屋面虹吸式雨水排水系统施工工艺.docx

屋面虹吸式雨水排水系统施工工艺目前绝大部分屋面雨水排水基本采用重力流排放技术排水但随着建筑技术的不断发展超大型建筑不断涌现对于结构复杂或屋面面积超大的建筑这种技术就难以满足目前国际上虹吸式雨水排放技术已经很成熟该技术利用虹吸原理雨水排放过程中在管道中形成满管压力流利用建筑物屋面高度和雨水所具有的势能产生虹吸现象通过雨水管道变径在该管道处形成负压屋面雨水在管道内负压的抽吸作用下以较高的流速被排出室外从而迅速排出屋面积水相对于普通重力流排水虹吸式雨水排放系统排水管道均按满流有压状态设计悬吊管可以无坡度敷设同时当产生虹吸作用时管道内水流流速很高相对于同管径重力流排水管排水量大可以减少立管数量排水过程快减少屋面负荷的要求通过对工程实例介绍了虹吸式雨水系统的系统组成及工作情况施工方法和质量保证措施提出了施工运行中应注意的重点难点及相应的解决措施并相对于普通重力流雨水排放系统进行了经济技术分析绪论随着建筑技术的不断发展大型屋面排水技术逐渐成为目前人们关注研究的课题目前大型单体建筑如机场航站楼展览馆体育场工业厂房等超大型建筑屋面跨度大面积广屋面荷载承受能力较小这就要求在降雨时屋面积蓄的雨水在短时间内能够迅速排出传统重力流雨水排放系统要达到这一要求就必须增加雨水斗数量及立管根数加大立管管径而采用虹吸式雨水排放系统系统管道中雨水流态为满流有压状态排水量大排放迅速且立管根数少管径小横向悬吊管无坡度能够最大限度满足建筑使用功能北京某工程属于超高层的重点工程原设计为重力流雨水系统暴雨重现期为年后又提高暴雨重现期为年所以原设计管径都需要加大屋面雨水排放速度需加快而地下室的结构已经封顶防水套管已经施工完毕如果更改拆改破坏量太大又延误工期而且进行地下室综合管线排布的时候发现地下室管线错综复杂不易满足雨水大管径重力流的坡度要求重力流雨水系统的地上部分立管多管径小空间有限不利于安装和检修为了解决上述问题经过分析比较该工程选用了虹吸式雨水排水系统通过这次改变使工程复杂的雨水排放系统大大简化由于整个系统管道数量减少管径减小水平管道无需考虑坡度要求非常有利于地下室综合管线的排布即减小了施工难度又减少了施工成本下面简单介绍一下虹吸式雨水排放系统的原理和施工要求工作原理虹吸现象我们在日常生活中经常可以看到如下图所示我们把一根灌满水的塑料管用手指堵住两端分别放入鱼缸和水杯中同时放开手指由于两个液画存在高差此高差部分水在重力作用下流向水杯从而使上部塑料管内产生负压鱼缸内水就会被吸入塑料管水就会不断的从鱼缸流向水杯这就是虹吸现象当鱼缸与水杯液面高差越大时塑料管内水流速度越大排水越迅速虹吸式雨水排放系统正是利用这一原理利用建筑物屋面高度所形成的水头来实现虹吸排水降雨来临时屋面逐渐形成积水由于采用了科学设计的防漩涡雨水斗当屋面雨水高度达到一定高度通过控制进入雨水斗的雨水流量和调整流态减少漩涡从而极大地减少了雨水进入排水系统时所夹带的空气量使得系统中排水管道呈满流状态当雨水通过管道变径时在此处产生负压加速雨水的排放速度工作状态虹吸式雨水排放系统管内压力和水的流动状态是不断变化的过程降雨初期雨量一般较小悬吊管雨水流态是有自由液面的波浪流根据雨量大小的不同部分情况下初期无法形成虹吸作用是以重力流为主的流态随着降雨量的增加管内逐渐呈现脉动流拔拉流进而出现满管气泡流和满管汽水混合流直至出现水的单相流状态降雨末期雨水量减少雨水斗淹没泄流的斗前水位降低到某一特定值根据不同的雨水斗产品设计而不同雨水斗逐渐开始有空气掺入