周博士考察拾零(一百一十六)戈壁溫室墻體建造方法
——甘肅設(shè)施農(nóng)業(yè)考察紀(jì)實(shí)（二）

周長吉（農(nóng)業(yè)農(nóng)村部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，北京 100125）

2020 年11月24～30日，筆者隨中國農(nóng)業(yè)工程學(xué)會(huì)設(shè)施園藝工程專業(yè)委員會(huì)專家團(tuán)赴甘肅省進(jìn)行設(shè)施農(nóng)業(yè)調(diào)研，從東部的平?jīng)鍪?，到中部的白銀市、蘭州市，再到西部的河西走廊（武威市、張掖市、酒泉市），一路走來，看到了多種類型的溫室形式，其中以河西走廊沙漠戈壁的日光溫室給我留下了很深的印象，當(dāng)?shù)卦O(shè)施農(nóng)業(yè)建設(shè)者和技術(shù)人員充分利用本地材料和資源，創(chuàng)新研究提出了多種日光溫室墻體的建造方法，其中有引進(jìn)華北和東北地區(qū)的示范和改造模式[1]，有緊跟前沿和熱點(diǎn)的新型組裝溫室[2]，更有代表當(dāng)?shù)靥攸c(diǎn)的戈壁溫室建造模式。在此，筆者做一系統(tǒng)梳理，以便讀者系統(tǒng)了解甘肅省設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展特點(diǎn)。

土墻溫室

土墻溫室是中國日光溫室中最具代表性的一類溫室。其建筑材料可就地取材，溫室建設(shè)成本低、溫室運(yùn)行保溫儲(chǔ)熱性能好，因此，這類溫室?guī)缀醣椴剂巳珖展鉁厥宜锌砂l(fā)展區(qū)域。在土墻溫室中，全國以壽光五代下沉地面機(jī)打土墻結(jié)構(gòu)日光溫室推廣面積最大，推廣區(qū)域最廣，應(yīng)用效果也最好。在甘肅的考察中也見到了這種原汁原味引進(jìn)的溫室形式（圖1），但在考察中發(fā)現(xiàn)，具有西部特點(diǎn)并大面積推廣應(yīng)用的溫室形式還是干打壘土墻結(jié)構(gòu)日光溫室。從東部的平?jīng)鍪小⒅胁康陌足y市到西部的河西走廊都能看到干打壘墻體的日光溫室（圖2a、圖2b）。

圖1 山東壽光機(jī)打土墻結(jié)構(gòu)日光溫室

相比機(jī)打土墻結(jié)構(gòu)日光溫室，干打壘土墻墻體占地面積小，建造墻體土方用量省，對耕地的破壞相對較小，而且墻體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，使用壽命長，保溫儲(chǔ)熱性能基本和機(jī)打土墻結(jié)構(gòu)日光溫室相當(dāng)。但這種墻體建造速度慢，墻體建造對土質(zhì)的黏性要求高，沙性土壤和戈壁土壤基本無法建造，由此也限制了這種墻體結(jié)構(gòu)溫室的廣泛推廣。

為了解決沙性土壤建造墻體的難題，位于騰格里沙漠邊緣的武威市古浪縣在移民搬遷溫室工程建設(shè)中采用了剝離表層沙土、挖出深層黏土，再與表層沙土按比例拌和后按照機(jī)打土墻的模式建造溫室（圖2c）。這種方法有效解決了沙漠地區(qū)沙土筑墻的難題，而且可就地取材，造價(jià)也不很高。但從實(shí)際運(yùn)行情況看，或許是沙質(zhì)土含量過高，墻體表面剝離或脫落的情況比較嚴(yán)重，需要在運(yùn)行管理中注意經(jīng)常性維護(hù)或在內(nèi)墻表面加設(shè)護(hù)墻的方式對墻體表面進(jìn)行保護(hù)，以保證溫室結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)行。

