特大型屋面與地面雨水收集系統(tǒng)的應(yīng)用分析

陳篩，張楠祥，馬宇希，吳洪波，高超

（中國建筑第二工程局有限公司華南分公司，廣東 深圳 518000）

1 工程概述

某大型建筑屋面與地面設(shè)置的雨水收集系統(tǒng)，總有效儲水容積高達(dá)1000 m3，共分為6個(gè)儲水池，1#、2#儲水池設(shè)置于停車場為承重池，3#、4#設(shè)置于建筑綠地下，5#、6#設(shè)置于花架下。雨水收集流程如圖1所示，通過該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)水資源的循環(huán)利用，并且在地下陰涼、黑暗的環(huán)境下，水中微生物可以得到充分抑制，使用雨水資源時(shí)利用水泵將其抽到各使用地點(diǎn)即可[1]。

圖1 雨水收集流程圖

2 特大型屋面與地面雨水收集系統(tǒng)的概述

雨水收集系統(tǒng)按照類型可以將其分為屋面雨水收集系統(tǒng)和地面雨水收集系統(tǒng)，也可以將公園、小區(qū)等雨水收集系統(tǒng)與城市雨水管道相結(jié)合，形成大型雨水調(diào)蓄池系統(tǒng)。對于特大型建筑物而言，屋面、地面雨水收集系統(tǒng)較為合適，此類污水污染程度輕、水硬度不高、含鹽量較少，尤其是屋面雨水，基本上無須軟化便可以將其用于沖洗廁所、澆灌綠化等，能夠緩解城市用水緊張，減少城市給排水管網(wǎng)運(yùn)行負(fù)荷。

在該工程項(xiàng)目中，屋面、地面雨水收集系統(tǒng)主要由屋面地面雨水收集、氣流、儲存、水質(zhì)處理以及雨水回用系統(tǒng)構(gòu)成。收集到的雨水資源流經(jīng)棄流系統(tǒng)通過管道輸送到儲水設(shè)備當(dāng)中，回收系統(tǒng)將雨水收集處理后進(jìn)行存儲?？傮w來說，因?yàn)橛晁拇鎯Ψ绞郊白罱K用途不同，會(huì)衍生出各種工藝流程，核心內(nèi)容在棄流、儲存以及水質(zhì)處理這3部分。

2.1 雨水棄流過濾方式

針對特大型屋面、地面雨水回收系統(tǒng)而言，分流井與棄流過濾設(shè)施是該系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)設(shè)施。工作人員需要結(jié)合該項(xiàng)目所處區(qū)域的降水特征、徑流特征完善棄流過濾方式。最常見的棄流過濾方式為流量型雨水初期棄流裝置，其具有運(yùn)行原理清晰、結(jié)構(gòu)簡單、可操作性強(qiáng)的特點(diǎn)。

2.2 雨水蓄水池形式

作為雨水回收系統(tǒng)的重要構(gòu)成部分，蓄水池的應(yīng)用直接影響到建筑工程項(xiàng)目造價(jià)、工藝等。目前，我國常見的建筑雨水蓄水池形式有拼裝式塑料水箱、根據(jù)建筑主體結(jié)構(gòu)設(shè)置的鋼筋混凝土水池、玻璃鋼水箱等。其中，鋼筋混凝土水池比較適用于大型建筑屋面，其能夠與地下室等結(jié)構(gòu)結(jié)合，對整個(gè)建筑空間進(jìn)行優(yōu)化，但要注意雨水溢流等問題。拼裝式塑料水箱是近些年來發(fā)展較快的一種水箱形式，其具有拼裝靈活、施工方便等優(yōu)點(diǎn)，因此，在不少建筑雨水回收系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用，本文所述項(xiàng)目也是采用這一蓄水池形式。玻璃鋼水箱主要應(yīng)用于小型雨水回收工程，如疊墅、別墅等建筑，可以直接將水箱放置于地面，收集建筑物屋面及地面雨水，將其用于綠化澆灌等工作，直接簡化雨水收集系統(tǒng)。

2.3 雨水處理工藝

雨水中主要存在的污染物有懸浮物（SS）、化學(xué)耗氧量（CODcr），工作人員在選擇處理工藝時(shí)需要結(jié)合雨水用途以及水質(zhì)要求進(jìn)行選擇，總的來說，雨水處理要滿足表1中的標(biāo)準(zhǔn)。

表1 雨水回收處理標(biāo)準(zhǔn)

通常情況下，在雨水回收處理過程中需要采用初期棄流→沉淀→過濾→消毒這一工藝。

需要注意的是，因?yàn)橛晁牟痪庑蕴攸c(diǎn)，有關(guān)消毒環(huán)節(jié)要予以保留，并對后期長期滯留的雨水要采取相應(yīng)處理[2]。若收集到的雨水僅用于綠化澆灑工作，對水質(zhì)無特殊要求，可以直接省略過濾環(huán)節(jié)，采用滴灌或噴灌方式直接應(yīng)用。

