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寒冷地区雨水设计思考
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摘要：文章对已建建筑雨水管设计分析，总结中国北方寒冷地区雨水管道设计的注意事项。
关键词：雨水管出户； 冰冻； 设计注意事项
Abstract:Design analysis on current rainwater pipeline,Pipeline of rainwater Design attention to the cold region in North China.
Keywords:rainwater pipeline； frozen； design attention
2002年春，我院负责设计了石油公司地球物理研究所办公楼的设计，该办公楼位于乌鲁木齐市。
乌鲁木齐市是新疆维吾尔自治区的省会城市，处于亚欧大陆的腹地，位于天山山脉的中段，属ⅦB.5气候区。冬季寒冷，气候干燥，多大风和风沙。最热月平均23.5℃，最冷月平均-14.6℃，最大冻深：139cm，积雪：初日10月18日，终日4月21日，年日数136.1天，降雪：初日10月14日，终日5月1日，年日数146.5天。
该楼于2002年设计，主要功能为研究所的办公楼，内部设计均为办公室、计算机房及会议室，设计了一处公共卫生间，在设计过程中，依据《建筑给水排水设计规范（GBJ15-88）》3.1.5条及3.10.14条，室内排水系统的设计采用了雨污分流的排水系统，雨水管设于室内,其中P3为污水检查井，P7为室内地沟排水检查井，其余均为雨水检查井。但当时规范并未要求室外雨污分流，仅注明“结合室外排水制度和有利于综合利用与处理要求”（3.1.1），我们的设计所小区仅有一趟污水干管，所以我们在室外设计的是雨污合流。并且，雨水出户管室外管内底埋深≥1.40m。符合规范对冻土深度等的要求。后经我院及自治区审图中心审图，验证我们的设计符合现行规范，在排水系统设计中无违规之处。
2003年11月该楼建成，经过2003~2004年冬季的使用，建设方发现该楼排水外网的北向，排水管网起点处（均为雨水管出户处）均发生了冰冻现象。
该工程施工经建院监理全程监理，无重大质量问题，设计施工均无质量问题，但为什么会发生冰冻现象呢？
经过我们分析调查，结合乌鲁木齐市当地气候条件，我认为发生冰冻现象主要由以下原因造成：
现行《建筑给水排水设计规范（50015-2003）》强调的是“屋面雨水系统应迅速、及时地将屋面雨水排至室外雨水管渠或地面。”（第4.9.1条），在我们的设计过程中，也以快速排放为设计原则，但在乌鲁木齐这样的寒冷地方，每年有大于1/3的时间属于积雪期，雪的融化水是不能快速排放的。当屋顶的积雪达到0℃冰水混合状态时，这时的0℃冰水混合态以附壁重力流态流至水平悬吊管，这时室内是18℃的室温，雪水是一个升温的过程，但由于时间太短升温很小；水平悬吊管一般不超过10m，由于是寒冷地区，雪水不可能大量流入，远达不到设计流量，按照设计规范的坡度，流速达不到0.75m/s的最小设计流速，在出户后到雨水井3m的流态中，最冷月室外温度基本低于-14℃，当流量较低时，就有可能在出户管管口发生冰冻现象，直至像地球物理研究所办公楼出现雨水出户管管口被冰封堵。产生这种情况后，就像黄河的凌汛一样危害巨大，轻则使雨雪水不能正常排放，严重则会使雨水管管件损坏，造成经济损失。
目前，在乌鲁木齐的室外排水管线设计中，过去一般都采用了雨污合流的体系，根据统计资料，我国各地的生活污水年平均温度差别不大，均约10～20℃之间。这样，雪水在排放过程中，生活污水带来大量热能，不会有地球物理研究所办公楼出现的出户后温度降低的现象发生，这也就是为什么乌鲁木齐发生冰冻的雨水管不多的原因；而地球物理研究所办公楼P1~P10 10个排水检查井中，仅有P3和P7是同时接纳生活污水和雨水，其余均为雨水检查井，作为室外污水管网的起始端，P1、P9和P10均是雨水检查井，恰恰这几口检查井的出户管是冬季冰冻最严重的地方，已经造成P9检查井室内钢制清扫口冻裂。
