模塊化雨水收集回用系統施工技術問題解析

趙明華， 葉長青

(1.合肥職業技術學院建筑工程學院，安徽 合肥 238000； 2.安徽省建筑節能與科技協會，安徽 合肥 230091)

0 引 言

隨著城市的持續發展和生活水平的提高，建筑能源消耗造成的碳排放呈上升趨勢。因此，如何節約資源、保護環境、降低碳排放，實現建設領域綠色低碳高質量發展日益成為重要的課題。發展綠色建筑、建設海綿城市就是實現城鄉建設綠色發展新模式的重要途徑，而雨水收集和循環利用就是極其重要的方面。

城市建設的高速發展以及人口數量的不斷增加，一方面導致城市用水量的增大，另一方面導致城市路面、硬質景觀、建筑外墻等大量非滲透性表面的增加，加上對江河湖泊等天然水域的填埋、對河流大部分進行了硬質化處置等，城市中原有的生態也遭受到了前所未有的影響[1]。由于經濟的迅猛發展，雨水作為一項可利用資源，環境污染輕，對調理補充城市的水資源、完善城市生態環境有著重要意義?，F代城市雨水應用是一項新型的交叉型科學技術，能實現節水、資源利用和環境保護、有效控制城市地表徑流與水澇、減少環境污染和改善城市自然環境等巨大功能[2-3]。

利用模塊式雨水回收處理系統蓄水、科學利用雨水、降低徑流污染、增強城市排澇功能等都具有很大的意義。工程施工現場模塊降雨采集系統可以有效地對收集到的雨水進行預處理、采集、貯存。存儲的水資源在經過設備的加工處理之后，還可以應用沖廁、帶路沖洗、綠化澆灌、景觀和冷卻補水、消防用水等。而近年來，模塊式雨水收集處理系統也愈來愈多地使用于各類市居民小區、市政廣場和工業廠房。

1 施工方案

1.1 施工工藝流程

施工工藝流程為：挖坑→找平→鋪土工膜→安裝反沖洗設備→安裝模塊主體→安裝模塊側板→安裝側向及頂面復合土工布型HDPE膜及防護層→安裝進出水管→擺放圍擋→鋪設回填保護板→回填土方→管路鋪設設備安裝→系統調試→地面恢復。施工工藝的主要環節如圖1所示。

圖1 施工工藝流程實景圖

1.2 主要環節操作技術要點

1.2.1 土方開挖-找平(澆筑底板)-鋪土工膜

土方開挖前采用井點降水法降水或者鋼板樁圍護法，具體選用哪種方法根據現場開挖情況決定。按照原工程設計圖紙挖溝槽。邀請五方主體負責人在基坑開挖后對基坑進行集體檢驗，驗槽合格后開始施工。施工時要注意以下幾點：

(1) 基礎底部平整，平整公差為±10 mm/10 m。

(2) 鋪設雨水收集回用系統，所使用的無紡布HDPE土工膜材料應盡可能采用寬幅材料，可以降低搭設和黏接的工作量。

(3) 采用復合土工膜的建筑施工應做好雙面的防護，亦可采用焊接方式。焊接完成后要嚴密檢測焊縫的焊接質量，防止有滲漏現象出現。復合土工布型HDPE膜的攤鋪應盡可能均勻地展開，雨水存儲模塊應緊密包裹。

1.2.2 儲水模塊組裝

安裝時應注意以下事項：

(1) 裝配前檢驗組裝部件的產品質量，對于損壞的產品應剔除。

(2) 所有安裝模塊的人員必須接受施工安全教育，并且要認真學習安裝演示錄像及配置圖，在技術人員的指導下規范操作。

(3) 模塊的定位與碼放應嚴格按照技術人員測量放線的定位碼放，相鄰模板之間不能留有間隙。

(4) 碼放工作人員嚴禁穿帶釘鞋子作業，嚴禁在HDPE土工膜或無紡布上面推動模板到位。

(5) 上模塊的頂部時在操縱時應行動輕緩，以避免動作過大而踩壞模板.

