虹吸式雨水排水系统

虹吸式雨水排水系统

王锦教授

北京交通大学

2014年9月目录1.工作原理2.天沟计算3.系统设计4.5.维护管理

施工要求

1.工作原理

随着时代的前进，当今建筑物正朝着“大面积”、“大体量”的方向发展。在会馆、展馆、体育场馆、大型厂房及候机楼、车站、飞机库等大型工业和民用建筑中，屋面面积很大，这势必导致雨水管道增多，管径增大，影响建筑物的美观和实用。

1.工作原理

虹吸式排水系统专用的防漩涡雨水斗内有空气挡板和进水格栅，降雨过程中，雨水通过格栅，侧面进入雨水斗，当屋面汇水达到一定高度时，雨水斗内的反涡流性能将阻挡空气从外界进入，使雨水平稳流进入排水管。同时，保持一定的斗前水深，以满足虹吸现象完全隔断空气的要求。

1.工作原理

虹吸雨水的形成过程经历三种流态，重力流、两相流、满管压力流。

在降雨初期，雨水刚刚汇集，斗前水深不大，雨水斗内不能有效阻止空气进入，此时其流态为非满管流，气水逆向流动，此阶段为重力流。

随暴雨的发展，雨水越聚越多，斗前水深加大，空气进入的越来越少，管道内形成断断续续的满管流和掺有气泡的满管流――两相流。当斗前水深达到一定高度，不再有空气掺入时，便形成满管压力流态。附壁流波浪流泡沫流满管流

1.工作原理

1.工作原理

虹吸式排水系统的弊端（1）极限设计法：溢流设施。（2）精确地水力计算。（3）立管数量少，一根立管发生故障，排水系统瘫痪。（4）虹吸所需天沟壅水高度较高，雨水斗下沉深度较大。（5）悬吊管水平长度超过有效高差10倍，虹吸系统不一定经济。（6）管道密闭性能要求高。

虹吸式排水系统的主要参考设计规范（1）《建筑给水排水设计规范》（GB50015-2003，2009年版）（2）《建筑与小区雨水利用工程技术规范》(GB50400-2006)（3）《虹吸式屋面雨水排水系统技术规程》（中国工程建设标准化协会标准CECS183-2005）

2.天沟计算虹吸雨水系统的设计除系统设计外，天沟设计计算也很重要，但我国现行规范和设计行业内对虹吸雨水系统天沟计算的规定有些欠缺，没有统一的做法，使得不同设计人的计算结果相距甚远，甚至出现了天沟满水向室内漏水的情况.

2.天沟计算天沟设计计算公式

2.天沟计算天沟设计计算公式当天沟坡度＞0.003时，天沟的排水量应根据《室外排水设计规范》(GB50014-2006，2011年版)

2.天沟计算天沟设计计算公式当天沟坡度≤0.003时，宜采用《建筑与小区雨水利用工程技术规范》(GB50400-2006)给出的以下公式计算：式中Qdg—短沟设计排水量，L/s；Qlg—长沟设计排水量，L/s；kdg—安全系数；kdf—断面系数；ω—水流有效断面面积，mm2；S—深度系数；X—形状系数；Lx—长沟容量系数.

2.天沟计算

工程设计案例分析某工程为轻钢结构屋面，单坡屋面的汇水面积为120×42＝5040ｍ2，屋面坡度为8.6％，天沟长120ｍ，雨水设计重现期按Ｐ＝10ａ计，降雨历时ｔ＝5min，北京地区的降雨强度为585Ｌ/s·hm２由于轻钢结构屋面表面光滑，坡度8.6％＞2.5％，实际集水时间少于5min，这时降雨强度和雨水流量大于设计值，需要考虑1.5的安全系数。故设计雨水流量为Ｑ＝1.5×585×5040／10000＝442（L／s）。

2.天沟计算天沟的计算方法各不相同：方法一，按１个虹吸雨水斗服务的汇水面积计算；方法二，天沟集水容积按天沟服务汇水面积内１min的雨水量计算；方法三，按天沟所服务的汇水面积计算；方法四，按１个虹吸雨水系统所服务的汇水面积计算。

2.天沟计算方法一：按１个雨水斗所服务的汇水面积计算在天沟内均匀布置虹吸雨水斗，雨水斗间距为10ｍ，天沟内需设雨水斗数量为120／10＝１２（个），则每个雨水斗所服务的汇水面积为10×42＝420（ｍ２），相应的雨水设计流量为q＝1.5×585×420／10000=36.86(L/s)当天沟过水断面为0.6ｍ×0.15ｍ时，天沟的排水量为43.66L/s＞36.86L/s，可以满足排水要求。

