房屋面虹吸雨水系統(tǒng)應(yīng)用探討范文

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《人類(lèi)居住》2017年第4期

摘要：保定站房屋面采用的是較為先進(jìn)的虹吸式雨水排水系統(tǒng)，運(yùn)行以來(lái)取得了較好的效果。但對(duì)于虹吸系統(tǒng)應(yīng)用中的一些熱點(diǎn)問(wèn)題，如天溝或管道的漏水、過(guò)量雨水的溢流等問(wèn)題還需要進(jìn)行探討。本文在介紹虹吸雨水系統(tǒng)構(gòu)成和原理的基礎(chǔ)上，結(jié)合保定站房虹吸雨水系統(tǒng)的具體特點(diǎn)，對(duì)有關(guān)問(wèn)題進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)對(duì)策。

關(guān)鍵詞：虹吸雨水系統(tǒng)；天溝；應(yīng)用探討

0引言

在鐵路站房現(xiàn)代化建設(shè)過(guò)程中，由于屋面型式較為復(fù)雜，匯水面積大，對(duì)外觀的要求高，使傳統(tǒng)的重力式雨水系統(tǒng)很難滿(mǎn)足這一要求，于是開(kāi)始大量應(yīng)用虹吸雨水排水系統(tǒng)。2014年7月，石家莊火車(chē)站站房暴雨時(shí)因虹吸系統(tǒng)故障成為候車(chē)大廳內(nèi)大面積漏水的原因之一，暴露出虹吸雨水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法、施工管理及后期維護(hù)等方面存在的很多問(wèn)題。

1虹吸雨水系統(tǒng)構(gòu)成和工作機(jī)理

1.1系統(tǒng)構(gòu)成

屋面虹吸雨水系統(tǒng)的組成部分主要有虹吸式雨水斗、連接管、懸吊管、立管、排出管、雨水檢查井等。

1.1.1虹吸式雨水斗虹吸式雨水斗的主要功能是氣水分離、防渦流等，可以有效控制雨水斗前的水位深度。當(dāng)雨水斗前的水位深度趨于穩(wěn)定并且接近設(shè)計(jì)水深時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)的水流就保持在滿(mǎn)管流狀態(tài)，系統(tǒng)開(kāi)始發(fā)揮最大的排水效用。雨水從雨水斗尾部進(jìn)入連接管時(shí)，一般會(huì)在此處產(chǎn)生立軸漩渦。從力學(xué)角度分析，這是地球自轉(zhuǎn)、地心引力和大氣壓所產(chǎn)生的切力的共同作用所產(chǎn)生的。從水力學(xué)角度分析，當(dāng)流體的旋轉(zhuǎn)角速度不為零時(shí)，流體質(zhì)點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中圍繞自身旋轉(zhuǎn)，于是產(chǎn)生漩渦。為了防止漩渦的產(chǎn)生，一般在雨水斗內(nèi)安裝防渦板。

1.1.2連接管連接管是整個(gè)虹吸系統(tǒng)能否形成虹吸作用的關(guān)鍵。如果連接管設(shè)計(jì)不合理，雨水在連接管內(nèi)形不成虹吸作用，整個(gè)系統(tǒng)將無(wú)法在虹吸狀態(tài)下運(yùn)行。可以調(diào)節(jié)連接管的長(zhǎng)度和管徑來(lái)滿(mǎn)足系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)壓力平衡。

1.1.3懸吊管由于虹吸系統(tǒng)的特點(diǎn)，懸吊管可以零坡度設(shè)置，最大程度地減少對(duì)建筑空間的影響，但不允許反坡，以避免管道內(nèi)的積水增加對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的荷載。系統(tǒng)懸吊管的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，雨水充滿(mǎn)懸吊管需要的時(shí)間也就越久，間接地提高了天溝的蓄水能力。1.1.4立管立管在系統(tǒng)中的作用是把雨水從高處輸送到排出管。由于真空作用，雨水立管的管徑比懸吊管的管徑要小，立管中的雨水流速直接影響這個(gè)系統(tǒng)的工作效率。

1.1.5排出管由于雨水立管中的水流速度較快，在雨水進(jìn)入檢查井前，需要設(shè)置排出管釋放多余的水頭，減少高壓水流對(duì)井壁的沖擊和破壞。排出管的管徑比埋地干管要放大兩號(hào)處理，使管道內(nèi)的水流由滿(mǎn)管流變?yōu)樽杂梢簯B(tài)流。

