虹吸排水技术在大型城市广场种植顶板排水中的应用

2021-03-12

工程技术研究 2021年4期

中国建筑一局（集团）有限公司西北分公司，陕西西安 710000

“在提升城市排水系统时要优先考虑把有限的雨水留下来，优先考虑利用自然力量排水，建设自然积存、自然渗透、自然净化的海绵城市。”这是习近平总书记于2013年12月12日在中央城镇化工作会议上的讲话。近年来，随着我国城市建设水平的提升，基础设施建设不断完善，大型城市广场作为一座城市的名片，集交通换乘、商业服务、市民休闲于一体，对推动整个城市的发展具有重大意义。

虹吸排水技术摒弃了传统种植顶板碎石（卵石）渗排水做法，将种植区土壤中的渗透水通过排水异形片、虹吸排水槽排至集水井，实现种植顶板滞水有组织零坡度排放，从而达到排水、集水和雨水资源二次收集利用的目的。此外，虹吸排水有效解决了顶板大面积找坡困难的问题，减少了种植顶板土壤中的滞水，在很大程度上避免了植物因根系泡水而发生的烂根死亡现象，并且实现了种植顶板有组织排水，将土壤中的渗透水回收再利用，满足绿色建筑节能要求，符合现代海绵城市可持续发展理念。

1 项目概述

秦都高铁枢纽换乘中心项目位于陕西省咸阳市秦都高铁站北侧，总建筑面积为143717.44m2，地上广场种植面积为74476.03m2，是咸阳市重点建设项目。根据项目具体情况，种植顶板整体排水设计南北两侧排水，用虹吸排水槽将顶板分成若干个排水区域，在南北两侧各设置4个出水口，将顶板雨水定向排至与市政管网相连的蓄水井。项目虹吸排水系统布置见图1。

图1 项目种植顶板虹吸排水系统布置图

2 虹吸排水系统的特点及优势

2.1 系统原理

渗入土壤中的水通过高分子防护排水异型片不断流至虹吸排水槽，在虹吸排水槽上安装透气管，虹吸排水槽内的水在空隙、重力和气压差作用下汇集到出水口，出水口通过管道变径的方式使竖向虹吸直管形成满流状态，从而形成虹吸效应。土壤中多余的水分渗流入虹吸排水槽内不断被吸入观察井，经观察井排入雨水收集系统，待旱时对绿化植物进行浇灌时实现雨水的循环再利用。虹吸排水技术使以往的被动式排水转变为主动式排水，从而真正实现了大型城市广场种植顶板零坡度有组织定向排水。

2.2 系统构造

该虹吸排水系统主要由过滤布、高分子异型排水片、双加筋拱形虹吸排水槽、透气管、变径虹吸排水管、观察井、蓄水井等组成。通过透气管、虹吸排水槽使土壤内滞水层与大气压连通，在覆土层底部滞水层形成压力差加速排水。可将高分子异型排水片材上的土层积水有组织地通过虹吸排水槽排至观察井，并将观察井内的水收集到蓄水井进行二次循环利用，实现大型种植顶板零坡度有组织定向排水及水资源循环利用的功能。虹吸排水具体系统构造见图2、图3。

图2 虹吸排水系统构造图

图3 虹吸排水系统剖面图（单位：mm）

（1）高分子异型排水片。采用HDPE材质制成的具有防水功能的异型排水片材具备耐根穿刺物理阻根功能，可代替传统耐根穿刺卷材，从而直接降低工程造价。该高分子片材与过滤布胶黏复合（将片材与土工布结合），剥离强度高，从而将顶板上荷载分散，使复合型片材更具有防塌陷性，排水空间更为宽敞。高分子异型排水片与传统塑料排（蓄）水板材料性能对比见表1。

表1 材料性能对比表

（2）双加筋拱形虹吸排水槽。采用双加筋拱形虹吸排水槽将种植顶板划分成若干个排水区域，土壤中的渗透水通过高分子异型片汇集到虹吸排水槽，虹吸排水槽内的水通过空隙和压力差作用很快汇集到出水口，形成分区域有组织排水。

（3）透气管。透气管连接双加筋拱形虹吸排水槽，出口伸出覆土层，顶部安装透气防尘盖，保证覆土层底部滞水层内气压与室外大气压一致，形成压力差加速排水；同时可增加种植土层的透气性及透水性，为植物的根系提供氧气。

