虹吸雨水系统在混凝土屋面及钢屋面上的安装

汤 侗

1 概述

在屋面雨水排水系统中,虹吸屋面排水系统正在获得越来越广泛的应用。特别是在大型厂房和高档建筑中,其作为密闭的内排水系统与传统的重力流排水系统相比,在技术上、经济上都有明显的优势。对于大型厂房屋面天沟,其形式主要为混凝土屋面或钢屋面。

2 虹吸排水技术

2.1 虹吸排水简介

屋面雨水排水系统,最早用的是重力流排水系统,即雨水由天沟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小部分,甚至一小部分为水,一小部分为空气。可见,如果能将上述的“重力流”变为“满管流”,则立管管径就可以比原来的管径小得多,而且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。

2.2 形成虹吸排水的条件

管内液体的流态要达到虹吸状态,应具备以下几个条件:1)入水口和排水口之间存在高差;2)管道中充满水;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。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。

2.3 虹吸系统组成

虹吸系统由虹吸式雨水斗、尾管、连接管、悬吊管、立管、埋地管、检查口和固定及悬吊系统组成。

雨水斗一般由反旋涡顶盖、格栅片、底座和底座支管组成。额定流量分12 L/s,25 L/s,40 L/s,60 L/s和72 L/s等,最常用的为25 L/s和40 L/s两种额定流量的雨水斗。

虹吸式雨水斗材质可采用铸铁、铝合金、不锈钢、高密度聚乙烯(HDPE)和聚丙烯(PP)等。

3 虹吸雨水系统在混凝土屋面上的安装

3.1 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。雨水斗安装在天沟面的天沟里,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。

雨水斗由不锈钢底盘、夹圈、空气挡板等几个部件组成,不锈钢底盘固定安装在天沟面,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:1)预埋。即在土建天沟面施工完成配筋后,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。2)预留。即在天沟面雨水斗安装位置,由土建预留孔后安装不锈钢底盘。

我认为采用预留孔的方式较好。因为天沟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),待到天沟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。

3.2 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、变径接头均以与联结管中心交点为准。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。安装时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)。

3.3 尾管的安装

尾管的安装时间应放在最后,即必须在天沟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,而天沟面的水泥砂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。

4 虹吸雨水系统在钢屋面上的安装

虹吸雨水斗在钢屋面的安装顺序为:1)在图纸确定的雨水斗位置直接开孔,如果钢天沟背面有材料,则背面开孔直径比正面大60 mm。天沟开孔应平整,金属天沟建议厚度至少为2 mm;2)按照雨水斗螺栓位置,在钢天沟底画出螺栓孔位置;3)用电钻钻出螺栓孔;4)使用2片EPDM橡塑海绵密封圈放在天沟开孔处(天沟上、下两侧),EPDM密封圈与金属天沟间应无间隙;5)将不锈钢底盘放置在天沟上侧EPDM密封圈上,铝合金压环放置在天沟下方EPDM密封圈下,确保压紧底盘和压环;6)底盘和压环依靠配垫圈和橡胶密封圈的螺丝和螺母固定,确保压紧底盘、EPDM密封圈、金属天沟,EPDM密封圈和压环,保证水密性;7)安装空气挡板,并用螺栓将其固定,空气挡板边到天沟内边最小距离为75 mm。

其余各部分的安装与混凝土屋面完全相同,这里就不再重复。

5 结语

由以上对两种屋面安装过程的介绍,可以看出虹吸雨水系统在钢屋面和混凝土屋面上的安装区别在于雨水斗的安装。混凝土屋面采用预留天沟洞二次灌浆的方法;钢屋面则采用现场开洞增加密封圈的方法;两者相同之处都在于天沟洞的处理应有良好的密闭性。

但无论是哪种屋面安装的虹吸雨水系统都要面临屋面临时排水和雨水斗尾管被土建屋面施工材料堵塞的问题,而且目前有许多专业公司承揽虹吸雨水设计和施工的业务,他们在设计计算、雨水斗结构等方面都不尽相同,对应用管材来说,有的擅长用铸铁管,有的擅长用塑料管,有的擅长用涂塑钢管,这些问题都是虹吸雨水施工没有被完全解决的难题。但虹吸雨水因其水流流速快、流量大、管道有较好的自洁能力、相同管径排水量大等优点正在被更多的设计和建设者认可。相信在将来也会得到更广泛的应用,也会有更多的研究者关注虹吸雨水在施工中遇到的困难,那么其存在的问题亦会随之解决。

[1] GB 50015-2003,建筑给水排水设计规范[S].

[2] 陈耀宗.建筑给水排水设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1992.

[3] 沈沛滨,亓志军.建筑给排水设计与施工的体会[J].山西建筑,2008,34(4):207-209.