地下室低温冷库防冻胀施工技术

余 鹏 孙典和 郑 伟

苏州二建建筑集团有限公司 江苏 苏州 215122

苏州肉联厂成立于20世纪50年代，经过几十年的运营，由于设施设备陈旧以及制冷技术落后等原因导致冷库运作效率低、能耗大、安全保障不足，亟待迁建进行设施设备的转型升级。新建工程1#、2#冷库（7层/地下1层），地下室冷藏间为0 ℃高温冷库、地上1～7层冷藏间为－20～－18 ℃低温冷库。由于地下室高温冷库主要用于果蔬、蛋类的冷藏保鲜，与市场主营冷冻肉品交易业务不匹配，运营成本高且经济效益有限，建设单位拟将地下室冷藏间由高温冷库变更为低温冷库。

室内超低温（－20～－18 ℃）和室外潮湿环境（覆土且富含地下水）给低温库的防冻胀带来了巨大挑战，将地下室作为低温冷库使用在国内并无先例。常规地坪防冻胀有架空防冻和加热防冻2条技术路径[1-3]，同时乙二醇水溶液作为冷热媒和防冻剂在工业上的应用场景广泛[4-5]。本文以相关文献为参考，结合工程实际工况进行地下室低温冷库防冻胀研究。

1 工程概况

1）天辰冷链项目总建筑面积26.34万 m2，工程造价约8.5亿元。其中1#、2#冷库地下1层，地上7层，每栋冷库单体建筑面积约8万 m2，地下室建筑面积为9 961.70 m2。

2）冷藏间设计荷载20 kN/m2，为板柱抗震墙结构，上部结构为预应力无梁楼盖。本工程±0 m为黄海高程4.3 m，地下室底板顶标高－5.72 m、建筑标高－5.40 m、室外自然标高－1.30 m。采用桩承台筏板基础，桩基为钻孔灌注桩，筏板厚度350 mm，地下室外墙370 mm厚，地下室墙柱C60。

3）根据地勘报告，基础埋深位于③层淤泥质粉质黏土，该层土含水率高，地下水位平均高程为黄海0.78 m，年变幅0.80 m左右。

2 地下室低温冷库实施难点

2.1 低温冷库中途变更措施受限

建设单位于2020年11月提出要将地下室冷藏间由高温冷库改为低温冷库，此时主体结构已经封顶施工完成，改低温冷库后的防冻胀措施只能在既有条件下进行。

2.2 低温冷库冻胀风险高、危害大、修复难

2.2.1 冻胀风险高

1）地下室基础覆土深度约4.4 m，地下水位常年在基础埋深以上，土层含水丰富。

2）地下室外墙为370 mm厚C60混凝土，薄型墙板构件在施工时易产生温度裂缝，虽采取了添加水化热抑制剂、FQY抗裂剂及覆膜养护等措施，但仍有温度裂缝出现。防水耐久性与建筑使用年限相比有差距。

3）由于低温冷库水位高且有一定渗漏隐患，其－20～－18 ℃的使用环境远超冰点，因此冻胀风险较高。

2.2.2 冻胀危害大

1）冷库地坪虽然铺设了隔热层，但并不能完全隔绝热量的传递，当冷库降温后，库温与地坪下土层之间产生较大的温差，土层中的热量就会缓慢地通过隔热层和冷桥传至库内，使土层温度降低。

2）若地坪下土层得不到热量的补充，将使0 ℃等温线逐渐移至土层中，使土层的水分受冻成冰。随着时间的推移，0 ℃等温线不断向土层深入，土层中的冻冰体也不断地加大水分结冰产生的体积膨胀力，最终将引起地坪冻鼓和地基冻胀现象。

3）冷库地基冻胀和地坪冻鼓的危害很大，而且比较常见，特别是在地下水位较高的情况下，它常是冷库进行大修的主要原因之一，将严重影响冷库使用功能甚至危及建筑结构安全。

2.2.3 冻胀修复难

1）在冷库地坪开始出现冻鼓的情况时，若不及时采取措施，会由于冷冻线往地下不断深入，以及土壤中的水分不断向受冻部位迁移，而使冻鼓情况不断发展，严重时会将地基抬起造成冷库结构的损坏，因此在发现地坪冻鼓的情况后，必须及时查明原因采取措施，加以修复。

