模塊化雨水調(diào)蓄池的應(yīng)用研究

李成志，王東杰，王天宇，陳 偉，徐 健，張曉菲，梁鳳琪，張 巖

(1.中國建筑第二工程局有限公司，北京 100071；2.寧夏正本環(huán)境技術(shù)有限公司，寧夏 石嘴山 753000；3.中建安裝集團(tuán)有限公司華北分公司，北京 100048)

隨著社會的發(fā)展和我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，人口聚集效應(yīng)愈加明顯，城市市政管網(wǎng)的有效運行面臨著巨大的挑戰(zhàn)。伴隨著全球氣候變暖的趨勢，我國極端天氣導(dǎo)致的自然災(zāi)害事件頻發(fā)。2021年全國各地出現(xiàn)強降雨，多個城市產(chǎn)生城市內(nèi)澇問題，河南鄭州更是遭遇了百年不遇的特大暴雨，使人民生命財產(chǎn)遭受極大損失。而雨水調(diào)蓄池作為項目的“蓄水大壩”，在雨水洪峰時發(fā)揮著重要的調(diào)蓄功能，削減建筑與小區(qū)外排雨水峰值流量和徑流總量[1-2]，不僅緩解了城市雨水管網(wǎng)的運行壓力，防止城市內(nèi)澇的發(fā)生[3]，還可充分利用雨水資源替代園林綠化用水，實現(xiàn)雨水的綜合利用，故雨水調(diào)蓄池的合理化設(shè)計、高質(zhì)量建設(shè)和高效運行維護(hù)至關(guān)重要。目前國內(nèi)雨水調(diào)蓄池的結(jié)構(gòu)主要有現(xiàn)澆鋼筋混凝土和PP雨水模塊，李雪等[4]還在亞投行總部項目上使用了創(chuàng)新性的管狀雨水調(diào)蓄池。鋼筋混凝土調(diào)蓄池，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、承重能力強，但施工復(fù)雜；PP雨水模塊[5]，快速拼裝、安裝迅速，但承重能力較差、污泥清理困難；管狀雨水調(diào)蓄池作為一種新型的調(diào)蓄池，可在室外場地條件允許的情況下進(jìn)行使用。北京市長辛店C地塊項目的雨水調(diào)蓄池，具有位于消防救援操作場地之下、作業(yè)空間狹小、占用施工主通道和工期緊張等特點。因此筆者結(jié)合地勘報告、小市政圖紙和建筑圖紙等多方資料，對原有的現(xiàn)澆鋼筋混凝土雨水調(diào)蓄池進(jìn)行了優(yōu)化，經(jīng)過多個方案的比選分析，最終采用創(chuàng)新性的模塊化拼裝式雨水調(diào)蓄池，不僅解決了作業(yè)空間狹小和施工周期短等問題，還節(jié)約了建造成本。

1 工程概況

長辛店C地塊項目位于北京市豐臺區(qū)長辛店鎮(zhèn)辛莊，用地面積75 920.50 m2，總建筑面積265 442 m2，分為限價房、商品房、商業(yè)服務(wù)樓和幼兒園四個區(qū)域，室外工程主要包括：給水、中水、雨水、污水、燃?xì)狻⑹彝怃佈b和園林綠化等。該工程原設(shè)計為一座有效容積1 200 m3的現(xiàn)澆鋼筋混凝土雨水調(diào)蓄池，受制于現(xiàn)場施工條件影響，將現(xiàn)澆鋼筋混凝土雨水調(diào)蓄池優(yōu)化為模塊化雨水調(diào)蓄池。原設(shè)計雨水調(diào)蓄池平面圖見圖1，優(yōu)化后雨水調(diào)蓄池平面圖見圖2。

2 模塊化雨水調(diào)蓄池方案的確定

1)現(xiàn)場施工場地狹小、操作空間有限。雨水調(diào)蓄池南側(cè)緊鄰地下室外墻，調(diào)蓄池最外側(cè)距離地下室外墻間距僅為0.8 m，無法滿足模板支設(shè)和腳手架搭設(shè)的空間要求。

2)無法滿足工期要求。原設(shè)計中現(xiàn)澆雨水調(diào)蓄池的尺寸為35.6 m×9.25 m×6.3 m，頂板覆土1.6 m，且調(diào)蓄池位于西區(qū)施工主要運輸通道的下方。從調(diào)蓄池開始施工至混凝土強度滿足行車要求的時間大約60 d，無法滿足30 d的工期要求，將會對西區(qū)整體施工進(jìn)度造成嚴(yán)重影響。

