种植屋面防排水设计
关键词：构造、防水、耐根穿刺、排水、虹吸、架空、支撑器、乔木
在高楼大厦林立的城市中，公共绿地资源是有限的，通常被人所忽视的建筑屋顶通过合理规划、适当种植绿化，完全可以起到增加绿地面积、改善环境品质的作用。而要实现这一目的，除了需要有成熟的植物和土壤的选择、种植及养护等技术，建筑种植屋面的防排水是其中一个重要的环节。
首先，种植屋面需要具备完善的防排水构造。
种植屋面构造可划分为：植被、种植土、过滤层、排水层、隔离层、防水及耐根穿刺层、保温层、隔汽层、屋面结构层（见附图）
1、植被：一般分为地被植物、灌木和乔木。屋顶花园植被应选用抗旱、抗风的品种。
2、种植土：当覆土厚度大于600mm 时可以采用田园土，即自然土或农耕土，为了减轻结构荷载，建筑楼层屋面往往采用改良土，即在田园土中掺入珍珠岩、蛭石、草炭等轻骨料、肥料混
合而成。种植土的厚度根据种植植物的品种而定：一般的地被植物为100-200mm，小灌木为300-400mm，大灌木为500-600mm，乔木则需要800mm以上。
3、过滤层：设置在排水层上起滤水作用，防止种植土的流失。一般采用聚酯无纺布作为过滤层。
4、蓄排水层：蓄排水层需要有效的排出雨水，保证植物和种植土不腐烂或不被冲刷掉，同时也可以起到蓄水的作用，在天气干燥时给植物提供水分。可用作蓄排水层的材料有：塑料或橡胶排水板、蓄排水营养毯、卵石陶粒等。
5、隔离层：为使防水层与排水层之间保持隔离滑动，防止雨天滞留水结冰产生的冻胀应力对防水层的破坏。通常干铺PE塑料膜或者铺抹低强度等级的砂浆。
6、防水及耐根穿刺层：由于种植屋面植物的根系具有极强的穿透能力，因此，建造屋顶花园时需在传统屋面防水层的基础上增加一层耐根穿刺的防水层。耐根穿刺防水材料有物理阻根材料、化学阻根材料和机械性能根阻三种。物理阻根材料是利用材料本身的物理特性来阻挡植物根系，比如铜离子复合根阻防水卷材，胎基中的铜离子具有使植物根系转向生长的特
性，从而使防水层不会受到破坏，（需要注意的是铜离子对于竹子这种根状茎类植物是无效的）；化学阻根则通常是在弹性沥青涂层中加入可以抑制植物根系生长的生物添加剂，类似除草剂的化学成份，使植物根系不接近防水卷材。一般的阻根剂具有一定的毒性，添加过量会导致植物受害，发育不良，添加过少则不起作用；机械性能根阻则是依靠材料本身的强度来阻止植物根系的穿透。比如PVC高分子根阻防水卷材（可以用来防止竹子根的穿透），单层使用于种植屋面，其厚度要求不小于2.0mm。其防水的关键点在卷材的搭接缝处，宜采用有效的热风焊接。在下沉式树穴等重点部位也可以同时用两种不同的耐根穿刺防水材料。为了保证耐根穿刺防水材料的有效性，选用的材料需要通过相关的根阻试验。
另外需要强调的是倒置式防水不能用于种植屋面。
7、保温层：保温层设计必须满足国家的建筑节能标准。应选用吸水率低、密度和导热系数小、并有一定抗压强度和耐火性能的材料。
8、隔汽层：为阻止室内湿气经由屋面结构进入保温层，造成保温性能下降，需要在结构层上、保温层下设置隔汽层。隔汽层大多采用气密性和水密性好的防水卷材或涂料（但并不作为防水层），沿周边墙面向上铺设需高出保温层表面150mm。寒冷地区或常年湿度大的房间，
如温水游泳池、公共浴室、厨房操作间、开水房等房间应设置隔汽层。
9、屋面结构层：屋面种植必须根据屋面结构承载能力进行规划布置，荷载较大的乔木可以布置在结构柱、梁等承载能力较强的部位。屋面优先采用结构坡，单坡坡长大于屋顶花园植物9米时适宜采用结构坡，可以减小坡层的荷载。建筑坡坡度不小于2%，结构坡坡度不小于3%。
其次，屋面需要配置有效的雨水排水系统。