3 特大型屋面與地面雨水收集系統(tǒng)的應(yīng)用難點(diǎn)

在本項(xiàng)目屋面及地面雨水收集系統(tǒng)中，蓄水池主要由雨水箱與防滲膜拼裝構(gòu)成，且要使用土工布外裹。結(jié)合項(xiàng)目需求，防滲膜選用HDPE材料，膜體厚度不宜低于1.0 mm。防滲膜間隙的密封性以及雨水收集箱的拼裝作為工程施工難點(diǎn)，要保障其后期應(yīng)用過程中完全不透水，工作人員需要做好以下幾點(diǎn)工作。

3.1 提高防滲膜間隙的密封性

接縫長期完整性是選擇防滲膜的重要衡量標(biāo)準(zhǔn)，此外，要提高防滲間隙的密封性，需做好以下工作：（1）工作人員需結(jié)合防滲膜應(yīng)用特點(diǎn)，選擇合適的焊接技術(shù)，以保障防滲膜間隙的密封性。（2）在鋪裝防滲膜之前，要事先處理好屋面或地面，保證鋪裝表面夯實(shí)、平整，無任何尖銳物體[3]。在鋪設(shè)土工布與防滲膜時(shí)，應(yīng)先平整鋪設(shè)1層土工布，而后鋪設(shè)1層防滲膜。（3）所有防滲膜密封處都要做好非破壞性密封測試，測試合格后才能夠開展后續(xù)安裝工作。

3.2 雨水收集箱的拼裝

塑料雨水拼裝蓄水池在國外應(yīng)用較為廣泛，在我國處于起步階段。本文采用的Q-Bic雨水箱在德國與法國工程中較為常見，安裝人員需結(jié)合該建筑屋面、地面實(shí)際情況，事先計(jì)算可收集雨水量以及儲水池容積，以此確定雨水箱規(guī)格型號，規(guī)劃雨水箱形狀，為后期拼裝工作的順利開展奠定基礎(chǔ)。在此過程中可以積極引進(jìn)BIM技術(shù)，事先構(gòu)建雨水收集箱拼裝模型，為后期拼裝進(jìn)行指導(dǎo)。收集雨水量計(jì)算公式為：

式中，W為硬化面雨水設(shè)計(jì)徑流總量，m3；ψc為硬化面雨量徑流系數(shù)；hy為最大降雨量，mm；F為硬化面匯水面積，hm2。

儲水池容積計(jì)算：

式中，Q為回用水總量，m3；qi為第i個(gè)用戶日用水定額，m3/d；ni為第i個(gè)用戶（用戶數(shù)量）；t為用水時(shí)間，d。

4 特大型屋面與地面雨水收集系統(tǒng)的實(shí)踐

4.1 系統(tǒng)流程

有關(guān)特大型屋面與地面雨水收集系統(tǒng)建設(shè)流程為：溝槽開挖→安裝雨水收集池（防滲膜安裝、土工布安裝、雨水收集單元拼接）→回土→實(shí)驗(yàn)驗(yàn)收組成。

4.2 施工工藝

4.2.1 溝槽施工

溝槽開挖：工作人員需要根據(jù)施工圖紙對過濾井、雨水收集箱以及水泥泵井等具體位置預(yù)挖溝槽。結(jié)合本項(xiàng)目來看：（1）有關(guān)雨水收集箱的預(yù)挖鋪設(shè)深度為箱體高度+覆土高度+0.3 m，在此需要注意的是不同收集系統(tǒng)的覆土高度有所不同。此外，雨水收集箱側(cè)面與土方墻體或土方最小距離要大于0.5 m，以保障施工通道順暢運(yùn)行。為防止后續(xù)安裝活動(dòng)中地基崩塌，處于收集箱上方的土方可以挖成倒錐形。（2）管道預(yù)挖鋪設(shè)深度應(yīng)為管道直徑+覆土高度+0.3 m，此外，還需要在管道溝底部按照外徑各增加0.3 m，以便管道后期連接、夯實(shí)等工作能夠順利開展。（3）針對過濾井以及水泥泵井溝槽，其預(yù)挖深度應(yīng)為過濾井及水泥泵井高度+0.3 m，需要注意的是溝槽底部直徑要根據(jù)過濾井以及水泥泵井規(guī)格確定，在本項(xiàng)目中，方形水泥泵井長×寬為3.0 m×3.0 m，過濾井直徑為2.0 m。

溝槽地基處理：為加強(qiáng)雨水存儲系統(tǒng)周邊地基的堅(jiān)硬度及防滲能力，工作人員需要應(yīng)用白灰或水泥對其進(jìn)行處理，在夯實(shí)地基后開展整平工作，隨后在地基上方鋪設(shè)厚度為0.1 m的砂墊層。若為軟土地基，槽底低于地下水水位時(shí)需要鋪設(shè)厚度不小于0.15 m的碎石，碎石規(guī)格均要滿足5～20 mm。若施工人員在開挖過程中發(fā)現(xiàn)挖掘出來的材料為粗砂，并且規(guī)格粒徑不超過20 mm時(shí)，可適當(dāng)將其用于地基處理。