1.2工作機(jī)理

虹吸現(xiàn)象是一種普遍的流體力學(xué)現(xiàn)象，依靠管道內(nèi)的真空作用使液體快速移動(dòng)。管道內(nèi)充滿(mǎn)液體時(shí)，由于管道兩端的液面存在高差，在勢(shì)能和大氣壓的作用下，液位較高的液體在管道內(nèi)跌水形成真空，產(chǎn)生抽吸作用，使液體通流向低位管口，這就是虹吸的原理。形成虹吸作用一般需要具備三個(gè)條件：①進(jìn)口水面高于出水口水面；②管道中充滿(mǎn)液體；③管道中有明顯負(fù)壓。屋面虹吸雨水系統(tǒng)即是依據(jù)這個(gè)原理，屋面高度較地面具有足夠的高差，滿(mǎn)足了第一個(gè)條件；虹吸式雨水斗能夠有效阻止空氣進(jìn)入管道，在斗前水深達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，管道內(nèi)是滿(mǎn)流狀態(tài)，滿(mǎn)足了第二個(gè)條件；雨水在進(jìn)入立管時(shí)，由于重力作用出現(xiàn)跌水，形成局部真空，產(chǎn)生負(fù)壓作用，滿(mǎn)足了第三個(gè)條件。雨水系統(tǒng)在虹吸作用下迅速地把屋面上的雨水排走，減少了雨水帶給屋面的附加荷載。

1.3虹吸雨水系統(tǒng)運(yùn)行分析

降雨過(guò)程中，降雨量并不是持續(xù)不變的，下面對(duì)不同降雨量時(shí)的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行簡(jiǎn)單分析。①實(shí)際降雨量接近設(shè)計(jì)雨量時(shí)。當(dāng)實(shí)際降雨量接近設(shè)計(jì)雨量時(shí)，管道內(nèi)的雨水是滿(mǎn)管流狀態(tài)。天溝內(nèi)的水位超過(guò)斗前水深后，懸吊管上游率先形成滿(mǎn)管流，并迅速向下游推進(jìn)，此時(shí)管道內(nèi)的降雨開(kāi)始時(shí)進(jìn)入的氣團(tuán)也迅速被推向立管方向，當(dāng)管道內(nèi)的氣團(tuán)全部被排出以后，整個(gè)系統(tǒng)就在完全的滿(mǎn)管流狀態(tài)下運(yùn)行。②實(shí)際降雨量超過(guò)設(shè)計(jì)雨量時(shí)。當(dāng)實(shí)際降雨量超過(guò)設(shè)計(jì)雨量時(shí)，虹吸系統(tǒng)仍舊以滿(mǎn)管流的狀態(tài)運(yùn)行。區(qū)別只是超出設(shè)計(jì)雨量的降雨會(huì)逐漸在天溝內(nèi)聚集，使天溝的水深逐漸增大，超過(guò)天溝的保護(hù)高度后進(jìn)入溢流系統(tǒng)。③實(shí)際降雨量遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)雨量時(shí)。實(shí)際降雨過(guò)程中，雨水系統(tǒng)在多數(shù)時(shí)間是處于這種狀態(tài)的，也就是氣水兩相流的狀態(tài)，這個(gè)狀態(tài)的運(yùn)行機(jī)理較為復(fù)雜，本文暫不做討論，但可以確定的是系統(tǒng)的排水效率雖然沒(méi)有得到充分發(fā)揮，但是完全可以滿(mǎn)足實(shí)際的排水需求。

2保定站房虹吸雨水系統(tǒng)應(yīng)用探討

2.1保定站工程概況

保定站位于保定市中心，京廣鐵路里程K134+587m。新建站房分兩期建成，西站房于2012年12月投入使用；東站房于2015年10月投入使用，站房全部建筑面積34997m2。

