工程概况
某广场位于文三路与万塘路交叉口。该工程总建筑面积约为6.6万m2,地下1层、裙房地上5层、主楼地上24层。建筑高度86.55m。地下层为汽车库,地上楼层为写字楼。主楼标准层设置了两处公共卫生间。其排水系统采用室内污、废水分流制,并设有专用通气管。排水立管及专用通气管管径均为de110,排水管材为光壁UPVC管。设计过程参考同类建筑设计实例及浙江省标准设计图集《硬聚氯乙烯排水管安装图(2004浙S5)》,排水立管在19层、13层和7层并设置了消能装置。
事故分析及处理
2006年该工程局部楼层投入使用。主楼在使用过程中发生卫生间污水堵塞外溢现象,经现场调查,作出如下分析:
(1)设计选用de110排水管,配de110主通气立管。其最大排水能力为10L/s。最不利立管计算排水设计流量为6.96～8.3L/s范围内,可满足设计规范要求。
(2)经调查发现,外溢卫生间均位于设置消能装置的上一楼层,堵塞点应为消能装置处。
(3)使用实际情况:由于有约半数楼层尚无单位入住,实际排水流量小于设计流量,远小于立管排水能力。同时由于管材内壁构造特征、消能装置长度不够,造成水流速偏低,冲刷力小而造成堵塞。
(4)处理措施:经与甲方、物管、施工等相关人员协商,把污水立管上的消能装置取消,改为直线管段,同时为防止对底层排出横管的破坏,排出横管管材改为柔性接口铸铁排水管,立管底部垂直管段宜有不小于0.5m的铸铁立管段。横管同时采取加固措施。
排水系统经改造后至今未发生堵塞现象,系统运行良好。笔者在提出处理意见时翻阅了大量资料,从规范到设计手册[1]、给排水设计技术措施等资料均未提到消能装置,在浙江省标准设计图集《硬聚氯乙烯排水管安装图》里提到高层建筑排水立管宜从第6层起安装一组等配件组成的消能装置,往上每6层设一组消能装置。在实际工程中,也有大量的高层建筑在排水立管上设置了消能装置。那么,排水立管上是否有必要设置消能装置呢?
室内排水立管水流问题
众所周知,排水立管中水流的流态大致分为以下几种:
(1)流量较小时,水流沿着管壁周边做螺旋运动,随着水量的增加,螺旋运动被破坏,并且当水量足够覆盖住管壁时,完全停止了螺旋流。水流附着管壁而作水片下落的附壁流。
(2)当流量继续增加到足够大时,由于空气的阻力和管壁的摩擦作用而形成水的隔膜运动。水膜运动开始后便以加速度下降,下降到一定的距离后,当水流所受管壁摩擦力与其重力平衡时,便做匀速运动,水膜厚度不再变化。此时的速度即为水膜流的“终限流速”,自水流入口处至形成终限流速的距离称为“终限长度”。对于一定的管径,如果流量越大,其终限流速及终限长度也越大。
(3)当水量更大时,即水流充满立管断面的1/3以上时,水膜的形成更加频繁,以至容易变为较稳定的水塞运动。水塞的形成会引起立管内气压激烈的波动,容易破坏排水水封。
在水膜流终限流速状态下计算出的流量为临界流量。而我国规范规定的临界流量值约为理论临界流量值的一半,已考虑了实际污水中带有大块杂质、出流实际不稳定及立管负压段对横管出流的强烈抽吸而造成的短时高峰流量等因素。
有资料表明,对应于流量9L/s其流速4m/s时的终限长度值约为3m,即水流从支管出口流入立管后,大约经过一层楼的高度,便保持水膜层厚度和流速不变。因此,在规范规定的立管排水能力范围内设计时,立管水流在流经3m左右的距离处已达到终限流速状态,流速不再增加。显然,并非楼层越高,水流在立管底部的流速越大。符合设计规范的排水立管不需设置消能装置,每隔6层设一组消能装置的提法缺少理论依据。
结论：高层建筑排水立管上不需设置消能装置,这样既避免了水膜流在消能装置处发生水流紊乱,又可节约管井面积,且安装方便；排水立管底部转弯处宜采用排水铸铁管,这样,可防止被高处跌落的硬物击穿。