虹吸雨排系統(tǒng)在商業(yè)綜合體種植屋面的應(yīng)用

侯永慧

（上海紅星美凱龍房地產(chǎn)集團(tuán)有限公司，上海市 201107）

0 引 言

種植屋面虹吸排水系統(tǒng)除了要具有屋面正常的排水功能外，還需要排出種植土中多余水分，保護(hù)植物根系的正常生長(zhǎng)。該系統(tǒng)主要由高分子防護(hù)排（蓄）水異型片自粘土工布、塑料虹吸排水槽、虹吸管、透氣觀察管、沉淀觀察井、雨水收集系統(tǒng)等組成。種植屋面由上到下的基本構(gòu)造層依次為：植被層、種植土、過濾層、排（蓄）水層、保護(hù)層、隔離層、耐根穿刺防水層、屋面[1]基本構(gòu)造層（包括普通防水層、找平層、找坡層、保溫層等）。

相比傳統(tǒng)排水方式，虹吸雨排系統(tǒng)具有雨水斗數(shù)量少、管徑小、橫管無坡度、立管少，且可靈活設(shè)置，排水速度快、效率高、無須地面管道排布等優(yōu)勢(shì)，由虹吸式雨水斗、管材（連接尾管、懸吊管、立管等）、管件、緊固系統(tǒng)和配件組成。系統(tǒng)示意圖見圖1。

圖1 種植頂板虹吸排水示意圖

1 項(xiàng)目概述

項(xiàng)目位于上海虹橋鎮(zhèn)，南起吳中路, 北至先鋒街，西抵虹井路，東臨紅星美凱龍家具賣場(chǎng)?？傆玫孛娣e67 299.6 m2,總建筑面積約41.4 萬m2，其中商業(yè)綜合體建筑高度43.05 m，由銷售商業(yè)、自持商業(yè)、餐飲、KTV 和影院等組成。本項(xiàng)目排水系統(tǒng)采用污、廢水合流，廚房排水單獨(dú)排放，室外雨、污分流，其中商業(yè)綜合體大屋面采用內(nèi)排水有組織虹吸式雨水系統(tǒng)。

2 設(shè)計(jì)關(guān)鍵要點(diǎn)

屋面總匯水面積8 695 m2，根據(jù)種植形式和匯水面積確定采用13 個(gè)虹吸系統(tǒng)42 個(gè)虹吸雨水斗并設(shè)置雨水收集系統(tǒng)。屋面[1]雨水設(shè)計(jì)重現(xiàn)期為10 a，并按照50 a 重觀期校核，通往地下室的車道出入口部分重現(xiàn)期為50 a。屋面徑流系數(shù)0.9，室外徑流系數(shù)取0.75，屋面設(shè)置溢流排水口，按照上海市暴雨強(qiáng)度公式：i=（9.45+6.7932 lg TE）/（t+5.54）0.6514（mm/h）進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。部分關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)做法見圖2。

圖2 部分關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)做法

2.1 屋面天溝

鋼筋混凝土天溝縱向坡度不小于1%，金屬天溝縱向坡度為0.5%。天溝與屋面交接處、雨水斗管道根部設(shè)置與屋面防水層材料相同或相容的防水附加層。屋面轉(zhuǎn)角處的防水附加層，每邊的寬度均不小于250 mm 且高于種植土100 mm。豎向穿過屋面的管道在結(jié)構(gòu)層內(nèi)預(yù)埋套管，套管高出種植土250 mm。

2.2 系統(tǒng)分層設(shè)計(jì)

透水路面由下到上依次為頂板、虹吸排水收集系統(tǒng)、素土夯實(shí)、60 厚中砂墊層、100 厚5～60 粒徑碎石墊層、30 厚0.3～5 中砂找平層。傳輸形植被草溝由下到上依次為頂板、虹吸排水收集系統(tǒng)、素土夯實(shí)、種植土、150 厚30～50 卵石。下凹式綠地由下到上依次為頂板、虹吸排水收集系統(tǒng)、素土夯實(shí)、人工填料層、過濾層、種植土層、滯水層，當(dāng)雨水斗位于綠地區(qū)時(shí)設(shè)置雨水觀察井并在周邊設(shè)置不小于300 mm 的卵石緩沖帶。

2.3 雨水收集

雨水收集系統(tǒng)采用自動(dòng)控制棄流裝置，總儲(chǔ)水有效容積為125 m3，初期棄流量采用2～3 mm 徑流厚度確定。處理工藝流程為：原水池→提升泵→混凝加藥→過濾罐→消毒→清水池→提升泵。

