種植屋面防水技術(shù)及其在工程中的應(yīng)用

馮濤池，李雙霞，褚學(xué)斌

（1.國(guó)網(wǎng)濟(jì)南供電公司，山東 濟(jì)南 250000；2.山東建大教育置業(yè)有限公司，山東 濟(jì)南 250100；3.山東環(huán)城城建工程有限公司，山東 濟(jì)南 250000）

0 引言

隨著社會(huì)的發(fā)展，城市工業(yè)化形態(tài)愈演愈烈，這也不得不引起社會(huì)對(duì)于綠色環(huán)保和恢復(fù)自然環(huán)境的關(guān)注[1]。但在很多寸土寸金的大都市，植被覆蓋與能帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益的商業(yè)建筑往往是不可兼得的，所以在不減少建筑面積的基礎(chǔ)上提高城市綠化率，改善城市環(huán)境的方案及方法是當(dāng)今社會(huì)所需要的，種植屋面技術(shù)在這種背景下應(yīng)運(yùn)而生，也受到了越來(lái)越多人的廣泛關(guān)注和推崇。

在國(guó)內(nèi)外的成功案例中，屋面綠化項(xiàng)目在增加城市綠化率、提高生態(tài)環(huán)境、改善用戶居住體驗(yàn)等方面都得了認(rèn)可，綠色屋面項(xiàng)目的推廣也越來(lái)越受到政府和各界科研領(lǐng)域的關(guān)注。在應(yīng)用方面，平屋面、坡屋面、高層屋面、地庫(kù)屋面都可以實(shí)施綠色屋面改造[2]。種植屋面綜合了綠化、建筑和園林方面的技術(shù)應(yīng)用[3]，可以發(fā)展成為一種有效且簡(jiǎn)便地?cái)U(kuò)充城市綠化空間的新途徑。然而，隨著該項(xiàng)施工技術(shù)的發(fā)展，這種方式給建筑構(gòu)造帶來(lái)的安全問(wèn)題也接踵而至：種植屋面的防水防滲漏問(wèn)題；植被根系生長(zhǎng)破壞建筑物及其防水系統(tǒng)的問(wèn)題；屋面植物的品類和屬性是否能承受屋面的環(huán)境工況問(wèn)題。包括長(zhǎng)期暴曬和項(xiàng)目地氣候特點(diǎn)的情況下，植物是否能適應(yīng)生存，以及在環(huán)境具備一定高度且周圍防風(fēng)建筑少的情況下植物是否能承受環(huán)境風(fēng)力的問(wèn)題。此外，種植后的維護(hù)要考慮為植物提供營(yíng)養(yǎng)、灌溉排水、防治害蟲、修剪造型[4]。

對(duì)于種植屋面的防水技術(shù)，需要綜合考慮不同屋面的滲漏方式，從而在建筑的設(shè)計(jì)中對(duì)其加以改進(jìn)，分析不同防水材料對(duì)于建筑防水能力的影響，并有效采用多重防護(hù)手段，提高種植屋面的防水性能，為類似建筑的防水提供參考。

1 種植屋面防水技術(shù)

1.1 種植屋面

種植屋面的結(jié)構(gòu)如圖1所示[5]。

圖1 種植屋面系統(tǒng)分層效果

由圖1可知，種植屋面主要分為8個(gè)部分：原建筑屋面，其自帶防水設(shè)計(jì)，不容種植屋面系統(tǒng)破壞；防滲漏層，用于阻止種植屋面系統(tǒng)的剩余水分滲漏，破壞原建筑屋面；隔根層，防止植被根系向下生長(zhǎng)從而破壞建筑屋面；保濕層，用于提供干旱時(shí)所需要的水分；蓄排水層，這一層設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的功能為蓄積水分，同時(shí)排出多余的水分；過(guò)濾層，其主要作用是在承載和固定上層土壤的同時(shí)起到過(guò)濾雜質(zhì)的效果，從而保護(hù)蓄排水系統(tǒng)免于被雜質(zhì)阻塞；種植層，植物生長(zhǎng)的基質(zhì)層，通常選用輕便保濕能力強(qiáng)的土壤，土壤層的配比和高度對(duì)雨水的滯蓄效果不同，要依據(jù)植物種類的不同進(jìn)行選擇[6]；植被層，植物生長(zhǎng)受到環(huán)境因素的影響很大，一般選擇符合項(xiàng)目所在地氣候特點(diǎn)的各種大地花園中的植物[7]。