(6) 頂部處理時，HDPE土工布可采取搭接處理，搭設時應用膠布加固，以免在回填時移位。

(7) 連接雨水管道與雨水蓄存系統時，連接部分應采用預制HDPE薄膜套管結構，平面部分直接連接在系統主體的HDPE薄膜上，套管部分采用不銹鋼卡箍雙箍卡緊。

(8) 分段澆筑安裝完畢后須經檢測及并及時回填處理，在回填碎石的部分不需要處理，回填河砂、混合土時模板側面應加固密實，在作業中HDPE土工膜或無紡布側面須采用擋板防護，以避免因機械設備的誤作業而損傷HDPE土工膜或無紡布。

1.3 設備安裝

主要設備安裝順序為：安裝流量型初期棄流裝置→安裝提升泵、回用泵、排污泵→紫外線消毒裝置→安裝補水裝置。

2 工藝及特點

雨水收集回用系統是指一個綜合雨水收集、凈化、儲存、運輸和利用的復雜系統。本文根據場地的不同規律對造型與規格進行布置，施工過程簡單、安全、快捷，規范化模塊互相連接拼裝過程中無須大中型機械設備，勞動效率較高，且建設期節約，一般的施工周期時間大約為15 d。該雨水模塊收集回用系統特點：

(1) 與建筑同壽命。PP模塊由再造聚丙稀原材料制成，與眾不同的形狀和產品結構設計，具備強有力的縮小特性、耐用性、可持續性和50年以上的使用壽命[4]。

(2) 綠色建造。PP模塊由再制造新型環保材料制成，能夠保護生態環境，易于維護，可以進行回收利用。

3 施工中存在的問題

3.1 系統維護復雜、維護成本高

系統結構過于簡單會導致收集過程中有大量的雜質混入收集系統中，使系統頻繁阻塞，不利于使用。雨季前至少進行一次設備維護、反沖洗等，而在雨季時期，需要定時檢查設備是否有堵塞的風險，這些都將使得維護成本將大大地增加。

3.2 雨水回收的經濟效益低下及人員認識不足

當雨季雨量較大時，儲水池內的積水超出負荷時，大多數經過處理的雨水因受限于儲水模塊的容積而溢流至雨水管道或者附近的水體中，這就大大降低了整套設備帶來的經濟效益。此外，居民對雨水回用的認識不夠全面，非常擔心其安全性和可靠性，故而很少選擇雨水來回收利用。這些問題無疑會嚴重制約這項科技的進展，因此亟待解決。

4 案例分析

4.1 雨水收集回用的主要環節

雨水收集回用系統通常包括初期雨水棄流裝置、雨水水質處理裝置、雨水收集裝置、雨水提升裝置以及再利用管網。而雨水收集系統的施工，需要與道路、排水、綠化、綜合管網等工程交叉施工，需要科學組織調度，否則后期會影響項目進度。現對合肥市包含的區、縣、市已建成的綠色建筑雨水收集回用項目進行調研，結果見表1[5]。

表1 雨水收集利用系統典型技術形式

4.2 雨水棄流

雨水棄流是雨水收集與回用技術中一項非常重要的部分。目前在工程中應用較多的是雨量型雨水初期棄流，該型棄流裝置的設置如圖2所示。

圖2 雨量型棄流裝置設置

根據調研結果，目前項目中所設置的初期降雨棄流設備發揮的作用相對較小，而棄流后的雨水水質問題也不能得以改善，這一問題在設有棄流系統的建設項目中也是普遍存在。剖析其成因，發現雨水的采集線路過長，導致采集表面降雨流動的時段差別很大，最遠點到棄流井的時段遠遠大于收集表面上的近點。由于流動時間的差別使得棄流井真正棄流的雨水基本是較近區域的雨水，分為初始徑流和連續徑流。遠距離地表徑流的初始雨水得不到排放棄流，而近距離區域中相對清潔的連續徑流水被排放棄流，最終致使高質量的雨水反而流失，匯集后得到的雨水質量沒有得到應有的提升。