（4）变径虹吸排水管。变径虹吸排水管将虹吸排水槽与观察井相连，利用重力及气压差在变径管道满流时将排水槽中的水抽至观察井，使以往的被动排水转变为主动式排水，从而避免土壤中长期滞水。同理，在洪涝期可以更快速并有组织地将异型片材上与排水槽中的积水排泄至观察井。

（5）雨水回收蓄水池。雨水回收部分由观察井、观察井盖、蓄水池、水泵构成。排水收集系统能够将异型排水片材上多余的水有组织地通过变径虹吸装置排至观察井和蓄水池（蓄水池水位达到一定高度后，多余水将自动排至就近市政雨水管网），并对收集水进行循环利用。

2.3 系统优势

与传统重力排水相比，虹吸排水系统在种植顶板排水中的应用优势见表2。

表2 虹吸排水与重力排水对比表

（1）相较于传统种植顶板构造做法，虹吸排水系统取消了（自上而下）细石混凝土保护层、隔离层、找坡层，代替了传统的排水过滤层，有效节约了构造层次，增加了种植土覆盖厚度。

（2）相较于传统构造做法，虹吸排水系统可节约50%～75%的施工工期，直接降低了15%～30%原种植顶板构造中的材料及人工成本。

（3）相较于传统排水板做法，虹吸排水系统现场施工完成面平整，无空鼓，排水层和防水层通过后期的工艺进行复合，形成防水层和排水层的紧密贴合，并且固定在了防水层（保温层）上。

现场回填作业时，排水层固定在防水层上，因此后期回填时不会出现空鼓及位移问题，可以有效保证排水效果。

传统排水板排水层在施工完成后空鼓，后期回填后造成排水层整体位移，排水效果不可控。并且土工布和排水层非一体结构，后期会出现土工布凹陷堵塞排水通道的问题。

3 虹吸排水施工工艺流程及关键技术

3.1 施工工艺流程

在虹吸排水系统施工前需在原设计图纸的基础上进行深化设计出图，合理分区种植顶板，合理规划布置透气管、观察井、集水井的位置，优化顶板面层做法，出具细部节点做法大样图等。现场具体施工流程如下：（1）定位规划弹线；（2）铺设黏条；（3）铺设虹吸排水槽；（4）铺设异型片；（5）安装观察管；（6）铺设土工布；（7）安装虹吸管及观察井；（8）安装雨水回收系统。

3.2 关键技术

（1）高分子异型片材铺设。①高分子异型片材铺设方向与排水方向一致，采用平缝黏结的方式统一铺设，黏结宽度为200mm，与双加筋拱形虹吸排水槽形成的隔空层保持整体都有凸台架空，保证排水通畅。②高分子异型片材应沿种植顶板边缘顺坡铺设，异型片材上自黏热轧定型过滤布过滤层，过滤布与过滤布边缘用胶水黏结，黏结宽度不小于150mm，其主要目的是防止泥土顺水流到异型片材上从而出现堵塞排水通道现象。③对于高出种植顶板的建筑物，如通风井、地下车库楼梯侧墙，铺高分子异型片材时应自上而下下翻铺贴，上翻高度至覆土高度；最底端平铺到种植顶板平面铺设的高分子异型片材上，用阻根黏条平缝黏结固定。

（2）排水槽及观察管安装。该工程利用虹吸排水槽将种植顶板划分成若干个排水区域，通过透气观察管平衡土层内部与外界气压，从而保证虹吸排水的顺畅，实现种植顶板有组织定向排水。

（3）其他注意事项。①排水系统施工区域内禁止一切工程车辆在高分子异型片材上直接行驶，人工拖行的劳动车禁止直接在铺设好的材料上行走。②虹吸排水系统施工完成后，应及时进行回填土作业，回填方式要采取从外向里回填的原则，随铺随填。回填土过程中，施工机械不得直接接触高分子异型片材，第一层回填土一次性回填厚度要大于500mm。③如果回填土为透水性较差的黏土类，需要先回填100厚砂石层。其后分层回填直至回填到种植高度，回填厚度可为500～1000mm。④回填土施工时应做好相关配件的保护，如在透气观察管、虹吸排水管等部位需人工回填。透气管布置应参照景观图，避让种植顶板上的景观道路及铺装。回填土时注意标识，避免破坏。