全壁通風(fēng)透氣式凍土通風(fēng)路堤結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種全壁通風(fēng)透氣式凍土通風(fēng)路堤結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括設(shè)在路堤填土內(nèi)的半圓形凹槽及埋設(shè)在所述半圓形凹槽上并與外界相通的倒U型通風(fēng)管。本實(shí)用新型改變了以往通風(fēng)管的換熱機(jī)制，大幅提高通風(fēng)管路基的換熱效能，不僅通過水分的蒸發(fā)有效降低路基病害產(chǎn)生的條件，而且通過有效的對流換熱調(diào)控，最大程度利用了多年凍土區(qū)的冷能自然條件，在不斷降低凍土溫度的同時，有效提升凍土路基的穩(wěn)定性。
【專利說明】
全壁通風(fēng)透氣式凍土通風(fēng)路堤結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及凍土工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及全壁通風(fēng)透氣式凍土通風(fēng)路堤結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]在我國青藏高原、東北等多年凍土區(qū)，通過長期的演化、發(fā)展和變化，形成了厚達(dá)幾米、甚至十幾米、各具形態(tài)的厚層地下冰。隨著氣候環(huán)境的變化、人類工程活動的影響，會導(dǎo)致凍土和地下冰退化和融化，從而導(dǎo)致各種工程災(zāi)害的產(chǎn)生，對各種重大工程建筑穩(wěn)定性產(chǎn)生重要影響。
[0003]通過保護(hù)凍土工程措施的采用，主動冷卻凍土基礎(chǔ)，是保證凍土工程長期安全運(yùn)營、穩(wěn)定的關(guān)鍵途徑，而在這些措施中，有效調(diào)控凍土工程的對流換熱過程，是保護(hù)凍土基礎(chǔ)重要的工程措施的一個類型。該類措施通過有效促進(jìn)冬季或夜晚低溫環(huán)境條件下基礎(chǔ)與外界環(huán)境的換熱過程，及有效抑制暖季或白天高溫環(huán)境條件下基礎(chǔ)的換熱過程，由此達(dá)到冷能在路基內(nèi)部的不斷存儲、凍土地溫的不斷降低、基礎(chǔ)穩(wěn)定性不斷增強(qiáng)的目的。
[0004]通風(fēng)路基是多年凍土區(qū)保護(hù)凍土重要工程措施中的一種。但是，由于結(jié)構(gòu)型式的不同、通風(fēng)管管壁換熱性能的不同都會對路基的整體換熱效能產(chǎn)生重要影響。由此，也就成為諸多技術(shù)關(guān)注和研發(fā)的重點(diǎn)。
[0005]《凍土工程中用的透壁式通風(fēng)管》(葛修潤，02139009.6)，雖然通風(fēng)管管壁有大量通風(fēng)孔洞，空氣可以直接與通風(fēng)管周圍的土質(zhì)直接進(jìn)行熱量交換，但是較小的孔洞、通風(fēng)管內(nèi)較小的空氣流速，難以發(fā)揮對流換熱作用。相反，由于空氣導(dǎo)熱系數(shù)僅為0.027W/m.K，孔內(nèi)滯留的空氣層反倒起到隔熱作用，反倒降低了通風(fēng)管的對流換熱作用。
[0006]《一種通風(fēng)塊石層寬幅路基結(jié)構(gòu)》(房建宏，201420799258.8)，受到有限空間的塊石空氣通透率的限制，塊石層內(nèi)的空氣流動過程、對流換熱都受到很大限制，難以有效進(jìn)行路基的降溫。
[0007]另外，由于青藏高原極端惡劣自然環(huán)境，使得施工現(xiàn)場難以進(jìn)行通風(fēng)管的混凝土預(yù)制生產(chǎn)。而在海拔較低的地區(qū)生產(chǎn)的通風(fēng)管，由于主要為占據(jù)體積的空心構(gòu)件，使得每車的運(yùn)量受到很大限制，由此在很大程度增加工程建設(shè)成本。
[0008]面對國家“十三五”戰(zhàn)略規(guī)劃的出臺，青藏高速公路即將面臨修筑，但是，高速公路與普通公路相比，普通公路與鐵路相比凍土問題都更為突出。已有研究表明(俞祁浩等.我國多年凍土區(qū)高速公路修筑關(guān)鍵問題研究.中國科學(xué)(技術(shù)科學(xué))，2014，44(4): 425?432)，由于黑色路面的強(qiáng)烈吸熱、瀝青路面隔水和阻止水分蒸發(fā)散熱的影響，使得相同條件下公路路基的吸熱強(qiáng)度是鐵路的3倍多，且路基吸熱的主要途徑主要集中在路堤的中心部位，并難以向周圍凍土散熱。而高速公路與普通公路相比，更加劇了該現(xiàn)象的出現(xiàn)。當(dāng)公路路基寬度增加約I倍時，路堤底面的吸熱強(qiáng)度增加約0.6倍，路基吸熱進(jìn)一步聚集在路基的中心部位，由此產(chǎn)生更加明顯的“聚熱效應(yīng)”，并導(dǎo)致凍土更加快速的退化。