大坡度種植屋面設計施工關鍵技術研究

潘溢滔（上海建工集團股份有限公司，上海 200080）

1 工程概況

2021年5月，第十屆中國花卉博覽會在上海市崇明區(qū)舉行，其地標性建筑世紀館坐落于主展區(qū)大花核心區(qū)中心主軸靠南區(qū)域，是全球最大的蝴蝶型建筑，翼展近300 m，高度可達14.9 m。世紀館雙曲面大坡度屋面作為景觀種植屋面，其防水質(zhì)量及相應屋面構(gòu)造防滑措施是本屋面工程施工的關鍵。

世紀館的獨特之處，不僅僅在于其外表蝴蝶造型，還在于其翅膀處的種植屋面達2萬m2，其屋面結(jié)構(gòu)為全國最大的自由曲面連續(xù)拱殼預應力混凝土結(jié)構(gòu)，大坡度屋頂作為種植景觀屋面，上覆輕質(zhì)種植土平均厚度達50 cm。此外，屋面薄殼結(jié)構(gòu)底部為清水混凝土也是本工程另一大亮點。

本工程種植屋面防水為I級設防要求，設計防水材料主要采用三元乙丙橡膠耐根穿刺防水卷材、三元乙丙防水卷材及合成高分子防水涂料3道防水層。種植屋面具體構(gòu)造做法如表1所示。

表1 種植屋面具體構(gòu)造做法

種植屋面防滑系統(tǒng)參照國家建筑標準設計圖集14J206《種植屋面建筑構(gòu)造》（以下簡稱“《構(gòu)造》”）中的種植屋面防滑系統(tǒng)做法，如圖1所示。

圖1 種植屋面防滑系統(tǒng)節(jié)點做法

2 難點分析

2.1 防水材料質(zhì)量隱患大

三元乙丙防水卷材的黏結(jié)與搭接均需專用膠粘劑進行輔助，但膠粘劑與卷材使用壽命不同步，即當卷材未發(fā)生任何變化時，膠粘劑已老化失效，導致搭接邊分層剝離，大大增加了滲漏隱患。

2.2 防滑節(jié)點滲漏隱患大

世紀館屋面為連續(xù)曲面薄殼結(jié)構(gòu)，屋面坡度變化大，坡度范圍為8°～24°，如圖2所示。

圖2 屋面造型坡度示意

結(jié)合種植屋面規(guī)范要求，當屋面坡度＞20%時，其絕熱層、防水層、排水層、種植土層等均應采取防滑措施。原設計節(jié)點中屋面采用預埋φ12@800防滑鋼筋，通過直徑1.6鍍鋅鐵絲與防水層上部細石混凝土保護層中的鋼筋拉結(jié)固定。該節(jié)點首先穿破下方防水卷材層，其次，在對屋面抗滑鋼筋端部進行防水節(jié)點處理時，三元乙丙防水卷材搭接依靠專用膠粘劑進行黏結(jié)，卷材與涂料無法相容，同時，防滑鋼筋間距過密，為800 mm，整個屋面將進行約25 000個節(jié)點處理，大量此類節(jié)點的存在也難以完全保證每處節(jié)點的施工質(zhì)量，故必然會導致屋面存在滲漏隱患。

2.3 張拉變形對防水層質(zhì)量要求高

屋面結(jié)構(gòu)預埋緩黏結(jié)預應力筋，預應力分2次張拉施加，第一次預應力張拉至60%，第二次預應力張拉至80%，第三次預應力張拉至100%。首次預應力張拉后必須覆200 mm厚種植土，第二次張拉完成后覆300 mm種植土。故根據(jù)設計預應力張拉工況要求，張拉前屋面建筑防水構(gòu)造層必須施工完成，同時，由于分次張拉分層覆土交替進行，不可避免會對屋面殼體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生應變，根據(jù)有限元模型分析，預計因張拉導致屋面結(jié)構(gòu)最大豎向拱起量達100 mm。

2.4 屋面構(gòu)造層滑動風險大

根據(jù)JGJ 155—2013《種植屋面工程技術規(guī)程》（以下簡稱“《規(guī)程》”）相關要求，屋面坡度≥20%的種植屋面設計應設置防滑構(gòu)造。原設計采用擋土板對曲面種植土進行防滑移隔擋，采用直徑1.6鍍鋅鋼絲將擋土板與拉結(jié)帶綁扎扁鋼拉結(jié)綁扎。擋土板為“L”型（直角），與大坡度基層（防水保護層）放置后本身有傾倒趨勢，覆土后有嚴重滑移隱患，覆土時傾覆風險大，嚴重影響坡屋面種植土體的穩(wěn)定性，同時，擋土板綁扎現(xiàn)場工作量大。由于屋面坡度較大，固定施工難度大。

