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【摘 要】 虹吸式雨水系统已在国内的大中型项目中广泛应用，本篇简要介绍了一下虹吸雨水排放系统的设计，施工控制要点。
【关键词】 虹吸雨水排放系统；施工技术
一、系统设计关键节点
1、虹吸雨水排水系统采用的设计重现期，应根据建筑物的重要程度、汇水区域性质、气象特征等因素确定。对一般建筑物屋面，其设计重现期不宜小于2～5年；对重要的公共建筑物屋面、生产工艺不允许渗漏的工业厂房屋面，其设计重现期应根据建筑的重要性和溢流造成的危害程度确定，不宜小于10年。大型屋面的设计重现期宜取上限值。
2、虹吸雨水排水系统应设溢流口或溢流系统。虹吸雨水排水系统和溢流口或溢流系统的总排水能力，不宜小于设计重现期为50年、降雨历时5min时的设计雨水流量。
3、雨水斗顶面至过渡段的高差，在立管管径不大于DN75时，宜大于3m；在立管管径不小于DN90时，宜大于5m；
4、系统的总水头损失（从最远斗到排出口）与出口处的速度水头之和（mH20），不得大于雨水管道出口的几何高差H。
5、为使各个雨水斗泄流量平衡，不同支路计算到某一节点的压力差不应大于5KPa。
6、系统中的最大负压绝对值应小于：
金属管：80KPa；
塑料管：根据产品的力学性能而定，但不得大于70KPa
7、虹吸排水存在排量饱和问题，一旦达到设计排量，将不会由于天沟水深上升而使排量上升。在超过预定暴雨重现期雨量时，要求天沟能够提供足够的溢流能力。另外由于虹吸的生成存在滞后现象，故而对钢结构屋面的长天沟（相应水平管很长），必须进行天沟缓冲能力验算。
8、管内流速：悬吊管设计流速不宜流小于1.0m/s；立管设计流速不宜小于2.2m/s，且不宜大于10.0m/s；系统底部排出管流速，不宜大于2.5m/s，当流速大于2.5m/s时，应采取消能措施。
二、工作原理
虹吸式屋面雨水排放系统由虹吸式雨水斗、雨水悬吊管，雨水滋养管，埋地管、雨水排出管及管件、固定件组成（如图1）、虹吸式屋面雨水排放系统的原理是虹吸式屋面雨水排放系统在设计降雨强度下雨水斗不掺入空气，雨水斗在屋面入沟水深达到一定的深度时实现气水分离，利用建筑物屋面的高度和雨水所具有的势能，在雨水连续流过悬吊管、立管下泻时形成虹吸作用，并在管道内形成最大负压，从而形成虹吸状态，使整个管道旱现满流，实现迅速、高效的排水功能。
三、设计步骤
（1）根据屋面形式划分汇水区域，计算屋面汇水面积；（2）确定5min暴雨强度和屋面径流系数，计算总降雨量；（3）选择合适规格的雨水斗，合理布置，选定立管位置和数量，组成屋面雨水排水系统；（4）绘制水力计算草图，标注各管段长度，雨水斗、悬吊管和排出管的标高；（5）估算管道单位等效长度的阻力损失；（6）估算悬吊管单位管长的阻力损失（7）初选管径：根据最小流速和悬吊管单位管长的阻力损失查相应表格。初步确定悬吊管管径。立管和排出管管径可采用相应的控制流速初选管径，立管管径一般可比悬吊管末端管径缩小一号；（8）列表进行水力计算求出各管段的沿程水头损失、局部水头损失、位置水头和各节点的压力；（9）校核：系统最大负压值（悬吊管与立管连接处）；不同支路计算到某一节点的压力差；系统出口压力余量和流速；若不满足则应对系统某些管段的管径进行调整，必要时可能需对系统重新布置，然后再进行水力计算直至满足为止，按最后结果绘制图纸。
四、虹吸排水的施工要点
1、雨水斗安装
雨水斗的安装位置应满足以下要求：
1）雨水斗离墙至少1米。
2）雨水斗之间距离一般不能大于20米。
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。雨水斗安装在屋面的天沟里，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。下面以混凝土屋面用雨水斗为例说明雨水斗的安装要点。
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、变径接头均以与联接管中心交点为准。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：由重力流发展为波浪流，再发展为气泡混合流，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），大小头在水平管和立管上的连接。
3、尾管的安裝
关键是尾管的安装时间应放在“最后”，即必须在天沟全部土建施工完成、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、抓好图纸会审工作