排水管内的虹吸作用被破坏排水系统又从虹吸流状态转变为重力流状态在整个降雨过程中随着降雨量的增加或减小悬吊管内的压力和水流状态会出现反复变化的情况与悬吊管相似立管内的水流状态也会从附壁流逐渐向气泡流气水混合流过渡最终在虹吸作用形成的时候出现接近单相流的状态系统组成雨水斗一般来说雨水斗的设计是整个虹吸系统的能否按设计要求工作的关键所在之一它的稳流性越好产生虹吸所需的屋面汇水高度越低总体性能就越优越标准型的雨水斗是由雨水斗底盘夹圈空气隔板格栅外罩盖组成另外根据需要可提供通用型的绝缘底座固定件法兰片焊接片防火保护帽微型加热电圈等配件雨水斗材质为铸铁或不锈钢其各部分有不同的结构功能雨水斗置屋面层中上部盖有进水格栅降雨过程中雨水通过格栅盖侧面进入雨水斗当屋面汇水达到一定高度时雨水斗内的反涡流装置将阻挡空气从外界进入同时消除涡流状态使雨水平稳地淹没泄流进入排水管系统管道管道作为虹吸式屋面雨水排放系统最主要的部分而管道的变径可以加速雨水的排放和流量必须确保系统安全可靠高效持续的运行虹吸式系统作为一个特殊的排水系统正常工作运行时管道内呈负压状态因此管道的管壁必须具备相当的承压能力管道接口必须完全的密封防止空气进入管道内出现气团破坏虹吸作用同时管道要具有较高的防火性能并且做到尽可能降低噪声吸收震动抗击冲击外力最大程度满足抗温度变化引起的形变目前虹吸式雨水管道系统一般采用镀锌无缝钢管沟槽管件连接不锈钢管或管粘接北京某工程虹吸式雨水排放系统就选用镀锌无缝钢管连接方式为沟槽连接镀锌无缝钢管作为传统的管道材料能够满足虹吸式雨水系统的承压要求和防火性能但普通的沟槽连接管件不能满足系统抗负压要求如下列条件因此必须采用专门设计的抗负压的沟槽管件在正负压不同状态下通过不同的密封点而保证系统的密封性同时沟槽管件中管头缝隙还可以消除因热胀冷缩而产生的管道位移如下图所示因此必须采用专门设计的抗负压的沟槽管件在正负压不同状态下通过不同的密封点而保证系统的密封性同时沟槽管件中管头缝隙还可以消除因热胀冷缩而产生的管道位移如下图所示系统安装雨水斗安装雨水斗的安装位置应满足以下要求雨水斗离墙至少米雨水斗之间距离一般不能大于米天沟雨水斗安装在屋面防水层施工前安装不锈钢底盘放在预留孔的正上方确保底盘与面板顶面标高保持一致同时用混凝土封堵尾管与预留洞之间的空隙在混凝土封堵完成后土建方开始进行防水施工但要保证防水层不超过规定界限防水施工完成后安装夹圈防水保护层及找平层做到夹圈的边缘在屋面工程结束管路系统安装完毕后安装空气挡板或隔栅防护罩管道安装镀锌无缝钢管采用卡箍连接按照设计坐标标高位置现场实测尺寸进行划线切割下料预制管道管道断口需用钢锉挫掉毛刺进行防腐处理用专用滚槽机压出槽口将两段管段对齐用专用卡箍卡紧按管线坐标位置放线安装固定支吊架将管段水平吊装严格按图纸施工特别是变径位置必须在设计位置的以内检验与试验在系统管路安装完成后排水管道按规范要求做灌水试验系统灌水试验合格后还需要做排水性能试验虹吸式排水系统可以采用以下三种实验方法单位时间内水容积增减的方法适用于混凝土屋面先将排水系统的立管出口密封并将对应的排水区域分开设立储水区然后向储水区内持续加水要求水深小于米供水量应满足按设计排水量排放一分钟打开排水出口秒钟后记录秒内屋面水面的变化量并计算排水能力升秒水容积变化量秒管道流量计测量的方法在排水系统排出干管部分安装流量计并密封出口将对应的排水区域分开设立储水区然后向储水区内持续加水要求水深小于米供水量应满足按设计排水量排放一分钟打开排水出口秒钟后记录秒内