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引用本文：郭進(jìn)軍，豐漢軍，賈凱悅. 南方地區(qū)坡地建筑排水設(shè)計特點(diǎn)［J］. 給水排水，2022，48（11）：100-104

01 工程概況

廣州市某大型企業(yè)總部基地，集科研、辦公、后勤、文體、居住等多功能于一體的一類高層公共建筑群。項目北側(cè)為山地，地塊內(nèi)豎向標(biāo)高復(fù)雜，地下水位較高。為保證項目排水安全并綜合利用水資源，節(jié)省投資，突破常規(guī)采用多種創(chuàng)新的排水方式。最 后實(shí)踐效果顯示：暴雨時山坡洪水能及時排出未影響建筑安全，建筑室外雨水排水系統(tǒng)運(yùn)行正常,周圍雨水能及時排走未出現(xiàn)積水情況；屋面及廣場虹吸排水系統(tǒng)運(yùn)行正常，屋面雨水排水順暢未出現(xiàn)積水情況，地下管廊排水系統(tǒng)排水通暢；廊道降水收集回用及雨水綜合利用系統(tǒng)用于綠化、沖洗及水景等處，運(yùn)行正常，能節(jié)約用水。

02 坡地建筑截洪溝系統(tǒng)

2.1 參數(shù)分析

由于本建筑北面為山體，山體護(hù)坡頂部、坡面平臺各設(shè)一道10年一遇排水溝保護(hù)護(hù)坡平時不受雨水沖刷。坡地底部的截洪溝重現(xiàn)期為本項目坡地截洪溝系統(tǒng)的一個重要參數(shù)，其指標(biāo)合理取值關(guān)系到項目安全和經(jīng)濟(jì)效益的平衡及綜合利益能否最 大化。

項目內(nèi)有大量科研用專項機(jī)房，如受到洪水威脅直接損失和間接損失巨大。而50年、100年、200年本地區(qū)暴雨強(qiáng)度比值約為1∶1.08∶1.15。從暴雨強(qiáng)度比值可知，重現(xiàn)期從50年一遇增加到200年一遇截洪溝增加的投資不大，對于整個項目來說增加的投資微乎其微。但是200年一遇截洪溝對項目安全有絕 對保障。

參考《防洪標(biāo)準(zhǔn)》，結(jié)合本項目專項機(jī)房重要程度，在山體與建筑用地紅線結(jié)合處根據(jù)山體護(hù)坡設(shè)置一道截洪溝用于排暴雨時山體洪水，該截洪溝按總匯水面積100年一遇洪水考慮。同時，在用地紅線內(nèi)道路旁增設(shè)一道截洪溝，該截洪溝與坡地底部截洪溝總排水能力按總匯水面積200年一遇洪水考慮。

現(xiàn)狀地形削減形成一定坡度的護(hù)坡，漿砌片石骨架植草護(hù)坡是高邊坡的主要綠色防護(hù)方式之一。參考高速公路等護(hù)坡做法，巖土專業(yè)在護(hù)坡壁設(shè)置了漿砌石截水骨架降低雨水徑流速度及徑流量，以減小山坡雨水徑流對坡腳排水溝的影響。

2.2 水力計算

截洪溝水力計算按明渠均勻流公式計算如式（1）所示：

式中 Q——截洪溝在正常水深下通過的流量，m3/s；

A——截洪溝過水?dāng)嗝婷娣e，m2；

V——水流速度，m/s；

C——謝才系數(shù)；

R——水力半徑；

i——溝底縱坡。



確定設(shè)計流量后，采用試算法計算斷面尺寸。計算表格如表1所示。

表1 截洪溝計算示例

匯水面積計算時應(yīng)注意不能直接按平面垂直投影面積，應(yīng)分別按雨水垂直山體和雨水垂直地面兩種情況計算匯水面積，取其中大值進(jìn)行計算。

（1）雨水垂直山體時，以山體某一面迎水面作為基準(zhǔn)投影面。將此方向山體表面延伸一個大平面，將山體投影到此大平面面積作為匯水面積S1。依次類推，將各個方向山體作為迎水面按此方法計算每個匯水面積S2、S3……SN。

