港珠澳大橋珠海口岸旅檢樓A區(qū)建筑給排水工程設(shè)計(jì)案例

王希誠，管平平

(1. 華東建筑設(shè)計(jì)研究總院，上海 200002；2. 濟(jì)南市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，山東濟(jì)南 250101)

港珠澳大橋連接香港、澳門、珠海三地，為大型跨界工程，根據(jù)三地的邊界管制、海關(guān)通關(guān)情況，必須設(shè)置可供三地進(jìn)行查驗(yàn)的口岸，以確保大橋的常規(guī)通行。因此，港珠澳大橋口岸的建設(shè)和投入使用是大橋通車的前提?？诎吨饕δ苁菨M足遠(yuǎn)期2035年珠海與香港每天通關(guān)旅客15萬人次、通關(guān)客車約1.8萬輛及通關(guān)貨車約1.7萬輛的出入境需求和珠海與澳門每天通關(guān)旅客10萬人次、通關(guān)客車約3 000輛的出入境需求，并提供遠(yuǎn)景拓展的可能。

港珠澳大橋珠?？诎俄?xiàng)目屬超大型交通樞紐建筑，主要包括旅檢大樓A區(qū)、旅檢大樓B區(qū)及出境隨車人員驗(yàn)放廳、珠海側(cè)交通中心、交通連廊部分，上述建筑面積之和約為390 000 m2，另加南側(cè)配套用房、貨檢區(qū)等子項(xiàng)，總建筑面積約為5 7 000 m2，具體如圖1所示。

圖1 珠?？诎吨饕ㄖ植际疽鈭DFig.1 Distribution Diagram of Main Buildings in Zhuhai Port

其中，旅檢大樓A區(qū)建筑面積為188 540 m2，在口岸建筑群中面積最大，建筑物包括地下一層，地上三層(含3個(gè)夾層)，主要核心功能為珠港出入境旅檢大廳、候車廳、聯(lián)檢功能用房，建筑功能復(fù)雜且多樣化，對建筑給排水設(shè)計(jì)有較高的挑戰(zhàn)。本文對旅檢大樓A區(qū)建筑給排水系統(tǒng)及設(shè)計(jì)技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行介紹。

1 建筑給排水系統(tǒng)介紹

1.1 給水系統(tǒng)

1.1.1 給水系統(tǒng)用水量計(jì)算

給水系統(tǒng)用水量計(jì)算參照國家相關(guān)規(guī)范[1-5]。

旅檢樓A區(qū)用水量計(jì)算如表1所示，生活最高日給水量為2 171.3 m3/d；最大時(shí)用水量為236.6 m3/h。擬從室外市政給水管網(wǎng)接入兩路DN200的給水管以供該子項(xiàng)室內(nèi)生用水，室外給水管水表接入點(diǎn)供水壓力不小于0.25～0.28 MPa。為了充分利用市政給水管網(wǎng)壓力，室內(nèi)給水盡量采用市政給水管網(wǎng)壓力直接供水，在室外給水管網(wǎng)壓力范圍之外的樓層，采用無負(fù)壓疊壓供水方式。經(jīng)水力計(jì)算，-5.850～11.100 m層生活用水由室外市政給水管直接供水；15.000～21.500 m層生活用水由疊壓供水系統(tǒng)供水，水箱消毒采用紫外線，由箱式無負(fù)壓疊壓設(shè)備自帶，使得各給水分區(qū)用水點(diǎn)處靜水壓力保持0.20～0.45 MPa。給水系統(tǒng)內(nèi)各用水點(diǎn)壓力大于0.2 MPa處設(shè)置支管減壓閥以保證各用水點(diǎn)供水壓力不大于0.2 MPa。為防止水質(zhì)污染，綠化灌溉、車庫、垃圾間、廚房隔油間、卸貨區(qū)地面沖洗、空調(diào)機(jī)房補(bǔ)水、冷卻塔補(bǔ)水、消防水池、水箱及箱式無負(fù)壓疊壓設(shè)備補(bǔ)水管上，從室外給水管網(wǎng)的不同管段接兩路及兩路以上引入管，且與室外給水管網(wǎng)形成環(huán)狀管網(wǎng)的建筑物引入管上設(shè)倒流防止器。