2.2保定站房虹吸雨水系統(tǒng)基本情況

根據(jù)站房的結(jié)構(gòu)形式，劃分為五個(gè)大的匯水區(qū)域。中間候車(chē)廳為金屬板屋面，屋面坡度為5%，總匯水面積為17496m2，設(shè)置8組虹吸雨水系統(tǒng)，采用YG80虹吸式雨水斗38個(gè)，每個(gè)雨水斗匯水面積為460m2。兩側(cè)辦公區(qū)單個(gè)屋面匯水面積1440m2，分別設(shè)置1組虹吸雨水系統(tǒng)，采用YG80虹吸式雨水斗4個(gè)，每個(gè)雨水斗匯水面積為360m2。管道系統(tǒng)采用HDPE管材，雨水懸吊管的最大管徑為De200mm，雨水立管的最大管徑De160mm，排出管的最大管徑De315mm。系統(tǒng)天溝采用沿主體外墻外側(cè)設(shè)置環(huán)行天溝，采用2mm厚不銹鋼板工廠預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)焊接拼接，在相鄰的虹吸系統(tǒng)間設(shè)置溢流堰。天溝尺寸為：寬度W=0.5m，高度H=0.3m，天溝內(nèi)設(shè)計(jì)最大水深240mm，天溝保護(hù)高度60mm。由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)采用了50年暴雨重現(xiàn)期來(lái)計(jì)算降雨量，滿(mǎn)足《虹吸式屋面雨水系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定的“屋面虹吸雨水系統(tǒng)與溢流設(shè)施的總排水能力不應(yīng)小于50年暴雨設(shè)計(jì)重現(xiàn)期的雨水量”，所以未設(shè)置溢流口。

2.3虹吸雨水系統(tǒng)應(yīng)用的相關(guān)問(wèn)題探討

保定站房虹吸雨水系統(tǒng)運(yùn)行三年多以來(lái)，運(yùn)行良好，但是隨著使用期的延長(zhǎng)以及今后應(yīng)對(duì)極端天氣方面，難免會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題。下面對(duì)一些常見(jiàn)問(wèn)題展開(kāi)探討：

2.3.1天溝漏水問(wèn)題近期發(fā)現(xiàn)不銹鋼天溝底板表面出現(xiàn)斑點(diǎn)的銹跡，表明天溝受到腐蝕。除了材質(zhì)的原因外，酸性雨水腐蝕應(yīng)該是主要因素。在潮濕環(huán)境下，空氣中的硫化物或氮的氧化物與水結(jié)合形成腐蝕性較強(qiáng)的酸雨，不銹鋼板長(zhǎng)期處于這樣的環(huán)境下就會(huì)發(fā)生腐蝕漏水。另外焊縫位置存在的物理缺陷，比如說(shuō)氣孔、未熔合或者未焊透都是潛在的腐蝕源。由于天溝與雨水斗均為不銹鋼材質(zhì)，不會(huì)因腐蝕電勢(shì)區(qū)別而產(chǎn)生銹蝕，但焊縫檢驗(yàn)合格后未做酸性鈍化處理，且焊接部位未采取合理的防腐措施，在長(zhǎng)期的銹蝕影響下，很可能發(fā)生漏水。不銹鋼焊接時(shí)應(yīng)采用不銹鋼焊絲，氬弧焊，可用環(huán)氧基防腐涂料涂刷焊接部位，如果現(xiàn)場(chǎng)條件允許，在涂刷防腐涂料后，還應(yīng)該采用丙綸無(wú)紡氈，以便將腐蝕對(duì)不銹鋼板材的影響降到最低程度。發(fā)現(xiàn)表面出現(xiàn)銹蝕后，我們及時(shí)對(duì)銹蝕部位了采取除銹、刷防腐涂料等防腐措施，以控制腐蝕的發(fā)展。

