廣州新白云國際機(jī)場航站樓雨水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　廣州新白云國際機(jī)場是我國首個(gè)按照中樞機(jī)場理念設(shè)計(jì)和建設(shè)的大型航空港。航站樓為機(jī)場的主體建筑，屋面雨水排水量巨大。比較了重力排水系統(tǒng)和虹吸排水系統(tǒng)的特點(diǎn)，并著重介紹了航站樓采用的屋面雨水虹吸排水系統(tǒng)中雨水溝、管道、雨水井的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)使用半年多來，經(jīng)歷了廣州幾次較大暴雨的考驗(yàn)，運(yùn)行良好。由于設(shè)計(jì)是在現(xiàn)行《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50015-2003）發(fā)布實(shí)施前完成的，部分設(shè)計(jì)參數(shù)未達(dá)到現(xiàn)行規(guī)范要求，亦提醒設(shè)計(jì)人員在今后的設(shè)計(jì)中要有超前意識(shí)，使設(shè)計(jì)能在較長的時(shí)期內(nèi)保持先進(jìn)性。

　　1　工程概況

　　新機(jī)場坐落于廣州現(xiàn)白云機(jī)場北面花都區(qū)與人和鎮(zhèn)交界處，距廣州市中心28km，占地1456h㎡分三期建設(shè)。首期工程建設(shè)2條飛行跑道，其中東跑道長3800m，寬60m；西跑道長3600m，寬45m.遠(yuǎn)期規(guī)劃建設(shè)3條跑道。能滿足包括A380型客機(jī)在內(nèi)的世界上各類大型飛機(jī)起降要求。首期航站樓工程包括機(jī)場南半部客用大樓及相關(guān)的道路、停車場等工程。首期航站樓建筑面積33萬㎡，細(xì)分為主航站樓、東連接樓、東一指廊、東二指廊、西連接樓、西一指廊、西二指廊。首期設(shè)計(jì)高峰小時(shí)飛機(jī)起降58架次，高峰小時(shí)客流量9300人；年飛機(jī)起降17萬架次，年客流量2700萬人，年貨運(yùn)量110萬t.遠(yuǎn)期規(guī)劃高峰小時(shí)飛機(jī)起降125架次，高峰小時(shí)客流量2185萬人；年飛機(jī)起降36萬架次，年客流量8000萬人。

　　2　航站樓屋面概況

　　航站樓屋面由主航站樓、東西連接樓、東西指廊及東西高架連廊屋面組成，見圖1.屋面采用大跨度的鋼結(jié)構(gòu)及張拉幕，水平投影總面積達(dá)17136萬㎡，5min雨水總量達(dá)11041L/s（暴雨重現(xiàn)期P=20a，降雨強(qiáng)度為229mm/h），具體見表1。

　　3　航站樓雨水系統(tǒng)

　　3.1系統(tǒng)的選擇目前可供選擇的雨水排水系統(tǒng)有傳統(tǒng)的重力排水系統(tǒng)及近二三十年興起的壓力排水（虹吸排水）系統(tǒng)。

圖１　航站樓首期總平面設(shè)計(jì)

　　3.1.1重力排水系統(tǒng)重力排水系統(tǒng)為一般工程較常采用，由普通雨水斗、懸吊管、立管、埋地管及出戶管等組成。其工作原理是利用屋面雨水本身的重力作用，由屋面雨水斗經(jīng)排水管道自流排放。該系統(tǒng)有如下特征：

　?、儆捎谠撓到y(tǒng)工作時(shí)，屋面雨水由雨水斗進(jìn)入排水系統(tǒng)的過程中，過水?dāng)嗝媸湛s形成漩渦，水流夾帶著空氣進(jìn)入排水系統(tǒng)，使整個(gè)系統(tǒng)呈氣液兩相流，空氣占據(jù)了大約1/3的管道空間，因此排水管管徑較大。

　?、诎匆?guī)范要求，重力流屋面雨水排水管系的懸吊管應(yīng)按非滿流設(shè)計(jì)，其充滿度不大于0.8，且排水坡度不小于5‰，因此占據(jù)較多的建筑空間。

　　③由于單管連接的雨水斗不宜太多，因此使用的立管數(shù)量也較大。

　　④普通雨水斗排水量較小，因此系統(tǒng)使用雨水斗數(shù)量相對(duì)較多。以上這些水力特征，影響了重力流屋面雨水排水系統(tǒng)在大面積工業(yè)及公共建筑屋面排水中的運(yùn)用。