流量计显示的数值并计算平均值为其排水能力采用降雨时实际观测来计算雨水的排水能力的方法降雨量依据当地气象部门监测数据技术要点虹吸式屋面雨水排放系统系统排水管道均按满流有压状态设计因为整个系统的正常运行依靠虹吸作用所以确保产生并维持虹吸作用的技术要点是保证系统正常运行必要条件水的持续流动性在保证水流方向的持续流动性是维持虹吸作用的关键特别是在管道转弯角度相对较大甚至呈的时候很有可能因为管内流速的突然下降而引起虹吸作用被破坏因此当水流有的方向改变时此处弯头的连接方式必须注意设计一个衔接管段以保证流速不会突然大幅下降而是维持上升的状态从而整个虹吸式屋面雨水排放系统得以正常运行当系统中出现型支管时当横管内水流以较快的速度冲向管壁突然遇到阻碍在极短的时间内速度降为零一方面对于管壁形成极大的冲击另一方面水流撞击管壁后又以一个与初始方向相反的速度迅速的在管内形成回流这样两股方向相反的水流在管内冲撞很容易形成水塞阻碍排水管排放破坏虹吸作用因此在施工时可根据管道的空间和环境情况来进行选择相应的解决方式例如在拐弯或支管汇集处可以采用相对较大的管径起缓冲作用或在拐弯弯头处采用双弯头支管汇集处采用斜三通以避免出现变化的衔接管段某工程为超高层建筑为保证整个系统的安全虹吸式雨水系统管道材质选用镀锌无缝钢管而无缝管成品管件中没有三通为此为满足系统要求我们自己精细加工出各种规格的三通压完槽后进行二次镀锌处理解决了无缝管成品管件中没有三通的问题如图为我们加工的三通用于系统安装中气水混合流的影响当系统管道内形成虹吸作用时由于可供使用的管道管径不一定恰好是计算所得的管径尺寸因此管道内部会有很多溶解在水中的小气泡并不是完全理想化的液体单相流这些微小气泡在流动过程中会逐渐释放然而这种气水混合流而非气水两相流的流态仍可以被看作虹吸作用是允许存在的状态并不影响虹吸作用的形成也不影响系统的排水能力影响管道内水的流态的另一个重要因素是系统内各部分的负压负压过大时会导致管内流速过快发生气蚀现象对于金属管道产生极大伤害同时负压过高系统内小气泡会在负压作用卜破裂使管道系统产生剧烈震动减少系统使用寿命因此在虹吸式雨水管道计算时要求管道内负压不超过气蚀临界值约为但是溶解在水中的气泡并不意味着管道内的气团如果排水管道内中间部分是气团沿壁部分是水流这样就是传统重力雨水排放系统的管内流态管道内气团的存在严重影响虹吸作用时管内满流状态的形成水流在管内的充满度相当低大大减小了系统的排水能力系统的一体性和密封性为保证虹吸排水的产生和持续作用就要求从雨水斗到管道系统的整套排放系统必须是一体的各部分紧密相连如果雨水斗有一个完全敞开的入口空气就会在水流旋转作用的带动下从入口出进入整个雨水排放系统这样就根本无法形成满流的虹吸状态整个系统也不再是高效的虹吸式排放系统了实际上已经作为一个传统的重力式排水系统在工作了但是重力式排放系统为了达到比较好的排放效果在安装管道时要求悬吊管的最小坡度为而虹吸式系统的悬吊管安装坡度为零没有重力势能的作用整个系统无法有效进行排水因此只有当雨水口的入口处半敞开时才能有效阻止空气随时进入系统当斗前水深满足一定要求时能够形成水封完全隔断空气迅速形成虹吸作用除了必须保证入口处有效阻止空气进入还必须保证系统管道中没有空气进入所以另一个要求就是系统的完全密封性要保证管道无渗漏因为在虹吸作用时管道内的水流是压力流的状态一方面管壁承受压力承插口处同样受压容易发生渗漏另一方面一旦发生渗漏则管内压力状态改变影响正常的虹吸作用效益分析传统重力流雨水排放系统与虹吸式雨水