通过分析总结，我们认为，在寒冷地区雨水管设计中，除了遵循现行规范的4.1.1条（雨污分流）及4.9.35条（雨水立管室内设置）等相关条款外，还应在设计中注意以下几点：
① 结合乌鲁木齐排水市政管网雨污合流的现状，雨水管宜与生活污水管并排出户，排至同一污水检查井，雨水井应尽量设置在生活污水检查井下游；
② 在室外给水设计中，有室外防冻给水栓保温井的做法，在现行规范中，雨水检查井的做法并没有强制规定，认为在寒冷地区设计中应选用保温井做法，以减少不必要的热损失，以防止冰冻现象发生，建议新建小区，雨污分流设置的时候，雨水井的做法可参照室外防冻给水栓的做法（详见新02S2-11页）；
③ 室外雨水管应注意冻土深度的规范要求，在室外回填时，应严格注意回填土的密实度，以防孔隙度过大导致冻土深度加大，以致污水管线位于实际冰冻线以上；
④ 在雨水排放过程中，势必会夹带泥砂进入雨水管，沉砂袋不能使泥砂全部储存，流速大时，部分泥砂会进入雨水立管，在雨水出户处淤积少量泥砂，在乌鲁木齐这样的寒冷地区，这部分淤积泥砂在冬季则会阻碍雪水的顺利排放；所以，在雨水出户管按重力流的设计计算中，以不违反规范为前提，适当加大雨水出户管的坡度，加大雪水在水平悬吊管中的流速，减少停留时间，应当可以适当减免冰冻现象的发生。
参考资料：
[1] 建筑给水排水规范（GBJ50015-2003）.中国计划出版社.建筑给水排水规范 （GBJ15-88 ）.中国计划出版社.
[2] 给水排水设计手册.中国建筑工业出版社.
[3] 严煦世主编.水和废水技术研究.中国建筑工业出版社.
[4] 建筑气候区划标准（GB50178-93 ）.中国计划出版社.
[5] 新02系列给排水标准设计图集.新疆标准设计办公室.
[6] 全国民用建筑工程设计技术措施-给水排水，中国建筑标准设计研究所.
[7] 排水工程，中国建筑工业出版社.
来源: 《建筑中文网》.
关键词：雨水管出户； 冰冻； 设计注意事项
Abstract:Design analysis on current rainwater pipeline,Pipeline of rainwater Design attention to the cold region in North China.
Keywords:rainwater pipeline； frozen； design attention
2002年春，我院负责设计了石油公司地球物理研究所办公楼的设计，该办公楼位于乌鲁木齐市。
乌鲁木齐市是新疆维吾尔自治区的省会城市，处于亚欧大陆的腹地，位于天山山脉的中段，属ⅦB.5气候区。冬季寒冷，气候干燥，多大风和风沙。最热月平均23.5℃，最冷月平均-14.6℃，最大冻深：139cm，积雪：初日10月18日，终日4月21日，年日数136.1天，降雪：初日10月14日，终日5月1日，年日数146.5天。
该楼于2002年设计，主要功能为研究所的办公楼，内部设计均为办公室、计算机房及会议室，设计了一处公共卫生间，在设计过程中，依据《建筑给水排水设计规范（GBJ15-88）》3.1.5条及3.10.14条，室内排水系统的设计采用了雨污分流的排水系统，雨水管设于室内,其中P3为污水检查井，P7为室内地沟排水检查井，其余均为雨水检查井。但当时规范并未要求室外雨污分流，仅注明“结合室外排水制度和有利于综合利用与处理要求”（3.1.1），我们的设计所小区仅有一趟污水干管，所以我们在室外设计的是雨污合流。并且，雨水出户管室外管内底埋深≥1.40m。符合规范对冻土深度等的要求。后经我院及自治区审图中心审图，验证我们的设计符合现行规范，在排水系统设计中无违规之处。
2003年11月该楼建成，经过2003~2004年冬季的使用，建设方发现该楼排水外网的北向，排水管网起点处（均为雨水管出户处）均发生了冰冻现象。
该工程施工经建院监理全程监理，无重大质量问题，设计施工均无质量问题，但为什么会发生冰冻现象呢？
