余 鵬 孫典和 鄭 偉

蘇州二建建筑集團(tuán)有限公司 江蘇 蘇州 215122

蘇州肉聯(lián)廠成立于20世紀(jì)50年代，經(jīng)過幾十年的運營，由于設(shè)施設(shè)備陳舊以及制冷技術(shù)落后等原因?qū)е吕鋷爝\作效率低、能耗大、安全保障不足，亟待遷建進(jìn)行設(shè)施設(shè)備的轉(zhuǎn)型升級。新建工程1#、2#冷庫（7層/地下1層），地下室冷藏間為0 ℃高溫冷庫、地上1～7層冷藏間為－20～－18 ℃低溫冷庫。由于地下室高溫冷庫主要用于果蔬、蛋類的冷藏保鮮，與市場主營冷凍肉品交易業(yè)務(wù)不匹配，運營成本高且經(jīng)濟(jì)效益有限，建設(shè)單位擬將地下室冷藏間由高溫冷庫變更為低溫冷庫。

室內(nèi)超低溫（－20～－18 ℃）和室外潮濕環(huán)境（覆土且富含地下水）給低溫庫的防凍脹帶來了巨大挑戰(zhàn)，將地下室作為低溫冷庫使用在國內(nèi)并無先例。常規(guī)地坪防凍脹有架空防凍和加熱防凍2條技術(shù)路徑[1-3]，同時乙二醇水溶液作為冷熱媒和防凍劑在工業(yè)上的應(yīng)用場景廣泛[4-5]。本文以相關(guān)文獻(xiàn)為參考，結(jié)合工程實際工況進(jìn)行地下室低溫冷庫防凍脹研究。

1 工程概況

1）天辰冷鏈項目總建筑面積26.34萬 m2，工程造價約8.5億元。其中1#、2#冷庫地下1層，地上7層，每棟冷庫單體建筑面積約8萬 m2，地下室建筑面積為9 961.70 m2。

2）冷藏間設(shè)計荷載20 kN/m2，為板柱抗震墻結(jié)構(gòu)，上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力無梁樓蓋。本工程±0 m為黃海高程4.3 m，地下室底板頂標(biāo)高－5.72 m、建筑標(biāo)高－5.40 m、室外自然標(biāo)高－1.30 m。采用樁承臺筏板基礎(chǔ)，樁基為鉆孔灌注樁，筏板厚度350 mm，地下室外墻370 mm厚，地下室墻柱C60。

3）根據(jù)地勘報告，基礎(chǔ)埋深位于③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，該層土含水率高，地下水位平均高程為黃海0.78 m，年變幅0.80 m左右。

2 地下室低溫冷庫實施難點

2.1 低溫冷庫中途變更措施受限

建設(shè)單位于2020年11月提出要將地下室冷藏間由高溫冷庫改為低溫冷庫，此時主體結(jié)構(gòu)已經(jīng)封頂施工完成，改低溫冷庫后的防凍脹措施只能在既有條件下進(jìn)行。

2.2 低溫冷庫凍脹風(fēng)險高、危害大、修復(fù)難

2.2.1 凍脹風(fēng)險高

1）地下室基礎(chǔ)覆土深度約4.4 m，地下水位常年在基礎(chǔ)埋深以上，土層含水豐富。

2）地下室外墻為370 mm厚C60混凝土，薄型墻板構(gòu)件在施工時易產(chǎn)生溫度裂縫，雖采取了添加水化熱抑制劑、FQY抗裂劑及覆膜養(yǎng)護(hù)等措施，但仍有溫度裂縫出現(xiàn)。防水耐久性與建筑使用年限相比有差距。

3）由于低溫冷庫水位高且有一定滲漏隱患，其－20～－18 ℃的使用環(huán)境遠(yuǎn)超冰點，因此凍脹風(fēng)險較高。

2.2.2 凍脹危害大

1）冷庫地坪雖然鋪設(shè)了隔熱層，但并不能完全隔絕熱量的傳遞，當(dāng)冷庫降溫后，庫溫與地坪下土層之間產(chǎn)生較大的溫差，土層中的熱量就會緩慢地通過隔熱層和冷橋傳至庫內(nèi)，使土層溫度降低。