表1 旅檢大樓A區(qū)生活用水量Tab.1 Domestic Water Consumption of Passenger Inspection Area A

為節(jié)約用水，建筑用水主要按照用途和管理區(qū)域進(jìn)行水表計(jì)量，各建筑物進(jìn)戶管、綠化灌溉、車庫、垃圾間、卸貨區(qū)地面沖洗、空調(diào)機(jī)房補(bǔ)水、冷卻塔補(bǔ)水、消防水池、水箱及箱式無負(fù)壓疊壓設(shè)備補(bǔ)水管上、廚房、水療、咖啡吧、廚房隔油間給水管上均采用遠(yuǎn)程水表計(jì)量。接管公稱直徑不超過50 mm時(shí)，應(yīng)采用旋翼式水表(干式)，接管公稱直徑超過50 mm時(shí)，應(yīng)采用螺翼式水表(干式)，水表應(yīng)水平安裝。

1.1.2 飲水及熱水系統(tǒng)

在旅檢大廳每隔一定距離設(shè)置飲水點(diǎn)，在每個(gè)飲水點(diǎn)處設(shè)置小型帶飲用水處理設(shè)備的飲用水機(jī)1臺以供旅客用冷、熱飲用水，飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)按《飲用凈水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(CJ 94—2005)。在辦公區(qū)域的開水間內(nèi)，設(shè)60 L、9 kW電加熱開水器1臺。

旅檢大樓A區(qū)、B區(qū)檢疫區(qū)內(nèi)的淋浴間采用分散設(shè)置電加熱熱水器供應(yīng)生活熱水。

1.2 污水系統(tǒng)

室內(nèi)排水采用生活污、廢水合流制，雨水單獨(dú)排放[2-3，6]。旅檢樓A區(qū)生活污廢水(不包括空調(diào)冷卻水補(bǔ)水，生活用水量的90%計(jì)算)最高日排水量為1 134.5 m3/d；最大時(shí)排水量為144.6 m3/h。地面層及以上排水盡量由重力排至室外污水管道，當(dāng)靠重力流無法直接排出時(shí)，排水先排入地下室污、廢水集水井，再由地下室污、廢水集水坑和潛水泵排至室外。

排水系統(tǒng)設(shè)置主通氣立管和器具通氣管，保持管內(nèi)壓力平衡和換氣，但旅檢大樓A區(qū)建筑美觀需要，旅檢大樓A區(qū)通氣立管無法伸出屋面，為滿足這一需求，污水排氣系統(tǒng)采用自循環(huán)通氣，具體做法及注意事項(xiàng)在后面章節(jié)進(jìn)行詳細(xì)介紹。

1.2.1 特殊場所排水

(1)國檢實(shí)驗(yàn)室、負(fù)壓隔離室排水

對于旅檢大樓A區(qū)內(nèi)的國檢實(shí)驗(yàn)室、負(fù)壓隔離室等廢水，需單獨(dú)排放至地下室專用集水井，經(jīng)處理達(dá)到處理消毒要求后，再排至室外污水管道。此內(nèi)容為設(shè)計(jì)重點(diǎn)，后面章節(jié)將對其進(jìn)行詳細(xì)介紹。

(2)地下車庫及消防電梯排水

地下車庫排水經(jīng)隔油、沉砂由分散設(shè)置在集水井中的潛水泵加壓后排至室外。消防電梯井旁設(shè)置有效容積不小于2 m3集水坑和不小于10 L/s的專用消防排水泵。