3 方案優(yōu)化分析

3.1 防水層材料優(yōu)化

根據(jù)《規(guī)程》中對種植屋面工程設計的相關規(guī)定，種植屋面防水層應滿足I級防水等級設防要求，且必須設置至少1道具有耐根穿刺性能的防水材料，厚度不應小于4.0 mm；同時，根據(jù)使用種植屋面防水材料相關規(guī)范要求，阻根層復合普通防水層即可滿足規(guī)范標準，故只需另設1道材料相容的普通防水層，其最小厚度要求如表2所示。

表2 防水層最小厚度要求

3.1.1 方案1

防水材料方面，上部采用1.5 mm厚PMT-3030TPO高分子防水卷材，下部采用2.0 mm厚聚合物防水涂料作為主要防水層。

優(yōu)化分析如下。

（1）聚合物防水涂料為水性防水涂料，性能穩(wěn)定，環(huán)保且無任何腐蝕性，能與TPO卷材較好地相容，同時施工簡便，成本較低，與TPO卷材復合使用可有效提升性價比。

（2）高分子防水卷材的阻根原理為物理阻根，即依靠防水卷材自身的強度來達到阻根效果，TPO高分子防水卷材具有耐根穿刺性能，滿足種植屋面使用要求。

（3）在對屋面抗滑部位進行防水節(jié)點處理時，TPO卷材的材質(zhì)比較硬，而且卷材與聚合物水泥基防水涂料屬于不同材質(zhì)，卷材在焊接施工中無法保證其陰陽角部位完全服帖于基面。此類節(jié)點大量存在，造成屋面滲漏隱患較大。

（4）造價分析：2.0 mm厚聚合物防水涂料，50.0元/m2；1.5 mm厚PMT-3030TPO高分子防水卷材，149.6元/m2。

3.1.2 方案2

防水材料方面，上部采用4.0 mm厚聚合物改性瀝青耐根穿刺防水卷材，下部采用2.0 mm厚BH2高粘抗滑橡膠瀝青防水涂料。

優(yōu)化分析如下。

（1）方案2做法為2道防水設防，滿足規(guī)范中種植屋面對I級設防的要求。

（2）BH2高粘抗滑橡膠瀝青防水涂料具有優(yōu)異的黏結(jié)性，固化后黏結(jié)力強、延伸率大，能夠與基層及卷材無縫黏結(jié)，立面抗滑移風險能力強；其高強度的黏結(jié)性能避免了卷材發(fā)生滑移或剝離的情況，特別適用于斜面或里面結(jié)構(gòu)體，并能與卷材復合使用。同時，該涂料最宜采用機械化噴涂施工。

（3）該防水涂料具有蠕變性，可以封閉基層的細微裂縫，并自行修復由于外力造成的防水層破損，避免形成竄水通道，極大降低了滲漏發(fā)生的概率。

（4）在對屋面抗滑部位進行防水節(jié)點處理時，由于聚合物改性瀝青耐根穿刺防水卷材與涂料屬于同材質(zhì)，具備良好的材料相容性和施工兼容性，可以最大程度降低滲漏風險。

（5）工期方面較方案1可以節(jié)約至少10%的時間。

（6）造價分析：2.0 mm厚BH2高粘抗滑橡膠瀝青防水涂料，50.0元/m2；4.0 mm厚聚合物改性瀝青耐根穿刺防水卷材，85.5元/m2。

根據(jù)投標清單分析，因前期投標采用不平衡投標策略進行報價，對該部分施工內(nèi)容低于市場價進行報價，故如果按此節(jié)點做法進行施工，則實際施工成本遠高于投標價。經(jīng)綜合考慮，通過設計修改調(diào)整防水材料，最終選擇方案2進行施工。優(yōu)化后種植屋面具體構(gòu)造做法如表3所示。

表3 優(yōu)化后種植屋面具體構(gòu)造做法

3.2 防滑構(gòu)造優(yōu)化

本工程構(gòu)成層防滑移主要考慮以下2個方面。

（1）混凝土保護層防滑移構(gòu)造優(yōu)化。預埋數(shù)約2.5萬根的Φ12@800防滑鋼筋需穿過防水層與防水層上部細石混凝土保護層中的鋼筋拉結(jié)固定，因此會對屋面防水造成重大滲漏隱患。同時，考慮混凝土保護層整體防滑移需要，將預埋防滑鋼筋調(diào)整高度為350 mmΦ200，強度為C20混凝土防滑墩柱，設置間距為4～6 m，墩柱內(nèi)配件4Φ12鋼筋，箍筋Φ6@200，墩柱防水全包，做法同屋面。

