屋顶薄层绿化技术体系.doc

屋顶薄层绿化技术体系随着中国大规模的城市化进程，城市规模不断扩大和城市人口不断增加，建筑物越来越高，密度越来越大，形成大量高密度的“钢筋水泥的森林”，而起着调节城市生态环境的绿化和水面则不断被蚕食，结果导致城市生态环境的恶化，出现了“热岛效应”、“温室效应”、大气环境和水环境被严重污染等诸多环境问题。被称为建筑的第五立面的屋顶，却仍然是都市中的尚待开垦的“处女地”，处于一种被忽略、被遗忘的地位。一方面是城市绿化面积和水面面积被越来越多的高密度建筑物逐步蚕食，另一方面大量的屋顶却仍然素面朝天，未被有效利用，这就是目前在城市建设上存在的一对矛盾。而被众多生态环境专家、城市规划专家，建筑设计专家所推崇的“屋顶绿化”则是一种既能兼顾到城市经济建设发展的需要，同时又能很好地解决城市生态环境问题的双赢甚至多赢的解决方案。目前，国内几个主要大中城市已经开始意识到城市生态环境建设的紧迫性，从政府的层面到市民的层面已经开始关注屋顶绿化的发展，如上海、北京、广州、深圳、杭州、武汉、厦门等地政府都在研究屋顶绿化的建设和普及推广工作。广州市在2002年9月，由市建委、绿化委员会、市政园林局等单位出台了关于屋顶绿化发展的政策，要求今后所有的新建建筑都必须进行屋顶的绿化美化，而且屋顶绿化与主体建筑的设计、施工、验收同时进行，这使得广州成为国内各城市中第一个推出屋顶绿化强制性政策的城市。据了解，广州市的屋顶绿化工作目前处于试验阶段，通过部分试点工作，进行总结提高，最终形成规范性的屋顶绿化标准，然后在广州市大规模推广。上海绿化管理部门准备在今年修改有关绿化管理条例，将屋顶绿化纳入管理条例的条款之中，通过强制立法大力推广屋顶绿化；深圳市的有关部门也在酝酿类似的屋顶绿化政策。相信今后会有更多的城市陆续开展屋顶绿化的发展和普及推广工作。屋顶绿化的特殊性屋顶绿化不同于地面上的一般绿化，其特殊性可以归结为以下5点：1） 屋顶绿化需要考虑建筑物的承重能力：在建筑物上种植植物，种植层的重量必须在建筑物的可容许荷载以内，否则的话，建筑物可能出现裂纹并引起屋顶漏水，严重的还可能会造成坍塌事故。2） 屋顶绿化需要考虑快速排水：建筑结构层为非渗透层，雨水和绿化洒水必须尽快排出，如果屋面长期积水，轻则会造成植物烂根枯萎，重则可能会导致屋顶漏水。3） 屋顶绿化需要保护建筑屋面和防水层：植物根系具有很强的穿透能力，如果不设法阻止植物根系破坏建筑屋面和防水层，就可能会造成防水层受损而影响其使用寿命，还可能造成屋顶漏水。4） 屋顶绿化需要考虑项目完成后的日常维护保养：屋顶绿化不同于地面绿化，可能建在数层高楼房的屋顶，所以必须考虑后期的维护保养的问题，如定期浇水、修剪、除虫和施肥等，例如较高楼层的屋顶绿化面积较大时，建议采用自动喷洒装置或自动地中滴灌装置；考虑到城市缺水的问题，还可以将屋顶绿化浇水系统与建筑物的中水系统或者雨水收集处理系统相连，用中水或者收集的雨水作为绿化浇灌用水，可以起到节约优质饮用水的作用。5） 屋顶的种植环境比较恶劣：由于屋顶上日晒、风吹、水分过快蒸发、干旱等种植环境不同于地面，所以选择植物品种时需要选择喜日照、抗风性强、耐旱等耐候性强的植物品种。为屋顶薄层绿化方法的示意图，由屋面开始，分别是防根系穿透层（简称防根层或隔根层）、架空排水板、过滤层、轻质人工培养土层和表面覆盖层。屋顶薄层绿化技术体系充分考虑了屋顶绿化的特点，一方面大大减轻绿化种植层的重量和厚度，另一方面又很好地解决了绿化层排水、基质层的保水保肥、植物根的呼吸和生长、屋顶防水层和屋面层保护等诸多困扰屋顶绿化发展的问题，是代表屋顶绿化未来发展方向的综合性技术解决方案。