CN114164908A - 一种地下室防止暴雨倒灌的排水管道系统 - Google Patents

Abstract

一种地下室防止暴雨倒灌的排水管道系统，包括排水泵和止回阀，所述的排水泵置于集水坑中，排水泵的出水口经泵后排水管与止回阀进口相连通，止回阀出口与闸阀进口相连通，闸阀出口与阀后排水管进口相连通，阀后排水管出口穿过建筑物底层室内地坪，伸出外墙并与置于排水管道最高处的虹吸消除器进口相连通，虹吸消除器出口经器后排水管与市政排水窨井相连通。此外，本发明还提供了适用于人口密集地下室的紧急排水系统。本发明结构简单，设计科学合理，无论发生任何意外事件，包括止回阀被卡住，闸阀常开，甚至排水管突然破裂，室外的积水也不会倒灌入地下室，有效防止暴雨倒灌进入地下室，有巨大的社会和经济效益。

Description

一种地下室防止暴雨倒灌的排水管道系统

技术领域

本发明涉及城市暴雨时建筑物地下设施的防淹设备，特别是一种地下室防止暴雨倒灌的排水管道系统。

背景技术

2021年7月20日，郑州市突降暴雨，部分区域地面积水达1米以上，道路上许多汽车被淹，地铁和交通隧道进水，一些建筑物的地下室被淹没，损失惨重。暴雨后如何尽快排水是暴雨后重建的首要任务。

现有的地下车库、地下仓库、地铁、通行隧道、地下商场、地下配电站、防空洞以及民用建筑的地下室等地下建筑，都存在被暴雨淹没的隐患，其原因有：1、地下室进出口通道没有挡水设备；2、地下室空调管道进出口距室外地面高度不够；3、电缆沟与地下室连接处未加密封或提升；4、进入地下室的上水管道、阀门破裂或误操作未及时发现；5、地下室排水管道的雨水倒灌等。

针对地下室排水管道的雨水倒灌的问题，目前，地下室的排水系统是把积水直接排到室外的下水道窨井中。积水坑中的积水经排水泵抽吸加压后，经止回阀、闸阀和排水管，进入市政排水窨井。当城市暴雨时，如果止回阀被卡住而失效，而闸阀常开，排水泵未开启，则室外暴雨积水就可能经由排水管、闸阀、止回阀倒灌进入地下室，地下室将被淹没，后果很严重，因此，对地下建筑的排水系统进一步的改进和创新势在必行。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种地下室防止暴雨倒灌的排水管道系统，可有效排除现有地下建筑排水系统存在的安全隐患，解决雨水倒灌的问题。

为实现上述目的，本发明解决的技术方案是，一种地下室防止暴雨倒灌的排水管道系统，包括排水泵和止回阀，所述的排水泵置于集水坑中，排水泵的出水口经泵后排水管与止回阀进口相连通，止回阀出口与闸阀进口相连通，闸阀出口与阀后排水管进口相连通，阀后排水管出口穿过建筑物底层室内地坪，伸出外墙并与置于排水管道最高处的虹吸消除器进口相连通，虹吸消除器出口经器后排水管与市政排水窨井相连通。

以上实施例中的排水系统适用于气温高于0℃的地区。若将以上系统略加改动，则新排水系统（即另一实施例）可适用于气温低于0℃的地区，其要诀是裸露在大气中的管道和器材在冬季，内部无水而有气，因而不会结冰。

此外，本发明还提供了适用于人口密集地下室的紧急排水系统。

本发明结构简单，设计科学合理，无论发生任何意外事件，包括止回阀被卡住，闸阀常开，甚至排水管突然破裂，室外的积水也不会倒灌入地下室，有效防止暴雨倒灌进入地下室，有巨大的社会和经济效益。

附图说明

图1 目前地下室的排水系统立面示意图（剖开）；

图2 是本发明实施例气温高于0℃地区的排水系统立面示意图（剖开）；

图3 是本发明实施例气温低于0℃地区的排水系统立面示意图（剖开）；

图4 是本发明图3中局部管路放大示意图（剖开）；

图5 是本发明虹吸消除器立面示意图（剖开）；

图6 是本发明人口密集地下室额外增设的紧急排水系统立面示意图（刨开）；

图7 是本发明建筑物底层外墙加固立面示意图（刨开）；

本发明中，图上各元素采用分层次的命名法，其规则是：本发明中排水系统的元素直接编号；若某元素有次生元素，则在其编号后加注次生序号；原有建筑物、构筑物，在编号前加0；原有排水系统中的元素，若在本发明中构造功能未变，则编号也不变；若已改变则在其编号前加00，各部件的附图标记具体如下：