2.天沟计算方法二：天沟集水容积按天沟所服务汇水面积内的1min雨水量计算１min雨水量（即天沟集水容积）为：442L/s×60s＝26520Ｌ＝26.52m3，天沟长度120m，则天沟过水断面尺寸为：26.52／120＝0.22（m2），当天沟宽度为0.6m，水位高度为0.37m时，天沟的排水量为135L/s，如天沟宽度为１m，则水位高度为0.22m。

2.天沟计算方法三：按整个天沟所服务的汇水面积计算天沟尺寸整个天沟所服务的汇水面积为5040m2，相应的雨水设计流量q=442L/s，当天沟的过水断面为1.2m×0.5m时，天沟的排水量为467L/s＞442L/s，可以满足排水要求。

2.天沟计算方法四：按１个虹吸雨水系统所服务的汇水面积计算天沟尺寸

2.天沟计算天沟计算方法合理性分析

2.天沟计算天沟计算方法合理性分析对汇水面积大于5000m2的大型屋面，宜设置不少于2组的虹吸式屋面雨水排水系统。大型屋面的虹吸雨水系统通常设置多组独立的系统排水，以１个虹吸雨水系统（１个雨水排出口）所服务的汇水面积乘以安全系数来计算天沟尺寸较为合理，同时不同系统的雨水斗应能交叉布置，使任何一个天沟内应至少有２个雨水排水系统。2.天沟梯计算天沟伯的保栗护高逃度天沟的捏深度包欣括水位夕深度及奔保护高谨度，在驰计算天蹦沟深度劫时，不刮能简单爹地用水录位高度吧加上最烂小保护敌高度来存确定，迈比如长召度10股0m的天续沟，杏溢流敞口设积在天哲沟两千端时判，考财虑水货力坡若度，叨天沟矮保护泪高度嗽应大吧于50得×0息.0渔03＝150葡mm，否缓则轻稳钢屋肤面接棚缝处过存在蓄漏水却的可于能性右。所欢以，雀天沟总深度横的确考定需嗽综合销考虑窄各种温因素元，以塔确保嘉屋面肠雨水翅排水占的安岸全性细。2.天沟汪计算虹吸式离屋面雨览水排水群系统应瓶设溢流泡口或溢意流系统东。虹吸券式屋宫面雨务水排港水系悬统和引溢流猫口或恩溢流业系统剧的总川排水级能力细，不泉宜小友于设浅计重婚现期熔为50年、雀降雨延历时5m其in时的设摧计雨水瓦流量。2.天沟笋计算常用踢的溢浪流措头施有割：设其置溢察流口层（溢自流管紫、溢窃流槽猫）、丘自然澡溢流蔑、设送置专备用的炮溢流丛系统挨。根据茂屋面陆形式棍的不抢同确清定相讯应的丑溢流协措施移，应最优先探采用猴溢流匠口形哑式。当天黎沟较哀浅且滚设置吵在金状属屋海面外壳侧时团，可仿考虑模超重念现期暗雨水度漫过雕天沟芽自然后溢流胳至室全外。当条猫件限临制无谊法采芒用以钓上方薄式时汽，则明考虑虾设置销专用弟的溢答流系弯统，量可在百天沟索端部联设一辫定高熄度的两挡水欠板和孤雨水弄斗，拌当天柳沟内轮水位印超过碑设计鼠水位脉后，筐溢流君雨水逝越过乌挡水您板，娘溢流底雨水抽斗开暂始排财水。2.天沟计狡算溢流口抓计算宽顶堰(2.此5<δ/Δh<1拜0)溢流帐口Qq-设计蚁溢流坦量（L/资s）;b隙-溢流砌口宽把度;Δh-溢流位口高槽度;Δhma易x-屋面最绪大设计碰积水高猜度;Δhb-溢流凤口底耽部至尼屋面旺或雨扰水斗垦的高夺差。薄壁堰(δ/Δh<醒0.务65奖)溢流衔口K-堰流量沟系数。2.天沟楚计算溢流口德设置屋面插设溢岛流口2.天沟盆计算溢流口京设置侧墙转设溢度流口天沟挥一侧花设溢鼓流口3.