虹吸雨水排水系統的設計與施工論文
摘 要：文章在工程概況方面、設計提案、設計重點考慮事項、施工方案（管道布局及穩定架構、安置雨水斗），設計虹吸雨水排水系統，需要對施工現場工況做合理分析和總結。
關鍵詞：屋面排水；虹吸；設計與施工
1 工程現狀
港珠澳大橋珠海口岸位于珠海拱北灣新建人工島上，是全國第一個陸路連接粵港澳三地的口岸建筑，珠海口岸總用地面積約107.31公頃，建設用地面積約70.33公頃。政府投資部分包括口岸區（包括旅檢區、貨檢區和口岸辦公區）和市政配套區，建設規模為總建筑面積32.7萬m2，建筑頂棚面積15.23萬m2；由于是超大跨度的屋面，且是人流密集的公共場所，傳統的重力雨水系統已無法滿足要求，此次施工的屋頂選用的是虹吸雨水排水系統，選用珠海地區50年大雨再現期進行設計、核算系統排水力度，設定徑流系數為=1.0，根據公式計算出50年一遇大雨參數是q=7.20L/s·100m3=259.25mm/hr。溢流以100年一遇大雨再現期進核準，利用虹吸溢流結構模式，100年一遇大雨強度為q=7.80L/s·100m3=280.82mm/hr。
2 系統設計
2.1 水力工程計算
依據伯諾里公式，在滿流量情況下進行虹吸雨水的水力核算。要依次對系統中每一管水力工況做精確的水力模型計算，得出每一管段的管徑尺寸、長度數值、水流量、水流速、水壓等參數。施工現場水力計算滿足以下要求：
（1）屋面的匯水面積是雨量計算的基礎，本項目的屋面為雙曲面的大屋面，流量的分界線的劃分是一個非常重要的環節，虹吸深化設計單位在進行流量核算前，需將屋面匯水面積的分水線的圖紙提交給設計總包單位進行確認，避免水量基礎數據有誤，
（2）虹吸型頂面水排放管道雨水斗到過渡段共計損耗值加上過渡段處水頭總量沒達到雨水斗與過渡段之間的高度差。吊管規定水流速要超過0.75m/s，立管規定水流速需超過2.2m/s，不得超過10m/s。
（3）虹吸式管道頂面到過渡段下端水流速應超過2.5m/s，壓力流轉為重力流前需設置混凝土消能井來抵擋流速過大帶來的沖刷。
2.2 設計過程中需重點考慮的方面
（1）管材選擇及防腐。虹吸系統所有雨水管在地面以上20cm至屋面使用不銹鋼管，以下至第一個消能井使用內涂塑無縫鋼管。不銹鋼管采用等級為grade 1.4301 （304）奧氏體非磁性不銹鋼。本項目位于海邊，室外明露管道需做防鹽霧腐蝕措施。詳細做法是先對不銹鋼雨水管表面進行打磨后刷20～30?m封閉漆（宜薄不宜厚），最后外表面做氟碳涂層。氟碳涂層膜厚不小于40?m，三涂三烤，樹脂含量≥75%，涂料顏色需由業主及設計院確認。
（2）雨水斗的設計。雨水斗采用帶有防護外罩和抗旋渦裝置，并符合《建筑物集水溝》（EN 1253）的規定。防護罩采用具有防腐性能的鋁合金產品，使用及質保年限與整體系統一致。雨水斗斗體材質同不銹鋼管材質。
（3）管道沉降措施。本項目處于新填的人工島上，目前沉降尚未穩定，而虹吸雨水系統對密封性要求也較高，故而要求系統管道不宜穿過沉降縫、伸縮縫和變形縫。當雨水管道需穿過沉降縫、伸縮縫或變形縫時，考慮到縫隙兩側沉降以及伸縮的不均勻性，應在此處增加補償設施，采用不銹鋼波紋補償器，配合相應的固定、防晃支架使用，消除相對位移對管道的影響，以保證管道的安全。補償器應具有±40mm的軸向變形能力和±15mm的水平錯動能力。直線管段超過50m時設置管道補償器，出戶管道為了防止沉降，需設置一段不銹鋼金屬軟管過渡，滿足本項目的沉降量為250mm的要求。不銹鋼金屬軟管，外壁采用四油三布防腐處理。