（2）雨水垂直地面時，直接按山體平面投影到地面的面積作為匯水面積S。設(shè)計匯水面積為［S，S1，S2……SN］max。

2.3 消能設(shè)置

部分陡坡處截洪溝坡度較大，為避免沖刷，當(dāng)計算溝內(nèi)流速大于3 m/s時需采取措施降低流速，通常方法為設(shè)置綜合消力池。其局部如圖2所示。

圖2 綜合消力池示意

參考《城鎮(zhèn)防洪》設(shè)計手冊，對計算進(jìn)行簡化。已知跌水高差及洪水流量前提下，計算綜合消力池總深度d及長度L。

前述截洪溝跌水高度P1：5m ，流量Q：1.48 m3/s，水深：0.7m，渠寬b：1.5m。

2.3.1 跌水口計算

采用無底檻矩形跌水口，寬度和迎水渠相同。堰頂水頭H0=(Q/εMb)2/3=0.7707，其中：側(cè)收縮系數(shù)ε取0.9。無底檻寬頂堰第二流量系數(shù)M=1.62。

2.3.2 消力池深度計算

總水頭T01=P1+H0=5.7707（m），單寬流量q=Q/b=0.987（m3/s），q2/3/T01=01718，跌水壁高度不小于跌水高度5m時相應(yīng)流速系數(shù)φ=0.85，查矩形河槽共軛水深計算表從而計算出h1=0.1101 m，h2=1.2878 m。

采用降低渠底形成消力池方式(假定為非淹沒實(shí)用堰)，消力檻總水頭H01=［q/m(2g)0.5］2/3=0.599(m)。

其中矩形斷面消力檻頂流量系數(shù)m=0.48，消力檻前行進(jìn)流速V01=q/h2=0.766（m/s），消力檻上水深H1=H01-αV012/2g=0.5691(m)，流速系數(shù)α=1.05。

初確定第一級消力池水深：C1=σh2－H1=0.7861（m）,取0.8，其中σ保證水躍安全系數(shù)1.05。

2.3.3 驗算消力池深度

式中 T′01——消力池底總水頭，m；

q2/3——計算共軛水深流量數(shù)。

參考2.3.2步驟計算出C′1=σh′02－H′1=0.789 7，C′1≈C1,說明按此消力深度可形成有效淹沒水躍不會二次水躍，消力池水深0.8 m可行。故消力池深d=C1+P1+H=6.8（m）。

2.3.4 消力池長度

式中 L1——射流長度,m；

L2——水躍長度,m。

計算得：L1=1.64×H1/20×（P1+d+0.24H0）1/2=3.522(m)

Fr=V1/(gh′01)1/2=9.538當(dāng)Fr大于9.0小于16時：L2=［8.4（Fr-9）+76］×h1=5.389(m)，L=L1+0.8L2=8.865(m)，取9m。

上述為參考《防洪手冊》簡化后的計算過程，在坡地建筑截洪溝計算中可以參考使用。

03 地下廊道降水排水系統(tǒng)

南方地區(qū)地下水位較高，本項目又在山坡底部。結(jié)構(gòu)設(shè)計如按傳統(tǒng)設(shè)計抗浮水位到路面，項目北側(cè)區(qū)域地下2~地面3層均須考慮抗浮設(shè)計，結(jié)構(gòu)造價相當(dāng)高。為降低造價，業(yè)主另外聘請顧問對抗浮設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化。考慮本場地特點(diǎn)：原地下水位較高，需具有一定流量排水功能，場地水頭較高區(qū)域為弱透水土層，使用減壓井自流排水有一定困難。針對項目特點(diǎn)，采用周邊透水的排水廊道進(jìn)行減壓抗浮設(shè)計。

設(shè)計排水廊道底標(biāo)高與地下1層底板標(biāo)高相同，布置在1層地下室外側(cè)，與地下室有一定間距，便于施工，經(jīng)過巖土專業(yè)綜合模擬計算基本可達(dá)到減壓效果。