雨水進(jìn)行處理后，部分作為綠化澆灌、車庫(kù)和道路沖洗雜用水回用, 其他雨水直接排入室外雨水管網(wǎng)后進(jìn)入城市雨水管道。

3 材料選擇

虹吸系統(tǒng)包括雨水斗、管材管件、緊固系統(tǒng)等，所有材料必須采用同一家系統(tǒng)品牌，避免幾個(gè)品牌拼湊而成，給系統(tǒng)兼容性和穩(wěn)定性帶來隱患。

3.1 管材和管件

經(jīng)過充分對(duì)比論證，HDPE 管材和管件可以很好地抵抗酸雨腐蝕、氣蝕、負(fù)壓、泥沙磨損等問題，最適合使用于本項(xiàng)目。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)所使用的所有管材、管件等材料的材質(zhì)、規(guī)格、型號(hào)和性能（厚度、承壓、不圓度、耐紫外線）進(jìn)行全覆蓋質(zhì)量檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果均符合設(shè)計(jì)要求并應(yīng)附有出廠質(zhì)量合格證明文件。

3.2 虹吸雨水斗[2]

虹吸雨水斗是屋面雨水排放系統(tǒng)的始端，也是整個(gè)系統(tǒng)的核心之一，主要功能是將雨水整流導(dǎo)入排水系統(tǒng)。虹吸雨水斗由斗體、格柵罩、出水尾管、防水安裝片和反渦流裝置等組成。在雨水斗選擇時(shí)注意以下事項(xiàng)：

3.2.1 雨水斗選擇

充分考慮與各種不同屋面防水的完美搭接，在混凝土結(jié)構(gòu)瀝青防水處采用不銹鋼接觸片虹吸雨水斗，在混凝土結(jié)構(gòu)PVC、張拉膜等防水處采用帶用于屋面防水的不銹鋼法蘭虹吸雨水斗。另外，根據(jù)不同面積計(jì)算選用6～100 L 不同流量的雨水斗，在無法穿越樓板的特殊工況選用6 L/s 的同層排水雨水斗。

3.2.2 斗前水深

因?yàn)橹挥挟?dāng)斗前水深達(dá)到一定高度時(shí)，虹吸現(xiàn)象才會(huì)產(chǎn)生，所以雨水斗的斗前水深是衡量屋面虹吸雨排系統(tǒng)運(yùn)作效率和系統(tǒng)技術(shù)含量的重要參數(shù)。在保證排水量的前提下，斗前水深越小，屋面積水高度越小，小而穩(wěn)定的斗前水深可有效減少屋面的雨水積水量、減少負(fù)荷、降低屋面結(jié)構(gòu)造價(jià)、確保屋面安全、降低事故發(fā)生率。參照CECS 183：2015[3]技術(shù)規(guī)程，本項(xiàng)目斗前水深和尾管選擇見表1。

表1 斗前水深的選擇

3.2.3 斗罩

雨水斗斗罩具有反氣旋整流的作用，可以防止雨水系統(tǒng)入口的水流形成旋渦帶入空氣，影響虹吸的形成。斗罩反氣旋擋板能減少屋面負(fù)荷，保證虹吸效果，是虹吸形成非常關(guān)鍵的部件。本項(xiàng)目選用的鋁錳合金下沉式斗體可以在降雨初期快速形成虹吸流避免天溝積水。斗罩強(qiáng)度高、耐腐性強(qiáng)，可以抵抗酸雨的腐蝕，當(dāng)流量大時(shí)可以抵抗天溝水流的沖擊、防止施工過程的破壞。

3.2.4 格柵

雨水斗格柵可以整流、加強(qiáng)虹吸效果并能同時(shí)攔阻污物保護(hù)管路。所以格柵間隙大小非常關(guān)鍵。格柵間隙、設(shè)置方式等均經(jīng)過水力研究、優(yōu)化，使之達(dá)到最好的排水效果，能做到減少天溝垃圾堆積的同時(shí)保證進(jìn)入系統(tǒng)的垃圾都能被水流帶走，避免管道堵塞。

3.2.5 配件

特殊的環(huán)境采用溢流裝置、消音裝置、承重裝置等多種雨水斗配件。12/25 L 的雨水斗選配成品的安裝便捷溢流裝置（安裝時(shí)無須抬高屋面，只需直接替換雨水斗罩蓋即可）。音樂廳、影院、會(huì)議廳等特殊區(qū)域選用有效降低水流噪音的靜音裝置。在承重要求高的部分選配300 kg 或1 500 kg 承重裝置。

3.3 緊固系統(tǒng)