圖2 甘肅的干打壘土墻和沙漠土墻日光溫室

戈壁材料墻體溫室

走進(jìn)河西走廊，仿佛走進(jìn)了廣闊的平原。肥沃的土壤和優(yōu)良的氣候造就了這里早就是全國重要的商品糧基地和作物制種基地。留給后期設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展可新開墾的土地大都處于戈壁沙漠的非耕地地帶。如何在戈壁沙漠上建造日光溫室既是對當(dāng)?shù)販厥医ㄔO(shè)者的挑戰(zhàn)，也是當(dāng)?shù)厝展鉁厥医ㄔO(shè)的特色和亮點(diǎn)。

漿砌石墻溫室

戈壁沙灘中埋藏著大量的卵石。用這些卵石做建筑材料，以水泥砂漿做漿砌筑并進(jìn)行表面勾縫，砌筑的石墻不僅強(qiáng)度高、使用壽命長，而且密封性好，抗風(fēng)防雨，是當(dāng)?shù)仄龊又?、修路護(hù)坡、壘筑田埂中常用的建筑形式，在一些民用的構(gòu)筑物，甚至建筑物的建設(shè)中也經(jīng)常使用。用這種建筑形式構(gòu)筑日光溫室墻體也是一種自然的選擇（圖3）。但這種墻體施工周期長，不論是從戈壁沙灘中起挖卵石，還是用這些卵石建造墻體，都需要高強(qiáng)度的勞作，而且砌筑墻體只能人工作業(yè)，墻體施工的機(jī)械化作業(yè)水平很低，由此也限制了這種溫室墻體的大面積發(fā)展。

圖3 漿砌石墻結(jié)構(gòu)日光溫室

戈壁石墻溫室

漿砌石墻溫室固然牢固、使用壽命長，但在戈壁中起挖卵石費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且碎石、小石子甚至大量的沙粒土都無法使用，使戈壁灘大量的建筑材料不能盡其所用。為了像建筑土墻一樣，能夠?qū)⒔ㄔO(shè)地的戈壁砂石全部用于墻體建設(shè)，當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)者創(chuàng)新發(fā)明了多種建筑形式。

第一種做法是鋼板護(hù)板夾心戈壁石的做法。采用彩鋼板做兩側(cè)護(hù)板，在護(hù)板中間填充戈壁砂石（圖4）。這種做法對砂石的大小、形狀、強(qiáng)度等沒有任何限制和要求，可將建設(shè)地所有的砂石原料能用皆用，而且不用砌筑，直接用挖掘機(jī)將戈壁土石鏟起灌注到墻體兩側(cè)護(hù)板內(nèi)即形成溫室的墻體。兩側(cè)護(hù)板之間的間距即是溫室墻體的厚度。由于護(hù)板自身較薄，側(cè)向承載能力有限或者說自身不能承載墻體內(nèi)戈壁石的側(cè)壓力，為此在墻體內(nèi)部填充戈壁石后對護(hù)板形成的側(cè)壓力需要護(hù)板外側(cè)設(shè)立立柱來平衡，所以這種結(jié)構(gòu)需要在護(hù)板兩側(cè)根據(jù)墻體高度和厚度，以抵抗墻體內(nèi)土石側(cè)壓力為目的科學(xué)設(shè)立支撐立柱（主要為鋼管立柱，可以是圓鋼管，也可以是方鋼管）。為了增強(qiáng)鋼管立柱的支撐能力，可以在中部和上部對兩側(cè)立柱進(jìn)行拉結(jié)，使兩側(cè)立柱形成共同承力體并減小立柱的自由長度，從而可減小立柱的截面尺寸和總體用鋼量。日常維護(hù)中只要保證兩側(cè)護(hù)板以及鋼立柱不銹蝕即可保證溫室墻體的長期使用壽命。