该项技术是我们追踪国际上屋顶绿化的最新技术潮流研究开发的、具有自主知识产权的屋顶绿化新技术。屋顶薄层绿化技术1种植层薄层化轻量化技术为了设法降低屋顶绿化种植层，降低重量和厚度，我们从两方面进行了技术开发：1）开发屋顶绿化专用人工轻质培养土（GT-I型）分析了大量天然质料的特性，从中筛选出数种以最佳比例、经现代科学方法配制完成，富含植物生长所需的有机质和各种微量元素，不含任何普通土壤和牲畜粪便成分，是一种新型的、优质的无土栽培基质。经广东省农业科学院土壤肥料研究所检测，其干容重不到普通土壤（对比土样）的四分之一（24%），湿容重也不到普通土壤（对比土样）的一半（43%），是一种优良的轻质培养土；经检测其持水量和阳离子代换量分别为57.31%和7.16cmol/kg，是普通土壤（对比土样）的3.2倍（18.14%）和2.1倍（3.34cmol/kg），所以是一种保水能力和保肥能力极好的无土栽培基质。GT-I型人工培养土中无机质天然质料占到70%以上（体积比），不会像以有机质为主的无土栽培基质随着有机质的分解和吸收，种植层出现逐渐变薄导致根系裸露的现象，根系裸露会影响到花卉植物的生长。其质地疏松、不宜板结、具有优良的排水和透气性能。可以作为屋顶绿化种植层基质使用，也可以作为土壤改良剂与当地普通土壤配合使用（如2：1或1：1的比例配比），这样一方面大大改善普通土壤的保水保肥能力，防止土壤板结，增强其排水和透气特性，还可以节约材料成本。人工培养土由纯天然质料构成，不含任何化学合成成分，是一种对环境友好的轻质培养基质，可以长久地多次使用，屋顶花园使用完了还可以作为大田的土壤改良剂继续使用，不会污染环境及造成浪费。需要注意的是，由于轻质人工培养土质轻，干燥状态下易于被风吹散，草坪等地被植物的根系可以保护其免被风吹起，灌木和树木根部地表有裸露时，可以覆盖23cm厚的GT-CL型表层覆盖材料（一种经过特殊处理过的松树皮颗粒，其粒径为515mm），也可以直接覆盖23cm厚的普通土壤。起到防止培养土颗粒被风吹起和表层美化的作用，同时还可以维持地表湿度，防止种植层内水份过快蒸发。2）应用取代陶粒（或碎石）排水层的轻质薄层排水板我们自主开发的轻质薄层架空排水板GT-DP-M28，已经获国家专利局颁发专利证书。其结构采用蜂巢状的设计，在保证最大限度的架空排水空间（约25升/m2）、实现高效快速排水的同时，拥有超强的耐踏压强度（经过测试，常温下其耐压强度约为150吨/平方米）。每个单体尺寸较小（290x330mm），方便运输；单体采用可相互组合连接的结构，在施工现场按照场地形状和尺寸可以简单快捷地连接成一体化的架空排水层，以防止可能出现的移位。其厚度仅28mm，每平方米重量仅为约3kg，实现了排水层的薄层化和轻量化。如果采用100150mm的陶粒排水层，仅排水层自身的润湿重量就达80120公斤/平方米。架空排水板将湿润的绿化种植层与屋面隔开来，在种植层之下形成一空气薄层，该空气薄层均匀地分布于整个种植层培养基质的下方，一方面可以避免屋面长期出于过湿的状态，另一方面还可以有效促进花卉植物根系的呼吸，有利于植物的生长。架空排水板可以根据需要很容易地切割以适应场地形状的要求，具有良好的施工便利性；同时排水板既可以水平设置，也可以倾斜或竖向设置，可满足各种不同施工场地的需求。材质为轻质塑料，使用完了废弃的排水板还可作为废旧塑料回收再利用，不会对环境造成污染。2屋顶绿化的排水屋顶绿化的排水是一个很重要的问题，必须予以足够的重视。我们在处理排水时，在整个种植层下部设有架空排水板层，保证经种植层渗透的雨水或绿化洒水可以快速地进入排水板架空层，随屋面的排水坡流向屋面集水口，排入排水立管。