因虹吸系统是经过精确计算而设计的，任何改动都需要经计算确认。因此，要在施工前，通过图纸会审，重点确认系统的定位与标高以及与其它专业安装有无冲突，以尽量减少日后施工中的改动。其次，通过图纸会审，确认土建图纸上雨水斗预留洞及管线穿墙（或楼板）处预埋套管等位置是否准确，有无遗漏。这样在土建主体施工过程中只派1人跟进检查其预留与预埋是否正确即可，而当全面施工条件具备时才集中力量进场完成主要安装工作量。之后，当具备竣工条件时再安排适当力量集中完成雨水斗的空气挡板安装及尾管的连接，从而提高工效。 5、安装技术要点
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。
1）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90°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90°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90°T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45°弯头、支管汇集处采用斜45°三通以避免出现90°变化的衔接管段。
2）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下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-0.08Mpa（气蚀临界值约为-0.092MPa）。
3）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，这样就根本無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2%。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。
五、结语
虹吸雨水系统以其泄流量大、耗费管材少、节约地面空间、减少地面开挖等突出优势，在国内迅速发展。我们只有及时了解最新的工艺，掌握最新技术，才能保证现场施工质量。以上内容希望能为大家了解虹吸雨水系统带来一定的帮助。
参考文献：
[1]裴丽娜.虹吸雨水排水系统施工工法[J].建筑工人，2011（3）：14-15.
[2]赵全法，何艳，戴文俊.虹吸式屋面雨水排水系统施工质量控制[J].浙江建筑，2012，29（1）：51-52，61.
[3]刘金花.虹吸排水系统的构造与安装工艺[J].安装，2009（4）：30-32.
[4]肖健松，李绍琦，林先环.屋面雨水虹吸排水系统技术与施工要点[J].广州建筑，2005（2）：14-16.
【关键词】 虹吸雨水排放系统；施工技术
一、系统设计关键节点
1、虹吸雨水排水系统采用的设计重现期，应根据建筑物的重要程度、汇水区域性质、气象特征等因素确定。对一般建筑物屋面，其设计重现期不宜小于2～5年；对重要的公共建筑物屋面、生产工艺不允许渗漏的工业厂房屋面，其设计重现期应根据建筑的重要性和溢流造成的危害程度确定，不宜小于10年。大型屋面的设计重现期宜取上限值。
2、虹吸雨水排水系统应设溢流口或溢流系统。虹吸雨水排水系统和溢流口或溢流系统的总排水能力，不宜小于设计重现期为50年、降雨历时5min时的设计雨水流量。
3、雨水斗顶面至过渡段的高差，在立管管径不大于DN75时，宜大于3m；在立管管径不小于DN90时，宜大于5m；
4、系统的总水头损失（从最远斗到排出口）与出口处的速度水头之和（mH20），不得大于雨水管道出口的几何高差H。
5、为使各个雨水斗泄流量平衡，不同支路计算到某一节点的压力差不应大于5KPa。
6、系统中的最大负压绝对值应小于：
金属管：80KPa；
塑料管：根据产品的力学性能而定，但不得大于70KPa
7、虹吸排水存在排量饱和问题，一旦达到设计排量，将不会由于天沟水深上升而使排量上升。在超过预定暴雨重现期雨量时，要求天沟能够提供足够的溢流能力。另外由于虹吸的生成存在滞后现象，故而对钢结构屋面的长天沟（相应水平管很长），必须进行天沟缓冲能力验算。
8、管内流速：悬吊管设计流速不宜流小于1.0m/s；立管设计流速不宜小于2.2m/s，且不宜大于10.0m/s；系统底部排出管流速，不宜大于2.5m/s，当流速大于2.5m/s时，应采取消能措施。
二、工作原理
虹吸式屋面雨水排放系统由虹吸式雨水斗、雨水悬吊管，雨水滋养管，埋地管、雨水排出管及管件、固定件组成（如图1）、虹吸式屋面雨水排放系统的原理是虹吸式屋面雨水排放系统在设计降雨强度下雨水斗不掺入空气，雨水斗在屋面入沟水深达到一定的深度时实现气水分离，利用建筑物屋面的高度和雨水所具有的势能，在雨水连续流过悬吊管、立管下泻时形成虹吸作用，并在管道内形成最大负压，从而形成虹吸状态，使整个管道旱现满流，实现迅速、高效的排水功能。
三、设计步骤