地下水通過排水廊道（采用可滲透材料）最終匯集在西南角集水池，平時補(bǔ)充至室外雨水回收池前檢查井，作為綠化、景觀等補(bǔ)水。排水廊道剖面如圖3所示。

圖3 降水廊道

在洪水時，地下水量很大遠(yuǎn)超過綠化等回用水量，須溢流排放。由集水池內(nèi)水泵直接抽排至西側(cè)河涌，利用南側(cè)天然景觀水體對雨洪進(jìn)行綜合調(diào)蓄，調(diào)蓄容積約2萬m3。

南方地區(qū)坡地建筑地下水位較高，設(shè)置排水廊道有效降低地下水，可以節(jié)省結(jié)構(gòu)造價，同時收集的地下水作為景觀水體的補(bǔ)充達(dá)到節(jié)水目的。降水廊道集水井如圖4所示。設(shè)計過程中巖土、給排水等多專業(yè)需要緊密配合，確保降水系統(tǒng)安全可靠，既保證結(jié)構(gòu)安全、又保證排水安全。在本地區(qū)類似項目中可以借鑒推廣應(yīng)用。

圖4 降水廊道集水井

04 廣場虹吸排水系統(tǒng)

本項目地下室范圍非常大，地面各棟建筑投影均在地下室邊線范圍內(nèi)。地面建筑投影區(qū)域外為室外廣場，其占用室外面積比例達(dá)60%~70%以上，另外考慮側(cè)面雨水匯水，室外廣場的雨水計算流量也非常大。設(shè)計過程中，考慮過各種排水方式，經(jīng)對比分析最終采用廣場虹吸排水系統(tǒng)。

4.1 廣場半有壓排水系統(tǒng)對比

廣場區(qū)域若采用傳統(tǒng)87雨水斗雨水系統(tǒng)，主要有以下2種方案。

（1）方案一，采用室外雨水管道、雨水溝相結(jié)合系統(tǒng)型式，設(shè)置室外雨水檢查井。室外雨水管道、雨水溝在結(jié)構(gòu)頂板上覆土內(nèi)敷設(shè)。此方案由于首層廣場長度、跨度均較長，且北面為山坡，整體排水方向需往南側(cè)排水。故需要大面積結(jié)構(gòu)降板，降板最深區(qū)域會達(dá)到1.8~2.2m以上，嚴(yán)重影響地下室凈高也大幅增加結(jié)構(gòu)設(shè)計難度和造價。

（2）方案二，采用室外雨水溝、雨水斗相結(jié)合的系統(tǒng)型式。雨水斗設(shè)置在室外雨水溝內(nèi)，采用87式雨水斗，雨水橫管設(shè)置在地下室，按排水坡度往南側(cè)排放。此方案基本不需要結(jié)構(gòu)降板，但雨水橫管在地下室敷設(shè)占用大量凈高，且地下室綜合管線錯綜復(fù)雜，也會嚴(yán)重影響地下室凈高。同時，87雨水系統(tǒng)設(shè)置的雨水斗和雨水橫管數(shù)量巨大，對以后雨水排放運(yùn)行安全和維護(hù)管理也帶來很大難度。

4.2 廣場虹吸排水系統(tǒng)與半有壓排水系統(tǒng)對比

綜合以上分析，結(jié)合方案二，創(chuàng)造性提出方案三：地下室上方首層廣場設(shè)置雨水溝及雨水斗，采用滿管壓力流（虹吸）排水方式。首層廣場在道路排水溝中設(shè)虹吸雨水斗，雨水橫管在地下室分別由北面綜合管廊和南面排至室外雨水檢查井。由于虹吸排水系統(tǒng)排水能力高，降低了日后運(yùn)營難度并增加排水安全度。建筑周圈設(shè)置普通雨水溝和球形地漏排放外墻少部分雨水，就近接至附近虹吸雨水溝。廣場雨水排水典型平面示意如圖5所示。

