冯涛池，李双霞，褚学斌
（1.国网济南供电公司，山东 济南 250000；
2.山东建大教育置业有限公司，山东 济南 250100；
3.山东环城城建工程有限公司，山东 济南 250000）
随着社会的发展，城市工业化形态愈演愈烈，这也不得不引起社会对于绿色环保和恢复自然环境的关注[1]。但在很多寸土寸金的大都市，植被覆盖与能带来经济效益的商业建筑往往是不可兼得的，所以在不减少建筑面积的基础上提高城市绿化率，改善城市环境的方案及方法是当今社会所需要的，种植屋面技术在这种背景下应运而生，也受到了越来越多人的广泛关注和推崇。
在国内外的成功案例中，屋面绿化项目在增加城市绿化率、提高生态环境、改善用户居住体验等方面都得了认可，绿色屋面项目的推广也越来越受到政府和各界科研领域的关注。在应用方面，平屋面、坡屋面、高层屋面、地库屋面都可以实施绿色屋面改造[2]。种植屋面综合了绿化、建筑和园林方面的技术应用[3]，可以发展成为一种有效且简便地扩充城市绿化空间的新途径。然而，随着该项施工技术的发展，这种方式给建筑构造带来的安全问题也接踵而至：种植屋面的防水防渗漏问题；
植被根系生长破坏建筑物及其防水系统的问题；
屋面植物的品类和属性是否能承受屋面的环境工况问题。包括长期暴晒和项目地气候特点的情况下，植物是否能适应生存，以及在环境具备一定高度且周围防风建筑少的情况下植物是否能承受环境风力的问题。此外，种植后的维护要考虑为植物提供营养、灌溉排水、防治害虫、修剪造型[4]。
对于种植屋面的防水技术，需要综合考虑不同屋面的渗漏方式，从而在建筑的设计中对其加以改进，分析不同防水材料对于建筑防水能力的影响，并有效采用多重防护手段，提高种植屋面的防水性能，为类似建筑的防水提供参考。
1.1 种植屋面
种植屋面的结构如图1所示[5]。
图1 种植屋面系统分层效果
由图1可知，种植屋面主要分为8个部分：原建筑屋面，其自带防水设计，不容种植屋面系统破坏；
防渗漏层，用于阻止种植屋面系统的剩余水分渗漏，破坏原建筑屋面；
隔根层，防止植被根系向下生长从而破坏建筑屋面；
保湿层，用于提供干旱时所需要的水分；
蓄排水层，这一层设计实现的功能为蓄积水分，同时排出多余的水分；
过滤层，其主要作用是在承载和固定上层土壤的同时起到过滤杂质的效果，从而保护蓄排水系统免于被杂质阻塞；
种植层，植物生长的基质层，通常选用轻便保湿能力强的土壤，土壤层的配比和高度对雨水的滞蓄效果不同，要依据植物种类的不同进行选择[6]；
植被层，植物生长受到环境因素的影响很大，一般选择符合项目所在地气候特点的各种大地花园中的植物[7]。
种植屋面的分层构成一般会受到建筑类型、环境工况以及植物种类等而有所差别，根据实际情况在以上主要结构模型的基础上可适当增减构造层次[8]。
1.2 屋面渗漏原因
从国内现有的种植屋面项目来看，大多经过2～5年后会出现渗漏的现象，有的1年内就发生渗漏问题[9]。究其原因有以下几个方面：
（1）建筑物原屋面防水层的问题。建筑物一般会采用材料防水与构造防水相结合的方式进行防水设计，如果初期设计不当，防水系统会存在功能缺陷。特别是刚性防水屋面，由于其材料属性的原因，很容易受到热胀冷缩、屋面变形的影响而导致防水层裂缝漏水。这种情况即使没有采用种植屋面也会出现渗漏现象。
（2）种植屋面的设计破坏建筑物防水层。在防水性能本就不稳定的建筑屋面进行多项绿化工程，无疑会对屋面造成一定程度的破坏，加重了渗漏问题的隐患[10]。在种植屋面施工过程中，要避免打洞穿孔或埋设固定铁件，避免破坏建筑原有防水构造。
（3）所选植物的根系生长会破坏防水层。种植屋面系统中的土壤层在很大程度上对于建筑物原有的防水屋面具有保护作用，但是用来种植植物则需要另当别论[11]。植物根系在没有相应的根阻拦措施情况下，能够轻而易举地穿透并损坏建筑结构层。
（4）种植屋面的蓄水会带来渗漏隐患。植物的生长离不开水，种植屋面的蓄水层会一直存积大量的水，相当于屋面常年积水，这无疑增加屋面漏水的几率。