種植屋面的分層構(gòu)成一般會(huì)受到建筑類型、環(huán)境工況以及植物種類等而有所差別，根據(jù)實(shí)際情況在以上主要結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上可適當(dāng)增減構(gòu)造層次[8]。

1.2 屋面滲漏原因

從國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的種植屋面項(xiàng)目來(lái)看，大多經(jīng)過(guò)2～5年后會(huì)出現(xiàn)滲漏的現(xiàn)象，有的1年內(nèi)就發(fā)生滲漏問(wèn)題[9]。究其原因有以下幾個(gè)方面：

（1）建筑物原屋面防水層的問(wèn)題。建筑物一般會(huì)采用材料防水與構(gòu)造防水相結(jié)合的方式進(jìn)行防水設(shè)計(jì)，如果初期設(shè)計(jì)不當(dāng)，防水系統(tǒng)會(huì)存在功能缺陷。特別是剛性防水屋面，由于其材料屬性的原因，很容易受到熱脹冷縮、屋面變形的影響而導(dǎo)致防水層裂縫漏水。這種情況即使沒(méi)有采用種植屋面也會(huì)出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。

（2）種植屋面的設(shè)計(jì)破壞建筑物防水層。在防水性能本就不穩(wěn)定的建筑屋面進(jìn)行多項(xiàng)綠化工程，無(wú)疑會(huì)對(duì)屋面造成一定程度的破壞，加重了滲漏問(wèn)題的隱患[10]。在種植屋面施工過(guò)程中，要避免打洞穿孔或埋設(shè)固定鐵件，避免破壞建筑原有防水構(gòu)造。

（3）所選植物的根系生長(zhǎng)會(huì)破壞防水層。種植屋面系統(tǒng)中的土壤層在很大程度上對(duì)于建筑物原有的防水屋面具有保護(hù)作用，但是用來(lái)種植植物則需要另當(dāng)別論[11]。植物根系在沒(méi)有相應(yīng)的根阻攔措施情況下，能夠輕而易舉地穿透并損壞建筑結(jié)構(gòu)層。

（4）種植屋面的蓄水會(huì)帶來(lái)滲漏隱患。植物的生長(zhǎng)離不開(kāi)水，種植屋面的蓄水層會(huì)一直存積大量的水，相當(dāng)于屋面常年積水，這無(wú)疑增加屋面漏水的幾率。

2 種植屋面防水技術(shù)

2.1 耐根穿刺防水涂料

一般從3個(gè)方面對(duì)耐根穿刺防水涂料的性能進(jìn)行評(píng)價(jià)[12]：

（1）基本性能。這一性能主要評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 35468—2017《種植屋面用耐根穿刺防水卷材》等。

（2）應(yīng)用性能?？紤]防水涂料的使用工況和施工要求，一般從耐霉菌性能和耐剝離性能兩方面考慮。

（3）耐根穿刺性能。耐根穿刺性能是種植屋面的防水涂料中需要持久具備的性能，否則很容易被植物根系穿透，直接導(dǎo)致建筑屋面破壞，進(jìn)而造成屋面種植系統(tǒng)的滲漏，所以耐根穿刺防水涂料需要具備長(zhǎng)期耐植物根穿刺的性能。

