寒地区车辆段上盖屋面临时外排水关键技术浅析

寒地区车辆段上盖屋面临时外排水关键技术浅析

山泉

中国铁路设计集团有限公司 天津市 300000

摘要：车辆段规模较大，其屋面的排水设计较为特殊，存在诸多难点，和普通屋面的排水设计存在很大差异。这种差异和特殊性，在屋面排水防冻害的设计中同样存在——既具有传统屋面冻害的特征，又由于其体量大、构造复杂而具有很多传统屋面冻害不具备的特点。因此为了着重分析其冻害的特殊性，有必要对上盖工程的防排水系统、构造设计进行研究分析，从其特殊性入手进一步研究、分析冻害特性，从而解决严寒地区车辆段上盖屋面的外排水关键问题。

关键词：严寒地区；车辆段；上盖屋面；临时排水；冻害

0 引言

车辆段规模较大，为减弱车辆段对城市肌理的破坏，同时集约利用土地发掘地块商业价值，很多城市会对车辆段上盖进行物业开发，建设住宅、商业等建筑[1]。当上部开发情况不稳时，为不影响车辆段的使用，通常会对屋盖特殊设计以预留后续开发条件。因此，做好预留阶段屋盖的临时防排水处理并兼顾近远期使用功能，具有重要的实际意义[2]。

1 上盖临时排水组织方式

上盖物业开发条件不成熟时，车辆段屋盖需考虑临时排水设计。车辆段屋盖排水系统设计有着自身的特殊性——屋面尺寸巨大；屋盖下方有较多强弱电专业管线，水管不应穿越此区域；同时要兼顾近期的排水与远期开发需求。因此，传统的平屋面找坡法、屋面虹吸排水系统均不能完全适用于车辆段屋面的临时排水系统[3]。

2 场段上盖临时排水组织方式的特点与优化建议

2.1 适上盖大平台屋面临时排水设计的控制因素

盖板临时排水方式设计存在如下几个重要限定因素：

（1）盖板上下需要做到基本隔绝，一般不应有雨水管线上下穿行；

（2）盖板需满足临时屋面的排水功能；

（3）盖板需满足盖上开发的功能要求；

（4）盖板上部雨水需尽快排除。

由此可见，上盖临时阶段排水方式适合采用有组织外排水，而且有组织外排水方式造价低，构造简单，远期改造需拆除工程量较少，因此在国内应用范围较广[3]；但常规的大平台屋面有组织外排水排水路径长，效率低，盖板上易积水；变形缝较多，构造复杂，积水过深时容易漏水。因此有必要对传统的有组织外排水措施进行优化。

2.2 适用于上盖大平台屋面临时阶段的外排水组织方式

对上盖大平台屋面临时排水措施的优化，应主要集中在如下几个方面：不影响盖上建筑功能的前提下适当加大排水坡度，提高排水效率；优化排水线设置，缩短找坡长度，加快排水时间的同时减小垫层厚度；屋面临时构造需要兼顾临时阶段的耐久性与开发完成后的适用性；变形缝不宜采用挡墙式，避免后期拆改破坏屋面构造[2]。

可见，相较于找坡距离长、排水路径单一的组织方式，通过密集、分散的排水体系，将屋面划分为多个单元，每个单元利用坡度适宜的短横坡快速排除屋面积水，再通过较缓的纵向排水线汇集，所形成的多元化、多层次的排水组织方式，更加适用于大平台上盖屋面的临时排水。具体的建议措施如下：

（1）屋面排水单元横坡建议取值2%

参见《屋面工程技术规范》GB50345-2012第4.3.1条，屋面采用材料找坡时坡度宜为2%；10m长度对应的垫层厚度为200mm，垫层厚度适中，对于远期作为上盖物业地下停车库地面的盖板而言，屋面坡度作为停车场地也较为适用，远期改造工程量小；