（4）防結露措施。本項目為人流密集的交通樞紐，一旦管道結露滴水，就會讓整個口岸使用和運營造成很大的負面影響，甚至可能造成線路短路等危險故障。故管道表面需采取防結露措施，本項目保溫材料采用橡塑發泡保溫材料，厚度不小于20mm。保溫層做法應按國標《管道和設備保溫、防結露及電伴熱》03S401施工。
3 施工方案
依據虹吸雨水系統及選取材質的特點，施工現場可以重點關注以下幾個方面。
3.1 雨水斗安裝
雨水斗的裝置布局應滿足規定。行鉆孔時，依照圖紙找到雨水斗位于天溝安置的軸線點，雨水斗的型號也各不相同，繪制出適當的安裝開孔線。由開孔線進行開孔施工，孔的大小以能放置斗體是最合適的。同時在開孔期間為了避免天溝及孔口邊緣磨損異形，要采取必要措施，在開孔后要對孔口邊緣打磨光滑。天溝孔中要能放入雨水斗，標記開孔部位，移走斗器并用電鉆開始鉆孔。混凝土混合而成的屋面頂上安放雨水斗，天溝中放置的軸線，再把雨水斗體和防水壓環固定螺栓預留在準確位置上。安置雨水斗預留孔，要進行打磨光滑、沖洗、灌漿應用水泥砂漿配比高出此處結構層一個標號，灌漿要分為幾次完成，并且要完成灌水試驗，灌水無滲漏，后面灌漿可一次促成。
3.2 管道安裝
由于虹吸作用建成虹吸排水系統，管道內水流速增快，管壁清潔效果好，可以在一定程度上改善管內的環境，此時管道中有正負壓力的變化，對管道也有不小的沖擊力和振動力，管道此時會出現振動、搖晃和平移，所以在施工設計現場中要非常小心的是管接頭的.銜接工藝和管材質量評估，這些對管道的支持和穩固系統起到很大作用。
（1）不銹鋼管道接口采用氬電聯焊（氬弧焊打底，不銹鋼焊條手工電焊對焊成型），不銹鋼管連接焊縫應開坡口，氬弧焊打底焊接時，焊縫內側應充氬氣保護。焊縫外觀質量不低于焊縫質量分級標準-III級標準（GB 50236的規定）。涂塑鋼管連接采用溝槽式機械配件連接，埋地涂塑鋼管外壁采用四油三布防腐措施。
（2）管道通過墻體和樓層板面時，配備金屬套管.安放于樓板內的套管最頂端要突出墻體面20mm，安置于洗浴間及廚衛間套管頂部至少要超過墻面50mm，底部還要和樓板層面高度齊平；在墻體中放置的套管兩側要和裝飾面保持高度齊平。
3.3 安全檢查
雖然虹吸雨水斗有防止大顆粒物進入系統功能，并且由于水流速較大，不宜堵賽，但為了日后維修管理方便，立管距首層地面1.0m處需設置檢查口，且檢查口應有明顯標示，并確保裝修完工后能較容易的找到。
4 結語
本項目所采用的虹吸排水系統施工圖經過虹吸設備廠家進行深化設計，深化設計成果再有設計總包單位確認并蓋章。施工過程中由虹吸廠家提供產品、安裝和保修的服務。相比于很多其他的工程案例，深化設計沒有把關，并且整個虹吸系統只有廠家提供雨水斗產品，其他全由施工總包單位獨包獨攬的模式，本項目的管理模式對產品質量、安裝質量的控制，均有很高的保障。但是在完工交付使用后，還需要進行精心的維護和保養，這樣才能發揮虹吸雨水系統的優勢，延長虹吸系統的使用壽命。
參考文獻
[1] 同濟大學建筑設計研究院.CECS 183：2005 虹吸式屋面雨水排水系統技術規程[S].北京：中國計劃出版社，2005.
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