1— 排水泵

2— 泵后排水管

3— 止回阀

4— 闸阀

5— 阀后排水管 005—原有排水系统阀后排水管

6— 虹吸消除器 61—进水口

62—通气孔

63—顶盖

64—外壳

65—器内允许最高水位

66—器内水流通道

67—出水口

68—旁通支管

7— 器后排水管

8— 冬开闸阀 81—冬用排水管

82—左三通

83—闸井

84—右三通

9— 冬关闸阀

10— 紧急排水轴流泵 101—立式电动机

11— 紧急排水管 111—紧急排水口

01— 建筑物底层室内地坪

02— 地下室

03— 地下室室内地坪

04— 集水坑

05— 地下室外墙

06— 建筑物外墙 061—加固用钢筋砼填充体

062—砖砌外模竖墙

063—砖砌外模平底

07— 暴雨最高水位

08— 室外地坪

09— 市政排水窨井。

具体实施方式

以下结合附图和具体情况对本发明的具体实施方式作详细说明。

图1是原有排水系统的示意图，位于地下室室内地坪03之下的集水坑04中的积水，由排水泵1加压后，经止回阀3、闸阀4、原有排水系统阀后排水管005，进入市政排水窨井09。

在原有排水系统中，如果止回阀3卡住或室内管道破裂，室外暴雨很容易大量倒灌入地下室02。即使不发生暴雨，如果市政排水管道发生了堵塞，市政排水窨井09的水位上升到原有排水系统中阀后排水管005的出水管口以上，也可能会发生污水倒灌入地下室02的事故。

原有排水系统的管道都在室内或者室外地坪08之下，不存在冬季防冻问题，本发明注意到这一优点，并在图3中采取了相应技术措施。

图2给出了本发明一种地下室防止暴雨倒灌的排水管道系统，包括排水泵1和止回阀3，所述的排水泵1置于集水坑04中，排水泵1的出水口经泵后排水管2与止回阀3进口相连通，止回阀3出口与闸阀4进口相连通，闸阀4出口与阀后排水管5进口相连通，阀后排水管5出口穿过建筑物底层室内地坪01，伸出建筑物外墙06并与置于排水管道最高处的虹吸消除器6进口相连通，虹吸消除器6出口经器后排水管7与市政排水窨井09相连通，闸阀4平时全开，仅在排水泵1检修时关闭。

本发明的核心机理是阀后排水管5最高处的管内底高程必须高于室外暴雨最高水位07，并有最小安全余量0.5m。但这只是必要条件，而非充分条件。

只有同时满足另一必要条件，即设置虹吸消除器6而使整体排水管不可能产生虹吸现象，才构成充分条件。这时室外暴雨才不可能经由排水管而倒灌入地下室02。

虹吸消除器6的核心技术是它的上部具有数量足够的进气孔洞，阻断了虹吸作用的本初条件。

虹吸消除器6位于排水管道的最高处，它的高程至少高出暴雨最高水位07之上0.5m。暴雨出现之时，虹吸消除器6把排水管分成相互隔绝的前后两段，室外的水不会倒灌进入地下室02。

如果不设置虹吸消除器6，由于暴雨最高水位07高于集水坑04的水位，且排水泵1在运行时已使整个排水管道充满了水，所以当排水泵1停止运行时，而此时止回阀3意外被卡住，而闸阀4常开，室外的暴雨就可能顺着排水管道倒灌入地下室02，后果十分严重。此时整体排水管道变成了虹吸管，如果此时室内的排水管道又发生了破裂，地下室02就会更快被淹没。

设置了虹吸消除器6之后，室外的水绝对不会进入地下室02，即使止回阀3被卡住，甚至室内排水管道意外破裂，最多也只是位于地下室02内的排水管道中的有限的存水进入地下室02，其危害极其轻微，可忽略不计。

图2所示的排水系统中，其阀后排水管5的最高水平管段、虹吸消除器6和器后排水管7的竖直段，都处于室外大气中，加上排水是时断时续地进行，在冬季有可能产生冰冻，损坏设备，影响使用。故该实施例中系统仅适用于气温高于0℃的地区。