（2）纵向设线型排水线，坡度建议取值0.3%

每两跨设一道纵向的排水线，收集横坡汇水进行线性排水，参见《民用建筑设计统一标准》GB 50352-2019第5.2.5，停车场地应满足排水要求，排水坡度不应小于0.3％，满足排水要求的同时尽量减少垫层找坡的厚度[5]；

（3）屋面变形缝采用停车屋面式变形缝

屋面变形缝建议采用停车屋面式变形缝，临时阶段盖板直接作为屋面暴露于室外，停车屋面的构造适用于临时阶段屋面的环境条件，又与盖板远期用途贴近，无需改造变形缝，最大程度减少对构造的破坏，保证屋面构造的完整性。

2.3 覆土屋面的临时排水组织方式特点及优化建议

车辆基地内联合检修库等建筑单体，由于建筑净空高度较大，其屋盖上方通常设计为覆土屋面或种植顶板。其屋盖上部条件与其他顶部为上盖开发建筑车库的厂房不同，该区域上盖屋面的永久排水主要为了排除覆土内的渗流水，而上盖开发场地与种植顶板覆土顶部的排水设施则主要排除地面雨水，通常二者的排水系统各自独立[5]。若由于开发时序不一致的原因，上盖屋面实施后不能同步完成覆土和盖上场地、建筑的建设，则需要盖板上的排水组织方式考虑临时排水措施。由此可见覆土型上盖屋面的排水组织方式具备如下特点：

（1）永久排水主要目的是排除覆土内渗水，排水组织类似于种植屋面；

（2）临时阶段排水需要尽快排除盖板上雨水；由于盖板无需作为盖上的功能场所，排水坡度、坡向等组织方式相对灵活；

（3）临时阶段排水坡度可较其他区域盖板有所加大，因此找坡工程量较大，建议条件允许情况应有效考虑永临结合，避免浪费；

由于覆土型上盖屋面的防排水构造隐蔽，不易维护，应格外注意防排结合，加强防水构造、加快排水组织增加排水能力，排水坡度可按不低于2%进行设计，既满足临时阶段屋面排水的需要，也适用于覆土实施后土体内渗流水的快速排除。屋面永久排水构造中的排水板建议尽量选用坚固不易变形的材质，避免因土压导致排水板变形，堵塞排水路径。

3严寒地区场段建筑上盖冻害特征分析

由于场段上盖临时排水适宜采用有组织外排水，而屋面外排水在严寒地区应用存在严重的冻害风险，因此对于严寒地区的上盖工程盖板而言，必须在临时排水阶段采取有效的防止冻害措施。

3.1 严寒地区的场段上盖屋面的冻害特点

（1）场段上盖屋面尺寸大，排水不畅[6]

上盖排水设计时未能充分考虑大型屋面的汇水时间长的影响，会导致排水系统设计能力不足，积水长时间在屋面停留，冻融时节易在屋面结冰；

（2）上盖变形缝划分往往十分复杂，融水长期在板上留存可能导致变形缝或其他构造薄弱处出现漏水；尤其对停车式平屋面常用的变形缝而言，变形缝盖板与建筑完成面同高，若施工质量差，变形缝构造密封不严，可能导致临时排水阶段的积雪冻融渗入缝内，在积雪融水的冻融作用下，容易导致变形缝防水构造失效；

（3）天沟长度大，冻害易引起脱落

上盖盖板由于尺寸巨大，其临时排水的外天沟长度通常较长，冻融季节一旦融水或积雪积存在天沟内无法有效排出，或者因为冻融在外天沟形成大量冰柱，会形成较大的荷载，若天沟的构造不够牢固，将比常规屋面的天沟更容易出现断裂、脱落，引发安全事故。

3.2 场段建筑上盖屋面临时外排水防止冻害优化建议

由上文分析可知，严寒地区场段上盖屋面临时排水的冻害在一般屋面冻害的基础上，还具有其特殊性，因此除了采取前文所述的一系列自融雪技术、辅助构造措施外，还应针对其排水效率低、构造复杂、尺度大等特殊性采取进一步的优化措施。