(3)含油污水排放

交通中心、交通連廊餐飲廚房廢水經(jīng)成品一體化油脂分離器隔油處理后排放，成品一體化油脂分離器隔油，全密閉結(jié)構(gòu)，無需人工對廢油、廢渣進(jìn)行清理，油、泥可自動收集于容器內(nèi)，自帶提升裝置，滿足《餐飲廢水隔油器》(CJ/T 295—2008)要求，設(shè)置于交通中心和交通連廊地下室隔油室內(nèi)。

1.3 雨水系統(tǒng)

雨水設(shè)計(jì)排水量按珠海市暴雨強(qiáng)度公式計(jì)算[2-3，6]。

P=100年，暴雨強(qiáng)度如式(1)。

(1)

P=50年，暴雨強(qiáng)度如式(2)。

(2)

P=10年，暴雨強(qiáng)度如式(3)。

(3)

P=5年，暴雨強(qiáng)度如式(4)。

(4)

屋面雨水，采用虹吸雨水排水系統(tǒng)，設(shè)計(jì)重現(xiàn)期采用50年，屋面設(shè)置虹吸溢流設(shè)施，虹吸雨水系統(tǒng)和屋面雨水溢流設(shè)施總排水量按100年重現(xiàn)期考慮，后面章節(jié)將對其進(jìn)行詳細(xì)介紹。

旅檢大樓A區(qū)樓前高架為交通樞紐建筑所獨(dú)有的形式，其雨水收水兼有屋面雨水及地面雨水的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。本次高架雨水設(shè)計(jì)采用重力流雨水排水系統(tǒng)，設(shè)計(jì)重現(xiàn)期采用5年，采用明溝+雨水收水口的收水形式，通過雨水懸吊管及排水立管，排放至市政雨水井中，后面章節(jié)也會對其進(jìn)行詳細(xì)介紹。其余建筑屋頂樓梯間小屋面及天窗屋頂雨水排水采用重力流雨水外排水方式，設(shè)計(jì)重現(xiàn)期采用10年。

1.4 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)

旅檢大樓A區(qū)、旅檢大樓B區(qū)合用一個(gè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。循環(huán)冷卻泵設(shè)在旅檢大樓A區(qū)地下室冷凍機(jī)房內(nèi)，冷卻塔采用SUS304或SUS316不銹鋼冷卻塔(玻璃鋼冷卻塔，支撐機(jī)構(gòu)為不銹鋼)，設(shè)在出境側(cè)1#貨檢樓屋頂。旅檢大樓A區(qū)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)主要設(shè)備及參數(shù)如表2所示。

表2 冷卻循環(huán)水系統(tǒng)主要設(shè)備及參數(shù)Tab.2 Parameters of Main Equipment of Cooling Circulated Water System

冷卻系統(tǒng)補(bǔ)水由設(shè)在交通連廊地下室冷卻塔補(bǔ)水泵內(nèi)的箱式無負(fù)壓疊壓供水設(shè)備供給。為了節(jié)省用水，將空調(diào)冷卻水循環(huán)使用，僅補(bǔ)充少量飛濺損失，此外為保證水質(zhì)，采用旁濾、除垢、加藥等措施[7-8]。

2 設(shè)計(jì)難點(diǎn)及重點(diǎn)分析

2.1 防沉降措施

2.1.1 科學(xué)性和合理性分析

由于本項(xiàng)目的地質(zhì)條件，軟基處理后還會存在工后沉降，根據(jù)結(jié)構(gòu)專業(yè)提供的資料，本項(xiàng)目的沉降量為250 mm。這會使管道扭曲甚至斷裂，尤其是不允許平坡、更不允許倒坡的重力排水管道，不均勻沉降使得這部分管道的堵塞機(jī)率增大，影響正常使用甚至造成事故。為防止此類事件的發(fā)生，應(yīng)在出戶管接入檢查井的進(jìn)入點(diǎn)預(yù)留沉降的余地。本項(xiàng)目給水排水管道的出線方式主要有兩種：第一種方式為不銹鋼金屬軟管的出管，方便實(shí)用且適用性較好，不但可以抗地質(zhì)沉降還具有一部分抗拉性能，但是價(jià)格較貴，需要配合專用的防沉降井使用；第二種方式為出戶管安裝防沉降套管配件的方式，價(jià)格便宜但適用性較差，僅適用于無壓小管道使用。