2）若地坪下土層得不到熱量的補充，將使0 ℃等溫線逐漸移至土層中，使土層的水分受凍成冰。隨著時間的推移，0 ℃等溫線不斷向土層深入，土層中的凍冰體也不斷地加大水分結(jié)冰產(chǎn)生的體積膨脹力，最終將引起地坪凍鼓和地基凍脹現(xiàn)象。

3）冷庫地基凍脹和地坪凍鼓的危害很大，而且比較常見，特別是在地下水位較高的情況下，它常是冷庫進(jìn)行大修的主要原因之一，將嚴(yán)重影響冷庫使用功能甚至危及建筑結(jié)構(gòu)安全。

2.2.3 凍脹修復(fù)難

1）在冷庫地坪開始出現(xiàn)凍鼓的情況時，若不及時采取措施，會由于冷凍線往地下不斷深入，以及土壤中的水分不斷向受凍部位遷移，而使凍鼓情況不斷發(fā)展，嚴(yán)重時會將地基抬起造成冷庫結(jié)構(gòu)的損壞，因此在發(fā)現(xiàn)地坪凍鼓的情況后，必須及時查明原因采取措施，加以修復(fù)。

2）地基凍鼓和地坪凍脹的修復(fù)，首先是對已經(jīng)凍結(jié)的土壤提供熱源進(jìn)行解凍，然后再針對建筑損壞的情況分別進(jìn)行針對性修復(fù)，所需要花費的代價和造成的損失將極為高昂。

3 地下室低溫冷庫防凍脹方案確定

3.1 地坪防凍脹方案

3.1.1 地坪防凍方案借鑒

地坪防凍做法通常有以下幾種。

1）地坪架空防凍：將冷庫地坪架空，在架空板上做隔熱層，通過架空層的空氣散發(fā)冷量。

2）地坪通風(fēng)防凍：在冷庫地坪中埋設(shè)通風(fēng)管進(jìn)行自然或機(jī)械通風(fēng)，冷量由通風(fēng)管中流動的空氣散發(fā)。

3）地壟墻半架空防凍：用磚墻或混凝土地壟墻將冷庫地坪架空，在地壟墻間進(jìn)行通風(fēng)。

4）地坪油管防凍：在冷庫地坪中埋設(shè)油管，用熱油在管內(nèi)循環(huán)，吸收地坪傳出的冷量起到防凍作用。

5）地坪電加熱防凍：在地坪隔熱層下的混凝土墊層內(nèi)埋設(shè)電熱鋼絲網(wǎng)加熱。

上述做法中1）～3）可以歸結(jié)為方案1：地坪架空通風(fēng)防凍；4）～5）可以歸結(jié)為方案2：地坪加熱防凍。

3.1.2 地坪防凍方案比選

分別從有效性、可實施性、經(jīng)濟(jì)性、時間性、可靠性等方面進(jìn)行方案1、方案2綜合評價，見表1。

表1 地坪防凍方案比選

3.1.3 地坪防凍方案確定

1）根據(jù)表1，選定了方案2地坪加熱防凍方案，但熱源采用熱油或者電熱鋼絲網(wǎng)存在造價成本高、有一定的防火、防觸電安全隱患，且后期使用過程中耗能大、成本高，因此需要找到一種低成本、安全性能好且低能耗的熱媒作為地坪加熱防凍的熱源。

2）乙二醇的抗凍性能優(yōu)異，是最主要的抗凍劑，世界上需用抗凍劑的系統(tǒng)中，約90%采用乙二醇及其衍生物作抗凍劑。它能與水以任意比例相融合，混合后可以使得乙二醇水溶液的冰點明顯下降。

3）乙二醇水溶液作為熱媒具有良好的熱力學(xué)性能、優(yōu)越的低溫性能、穩(wěn)定的物理化學(xué)性質(zhì)，便于儲存、運輸。乙二醇水溶液不揮發(fā)、不燃，在操作過程中不存在吸入中毒的情況，對環(huán)境無負(fù)面影響。