（1）加强屋面排水系统的组织设计，采取防冻措施[7]

对于大平台上盖屋面，应尽量优化其排水组织，减小排水距离，加密排水线，适当加大坡度，加快排水效率，也加快融雪的排除。

同时应参照前文所述，采取一些针对上盖工程依然适用的严寒地区一般屋面外排水防冻害措施，例如在天沟内应设置电伴热带、采用带电加热型雨水口等自动融雪措施，进一步保障严寒冻融条件下排水系统的正常工作，预防或减轻冻害。

（2）变形缝划分尽量合理

盖板结构设计阶段，应力求优化布局，变形缝的划分要尽量不出现围合区域，使上盖平台雨水均能汇集至平台周边排水沟，避免冻融阶段屋顶融雪流淌、浸泡变形缝，降低因盖板密封不严渗水冻胀导致构造被的可能性。

（3）加强严寒条件下的防排结合措施[8]

由于大平台盖板在临时排水阶段容易排水不畅，因此应注重考虑防排结合，避免因积水、融雪长时间浸泡导致屋面渗漏；而位于严寒地区的大平台盖板更应注意严寒气候条件对防水构造的影响。

严寒地区建筑防水工程地方标准中通常会对防水材料、构造的耐低温性能进行特殊规定，以黑龙江省地方标准《黑龙江省建筑防水工程技术标准》DB23/T1073-2017为例，其中有一些适合在严寒地区场段上盖工程中采用的规定，建议条件允许的情况下尽量采用，可加强大平台防排结合措施的耐候性，减轻或防止冻害引起的漏水事故：

1. 宜选择低温性能低于-30℃的防水材料；
2. 应根据当地最高、最低气温，屋面坡度、使用条件等因素选择耐热性、低温柔性相适应的防水卷材、防水涂料和密封材料；
3. 车辆基地工程属于有振动场所，宜选用柔性防水材料，推荐采用非固化沥青防水涂料、喷涂速凝型橡胶沥青防水涂料与改性沥青防水卷材复合使用，材料指标应注意在-20℃条件下无断裂。

各种卷材的柔性指标相差很大，柔性差的卷材在北方严寒地区采用时会变硬变脆；而有振动的场所若采用刚性防水材料、密封材料，容易因为外部环境导致防水层与基层之间出现微裂缝，耐久性变差；而柔性防水材料，尤其是非固化沥青类涂料或其他高弹性材料，由于具有流变性、蠕变性，采用涂卷复合方式敷设时，更容易与基层形成满粘接，防止漏水、串水，严寒地区采用时建议依据地方标准对其低温流动性能加以限定。

（4）女儿墙等附属构筑物以及建筑形体对积雪堆积的影响

车辆基地大平台上盖屋面坡度较小接近平屋面，女儿墙、檐口等形态突变、不连续处对积雪分布规律的影响大致相同，即：在女儿墙迎风侧处容易形成大量积雪；墙根处由于缺少阳光照射，容易积雪，在气温回升时开始融化，易引发冻害；

对此提出如下优化建议：

考虑到女儿墙高度对积雪深度和堆积长度的正相关性，建议上盖平台在初期临时排水阶段，边缘不设置较高的女儿墙，仅在檐口处设置高度300mm～400mm的挡水坎，上设栏杆代替女儿墙进行防护；不采用女儿墙式变形缝。

（5）天沟构造采取加强措施

上盖项目临时排水的外天沟长度通常较长，为避免冻融冰柱、积雪导致天沟荷载超出其极限承受能力，发生断裂、脱落，在天沟结构设计时，尽量避免采用易脱落轻型结构，最大限度杜绝此类安全隐患。

（6）预留机械清雪条件[9]