2.1.2 地下室進(jìn)、出管線防沉降措施

第一種防沉降措施如圖2所示?！督ㄖo排水設(shè)計(jì)規(guī)范》一般室外檢查井距離建筑基礎(chǔ)的凈距不宜小于3.0 m，根據(jù)這一設(shè)計(jì)特點(diǎn)，考慮在進(jìn)、出戶管建筑位置設(shè)置專用防沉降井，井中放置軟性防水填料，可與結(jié)構(gòu)同時(shí)沉降，并在結(jié)合外墻1 m處的室外水表井或閥門井設(shè)不銹鋼金屬軟管，不銹鋼套管的彎曲角度不大于6°，復(fù)核管道抗彎曲程度后顯示，本方案可抗315 mm的地質(zhì)沉降，滿足本項(xiàng)目的沉降量為250 mm的要求設(shè)計(jì)[3]。此外，不銹鋼套管還有抗拉的性能，可以防止室外地面下沉拉斷管道，如圖3所示。

圖2 管道出戶管防沉降示意圖Fig.2 Schematic Diagram of Anti-Settlement of Outlet Pipeline

圖3 金屬不銹鋼套管抗不均勻沉降示意及專用防沉降井剖面構(gòu)造Fig.3 Indication of Anti-Uneven Settlement of Stainless Steel Casing Pipe and Section Structure of Special Anti-Settlement Well

2.1.3 非地下室進(jìn)、出管線防沉降措施

圖4 非地下室進(jìn)、出管線防沉降措施示意圖Fig.4 Schematic Diagram of Anti-Settlement Measures for Non-Basement Inlet and Outlet Pipelines

第二種防沉降措施如圖4所示。排水管出戶后就設(shè)一個(gè)彎頭向下，彎頭下有一段考慮沉降長度的直管，直管插進(jìn)一個(gè)特殊的防沉降套管配件(直管可在套管內(nèi)滑動)。該方法價(jià)格便宜，適合DN100以下污、廢水等無壓排水管道的使用，但易造成排水管埋深較大，且管道縫隙處宜滲漏。

2.2 疊壓供水詳述及選型計(jì)算

無負(fù)壓供水設(shè)備是一種加壓供水機(jī)組，直接與市政供水管網(wǎng)聯(lián)接、充分利用原有市政管網(wǎng)的壓力，在此基礎(chǔ)上串聯(lián)疊壓供水，確保市政管網(wǎng)壓力不小于設(shè)定保護(hù)壓力(設(shè)定壓力必須高于小區(qū)直供區(qū)壓力需求)，在保證不影響附近用戶用水的前提下實(shí)現(xiàn)安全可靠的供水，具有良好的節(jié)能效果。本次旅檢大樓A區(qū)疊壓供水設(shè)計(jì)采用調(diào)節(jié)水箱式，當(dāng)市政管網(wǎng)的水量、水壓條件能滿足無負(fù)壓供水要求時(shí)，直接從市政管網(wǎng)取水；市政管網(wǎng)水量、水壓無法滿足要求時(shí)，從調(diào)節(jié)水箱取水，其供水原理如圖5所示。

圖5 旅檢大樓A區(qū)疊壓供水原理圖Fig.5 Schematic Diagram of Superimposed Pressure Water Supply

表3 旅檢大樓A區(qū)衛(wèi)生潔具選型Tab.3 Selection of Sanitary Ware

計(jì)算得出，Ng=226.5，q=10.23 L/s。

疊壓供水系統(tǒng)變頻泵流量Q=1.3 L/s；變頻泵流量計(jì)算為Sanitar，取Q=14 L/s；疊壓供水設(shè)備生活水箱，按1 h水泵流量計(jì)；有效容積取V=14 m3。

