專利名稱：透壁通風(fēng)管-塊碎石層降溫隔熱復(fù)合路基的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種路基結(jié)構(gòu)形式，尤其是一種透壁通風(fēng)管-塊碎石層降溫隔熱 復(fù)合路基結(jié)構(gòu)形式，它可有效地降低高等級(jí)公路路基下部?jī)鐾翜囟?，抬升凍土上限，確保凍 土路基的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。
背景技術(shù)：
凍土是指具有負(fù)溫和含冰的土體和巖石，按生存時(shí)間主要分為多年凍土和季節(jié)凍 土。我國(guó)多年凍土面積約占國(guó)土面積的22.4%，是世界第三凍土大國(guó)。凍土中由于冰以及 未凍水的存在，其性質(zhì)極其復(fù)雜且對(duì)溫度極為敏感。道路工程施工以及全球變暖都會(huì)引起 凍土的升溫，給路基帶來(lái)融沉病害，嚴(yán)重危害多年凍土區(qū)道路的穩(wěn)定性。發(fā)明內(nèi)容為了有效降低多年凍土區(qū)高等級(jí)道路路基的溫度，維護(hù)路基的長(zhǎng)期穩(wěn)定，本實(shí)用 新型的目的在于提供一種透壁通風(fēng)管_塊碎石層降溫隔熱復(fù)合路基。該路基結(jié)構(gòu)通過(guò)對(duì)透 壁通風(fēng)管和塊碎石層的降溫作用進(jìn)行優(yōu)化組合，相互取長(zhǎng)補(bǔ)短，降低高等級(jí)道路路基下部 凍土溫度，抬升多年凍土上限，確保寬幅高等級(jí)道路路基的多年穩(wěn)定。本實(shí)用新型的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)一種透壁通風(fēng)管-塊碎石層降溫隔熱復(fù)合路基，是由透壁通風(fēng)管、塊碎石層、土工 布、保溫層和路基填土構(gòu)成。在夯實(shí)的天然地表上鋪筑塊碎石層；帶透壁孔眼的透壁通風(fēng)管 沿路基橫向埋入塊碎石層的頂部；透壁通風(fēng)管的外徑為30 80cm，管壁厚度為2 10cm， 孔眼的孔徑為3 10cm，開(kāi)孔率為10% 40%，管與管間凈間距為1 5倍的管外徑，塊碎 石層上鋪設(shè)土工布，塊碎石層的厚度為< 3. 0m，塊碎石層的粒徑為IOcm 50cm，在土工布 上面依次鋪設(shè)保溫層和鋪筑路提填土。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)與產(chǎn)生的有益效果是1、降溫效果十分明顯。本實(shí)用新型通過(guò)將透壁通風(fēng)管和塊碎石層的降溫作用進(jìn)行 優(yōu)化加強(qiáng)，相互取長(zhǎng)補(bǔ)短；再與保溫層的隔熱保溫特性相結(jié)合，充分發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn) 冷季大量吸入冷能的同時(shí)，有效限制暖季的吸熱量，大幅提高了路基在一個(gè)凍融周期內(nèi)的 凈放熱量，從而更加有效地降低路基下伏凍土的溫度。因此，這種路基可提升多年凍土的人 為上限，保護(hù)路基下的多年凍土，避免凍脹和融沉發(fā)生，取得很好的效果。2、便于施工。塊碎石可就近取材，透壁通風(fēng)管可預(yù)制后直接運(yùn)往現(xiàn)場(chǎng)安裝。路基 鋪筑工序簡(jiǎn)單，施工簡(jiǎn)便。3、本實(shí)用新型無(wú)需任何外部動(dòng)力設(shè)施，無(wú)污染，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。塊碎石取材方便， 成本低廉；透壁通風(fēng)管可預(yù)制，易于施工和維護(hù)，對(duì)凍土不會(huì)產(chǎn)生大的人為擾動(dòng)，可滿足高 溫、高含冰量多年凍土地區(qū)工程穩(wěn)定性的特殊要求。4、在應(yīng)用范圍方面，它可以直接應(yīng)用于高溫凍土區(qū)、鋪設(shè)黑色路面的寬幅高等級(jí) 道路工程中。在相同的試驗(yàn)條件下進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)即增設(shè)透壁通風(fēng)管的塊石層路基和增 設(shè)了普通通風(fēng)管的塊石層路基相比，增設(shè)了透壁通風(fēng)管的路基比增設(shè)普通通風(fēng)管的路基溫度低1 2°C，從而產(chǎn)生穩(wěn)定可靠的工程效果。
