虹吸补偿器在住宅小区建设领域的应用

虹吸补偿器在住宅小区建设领域的应用

胡冰[1]，麻安平1，齐根中1

（1. 中铁二十局集团房地产开发有限公司，重庆 401336）

摘要：山地城市住宅小区普遍采用地下车库，面对强降雨容易产生车库顶板积水问题，虹吸排水收集系统可以很好解决顶板排水问题，系统易受土壤渗透性及降雨强度而达不到虹吸效应。为解决系统不易产生虹吸效应，可以添设虹吸补偿器增强系统排水能力。虹吸补偿器

通过收集地表径流雨水使虹吸排水收集系统快速达到虹吸效果，强化顶板上层渗透水的收集与利用。小区雨水通过海绵设施-虹吸补偿器-虹吸排水收集系统装置进行系统化处理，充分收集渗透和地表径流雨水，提高小区雨水综合利用效率，符合“渗、滞、蓄、净、用、排”的海绵城市理念，为小区海绵城市的建设提出新的见解。

关键词：虹吸排水；海绵城市；虹吸补偿；雨水收集

中图分类号：X522文献标识码：A 文章编号：

引言：

随着城市不透水下垫面增多，绿地日益减少，导致降雨时地表径流加大，城市内涝增多。山地城市由于地形和空间格局，建筑小区普遍采用地下车库，暴雨时易引发车库顶板积水，对应的防护措施有传统直接排水方式、零坡度有组织排水系统和虹吸排水收集系统。考虑到安全、成本和雨水资源化，虹吸排水系统是一个最优选择。

虹吸排水技术广泛应用于屋面和种植顶板绿化工程，也是建设城市海绵的一部分[1]。国内种植顶板关于此方面研究，更多集中于通过合理铺设虹吸排水系统实现零坡度排水，加快顶板表层雨水的排放。这些研究没有系统阐明种植顶板虹吸排水中虹吸补偿器的作用和相关技术要点。屋面和种植顶板虹吸排水系统的区别在于屋面雨水径流系数大，雨水收集效率快，系统能迅速达到虹吸效应。而种植顶板受土壤渗透性等原因很难达到虹吸效应，若使车库顶板虹吸排水收集系统提升排水性能，需要虹吸补偿器对其进行雨水的补给。虹吸排水管和海绵设施通过虹吸补偿器结合，使地下虹吸排水系统快速形成满管流，进而提升雨水收集利用。针对如何提高雨水水质与排水效率，研究虹吸补偿器与海绵设施铺设，对增强住宅小区海绵城市建设具有重要作用。

1虹吸排水的工作原理及技术优势

车库顶板虹吸排水收集系统不仅解决了顶板土壤层含水量多，排水困难的问题，还可以将收集的雨水进行回收利用。车库顶板土壤层雨水通过虹吸排水收集系统的防护排水异形片和过滤层搭建的稳定排水架输送到虹吸排水槽。在排水槽位置上安装透气观察管，目的是保证排水槽内压强与外界大气压一致，确保雨水渗透到虹吸排水槽，雨水在自身重力、压力和真空综合作用下顺利抵达虹吸排水槽出口。在出口处进行管道变径达到负压效果，使雨水在虹吸管内形成满流状，进而形成虹吸效应，使得排水槽雨水持续被吸入到蓄水池中（图1）。

图1 车库顶板虹吸排水收集系示意

虹吸排水收集系统可通过零坡度排水避免车库顶板找坡的难题。取代传统排水方法中的排水过滤层、保护层、隔离层和找坡层，增加了土壤层厚度，增强了雨水净化能力[2]。虹吸排水层选用复合高分子排水材料，具有很好的抗压效果，取代了传统混凝土刚性材料。虹吸排水槽通过安装透气观察管，一方面加速雨水的渗透，另一方面增加土壤透气性，避免植物烂根[3]。河北邢台某小区将海绵设施与虹吸排水收集系统结合，较好的解决了上层地表水渗透量不足而引起的排水不畅等问题[3]。整个过程绿色环保以及节约成本，符合海绵城市理念。

2虹吸补偿器在虹吸排水系统中的作用

车库顶板排水主要来自土壤渗透，当虹吸管吸收的雨水达不到满流状态或排水管无水时，虹吸排水系统达不到预期效果，怎样使虹吸管形成虹吸效应是首先需要攻克的难点。虹吸补偿法在施工中受到广泛关注，并且虹吸补偿法在住宅小区屋面和车库顶板建设中效果显著[4]。

车库顶板地表水流向有地表径流和雨水下渗两种，下渗水又受降雨强度和土壤渗透系数有关。这些原因使得车库顶板虹吸排水收集系统不易达到虹吸条件，系统也失去了设计初衷。为了让系统达到虹吸排水条件，又不产生额外成本。可以利用小区地表径流雨水进行补给，地表雨水经过一系列装置的净化汇集到虹吸补偿器，通过管道铺设使地表雨水进入虹吸排水管。采用虹吸补偿法主要原因是当虹吸排水系统达不到虹吸条件时，只需将其与虹吸管顶顶部连接，通过虹吸补偿器对虹吸管内进行灌水，使其达到虹吸条件。周波等在车库顶板虹吸排水建设中采用虹吸补偿装置解决因土壤渗透性低、地表径流过大导致系统达不到虹吸条件等问题[5]。此项目通过增设虹吸补偿器不仅能够使车库顶板虹吸排水系统通过补水的方式迅速达到虹吸条件，对小区雨水管理得到了很好改善，保证雨水能够持续高效排放和回收利用。若不增设虹吸补偿器，仅通过下渗水补给虹吸排水收集系统，不仅达不到虹吸排水系统设计初衷，部分地表雨水也会排放到市政雨水管网，增加污水处理厂负担，失去小区雨水资源化管理的设计理念。

