系统不可作为施工期间的雨水排水用。

虹吸排水与重力流排水系统分析比较

1. 重力流排水系统是传统的屋面排水方式。具有设计施工简易，运行安全可靠的特点，其缺点是管道设置相对较多，占据空间位置较多。

2. 虹吸屋面雨水排水是近几年推广应用的一项新技术，它的优势是管道系统相对较少，节省管材和建筑空间，由于虹吸作用产生“满管流”，使系统排水量能够满足最大的雨水量。其缺点是设计施工比较复杂，雨水斗及尾管施工时容易造成堵塞。同时在管材选用上也相对要求高一些。虹吸排水系统属压力流排水系统。施工完后要按有关规定进行试压。

综上所述，我们认为；对于大型公共建筑，如商场、展馆、体育馆等屋面雨水排水采用虹吸排水技术是较好的选择。而对于中、小型建筑采用传统的重力流排水系统为好。