圖1是本實(shí)用新型橫斷面圖。圖2是本實(shí)用新型縱斷面圖。圖3是最低氣溫時(shí)普通通風(fēng)管_塊石層復(fù)合路基中間斷面的等溫線圖。圖4是最低氣溫時(shí)透壁通風(fēng)管_塊石層復(fù)合路基中間斷面的等溫線圖。圖5是兩組復(fù)合路基中心線底部溫度隨時(shí)間的變化曲線，其中a曲線為透壁通風(fēng) 管_塊石層復(fù)合路基，b曲線為普通通風(fēng)管_塊石層復(fù)合路基。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖，將對(duì)本實(shí)用新型再做進(jìn)一步的說(shuō)明。實(shí)施例1參照附圖1，一種透壁通風(fēng)管-塊碎石層降溫隔熱復(fù)合路基在寬幅道路中的應(yīng)用。 路提填土的頂寬為23. 0m。路基由透壁通風(fēng)管1、塊碎石層2、土工布3、保溫層4和路基填 土 5構(gòu)成；在夯實(shí)的天然地表6上鋪筑塊碎石層2 ；帶透壁孔眼7的透壁通風(fēng)管1沿路基橫 向埋入塊碎石層2的頂部。透壁通風(fēng)管1的外徑為50cm，管壁厚度為5cm，管壁上透壁孔眼 7的孔徑為10cm，開(kāi)孔率為20%，管與管間凈間距為150cm，塊碎石層2的厚度為1. 2m,塊碎 石層的粒徑為IOcm 30cm，在塊碎石層2上鋪設(shè)土工布3，再在土工布上面依次鋪設(shè)EPS 保溫層4和鋪筑路提填土 5。為驗(yàn)證透壁通風(fēng)管_塊碎石層降溫隔熱復(fù)合路基應(yīng)用于寬幅高等級(jí)道路的有效 性，本實(shí)用新型在中國(guó)科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所凍土工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行 了模型試驗(yàn)。試驗(yàn)路基模型的幾何尺寸為實(shí)際路基的1/15，相應(yīng)地，試驗(yàn)中的一個(gè)凍融周期 為實(shí)際凍融周期的1/24。試驗(yàn)裝置由試驗(yàn)箱、溫度控制系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成。試驗(yàn)箱尺寸 為8. OOmXl. 84mX 2. 70m，箱體由冷庫(kù)保溫板組成；溫度控制系統(tǒng)由SANYO雙頭壓縮機(jī)組、 電腦溫控器、氟利昂液體循環(huán)管道、蒸發(fā)器及溫度傳感器組成；通風(fēng)系統(tǒng)由冷風(fēng)扇、加速風(fēng) 扇、風(fēng)速調(diào)節(jié)裝置、回流風(fēng)道等組成；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由溫度傳感器、DT500數(shù)采儀和計(jì)算機(jī) 組成。試驗(yàn)?zāi)Ｐ拖鋬?nèi)的空氣平均溫度為-4. O0C，氣溫周期較差為24°C，并設(shè)置浴霸燈泡 來(lái)模擬太陽(yáng)輻射，模型試驗(yàn)共進(jìn)行了 0 2 31、2 31 431、4 31 631、6 31 831、8 31 10 JI 等共5個(gè)周期，一個(gè)周期為15天。在相同的試驗(yàn)條件下進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)一組為透壁通風(fēng)管_塊石層降溫隔熱復(fù)合 路基；另一組為普通通風(fēng)管_塊石層降溫隔熱復(fù)合路基。試驗(yàn)結(jié)果如圖3 圖5所示。圖3和圖4分別是最低氣溫時(shí)兩組復(fù)合路基中間斷面的等溫線圖。