城市建设中住宅小区虹吸排水收集和海绵城市的应用研究

【摘  要】：本文围绕海绵城市背景下住宅小区地库顶板防排水问题进行了探讨，在传统种植土屋面施工技术的基础上，结合海绵城市设计理念，本项目采用了改良复合型防排水板、通过水槽收集雨水并借助变径管道达成虹吸效应汇集至模块化雨水收集池。经实践有效降低了施工难度、减少了雨水排放设施建设成本，可以更好的循环利用自然雨水，实现建筑水耗的显著降低，同时可以大幅降低建筑维护成本，在工程实践中具有较强的推广意义。

【关键词】：海绵城市；虹吸排水；复合防排水板；模块化雨水收集池

1  工程概况

本工程为丹河新城金村起步区水岸丹城居住小区项目，该项目共计10个单位工程，总建筑面积为123686㎡；其中地下车库建筑面积为28348.42㎡，地下一层，结构形式为框架结构。

地下车库顶板利用改良的防水、疏水复合型防排水板、通过排水槽收集雨水和变径管道达成虹吸效应，最终连通至海绵城市系统的雨水调蓄池。实现地库顶板渗漏防治，在种植土、透水砖及透水混凝土区域的雨水收集方面，形成集水和导流的一体化管理系统。该系统平面布置详见图1所示，排水板及排水槽根据现场场地情况采用专用粘霸（双面自粘）进行粘贴，现场总计设计透气管10处，透气管底部均采用砖砌体进行固定，雨水排放系统共设置4个排水口，分别位于1/J-K轴、24/S-T轴、24/J-K轴、24/D-E轴处，排水构造详见图2所示。

2  研究背景

建设“海绵城市”，意味着被水泥硬化的“铁壳城市”，将逐渐变得可自由呼吸、自然吐纳。让城市生态水系统能够像海绵一样呼吸，告别“逢雨看海”的尬尴，所以，海绵城市也称为水弹性城市。

传统的住宅建设项目地库顶板做法多为防水加种植屋面的模式，自然降水或人工浇灌的水下渗至土体下部后，由于积水的存在往往会造成防水层破损、植物根系破坏、园林景观破坏等风险，因此本工程采用海绵城市的理念，对地下室顶板进行了科学的防、排水设计。

3  技术原理

本工程采用了一种复合排水材料，利用虹吸现象结合特制的排水槽，实现无动力的高效排水。雨水及浇灌水经渗透作用进入排水系统，下渗水经重力作用流入虹吸排水槽，由于排水槽及管道内部的设计，雨水在排水槽及管道中形成一种特殊的流动状态，即水柱内的压力低于大气压力。这种压力差使得水柱产生一种向上的力，即所谓的 “虹吸效应”。这种效应使得水能够迅速地沿着管道流动，持续排水能力大大提高。排水收集至蓄水模块最终连通到海绵城市的雨水调蓄池二次循环利用。

3.1 复合防排水板

排水板是虹吸排水收集系统的主要部件，由于虹吸排水，要求管道内尽量充满液体以形成虹吸作用，排水板主要作用是收集上部结构渗透水并减少空气进入排水系统，为形成虹吸模式提供有利条件。

本工程排水板主材选用高密度聚乙烯（HDPE），是一种结晶度高、非极性的热塑性树脂，具有良好的耐热性、耐寒性，还具有较高的刚性、韧性，机械强度好的特点，能够在长期的使用过程中承受屋面的荷载和雨水的冲刷而不会轻易损坏，表面一次复合特种土工布，具有优异的抗塌陷、耐根穿刺性能。并且将防水板、排水板作一体化设计，通过可靠的连接方式，使防排水板具有优良防水性能的同时还能兼具排水性能。

3.2 虹吸形成与维持系统

在模块化雨水收集池端设置虹吸变径管道，当雨水较少时，该系统为无动力排水，当雨量增大时管道内雨水至设计液位，在管道顶部虹吸弯管处形成负压区，根据伯努利原理，流体的速度增加会导致流体压力下降，进一步维持虹吸排水状态。