（2）種植土防滑移構(gòu)造優(yōu)化。根據(jù)原設計采用擋土板防滑措施，結(jié)合《構(gòu)造》相關要求，屋面坡度≥20%的種植屋面設計應設置防滑構(gòu)造。原“L”型PVC擋土板調(diào)整為雙層鋼絲網(wǎng)片，上下口設置鍍鋅鋼絲與鍍鋅扁鐵綁扎固定，上下扁鐵之間焊接扁鐵分隔立柱，間距為1 m左右。防滑墩柱設置抱箍連接件，抱箍采用－40×4鍍鋅扁鐵加工制作，2個半圓型由鍍鋅螺栓鏈接組裝成一個直徑250 mm的圓箍，將抱箍與擋土板鍍鋅扁鐵焊接，形成可靠連接，焊接處刷鍍鋅防腐漆，隨后再設置格柵防滑。

優(yōu)化后屋面整體施工流程：防滑混凝土墩施工→回填/找平層施工→防水層施工→混凝土保護層施工→擋土板抱箍鏈接固定→濾水板→土工布鋪設→防滑格鋪設→種植土分層鋪設。

優(yōu)化后種植屋面具體構(gòu)造詳圖如圖3所示。

圖3 種植屋面構(gòu)造詳圖

4 防水層施工關鍵工序

防水層施工工藝：基層處理→涂料+無紡布節(jié)點附加層→第一遍涂料施工→第二遍涂料施工→第三遍涂料施工（如需要）→檢查、驗收→鋪貼防水卷材→搭接縫處理→檢查、驗收→成品保護。

4.1 基層處理

基層應堅實、平整、無灰塵、無油污，凹凸不平和板縫錯臺處打磨平整或進行修補處理。

4.2 細部節(jié)點附加層施工

防水工程施工過程，最關鍵的就是細部節(jié)點的處理。陰陽角、施工縫等附加層以“涂料+無紡布”方式進行增強（無紡布采用60～80 g/m2），首先在細部節(jié)點處涂布一遍涂料，并在涂料表干前鋪貼無紡布增強附加層，壓實服帖后，在無紡布表面再涂布一遍涂料。

水落口四周250 mm寬范圍內(nèi)采用“涂料+無紡布”方式處理作為增強附加防水層，高粘抗滑橡膠瀝青防水涂料應伸入口內(nèi)≥50 mm且黏結(jié)牢固[1]。

4.3 大面涂料施工

采用機械化噴涂施工（也可采用輥涂法），噴涂時采用“十字交叉”噴涂方法，每一遍噴涂濕膜厚度不超過1 mm，噴涂均勻且不得有露底和堆積現(xiàn)象。

待第一遍涂料干燥后，可噴涂第二遍涂料，第二遍涂料干燥后可噴涂第三遍，根據(jù)設計厚度和現(xiàn)場實測厚度情況控制第三遍噴涂用量，待涂料干燥并經(jīng)過相關驗收合格后，方可鋪貼卷材。

4.4 卷材施工

卷材方面的施工要點如下。

（1）在干凈、干燥、平整的基層上均勻涂刷基層處理劑。

（2）對屋面轉(zhuǎn)角處、采光窗轉(zhuǎn)角處等細部節(jié)點部位先做500 mm寬的加強層處理，然后才能大面積鋪貼防水卷材。

（3）聚合物改性瀝青耐根穿刺防水卷材與聚合物改性瀝青卷材防水層的鋪貼方向應平行，噴槍火焰加熱器的噴嘴距卷材面的距離應適中，幅寬內(nèi)加熱應均勻，以卷材表面熔融至光亮黑色為度，不得過分加熱。

（4）聚合物改性瀝青耐根穿刺防水卷材長短邊的搭接寬度均為100 mm，相鄰2幅防水卷材的短邊搭接縫應相距500 mm。搭接邊的PE膜要完全烤化，搭接縫部位以溢出熱熔的改性瀝青為度，溢出的熔融瀝青寬度控制在2 mm左右并均勻順直，確保搭接縫搭接嚴實、牢固[2]。

5 結(jié) 語

世紀館作為第十屆中國花卉博覽會園區(qū)最具標志性的建筑，在對屋面結(jié)構(gòu)設計造型及施工工況進行研究分析后，優(yōu)化后的種植屋面建筑防水材料選擇更科學，防滑節(jié)點構(gòu)造合理，施工質(zhì)量可靠。通過現(xiàn)場嚴密策劃和精心施工，本工程于2021年3月順利竣工，并獲得上海市建設工程“白玉蘭”獎。該館于2021年5月正式開園迎客，并迅速成為網(wǎng)紅打卡地。作為中國花卉博覽會園區(qū)永久展館之一的世紀館，迄今使用效果良好，并獲得了各級領導及社會各界參觀者的好評。