面對更高的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、更寬的公路路面，高速公路與凍土之間的熱作用更加顯著，在多年凍土區(qū)修筑高速公路將會面對更為突出的凍土問題和修筑技術(shù)難題。由于傳熱途徑、強(qiáng)度等方面的根本改變，通過青藏鐵路等獲得的成功經(jīng)驗(yàn)、先進(jìn)技術(shù)難以在青藏高速公路建設(shè)中直接應(yīng)用。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0009]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種增強(qiáng)凍土路基對流換熱效能的全壁通風(fēng)透氣式凍土通風(fēng)路堤結(jié)構(gòu)。
[0010]為解決上述問題，本實(shí)用新型所述的全壁通風(fēng)透氣式凍土通風(fēng)路堤結(jié)構(gòu)，其特征在于:該結(jié)構(gòu)包括設(shè)在路堤填土內(nèi)的半圓形凹槽及埋設(shè)在所述半圓形凹槽上并與外界相通的倒U型通風(fēng)管。
[0011]所述倒U型通風(fēng)管與所述半圓形凹槽相契合，并由連接為一體的呈半圓或拋物線狀的頂面段、斜壁支撐段和底座段構(gòu)成。
[0012]所述頂面段的高度為5?20cmo
[0013]所述斜壁支撐段的高度為O?20cm，且與垂線的夾角為O?45°。
[0014]所述半圓形凹槽的深度為O?20cmo
[0015]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0016]1、換熱機(jī)制的改變。
[0017]首先，改變了原有通風(fēng)管通風(fēng)路基對流換熱過程，以往通風(fēng)管路基的換熱過程是通過混凝土通風(fēng)管管壁的傳熱，實(shí)現(xiàn)路堤填土與對流空氣的間接換熱。而本實(shí)用新型則是填土與對流空氣之間的直接換熱；其次，增加了水分蒸發(fā)、耗熱的換熱過程。以往通風(fēng)管對土體的隔斷作用，使得路堤內(nèi)部的水分難以散發(fā)，而本實(shí)用新型對換熱方式和途徑的改變，可以通過水分的蒸發(fā)、相變過程吸收大量的熱量。由于青藏高原的干旱環(huán)境條件，都使得該種換熱機(jī)制在整體換熱中占據(jù)較大的比重。
[0018]2、更為顯著的換熱、降溫效能。
[0019]首先，由于上述雙重?fù)Q熱機(jī)制改變，使得路基整體換熱能力大幅增強(qiáng);其次，由于路堤水分的減少，也使得土體的導(dǎo)熱系數(shù)增大、導(dǎo)熱性能增強(qiáng)，使得路堤整體換熱能力從本質(zhì)上得到進(jìn)一步改善;正是兩方面的有效結(jié)合，使得該種措施的降溫效能大幅增加。
[0020]3、潛在工程病害的有效降低。
[0021]凍土路基的工程病害主要為凍脹、融沉，而產(chǎn)生該種病害的需要原因在于路基內(nèi)部水分的凍結(jié)、融化。原有通風(fēng)路基結(jié)構(gòu)中，預(yù)制混凝土管道對路堤內(nèi)部水分的封閉結(jié)構(gòu)，隔斷了路堤水分的蒸發(fā)通道。而本實(shí)用新型，對流換熱底部的透氣式結(jié)構(gòu)，使得路堤內(nèi)部的水分可以有效散發(fā)，由此有效降低路基內(nèi)部的水分含量，由此可以大幅降低凍脹、融沉的病害率。
[0022]4、工程建材成本的降低、性價比的提高。
[0023]首先，在于采用預(yù)制鋼筋混凝土材料的降低約30?40%;其次，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的鋼筋混凝土預(yù)制構(gòu)件，具有可以相互疊放優(yōu)點(diǎn)，在大幅提高單車交通運(yùn)輸量、降低運(yùn)輸成本的同時，也減少了貨物破損率。有效消除以往通風(fēng)管空心、占比空間大、運(yùn)輸成本高、破損率大諸多問題。由此有效降低工程建材成本。
[0024]5、工程建設(shè)周期的降低。
[0025]以往預(yù)制混凝土通風(fēng)管的施工中，為保證埋設(shè)通風(fēng)管的穩(wěn)定性，需要在密實(shí)后的路堤填土中，再次開挖通風(fēng)管埋設(shè)溝槽、再拼接安裝通風(fēng)管。同時也會造成通風(fēng)管與周圍土體難以緊密接觸，并影響對通風(fēng)管與周圍土體的熱傳導(dǎo)過程。而本實(shí)用新型，可以規(guī)定位置、密實(shí)后的路堤填土層上直接鋪設(shè)、拼裝通風(fēng)管，不但工藝簡化，而且建設(shè)周期縮短。
【附圖說明】
[0026]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0027]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)不意圖。
[0028]圖2為本實(shí)用新型的側(cè)視圖。
