特大型屋面與地面雨水收集系統的應用分析

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置的雨水收集系統，總有效儲水容積高達1000 m3，共分為6個儲水池，1#、2#儲水池設置于停車場為承重池，3#、4#設置于建筑綠地下，5#、6#設置于花架下。雨水收集流程如圖1所示，通過該系統可實現水資源的循環利用，并且在地下陰涼、黑暗的環境下，水中微生物可以得到充分抑制，使用雨水資源時利用水泵將其抽到各使用地點即可[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的概述

雨水收集系統按照類型可以將其分為屋面雨水收集系統和地面雨水收集系統，也可以將公園、小區等雨水收集系統與城市雨水管道相結合，形成大型雨水調蓄池系統。對于特大型建筑物而言，屋面、地面雨水收集系統較為合適，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運行負荷。

在該工程項目中，屋面、地面雨水收集系統主要由屋面地面雨水收集、氣流、儲存、水質處理以及雨水回用系統構成。收集到的雨水資源流經棄流系統通過管道輸送到儲水設備當中，回收系統將雨水收集處理后進行存儲。總體來說，因為雨水的存儲方式及最終用途不同，會衍生出各種工藝流程，核心內容在棄流、儲存以及水質處理這3部分。

2.1 雨水棄流過濾方式

針對特大型屋面、地面雨水回收系統而言，分流井與棄流過濾設施是該系統運行的基礎設施。工作人員需要結合該項目所處區域的降水特征、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，其具有運行原理清晰、結構簡單、可操作性強的特點。

2.2 雨水蓄水池形式

作為雨水回收系統的重要構成部分，蓄水池的應用直接影響到建筑工程項目造價、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、根據建筑主體結構設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構結合，對整個建筑空間進行優化，但要注意雨水溢流等問題。拼裝式塑料水箱是近些年來發展較快的一種水箱形式，其具有拼裝靈活、施工方便等優點，因此，在不少建筑雨水回收系統中得到了廣泛應用，本文所述項目也是采用這一蓄水池形式。玻璃鋼水箱主要應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。

2.3 雨水處理工藝

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

表1 雨水回收處理標準

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，因為雨水的不均衡性特點，有關消毒環節要予以保留，并對后期長期滯留的雨水要采取相應處理[2]。若收集到的雨水僅用于綠化澆灑工作，對水質無特殊要求，可以直接省略過濾環節，采用滴灌或噴灌方式直接應用。

3 特大型屋面與地面雨水收集系統的應用難點

在本項目屋面及地面雨水收集系統中，蓄水池主要由雨水箱與防滲膜拼裝構成，且要使用土工布外裹。結合項目需求，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，要保障其后期應用過程中完全不透水，工作人員需要做好以下幾點工作。

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準，此外，要提高防滲間隙的密封性，需做好以下工作：（1）工作人員需結合防滲膜應用特點，選擇合適的焊接技術，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、平整，無任何尖銳物體[3]。在鋪設土工布與防滲膜時，應先平整鋪設1層土工布，而后鋪設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，安裝人員需結合該建筑屋面、地面實際情況，事先計算可收集雨水量以及儲水池容積，以此確定雨水箱規格型號，規劃雨水箱形狀，為后期拼裝工作的順利開展奠定基礎。在此過程中可以積極引進BIM技術，事先構建雨水收集箱拼裝模型，為后期拼裝進行指導。收集雨水量計算公式為：

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

儲水池容積計算：

式中，Q為回用水總量，m3；qi為第i個用戶日用水定額，m3/d；ni為第i個用戶（用戶數量）；t為用水時間，d。

4 特大型屋面與地面雨水收集系統的實踐

4.1 系統流程

有關特大型屋面與地面雨水收集系統建設流程為：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→實驗驗收組成。

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挖溝槽。結合本項目來看：（1）有關雨水收集箱的預挖鋪設深度為箱體高度+覆土高度+0.3 m，在此需要注意的是不同收集系統的覆土高度有所不同。此外，雨水收集箱側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行。為防止后續安裝活動中地基崩塌，處于收集箱上方的土方可以挖成倒錐形。（2）管道預挖鋪設深度應為管道直徑+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，其預挖深度應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過濾井以及水泥泵井規格確定，在本項目中，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：為加強雨水存儲系統周邊地基的堅硬度及防滲能力，工作人員需要應用白灰或水泥對其進行處理，在夯實地基后開展整平工作，隨后在地基上方鋪設厚度為0.1 m的砂墊層。若為軟土地基，槽底低于地下水水位時需要鋪設厚度不小于0.15 m的碎石，碎石規格均要滿足5～20 mm。若施工人員在開挖過程中發現挖掘出來的材料為粗砂，并且規格粒徑不超過20 mm時，可適當將其用于地基處理。

4.2.2 雨水收集箱的安裝

防滲膜與土工布的鋪設：在鋪設防滲膜與土工布時，首先，要確保鋪設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HDPE防滲膜。本次防滲膜焊接設備選用楔焊機，運用雙規熱熔焊接法保障各防滲膜焊接有效。工作人員要根據項目需求及時調節焊接壓力，設定科學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行試焊工作，不得出現任何滑焊、調走現象。在下雨、潮濕以及溫度低于5℃的環境下不得開展焊接作業。完成焊接工作后要及時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，隨后根據收集箱安裝實況，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，以便能夠保護雨水收集箱及土工布。回填土要適量添加白灰或水泥，并對其進行夯實處理，注意在回填過程中不要破壞收集箱下面結構。

在回填過程中，回填土要一層一層鏟入，保障將其壓實到97%的葡式密度。此外，施工人員要對側面回填工作引起重視，該環節質量會直接影響后期系統運行穩定性，側填工作從雨水收集箱側面開始，每30～40 cm需要應用振動板等相關設備進行夯實，一層一層將其填充到雨水收集系統周邊。

5 系統檢查

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

5.1 灌水檢驗

在本文論述項目中存在6個雨水收集箱，工作人員需隨機抽取2個，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），收集箱要保持儲水狀態在24 h以上，無任何滲漏現象說明灌水檢驗合格[4]。

5.2 檢驗泵的運行情況

完成上述工作后需要及時啟動潛水泵，將雨水收集箱中的水全部抽到備用池中，檢查泵的運行狀況。在泵運行過程中工作人員需要觀察泵池滿水時指示燈運行情況，是否顯示正確。當水位低于設定值時，泵會因為自我保護機制無法啟動，觀察指示燈是否顯示正確。

完成上述檢查工作后，需要將該系統移交于有關部門進行使用，檢查泥沙井、控制井內是否存在雜物，及時清理為后續運行奠定基礎。

6 結語

綜上所述，屋面與地面雨水收集系統是綠色建筑設計的重要內容之一。有關人員在安裝應用雨水收集系統時，需要嚴格把控施工質量，完成上述工作后做好系統檢查工作，保障各環節運行順利后進行交付，為特大型雨水收集系統后期穩定運行奠定基礎。