集水口的处理有两种做法，左边为推荐的集水口处理方法，其特点是屋顶绿化采用独立于建筑物女儿墙的花坛式布局，在女儿墙与花坛档墙之间预留检修通道，可以定期检查和清理集水口，以防止被树叶、垃圾等异物堵塞。每个花坛应至少设置两处排水口。如果不能采用独立的花坛式种植，屋顶绿化需要将屋顶集水口置于种植区内时，建议采用图4右边所示集水口检查井的方法，检查井的盖板可以打开，以便定期检查和清理集水口，防止被树叶及垃圾等异物堵塞，保证排水顺畅。3建筑屋面和防水层的保护我们知道植物根系具有很强的穿透能力，所以屋顶绿化必须要设法保护建筑屋面和防水层。一旦造成防水层破坏引起屋顶漏水，就会给顶层用户的工作或生活造成很大困扰，而且维修工程非常繁杂，因为屋顶有漏水痕迹的地方，未必就是防水层破损的地方，所以需要将屋顶绿化全部拆除，寻找防水层破损位置进行修补或者重新作防水层。由此看来，屋顶绿化在技术上必须考虑保护建筑屋面和防水层。我们在建筑屋面之上、架空排水板之下设有一层防根层，以防止根系损伤屋面和防水层。目前国外最新的屋顶绿化技术是采用优质高性能的防根层，将绿化种植层直接设在建筑防水层之上，省去了屋面的保温层和混凝土保护面层，这样可以节省约80140公斤/平方米屋面荷载，从而增加了绿化种植层的可容许重量，可以实现变化丰富的植物配植，建造美丽的“屋顶花园”。如果在建筑防水层之上直接作屋顶绿化，防水层必须采用安全性高、使用寿命长的防水层，并建议在建筑防水层之上铺设两层防根层，以提供足够的安全保护。4屋顶薄层绿化方法与传统屋顶绿化方法的比较我们将屋顶薄层绿化方法与传统的屋顶绿化方法进行了比较，比较结果参见图。可以看出由于采用保水性保肥性能优良的轻质人工培养土，种植基质层的厚度可以减少一半以上；由于人工培养土的湿容重约是普通土壤的1/2，所以单单种植基质层的重量就可以减少到四分之一以下。其次，由于采用架空排水板取代陶粒排水层，可以将排水层的重量由约100kg/平方米减少到3kg/平方米，厚度由约100150mm减少到28mm。再次，采用双层防根系穿透保护层，可以省去屋面的保温层和混凝土保护面层，又可以节省约80140kg/平方米屋面荷载。这样，传统绿化如果种植层厚度为1240mm，重量为1540kg/平方米的话，采用屋顶薄层绿化技术种植层厚度减小为430mm，重量减轻为235kg/平方米（注：图示重量不包括种植植物部分重量），成功地实现了我们所追求的屋顶绿化的薄层化和轻量化。综上所述，屋顶薄层绿化技术不仅适用于新建建筑，也适合于现有建筑，特别是对于现有建筑，其屋顶可容许荷载一般为100150kg/平方米，如果采用传统的屋顶绿化方法，大部分现有建筑由于结构荷载的要求无法满足而难以实施屋顶绿化，如果利用屋顶薄层绿化技术，这些现有建筑就可以轻松地披上“绿装”，这样就极大地拓展了屋顶绿化推广和普及的范围，为城市生态环境建设开辟了新的、更广阔的空间。屋顶花园的防水设计与施工防水处理的成败直接影响屋顶花园的的使用效果及建筑物的安全，一旦发现漏水，就得部分或全部返工。所以防水层的处理是屋顶花园的技术关键，也是人们最为关注的问题。一、 漏水原因分析无论是原设计建造屋顶花园，或是在已建房屋的可上人屋面顶上增建屋顶花园，在建造过程中和建成后的日常使用中，均宜破坏屋顶的防水和排水系统，造成屋顶漏水。原因如下：1、原屋顶防水层存在缺陷结构层和防水层即使保持原有做法，但一般还要在预制空心板上卷材防水层，因此仍不可避免在女儿墙和天沟沿口等薄弱环节处出现渗漏。特别是刚性防水屋面，最严重的问题是防水层在施工完成后可能会出现裂缝而漏水。