4.2.1 雨水處理

根據上述調研結果，很多工程項目因為考慮到物理、化工的工藝在水質方面無法得到保障，因而轉向生物處理的解決方法，又或者使物化工藝更加復雜，但實際效果卻不佳。以項目一采用的雨水處理技術和生態處理技術為例，由于降雨的生化性能不好，流域的細菌不能產生絮凝效果，無法產生有效的生態處理效果。在項目四中，一個傾斜的沉淀池用于處理地下車庫的雨水，由于雨水的降雨過程不連續，整個降雨過程斷斷續續，斜管沉淀池的“淺池原理”功能并沒有得到充分發揮，反倒是因為斜管的附著性好，給蚊蟲創造了滋生的環境條件，嚴重影響機房和地下空間的環境。

4.2.2 雨水溢流

這一類建設項目通常是在地下車庫中安裝雨水儲存設備，或在地下車庫安裝雨水溢漏設備，或利用溢流提升水泵將降雨排除，從而可能產生安全隱患。在強降雨的環境下，如果不及時合理地排出機房的溢出雨水，地下車庫就會被淹。在分析了問題的根本原因后，據估計接收外部溢漏引起的暴雨的管網是根據正常排放條件(3～5年重現期)設計的。因此在強降雨環境下，戶外接收暴雨的管道均為滿管運行，無法吸納由于暴雨機械間溢流引起提升泵啟動所排放之雨水，從而導致外溢雨水不能有效排放。由此可見，“規范”關于排放雨水的規定不能保證安全排放雨水，因此需要改進。

4.3 施工原因導致的問題案例解析

通過對上述五個已完成的綠色建筑雨水收集回用工程項目開展調查研究，并且對存在的普遍問題進行剖析，提出進一步的優化建議和應對策略。對于在實際工程的雨水收集與回用施工中的雨水的棄流問題、雨水的處理問題、雨水的溢流問題等，可采取相應的措施加以解決。

目前大部分雨水棄流通常采取雨量型棄流，但這種棄流方法因為流行時段的不同，會使得棄流效果不佳。處理方法是調節排水立管上的沉淀排放流量，或者分段調節滲透型雨水棄流井來解決。水質特點，一般來說，當然是天然雨水污染指標濃度較低，水質良好。例如：在收集和使用地表水時，必須充分考慮到放棄最初的雨水徑流，因為最初降雨中的大多數污染物是有機污染物和懸浮固體污染物，而其他污染物指標含量相對較低。之后雨水中的懸浮物、COD、氨氮等含量會等隨著降雨時間的增長而在減少，降雨后期的雨水的COD趨于穩定，雨水質量一般會較好。因此，地面雨水的收集和使用應當放棄最初的地表徑流，以降低對處理設備的危害，這也可以通過建立初始排放機制來實現。在未對水質處理之前不得使用機動車道上的雨水[6]，人行道雨水可以沿道路直接流入綠地之中。高層建筑的屋面在經過雨水匯集后的再處理過程中，除了能夠將房屋樓頂的雨水加以導流外，其底位雨水沉砂池也能夠成為引流，同時還能夠對雨水沉積物做出相應的再處理，將處置過后的雨水注入蓄水池中并加以消毒，最后對其加以二次的再使用[7]。

部分建設項目的雨水處理工藝系統較為復雜，不但雨水處理效益沒有提高，相反可能會導致二次污染、能耗過大等影響生態環境的問題，因此建議在選擇處理工藝系統時，優先選擇生態雨水管理設施，沒有條件的盡量選用能耗較低，且設備數量較少的沉淀、過濾等工藝。