2.2 耐根穿刺防水卷材

防水涂料上層覆蓋耐根穿刺防水卷材。防水卷材的選擇首先要滿足種植屋面使用的耐根穿刺防水材料標(biāo)準(zhǔn)[13]。在此基礎(chǔ)上，篩選出更符合項(xiàng)目情況、性能更好的防水卷材。

本文采用的是以聚酯纖維氈為胎基，添加一定比例的進(jìn)口化學(xué)阻根劑，且在表層覆蓋保持材料性能的隔離材料制成的改性瀝青防水卷材。其不僅防水阻根性能優(yōu)異，耐腐蝕、耐霉菌性強(qiáng)，且對(duì)環(huán)境友好，同時(shí)不會(huì)抑制植物根基的正常生長(zhǎng)。從使用工況及施工角度考慮，這種防水卷材具有延伸性能好、耐高低溫、對(duì)載體形變的適應(yīng)程度高、施工方便且可靠持久等特點(diǎn)，可以用作種植屋面系統(tǒng)的耐根系穿刺層，以達(dá)到保護(hù)建筑物不被植物根系破壞的效果。

2.3 排蓄水技術(shù)

在自然降雨或人工灌溉后，蓄水層會(huì)積存大量多余的水分[14]，這些水不但增加了系統(tǒng)荷載，同時(shí)也會(huì)引起植物爛根或澇死，需要有特定的排水設(shè)計(jì)以保證這些水能有效排出。

一般的排水層設(shè)計(jì)的質(zhì)量會(huì)增加自身荷載，如果利用排水板配合過(guò)濾層替代，則達(dá)到了減輕系統(tǒng)荷載的目的。同時(shí)，過(guò)濾層的應(yīng)用能夠保證系統(tǒng)有選擇地過(guò)濾掉多余成分，而不會(huì)造成土壤的流失。

隨著防水工程技術(shù)的發(fā)展，排水板的種類和性能也不斷更新和提高，本文選擇最新的PVC材料排水板，其密度相對(duì)于PE材料更大，具有耐根穿刺的優(yōu)勢(shì)，且由于生產(chǎn)工藝的差別，PVC板的平整度更好，則耐壓力的均勻度更好。排水板的選擇除了質(zhì)量、抗壓性、透氣性等因素外，還應(yīng)結(jié)合項(xiàng)目所在地的降水量，在本次項(xiàng)目工況下，2種材質(zhì)的排水板均能滿足降水量要求。

2.4 施工技術(shù)要點(diǎn)

（1）對(duì)于建筑的擋土墻，需要在建造時(shí)留有泄水孔，墻寬大于15 cm，高度根據(jù)種植土薄厚進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，保證其高于種植土高度。

（2）設(shè)置排水口觀察井，及時(shí)觀察排水口情況。

（3）對(duì)于陶粒等排水層材料，要保證其不能破壞防水層，需要在其上添加保護(hù)層，并在上面覆蓋2 cm左右細(xì)砂進(jìn)行結(jié)構(gòu)保護(hù)。

（4）排蓄水板的使用需要保證防水層不受影響，并利用剛性結(jié)構(gòu)層對(duì)防水層進(jìn)行保護(hù)，并鋪設(shè)隔根膜避免屋面滲水。

（5）保證屋面平整度≤1 cm，有效防止施工中的積水坑。

（6）及時(shí)清理排水設(shè)施，避免雜質(zhì)堆積造成排水管路堵塞。

2.5 種植基質(zhì)

種植基質(zhì)對(duì)于種植屋面來(lái)說(shuō)具有重要的意義，能夠提供植物生長(zhǎng)的介質(zhì)土壤，但是其性能等會(huì)嚴(yán)重影響工程的防水性能[15]。對(duì)于不同的種植植物，種植基質(zhì)的選擇應(yīng)該保證密度低、保水量足、透風(fēng)性強(qiáng)、營(yíng)養(yǎng)元素含量高等特點(diǎn)，從而在保證植物良好生長(zhǎng)的情況下，不會(huì)破壞建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。種植屋面可以選用的種植基質(zhì)一般為人工調(diào)配，主要采用改良土或超輕量基質(zhì)等，這些種植基質(zhì)中，同樣含有保水排水層介質(zhì)成分。一般情況下，種植基質(zhì)材料的密度低于1300 kg/m3。常用屋面種植基質(zhì)的配比如表1所示。