雨水排水系统分为传统的重力流排水系统与虹吸式排水系统。重力流排水系统需要水平吊管保证一定的坡度，对于楼层的吊顶高度影响较大。通常为单斗排水系统，即一个雨水斗对应一根立管，需要设置大量的雨水立管，且管道管径大，排水时会产生漩涡，排水效率较低，管道易堵塞。虹吸式雨水排水系统的技术原理是利用建筑物的高度所形成的水头，依靠特殊的雨水斗设计，实现气水分离，从而使雨水管最终达到满流状态，当管中的水量是压力流状态时，虹吸作用就产生了，在整个降水过程中，由于连续不断的虹吸作用，整个系统得以快速使屋面的雨水排走到地面。（见附图）由于该系统形成管道内的压力流，水平吊管无需坡度，管道走向灵活；雨水斗在屋面上布点灵活，容易满足大面积、不规则屋面的雨水排放；
单斗大排量，屋面开孔少，减少屋面漏水几率，系统设计可以采用多斗连接排水以减少雨水立管数量，当采用多斗排水时，一根悬吊管及立管上雨水斗最多不得超过4个；当产生虹吸作用时，水流流速很高，有较好的自清作用，不易堵塞。
另外，在种植屋面防排水设计中要注意几个重要的细节。
第一、建筑结构屋面尽可能平整，便于组织排水。设计中经常会通过在大乔木下方设置混凝土树穴的方式减少覆土量，或者通过局部建筑结构梁上翻的方法增加下层建筑室内净高。但由此造成的渗漏水隐患也大大增加。结构梁上翻时则要避免出现封闭格子，可以顺着屋面排水方向。
第二、种植屋面的女儿墙周边及其他泛水部位应设置隔离带（见附图）。种植区应避免贴邻这些最容易渗漏水的部位。隔离带宽度在250-500mm。隔离带的作用：缓解种植土因温度、湿度变化对女儿墙等部位产生侧向水平推力；通过隔离带能适时剪除窜入的植株根系，既保护泛水部位免受植株根系的穿刺破坏，也保证屋面排水的畅通。
第三、确保排水口的畅通：种植屋面上的排水口不应有遮盖物，要保障排水口周围没有植物，
并防止泥沙的涌入，排水口周围应设置隔离带。排水口尽量不要设置在草坪或者绿化带中，可以设置在架空地面下，既隐蔽又方便检修。
第四、在非种植区可以通过架空地面来降低屋面荷载并提高种植屋面的标准和档次。屋顶花园在实施过程中会碰到排水坡导致地面起伏不平、大量设备管线外露、管线及排水检修不便等情况，最终效果大打折扣。为了减轻屋面荷载，便于施工、维护以及提高美观性，高标准的屋顶花园经常会在非种植区采用架空屋面系统，其中重要的构件就是高强度PP聚丙烯支撑器，高度可以从40-660mm调节。在混凝土屋面完成坡及排水组织后，在上面通过这些支撑器构建形成一个水平的面层，材料一般为石材，每块板材四角搁置在支撑架上。为了减小石材的厚度，也可以先放置金属格栅，上面再铺石材，石材之间的缝隙可以镂空，便于雨水快速排至下面的屋面。最终形成的屋面可以完全水平，正真做到“如履平地”。同时所有设备管线可以设置在架空层内，检修也非常方便。由于面层不易积水，进出屋顶花园处的室内外地坪可以基本持平，提高了使用舒适性。（见附图）
最后，在屋顶花园的规划设计中首先是要考虑乔木的种植。
树木的大小及数量直接影响到屋顶花园的品质。最理想的方式是将整个树的根球置于屋面面
层以下，最终可以达到与地面花园一样的环境效果。但大型乔木需要的覆土层厚度至少在一米以上，需要下面楼层有非常大的层高。可以将树木成组集中布置，将该区域结构下降，也有在树下方设混凝土树穴（比如广州太古汇）（见附图），由于设点较多，给防水设计增加了难度。比较常见的做法是将乔木的布置结合地面高差处理，或者周边形成高出地面的花坛，从而满足乔木的覆土要求。对于大型乔木也可以通过堆土坡来化解其覆土高度，并且在土坡下方填充发泡、轻质材料以减少覆土量。
在屋顶大面积的种植绿化会使结构荷载提高从而导致工程造价大幅增加，复杂的排水系统也会大大增加渗漏水的隐患，另外除了南方一些城市，屋顶种植绿化的成活率及维护成本都是困扰开发商的头疼问题。所以公建项目中一般会将种植屋面定位为休闲广场，以铺装地面为主，将乔木布成树阵或点缀布置，并搭配水池、灌木、草坪或者景观小品，可以有效地控制工程造价和后期风险。（见附图）
建筑防排水技术和相关产品日益成熟，成功的屋面种植案例也越来越多，通过科学合理的设计和施工，在建筑屋顶完全可以体验到与地面一样的生态自然环境。