　　3.1.2虹吸排水系統(tǒng)虹吸排水系統(tǒng)自1968年發(fā)明于歐洲以來，在歐洲應(yīng)用已有30多年歷史。屋面雨水虹吸排水系統(tǒng)的工作原理是利用屋面專用虹吸雨水漏斗實(shí)現(xiàn)氣水分離，使系統(tǒng)呈負(fù)壓狀態(tài)形成壓力排水。虹吸排水系統(tǒng)相對(duì)于重力排水系統(tǒng)，具有如下特征：

　?、俳涤瓿?/p>

　　期系統(tǒng)為重力排水，隨著雨量的增加，虹吸雨水斗利用空氣擋板阻止空氣進(jìn)入系統(tǒng)形成真空，當(dāng)管中的水呈壓力流狀態(tài)時(shí)，形成虹吸現(xiàn)象，不斷進(jìn)行排水，最終雨水管內(nèi)達(dá)到滿流狀態(tài)。

　　②在降雨過程中，由于連續(xù)不斷的虹吸作用，整個(gè)系統(tǒng)得以快速排放屋面雨水。

　?、酆缥潘到y(tǒng)管道均按滿流有壓狀態(tài)設(shè)計(jì)，雨水懸吊管可做到無坡度敷設(shè)，當(dāng)產(chǎn)生虹吸作用時(shí)，水流流速極高，有較強(qiáng)的自凈能力。

　?、芎缥晁肥钦麄€(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵所在，在額定流量范圍內(nèi)具有氣水分離，防渦流等功能，單個(gè)最大排水能力達(dá)100L/s以上。通過比較，虹吸排水系統(tǒng)的優(yōu)勢是顯而易見的，尤其在大屋面排水中其優(yōu)勢更明顯。廣州新機(jī)場航站樓的大部分屋面排水都采用了虹吸排水系統(tǒng)。

　　3.2虹吸排水系統(tǒng)在航站樓中的應(yīng)用限于篇幅，本文主要介紹主航站樓的屋面排水。主航站樓屋面投影面積巨大，達(dá)64420㎡，按暴雨重現(xiàn)期P=20a，降雨強(qiáng)度229mm/h計(jì)算，5min的暴雨強(qiáng)度達(dá)4097L/s。由于屋面呈弧型設(shè)計(jì)，如此巨大的降雨量只能從東西兩側(cè)排放。東、西兩側(cè)各196m長的雨水溝分別承擔(dān)50%的總降雨量，并要求雨水系統(tǒng)能迅速有效地排放屋面雨水。主航站樓屋面排水在設(shè)計(jì)上將屋面分成東、西向18塊長條型的集水區(qū)，每塊集水區(qū)從中間沿弧形屋面分別向東西兩側(cè)的雨水溝排水，見圖2.在集水溝內(nèi)，基本上對(duì)應(yīng)每塊集水區(qū)設(shè)一個(gè)虹吸排水系統(tǒng)，每個(gè)排水系統(tǒng)承擔(dān)著巨大的排水量，最大一個(gè)區(qū)的集水量達(dá)179L/s。本設(shè)計(jì)采用了fastflowUV屋面虹吸排水系統(tǒng)的虹吸雨水斗，其中的UV122型設(shè)計(jì)排水量達(dá)120L/s，每個(gè)系統(tǒng)選用1～2個(gè)雨水斗已滿足需要。主樓屋面共使用了40個(gè)UV122型虹吸雨水斗，設(shè)計(jì)排水能力達(dá)4800L/s，基本可滿足整個(gè)屋面的雨水排放要求。