表1 屋面種植基質(zhì)的配比

種植基質(zhì)的厚度會(huì)影響種植屋面的穩(wěn)定，需要對(duì)其進(jìn)行計(jì)算，厚度的選擇同樣需要考慮建筑結(jié)構(gòu)的承受能力。

由于不同植物的特性不同，對(duì)于土壤的選擇及其厚度要求也不盡相同。高層建筑植物會(huì)承受更多的風(fēng)荷載，因此需要增加基質(zhì)厚度，以提高其防風(fēng)能力。

3 工程應(yīng)用案例

3.1 項(xiàng)目建設(shè)情況概述

本文以北方某個(gè)已完工的高層建筑種植屋面項(xiàng)目為例，探究文中所述種植屋面防水技術(shù)改進(jìn)方法的施工可行性，驗(yàn)證影響種植屋面系統(tǒng)防水性能的重要因素及改進(jìn)方向。

該項(xiàng)目的種植面積為8796 m2，建筑物框架結(jié)構(gòu)以鋼筋混凝土為主，具有較高的防震性能。該工程開(kāi)工時(shí)間為2020年4月8日，竣工時(shí)間為2020年5月28日，并完成所有移交工作。

3.2 材料選擇

3.2.1 耐根穿刺材料

結(jié)合防水材料性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，收集了多種耐根穿刺防水涂料樣品并對(duì)其性能進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如表2所示。

表2 耐根穿刺防水涂料的性能對(duì)比

根據(jù)表2的測(cè)試結(jié)果對(duì)比，綜合各項(xiàng)指標(biāo)，最終確認(rèn)橡膠瀝青防水涂料樣品綜合性能優(yōu)異，可用作種植屋面防水涂料。該材料以橡膠、熱熔型改性瀝青和一定比例的阻根劑混合制成。具有抗老化、易施工、耐腐蝕、彈塑性強(qiáng)等特點(diǎn)，適用于多種不同建筑形式的屋面。使用時(shí)可直接將防水涂料涂抹于經(jīng)過(guò)拋丸處理的鋼筋混凝土屋面板上，作為種植屋面與建筑屋面的分界面。

3.2.2 防水材料

本工程的設(shè)計(jì)防水防滲等級(jí)為一級(jí)，防水材料選型及設(shè)計(jì)按照分析對(duì)比最終確認(rèn)為4 mm橡膠瀝青防水涂料上層覆蓋4 mm耐根穿刺改性瀝青防水卷材。二者均配比了一定量的阻根劑，且二者都是熱熔型瀝青，采用相鄰鋪設(shè)的方式不僅材料可以相互融合熨帖，而且上下2道防水阻根層可以可靠銜接，可以互相促進(jìn)，形成整體的防水效果。

3.2.3 基質(zhì)材料

由于該項(xiàng)目地處北方，氣溫較低，風(fēng)力較大。在基質(zhì)的選擇時(shí)需要考慮基質(zhì)在濕潤(rùn)狀態(tài)的質(zhì)量，同時(shí)具有較好的透水系數(shù)，且有效水分含蓄量較高。

對(duì)于本文種植項(xiàng)目，需要利用部分輕質(zhì)材料替換種植土，以降低局部荷載。采用的替換材料可以選擇陶粒、珍珠巖、聚苯乙烯材料等。不同材料的優(yōu)缺點(diǎn)各有不同。陶粒價(jià)格低，但無(wú)法滿足植物生長(zhǎng)覆土要求，抗壓能力弱；珍珠巖材料透氣性好、保水能力強(qiáng)，但是沉降明顯；聚苯乙烯材料可塑性和抗壓能力強(qiáng)。綜合考慮，最終選擇聚苯乙烯材料。