虹吸雨排系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)水流速度快、沖擊力大，需要良好的緊固系統(tǒng)來確保其正常工作。緊固系統(tǒng)由方鋼、C 型鋼、連接件、導(dǎo)向和錨固管卡等部件組成。針對(duì)不同管徑選用不同的支撐材料， 其中De40-De200 的管道采用30×30×2 mm 優(yōu)質(zhì)方鋼，De250-De315 的管道采用62×41×2.5 mm 優(yōu)質(zhì)多孔C 型鋼。緊固系統(tǒng)采用“魯班鎖”工藝預(yù)裝，安裝便捷、高效，可以有效地節(jié)省安裝時(shí)間和人工成本。200 mm 以上立管固定管卡采用可以吸收形變的特殊雙法蘭襯管配件，保證立管與水平懸吊管安裝穩(wěn)固、運(yùn)行安全?？纱_保在-20～40℃系統(tǒng)管道無形變。采用不易銹蝕的雙層內(nèi)外熱鍍鋅管卡，可以完全承受管道滿水時(shí)的重量，有效抵抗管道熱脹冷縮產(chǎn)生的應(yīng)力，延長(zhǎng)使用壽命。

4 施工關(guān)鍵要點(diǎn)

4.1 雨水斗安裝

雨水斗位置、斗前深度、溢流口或溢流管道系統(tǒng)位置要與設(shè)計(jì)一致。雨水斗、溢流口處的屋面防水與雨水斗底盤搭接穩(wěn)定、牢靠。雨水斗安裝時(shí)，將附加層防水卷材鋪貼在雨水斗四周，用螺栓固定壓板，再用防水密封膏封邊。雨水斗安裝完成后，確認(rèn)管道暢通、清除流入管內(nèi)的密封膏后再安裝防葉罩和空氣擋板等部件。雨水斗的成品清掃到位，不能內(nèi)存混凝土渣導(dǎo)致排水不暢。

4.2 管道安裝

管道切割采用切割機(jī)垂直切割。懸吊的水平管采用電熔連接，且與固定件配合安裝。管材和管件連接采用熱熔對(duì)焊連接、電熔連接或電熔管箍連接，管道與雨水斗的連接采用電熔連接，嚴(yán)禁熱熔連接不嚴(yán)密，管道滲漏。懸吊管可無坡度敷設(shè)，但不得倒坡。管道不得穿過變形縫、煙風(fēng)道。穿越樓板、管道井或防火墻時(shí)，應(yīng)設(shè)置阻火圈（帶）。管道和管件安裝詳圖見圖3。

4.3 固定件安裝

由于虹吸雨排出水水壓較大，管道支吊架應(yīng)固定在承重結(jié)構(gòu)上，埋設(shè)牢靠。其中，立管錨固管卡間距不應(yīng)大于5 m，導(dǎo)向管卡間距不大于15 倍管徑。管道端部和末端、雨水斗與立管之間懸吊管長(zhǎng)度超過1 m 時(shí)應(yīng)設(shè)置錨固管卡。采用HDPE 管外錨固技術(shù)，電焊圈吸收40℃溫差帶來的管道軸向形變，系統(tǒng)不被破壞，避免采用機(jī)械管卡。在雨水立管的底部彎管處設(shè)雙吊桿或支墩等固定措施。懸吊管的吊桿、錨固管卡、導(dǎo)向管卡間距見表2。

圖3 管道和管件安裝詳圖

表2 懸吊管管卡最大間距

5 驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)要點(diǎn)

驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)要點(diǎn)包括屋面檢查、雨水斗檢查、溢流檢查、管道安裝情況檢查、緊固系統(tǒng)檢查等。屋面、天溝和虹吸雨水斗內(nèi)應(yīng)清理干凈，不得留有任何雜物。溢流口或溢流管道系統(tǒng)的設(shè)置和施工應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。雨水斗周圍屋面滲漏檢查結(jié)合屋面蓄水或淋水試驗(yàn)進(jìn)行。雨水立管和水平干管均做通水試驗(yàn)，排水暢通無堵塞。室內(nèi)雨水管道根據(jù)管材和建筑高度選擇整段或分段進(jìn)行灌水試驗(yàn)，灌水高度達(dá)到每根立管上部雨水斗口持續(xù)1 h，觀察管道和連接處無滲漏，通水通球試驗(yàn)合格。

6 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，種植屋面虹吸雨排系統(tǒng)將種植屋面上的透水路面、下凹綠地、植被草溝、植被緩沖帶等部位的水零坡度有組織地排出并收集，實(shí)現(xiàn)“滲、滯、蓄、凈、用、排”，滿足綠色節(jié)能建筑標(biāo)準(zhǔn)，并將在未來的項(xiàng)目建設(shè)中發(fā)揮其越來越不可替代的作用。