虹吸发生装置使排水系统可以灵活地适应各种复杂的建筑结构，可以适应多种屋面形式以及建筑高度，对于大型商业建筑、体育场馆等具有复杂屋面造型的建筑，虹吸排水系统可以根据屋面的坡度、形状和面积等因素，通过合理设置虹吸雨水斗和排水管道，实现雨水的快速排出。

3.3 模块化雨水收集池

本工程设计了模块化的雨水收集池，其主体是以单元承压立柱设计结构为基础组装而成的池体，模块池体外侧由一体焊接而成的新型复合PE防渗膜包裹，复合膜外侧由挤塑板保护层、PE格栅网承压保护层包裹而成，形成一个新型环保雨水收集池。

采用模块化收集池可以根据需要灵活增减模块数量，从而控制雨水储存的体积。由于模块具有独立的结构，在维护时可以单独对出现问题的模块进行检查和维修。如果某个模块出现堵塞或者损坏，只需要将该模块取出进行清理或更换，不会影响整个雨水收集系统的正常运行。而且雨水收集模块的材料一般具有较好的耐久性和抗腐蚀性，减少了维护的频率。

4  施工工艺流程及要点

4.1 施工工艺流程

本工程地库顶板的防护虹吸排水系统严格根据设计图要求进行铺设，排水板与排水板之间采用双面自粘专用粘霸进行粘接。粘霸（双面自粘）宽度为120mm-160mm，土工布采用粘接的方式，长、短边粘接宽度均≥100mm。车库顶板根据雨水收集方向设置虹吸排水槽形成分区有组织的排水系统。

主要施工工艺流程：基层清理→定位弹线→涂刷粘霸→铺设排水槽→铺设排水板→搭接处粘接→安装透气观察管→胶粘土工布→安装虹吸排水管→安装沉淀观察井→检查验收→覆土回填土

4.2 施工要点

（1）排水槽安装

排水槽按照设计长度和走向进行拼接。在拼接处，使用卡槽式连接件进行连接，将相邻排水槽紧密连接在一起。同时，在连接处放置橡胶密封圈等密封材料，防止漏水。根据定位弹线，在弹线的基层上均匀涂刷粘霸（双面自粘），最后将虹吸排水槽粘接固定牢固。排水槽出水口要与雨水收集管、排水立管等有效连接，使排水能够顺畅地排出，同时要注意接口处的密封处理。

（2）排水板安装

根据设计图纸，铺设防护复合排水板，防护复合排水板长、短边采用专用粘霸平缝粘接牢固，相当于在地库顶板上增加了一层柔性防水，土工布搭接并用专用胶水粘接，搭接宽度≥100mm，保证拼接紧密，防止水从拼接缝隙渗漏，排水板的边缘采用密封胶与排水槽紧密连接，确保排水板收集的雨水能够顺利流入排水槽。

（3）透气管安装

根据排水系统的布局和设计要求确定透气观察管的安装位置。将透气观察管的下端插入排水系统相应的预留孔中，插入深度应符合设计要求，保证与排水系统内部连通良好。在透气观察管与排水系统的连接处以及管材的连接点，使用橡胶密封圈进行密封，确保密封良好，防止空气和水泄漏。在透气管周边采用砖砌体将透气观察管固定在地库顶板上，保证管材安装牢固、垂直，避免因外力作用而移位或倾斜，并安装透气防尘帽。

（4）虹吸排水管安装

根据设计图纸确定出水口的位置，在相应位置的虹吸排水槽侧壁预留口开孔，根据设计图纸安装相应管径的虹吸排水管，保证排水能够顺利从排水槽流入虹吸排水管。连接处要做好密封处理，防止漏水。虹吸排水管的末端要与沉淀观察井连接。在连接过程中，要确保接口排水通畅，并且要注意防止倒灌现象的发生。