2.3.2天溝向室內(nèi)溢水問(wèn)題反思石家莊站出現(xiàn)的“水簾”問(wèn)題，除了系統(tǒng)出現(xiàn)“氣塞”以外，系統(tǒng)未設(shè)置溢流措施也是原因之一。天溝的溢水問(wèn)題主要以下三個(gè)方面：①天溝尺寸不足。由于天溝側(cè)壁與金屬屋面板間存在縫隙，假如天溝內(nèi)雨水排除不及時(shí)，雨水就會(huì)滿(mǎn)流過(guò)天溝而進(jìn)入室內(nèi)。虹吸雨水系統(tǒng)在降雨初期雨量較小時(shí)，其排水方式仍舊是重力流排水。隨著雨量增大，天溝內(nèi)達(dá)到設(shè)計(jì)水深以后，虹吸式雨水斗就能有效阻止空氣進(jìn)入系統(tǒng)，形成穩(wěn)定的滿(mǎn)管流，相當(dāng)于屋面上一個(gè)水面穩(wěn)定的水池在進(jìn)行泄水，因此天溝的尺寸必須保證產(chǎn)生虹吸的水位深度和保護(hù)高度以及溢流系統(tǒng)需要的高度等，同時(shí)天溝的寬度應(yīng)該能夠保證雨水斗周?chē)鶆蜻M(jìn)水，以最大程度發(fā)揮虹吸系統(tǒng)的排水效能。②鋼結(jié)構(gòu)撓度異常導(dǎo)致天溝變形，產(chǎn)生溢水。不銹鋼天溝與金屬屋面連成一體，特別對(duì)于跨度大的鋼結(jié)構(gòu)屋面，在承受雨水、積雪等荷載時(shí)，容易出現(xiàn)撓曲現(xiàn)象。鋼結(jié)構(gòu)屋面產(chǎn)生的撓曲變形，導(dǎo)致天溝局部塌落、局部凸起，凸起位置的雨水斗不再是天溝內(nèi)的最低點(diǎn)而使其排水功能減弱或喪失，當(dāng)天溝變形嚴(yán)重導(dǎo)致排水功能降低較多時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致過(guò)量雨水從天溝和屋面板間的縫隙溢流到室內(nèi)。應(yīng)用中，大型屋面鋼結(jié)構(gòu)的撓度異常校核非常重要，設(shè)計(jì)人員須充分了解工程當(dāng)?shù)氐臍庀筚Y料，并且考慮應(yīng)對(duì)最不利情況的出現(xiàn)，最大程度減少撓度變異的危害。后期維護(hù)也應(yīng)該關(guān)注天溝的撓度變化，及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施消除隱患。③天溝沒(méi)有設(shè)置溢流措施導(dǎo)致溢水。《虹吸式屋面雨水系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定的“屋面虹吸雨水系統(tǒng)與溢流設(shè)施的總排水能力不應(yīng)小于50年暴雨設(shè)計(jì)重現(xiàn)期的雨水量”，本工程采取提高暴雨設(shè)計(jì)重現(xiàn)期（實(shí)際采用50a）的方式提高排水能力，所以未設(shè)置溢流口。這種做法是存在弊端的。提高暴雨重現(xiàn)期導(dǎo)致系統(tǒng)管徑過(guò)大，在一般的降雨條件下，系統(tǒng)形成虹吸作用的幾率減小，排水效果降低，假如系統(tǒng)出現(xiàn)堵塞或者管道氣密性失效，過(guò)量雨水就會(huì)直接溢流到室內(nèi)。可以說(shuō)，對(duì)于天溝與屋面板存在縫隙的屋面，溢流措施是防止雨水進(jìn)入室內(nèi)的最后一道屏障，這道屏障缺失，給系統(tǒng)的安全運(yùn)行埋下了極大的安全隱患，石家莊火車(chē)站的漏水事件即是典型的案例，需要人們深刻反思當(dāng)前虹吸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路和改進(jìn)方法。

2.3.3負(fù)壓造成HDPE管材開(kāi)裂漏水本工程管道采用的是排水專(zhuān)用的HDPE管材，其特點(diǎn)是密度小、重量輕，焊接工藝簡(jiǎn)單，施工方便，具有良好的韌性、氣密性，較小的伸縮率，抗沖擊性較好。但是在其他工程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，雨水排放過(guò)程中出現(xiàn)管道漏水現(xiàn)象，經(jīng)檢查是立管上部局部管壁凹陷，產(chǎn)生裂縫漏水，同時(shí)系統(tǒng)的排水效率顯著降低。通過(guò)虹吸系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)理，在立管頂部出現(xiàn)最低負(fù)壓值，一般在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，需通過(guò)水力計(jì)算控制該負(fù)壓值在允許范圍之內(nèi)，防止由于負(fù)壓作用破壞管材或者出現(xiàn)雨水“汽化”。虹吸規(guī)程規(guī)定系統(tǒng)最低的負(fù)壓不能低于-90kPa。為了保證管材不被破壞，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用不低于PE80等級(jí)的高密度PE材料，并要求供貨商提供耐正壓和耐負(fù)壓的檢測(cè)報(bào)告。對(duì)于雨水立管來(lái)說(shuō)，必須能夠承受設(shè)計(jì)要求的最低負(fù)壓，而由于排出管已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)閭鹘y(tǒng)重力流，所以沒(méi)有耐負(fù)壓的限制。