系统相比管道内雨水流态是不一样的在重力流系统中水沿着立管的管壁流下中间形成空气柱在悬吊管段水依靠重力非满管水平流动一般情况下管材断面约为水为空气如下图根据建筑给排水设计规范第规定重力流屋面雨水排水管系的悬吊管应按非满流设计其充满度不宜大于管内流速不宜小于且坡度不宜小于需要较大的悬吊管管径和坡降同时为了在同一根雨水管上的各个雨水斗的雨水能够正常排放因而限定一根雨水悬吊管的雨水斗的数量不得超过个这也导致了雨水悬吊管和雨水立管数量的增加同时增加了屋面荷载也增加了工程的造价重力流屋面排水系统受其水力特性的限制造成排水立管多管径偏大排水能力偏小对于大面积工业厂房及公共建筑屋面排水系统则更显突出同时由于悬吊管需要一定的坡度将影响建筑空间的利用某工程地下建筑面积万平米排出室外的地下一层雨水管道跨度长按重力流大部分的雨水管道坡度按计算坡降有公分选用虹吸式雨水排放系统后由于雨水管道无坡度要求管径又缩小大大提高了地下室空间的利用为地下室错综复杂的机电管线排布提供了便利由于虹吸式雨水系统管道排水均按满流有压状态设计排水管泄流量要远大于重力排水系统中同一管径排水管的泄流量也即排出同样的雨水流量采用虹吸排水系统的排水管管径要小于采用重力排水系统的排水管管径由于虹吸排水系统中雨水悬吊管内水流在负压抽吸作用下流动悬吊管可做到水平无坡度敷设悬吊管接入雨水斗的数量不受限制可以减少雨水立管的数量便于建筑空间的利用某工程原设计的重力流雨水系统雨水立管数为根采用虹吸式雨水系统后雨水立管由原来的根减少到根同时由重力流雨水系统中系统最大管径减小到虹吸式雨水系统中系统最大管径虹吸式雨水斗排水量远远大于普通重力流雨水斗能够迅速排出屋面雨水雨水斗前水深较浅降低了建筑物物面荷载的要求能够大大节约工程造价同时当产生出虹吸作用时管道内水流流速很高因此系统具有较好的自清功能管道不易堵塞虹吸式雨水系统与传统重力流雨水系统优缺点系统形式传统重力流雨水系统虹吸式雨水系统雨水斗布置数量多规格大数量少规格小悬吊管坡度依靠重力流坡度不小于占空间满管压力流可水平安装节约空间立管根数立管根数多立管根数少管道管径管径大管径小管道布局受坡度限制布局困难无坡度限制布局灵活屋面荷载排水能力小斗前水深荷载要求高排水能力大斗前水浅荷载要求低管内流速流速小易阻塞流速高有自洁功能从上表可以看出虹吸式雨水系统除在雨水斗布置管线走向布局方面便于建筑空间设计有利于装饰装修外由于管径小立管根数少降低屋面荷载要求对于大型建筑可以在一定程度上降低工程造价以北京某工程雨水系统为例设计采用虹吸式雨水系统镀锌无缝钢管沟槽连接选取其中一根雨水管道设计流量为升秒屋面高度米分别按虹吸式雨水系统与传统重力流雨水系统计算造价见下列条件系统形式材料数量单价合价元总价元虹吸式管材米管材米管材米管材米雨水斗个重力式管材米雨水斗个由上表可以看出虽然虹吸式雨水斗价格较高但由于管道管径较小总造价反而比重力式雨水系统造价要低如综合考虑降低屋面荷载节约建筑空间便于装饰装修等因素虹吸式雨水系统会具有更大的优势结束语屋面排水技术的发展史经历了重力流技术重力一压力流技术虹吸一压力流技术先进的虹吸技术应用于屋面雨水排放有效解决了超高建筑超大屋面的雨水排放问题虹吸式雨水系统采用强制虹吸式雨水斗斗前水深较浅产生虹吸的效率很高系统对屋面的负荷要求较小该技术对系统的整体性及计算精度有很高的要求采用全系统压力平衡计算现在已经开发出相应的计算机软件用于水力计算虹吸式雨水排放技术作为一项日趋成熟的雨水排放技术逐渐成为大型建筑雨水排放设计施工的首选