如图3所示，当本发明应用于气温低于0℃地区时，采取了如下技术措施，防止室外管道和器材被冻坏：即在图1所示的结构系统中，增设冬开闸阀8及冬用排水管81将阀后排水管5与器后排水管7的水平管段连通；并在阀后排水管5上增设冬开闸阀9。在冬季，开启冬开闸阀8，关闭冬开闸阀9，让排水绕过阀后排水管5的后半段、虹吸消除器6和器后排水管7的竖直管段，即排水泵1的排水，仅经由泵后排水管2、止回阀3、闸阀4、阀后排水管5的前半段、冬用排水管81、冬开闸阀8、器后排水管7的水平管段，到达市政排水窨井09。在气温低于0℃运行方式中，器后排水管7的最高处水平管段，虹吸消除器6和器后排水管7的竖直管段，虽仍处于室外大气中，但它们内部却无水有气，因此不会接结冰。

冬季不可能下暴雨，因此，不必担心暴雨倒灌入地下室02。若市政排水管道堵塞，市政排水窨井09中水位升高，而此时地下室02内的排水管2破裂，止回阀3卡住等意外事件发生了，可关闭冬开闸阀8进行检修。在春夏秋三季（气温高于0℃）运行时，开启冬开闸阀9，关闭冬开闸阀8，按图1流程进行。

图4是图5中冬开闸阀8附近管道的放大图。阀后排水管5上装有冬关闸阀9，冬关闸阀9和闸阀4之间的阀后排水管5上经左三通82与冬用排水管81相连通，冬用排水管81穿过地下室外墙05与器后排水管7的水平管段连通，位于地下室外墙05外的冬用排水管81上装有冬开闸阀8，冬开闸阀8左侧的冬用排水管8与阀后排水管5以左三通82连通，冬开闸阀8右侧则以右三通84与器后排水管7的水平管段连通。冬开闸阀8的闸井83于室外地下，紧贴地下室外墙05。

图2所示的排水管道系统，比图3所示的排水管道系统简明，两者各有长短。

如图5所示，虹吸消除器6包括空心的外壳64，外壳64侧面设有相连通的旁通支管68，旁通支管68的进水口61与阀后排水管5相连通，外壳64的底部为出水口67，与器后排水管7相连通；外壳64的顶部有顶盖63，其下方的外壳64的圆筒壁上，设有多排通气孔62，呈均匀交错排列；多排通气孔62的最下排通气孔62的孔口下沿高程高出进水口61的管内顶高程100-150mm，虹吸消除器6的外壳64，类似于给水管道中常用的顺水三通，而实际构造功能完全不同，虹吸消除器6为铸铁制造或钢管焊接而成，其进出管口形式，可以是法兰盘，也可以是承插口，或内管螺纹，外管螺纹。地下室02的排水从进水口61进入，经器内过水管道66，从出水口67排出。虹吸消除器6的各部位尺寸，包括厚度在内，都只和其管径有关，因此可以由工厂批量制作各种管径的虹吸消除器6，供用户选用，从而大幅度降低生产成本。虹吸消除器6的外壳64上部，临近盖顶63之下的圆筒周边上，有许多钻孔，呈多排均匀交错排列，即通风孔62。室外大气从通气孔62进入外壳64，消除排水管道产生虹吸作用的可能性，通气孔62的直径为φ15，通气孔62的总和面积等于进水口61横截面积的5％--10％，已达到充分近期效果。排水管道最高处的虹吸消除器6的进水口61的管内底高程与阀后排水管5最高处的管内底高程齐平；并高于室外暴雨最高水位07,且有最小安全余量0.5m；阀后排水管5最高处的管内底高程高于室外地坪08加上器后排水管7的最大管阻；以防虹吸消除器6向外溢水。虹吸消除器6内的器内允许最高水位65在最下一排排气孔62之下100—150mm，并与进水口61的管内顶齐平以保证正常运行时器内的水不会从通气孔62中溢出，保证室外地坪8的整洁。