系统啊设计伯诺俊里方礼程:系统每体一点的怎压力计吼算公式庸：L×似R：沿送程阻袖力损赴失，R-单位长海度的阻泳力损失跪，L-管长根据《给水背排水料设计泉规范》G盟B5葛00叠15暖-2变00尽3压力流努方程式踪蝶，采用钉海曾·威廉卧公式蹲：Q-流量，C-摩阻系肃数，dj-管道计痰算内径∑hj-局部蕉阻力启损失3.系统计设计沿程嘴水头者损失旅摩阻刻系数C:压力流(虹吸式)雨水排集水系统范在建筑灯室内走六管灵活摔，管路介较长，士因此沿迅程阻力误损失对液系统的泄影响较松大。不勇同材质和管道内贝表面有剑不同粗级糙面，蝇甚至相与同管材葡不同等怖级或不显同生产仿厂的材请料也有着不同的屡粗糙度境，所以析管道内丢表面粗优糙度直丽接影响太着摩阻泄系数的鸟计算结例果。系统笔管道轧中存论在大尚量的桑接口乎，如舒热熔傍接口逆、丝万扣接厅口、缺焊接懂接口奋、法有兰接请口等详。技狮术力下量强笔的专捐业公那司会武根据鸽相关欲数学威模型迹公式基，设嚼计出汗各类杏或各役等级而管段锋排水梯工况警，然漂后根武据实岭际测诉得排掘水能结力与炕设计荣工况薯的差益别，今校正红对应原各类神或各卵等级虏材质帅管道肃在不划同接隶口条绩件下轻系统拿的摩扮阻系逝数。3.系统设通计局部物阻力胶损失惑系数从设计偶技术手伞册及规凉范查得狂的部分鬼阻力系饲数值，着只能用掏于一般扮的粗略谋计算，语管道及撕配件的脖精确阻捐力系数选才可作辛为深化浸设计计送算的依填据。压力蹄流(虹吸锻式)雨水斗桐是厂家素专利生脸产的产辛品，其舌局部阻释力系数天是通过衰大量测著试得来扛，该系托数也是缴整个系剃统设计蝇中的一换个关键阔参数，谎取值必漏需精确泛。值得注街意的是渠三通，值其各支复路摩阻介系数并陷非常数都，各支驾路之间羞流速、浊流量等满会相互英影响，数其阻力籍系数更树须经大投量试验适方能准兼确测得训。3.系统研设计系统践计算警说明(1)悬吊管功与雨水桐斗出口垂的高差棚应大于1m。(2球)悬吊连管设宰计流累速不门宜小登于1m蚀/s，保冶证悬掩吊管巧内无赚淤泥视。(3)管道内渠最大负雹压值:钢管-8杀0k低Pa，塑搜料管-7诱0k物Pa。(4姓)各节庸点压馅力差娇值不恢超过5～10乞kP粪a，能满炊足压力蓝平衡要佣求。(5)悬吊欲管的菜流速拍不小钓于1.拥0m蓬/s肥,立管的往流速不部小于2.你2m粘/s。排熟水管灾系出茎口流鸭速不跟宜大海于1.8联m/s。3.系统震设计另外,由于压哈力流(虹吸嘉式)雨水夸排水叮系统饼出户术管道除雨水带流速定大,为了扭减少体雨水谎对出滋户检衬查井矿的冲娃刷,所有炭压力鸭流(虹吸式)雨水排束水系统漂的出户具检查井情材质均亭采用混驰凝土,且下打游排刃水管漫均放恼大2档,降低伙流速驶。此外锹为了斥有效繁排放蔑雨水痕系统秋中夹蚕杂的流气体,检查井况盖板上福增加了惹一定面电积的泄牙压孔。4.施工辈要求雨水斗青安装：（1）虹本吸式泉雨水挣斗应国设置瞧在屋格面或再天沟扬的最培低点港，每汪个汇梢水区居域的歼雨水爬斗数斗量不岸少于2个。两倦个雨水小斗之问溉的间距神不超过20结m。雨水超斗距屋旁面边缘贞的距离呆不小于1m，并托不大京于10m。（2）虹底吸式徐雨水鸭斗与希屋面因或天吼沟和适管路季系统问应可滤靠连捞接。（3）系统却接多个佳虹吸式尚雨水斗症时，雨西水斗排傍水连接星管应接挠在悬吊刊管上，雷不得直瞒接接在川雨水立善管的顶揪部。（4）接入左同一悬村吊管的标虹吸式框雨水斗在宜在同宗一屋面桨标高。（5）天良沟起悉点深剥度应吗根据淡屋面浮的汇统水面蜘积、租坡度伙及虹稼吸式泛雨水稀斗的筛斗前者水深辽确定纠。天萝沟坡词度不谣宜小坏于0.0哨03。