4.2.2 雨水收集箱的安裝

防滲膜與土工布的鋪設(shè)：在鋪設(shè)防滲膜與土工布時(shí)，首先，要確保鋪設(shè)土方以及溝槽砂墊層平衡，每塊土工布接縫處至少要有30 cm的交疊部位，隨后在土工布上方平整鋪設(shè)HDPE防滲膜。本次防滲膜焊接設(shè)備選用楔焊機(jī)，運(yùn)用雙規(guī)熱熔焊接法保障各防滲膜焊接有效。工作人員要根據(jù)項(xiàng)目需求及時(shí)調(diào)節(jié)焊接壓力，設(shè)定科學(xué)合理的焊接溫度與速度，完成焊接工作后要對焊縫搭接處進(jìn)行檢查，保障焊縫處無任何問題，且無泥沙等雜物。每次開展焊接工作前都需要進(jìn)行試焊工作，不得出現(xiàn)任何滑焊、調(diào)走現(xiàn)象。在下雨、潮濕以及溫度低于5℃的環(huán)境下不得開展焊接作業(yè)。完成焊接工作后要及時(shí)開展非破壞性密封測試。

4.2.3 防滲膜及土工布的包裹

完成上述工作后，需要應(yīng)用防滲膜/土工布將收集箱緊緊包裹，工作人員先安裝好管道入口連接件，隨后根據(jù)收集箱安裝實(shí)況，切開防滲膜/土工布，使收集箱管道順利伸出，做好連接件周邊防滲膜/土工布的密封處理，完成包裹工作后需要進(jìn)行密封檢測。

4.2.4 回填施工

回填施工前，施工人員需要將雨水收集箱四周以及上方砂墊層加厚0.1 m，以便能夠保護(hù)雨水收集箱及土工布?；靥钔烈m量添加白灰或水泥，并對其進(jìn)行夯實(shí)處理，注意在回填過程中不要破壞收集箱下面結(jié)構(gòu)。

在回填過程中，回填土要一層一層鏟入，保障將其壓實(shí)到97%的葡式密度。此外，施工人員要對側(cè)面回填工作引起重視，該環(huán)節(jié)質(zhì)量會(huì)直接影響后期系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，側(cè)填工作從雨水收集箱側(cè)面開始，每30～40 cm需要應(yīng)用振動(dòng)板等相關(guān)設(shè)備進(jìn)行夯實(shí)，一層一層將其填充到雨水收集系統(tǒng)周邊。

5 系統(tǒng)檢查

完成特大型屋面與地面雨水收集系統(tǒng)的安裝工作后，相關(guān)人員需要對其功能性與可靠性進(jìn)行檢驗(yàn)，保障雨水收集系統(tǒng)無任何損傷、安裝牢固、防滲性能好。此外，還需要對過濾池等配套設(shè)備進(jìn)行檢查，確保其布置合理、配套齊全。

5.1 灌水檢驗(yàn)

在本文論述項(xiàng)目中存在6個(gè)雨水收集箱，工作人員需隨機(jī)抽取2個(gè)，從泵池井開始向收集箱中注水，直到水位不再上升為止（以水從溢流口流出為準(zhǔn)），收集箱要保持儲水狀態(tài)在24 h以上，無任何滲漏現(xiàn)象說明灌水檢驗(yàn)合格[4]。

5.2 檢驗(yàn)泵的運(yùn)行情況

完成上述工作后需要及時(shí)啟動(dòng)潛水泵，將雨水收集箱中的水全部抽到備用池中，檢查泵的運(yùn)行狀況。在泵運(yùn)行過程中工作人員需要觀察泵池滿水時(shí)指示燈運(yùn)行情況，是否顯示正確。當(dāng)水位低于設(shè)定值時(shí)，泵會(huì)因?yàn)樽晕冶Ｗo(hù)機(jī)制無法啟動(dòng)，觀察指示燈是否顯示正確。

完成上述檢查工作后，需要將該系統(tǒng)移交于有關(guān)部門進(jìn)行使用，檢查泥沙井、控制井內(nèi)是否存在雜物，及時(shí)清理為后續(xù)運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。

6 結(jié)語

綜上所述，屋面與地面雨水收集系統(tǒng)是綠色建筑設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一。有關(guān)人員在安裝應(yīng)用雨水收集系統(tǒng)時(shí)，需要嚴(yán)格把控施工質(zhì)量，完成上述工作后做好系統(tǒng)檢查工作，保障各環(huán)節(jié)運(yùn)行順利后進(jìn)行交付，為特大型雨水收集系統(tǒng)后期穩(wěn)定運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。