要达到这项要求，必须使器后排水管7中的最大水阻不要超过器内最高允许水位65与室外地坪08之高差。为此应根据器后排水管7的长度正确选择其管径，以使其管中的流速不要过高。通常情况下，这项要求很容易实现。举例说明如下；假设室外地坪08之高程为0，阀后排水管道5最高处的管内顶高程，也就是虹吸消除器6的进水口61的管内顶高程为1.5m，器后排水管7的总长度为30m，管径为φ150，管内水流速为经济流速0.85m/s，其水力坡度i=9.59‰，流量为14.75L/S，（53.1m³/h或1.275m³/d），则其沿途水阻为30×0.00959=0.29m局部阻力系数为3（一个90°弯头，一个出口），局部阻力为0.85²÷（2×9.81）×3=0.11m器后排水管总水阻为0.29+0.11=0.4＜1.5m。由此可知，此例中正常排水时，器后排水管7的竖直段中，只有0.4m是满水流状态，其余1.1m垂直管段中是“非满管”流动状态，（水流沿管内壁向下流动而管中央无水）。由此例得知，通常情况下，有关虹吸消除器6中的器内最高允许水位65不得超过其进水口61的管内顶高程的要求完全能够满足。至于暴雨时期，排水孔62完全可以向外溢水，此时已不必考虑室外卫生整洁了。

图6适用于人口密集地下室的救急排水，包括地铁、通行隧道、地下商城、防空洞等。前述图1、图2的实施例中的地下室排水仅指土建结构的渗水、洗汽车水、生活粪便污水和少量的科研、商业、工业用水,而人口密集地下室的排水则要额外考虑暴雨时或水库崩溃，河流漫堤，大口径水管爆裂时从其进出口、通风口处意外灌入的大量水流，必须用大功率轴流泵尽快排水，疏散人群，封堵灌水洞口。紧急排水设备的费用与其社会效益相比，极其微小。要像对待消防设备一样，加以重视，不因其使用频率极低而大意。

紧急排水轴流泵10与立式电动机101相连，紧急排水轴流泵10进水口位于集水坑04中，紧急排水轴流泵10出水口与紧急排水管11进口相连通，紧急排水管11的出水口穿过建筑物外墙06向室外地坪08排水。立式电动机101带动紧急排水轴流泵10其口径可能达到φ800-φ1000，从集水坑04中抽水，经紧急排水管11，从紧急排水口111把水排至室外地坪08，其紧急排水口111的管内底至少高出暴雨最高水位07之上0.5m。本系统中绝对不用止回阀3、闸阀4、虹吸消除器6。应购置柴油发电设备,以确保安全。紧急排水轴流泵10可以是一台或者多台，它的排水能力，应保证在最大倒灌水量的情况下，在1小时之内，地下室室内地坪03之上的积水深度不超过0.4m，以便人口密集的地下室中的全部人员得以疏散到室外。

图7所示为有暴雨地区建筑物底层外墙06的加固示意图。当采取了本发明的防止暴雨倒灌的排水管道系统后，暴雨被阻挡在建筑物地下室02之外，这时建筑物底层外墙06的加固课题就需要进一步考虑。诚然地下室外墙05均按挡土墙设计，为钢筋砼结构，即使出现暴雨，也无须另行加固。但建筑物的底层外墙06则完全不同，高层建筑均为框架结构，其外墙06是泡沫砼砌体填充墙。既不能承重，更不能挡水，所以，若暴雨最高水位07超过了建筑物底层室内地坪01，则可以按图4所示的方案予以加固外墙06。砌筑砖砌外模竖墙062，与建筑物外墙06之间的加固用钢筋砼填充体061，其厚度和配筋由实际需要决定，顶面为30^o斜坡，砖墙外模竖墙062的顶面与暴雨最高水位07齐平，砖砌外模平底063在室外地坪08之下约0.4m—0.5m。如郑州有一座岸边水泵房，其运转层±0.00以下为钢筋砼结构，其上为砖砌体墙，厚度240mm。运转层±0.00以上约4m为百年一遇最高水位。为了防止洪水进入水泵房，专门设计了钢结构防洪门、防洪窗，其单件强度足够，但忽略了砖墙的加固，从而造成了更大的墙倒屋塌隐患，所幸该泵房建成后数十年未遇洪水，2021年7月暴雨时，早已停用，其防洪门，防洪窗处于开启状态，故泵房虽被淹没，但未倒塌，应引以为戒。