從圖3和圖4 中可以看出，最低氣溫時(shí)，兩組路基內(nèi)均產(chǎn)生自然對(duì)流，如圖中箭頭所示。但對(duì)流強(qiáng)度有所 不同，圖4內(nèi)等溫線彎曲程度較圖3的彎曲程度大，它表明在最低氣溫時(shí)，透壁通風(fēng)管-塊 石層復(fù)合路基自然對(duì)流強(qiáng)度較普通通風(fēng)管-塊石層復(fù)合路基明顯的要強(qiáng)。以圖中-7.0°C等溫線為例，在普通通風(fēng)管復(fù)合路基內(nèi)，它尚處在路基中上部位置；而在透壁通風(fēng)管復(fù)合路基 內(nèi)，則下降到了路基中下部。由此可以看出，由于透壁通風(fēng)管的作用，塊石層上邊界處的溫 度被大幅降低，增加了塊石層上下溫差，因此大幅增強(qiáng)了塊石層內(nèi)部的自然對(duì)流強(qiáng)度。 圖5為兩組復(fù)合路基中心線底部溫度隨時(shí)間的變化曲線。由圖5可以看出透壁通 風(fēng)管-塊石層復(fù)合路基的a曲線相對(duì)于普通通風(fēng)管-塊石層復(fù)合路基的b曲線的優(yōu)越降 溫效果。從試驗(yàn)開(kāi)始起，透壁通風(fēng)管-塊石層復(fù)合路基的a曲線的溫度始終低于普通通風(fēng) 管_塊石層復(fù)合路基的b曲線，且透壁通風(fēng)管_塊石層復(fù)合路基的a曲線的降溫速率高于 普通通風(fēng)管-塊石層復(fù)合路基的b曲線。a、b曲線的最大溫差達(dá)6.43°C?？梢?jiàn)，透壁通風(fēng) 管-塊石層復(fù)合路基的a曲線的降溫效果遠(yuǎn)優(yōu)于普通通風(fēng)管-塊石層復(fù)合路基的b曲線。
權(quán)利要求一種透壁通風(fēng)管 塊碎石層降溫隔熱復(fù)合路基，是由透壁通風(fēng)管(1)、塊碎石層(2)、土工布(3)、保溫層(4)和路基填土(5)構(gòu)成；其特征是在夯實(shí)的天然地表(6)上鋪筑塊碎石層(2)；帶透壁孔眼(7)的透壁通風(fēng)管(1)沿路基橫向埋入塊碎石層(2)的頂部；透壁通風(fēng)管(1)的外徑為30～80cm，管壁厚度為2～10cm，孔眼(7)的孔徑為3～10cm，開(kāi)孔率為10％～40％，管與管間凈間距為1～5倍的管外徑，塊碎石層上鋪設(shè)土工布(3)，塊碎石層(2)的厚度為≤3.0m，塊碎石層的粒徑為10cm～50cm，在土工布上面依次鋪設(shè)保溫層(4)和鋪筑路堤填土(5)。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)一種透壁通風(fēng)管-塊碎石層降溫隔熱復(fù)合路基，其結(jié)構(gòu)是由透壁通風(fēng)管、塊碎石層、土工布、保溫層和路基填土構(gòu)成，塊碎石層鋪筑在夯實(shí)的天然地表上；在塊碎石層頂部埋入透壁通風(fēng)管；然后在塊碎石層上依次鋪設(shè)土工布，保溫層與路基填土。本實(shí)用新型利用透壁通風(fēng)管來(lái)降低塊石層頂部的溫度，增加塊石層上下邊界的溫差，加強(qiáng)塊碎石層在冷季的自然對(duì)流，提高了路基冷季的冷能吸入量，并結(jié)合保溫層的隔熱保溫特性，有效控制了暖季的吸熱量，大幅提高了一個(gè)凍融周期內(nèi)路基的凈放熱量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)寬幅高等級(jí)道路路基下伏土體溫度的降低，平衡溫度場(chǎng)，提升凍土上限，并且滿足高溫多年凍土區(qū)寬幅高等級(jí)道路路基穩(wěn)定性的特殊要求。
文檔編號(hào)E01C3/06GK201678924SQ201020142789
公開(kāi)日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2010年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月25日
發(fā)明者張明義, 董元宏, 賴遠(yuǎn)明 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所