3)調(diào)蓄池內(nèi)部模板和腳手架拆除清運困難?，F(xiàn)澆結(jié)構(gòu)將涉及大量的模板和腳手架拆除工作，而施工材料只能通過兩個人孔(直徑800 mm)進(jìn)行外運。

4)密閉空間作業(yè)，安全隱患較大。施工人員需在6 m多深的 密閉空間中進(jìn)行長時間的體力勞動，缺氧環(huán)境將直接危及施工人員的生命安全。

5)雨季作業(yè)，大型現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)施工進(jìn)度無法保障。調(diào)蓄池施工于8月份，正處于北京多雨季節(jié)，現(xiàn)澆混凝土施工受天氣影響較大。

6)現(xiàn)澆混凝土調(diào)蓄池使用階段的清淤極其困難，運營維護(hù)工作困難。

7)模塊化拼裝式調(diào)蓄池適用于工期緊張、現(xiàn)場施工空間狹小的工程，施工時僅基礎(chǔ)底板和頂部蓋板涉及現(xiàn)澆混凝土施工，調(diào)蓄池整體結(jié)構(gòu)則為場外預(yù)制加工、現(xiàn)場快速拼裝形式，避免了大量模板和腳手架的使用，彌補了現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的不足。

綜上所述，結(jié)合現(xiàn)場工期要求、各專業(yè)施工圖紙和地勘報告等相關(guān)資料文件，建議將現(xiàn)澆混凝土雨水調(diào)蓄池優(yōu)化為模塊化拼裝雨水調(diào)蓄池，經(jīng)過多次考察和分析論證，最終通過了設(shè)計院和有關(guān)專家的認(rèn)可。

3 模塊化雨水調(diào)蓄池系統(tǒng)的設(shè)計

3.1 設(shè)計參數(shù)

模塊化雨水調(diào)蓄池系統(tǒng)由進(jìn)水口沉淀池、調(diào)蓄池本體、出水口沉淀池、潛水泵提升設(shè)備和透氣管道等組成。進(jìn)水口沉淀池和出水口沉淀池均由2個6.8 m3的模塊化混凝土構(gòu)件組成，調(diào)蓄池本體由350個2 m×2 m×1 m的模塊化混凝土構(gòu)件組成。沉淀池尺寸為2.3 m×4.6 m×2 m，頂部覆土1.35 m；調(diào)蓄池尺寸為11.5 m×32.2 m×5.8 m，頂部覆土1.94 m。模塊化雨水調(diào)蓄池雨水收集的總有效容積為1 215 m3，原設(shè)計要求雨水調(diào)蓄池的有效容積為1 200 m3，有效容積滿足設(shè)計要求。

3.2 工藝流程

該技術(shù)工藝主要包括：進(jìn)水系統(tǒng)(雨水棄流井，原設(shè)計已含)→進(jìn)水口沉淀池→模塊化雨水調(diào)蓄池→出水口沉淀池→提升設(shè)備以及溢流回收系統(tǒng)(原設(shè)計已含)。

3.3 系統(tǒng)構(gòu)造

3.3.1 預(yù)制模塊

模塊化雨水調(diào)蓄池主要采用兩種預(yù)制鋼筋混凝土模塊，調(diào)蓄池底部和頂部為托盆式模塊，中間部位為貫通式模塊。貫通式模塊如圖3所示，為預(yù)制鋼筋混凝土構(gòu)件，混凝土標(biāo)號為C30，內(nèi)腔凈尺寸為2 m×2 m×1 m，壁厚為150 mm，端面設(shè)有50 mm×50 mm的凹槽。托盆式模塊如圖4所示，為預(yù)制鋼筋混凝土構(gòu)件，混凝土標(biāo)號為C30，內(nèi)腔凈尺寸為2 m×2 m×0.85 m，壁厚為150 mm，端面設(shè)有50 mm×50 mm的凹槽。

3.3.2 沉淀池

相比于原有的現(xiàn)澆鋼筋混凝土雨水調(diào)蓄池，本系統(tǒng)在調(diào)蓄池進(jìn)水口和出水口分別增設(shè)了一組沉泥池，方便后期運行維護(hù)過程的淤泥清理工作，沉泥池的相對位置如圖2所示?，F(xiàn)以進(jìn)水口的沉泥池為例，做詳細(xì)的介紹。如圖5，圖6所示，沉泥池由2個2 m×2 m的模塊化混凝土池組成，2個模塊之間有3個De300 mm的連通管，池內(nèi)底標(biāo)高為74.927 m，De700 mm的進(jìn)水管1根(管內(nèi)底標(biāo)高為75.727 m)，De300 mm的進(jìn)水管6根(管內(nèi)底標(biāo)高為75.727 m)。