4.施工眯要求雨水稳斗安宁装：(6腔)要注意君雨水斗丘内不得鸭遗留杂双物、充服填物或厅包装材码料等，遭清除流坑入短管管内的密预封膏，明再安装就其他部构件，以援免堵塞的。(7忽)雨水斗文安装时眨，应在袜屋面防康水施工雪完成、腥确认雨棍水管道涛畅通、加清除流稳入短管规内的密巾封膏后均，再安响装整流渐器、导垄流罩等迫部件。(8)雨水瓶斗安鹅装后貌，其未边缘充与屋粱面相穴连处刑应严晓密不统漏。4.施工要箱求现浇判钢筋吵混凝捕土屋撑面雨迷水斗薪安装雨水弃斗安懒装在漏屋面牲防水余施工述完成狭，安闪装时析旋掉蝇保护仓螺丝紫，将日表面雪清洗立干净秘，安小装上委雨水疯斗配伤套的采螺杆燥，装葱上密晶封胶指圈。寇雨水黄斗的趁进水宵口高楚度，荷要保带证天忠沟内咱雨水呀能通赢过雨窄水斗并排净头且雨通水斗灾要水柜平安仪装。屋面铺陡设柔性痰防水卷倒材时，站将卷材宽在螺杆蹄位置处瞒钻孔。概用螺帽傻将卷材轨压环，浙空气挡功板、雨春水整流羊栅固定见在雨水狗斗座上泊。根据唉要求，丸调节好谷空气挡疗板上部嘴的调节零螺杆，只并固定犯螺杆。妹如为混芒凝土屋竹面，宜侵在雨水拉斗周围经铺设1m2(长宽各1m)、厚50青mm、直故径大扬于12m脆m的卵石炊。4.施工若要求现浇笨钢筋械混凝客土屋侍面雨惧水斗耕安装4.施工依要求钢板或宴不锈钢端板天沟(檐沟)内雨箱水斗鬼安装安装前絮确保雨扛水斗的坊密封螺劣栓已拧论紧，保贵证雨水谢斗的气悔密性。缝控制雨卧水斗与北天沟的幼焊接质恢量，采失用不锈腹钢氩弧完焊，并拨打磨防嫩腐。雨趟水斗与庭雨水管叔道连接杀时，如密材质不难同，可求采用法政兰转接文或不锈启钢卡箍蛮连接。4.施工要例求排放是抗相对的谱，溢流卧是绝对属的在超过颈雨水斗宽设计重伍现期时观，应保凭证设计素溢流时陪堰上水隙头不超意过搭接弊缝。4.施工要谦求钢管械柱内似立管差安装表（福蒙州站风经验局）(1)确定柱肉内立管仙的安装丹位置，强并在钢叉管内壁谷焊接固悼定管卡欲，管卡右间距1.泥8m左右。(2)严格姐控制HDP辟E管熔接第质量，询在管道际安装固谋定后，揉安排进钱行水压武试验。弃试验压狼力为水已位1.5倍，版发现嗓渗漏验立即界修复上。(3罢)为避免HDP筛E管道在诵钢管柱距混凝土初浇筑时介被压扁坛，或被作混凝土慨过高的湾水化热餐损坏，并立管试矛压合格棵后在管染内预穿标铁丝。否同时，炸封堵立谱管出水俱口，然喊后往管奶内灌满焦细砂，差可较好炒地抵抗卸外部混颗凝土的窝压力。盒待混凝岩土达到蠢设计强棒度，通尺过上下贺扯动管茫道内的量铁丝，堵将管内姥的细砂纵清理干后净。4.施工播要求混凝查土屋撕面采令用预牲留天纹沟洞谨二次动灌浆玻的方笨法;钢屋面覆则采用瞎现场开浩洞增加闻密封圈个的方法;两者相纸同之处织都在于瞎天沟洞哀的处理坡应有良笨好的密幅闭性。无论性是哪披种屋裕面安瞧装的经虹吸诉雨水面系统毛都要廊防止扒屋面摘临时板排水绘和雨于水斗夹尾管阵被土启建屋悼面施凤工材嘉料堵扫塞。围在施坏工合指同中汇应与亡建设赚方说察明,虹吸系旺统不可惩作为施柏工期间播的雨水铜排水用泰。4.施工要蚊求使用前绞准备雨水斗港的空气吹挡板在治屋面全惑部土建烟施工完史成、清盟洁后再脂施工，偿可使虹驶吸系统书的管线挑不至于陡过早投城入运行性，有效资地避免并屋面的功垃圾随楼雨水流土入管内已，可最歉大限度长地减少是钢管柱扔内HDP意E管的堵般塞。管雅道施工裁完成后柏，按设重计和规焰范要求袜做灌水匠、通水凭试验，池合格后涂方投入拳使用。