如果暴雨最高水位07仅超过建筑物底层室内地坪0.3m以下，且建筑物底层外墙是实心砖砌体，厚度超过240mm，则外墙不必加固。

本发明所述地下室排水包括土建结构的渗漏水、洗汽车水、生活粪便污水和少量的科研、商业及工业排水等。

本发明设计科学合理，地下室内的排水管先升高至暴雨最高水位以上，再向下排至市政排水窨井。在排水管最高处安置虹吸消除器，即使地下室的排水管意外破裂或止回阀卡住，闸阀常开，室外暴雨水也不会顺着排水管倒灌入地下室，当停泵时，空气立即进入排水管道顶部，阻断了水流通路。本发明适用面广，可适用于地下车库、地下仓库、地铁、通行隧道、地下商场、防空洞以及民用地下室，工程建造费用低廉，易于推广应用，有巨大的社会和经济效益。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语 “上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接， 或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

Claims (6)

1.一种适用于地下室防止暴雨倒灌的排水管道系统，包括排水泵（1）和止回阀（3），其特征在于，所述的排水泵（1）置于集水坑（04）中，排水泵（1）的出水口经泵后排水管（2）与止回阀（3）进口相连通，止回阀（3）出口与闸阀（4）进口相连通，闸阀（4）出口与阀后排水管（5）进口相连通，阀后排水管（5）穿过建筑物底层室内地坪（01），伸出建筑物外墙（06）并与置于排水管道最高处的虹吸消除器（6）进口相连通，虹吸消除器（6）出口经器后排水管（7）与市政排水窨井（09）的进口相连通。

2.根据权利要求1所述的适用于地下室防止暴雨倒灌的排水管道系统，其特征在于，阀后排水管（5）上装有冬关闸阀（9），冬关闸阀（9）和闸阀（4）之间的阀后排水管（5）上经左三通（82）与冬用排水管（81）相连通，冬用排水管（81）穿过地下室外墙（05）与器后排水管（7）的水平管段连通，位于地下室外墙（05）外的冬用排水管（81）上装有冬开闸阀（8），在气温低于0℃时，开启冬开闸阀(8)，关闭冬关闸阀(9)，排水绕过阀后排水管(5)的后半管段、虹吸消除器（6）和器后排水管(7)的竖直管段，使处于室外大气中的管道和器材的内部，无水有气，不会结冰;在气温高于0℃时，开启冬关闸阀(9)，关闭冬关闸阀(8)，其排水流程与权利要求1所述完全相同。

3.根据权利要求1所述的地下室防止暴雨倒灌的排水系统，其特征在于，所述排水管道最高处的虹吸消除器(6)的进水口(61)的管内底高程与阀后排水管(5)最高处的管内底高程齐平;并高于室外暴雨最高水位(07),且有最小安全余量0.5m；阀后排水管（5）最高处的管内底高程高于室外地坪（08）加上器后排水管（7）的最大管阻；以防虹吸消除器（6）向外溢水。

4.根据权利要求1所述的地下室防止暴雨倒灌的排水管道系统，其特征在于，所述的虹吸消除器（6）包括空心的外壳（64），外壳（64）侧面设有相连通的旁通支管（68），旁通支管（68）的进水口（61）与阀后排水管（5）相连通，外壳（64）的底部为出水口（67），与器后排水管（7）相连通；外壳（64）的顶部有顶盖（63），其下方的外壳（64）的圆筒壁上，设有多排通气孔（62），呈均匀交错排列；通气孔（62）的全部截面总和等于进水口（61）横截面面积的5％—10％；多排通气孔(62)的最下排通气孔(62)的孔口下沿高程高出进水口（61）的管内顶高程100-150mm。

5.权利要求1所述的地下室防止暴雨倒灌的排水管道系统，包抬紧急排水轴流泵（10）和紧急排水管(11), 其特征在于，紧急排水轴流泵(10)与立式电动机(101)相连，紧急排水轴流泵(10)进水口位于集水坑(04)中，紧急排水轴流泵(10)出水口与紧急排水管(11)进口相连通，紧急排水管(11)的出水口穿过建筑物外墙（06）向室外地坪(08)排水，立式电动机(101)带动紧急排水轴流泵(10)，从集水坑(04)中抽水，经紧急排水管(11)、紧急排水口（111）向室外地坪(08)排水。

6.根据权利要求5所述的地下室防止暴雨倒灌的排水管道系统，其特征在于，紧急排水口(111)管内底高程至少高出暴雨最高水位(07)之上0.5m，紧急排水轴流泵(10)至少设有1台，其排水能力保证在最大倒灌流量下，在1小时之内，地下室室内地坪(03)之上的积水深度不超过0.4m。

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