模块化雨水调蓄池的应用研究

李成志，王东杰，王天宇，陈 伟，徐 健，张晓菲，梁凤琪，张 岩

(1.中国建筑第二工程局有限公司，北京 100071；2.宁夏正本环境技术有限公司，宁夏 石嘴山 753000；3.中建安装集团有限公司华北分公司，北京 100048)

随着社会的发展和我国城镇化进程的不断推进，人口聚集效应愈加明显，城市市政管网的有效运行面临着巨大的挑战。伴随着全球气候变暖的趋势，我国极端天气导致的自然灾害事件频发。2021年全国各地出现强降雨，多个城市产生城市内涝问题，河南郑州更是遭遇了百年不遇的特大暴雨，使人民生命财产遭受极大损失。而雨水调蓄池作为项目的“蓄水大坝”，在雨水洪峰时发挥着重要的调蓄功能，削减建筑与小区外排雨水峰值流量和径流总量[1-2]，不仅缓解了城市雨水管网的运行压力，防止城市内涝的发生[3]，还可充分利用雨水资源替代园林绿化用水，实现雨水的综合利用，故雨水调蓄池的合理化设计、高质量建设和高效运行维护至关重要。目前国内雨水调蓄池的结构主要有现浇钢筋混凝土和PP雨水模块，李雪等[4]还在亚投行总部项目上使用了创新性的管状雨水调蓄池。钢筋混凝土调蓄池，结构稳定、承重能力强，但施工复杂；PP雨水模块[5]，快速拼装、安装迅速，但承重能力较差、污泥清理困难；管状雨水调蓄池作为一种新型的调蓄池，可在室外场地条件允许的情况下进行使用。北京市长辛店C地块项目的雨水调蓄池，具有位于消防救援操作场地之下、作业空间狭小、占用施工主通道和工期紧张等特点。因此笔者结合地勘报告、小市政图纸和建筑图纸等多方资料，对原有的现浇钢筋混凝土雨水调蓄池进行了优化，经过多个方案的比选分析，最终采用创新性的模块化拼装式雨水调蓄池，不仅解决了作业空间狭小和施工周期短等问题，还节约了建造成本。

1 工程概况

长辛店C地块项目位于北京市丰台区长辛店镇辛庄，用地面积75 920.50 m2，总建筑面积265 442 m2，分为限价房、商品房、商业服务楼和幼儿园四个区域，室外工程主要包括：给水、中水、雨水、污水、燃气、室外铺装和园林绿化等。该工程原设计为一座有效容积1 200 m3的现浇钢筋混凝土雨水调蓄池，受制于现场施工条件影响，将现浇钢筋混凝土雨水调蓄池优化为模块化雨水调蓄池。原设计雨水调蓄池平面图见图1，优化后雨水调蓄池平面图见图2。

2 模块化雨水调蓄池方案的确定

1)现场施工场地狭小、操作空间有限。雨水调蓄池南侧紧邻地下室外墙，调蓄池最外侧距离地下室外墙间距仅为0.8 m，无法满足模板支设和脚手架搭设的空间要求。

2)无法满足工期要求。原设计中现浇雨水调蓄池的尺寸为35.6 m×9.25 m×6.3 m，顶板覆土1.6 m，且调蓄池位于西区施工主要运输通道的下方。从调蓄池开始施工至混凝土强度满足行车要求的时间大约60 d，无法满足30 d的工期要求，将会对西区整体施工进度造成严重影响。

3)调蓄池内部模板和脚手架拆除清运困难。现浇结构将涉及大量的模板和脚手架拆除工作，而施工材料只能通过两个人孔(直径800 mm)进行外运。

4)密闭空间作业，安全隐患较大。施工人员需在6 m多深的 密闭空间中进行长时间的体力劳动，缺氧环境将直接危及施工人员的生命安全。

5)雨季作业，大型现浇结构施工进度无法保障。调蓄池施工于8月份，正处于北京多雨季节，现浇混凝土施工受天气影响较大。

6)现浇混凝土调蓄池使用阶段的清淤极其困难，运营维护工作困难。

7)模块化拼装式调蓄池适用于工期紧张、现场施工空间狭小的工程，施工时仅基础底板和顶部盖板涉及现浇混凝土施工，调蓄池整体结构则为场外预制加工、现场快速拼装形式，避免了大量模板和脚手架的使用，弥补了现浇结构的不足。

综上所述，结合现场工期要求、各专业施工图纸和地勘报告等相关资料文件，建议将现浇混凝土雨水调蓄池优化为模块化拼装雨水调蓄池，经过多次考察和分析论证，最终通过了设计院和有关专家的认可。