如果雨水收集池設在室內，因為雨水很有可能溢出會造成很大的危險性，故而建議在條件良好的地區盡可能選擇地埋式雨水收集池。如果無法選擇室外地埋式的，且不符合重力流進水要求時，則可在戶外設溢流井，利用水泵提升功能采集集水區雨水，防止內溢。

5 工程質量控制要點

5.1 摒棄暴力施工確保土工膜的完整

對于土工膜盡量減少二次搬運，在放置地點一定要避免高處墜入或地面的尖利物體使土工膜造成損壞。在施工時對地基周圍環境加以確認，混凝土底板必須要清除渣土、銳利物體、石頭、鐵絲等，且底槽也要全部清掃完畢，以確保不會損壞土工膜。土工膜運到項目現場后，應當采用人工卷鋪[8]。對鋪設完成的土工膜應進行檢驗， 以確定是否有損壞的部位，土工膜如有損壞必須及時修復。土工膜長、短方向上標識的中心點務必與底板的中心點重合，偏差控制在≤0.2 m，土工膜包裹時搭接相互之間直徑也不得低于0.5 m。

5.2 應避免模塊在運輸和安裝過程中野蠻操作

無論是運輸過程還是施工過程都必須小心處理模塊，做到輕拿輕放，防止損壞。當模塊拼裝完畢進行回填時，應避免重型的機械碾壓，確保成品的保護工作，對施工范圍做好分隔。在完成回填工作時，要嚴格根據施工回填的厚度范圍要求加以鞏固，在側面回填時，防護板也應滿鋪，以確保不使模塊損壞。

5.3 回填土方應達到的質量標準

基坑基底處理和回填材料應符合相關工程設計要求和施工標準。在基礎澆筑過程中應當分層夯實土層，夯實后測算干土質量密度，合格率不得低于90%。環刀取樣的數量及方式應該滿足設計要求?；靥钔凉こ淘试S偏差值見表2[9]。

表2 回填土工程允許偏差

應當分層鋪攤回填土，壓實遍數和每層鋪土厚度要按照土質、密實度和機具性能來確定。見表3[9]。

表3 每層鋪土厚度和壓實遍數

5.4 提升塑料儲水模塊質量

雨水收集系統的水池大部分都是采用裝配式構件，其質量受模塊及其裝配水平影響很大，模塊的質量和模塊產品工藝的合理性，也在很大程度上影響著工程整體質量[10]。所以系統解決整體塑料儲水模塊的抗壓、抗剪強度，從材料、失穩角度考慮，提升儲水模塊的質量，確保雨水收集系統的具有穩定、合理、可靠的性能。

5.5 創新工程施工工藝

施工工藝直接決定系統后期的效果，以及工程項目的耐久性、運維的便捷性。故需要借鑒相關行業的施工工藝，結合行業既有要求與特點，研究與提升施工工藝。可采用生化工藝處理技術，對收集的雨水進行處理，保證出水質量，從而擴大應用范圍。建設項目建成后，關鍵技術方面應當滿足《建筑物與小區雨水控制及利用施工技術標準》(GB 50400—2016)和《雨水利用施工技術規程》(DB 34/T5082—2018)的要求。并能在此基礎上解決水質保鮮無異味，側向與豎向承壓分別達到150 kN/m2、400 kN/m2，原水與清水池清淤工藝改良，設計工藝有大幅度提升。

6 結束語

本文系統研究與探討了雨水收集回用系統，其在實際工程項目中的運用十分重要，具有重大的理論研究意義和工程實踐價值。本文主要通過剖析在雨水收集回用系統的具體工程建設中出現的關鍵技術問題，對模塊化雨水收集利用系統施工技術問題進一步優化解析，使得這一項技術將更加趨于成熟，維護成本也將不斷降低，從而有效提高雨水收集回用技術和裝置在實際工程項目當中的整體運用效果，進而有效提高雨水收集回用技術和裝備在具體工程中的應用水平，更好地促進具體工程獲得合理有序的實施。