3虹吸补偿器布设位置对小区排水性能的影响

小区内雨水主要降落在道路、屋面及绿地。依据海绵城市设计理念，尽量通过自然排水。住房、路面及绿地等设计应利于雨水汇流到雨水收集系统。同时为保证水质安全，优先选取植被进行过滤，或通过人工土壤渗透进行净化。一部分雨水由土壤渗透进入虹吸排水系统内，另一部分雨水在地面径流，经过铺设的海绵设施进行层层净化，净化后雨水通过虹吸补偿器进入到虹吸管内，确保雨水能够循环利用(图2)。因此，海绵设施的选择与虹吸补偿器的布设起到至关重要的作用。

图2海绵设施虹吸补偿点做法示意

虹吸补偿器应安装在面积大的低洼地区，以自然方式建立收集雨水的生态设施（图2）。虹吸补偿器需离地面一定距离，在其上方铺设土工布、卵石层和植被覆盖层，通过对雨水二次过滤净化避免虹吸补偿器产生堵塞现象，减轻管理人员的维护，同时收集到的地表径流水质也会得到提高，减少在雨水储存罐处理的成本。选择合适的补偿点可以大大提高小区地表径流雨水的利用，使收集的雨水回馈于小区日常用水。

4  虹吸补偿器在小区不同汇水区的布设位置

屋面雨水水质相比小区其他汇流雨水水质较好，同时汇水面较为集中。收集到的雨水经过净化处理常被用作为小区绿化灌溉。屋面雨水收集系统通常包括雨水汇水区域、排水管、截污装置、储存设备、净化装置等。根据屋面雨水径流量大，初期雨水水质较差的特点。截污装置通常采用传输型植草沟和下凹式绿地。传输型植草沟提升初期雨水下渗能力以及在暴雨期的排洪能力。下凹式绿地不仅能够良好的净化雨水和调蓄雨水资源，还能提升小区绿化面积。雨水经过截污装置后进入虹吸补偿器，利用补偿器前端的过滤装置，达到二次净化效果。清洁雨水被成功带入虹吸排水系统，最后经虹吸排水管进入储存罐。

非透水铺装道路的雨水很难入渗到土壤以及流入海绵设施，道路雨水径流含量大、水质较屋面雨水严重，对小区放内涝和水环境污染带来较大影响。地面雨水通过道路两边开口路缘石，汇入到传输型植草沟与下凹式绿地，再经过生物滞留设施截污和过滤，进入虹吸补偿器之前利用前端放置的卵石与不锈钢过滤装置进行二次过滤，处理过后的清洁雨水经虹吸补偿器排入虹吸排水槽，最后经虹吸排水管快速排入雨水收集罐中。储存后的雨水通过消毒和再次净化可用于小区景观补水、清洗杂用及道路和植物浇灌。

在小区海绵城市建设过程中，应结合竖向标高、停车场分布和场地下垫面情况，将小区划分多个汇水区，合理收集屋面、道路及绿地的雨水。通过设计将雨水引入各个海绵设施中，结合降雨重现期，明确各个汇水区承载雨水量。结合水量平衡原理，计算最终进入虹吸补偿器的雨水量。最终目的是通过虹吸补偿器将海绵设施与地下虹吸排水收集系统结合的方式，提高小区雨水综合利用效率。

5  结束语

虹吸补偿器解决了车库顶板因雨水渗透量不足、表层径流过大导致虹吸排水困难。通过自然力量把雨水储存下来，能够有效的减少小区原有水生态环境的破坏。本文阐述车库顶板虹吸排水收集系统技术优势，增设虹吸补偿器可以提升虹吸排水收集系统的工作效率，提高小区地表径流雨水利用效率，同时起到对径流雨水的二次净化。通过虹吸补偿器将虹吸排水收集系统和海绵设施相结合，构建了地上与地下为一体的雨水收集系统，较好的解决了自然地理条件带来的排水不畅等问题，提高小区雨水综合利用效率。真正意义上实现了“渗、滞、蓄、净、用、排”的海绵城市理念。为我国海绵城市的发展提出新的方向。

参考文献：

[1]杨志,焦建军,张士兴,等.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.

[2] 同济大学建筑设计研究院( 集团) 有限公司, 上海吉博力房屋卫生设备工程技术有限公司. 虹吸式屋面雨水排水系统技术规程:CECS 183:2015[S]. 北京: 中国计划出版社,2015

[3] 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.

[4] 张永防，张颖钧.虹吸排水应用技术的研究[J].中国铁道科学,1999(3):52.

[5] 吴晓雨,李栋谋,李成方,等.绿色海绵城市施工背景下大型车库屋面防护虹吸排水收集系统技术应用[C].第26届华东六省一市土木建筑工程建造技术交流会论文集（下册）.2020:311-315.

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：胡冰（1984-），男，高级工程师，山西运城人，主要从事建筑施工与房地产管理研究工作。