3.3.3 底板和蓋板

底板厚度為500 mm，蓋板厚度為300 mm，均采用C30混凝土。

3.3.4 調(diào)蓄池主體

結(jié)合圖2雨水調(diào)蓄池的平面圖和圖7調(diào)蓄池的縱向剖面圖，調(diào)蓄池本體由5(橫向)×14(縱向)×5(豎向)=350個混凝土模塊組成。豎向上共計5層模塊，最下面2層模塊在橫向和縱向方向上以De300 mm的連通管互相聯(lián)通，最上面1層模塊在縱向上以De300 mm的連通管聯(lián)通。頂部設(shè)置4套透氣管系統(tǒng)，每套透氣管均連接橫向的5個模塊，使調(diào)蓄池頂部各個部位的氣壓均與大氣壓力相等，保證了雨水在調(diào)蓄池內(nèi)部各個模塊之間流動順暢。

4 施工工藝

4.1 施工工藝流程

調(diào)蓄池主要施工工藝流程：施工準(zhǔn)備→測量放線→基坑開挖→底板澆筑→調(diào)水池安裝→模塊安裝→連通管安裝→踏步安裝→內(nèi)壁和調(diào)蓄池外側(cè)防水→肥槽回填→沉泥池安裝→蓋板施工→透氣管施工→井筒砌筑→井圈及井蓋安裝→頂部回填。調(diào)蓄池施工圖見圖8，頂部蓋板施工圖見圖9。

4.2 施工技術(shù)要點

4.2.1 基坑開挖

如圖8所示，調(diào)蓄池西側(cè)和南側(cè)均緊鄰地下室外墻，東側(cè)為施工運輸主干道，故采用自西向東倒退開挖的方式，配備自卸式汽車外運土方。結(jié)合現(xiàn)場土質(zhì)情況，北側(cè)和東側(cè)的基坑開挖按照1∶1放坡。西側(cè)和南側(cè)地下室外墻附近的土方開挖時，配備施工人員配合清理緊鄰?fù)鈮μ幍耐练?，專業(yè)施工單位、總包和監(jiān)理單位相關(guān)人員進(jìn)行現(xiàn)場旁站，嚴(yán)禁機械觸碰外墻防水。另外集水坑處采用人工開挖的方式。

4.2.2 底板施工

4.2.3 雨水模塊拼裝和連通管安裝

調(diào)蓄池由350個預(yù)制式鋼筋混凝土模塊拼裝而成，該模塊抗荷載能力強，施工簡便。模塊安裝采取自下而上、自西向東的順序進(jìn)行。模塊全部安裝完成后，預(yù)制模塊凹槽相接處采用M10防水水泥砂漿灌注，接縫處采用建筑結(jié)構(gòu)膠處理，使上下層模塊緊密連接。

在最下面2層模塊和最上面1層模塊上設(shè)置連通管，連通管采用DN300 mm的聚乙烯螺旋波紋管，連通管與預(yù)留洞的空隙采用水泥砂漿進(jìn)行封堵處理。

4.2.4 內(nèi)壁和調(diào)蓄池外側(cè)防水

內(nèi)壁和調(diào)蓄池外側(cè)采用PRT防水卷材。首先，在管根和陰陽角部位進(jìn)行細(xì)部附加層處理，涂刷一遍堵漏靈，做附加增強處理，附加層總寬度為500 mm，轉(zhuǎn)角兩側(cè)各250 mm。然后，大面積卷材粘鋪要從一邊向另一邊輥壓排氣，大面積壓實后，再使用小壓輥對搭接部位進(jìn)行碾壓，從搭接內(nèi)邊緣向外進(jìn)行輥壓，排出空氣，粘貼牢固。搭接前，先揭除卷材搭接邊處的隔離膜，粘貼后，隨即用刮板用力趕壓排出空氣，使卷材搭接邊黏結(jié)嚴(yán)密。搭接時應(yīng)對準(zhǔn)搭接基準(zhǔn)線進(jìn)行，一般要求搭接寬度為長邊不小于80 mm，短邊不小于80 mm。采用雙層卷材時，上下兩層卷材的縱向接縫應(yīng)該錯開1/3～1/2的幅寬，且兩層卷材不得互相垂直粘鋪。同一層相鄰兩幅卷材的橫向接縫，應(yīng)彼此錯開1 500 mm以上，避免接縫部位集中。立面與平面轉(zhuǎn)角處(陰角)卷材的搭接縫應(yīng)留在底板平面上，且距離立面應(yīng)不小于600 mm。卷材的搭接縫、卷材的收頭、管道包裹及異型部位等均屬于防水的薄弱環(huán)節(jié)，應(yīng)采用密封膏密封。