由于盖板面积往往十分巨大，冬季降雪会在盖板上大量积存，若仅依靠屋面的排水系统、自融雪系统和辅助构造措施，也难以将大量积雪及时排除，因此必须及时进行机械清雪，减轻屋面负荷。严寒地区的场段上盖盖板在设计之初，应充分考机械清雪荷载，为机械清雪作业预留条件，保障清雪用大型设备在盖上使用的安全性。

4 小结

本文分析了车辆段上盖屋面排水组织方式的困难性和特殊性，以及其屋面排水冻害与传统屋面相比的特异性。并针对上盖屋面这种特殊类型工程，提出了一些优化建议。

首先本章介绍了车辆基地开发的几种常见模式，并选取最为常见的车辆基地上盖物业开发工程作为研究对象，着重分析了上盖屋面排水组织设计的难点。上盖屋面的排水可分为两个阶段，初期盖上物业尚未实施时，盖体排水类似于大型平屋面外排水，但其巨大尺度和上下功能、管理界面的划分导致其存在很多区别于传统平屋面的特殊困难，例如找坡困难、变形缝划分复杂、雨落管难以直接下穿采用内排方式等等；而远期物业开发完成后，原来的上盖屋面通常作为盖上物业停车库，可见上盖屋面排水组织设计的重点在于临时阶段的排水设计，难点在于如何处理大平台的特殊性，并且应适当兼顾永临结合。

其次通过对上述上盖大平台屋面临时阶段排水措施的分析，进一步分析上盖大平台屋面与常规屋面相比，其冻害的一些特殊性，主要包括：

（1）屋面汇水距离长，排水效率低，相比传统屋面更容易出现屋面积水的情况，而且排水距离长，融雪散热更严重，流淌过程中容易重新凝结冻胀；

（2）屋面变形缝划分较复杂，屋面找坡困难，容易因排水不畅在屋面留存积水，如果采用与屋面同高变形缝，融水、积水流进变形缝内不易排除，积水不断侵蚀、反复冻胀容易破坏变形缝构造，使填缝材料老化、失效；

（3）由于屋面尺度较大，长天沟排水量大，冬季积雪或冻融滑落冰雪以及冰柱的体量、影响范围等也较传统屋面更大，除去积雪、冰柱本身的冻害问题外，由于上盖屋面的外天沟尺寸较长，其承受的雨水、冰雪荷载也更大，更容易发生脱落。

鉴于上盖屋面冻害的特殊性，除了借鉴传统屋面防止冻害的技术措施外，还应针对其特点进一步提出新的优化建议，同时考虑到上盖屋面远期通常作为物业开发的停车库地面使用，因此其防排水、防冻胀的构造措施应因可能兼顾永临结合，避免浪费。主要包括：

（1）提高排水效率，优化排水组织方式，加快雨水、雪水的排除；同时借鉴上文提出的常规屋面排水系统防冻措施，例如设置电伴热融雪系统、电加热雨水斗、改良天沟檐口构造等；

（2）尽量优化变形缝构造，是排水组织方式更加合理；

（3）注意防排结合，优先选用低温柔性的防水涂料、卷材和密封材料；

（4）借鉴风致积雪理论，上盖临时排水阶段不设置较高的女儿墙，尽量采用挡水矮墙代替；

（5）对天沟等悬挂构筑物采取构造加强措施；

（6）盖板预留机械清雪条件。

参考文献

[1]王兴.地铁车辆基地上盖预留开发盖板防排水关键性技术研究[J].城市轨道交通研究,2019,22(06):85-89.

[2]王召唤, 梅沈斌, 张远东. 地铁车辆段上盖平台雨水临时排水设计研究[J]. 给水排水, 2018, 44(6):4.

[3]霍欣. 地铁车辆段上盖物业开发平台雨水设计探讨[J]. 给水排水, 2021, 47(8):5.

[4]刘岩. 严寒地区民用建筑屋面有组织排水优化设计研究[D].哈尔滨工业大学,2015.

[5]岑洪金.大型屋面雨水排水系统设计探研——以成都站站房为例[J].工程技术研究,2019,4(14):186-187.