（5）覆土回填

在防护排水层已完成后要及时进行覆土施工，机械不得直接接触防护复合排水板，第一层回填土厚度应控制为500mm左右，现场配置一台推土机配合土方作业车辆进行回填土作业，土方作业车辆将土运到已铺设排水板区域以外，由推土机将回填土铲运至地库顶板拟回填区域并摊平碾压；第二层回填土厚度宜控制为300mm，逐层摊平碾压密实；按300mm厚度继续后续土方回填，直至回填至设计标高。

5  验收质量标准

5.1 主控项目

（1）所用材料及主要配套材料必须符合设计及相关规范要求。

（2）复合排水板及其变形缝、垂直收口等细部做法必须采用专用阴阳角复合排水板，符合设计要求和规范规定。

（4）复合排水板与塑料排水槽之间粘结牢固，无破损现象。

（5）复合排水板严禁有破损现象。

检验方法：观察检查。

5.2 一般项目

（1）铺贴质量：铺设方法和搭接、收头符合设计要求、规范和防护排水构造图。

检验方法：观察检查。

（2）允许偏差：复合排水板的铺贴方向正确，搭接宽度允许偏差为-10mm。

检验方法：观察和尺量检查。

5.3 系统调试

系统注水调试，在整个虹吸防排水系统安装完成后，向系统内注水，模拟降雨过程，观察虹吸是否能够正常形成，排水管道是否畅通，雨水收集模块是否正常工作，透气装置和检查维护装置是否有效等。

检查各个连接部位是否有渗漏，对发现的渗漏点及时进行处理。

验收时，严格按照设计图纸和相关规范的规定，检查系统的安装质量、排水性能、虹吸效果等指标是否符合要求，验收合格后，方可投入使用。

6  应用情况及效益分析

本技术应用丹河新城金村起步区水岸丹城居住小区项目。本项目采用虹吸防排水系统建筑面积约28348.42㎡，形成了虹吸防排水系统助力下雨水排放设施建设成本削减、雨水资源收集利用增益以及建筑长期维护成本降低的多赢局面，有效提升建筑综合效益与环境友好性。

6.1 减少雨水排放设施建设成本

虹吸防排水系统由于排水效率高，在一些情况下可以减少排水管道的管径和长度。相比传统重力排水系统，较小管径的管道意味着更低的材料成本。经测算，虹吸排水管道管径可能比传统排水管道内径减小30%～60%，管材费用可节省20%～30%。更短的管道铺设长度也降低了人工成本以及节省了沟槽开挖费用。

6.2 雨水收集利用带来的收益

结合海绵城市理念，虹吸防排水系统中的雨水收集模块可以收集大量雨水，经过简单处理后可用于绿化灌溉、洗车、冲厕等非饮用水用途。经测算，通过对雨水的蓄水再利用，仅绿化灌溉方面每年可节约30%～50%用水量。

6.2 降低建筑维护成本

虹吸防排水系统能快速有效地排出渗漏水，减少地库顶板积水时间。据统计，积水是导致屋面防水层损坏的主要原因之一，通过及时排水，可以极大程度提高地库顶板防水层使用寿命，因此，节省了大量的维修和翻新费用。

7  结语

本文以丹河新城金村起步区水岸丹城居住小区项目为例，介绍了基于海绵城市背景下一种优化的虹吸防排水系统，在传统屋面虹吸排水的基础上优化集成了复合防排水板、模块化雨水收集池等装置，并在实际工程应用中展现了较好的经济效益。

在国家大力推进海绵城市（水弹性城市）建设的背景下，虹吸防排水系统作为一种有效的雨水排放和收集利用技术，贴合海绵城市“渗、滞、蓄、净、用、排”的理念，在节约建设成本、提升雨水利用效率、降低建筑维护成本等方面具有突出优势，有理由预见在材料性能不断提升的带动下，可以进一步提高该系统的可靠性和使用寿命。