[0029]圖3為本實(shí)用新型中倒U形通風(fēng)管結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖4為本實(shí)用新型中實(shí)施例中的工程結(jié)構(gòu)三維示意圖。
[0031 ]圖中:I一路堤填土; 2—倒U形通風(fēng)管;3—頂面段;4一斜壁支撐段;5—底座段;6—半圓形凹槽。
【具體實(shí)施方式】
[0032]如圖1?4所示，全壁通風(fēng)透氣式凍土通風(fēng)路堤結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括設(shè)在路堤填土I內(nèi)的半圓形凹槽6及埋設(shè)在半圓形凹槽6上并與外界相通的倒U型通風(fēng)管2。
[0033]其中:
[0034]倒U型通風(fēng)管2與半圓形凹槽6相契合，并由連接為一體的呈半圓或拋物線狀的頂面段3、斜壁支撐段4和底座段5構(gòu)成。頂面段3的高度為5?20cm。斜壁支撐段4的高度為O?20cm，且與垂線的夾角為O?45°。
[0035]倒U型通風(fēng)管2為預(yù)制鋼筋混凝土預(yù)制件及現(xiàn)場澆注的鋼筋混凝土、混凝土、發(fā)泡混凝土中的一種。
[0036]半圓形凹槽6的深度為O?20cm。
[0037]本實(shí)用新型具體應(yīng)用實(shí)例1:
[0038]⑴在多年凍土區(qū)的天然地表，按照0.3?0.5m厚度直接分層鋪設(shè)、密實(shí)路堤填土 I，至1.5m高度。
[0039]⑵進(jìn)行場地的平整、使用振動式壓力機(jī)壓實(shí)路堤填土I的密實(shí)度至0.95。
[0040]⑶按照10cm的間距進(jìn)行通風(fēng)半圓形凹槽6的施工。使用半圓形沖擊錘、垂直路基走向、沿預(yù)先畫出的施工線進(jìn)行順序沖擊至1cm的深度。由此形成連續(xù)、平整、深度為1cm的半圓形凹槽6。
[0041]⑷采用半圓形、高度為20cm頂面段3的倒U型通風(fēng)管2。
[0042](5)由機(jī)械、或人工進(jìn)行倒U形通風(fēng)管2的鋪設(shè)、循序拼接。同時，倒U形通風(fēng)管2底部伸出路堤填土I兩側(cè)20cm。由此完成其中一條倒U形通風(fēng)管2的安裝。由此循環(huán)，完成整個施工段倒U形通風(fēng)管2的安裝。
[0043](6)按照常規(guī)施工工序，由完成整個施工段倒U形通風(fēng)管2的安裝的一頭進(jìn)行路堤填土 I的填筑和推進(jìn)。為保護(hù)倒U形通風(fēng)管2的安全，該次的填土控制厚度為50cm。然后進(jìn)行整平、和振動碾壓。然后按照常規(guī)，進(jìn)行后續(xù)的工程施工。
[0044]本實(shí)用新型具體應(yīng)用實(shí)例2:
[0045]無需進(jìn)行步驟⑶的施工。直接進(jìn)行倒U形通風(fēng)管2的安裝。然后按照常規(guī)、循序進(jìn)行后續(xù)的施工。由此進(jìn)一步提高工作效率。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.全壁通風(fēng)透氣式凍土通風(fēng)路堤結(jié)構(gòu)，其特征在于:該結(jié)構(gòu)包括設(shè)在路堤填土(I)內(nèi)的半圓形凹槽(6)及埋設(shè)在所述半圓形凹槽(6)上并與外界相通的倒U型通風(fēng)管(2)。2.如權(quán)利要求1所述的全壁通風(fēng)透氣式凍土通風(fēng)路堤結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述倒U型通風(fēng)管(2)與所述半圓形凹槽(6)相契合，并由連接為一體的呈半圓或拋物線狀的頂面段(3)、斜壁支撐段(4)和底座段(5)構(gòu)成。3.如權(quán)利要求2所述的全壁通風(fēng)透氣式凍土通風(fēng)路堤結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述頂面段(3)的高度為5?20cmo4.如權(quán)利要求2所述的全壁通風(fēng)透氣式凍土通風(fēng)路堤結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述斜壁支撐段(4)的高度為O?20cm，且與垂線的夾角為O?45°。5.如權(quán)利要求1所述的全壁通風(fēng)透氣式凍土通風(fēng)路堤結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述半圓形凹槽(6)的深度為O?20cm。
【文檔編號】E01C3/00GK205557219SQ201620215386
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年3月17日
【發(fā)明人】王新斌, 俞祁浩, 游艷輝
【申請人】中國科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所