特大型屋面与地面雨水收集系统的应用分析

陈筛，张楠祥，马宇希，吴洪波，高超

（中国建筑第二工程局有限公司华南分公司，广东 深圳 518000）

1 工程概述

某大型建筑屋面与地面设置的雨水收集系统，总有效储水容积高达1000 m3，共分为6个储水池，1#、2#储水池设置于停车场为承重池，3#、4#设置于建筑绿地下，5#、6#设置于花架下。雨水收集流程如图1所示，通过该系统可实现水资源的循环利用，并且在地下阴凉、黑暗的环境下，水中微生物可以得到充分抑制，使用雨水资源时利用水泵将其抽到各使用地点即可[1]。

图1 雨水收集流程图

2 特大型屋面与地面雨水收集系统的概述

雨水收集系统按照类型可以将其分为屋面雨水收集系统和地面雨水收集系统，也可以将公园、小区等雨水收集系统与城市雨水管道相结合，形成大型雨水调蓄池系统。对于特大型建筑物而言，屋面、地面雨水收集系统较为合适，此类污水污染程度轻、水硬度不高、含盐量较少，尤其是屋面雨水，基本上无须软化便可以将其用于冲洗厕所、浇灌绿化等，能够缓解城市用水紧张，减少城市给排水管网运行负荷。

在该工程项目中，屋面、地面雨水收集系统主要由屋面地面雨水收集、气流、储存、水质处理以及雨水回用系统构成。收集到的雨水资源流经弃流系统通过管道输送到储水设备当中，回收系统将雨水收集处理后进行存储。总体来说，因为雨水的存储方式及最终用途不同，会衍生出各种工艺流程，核心内容在弃流、储存以及水质处理这3部分。

2.1 雨水弃流过滤方式

针对特大型屋面、地面雨水回收系统而言，分流井与弃流过滤设施是该系统运行的基础设施。工作人员需要结合该项目所处区域的降水特征、径流特征完善弃流过滤方式。最常见的弃流过滤方式为流量型雨水初期弃流装置，其具有运行原理清晰、结构简单、可操作性强的特点。

2.2 雨水蓄水池形式

作为雨水回收系统的重要构成部分，蓄水池的应用直接影响到建筑工程项目造价、工艺等。目前，我国常见的建筑雨水蓄水池形式有拼装式塑料水箱、根据建筑主体结构设置的钢筋混凝土水池、玻璃钢水箱等。其中，钢筋混凝土水池比较适用于大型建筑屋面，其能够与地下室等结构结合，对整个建筑空间进行优化，但要注意雨水溢流等问题。拼装式塑料水箱是近些年来发展较快的一种水箱形式，其具有拼装灵活、施工方便等优点，因此，在不少建筑雨水回收系统中得到了广泛应用，本文所述项目也是采用这一蓄水池形式。玻璃钢水箱主要应用于小型雨水回收工程，如叠墅、别墅等建筑，可以直接将水箱放置于地面，收集建筑物屋面及地面雨水，将其用于绿化浇灌等工作，直接简化雨水收集系统。

2.3 雨水处理工艺

雨水中主要存在的污染物有悬浮物（SS）、化学耗氧量（CODcr），工作人员在选择处理工艺时需要结合雨水用途以及水质要求进行选择，总的来说，雨水处理要满足表1中的标准。

表1 雨水回收处理标准

通常情况下，在雨水回收处理过程中需要采用初期弃流→沉淀→过滤→消毒这一工艺。

需要注意的是，因为雨水的不均衡性特点，有关消毒环节要予以保留，并对后期长期滞留的雨水要采取相应处理[2]。若收集到的雨水仅用于绿化浇洒工作，对水质无特殊要求，可以直接省略过滤环节，采用滴灌或喷灌方式直接应用。

3 特大型屋面与地面雨水收集系统的应用难点

在本项目屋面及地面雨水收集系统中，蓄水池主要由雨水箱与防渗膜拼装构成，且要使用土工布外裹。结合项目需求，防渗膜选用HDPE材料，膜体厚度不宜低于1.0 mm。防渗膜间隙的密封性以及雨水收集箱的拼装作为工程施工难点，要保障其后期应用过程中完全不透水，工作人员需要做好以下几点工作。

3.1 提高防渗膜间隙的密封性

接缝长期完整性是选择防渗膜的重要衡量标准，此外，要提高防渗间隙的密封性，需做好以下工作：（1）工作人员需结合防渗膜应用特点，选择合适的焊接技术，以保障防渗膜间隙的密封性。（2）在铺装防渗膜之前，要事先处理好屋面或地面，保证铺装表面夯实、平整，无任何尖锐物体[3]。在铺设土工布与防渗膜时，应先平整铺设1层土工布，而后铺设1层防渗膜。（3）所有防渗膜密封处都要做好非破坏性密封测试，测试合格后才能够开展后续安装工作。

3.2 雨水收集箱的拼装

塑料雨水拼装蓄水池在国外应用较为广泛，在我国处于起步阶段。本文采用的Q-Bic雨水箱在德国与法国工程中较为常见，安装人员需结合该建筑屋面、地面实际情况，事先计算可收集雨水量以及储水池容积，以此确定雨水箱规格型号，规划雨水箱形状，为后期拼装工作的顺利开展奠定基础。在此过程中可以积极引进BIM技术，事先构建雨水收集箱拼装模型，为后期拼装进行指导。收集雨水量计算公式为：