圖5 廣場虹吸排水設(shè)置示意

綜合前述3種廣場雨水方案，其系統(tǒng)工程量對比如表2所示。

表2 廣場雨水系統(tǒng)工程量對比

廣場采用虹吸系統(tǒng)雨水立管數(shù)最少也占用最 小的凈高空間，對建筑和結(jié)構(gòu)幾乎無影響，且能更好地保證排水安全。

4.3 廣場虹吸排水系統(tǒng)設(shè)計

由于為坡地建筑，地面標(biāo)高高出周邊市政道路較多，同時考慮廣場區(qū)域為室外空間。為保證排水安全，也最 大化利用虹吸系統(tǒng)排水工況，室外設(shè)計重現(xiàn)期取P=10年。為形成虹吸，雨水橫管在接至室外檢查井前先沿地下室內(nèi)墻豎直向下敷設(shè)。此方式即可以避免首層結(jié)構(gòu)大量降板，也可以避免地下室排水管道坡度占用大量凈高。

05 地下室綜合管廊系統(tǒng)

5.1 衛(wèi)生間排水方案對比

由于地下室橫向跨度長，北側(cè)為山坡、北側(cè)建筑首、2層外墻為剪力墻。首層、2層靠北側(cè)衛(wèi)生間生活排水出戶按常規(guī)主要有兩種出戶方式。

（1）方式一，北側(cè)首層、2層衛(wèi)生間排水在地下室往南向出戶。此種方式會有大量衛(wèi)生間重力排水橫管橫跨建筑地下室，跨長最遠(yuǎn)達(dá)200m。此方式占用大量凈高，且地下室綜合管線錯綜復(fù)雜，也會嚴(yán)重影響地下室凈高。

（2）方式二，北側(cè)各處衛(wèi)生間底部設(shè)污水提升器，利用壓力將首、2層衛(wèi)生間生活排水提升至室外排出。此方式需要分散設(shè)置多個污水提升器，地下室相應(yīng)需要設(shè)置多個機(jī)房，減少停車位，其綜合造價會大幅增加。且壓力排水日后運(yùn)營出現(xiàn)故障時會影響衛(wèi)生間使用，無法保證排水安全。

5.2 地下綜合管廊系統(tǒng)

為了保證排水安全可靠，保障地下室凈高同時不至于大幅增加造價。經(jīng)綜合對比分析，提出在地下室北側(cè)靠近外墻處設(shè)綜合管廊系統(tǒng)的創(chuàng)新解決方式。此方式將綜合管廊和地下室結(jié)合，不需要像市政綜合管廊設(shè)置專門地下空間，只需要利用地下室邊墻位對車位影響最 小、最利于敷設(shè)管道的空間，將重力生活排水主橫管及空調(diào)冷卻水管敷設(shè)于此處綜合管廊內(nèi)。冷卻水管為壓力管在上部敷設(shè)、重力生活排水橫管為重力管在下部敷設(shè)，達(dá)到綜合管廊系統(tǒng)利用最 大化及空間最 小化。

北側(cè)各層衛(wèi)生間排水均通過立管、地下室橫管分別匯入北側(cè)地下室綜合管廊系統(tǒng)排水橫干管。避免了方式一和方式二在北側(cè)室外單獨(dú)設(shè)置用于排放3層及以上衛(wèi)生間排水的室外排水管，從而進(jìn)一步節(jié)省造價、減輕日后運(yùn)營工作量。地下室綜合管廊系統(tǒng)排水橫干管從中部往東、西兩側(cè)敷設(shè)接至兩端室外排水管，兩側(cè)室外地面標(biāo)高已低于室內(nèi)首層衛(wèi)生間地面標(biāo)高，故不會發(fā)生倒灌。排水系統(tǒng)如圖6所示。

圖6 地下室綜合管廊排水系統(tǒng)

06 小 結(jié)

本項目設(shè)計過程中，排水設(shè)計為重中之重，也遇到很多難題。結(jié)合項目所在區(qū)域氣候特點(diǎn)、項目地形標(biāo)高特點(diǎn)，創(chuàng)造性提出多種新型排水方案綜合解決截洪、地下降水、雨水、生活排水、節(jié)水等各種排水難點(diǎn)。項目建成后跟蹤反饋，各排水系統(tǒng)均能正常運(yùn)行，保證了排水安全并起到一定節(jié)水效果。本文對設(shè)計時根據(jù)本區(qū)域坡地建筑特點(diǎn)解決各種排水難題的創(chuàng)新排水設(shè)計進(jìn)行總結(jié)，以期對以后遇到類似項目排水問題提供參考。