2）地基冻鼓和地坪冻胀的修复，首先是对已经冻结的土壤提供热源进行解冻，然后再针对建筑损坏的情况分别进行针对性修复，所需要花费的代价和造成的损失将极为高昂。

3 地下室低温冷库防冻胀方案确定

3.1 地坪防冻胀方案

3.1.1 地坪防冻方案借鉴

地坪防冻做法通常有以下几种。

1）地坪架空防冻：将冷库地坪架空，在架空板上做隔热层，通过架空层的空气散发冷量。

2）地坪通风防冻：在冷库地坪中埋设通风管进行自然或机械通风，冷量由通风管中流动的空气散发。

3）地垄墙半架空防冻：用砖墙或混凝土地垄墙将冷库地坪架空，在地垄墙间进行通风。

4）地坪油管防冻：在冷库地坪中埋设油管，用热油在管内循环，吸收地坪传出的冷量起到防冻作用。

5）地坪电加热防冻：在地坪隔热层下的混凝土垫层内埋设电热钢丝网加热。

上述做法中1）～3）可以归结为方案1：地坪架空通风防冻；4）～5）可以归结为方案2：地坪加热防冻。

3.1.2 地坪防冻方案比选

分别从有效性、可实施性、经济性、时间性、可靠性等方面进行方案1、方案2综合评价，见表1。

表1 地坪防冻方案比选

3.1.3 地坪防冻方案确定

1）根据表1，选定了方案2地坪加热防冻方案，但热源采用热油或者电热钢丝网存在造价成本高、有一定的防火、防触电安全隐患，且后期使用过程中耗能大、成本高，因此需要找到一种低成本、安全性能好且低能耗的热媒作为地坪加热防冻的热源。

2）乙二醇的抗冻性能优异，是最主要的抗冻剂，世界上需用抗冻剂的系统中，约90%采用乙二醇及其衍生物作抗冻剂。它能与水以任意比例相融合，混合后可以使得乙二醇水溶液的冰点明显下降。

3）乙二醇水溶液作为热媒具有良好的热力学性能、优越的低温性能、稳定的物理化学性质，便于储存、运输。乙二醇水溶液不挥发、不燃，在操作过程中不存在吸入中毒的情况，对环境无负面影响。

综上所述，地下室低温冷库地坪防冻胀采用乙二醇水溶液作为热媒进行地面防冻设计。

3.2 地下室外墙防冻胀方案

3.2.1 地下室外墙防冻方案借鉴

地下室外墙防冻胀措施有以下2种。

方案1，地下室外墙内侧增加防水层＋增加墙面保温层厚度：在地下室外墙内侧增加1道防水加强层，同时增加保温层厚度，从而降低出现渗漏点的概率和延缓冷量的传递，达到防冻胀目的。

方案2，冷藏间墙体内移增加空气夹层：借鉴地坪架空防冻，沿冷藏间短肢抗震剪力墙增加1道砖砌墙，在冷藏间墙体与地下室外墙之间形成一条宽约1 m的空气夹层，对空气夹层内通风或者加热以达到防冻胀目的。

3.2.2 地下室外墙防冻方案比选

分别从有效性、可实施性、经济性、时间性、可靠性等方面进行方案1、方案2综合评价，见表2。

表2 地下室外墙防冻方案比选

3.2.3 地坪防冻方案确定

1）根据表2，选定了方案2冷藏间墙体内移增加空气夹层方案。增加空气夹层不仅可以阻断冷量传播路径，而且便于观察和维修地下室外墙的渗漏点，但同时空气夹层也会出现结露问题。

2）针对空气夹层结露问题，可通过增加通风措施或者加热的方式来带走冷量，因增加机械通风系统成本低、安全且后期耗能也少，故优先选用，后期使用如效果不理想可再辅以加热措施。

4 地下室低温冷库防冻胀工艺原理

4.1 地坪防冻胀工艺原理

1）采用质量百分比为30%的乙二醇水溶液地面防冻系统，在制冷机房内通过2台板式换热器制备低温乙二醇水溶液，供液温度为10 ℃，回液温度为5 ℃。

2）在冷间地面隔热层下的100 mm厚C15混凝土垫层内铺设埋地加热盘管（图1）。

图1 乙二醇地面防冻系统剖面示意

3）加热层内设置温度探头，对地面下加热层进行监测，及时调整加热盘管加热量。当温度低于1 ℃时，乙二醇水溶液地面防冻系统启动。地上设有调节站，每一通路设有调节阀和流量计，便于观察和调节。