式中，W为硬化面雨水设计径流总量，m3；ψc为硬化面雨量径流系数；hy为最大降雨量，mm；F为硬化面汇水面积，hm2。

储水池容积计算：

式中，Q为回用水总量，m3；qi为第i个用户日用水定额，m3/d；ni为第i个用户（用户数量）；t为用水时间，d。

4 特大型屋面与地面雨水收集系统的实践

4.1 系统流程

有关特大型屋面与地面雨水收集系统建设流程为：沟槽开挖→安装雨水收集池（防渗膜安装、土工布安装、雨水收集单元拼接）→回土→实验验收组成。

4.2 施工工艺

4.2.1 沟槽施工

沟槽开挖：工作人员需要根据施工图纸对过滤井、雨水收集箱以及水泥泵井等具体位置预挖沟槽。结合本项目来看：（1）有关雨水收集箱的预挖铺设深度为箱体高度+覆土高度+0.3 m，在此需要注意的是不同收集系统的覆土高度有所不同。此外，雨水收集箱侧面与土方墙体或土方最小距离要大于0.5 m，以保障施工通道顺畅运行。为防止后续安装活动中地基崩塌，处于收集箱上方的土方可以挖成倒锥形。（2）管道预挖铺设深度应为管道直径+覆土高度+0.3 m，此外，还需要在管道沟底部按照外径各增加0.3 m，以便管道后期连接、夯实等工作能够顺利开展。（3）针对过滤井以及水泥泵井沟槽，其预挖深度应为过滤井及水泥泵井高度+0.3 m，需要注意的是沟槽底部直径要根据过滤井以及水泥泵井规格确定，在本项目中，方形水泥泵井长×宽为3.0 m×3.0 m，过滤井直径为2.0 m。

沟槽地基处理：为加强雨水存储系统周边地基的坚硬度及防渗能力，工作人员需要应用白灰或水泥对其进行处理，在夯实地基后开展整平工作，随后在地基上方铺设厚度为0.1 m的砂垫层。若为软土地基，槽底低于地下水水位时需要铺设厚度不小于0.15 m的碎石，碎石规格均要满足5～20 mm。若施工人员在开挖过程中发现挖掘出来的材料为粗砂，并且规格粒径不超过20 mm时，可适当将其用于地基处理。

4.2.2 雨水收集箱的安装

防渗膜与土工布的铺设：在铺设防渗膜与土工布时，首先，要确保铺设土方以及沟槽砂垫层平衡，每块土工布接缝处至少要有30 cm的交叠部位，随后在土工布上方平整铺设HDPE防渗膜。本次防渗膜焊接设备选用楔焊机，运用双规热熔焊接法保障各防渗膜焊接有效。工作人员要根据项目需求及时调节焊接压力，设定科学合理的焊接温度与速度，完成焊接工作后要对焊缝搭接处进行检查，保障焊缝处无任何问题，且无泥沙等杂物。每次开展焊接工作前都需要进行试焊工作，不得出现任何滑焊、调走现象。在下雨、潮湿以及温度低于5℃的环境下不得开展焊接作业。完成焊接工作后要及时开展非破坏性密封测试。

4.2.3 防渗膜及土工布的包裹

完成上述工作后，需要应用防渗膜/土工布将收集箱紧紧包裹，工作人员先安装好管道入口连接件，随后根据收集箱安装实况，切开防渗膜/土工布，使收集箱管道顺利伸出，做好连接件周边防渗膜/土工布的密封处理，完成包裹工作后需要进行密封检测。

4.2.4 回填施工

回填施工前，施工人员需要将雨水收集箱四周以及上方砂垫层加厚0.1 m，以便能够保护雨水收集箱及土工布。回填土要适量添加白灰或水泥，并对其进行夯实处理，注意在回填过程中不要破坏收集箱下面结构。

在回填过程中，回填土要一层一层铲入，保障将其压实到97%的葡式密度。此外，施工人员要对侧面回填工作引起重视，该环节质量会直接影响后期系统运行稳定性，侧填工作从雨水收集箱侧面开始，每30～40 cm需要应用振动板等相关设备进行夯实，一层一层将其填充到雨水收集系统周边。

5 系统检查

完成特大型屋面与地面雨水收集系统的安装工作后，相关人员需要对其功能性与可靠性进行检验，保障雨水收集系统无任何损伤、安装牢固、防渗性能好。此外，还需要对过滤池等配套设备进行检查，确保其布置合理、配套齐全。

5.1 灌水检验

在本文论述项目中存在6个雨水收集箱，工作人员需随机抽取2个，从泵池井开始向收集箱中注水，直到水位不再上升为止（以水从溢流口流出为准），收集箱要保持储水状态在24 h以上，无任何渗漏现象说明灌水检验合格[4]。

5.2 检验泵的运行情况

完成上述工作后需要及时启动潜水泵，将雨水收集箱中的水全部抽到备用池中，检查泵的运行状况。在泵运行过程中工作人员需要观察泵池满水时指示灯运行情况，是否显示正确。当水位低于设定值时，泵会因为自我保护机制无法启动，观察指示灯是否显示正确。

完成上述检查工作后，需要将该系统移交于有关部门进行使用，检查泥沙井、控制井内是否存在杂物，及时清理为后续运行奠定基础。

6 结语

综上所述，屋面与地面雨水收集系统是绿色建筑设计的重要内容之一。有关人员在安装应用雨水收集系统时，需要严格把控施工质量，完成上述工作后做好系统检查工作，保障各环节运行顺利后进行交付，为特大型雨水收集系统后期稳定运行奠定基础。