綜上所述，地下室低溫冷庫地坪防凍脹采用乙二醇水溶液作為熱媒進(jìn)行地面防凍設(shè)計。

3.2 地下室外墻防凍脹方案

3.2.1 地下室外墻防凍方案借鑒

地下室外墻防凍脹措施有以下2種。

方案1，地下室外墻內(nèi)側(cè)增加防水層＋增加墻面保溫層厚度：在地下室外墻內(nèi)側(cè)增加1道防水加強(qiáng)層，同時增加保溫層厚度，從而降低出現(xiàn)滲漏點的概率和延緩冷量的傳遞，達(dá)到防凍脹目的。

方案2，冷藏間墻體內(nèi)移增加空氣夾層：借鑒地坪架空防凍，沿冷藏間短肢抗震剪力墻增加1道磚砌墻，在冷藏間墻體與地下室外墻之間形成一條寬約1 m的空氣夾層，對空氣夾層內(nèi)通風(fēng)或者加熱以達(dá)到防凍脹目的。

3.2.2 地下室外墻防凍方案比選

分別從有效性、可實施性、經(jīng)濟(jì)性、時間性、可靠性等方面進(jìn)行方案1、方案2綜合評價，見表2。

表2 地下室外墻防凍方案比選

3.2.3 地坪防凍方案確定

1）根據(jù)表2，選定了方案2冷藏間墻體內(nèi)移增加空氣夾層方案。增加空氣夾層不僅可以阻斷冷量傳播路徑，而且便于觀察和維修地下室外墻的滲漏點，但同時空氣夾層也會出現(xiàn)結(jié)露問題。

2）針對空氣夾層結(jié)露問題，可通過增加通風(fēng)措施或者加熱的方式來帶走冷量，因增加機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)成本低、安全且后期耗能也少，故優(yōu)先選用，后期使用如效果不理想可再輔以加熱措施。

4 地下室低溫冷庫防凍脹工藝原理

4.1 地坪防凍脹工藝原理

1）采用質(zhì)量百分比為30%的乙二醇水溶液地面防凍系統(tǒng)，在制冷機(jī)房內(nèi)通過2臺板式換熱器制備低溫乙二醇水溶液，供液溫度為10 ℃，回液溫度為5 ℃。

2）在冷間地面隔熱層下的100 mm厚C15混凝土墊層內(nèi)鋪設(shè)埋地加熱盤管（圖1）。

圖1 乙二醇地面防凍系統(tǒng)剖面示意

3）加熱層內(nèi)設(shè)置溫度探頭，對地面下加熱層進(jìn)行監(jiān)測，及時調(diào)整加熱盤管加熱量。當(dāng)溫度低于1 ℃時，乙二醇水溶液地面防凍系統(tǒng)啟動。地上設(shè)有調(diào)節(jié)站，每一通路設(shè)有調(diào)節(jié)閥和流量計，便于觀察和調(diào)節(jié)。

4.2 地下室外墻防凍脹工藝原理

1）冷藏間沿短肢抗震剪力墻內(nèi)側(cè)采用非黏土燒結(jié)普通磚封堵，形成空氣夾層。

2）墻體內(nèi)側(cè)做200 mm厚通高自熄型聚氨酯發(fā)泡保溫，外側(cè)貼彩鋼板。

3）空氣夾層內(nèi)設(shè)置機(jī)械通風(fēng)，帶走夾層內(nèi)的空氣冷量。地面設(shè)有排水坡度，如有積水可通過匯水坑采用DN50排水管就近排入穿堂集水坑。

5 地下室低溫冷庫防凍脹施工工藝操作要點

5.1 地坪防凍脹施工工藝操作要點

1）墻體根部水泥漿鑿除，地面整體銑刨后清理干凈。

2）對冷藏間滲漏點進(jìn)行地毯式全覆蓋檢查。發(fā)現(xiàn)滲漏點做好標(biāo)記并進(jìn)行堵漏處理，確保無滲漏。

3）在底板上鋪設(shè)φ2 mm@200 mm鋼絲網(wǎng)片，采用射釘槍固定，如圖2所示。

圖2 鋼筋網(wǎng)片鋪設(shè)固定

4）埋地加熱盤管選用De25的HDPE管，承壓不小于1.1 MPa，如圖3所示。加熱管彎曲半徑不小于6倍管道直徑，直段部分固定點間距宜為500～700 mm，彎曲段部分宜為200～300 mm，用細(xì)鐵絲與φ2 mm@200 mm鋼絲網(wǎng)片固定。