3.3 改進(jìn)的防水技術(shù)施工工藝

為了保證整個(gè)項(xiàng)目順利推進(jìn)，在施工前期需要選擇所種植的植被種類和施工材料，且需要合理精細(xì)地規(guī)劃其結(jié)構(gòu)和分層。

項(xiàng)目遵循的施工順序和原則可總結(jié)為：先下后上，先機(jī)械后人力，先打基礎(chǔ)后種植，先規(guī)劃敷設(shè)后綠化施工。具體施工流程為：

（1）全方位清理屋面，保證屋面清潔、平整，在排水層施工前利用蓄水的方式確認(rèn)防水層無(wú)滲漏。

（2）降低種植屋面漏水對(duì)建筑物本身存在的安全隱患，在屋面樓板上增加聚氨酯涂膜防水層。

（3）按照設(shè)計(jì)方案施工。在隔根層設(shè)計(jì)施工階段，采用PVC材質(zhì)排水板作為排水層，排水板統(tǒng)一橫向鋪設(shè)。

（4）經(jīng)過(guò)反復(fù)防水試驗(yàn)，確認(rèn)最終施工方案能夠使得防水層質(zhì)量達(dá)到最優(yōu)化。

（5）整個(gè)鋪裝的施工過(guò)程要考慮植被的固定，減少施工后的臨時(shí)變更和改動(dòng)，以便盡可能地提升整體屋面的防水性能。下層防水系統(tǒng)搭建完成后進(jìn)行綠植栽種工序，一般按照整地、放線、挖種植槽、放苗、覆土、塌實(shí)、澆透水、扶直的順序從中間向周邊進(jìn)行栽種。

3.4 細(xì)部節(jié)點(diǎn)防水工藝

3.4.1 女兒墻

對(duì)于屋面女兒墻的防水結(jié)構(gòu)，設(shè)定其橫向坡度為6%，并使其向內(nèi)傾斜。設(shè)定女兒墻距離屋面的高度為1550 mm，在女兒墻的邊緣位置設(shè)置寬度為30 mm的分割縫隙，縫隙內(nèi)部利用密封材料進(jìn)行填充，保證填縫嚴(yán)密、牢固。

3.4.2 落水口

對(duì)于落水口利用多層材料進(jìn)行分層堵塞，材料中添加微量膨脹劑，密實(shí)處理后，確認(rèn)結(jié)構(gòu)無(wú)滲漏。落水口利用防水密封材料進(jìn)行密封，延長(zhǎng)防水卷材使其落入水斗內(nèi)。

落水口周圍形成鍋底狀結(jié)構(gòu)，使其泛水坡度大于5%，使結(jié)構(gòu)排水通暢。

4 結(jié)語(yǔ)

建筑屋面的防水防滲技術(shù)是決定種植屋面項(xiàng)目成功與否的關(guān)鍵技術(shù)。通過(guò)積極歸納總結(jié)以往案例的經(jīng)驗(yàn)與不足，從技術(shù)方案、施工可行性、材料屬性等方面進(jìn)行對(duì)比和分析，為后續(xù)項(xiàng)目提供借鑒。對(duì)影響種植屋面防水問(wèn)題的重要因素進(jìn)行分析和研究，采用更加完備的防水工程施工方案，并且對(duì)比選擇了市場(chǎng)上防水性能更強(qiáng)，耐根穿刺能力更好，更符合工程使用的防水涂料、防水卷材及排水板。通過(guò)對(duì)建筑細(xì)部節(jié)點(diǎn)等處理，并經(jīng)過(guò)多次驗(yàn)證，本文的施工工藝可以有效保證建筑的防水質(zhì)量，為類似種植屋面的防水處理，提供一個(gè)處理思路。