浅谈车库顶板虹吸排水设计要点

樊星[1]，贾勇1，范永孟1

1. 中铁二十局集团房地产开发有限公司，重庆 401336

摘要：虹吸排水为解决现代车库顶板排水提供了有效的技术途径，使无组织被动排水转化为有组织的主动排水，及时排出雨水减轻了车库顶板渗水漏水问题，且使得收集到的雨水可以进行二次利用。本文对车库顶板虹吸排水的设计要点进行了分析，可供相关设计人员进行参考。

引言

海绵城市，是新一代城市雨洪管理概念，是指城市能够像海绵一样，在适应环境变化和应对雨水带来的自然灾害等方面具有良好的弹性，也可称之为“水弹性城市”。在新形势下，海绵城市是推动绿色建筑建设，低碳城市发展，智慧城市形成的创新表现，是新时代特色背景下现代绿色新技术与社会、环境、人文等多种因素下的有机结合。作为城市发展理念和建设方式转型的重要标志，我国海绵城市建设“时间表”已经明确且“只能往前，不可能往后”。因此车库顶板种植屋面的虹吸排水是构成城市大海绵的一个重要组成部分，它可以达到对雨水二次使用的效果，满足了绿色建筑节能的要求，符合海绵城市的发展理念。

1 系统原理及构造

渗入土壤中的水（降雨）通过防护虹吸排水板不断流至虹吸排水槽内，在虹吸排水槽的设计位置上安装透气观察管，使虹吸排水槽内部气压与外部大气压保持一直，再与底部种植土层底部形成压力差，虹吸排水槽内的水在空隙、重力和气压差作用下汇流到出水口，出水口通过管道变径的方式使竖向虹吸直管形成满流状态，同时形成负压，从而形成虹吸效应。土壤中多余的水分渗流入虹吸排水槽内不断被吸入观察井，经观察井排入雨水收集系统，当干旱时，可使用收集的雨水对绿化植物进行浇灌，进而实现雨水的循环再利用。虹吸排水技术使以往的被动式排水转变为主动式排水，从而真正实现了大型城市广场种植顶板零坡度有组织定向排水。

虹吸排水管由两种不同口径的排水管组成，在重力的作用下，当直管形成满流，管内产生负压形成虹吸，透气观察管通过透气口透气与大气压相通，加速排水。

虹吸排水系统构造主要由土层、植被、高分子异型排水片、虹吸排水槽、透气管、变径虹吸排水管、观察井、蓄水井等组成。

（1）高分子异型排水片。采用HPDE材质制成的异性排水片与传统排水板相比，具有更高强度的抗压抗拉强度，刺破强度和延伸率更好，撕裂能力更强，且不需要混凝土保护层。同时与土工布粘合，使得种植层的土壤颗粒进入不到排水片中，从而防治堵塞。

（2）虹吸排水槽。将种植层划分为不同的排水区域，雨水在土壤的渗透作用下通过高分子异性排水片再通过排水槽的两侧的排水孔汇入排水槽，在压力差的作用下汇集到出水口，形成有组织排水。

（3）透气管。一般安装在排水槽前端以及排水管前端，出口伸出覆土层，保证内部气压与大气压强一致，同时给增加了种植层的透水性和透气性，为种植层的植物提供氧气。也起到检修观察排水槽内部堵塞情况的作用。

（4）变径虹吸排水管。变径虹吸排水管与主排水槽末端相连，当流量达到一定量时，通过变径使得直径较小的一端形成负压，在重力和大气压的作用下形成虹吸，使得以往的被动排水变为主动排水，从而避免种植层长期滞水，对顶板荷载造成影响。在洪涝时期，可通过此排水有组织的加速排水。