　　圖2主航站樓屋頂平面示意

　　在雨水溝的設(shè)計(jì)方面，由于主航站樓屋面呈弧型設(shè)計(jì)，中間最高處與東西兩側(cè)的雨水溝高差達(dá)25m，巨大的高差使雨水匯集到雨水溝時(shí)產(chǎn)生較大的沖擊力，為避免雨水沖出溝外，雨水溝的設(shè)計(jì)寬度達(dá)1m，深度達(dá)0.8m。由于每條雨水溝沿弧形屋面設(shè)置，不同位置的標(biāo)高相差較大，為避免雨水過分集中到標(biāo)高較低的雨水斗處，在雨水溝內(nèi)根據(jù)每個(gè)集水區(qū)分段設(shè)置擋水板，使屋面雨水均勻排放。擋水板比雨水溝的設(shè)計(jì)水位低100mm，萬一某個(gè)雨水斗意外堵塞，雨水可溢流到相鄰的雨水斗排放，雨水溝剖面見圖3。另外，在每個(gè)雨水斗的位置，各專門設(shè)計(jì)了一個(gè)有效容積1～118m3的不銹鋼集水井，以保證系統(tǒng)能迅速形成虹吸。管道設(shè)計(jì)方面，基本上采用單斗或雙斗排水系統(tǒng)，懸吊管水平或沿桁架構(gòu)件安裝。系統(tǒng)設(shè)計(jì)負(fù)壓不低于-90kPa，大部分排出管的流速控制在4m/s以內(nèi)。管材的選用：隱蔽部分采用卡箍式離心鑄鐵管；外露部分配合立面設(shè)計(jì)要求，采用不銹鋼管，使不銹鋼管與結(jié)構(gòu)桁架完美地結(jié)合在一起，仿佛鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的一部分。雨水井設(shè)計(jì)方面，由于系統(tǒng)排出管雨水流速極高，流量極大（最高流速超過6m/s，流量達(dá)100L/s以上），要求雨水井壁能承受雨水的高速?zèng)_刷，同時(shí)能迅速地把大量的雨水排到室外管網(wǎng)，一般的雨水井顯然不能滿足要求。

　　圖3　主航站樓屋面雨水溝剖面

　　針對(duì)航站樓虹吸排水系統(tǒng)的特點(diǎn)，專門設(shè)計(jì)了虹吸雨水井。雨水井平面凈空尺寸1800mm×1500mm，高度視管道埋深而定，采用鋼筋混凝土一次澆鑄而成，鑄鐵井蓋設(shè)有占總面積30%的泄壓孔，剖面見圖4。

　　圖4　虹吸排水接入井剖面

　　東、西兩側(cè)的連接樓及指廊屋面排水設(shè)計(jì)方面連接樓屋面2/3面積采用虹吸排水。另1/3面積由于屋面造型關(guān)系，集水溝設(shè)在2層，因集水溝標(biāo)高小

　　于5m，且有較多的立柱供雨水立管布置，無需采用虹吸排水，所以這部分的屋面排水采用傳統(tǒng)的重力排水。另外，4條指廊均采用了虹吸排水系統(tǒng)，指廊虹吸排水系統(tǒng)的出水管直接接到指廊與飛行區(qū)之間112m寬的鋼筋混凝土雨水溝內(nèi)，節(jié)省了大量造價(jià)昂貴的虹吸雨水井，也大大減少了室外雨水管線的埋設(shè)。東、西兩側(cè)其它的設(shè)計(jì)參數(shù)基本上與主樓一致，但規(guī)模比主樓小，這里不再贅述。

　　4　結(jié)語

　　虹吸排水系統(tǒng)經(jīng)歷了30多年的發(fā)展，其技術(shù)已相當(dāng)成熟，在世界上已廣泛使用，近年來在國內(nèi)也逐步推廣使用，并且已有很多成功的經(jīng)驗(yàn)。廣州新機(jī)場的建設(shè)已接近尾聲，已安裝的屋面虹吸排水系統(tǒng)也在正常運(yùn)行中。半年多來，該系統(tǒng)經(jīng)歷了廣州幾次較大暴雨的考驗(yàn)，各部分運(yùn)轉(zhuǎn)良好，是虹吸排水系統(tǒng)在大規(guī)模屋面排水中的又一次成功的運(yùn)用。由于本設(shè)計(jì)是在現(xiàn)行《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50015-2003）發(fā)布實(shí)施前完成的，部分設(shè)計(jì)參

　　數(shù)套用了舊規(guī)范，如暴雨重現(xiàn)期、排出管最高流速等參數(shù)均未達(dá)到現(xiàn)行規(guī)范的要求。因此要求設(shè)計(jì)人員在今后的設(shè)計(jì)中要有超前意識(shí)，在條件允許的情況下將設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)定高些，使設(shè)計(jì)在較長的時(shí)期內(nèi)都能保持先進(jìn)性。