疊壓供水系統(tǒng)變頻泵揚(yáng)程計(jì)算如式(5)。

H=(H1+H2+H3-H0)

(5)

其中：H1——0.00 m至最不利用水點(diǎn)高差0.23 MPa；

H2——自由水頭0.15 MPa；

H3——根據(jù)管道水頭損失0.06 MPa，倒流防止器水頭損失0.05 MPa，疊壓供水水頭損失0.05 MPa，計(jì)算得到0.16 MPa；

H0——市政壓力，0.25 MPa。

計(jì)算得到揚(yáng)程H=1.22×(0.23+0.15+0.16-0.25)=0.35 MPa。

因此，本項(xiàng)目選用變頻泵Q=7 L/s，H=35 m，N=7.5 kW，兩用一備。

2.3 自循環(huán)通氣排水系統(tǒng)

因建筑美觀需要，旅檢大樓A區(qū)通氣立管無法伸出屋面，因此，采用自循環(huán)通氣系統(tǒng)，系統(tǒng)示意如圖6所示。自循環(huán)通氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)符合下列要求：(1)立管頂端應(yīng)在衛(wèi)生器具上邊緣以上不小于0.15 m處采用2個(gè)90°彎頭相連；(2)通氣立管宜每層用結(jié)合通氣管與排水立管斜三通相連；(3)通氣立管下端可在排水橫管或排出管上采用倒順?biāo)ɑ虻剐比ㄏ噙B。

圖6 旅檢大樓A區(qū)自循環(huán)通氣系統(tǒng)示意圖Fig.6 Schematic Diagram of Self-Circulation Vent System

2.4 國檢實(shí)驗(yàn)室、負(fù)壓隔離室排水

對于旅檢大樓A區(qū)內(nèi)的國檢實(shí)驗(yàn)室、負(fù)壓隔離室等廢水，需單獨(dú)排放至地下室專用集水井，經(jīng)處理達(dá)到處理消毒要求后，再排至室外污水管道。消毒處理的具體措施為：氯片或其他消毒劑可人工投加在集水井內(nèi)，也可向衛(wèi)生器具內(nèi)投加，與廢水一起排入集水井，使廢水與消毒劑在集水井中停留30 min及以上，總余氯量滿足6.5 mg/L及以上，達(dá)到處理消毒效果后，將其排至室外污水管道。為滿足消毒池通風(fēng)換氣的需求，在消毒池上層設(shè)置DN100的通氣管，但是由于旅檢大樓A區(qū)建筑美觀需要，通氣管無法伸出屋面，將通氣管連接至室外通氣井上。

消毒池大樣如圖7所示。

圖7 消毒池大樣圖Fig.7 Detail Drawings of Disinfection Pool

2.5 屋面虹吸雨水設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目屬于超大型交通樞紐建筑，為保證內(nèi)部較大的使用空間，采用大屋蓋面結(jié)構(gòu)，且大屋蓋下與樓內(nèi)建筑脫開。因此，對于旅檢大樓A區(qū)大屋面雨水排水設(shè)計(jì)來說，主要的設(shè)計(jì)難點(diǎn)為屋頂面雨水瞬時(shí)流量巨大，如采用傳統(tǒng)的重力式雨水系統(tǒng)，需設(shè)置較多的雨水斗和排水立管，但是因?yàn)榇笪萆w下與樓內(nèi)建筑脫開，雨水立管需考慮沿著較少的柱子或幕墻構(gòu)造柱內(nèi)敷設(shè)，難以滿足排水要求。因此，傳統(tǒng)的重力排水方式不適用于本項(xiàng)目大屋面的排水，本項(xiàng)目采用虹吸雨水排水系統(tǒng)。虹吸雨水系統(tǒng)的原理為當(dāng)屋面上的水位達(dá)到一定的高度時(shí)，通過汽水分離的雨水斗，隔斷空氣進(jìn)入，從而使系統(tǒng)排水管道出現(xiàn)滿流狀態(tài)，從而形成虹吸，在抽吸作用下，雨水以較高的流速排至室外。