圖4 戈壁石墻溫室（鋼板護(hù)板）

第二種做法是護(hù)網(wǎng)夾心戈壁石的做法。即用圍網(wǎng)替代上述護(hù)板夾心戈壁石墻體表面的鋼板護(hù)板。這種做法可顯著降低護(hù)板的建筑造價(jià)。為進(jìn)一步節(jié)約圍護(hù)材料，溫室后墻的外墻表面也可不作圍護(hù)，如同機(jī)打土墻一樣自然放坡，只在山墻兩側(cè)做圍護(hù)（圖5）。外表面不做圍護(hù)的后墻，形式上如同一堵“擋土墻”。為了減小擋土墻室內(nèi)立柱的土石側(cè)壓力，一般在立柱中上部向室外地面斜拉一根拉筋（實(shí)際上該拉筋埋設(shè)在后墻的戈壁石中）。這里所指的“拉筋”可以是鋼絞線、鋼筋或鋼管。用做墻體表面的護(hù)網(wǎng)由3 層結(jié)構(gòu)組成，緊貼戈壁土石的是一層致密的柔性材料，可以是無紡布或其他材料，防止戈壁土石外露；中間層為小網(wǎng)格鋼絲網(wǎng)，主要功能是保護(hù)致密柔性材料在戈壁土石的側(cè)壓力作用下不發(fā)生鼓包，保持墻面平整；最外層是在小網(wǎng)格鋼絲網(wǎng)外側(cè)的大網(wǎng)格鋼板網(wǎng)（圖5a）或鋼筋網(wǎng)（圖5c），用以支撐小網(wǎng)格鋼絲網(wǎng)不發(fā)生變形并將墻面?zhèn)葔毫鬟f到墻面立柱。

圖5 戈壁石墻溫室（鋼絲/鋼筋圍網(wǎng)護(hù)墻）

第三種做法是鋼絲圍攏無紡布夾心戈壁石的做法（圖6a）。即用柔性無紡布做圍護(hù)，用“琴弦溫室”屋面用鋼絲支撐無紡布，在無紡布外表面設(shè)置沿溫室長度方向通長、沿溫室后墻高度方向平行的“琴弦”，形成平整的內(nèi)墻面，用“琴弦”承載墻體戈壁石的側(cè)壓力并將其傳遞給墻體立柱。為了增強(qiáng)立柱的承載能力，立柱還采用了桁架式格構(gòu)柱（可以是平面桁架格構(gòu)柱或三角形空間桁架格構(gòu)柱）。相比護(hù)網(wǎng)夾心戈壁墻的做法，由于無紡布沒有網(wǎng)眼，所以戈壁石不會(huì)裸露在墻面。這種墻面從室內(nèi)看也更“溫暖”，沒有了土石結(jié)構(gòu)墻體的“硬冷”，操作人員也不必刻意小心躲閃與墻面的碰撞，似乎更有一種“溫馨”作業(yè)環(huán)境的感覺。此外無紡布的吸潮作用還起到了墻體“呼吸”的作用，可調(diào)節(jié)溫室內(nèi)的空氣濕度。

圖6 戈壁石墻溫室（其他形式）

第四種做法是“水泥槽磚”內(nèi)腔填充戈壁石的做法（圖6b）。即事先預(yù)制1 面開口，其他5 面封閉的開口鋼筋混凝土板槽（簡稱“水泥槽磚”）。水泥槽磚的尺寸通常為長1 m，高0.5 m，寬與墻體厚度一致（一般為1～1.2 m）。施工時(shí)，將水泥槽磚像砌筑黏土磚墻一樣錯(cuò)縫砌筑，每砌筑一層水泥槽磚，即刻向槽磚內(nèi)腔中灌注戈壁石，直到墻頂最后一層砌筑完成后在槽磚頂面做水泥抹面封口或在其上澆筑鋼筋混凝土圈梁并預(yù)埋埋件做好與屋面拱架連接的準(zhǔn)備。這種墻體砌筑速度快，砌筑墻體可用汽車小吊車與挖掘機(jī)聯(lián)合作業(yè)，墻體施工機(jī)械化水平高，墻體建造標(biāo)準(zhǔn)化水平高，相應(yīng)墻體施工質(zhì)量高、使用壽命長，而且墻體可自承重，相應(yīng)節(jié)省了后墻立柱的造價(jià)和成本。其缺點(diǎn)主要是預(yù)制水泥槽磚需要一定的預(yù)制和養(yǎng)護(hù)時(shí)間，現(xiàn)場預(yù)制相對施工周期長，如果采用工廠預(yù)制則可以顯著縮短現(xiàn)場施工的周期。