2.1 耐根穿刺防水涂料
一般从3个方面对耐根穿刺防水涂料的性能进行评价[12]：
（1）基本性能。这一性能主要评价标准为GB/T 35468—2017《种植屋面用耐根穿刺防水卷材》等。
（2）应用性能。考虑防水涂料的使用工况和施工要求，一般从耐霉菌性能和耐剥离性能两方面考虑。
（3）耐根穿刺性能。耐根穿刺性能是种植屋面的防水涂料中需要持久具备的性能，否则很容易被植物根系穿透，直接导致建筑屋面破坏，进而造成屋面种植系统的渗漏，所以耐根穿刺防水涂料需要具备长期耐植物根穿刺的性能。
2.2 耐根穿刺防水卷材
防水涂料上层覆盖耐根穿刺防水卷材。防水卷材的选择首先要满足种植屋面使用的耐根穿刺防水材料标准[13]。在此基础上，筛选出更符合项目情况、性能更好的防水卷材。
本文采用的是以聚酯纤维毡为胎基，添加一定比例的进口化学阻根剂，且在表层覆盖保持材料性能的隔离材料制成的改性沥青防水卷材。其不仅防水阻根性能优异，耐腐蚀、耐霉菌性强，且对环境友好，同时不会抑制植物根基的正常生长。从使用工况及施工角度考虑，这种防水卷材具有延伸性能好、耐高低温、对载体形变的适应程度高、施工方便且可靠持久等特点，可以用作种植屋面系统的耐根系穿刺层，以达到保护建筑物不被植物根系破坏的效果。
2.3 排蓄水技术
在自然降雨或人工灌溉后，蓄水层会积存大量多余的水分[14]，这些水不但增加了系统荷载，同时也会引起植物烂根或涝死，需要有特定的排水设计以保证这些水能有效排出。
一般的排水层设计的质量会增加自身荷载，如果利用排水板配合过滤层替代，则达到了减轻系统荷载的目的。同时，过滤层的应用能够保证系统有选择地过滤掉多余成分，而不会造成土壤的流失。
随着防水工程技术的发展，排水板的种类和性能也不断更新和提高，本文选择最新的PVC材料排水板，其密度相对于PE材料更大，具有耐根穿刺的优势，且由于生产工艺的差别，PVC板的平整度更好，则耐压力的均匀度更好。排水板的选择除了质量、抗压性、透气性等因素外，还应结合项目所在地的降水量，在本次项目工况下，2种材质的排水板均能满足降水量要求。
2.4 施工技术要点
（1）对于建筑的挡土墙，需要在建造时留有泄水孔，墙宽大于15 cm，高度根据种植土薄厚进行适当调整，保证其高于种植土高度。
（2）设置排水口观察井，及时观察排水口情况。
（3）对于陶粒等排水层材料，要保证其不能破坏防水层，需要在其上添加保护层，并在上面覆盖2 cm左右细砂进行结构保护。
（4）排蓄水板的使用需要保证防水层不受影响，并利用刚性结构层对防水层进行保护，并铺设隔根膜避免屋面渗水。
（5）保证屋面平整度≤1 cm，有效防止施工中的积水坑。
（6）及时清理排水设施，避免杂质堆积造成排水管路堵塞。
2.5 种植基质
种植基质对于种植屋面来说具有重要的意义，能够提供植物生长的介质土壤，但是其性能等会严重影响工程的防水性能[15]。对于不同的种植植物，种植基质的选择应该保证密度低、保水量足、透风性强、营养元素含量高等特点，从而在保证植物良好生长的情况下，不会破坏建筑结构的稳定。种植屋面可以选用的种植基质一般为人工调配，主要采用改良土或超轻量基质等，这些种植基质中，同样含有保水排水层介质成分。一般情况下，种植基质材料的密度低于1300 kg/m3。常用屋面种植基质的配比如表1所示。
表1 屋面种植基质的配比
种植基质的厚度会影响种植屋面的稳定，需要对其进行计算，厚度的选择同样需要考虑建筑结构的承受能力。
由于不同植物的特性不同，对于土壤的选择及其厚度要求也不尽相同。高层建筑植物会承受更多的风荷载，因此需要增加基质厚度，以提高其防风能力。
3.1 项目建设情况概述
本文以北方某个已完工的高层建筑种植屋面项目为例，探究文中所述种植屋面防水技术改进方法的施工可行性，验证影响种植屋面系统防水性能的重要因素及改进方向。
该项目的种植面积为8796 m2，建筑物框架结构以钢筋混凝土为主，具有较高的防震性能。该工程开工时间为2020年4月8日，竣工时间为2020年5月28日，并完成所有移交工作。