产生裂缝的原因很多：气候变化及太阳照射引起的屋面热胀冷缩；屋面板受力后的翘曲变形；地基沉降或墙体承重后坐浆收缩等原因引起的屋面变动；屋面板除变或材料干缩变形等。2、建造屋顶花园时破坏了原防水层屋顶上建造屋顶花园尚且可能漏水，而在较容易出现漏水的屋顶防水层上进行多项园林工程施工，这就更容易造成屋顶防水层破坏而导致漏水。即使不打洞穿孔或埋设固定铁件，如不精心施工，仍会破坏屋顶防水和排水构造，造成屋顶漏水。进行栽植有时也会破坏防水层，比如填土时用的铲子有可能会破坏防水层。3、屋顶花园水源更多各种植物的浇灌用水、水池、喷泉等水体用水也极为频繁，使屋顶又增加了产生漏水的水源。一般建筑物屋顶的排水系统，均未考虑建造屋顶花园所需的种植物渗漏水和水体工程的排水问题，特别是浇灌水和水池污水中含有植物根叶和泥沙等杂务，会使排水口及管道堵塞，造成屋顶积水和漏水。不论是何种因素造成漏水，人们往往归罪于屋顶花园，这就为屋顶花园的推广造成了社会阻力。因此规划设计和施工单位以及使用单位均应有足够的认识。，共同处理好屋顶花园的防水问题。二、施工要点及注意事项1、做防水实验和保证良好的排水系统建造屋顶花园，必须进行二次防水处理。首先，要检查原有的防水性能：封闭出水口，再灌水，进行96小时（4天4夜）的严格闭水试验。闭水试验中，要仔细观察房间的渗漏情况，有的房屋连续闭水3天不漏，第四天才开始渗漏。若能保证96h不漏，说明屋面防水效果好。这种防水效果，也只适用于非屋顶花园的情况。防水层是保证屋顶不漏的关键技术问题，但屋顶防水和排水是一个两个方面，因此还必须处理好屋顶的排水系统。在屋顶园林工程中，种植池、水池和道路场地施工时，应遵照原屋顶排水系统，进行规划设计，不应封堵、隔绝或改变原排水口和坡度。特别是大型种植池排水层下的排水管道，要与屋顶排水口配合，注意相关的标准差，使种植池排水层下的排水管道，要与屋顶排水口配合，注意相关的标高差，使种植池内的多余灌水能顺畅排出。2、不损伤原防水层实施二次防水处理，最好先取掉屋顶的架空隔热层，取隔热层时，不得撬伤原防水层。取后要清扫、冲洗干净，以增强附着力。在一般情况下，不允许在已建成的屋顶防护水层上再穿孔洞与管线和预埋铁件与埋设支柱。因此，在新建房屋的屋顶上建屋顶花园时，应由园林设计部门提供屋顶花园的有关技术资料。如将欲留孔洞和欲埋件等资料提供给结构设计单位，并由他们将有关要求反映到建筑结构的施工图中，以便建筑施工中实现屋顶花园的各项技术要求。如果在旧建筑物上增建屋顶花园，无论是那种做法的屋面防水层，均不得在屋顶上穿洞打孔、埋设铁件和支柱。即使一般设备装置也不能在屋顶上“生根”，只能采取其他措施使他们“浮摆”在屋面上。3、重视防水层的施工质量目前屋顶花园的防水处理方法主要有刚、柔之分，各有特点。由于蛭石栽培对屋盖有很好的养护作用，此时屋顶防水最好采用刚性防水。宜先做涂膜防水层，再做刚性防水层，其做法可参照标准设计的构造详图。刚性防水层主要是屋面板上铺50mm厚细石混凝土，内放4200双向钢筋网片1层（这种做法即成整筑层），所用混凝土中可加入适量微膨胀剂、减水剂、防水剂等，以提高其其抗裂、抗渗性能。这种防水层比较坚硬，能防止根系发达的乔灌木穿透，起到保护屋顶的作用，而且使整个屋顶有较好的整体性，不宜产生裂缝，使用寿命也较长，比柔性卷材防水层更适合建造屋顶花园。屋面四周应设置砖砌挡墙，挡墙下部设泄水孔和天沟。当种植屋面为柔性防水层时，上面还应设置1层刚性保护层。也就是说，屋面可以采用1道或多道（复合）防水设防，但最上面一道应为刚性防水层，屋面泛水的防水层高度应高出溢水口100mm。刚性防水层因受屋顶热胀冷缩和结构楼板受力变形等影响，宜出现不规则的裂缝，而造成刚性屋顶防水的失败。