3 模块化雨水调蓄池系统的设计

3.1 设计参数

模块化雨水调蓄池系统由进水口沉淀池、调蓄池本体、出水口沉淀池、潜水泵提升设备和透气管道等组成。进水口沉淀池和出水口沉淀池均由2个6.8 m3的模块化混凝土构件组成，调蓄池本体由350个2 m×2 m×1 m的模块化混凝土构件组成。沉淀池尺寸为2.3 m×4.6 m×2 m，顶部覆土1.35 m；调蓄池尺寸为11.5 m×32.2 m×5.8 m，顶部覆土1.94 m。模块化雨水调蓄池雨水收集的总有效容积为1 215 m3，原设计要求雨水调蓄池的有效容积为1 200 m3，有效容积满足设计要求。

3.2 工艺流程

该技术工艺主要包括：进水系统(雨水弃流井，原设计已含)→进水口沉淀池→模块化雨水调蓄池→出水口沉淀池→提升设备以及溢流回收系统(原设计已含)。

3.3 系统构造

3.3.1 预制模块

模块化雨水调蓄池主要采用两种预制钢筋混凝土模块，调蓄池底部和顶部为托盆式模块，中间部位为贯通式模块。贯通式模块如图3所示，为预制钢筋混凝土构件，混凝土标号为C30，内腔净尺寸为2 m×2 m×1 m，壁厚为150 mm，端面设有50 mm×50 mm的凹槽。托盆式模块如图4所示，为预制钢筋混凝土构件，混凝土标号为C30，内腔净尺寸为2 m×2 m×0.85 m，壁厚为150 mm，端面设有50 mm×50 mm的凹槽。

3.3.2 沉淀池

相比于原有的现浇钢筋混凝土雨水调蓄池，本系统在调蓄池进水口和出水口分别增设了一组沉泥池，方便后期运行维护过程的淤泥清理工作，沉泥池的相对位置如图2所示。现以进水口的沉泥池为例，做详细的介绍。如图5，图6所示，沉泥池由2个2 m×2 m的模块化混凝土池组成，2个模块之间有3个De300 mm的连通管，池内底标高为74.927 m，De700 mm的进水管1根(管内底标高为75.727 m)，De300 mm的进水管6根(管内底标高为75.727 m)。

3.3.3 底板和盖板

底板厚度为500 mm，盖板厚度为300 mm，均采用C30混凝土。

3.3.4 调蓄池主体

结合图2雨水调蓄池的平面图和图7调蓄池的纵向剖面图，调蓄池本体由5(横向)×14(纵向)×5(竖向)=350个混凝土模块组成。竖向上共计5层模块，最下面2层模块在横向和纵向方向上以De300 mm的连通管互相联通，最上面1层模块在纵向上以De300 mm的连通管联通。顶部设置4套透气管系统，每套透气管均连接横向的5个模块，使调蓄池顶部各个部位的气压均与大气压力相等，保证了雨水在调蓄池内部各个模块之间流动顺畅。

4 施工工艺

4.1 施工工艺流程

调蓄池主要施工工艺流程：施工准备→测量放线→基坑开挖→底板浇筑→调水池安装→模块安装→连通管安装→踏步安装→内壁和调蓄池外侧防水→肥槽回填→沉泥池安装→盖板施工→透气管施工→井筒砌筑→井圈及井盖安装→顶部回填。调蓄池施工图见图8，顶部盖板施工图见图9。

4.2 施工技术要点

4.2.1 基坑开挖

如图8所示，调蓄池西侧和南侧均紧邻地下室外墙，东侧为施工运输主干道，故采用自西向东倒退开挖的方式，配备自卸式汽车外运土方。结合现场土质情况，北侧和东侧的基坑开挖按照1∶1放坡。西侧和南侧地下室外墙附近的土方开挖时，配备施工人员配合清理紧邻外墙处的土方，专业施工单位、总包和监理单位相关人员进行现场旁站，严禁机械触碰外墙防水。另外集水坑处采用人工开挖的方式。

4.2.2 底板施工

4.2.3 雨水模块拼装和连通管安装

调蓄池由350个预制式钢筋混凝土模块拼装而成，该模块抗荷载能力强，施工简便。模块安装采取自下而上、自西向东的顺序进行。模块全部安装完成后，预制模块凹槽相接处采用M10防水水泥砂浆灌注，接缝处采用建筑结构胶处理，使上下层模块紧密连接。