经过我们分析调查，结合乌鲁木齐市当地气候条件，我认为发生冰冻现象主要由以下原因造成：
现行《建筑给水排水设计规范（50015-2003）》强调的是“屋面雨水系统应迅速、及时地将屋面雨水排至室外雨水管渠或地面。”（第4.9.1条），在我们的设计过程中，也以快速排放为设计原则，但在乌鲁木齐这样的寒冷地方，每年有大于1/3的时间属于积雪期，雪的融化水是不能快速排放的。当屋顶的积雪达到0℃冰水混合状态时，这时的0℃冰水混合态以附壁重力流态流至水平悬吊管，这时室内是18℃的室温，雪水是一个升温的过程，但由于时间太短升温很小；水平悬吊管一般不超过10m，由于是寒冷地区，雪水不可能大量流入，远达不到设计流量，按照设计规范的坡度，流速达不到0.75m/s的最小设计流速，在出户后到雨水井3m的流态中，最冷月室外温度基本低于-14℃，当流量较低时，就有可能在出户管管口发生冰冻现象，直至像地球物理研究所办公楼出现雨水出户管管口被冰封堵。产生这种情况后，就像黄河的凌汛一样危害巨大，轻则使雨雪水不能正常排放，严重则会使雨水管管件损坏，造成经济损失。
目前，在乌鲁木齐的室外排水管线设计中，过去一般都采用了雨污合流的体系，根据统计资料，我国各地的生活污水年平均温度差别不大，均约10～20℃之间。这样，雪水在排放过程中，生活污水带来大量热能，不会有地球物理研究所办公楼出现的出户后温度降低的现象发生，这也就是为什么乌鲁木齐发生冰冻的雨水管不多的原因；而地球物理研究所办公楼P1~P10 10个排水检查井中，仅有P3和P7是同时接纳生活污水和雨水，其余均为雨水检查井，作为室外污水管网的起始端，P1、P9和P10均是雨水检查井，恰恰这几口检查井的出户管是冬季冰冻最严重的地方，已经造成P9检查井室内钢制清扫口冻裂。
通过分析总结，我们认为，在寒冷地区雨水管设计中，除了遵循现行规范的4.1.1条（雨污分流）及4.9.35条（雨水立管室内设置）等相关条款外，还应在设计中注意以下几点：
① 结合乌鲁木齐排水市政管网雨污合流的现状，雨水管宜与生活污水管并排出户，排至同一污水检查井，雨水井应尽量设置在生活污水检查井下游；
② 在室外给水设计中，有室外防冻给水栓保温井的做法，在现行规范中，雨水检查井的做法并没有强制规定，认为在寒冷地区设计中应选用保温井做法，以减少不必要的热损失，以防止冰冻现象发生，建议新建小区，雨污分流设置的时候，雨水井的做法可参照室外防冻给水栓的做法（详见新02S2-11页）；
③ 室外雨水管应注意冻土深度的规范要求，在室外回填时，应严格注意回填土的密实度，以防孔隙度过大导致冻土深度加大，以致污水管线位于实际冰冻线以上；
④ 在雨水排放过程中，势必会夹带泥砂进入雨水管，沉砂袋不能使泥砂全部储存，流速大时，部分泥砂会进入雨水立管，在雨水出户处淤积少量泥砂，在乌鲁木齐这样的寒冷地区，这部分淤积泥砂在冬季则会阻碍雪水的顺利排放；所以，在雨水出户管按重力流的设计计算中，以不违反规范为前提，适当加大雨水出户管的坡度，加大雪水在水平悬吊管中的流速，减少停留时间，应当可以适当减免冰冻现象的发生。
参考资料：
[1] 建筑给水排水规范（GBJ50015-2003）.中国计划出版社.建筑给水排水规范 （GBJ15-88 ）.中国计划出版社.
[2] 给水排水设计手册.中国建筑工业出版社.
[3] 严煦世主编.水和废水技术研究.中国建筑工业出版社.
[4] 建筑气候区划标准（GB50178-93 ）.中国计划出版社.
[5] 新02系列给排水标准设计图集.新疆标准设计办公室.
[6] 全国民用建筑工程设计技术措施-给水排水，中国建筑标准设计研究所.
[7] 排水工程，中国建筑工业出版社.
来源: 《建筑中文网》.
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200901/13725.htm
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