3.2 材料选择
3.2.1 耐根穿刺材料
结合防水材料性能评价指标，收集了多种耐根穿刺防水涂料样品并对其性能进行测试，结果如表2所示。
表2 耐根穿刺防水涂料的性能对比
根据表2的测试结果对比，综合各项指标，最终确认橡胶沥青防水涂料样品综合性能优异，可用作种植屋面防水涂料。该材料以橡胶、热熔型改性沥青和一定比例的阻根剂混合制成。具有抗老化、易施工、耐腐蚀、弹塑性强等特点，适用于多种不同建筑形式的屋面。使用时可直接将防水涂料涂抹于经过抛丸处理的钢筋混凝土屋面板上，作为种植屋面与建筑屋面的分界面。
3.2.2 防水材料
本工程的设计防水防渗等级为一级，防水材料选型及设计按照分析对比最终确认为4 mm橡胶沥青防水涂料上层覆盖4 mm耐根穿刺改性沥青防水卷材。二者均配比了一定量的阻根剂，且二者都是热熔型沥青，采用相邻铺设的方式不仅材料可以相互融合熨帖，而且上下2道防水阻根层可以可靠衔接，可以互相促进，形成整体的防水效果。
3.2.3 基质材料
由于该项目地处北方，气温较低，风力较大。在基质的选择时需要考虑基质在湿润状态的质量，同时具有较好的透水系数，且有效水分含蓄量较高。
对于本文种植项目，需要利用部分轻质材料替换种植土，以降低局部荷载。采用的替换材料可以选择陶粒、珍珠岩、聚苯乙烯材料等。不同材料的优缺点各有不同。陶粒价格低，但无法满足植物生长覆土要求，抗压能力弱；
珍珠岩材料透气性好、保水能力强，但是沉降明显；
聚苯乙烯材料可塑性和抗压能力强。综合考虑，最终选择聚苯乙烯材料。
3.3 改进的防水技术施工工艺
为了保证整个项目顺利推进，在施工前期需要选择所种植的植被种类和施工材料，且需要合理精细地规划其结构和分层。
项目遵循的施工顺序和原则可总结为：先下后上，先机械后人力，先打基础后种植，先规划敷设后绿化施工。具体施工流程为：
（1）全方位清理屋面，保证屋面清洁、平整，在排水层施工前利用蓄水的方式确认防水层无渗漏。
（2）降低种植屋面漏水对建筑物本身存在的安全隐患，在屋面楼板上增加聚氨酯涂膜防水层。
（3）按照设计方案施工。在隔根层设计施工阶段，采用PVC材质排水板作为排水层，排水板统一横向铺设。
（4）经过反复防水试验，确认最终施工方案能够使得防水层质量达到最优化。
（5）整个铺装的施工过程要考虑植被的固定，减少施工后的临时变更和改动，以便尽可能地提升整体屋面的防水性能。下层防水系统搭建完成后进行绿植栽种工序，一般按照整地、放线、挖种植槽、放苗、覆土、塌实、浇透水、扶直的顺序从中间向周边进行栽种。
3.4 细部节点防水工艺
3.4.1 女儿墙
对于屋面女儿墙的防水结构，设定其横向坡度为6%，并使其向内倾斜。设定女儿墙距离屋面的高度为1550 mm，在女儿墙的边缘位置设置宽度为30 mm的分割缝隙，缝隙内部利用密封材料进行填充，保证填缝严密、牢固。
3.4.2 落水口
对于落水口利用多层材料进行分层堵塞，材料中添加微量膨胀剂，密实处理后，确认结构无渗漏。落水口利用防水密封材料进行密封，延长防水卷材使其落入水斗内。
落水口周围形成锅底状结构，使其泛水坡度大于5%，使结构排水通畅。
建筑屋面的防水防渗技术是决定种植屋面项目成功与否的关键技术。通过积极归纳总结以往案例的经验与不足，从技术方案、施工可行性、材料属性等方面进行对比和分析，为后续项目提供借鉴。对影响种植屋面防水问题的重要因素进行分析和研究，采用更加完备的防水工程施工方案，并且对比选择了市场上防水性能更强，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。通过对建筑细部节点等处理，并经过多次验证，本文的施工工艺可以有效保证建筑的防水质量，为类似种植屋面的防水处理，提供一个处理思路。
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