在最下面2层模块和最上面1层模块上设置连通管，连通管采用DN300 mm的聚乙烯螺旋波纹管，连通管与预留洞的空隙采用水泥砂浆进行封堵处理。

4.2.4 内壁和调蓄池外侧防水

内壁和调蓄池外侧采用PRT防水卷材。首先，在管根和阴阳角部位进行细部附加层处理，涂刷一遍堵漏灵，做附加增强处理，附加层总宽度为500 mm，转角两侧各250 mm。然后，大面积卷材粘铺要从一边向另一边辊压排气，大面积压实后，再使用小压辊对搭接部位进行碾压，从搭接内边缘向外进行辊压，排出空气，粘贴牢固。搭接前，先揭除卷材搭接边处的隔离膜，粘贴后，随即用刮板用力赶压排出空气，使卷材搭接边黏结严密。搭接时应对准搭接基准线进行，一般要求搭接宽度为长边不小于80 mm，短边不小于80 mm。采用双层卷材时，上下两层卷材的纵向接缝应该错开1/3～1/2的幅宽，且两层卷材不得互相垂直粘铺。同一层相邻两幅卷材的横向接缝，应彼此错开1 500 mm以上，避免接缝部位集中。立面与平面转角处(阴角)卷材的搭接缝应留在底板平面上，且距离立面应不小于600 mm。卷材的搭接缝、卷材的收头、管道包裹及异型部位等均属于防水的薄弱环节，应采用密封膏密封。

4.2.5 肥槽回填

回填应在防水施工完毕、蓄水试验合格后尽快进行，调蓄池四周均采用聚苯板进行回填保护，以免回填时对防水层造成破坏。肥槽回填作业时，基坑四周的回填土堆载高度不得超过基坑上部地面0.5 m，周围设置警戒线，严禁无关人员和机械靠近。受现场条件限制，肥槽回填采取人工和小型机械回填夯实并用的方案。分层回填、分层夯实，每层厚度不得超过0.3 m。

4.2.6 盖板施工

5 模块化调蓄池的工作原理

当雨水水量较小时，通过弃流井直接排放至下游雨水管网。当降水量较大时，雨水进入入水口的沉泥池，然后进入模块化调蓄池，最后通过溢流管进入出水口沉泥池排至大市政雨水管网，调蓄池可有效地缓解降雨高峰期时城市雨水管网的运行压力。调蓄池内储存的雨水将由潜水泵系统提升排入大市政雨水管网，同时可供小区园林绿化用水。

6 模块化雨水调蓄池的应用特点

6.1 满足设计有效容积要求

该项目原设计中现浇混凝土雨水调蓄池的有效容积为1 200 m3，采用的模块化雨水调蓄池有效容积为1 215 m3，比设计要求多出15 m3，满足设计要求。

6.2 解决施工操作空间狭小问题

雨水调蓄池外侧与地下室外墙的间距为0.8 m，不满足脚手架搭设和模板施工要求的操作空间。而模块化调蓄池则不涉及模板和脚手架施工，成功地解决了作业空间狭小的问题。

6.3 节约工期

原设计中现浇混凝土结构的整体施工周期为60 d，模块化调蓄池施工省去了钢筋绑扎、模板支设、混凝土浇筑、混凝土养护、模板和脚手架拆除等施工内容，大大节省了施工时间。本项目中模块化调蓄池施工，自测量放线到顶板土方回填完毕，共计历时30 d，确保了项目整体施工的顺利进行。

6.4 经济效益显著

本项目，雨水调蓄池的有效容积为1 200 m3，原现浇混凝土雨水调蓄池总体造价为136万元。模块化调蓄池施工节省了模板费用、脚手架租赁费用和大量的人力费用，总造价为127万元。雨水调蓄池方案调整后，成本节省了9万元，节约率为6.62%，经济效益显著。

6.5 方便后期运行维护

原设计中雨水携带的泥砂沉淀物大部分沉积于雨水调蓄池底部，调蓄池底部相对室外地面高差为7.4 m，后期人工清理淤泥困难，且涉及有限空间作业，易对清淤人员造成身体伤害。优化为模块化雨水调蓄池后，大部分沉积物拦截于进出水口沉泥池之中，沉泥池底部相对室外地面高差为3.5 m，清淤操作相对简单，为后期调蓄池的运营维护提供便利。

7 结语

北京市长辛店C地块室外工程采用了模块化雨水调蓄池，满足设计中雨水调蓄池的有效容积要求，不仅解决了现场作业空间狭小和施工周期短等问题，还节约成本6.62%。在我国社会发展需满足“双碳”目标的政策环境之下，雨水调蓄池模块化建造，作为一种创新型的绿色建造技术，弥补了传统大型现浇混凝土雨水调蓄池的诸多弊端，适合工期紧张和现场作业环境复杂的项目，具有良好的推广价值。