4.施工愉要求在系死统安每装时,为保持起良好的硬水力状乓况应使傅用大曲暗率半径昌的弯头栽和顺水Y型三通,严禁使臭用T型三通蒙。悬吊北管与立题管、立锈管与排拨出管的撕连接应炭采用2个45℃弯头肢或大占曲率撕半径乏的弯拜头。4.施工泰要求排水蛮天沟傍与屋起面接浆触面翠处的希密封费处理屋面排巩水天沟强一般可见分为混王凝土天更沟和轻兼钢结构雾屋面的菜金属天呀沟两大今类。机礼场航站叠楼、大搭型车站俗因跨度漂较大，折造型复垫杂，一本般多为进轻钢结闹构屋面葡，故此粱常采用隐金属天块沟。因金税属对换热胀箱冷缩滨较为令敏感们，为课解决丘此问内题，巴天沟搏与屋凤面接则触部纱位一如般均寄为金呈属天兵沟的密胀缩钢留有陶间隙违，并硬未完汪全密精封，粱因此溪此处惑极易晃发生牺漏水岛现象棉。因克此在雪设计印、施谈工过果程中示一定风要重瘦视天婆沟与嚷屋面凝接触紧面的存防水祸、密假封处饰理。础（三啊元乙抗丙柔拍性防版水材馆料、怜丁基唉橡胶惑密封桑胶带膛）4.施工英要求案例纽奉（宁缓波20尼03年）：托雨水沿捉着天沟袭侧边顶抗与彩钢挂板接缝津处的长主缝下泄,再沿享吊顶验内的疼嵌入践式灯歇管及符风口纸的四股周下占渗。发现6个问题:①钢结构穷设计施搬工单位蹦将天沟深内的每灶一个DN1那50雨水斗瞎改为2个DN7侍0钢短垫管,不锈钢灵天沟焊冈在钢短彻管的内像壁上,实际过牌水断面位只有45萝7想mm裁,其解挠释是2个DN7粥0的钢症管面冤积相牛加与DN做15奏0差不满多,而且可惜减少雨浩水在天嫁沟内的简行程,减少积纯水;②天沟皱深度义只有25李0隙mm孕,比原届来设始计的35烫0泻mm少了100东mm雅,其解忠释是驳不锈删钢天巡寿沟放蓬在檩苹条上扒只有泻这么炊大的吃安装伍空间;③天沟砌基本捷没有弦实际惑纵坡,经实测觉坡度为0.敞1恶%,其解都释是尘不锈竞钢卷杜板找株坡不娱方便,并且已质把一个影落水口烧改为2个落普水口;④没装雨常水斗,其解释气是安装讽雨水斗斯后会减贴少雨水忘立管入帝口处的案过流断符面;⑤屋面垃打圾较多,个别自落水荷口正劝好被来矿泉属水瓶吐子堵盒住。⑥经计使算，夺溢流尝口太附小，帖溢流魂量不筑足。4.施工要扫求灌水、布通水试述验（1）埋地产部分管嫌道隐蔽崇前必须论做灌水焰试验，汇试验合含格后方应可隐蔽震。（2）雨水阳斗安装纤后，必滥需对屋怀顶或天袋沟做灌源水试验波。试验雄时堵住巧所有雨胀水斗，教向屋顶悟或天沟绪灌水。耳水位应烂淹没雨推水斗，烈持续1h，雨水趣斗周围锯屋面或情天沟应吵不渗漏孤，为合攻格。（3）雨窝水管马道安林装后健应做炸灌水痕试验趋，灌既水高瓣度必汪须到张每个绒系统爸上部妇的雨顿水斗匀口。膀灌水顿试验失持续1h后，侄管道秒及其镜所有化连接歇处应持无渗饱水现燃象。（4）雨没水主逮立管敏、水筒平管荣及干贸管均旋应作恭通水脖试验蒜，排茎水应巨畅通召，无段堵塞替。5.维护扔管理验收虹吸式亡屋面雨伯水排水威系统应厚由业主吨组织建月设、设泽计、监臭理、施仗工、主柏要器材抗供应厂财和其他别有关单丢位联合号验收。跟验收人兰员应具扫有相应重的专业邪技术资翼格。验收研时应叙具备活下列夸文件狗：(1)施工图倚（竣工嫂图）和支设计变施更文件将；(2)雨水孔斗、胀管材损、管仁件和更主要炭成品墨固定助件的喘出厂约质量亭合格突证件桶；(3臣)主要型器材签的安伶装说降明书朋；(4廉)中间详试验忧和隐贷蔽工集程验坛收记根录。5.维护面管理系统穗组件木验