（1）根据屋面形式划分汇水区域，计算屋面汇水面积；（2）确定5min暴雨强度和屋面径流系数，计算总降雨量；（3）选择合适规格的雨水斗，合理布置，选定立管位置和数量，组成屋面雨水排水系统；（4）绘制水力计算草图，标注各管段长度，雨水斗、悬吊管和排出管的标高；（5）估算管道单位等效长度的阻力损失；（6）估算悬吊管单位管长的阻力损失（7）初选管径：根据最小流速和悬吊管单位管长的阻力损失查相应表格。初步确定悬吊管管径。立管和排出管管径可采用相应的控制流速初选管径，立管管径一般可比悬吊管末端管径缩小一号；（8）列表进行水力计算求出各管段的沿程水头损失、局部水头损失、位置水头和各节点的压力；（9）校核：系统最大负压值（悬吊管与立管连接处）；不同支路计算到某一节点的压力差；系统出口压力余量和流速；若不满足则应对系统某些管段的管径进行调整，必要时可能需对系统重新布置，然后再进行水力计算直至满足为止，按最后结果绘制图纸。
四、虹吸排水的施工要点
1、雨水斗安装
雨水斗的安装位置应满足以下要求：
1）雨水斗离墙至少1米。
2）雨水斗之间距离一般不能大于20米。
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。雨水斗安装在屋面的天沟里，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。下面以混凝土屋面用雨水斗为例说明雨水斗的安装要点。
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、变径接头均以与联接管中心交点为准。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：由重力流发展为波浪流，再发展为气泡混合流，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），大小头在水平管和立管上的连接。
3、尾管的安裝
关键是尾管的安装时间应放在“最后”，即必须在天沟全部土建施工完成、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、抓好图纸会审工作
因虹吸系统是经过精确计算而设计的，任何改动都需要经计算确认。因此，要在施工前，通过图纸会审，重点确认系统的定位与标高以及与其它专业安装有无冲突，以尽量减少日后施工中的改动。其次，通过图纸会审，确认土建图纸上雨水斗预留洞及管线穿墙（或楼板）处预埋套管等位置是否准确，有无遗漏。这样在土建主体施工过程中只派1人跟进检查其预留与预埋是否正确即可，而当全面施工条件具备时才集中力量进场完成主要安装工作量。之后，当具备竣工条件时再安排适当力量集中完成雨水斗的空气挡板安装及尾管的连接，从而提高工效。 5、安装技术要点
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。
1）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90°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90°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90°T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45°弯头、支管汇集处采用斜45°三通以避免出现90°变化的衔接管段。
2）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下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-0.08Mpa（气蚀临界值约为-0.092MPa）。
3）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，这样就根本無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2%。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。
五、结语
虹吸雨水系统以其泄流量大、耗费管材少、节约地面空间、减少地面开挖等突出优势，在国内迅速发展。我们只有及时了解最新的工艺，掌握最新技术，才能保证现场施工质量。以上内容希望能为大家了解虹吸雨水系统带来一定的帮助。
参考文献：
[1]裴丽娜.虹吸雨水排水系统施工工法[J].建筑工人，2011（3）：14-15.
[2]赵全法，何艳，戴文俊.虹吸式屋面雨水排水系统施工质量控制[J].浙江建筑，2012，29（1）：51-52，61.
[3]刘金花.虹吸排水系统的构造与安装工艺[J].安装，2009（4）：30-32.
[4]肖健松，李绍琦，林先环.屋面雨水虹吸排水系统技术与施工要点[J].广州建筑，2005（2）：14-16.