第五種做法是磚墻夾心戈壁石的做法（圖6c）。這種做法如同“磚包土”的復(fù)合墻體一樣，即在兩側(cè)圍護(hù)磚墻內(nèi)填筑戈壁石即完成墻體的施工。由于戈壁土石的側(cè)壓力較大，為減少兩側(cè)磚護(hù)墻的厚度（一般磚墻按240 mm 厚度砌筑），應(yīng)在磚墻內(nèi)設(shè)置鋼筋混凝土構(gòu)造柱或承力柱并在相鄰立柱之間設(shè)置水平拉梁（包括墻體表面和縱深兩個(gè)方向）使所有立柱形成框架承力體系。

戈壁石墻的做法或許不止這些（諸如石籠墻[1]等），有待我們進(jìn)一步挖掘，也希望有興趣或有志向的讀者能針對戈壁土石的特點(diǎn)，研究和更新更多施工速度快、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、造價(jià)低廉的建筑形式。

沙袋墻體溫室

從漿砌石墻到戈壁石墻，石材的尺寸在不斷減小。但針對更小粒徑的細(xì)沙或粉砂，雖戈壁石墻中的一些做法（如無紡布夾心、水泥槽填充、磚包土結(jié)構(gòu)）也能適應(yīng)這種建筑材料，但當(dāng)?shù)氐慕ㄔO(shè)者還是發(fā)明了一種更適合這種建材且廉價(jià)的墻體建筑方法——沙袋墻體（圖7）。這種墻體的做法是將沙土盛裝在塑料袋中，像碼“糧垛”一樣一層壓一層地錯(cuò)縫堆摞成墻體（圖7a），墻體碼垛成型后再在墻垛表面涂抹草泥漿（圖7b）或張掛無紡布（圖7c）對沙土袋進(jìn)行表面防護(hù)即形成溫室的圍護(hù)墻體。對沙土袋的表面保護(hù)不僅美化了墻體表面，而且可避免了塑料袋直接暴露在自然環(huán)境中而可能發(fā)生的加速老化，可顯著提高墻體的使用壽命。

圖7 砂袋墻體溫室

由于塑料袋表面光滑，墻體內(nèi)碼摞沙土袋之間的結(jié)合強(qiáng)度不高，除了自承重外，墻體設(shè)計(jì)中沒有將這種墻體用作屋面骨架的承重結(jié)構(gòu)。所以溫室的后墻和山墻上都設(shè)置了立柱，并與屋面拱桿直接連接形成了一體化的梁柱結(jié)構(gòu)溫室承力體系。

空心/ 加氣磚墻溫室

磚是中國具有悠久發(fā)展歷史的建筑材料，但隨著國家對黏土燒結(jié)磚限制政策的落地和實(shí)施，目前建筑用磚主要是非承重的空心磚和加氣磚，制磚材料更多采用灰砂材料，但也有采用黏土做空心磚的。

磚是工業(yè)化產(chǎn)品，規(guī)格多、標(biāo)準(zhǔn)化程度高、性能穩(wěn)定、價(jià)格低廉，因此在各類建筑中都有大量應(yīng)用。在甘肅省的日光溫室墻體建設(shè)中也看到采用不同材質(zhì)和形式的磚材，包括黏土空心磚、灰砂空心磚和加氣泡沫磚等（圖8）。根據(jù)不同材質(zhì)磚的承載能力，有的溫室墻體采用了磚承重墻體（圖8a、圖8c），有的溫室則采用了鋼筋混凝土梁柱框架結(jié)構(gòu)，磚只作為填充和圍護(hù)材料使用（圖8b）。

不論是空心磚還是加氣泡沫磚，其共同的特點(diǎn)是它們只能做墻體隔熱和圍護(hù)，傳統(tǒng)日光溫室墻體的被動(dòng)儲(chǔ)放熱功能基本消失，因此溫室的熱工性能受到直接影響。為此，有的溫室采用了輔助加溫的措施（圖8b），有的溫室調(diào)整種植結(jié)構(gòu)，種植冬季休眠的果樹（圖8a），有的則冬季閑置待室外溫度回升后再定植生產(chǎn)（圖8c）。