（5）雨水收集系统。当雨水收集井的水位到达一定高度时，可以通过连接市政管网排出，剩余的雨水储存在收集井内可供譬如道路浇洒等水质要求不高的地方使用。

图1 车库顶板虹吸排水系统图

2系统设计探讨

因此本研究根据相关文献提出了一种计算方法，具体如下：

(1)根据所在地的气象资料确定降雨强度和重现期。

(2)确定各个排水槽服务的面积，排水槽可按非满流管进行水力计算。

(3)确定排水管与排水槽的空间位置。

(4)绘制水力管系图。

(5)确定节点及节点编号。

(6)确定各变径排水管高度及长度。

(7)估算各管段管径。

(8)进行水力计算：包括排水槽沿程水头损失和局部水头损失，管段流速，各满流节点压力，计算结果应满足验证规定要求。

3 雨量计算

2.1降雨强度

根据当地降雨强度公式，计算设计降雨强度

式中t—设计降雨历时，t 取5 min

P—设计重现期，屋面P = 10 a

A、b、c、n—当地降雨参数

2.2雨水流量计算

车库顶板雨水流量：雨水设计流量应根据一定重现期的降雨强度、屋面汇水面积及屋面情况按下式计算：

式中 qy—设计雨水流量

qj—设计降雨强度，按降雨历时 5 min 计

Ψ—径流系数，种植屋面径流系数取 0.9

Fw—汇水面积，弧度较大的屋面汇水面积 应按屋面水平投影面积与竖向投影面积的一半之和计算

3.水力计算

3.1排水槽水力计算

排水槽的计算可根据明渠均匀流进行计算，其输水能力由下式计算：

式中 A—排水槽过水断面积(m2) ;

C —谢才系数;

R —水力半径(m) ;

i—排水槽坡度。

3.2 排水管达到最小虹吸状态时的最小入流量计算

在不考虑水头损失的情况下可根据伯努利方程进行推导，公式如下：

取Z1=0，P1=0，g=9.8m/s

2，若要达到虹吸状态，则：

其中：

解得：

图2 虹吸计算草图

因此在完成初步设计后，可根据推导的不等式进行粗略估算出达到虹吸状态的最小流量，从而确定在不同重现期能否使虹吸排水正常运行。

4虹吸排水系统的优点

与传统的排水系统相比有如下几个优点：

（1）有组织地排出土壤层过多的渗透水，虹吸排水效率高，排出速度快，可以取消坡面。

（2）与防水层组成的防、排组合构造层，有效地缓解了车库顶板的不稳定问题。

（3）保持种植车库顶板水位较低，增强种植土壤底部的透气性，避免植物死于水灾，保证植物的正常生长。

（4）收集的雨水可用于物业的浇灌、清洗，达到渗透水的二次利用，节省运行费用。

（5）减轻建筑物顶板荷载，减少土方开挖量。

随着现代建筑技术的不断进步，传统的防排水方式已不能解决现代建筑所面临的难题，随着海绵城市建设的推进，用于种植式车库顶板吸水排水收集系统的应用也在不断增加。车库顶板虹吸排水收集系统不仅排水速度快，水压大，而且能与后续工序集成为一套集雨、集流、沉淀、净化、再利用为一体的循环流程，大大节省了水资源，绿色环保，使用价值高，正得到大力推广和应用。

5施工流程

在原设计的基础上进行深入优化设计出图，之后再进行车库顶板虹吸排水系统施工，合理地划分排水区域并种植顶板，合理规划布置观察井、透气管、雨水收集井的具体位置，优化设计节点大样图，优化种植层做法。现场具体施工流程如下：（1）基层清理；（2）按图纸规划弹线，确定虹吸排水槽的位置；（3）铺设粘霸；（4）铺设排水槽；（5）平缝铺设高强度排水板自粘土工布卷材；（6）安装虹吸透气观察管；（7）排水槽上铺设土工布；（8）安装雨水收集系统；（9）回填。

5结束语

虹吸排水为解决现代车库顶板排水提供了有效的技术途径，使无组织被动排水转化为有组织的主动排水，及时排出雨水减轻了车库顶板渗水漏水问题，且使得收集到的雨水可以进行二次利用。本文对车库顶板虹吸排水的设计要点进行了分析，可供相关设计人员进行参考。城市排水系统的完善对城市的规划发展具有重要意义，相信在未来，车库顶板虹吸排水系统会出现更广泛的应用。城市的排水系统将会更加完善，能够更好的符合海绵城市的建设。

参考文献:

[1]虹吸式屋面雨水排水系统技术规程: CECS 183—2015[S].

[2]华东建筑集团股份有限公司. 建筑给水排水设计标准:GB50015—2019[S]. 北京: 中国计划出版社,2019.

[3]杨志,焦建军,张士兴,王双,侯杰,牛奇.种植屋面虹吸排水收集系统在海绵城市建设领域的应用[J].建筑技术,2019,50(08):938-939.

[4]郭永宁,唐学森,伊新东.虹吸排水技术在大型城市广场种植顶板排水中的应用[J].工程技术研究,2021,6(04):37-39.DOI:10.19537/j.cnki.2096-2789.2021.04.016.

[5]周波,宋桃.种植屋面虹吸排水系统在土壤低渗透性条件下的应用探讨[J].中国建筑防水,2021(05):39-43.

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收稿日期：2023-3-

基金项目：中铁二十局集团有限公司科研项目：地下车库及屋面顶板“PDS”防护虹吸排水施工关键技术研究（YF2199LJ16B）

作者简介：樊星：出生年月：1982年6月；学历：本科；职称：工程师；籍贯：重庆。E-mail: [e-mail]