4.2.5 肥槽回填

回填應(yīng)在防水施工完畢、蓄水試驗合格后盡快進(jìn)行，調(diào)蓄池四周均采用聚苯板進(jìn)行回填保護(hù)，以免回填時對防水層造成破壞。肥槽回填作業(yè)時，基坑四周的回填土堆載高度不得超過基坑上部地面0.5 m，周圍設(shè)置警戒線，嚴(yán)禁無關(guān)人員和機械靠近。受現(xiàn)場條件限制，肥槽回填采取人工和小型機械回填夯實并用的方案。分層回填、分層夯實，每層厚度不得超過0.3 m。

4.2.6 蓋板施工

5 模塊化調(diào)蓄池的工作原理

當(dāng)雨水水量較小時，通過棄流井直接排放至下游雨水管網(wǎng)。當(dāng)降水量較大時，雨水進(jìn)入入水口的沉泥池，然后進(jìn)入模塊化調(diào)蓄池，最后通過溢流管進(jìn)入出水口沉泥池排至大市政雨水管網(wǎng)，調(diào)蓄池可有效地緩解降雨高峰期時城市雨水管網(wǎng)的運行壓力。調(diào)蓄池內(nèi)儲存的雨水將由潛水泵系統(tǒng)提升排入大市政雨水管網(wǎng)，同時可供小區(qū)園林綠化用水。

6 模塊化雨水調(diào)蓄池的應(yīng)用特點

6.1 滿足設(shè)計有效容積要求

該項目原設(shè)計中現(xiàn)澆混凝土雨水調(diào)蓄池的有效容積為1 200 m3，采用的模塊化雨水調(diào)蓄池有效容積為1 215 m3，比設(shè)計要求多出15 m3，滿足設(shè)計要求。

6.2 解決施工操作空間狹小問題

雨水調(diào)蓄池外側(cè)與地下室外墻的間距為0.8 m，不滿足腳手架搭設(shè)和模板施工要求的操作空間。而模塊化調(diào)蓄池則不涉及模板和腳手架施工，成功地解決了作業(yè)空間狹小的問題。

6.3 節(jié)約工期

原設(shè)計中現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)的整體施工周期為60 d，模塊化調(diào)蓄池施工省去了鋼筋綁扎、模板支設(shè)、混凝土澆筑、混凝土養(yǎng)護(hù)、模板和腳手架拆除等施工內(nèi)容，大大節(jié)省了施工時間。本項目中模塊化調(diào)蓄池施工，自測量放線到頂板土方回填完畢，共計歷時30 d，確保了項目整體施工的順利進(jìn)行。

6.4 經(jīng)濟(jì)效益顯著

本項目，雨水調(diào)蓄池的有效容積為1 200 m3，原現(xiàn)澆混凝土雨水調(diào)蓄池總體造價為136萬元。模塊化調(diào)蓄池施工節(jié)省了模板費用、腳手架租賃費用和大量的人力費用，總造價為127萬元。雨水調(diào)蓄池方案調(diào)整后，成本節(jié)省了9萬元，節(jié)約率為6.62%，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

6.5 方便后期運行維護(hù)

原設(shè)計中雨水?dāng)y帶的泥砂沉淀物大部分沉積于雨水調(diào)蓄池底部，調(diào)蓄池底部相對室外地面高差為7.4 m，后期人工清理淤泥困難，且涉及有限空間作業(yè)，易對清淤人員造成身體傷害。優(yōu)化為模塊化雨水調(diào)蓄池后，大部分沉積物攔截于進(jìn)出水口沉泥池之中，沉泥池底部相對室外地面高差為3.5 m，清淤操作相對簡單，為后期調(diào)蓄池的運營維護(hù)提供便利。

7 結(jié)語

北京市長辛店C地塊室外工程采用了模塊化雨水調(diào)蓄池，滿足設(shè)計中雨水調(diào)蓄池的有效容積要求，不僅解決了現(xiàn)場作業(yè)空間狹小和施工周期短等問題，還節(jié)約成本6.62%。在我國社會發(fā)展需滿足“雙碳”目標(biāo)的政策環(huán)境之下，雨水調(diào)蓄池模塊化建造，作為一種創(chuàng)新型的綠色建造技術(shù)，彌補了傳統(tǒng)大型現(xiàn)澆混凝土雨水調(diào)蓄池的諸多弊端，適合工期緊張和現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境復(fù)雜的項目，具有良好的推廣價值。