4.2 地下室外墙防冻胀工艺原理

1）冷藏间沿短肢抗震剪力墙内侧采用非黏土烧结普通砖封堵，形成空气夹层。

2）墙体内侧做200 mm厚通高自熄型聚氨酯发泡保温，外侧贴彩钢板。

3）空气夹层内设置机械通风，带走夹层内的空气冷量。地面设有排水坡度，如有积水可通过汇水坑采用DN50排水管就近排入穿堂集水坑。

5 地下室低温冷库防冻胀施工工艺操作要点

5.1 地坪防冻胀施工工艺操作要点

1）墙体根部水泥浆凿除，地面整体铣刨后清理干净。

2）对冷藏间渗漏点进行地毯式全覆盖检查。发现渗漏点做好标记并进行堵漏处理，确保无渗漏。

3）在底板上铺设φ2 mm@200 mm钢丝网片，采用射钉枪固定，如图2所示。

图2 钢筋网片铺设固定

4）埋地加热盘管选用De25的HDPE管，承压不小于1.1 MPa，如图3所示。加热管弯曲半径不小于6倍管道直径，直段部分固定点间距宜为500～700 mm，弯曲段部分宜为200～300 mm，用细铁丝与φ2 mm@200 mm钢丝网片固定。

图3 HDPE埋地加热盘管安装

5）在填充层混凝土浇筑前进行系统水压试验，试验压力应不小于0.6 MPa，稳压经24 h无渗漏为合格。

6）加热管处于保压状态下进行填充层浇筑，混凝土浇筑时压力不低于0.6 MPa，养护时压力不小于0.4 MPa。

7）找平层上满铺0.25 mm厚聚烯烃纺粘聚乙烯隔汽膜1道，以专用胶条黏结密封，搭接长度不小于70 mm，如图4所示。

图4 聚烯烃纺粘聚乙烯隔汽膜铺设

8）错缝铺贴150 mm厚挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板（分3层铺贴，每层厚度50 mm），挤塑板到墙角时必须成阶梯状，每块退50 mm，以增加地面挤塑板与墙面聚氨酯保温层的黏结力，如图5所示。

图5 挤塑板保温层错缝铺贴

9）在挤塑板保温层上满铺0.05 mm厚PE聚乙烯薄膜，搭接宽度不小于70 mm，上翻高度75 cm。

10）浇筑120 mm厚C30混凝土，施工金刚砂面层。

5.2 地下室外墙防冻胀施工工艺操作要点

1）墙面抹灰应坚固、密实、平整，基层清理干净。

2）涂刷或喷涂2道聚氨酯氰凝防潮隔汽层，并向地面延伸250 mm，使地面与墙面隔汽层充分搭接，喷涂前基层必须干燥清洁，第1道氰凝表面干后（不粘手），方可进行第2道氰凝涂刷，一般间隔8 h，涂层应平整、服帖、无露白、无起鼓。涂膜应养护2 d才能进行聚氨酯喷涂作业。

3）每隔1.2 m用60 mm气枪钢钉将竖向方木30 mm×40 mm固定于内墙上，如图6所示。

图6 井字形龙骨安装示意

4）喷涂时由下而上分层进行，大面积喷涂可分段分片进行，接口良好喷涂均匀，第1次喷涂厚度不应大于20 mm，单层喷涂厚度以30 mm为宜，如图7所示。环境温度和待喷涂表面温度应在10 ℃以上（15～35 ℃之间）。

图7 自熄型硬质聚氨酯分层喷涂

5）采用射钉枪安装横向木龙骨，用于压型彩板固定。

6）再次分层喷涂聚氨酯保温至设计要求厚度，如图8所示。

图8 分层喷涂聚氨酯发泡及修整

7）1.5 m高防撞保护墙砌筑。

8）外护彩板紧贴隔热保温层，采用不锈钢自攻螺丝固定，螺丝纵距8 cm，横距10 cm，如图9所示。

图9 保护墙砌筑压型钢板施工

6 结语

通过采用乙二醇地面防冻系统、防冻空气夹层，结合墙地面保温系统，并辅以相应的通风和排水措施，较好地解决了地下室低温冷库－20～－18 ℃使用环境所带来的地下室地坪、地下室外墙与土壤接触部位的防冻胀问题。该项目自2021年5月28日竣工投入使用以来，工程运转一切正常。本文所述的防冻胀技术方案几乎不占用冷库有效库容，同时又考虑了方案实施和后期运营阶段的安全性、经济性和适用性，具有广泛的应用前景和推广价值。