为解决这个问题，除3050厚的细石混凝土中配置钢丝或钢筋网外，一般还可用设置浮筑层和分格缝等方法解决。所谓浮筑层即隔离层，将刚性防水层和结构防水层分开以适应变形的活动。构造做法是在楼板找平层上，铺1层干毡或废纸等以形成一隔离层，然后再做干性防水层。也可利用楼板上的保温隔热层或沙子灰等松散材料形成隔离层，然后再做刚性防水层。干性防水层的分格缝是根据温度伸缩和结构梁板变形等因素确定的，按一定分格预留20宽的缝，为便于伸缩在缝内填充油膏胶泥。需要注意的是：由于刚性防水层的分格缝施工质量往往不宜保证，除女儿墙泛水处应严格要求做好分格缝外，屋面其余部分可不设分格缝。屋面刚性防水层最好一次全部浇捣完成，以免渗漏。防水层表面必须光洁平整，待施工完毕，刷2道防水涂料，以保证防水层的保护层设计与施工质量。要特别注意防水层的防腐蚀处理，防水层上的分格缝可用“一布四涂”盖缝，并选用耐腐蚀性能好的嵌缝油膏。不宜种植根系发达，对防水层有较强侵蚀作用的植物，如松、柏、榕树等。4、注意材料质量和节点构造应选择高温不流淌、低温不碎裂、不宜老化、防水效果好的防水材料。刚性多层抹面水泥砂浆防水层宜采用标号不低于原325#的普通硅酸盐水泥和膨胀水泥，亦可采用矿渣硅酸盐水泥；砂采用粒径13粗砂，要求砂料坚硬、粗糙、洁净；水泥浆和水泥砂浆的配合比应根据防水要求、原材料性能和施工方法确定，施工时必须严格掌握。目前一些建筑物也有柔性防水层的，屋顶花园中常有“三毡四油”或“二毡三油”，再结合聚氯乙烯胶泥或聚氯乙烯涂料处理。近年来，一些新型防水材料也开始投入使用，已投入屋顶施工的有三元乙丙卷材，使用效果不错。国外还有尝试用中空类的泡沫塑料制品作为绿化土层与屋顶之间的良好排水层和填充物，以减轻自重。有用再生橡胶打底，加上沥青防水涂料，粘贴厚3玻璃纤维布作为防水层，这样更有利于快速施工。也有在防水层与石板之间设置绝缘体层（成为缓冲带），可防止向上传播的振动，并能防水、隔热，还可在绿化位置的屋顶楼板上做PUK聚氨酯涂膜防水层，预防漏水。屋顶防水层无论采用哪种形式和材料，均构成整个屋顶的防水排水系统，一切所需要的管道、烟道、排水孔、预埋铁件及支柱等出屋顶的设施，均应在做屋顶防水层时妥善处理好其节点构造，特别要注意与土壤的连接部分和排水沟水流终止的部分。整体刚性防水层往往因这些细小的构造节点处理不当，而造成整个屋顶防水的失败。另外，按常规设置纵横分格缝，构造复杂容易渗漏。安装防水板时，当一块防水板宽度不够，需几块并排安放时，应注意板与板之间的空隙也会为根生长提供潜在的空间。施工方法以热涂效果为佳，热涂材料加温后可渗透至缝隙。屋面的薄弱部分，如出气孔道周围、女儿墙周边，应加强处理。尤其是女儿墙周边，防水层应延伸上翻至墙上几十厘米，超过将来花坛上层的位置，否则，极宜因此渗漏。防水层的厚度、层数都应严格按照国家有关规定、规范施工、至少应是“一布两油”，即2层热涂油质材料，中间1层作“筋”的防水布料。防水处理竣工后应以高标号水泥砂浆抹面，保护防水层。应避免在潮湿条件下施工，屋面未干透也不宜施工。防水层做好后应及时养护，蓄水后不得断水。屋顶花园的各项园林工程和建筑小品只有在确认屋顶防水工程完整无损的条件下才实施。屋顶花园的防水构造作法 在现代城市中，高楼耸立，绿色越来越少，为了增加绿化面积，改善城市环境，逐渐兴起了屋顶花园，因此种植植物的屋面需做特殊处理；现将种植植物屋面的构造作法介绍如下，仅供设计施工人员参考。一、楼房屋面的种植构造，根据气候条件主屋面结构分述如下：1）少雨地区，种植土厚度宜为30cm，可以视作保温层，所以屋面构造不必另加保温层，也不必附加排水层。2）温暖多雨地区，种