圖8 磚墻結(jié)構(gòu)溫室

隨著日光溫室主動(dòng)儲(chǔ)熱技術(shù)的不斷成熟，在這類溫室中配置墻面或地面主動(dòng)儲(chǔ)放熱設(shè)備，相信溫室冬季的熱工性能會(huì)有大幅度提升，喜溫果菜生產(chǎn)的季節(jié)也會(huì)得到相應(yīng)延長，甚至可以周年生產(chǎn)。建議有條件的園區(qū)可先行引進(jìn)試驗(yàn)示范，在技術(shù)成熟后再進(jìn)行大規(guī)模推廣應(yīng)用。

保溫被（板）墻溫室

用保溫被或保溫板做墻體和后屋面圍護(hù)材料是目前日光溫室輕簡化發(fā)展的一個(gè)方向。這種形式溫室承力結(jié)構(gòu)采用組裝式結(jié)構(gòu)，溫室建設(shè)基本不破壞土壤耕作層，對溫室建設(shè)的土地性質(zhì)要求不嚴(yán)苛，而且溫室在需要時(shí)還可以拆卸搬遷，是目前國家嚴(yán)格保護(hù)耕地的土地政策下發(fā)展日光溫室的一種有效技術(shù)途徑。

甘肅省的河西走廊雖有大片的戈壁沙灘等非耕地資源可以開發(fā)建設(shè)日光溫室，但受生態(tài)環(huán)境保護(hù)的約束以及交通、水資源、土壤條件和生產(chǎn)管理遠(yuǎn)離生活居住區(qū)等條件的限制，在現(xiàn)有農(nóng)田上建設(shè)日光溫室也是生產(chǎn)中的現(xiàn)實(shí)需要。為此，河西走廊的設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和建設(shè)者們也在和全國同步試驗(yàn)研究各種形式的組裝式保溫日光溫室。柔性的保溫被和剛性的保溫板是這種組裝結(jié)構(gòu)溫室墻體和屋面圍護(hù)材料主要用材。

柔性保溫被材料各地有不同的選材，有的用滌棉[3]、有的用噴膠棉[4]、有的用草苫[5]，但更多是采用針刺氈、塑料薄膜和發(fā)泡塑料等材料按照防水、密封、抗老化和不同的保溫要求多重復(fù)合形成的復(fù)合材料（圖9a、圖9b、圖10a、圖10b）。在硬質(zhì)保溫材料選擇上，目前國內(nèi)主要采用EPS 空心磚[6-7]（圖9c）和保溫彩鋼板、擠塑板（圖10c）。這些材料在甘肅河西走廊的日光溫室建設(shè)中都有使用。

圖9 保溫被（板）溫室用建筑材料

圖10 保溫被（板）溫室墻體的建筑方法

實(shí)際溫室建設(shè)中，有后墻、山墻和后屋面全部用柔性材料進(jìn)行圍護(hù)的做法（圖10a、圖10b）；也有用柔性材料圍護(hù)后屋面和后墻，用剛性保溫板圍護(hù)山墻的做法（圖10c）；還有所有墻體用剛性保溫板圍護(hù)，后屋面用柔性保溫被圍護(hù)的做法；更有全部墻體和后屋面都用剛性保溫板圍護(hù)的做法（圖9c）。

柔性保溫被圍護(hù)時(shí)，被與被之間接縫可以是子母粘粘接，也可以是用手持縫紉機(jī)縫合，當(dāng)然，在外表面附加一層塑料膜（圖10b）既可固定保溫被，又能密封墻面，還能起到保溫被防水的作用。只是傳統(tǒng)的塑料薄膜使用壽命短，需要定期更換，如果有價(jià)格便宜、使用壽命更長的塑料或塑膠防水材料將更符合這種溫室建設(shè)需要。