旅檢大樓A區(qū)的虹吸系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用珠海市50年重現(xiàn)期，5 min降雨強(qiáng)度q=720.13 L/(s·ha)，虹吸溢流系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用珠海市100年重現(xiàn)期，5 min降雨強(qiáng)度q=780.05 L/(s·ha)，屋面徑流系數(shù)為1.0。本次虹吸雨水斗選用不銹鋼材質(zhì)，空氣擋罩采用鋁合金材質(zhì)，雨水管采用高密度聚乙烯管。

圖8 旅檢大樓A區(qū)屋面虹吸雨水分區(qū)示意圖Fig.8 Schematic Diagram of Roof Siphon Rainwater Zoning of the Building

旅檢大樓A區(qū)虹吸系統(tǒng)匯水總面積約為67 658.2 m2，共采用36個(gè)虹吸系統(tǒng)，10個(gè)虹吸溢流系統(tǒng)，總計(jì)采用虹吸雨水斗DN75型2個(gè)、DN100型48個(gè)、DN150型40個(gè)，其屋面匯水分區(qū)的劃分如圖8所示，以中軸為界，匯水分區(qū)名稱呈上下對稱。

以A1、A2、A3分區(qū)為例子，此3個(gè)分區(qū)分別按照P=50 a的設(shè)計(jì)重現(xiàn)期進(jìn)行虹吸雨水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并采用P=100 a的設(shè)計(jì)重現(xiàn)期進(jìn)行校核計(jì)算，三區(qū)共用一套溢流雨水系統(tǒng)，其計(jì)算如表4所示，系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理如圖9所示。

虹吸系統(tǒng)包括由天溝內(nèi)虹吸雨水斗開始，其虹吸排水懸吊管、立管、水平干管至地面一層排出等一系列設(shè)計(jì)與計(jì)算均由專業(yè)公司完成。根據(jù)《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50015—2003)(2009年版)，虹吸雨水排水管屬于滿管壓力流，當(dāng)其出口水流速度大于1.8 m/s時(shí)，應(yīng)采用消能措施。因此，屋面虹吸雨水系統(tǒng)、雨水溢流系統(tǒng)等應(yīng)經(jīng)室外消能井處理后接入室外雨水管道，然后匯總排放至周邊市政雨水管。

2.6 樓前高架雨水設(shè)計(jì)

旅檢大樓A區(qū)樓前高架雨水，采用重力流雨水排水系統(tǒng)，設(shè)計(jì)重現(xiàn)期采用5年，徑流系數(shù)Ψ=0.9，降雨歷時(shí)t=5 min，暴雨強(qiáng)度q=560 L/(s·ha)。旅檢大樓A區(qū)樓前高架雨水，經(jīng)高架收水口、明溝收集后分別排入市政雨水管，其設(shè)計(jì)系統(tǒng)示意如圖10所示。

表4 旅檢大樓A區(qū)A1、A2、A3分區(qū)虹吸雨水設(shè)計(jì)原理圖Tab.4 Schematic Diagram of Siphon Rainwater Design in A1, A2, A3 Area

圖9 旅檢大樓A區(qū)屋面虹吸雨水分區(qū)示意圖Fig.9 Schematic Diagram of Roof Siphon Rainwater Zoning

圖10 樓前高架雨水排水系統(tǒng)示意圖Fig.10 Schematic Diagram of Rainwater System of Elevated Boardwalk

3 結(jié)語

港珠澳大橋珠?？诎豆こ虒儆诔笮徒煌屑~建筑，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)需面對系統(tǒng)復(fù)雜、技術(shù)難度大、設(shè)計(jì)周期要求較短、滿足建筑美觀等諸多難題，因此本工程設(shè)計(jì)難度較大。本文對本建筑給排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行介紹，以便為同類型建筑的設(shè)計(jì)積累經(jīng)驗(yàn)并提供參考，供業(yè)內(nèi)同行分享。