2.3.4“氣塞”或“水塞”導(dǎo)致雨水井冒水、排水效率降低虹吸規(guī)程規(guī)定，每個(gè)虹吸雨水系統(tǒng)要設(shè)置專(zhuān)門(mén)的雨水檢查井，且必須與大氣連通，井蓋上的通氣孔面積不少于井蓋面積的30%。同時(shí)應(yīng)注意下游管路應(yīng)比系統(tǒng)排出管放大管徑處理，并保證管道通暢。由于虹吸雨水系統(tǒng)為有壓流，排水速度是普通重力流的3至5倍，暴雨時(shí)短時(shí)間內(nèi)會(huì)有大量雨水被排進(jìn)雨水檢查井，要求檢查井及下游管路要有足夠的排水能力并且保持暢通。如果檢查井尺寸偏小或者下游管路管徑不足，就會(huì)使排入井內(nèi)的高流速雨水受到壅塞形成“水塞”，對(duì)檢查井造成破壞并影響排水效果。同時(shí)，降雨初期形成的氣團(tuán)不能順利排出，在系統(tǒng)內(nèi)形成“氣塞”，使整個(gè)系統(tǒng)的虹吸作用遭到破壞，極大的降低排水效率。虹吸雨水系統(tǒng)投入使用的第一年，站房北側(cè)的雨水檢查井在暴雨時(shí)出現(xiàn)檢查井蓋被頂開(kāi)，雨水噴泉般從井內(nèi)涌出。經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)雨水井下游管路因其他施工造成堵塞，造成井內(nèi)雨水無(wú)法順利排走，經(jīng)處理管道通暢后系統(tǒng)運(yùn)行正常。

2.4保定站房虹吸雨水系統(tǒng)的維護(hù)要點(diǎn)

①檢查格柵罩是否被固定在雨水斗上，對(duì)松動(dòng)的格柵罩進(jìn)行加固；②檢查屋面上是否有障礙物阻礙雨水進(jìn)入系統(tǒng)，保證雨水徑流通暢；③每年對(duì)天溝、雨水斗進(jìn)行兩次檢查和清理，保證天溝、虹吸雨水斗和管道內(nèi)無(wú)沉積的泥沙或樹(shù)葉等雜物，發(fā)現(xiàn)天溝銹蝕時(shí)應(yīng)及時(shí)采取防腐措施，防止腐蝕加劇；④建立并保存日常檢查記錄。⑤為了保持虹吸系統(tǒng)內(nèi)部的負(fù)壓，要特別注意管道和檢查口的水密性和氣密性，定期對(duì)虹吸雨水系統(tǒng)進(jìn)行檢查，確保整個(gè)系統(tǒng)狀態(tài)良好。

3結(jié)語(yǔ)

屋面虹吸雨水系統(tǒng)主要針對(duì)各種大面積屋面或復(fù)雜屋面的雨水排放，其排水性能較重力流雨水系統(tǒng)得到了極大的改善。在驗(yàn)收和后期維護(hù)過(guò)程中，需嚴(yán)格按照給排水規(guī)范和虹吸雨水系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程的規(guī)定，做好質(zhì)量控制和后期維護(hù)，使其更好地服務(wù)于鐵路運(yùn)輸安全生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]CECS183:2015，屋面虹吸雨水系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程[M].

[2]姜文源.屋面雨水排水技術(shù)綜述.福建給水排水專(zhuān)題資料，2004（1）：15-17.

[3]歸談純．屋面虹吸雨水系統(tǒng)熱點(diǎn)問(wèn)題探討[J]．中國(guó)給水排水，2006，22（4）：41-43.

[4]范懋功．首都機(jī)場(chǎng)四機(jī)庫(kù)屋面雨水虹吸系統(tǒng)運(yùn)行十年反思[J]．建筑給排水，2006，32（9）：55-56.

作者：耿儻 單位：中國(guó)鐵路北京局集團(tuán)公司石家莊建筑段