圖3 HDPE埋地加熱盤管安裝

5）在填充層混凝土澆筑前進(jìn)行系統(tǒng)水壓試驗，試驗壓力應(yīng)不小于0.6 MPa，穩(wěn)壓經(jīng)24 h無滲漏為合格。

6）加熱管處于保壓狀態(tài)下進(jìn)行填充層澆筑，混凝土澆筑時壓力不低于0.6 MPa，養(yǎng)護(hù)時壓力不小于0.4 MPa。

7）找平層上滿鋪0.25 mm厚聚烯烴紡粘聚乙烯隔汽膜1道，以專用膠條黏結(jié)密封，搭接長度不小于70 mm，如圖4所示。

圖4 聚烯烴紡粘聚乙烯隔汽膜鋪設(shè)

8）錯縫鋪貼150 mm厚擠塑聚苯乙烯泡沫塑料板（分3層鋪貼，每層厚度50 mm），擠塑板到墻角時必須成階梯狀，每塊退50 mm，以增加地面擠塑板與墻面聚氨酯保溫層的黏結(jié)力，如圖5所示。

圖5 擠塑板保溫層錯縫鋪貼

9）在擠塑板保溫層上滿鋪0.05 mm厚PE聚乙烯薄膜，搭接寬度不小于70 mm，上翻高度75 cm。

10）澆筑120 mm厚C30混凝土，施工金剛砂面層。

5.2 地下室外墻防凍脹施工工藝操作要點

1）墻面抹灰應(yīng)堅固、密實、平整，基層清理干凈。

2）涂刷或噴涂2道聚氨酯氰凝防潮隔汽層，并向地面延伸250 mm，使地面與墻面隔汽層充分搭接，噴涂前基層必須干燥清潔，第1道氰凝表面干后（不粘手），方可進(jìn)行第2道氰凝涂刷，一般間隔8 h，涂層應(yīng)平整、服帖、無露白、無起鼓。涂膜應(yīng)養(yǎng)護(hù)2 d才能進(jìn)行聚氨酯噴涂作業(yè)。

3）每隔1.2 m用60 mm氣槍鋼釘將豎向方木30 mm×40 mm固定于內(nèi)墻上，如圖6所示。

圖6 井字形龍骨安裝示意

4）噴涂時由下而上分層進(jìn)行，大面積噴涂可分段分片進(jìn)行，接口良好噴涂均勻，第1次噴涂厚度不應(yīng)大于20 mm，單層噴涂厚度以30 mm為宜，如圖7所示。環(huán)境溫度和待噴涂表面溫度應(yīng)在10 ℃以上（15～35 ℃之間）。

圖7 自熄型硬質(zhì)聚氨酯分層噴涂

5）采用射釘槍安裝橫向木龍骨，用于壓型彩板固定。

6）再次分層噴涂聚氨酯保溫至設(shè)計要求厚度，如圖8所示。

圖8 分層噴涂聚氨酯發(fā)泡及修整

7）1.5 m高防撞保護(hù)墻砌筑。

8）外護(hù)彩板緊貼隔熱保溫層，采用不銹鋼自攻螺絲固定，螺絲縱距8 cm，橫距10 cm，如圖9所示。

圖9 保護(hù)墻砌筑壓型鋼板施工

6 結(jié)語

通過采用乙二醇地面防凍系統(tǒng)、防凍空氣夾層，結(jié)合墻地面保溫系統(tǒng)，并輔以相應(yīng)的通風(fēng)和排水措施，較好地解決了地下室低溫冷庫－20～－18 ℃使用環(huán)境所帶來的地下室地坪、地下室外墻與土壤接觸部位的防凍脹問題。該項目自2021年5月28日竣工投入使用以來，工程運轉(zhuǎn)一切正常。本文所述的防凍脹技術(shù)方案幾乎不占用冷庫有效庫容，同時又考慮了方案實施和后期運營階段的安全性、經(jīng)濟(jì)性和適用性，具有廣泛的應(yīng)用前景和推廣價值。