專利名稱：保護凍土隔熱降溫裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種在多年凍土地區(qū)進行工程建筑中，有效地保護工程建筑下部(尤其是指鐵路路基或公路路基)多年凍土穩(wěn)定性的隔熱降溫組合裝置。
背景技術：
我國是凍土大國，多年凍土區(qū)和季節(jié)凍土區(qū)約占國土面積的70％。由于氣候、環(huán)境的變遷，該區(qū)域的自然生態(tài)環(huán)境、多年凍土環(huán)境均處于平衡與非平衡的邊緣狀態(tài)下，造就了可稱為脆弱的寒冷環(huán)境。人類活動極易誘發(fā)凍土環(huán)境的變化，工程建筑更使這個脆弱的寒冷環(huán)境產生的變化尤為劇烈。目前我國興建的青藏鐵路穿越600多公里的多年凍土區(qū)，勢必發(fā)生地溫升高、路基沉降、變形現象。為了確保工程質量，路基的長期穩(wěn)定，列車的安全運營，應對全球氣候變暖的趨勢，科技工作者圍繞青藏鐵路國家重大工程項目，參閱俄羅斯凍土科學家將通風管垂直于路基走向埋設填土底部的試驗研究(J FNixon.Geothermal aspects of ventilated pad design.Proceedings of the ThirdInternational Conference on Permafrost.1978，Edmonton，Alberta，Canada841-846)，以及盛煜、張魯新、楊成松等在《保溫處理措施在多年凍土區(qū)道路工程中的應用》(冰川凍土，2002，24(5)618-622)記載保護多年凍土的工程措施是在路基內加鋪一層保溫材料的報道，結合青藏高原多年凍土的實際，對保護凍土措施、冷卻地基的方法進行了積極的探索。改變以往在凍土區(qū)路基、基礎等常用的以增加熱阻為手段的消極保護凍土原則，制定了以“冷卻路基”為手段的積極保護凍土原則。申請的國家自然科學基金項目，中科院“西部之光——凍土工程中保護凍土溫控關鍵技術研究”、中科院知識創(chuàng)新工程的重大項目“青藏鐵路工程與多年凍土相互作用及其環(huán)境效應”就是針對上述問題開展的專題研究。在研究中完成了“自動溫控通風裝置”和“液壓式自動溫控通風裝置”專利申請(專利號03114640.6，03114641.4)。
發(fā)明內容
本實用新型的目的基于上述思路和開展的研究工作，提供一種保護凍土隔熱降溫裝置。通過組合結構的自動溫控裝置，控制路基內部土體僅與外界的低溫氣流進行熱量交換，設置在垂直路基走向的通風管之間或上部的保溫材料可以阻隔外界熱量侵入。依此有效地保存路基下部的冷能，維持多年凍土的熱平衡和穩(wěn)定。
本實用新型的目的可通過以下技術方案來達到一種保護凍土隔熱降溫裝置，是由自動溫控通風裝置、通風管、保溫材料組成。通風管垂直于路基走向并埋設在路堤填土一定深度的位置，其端部安裝自動溫控通風裝置，保溫材料設置在通風路基通風管之間、或整個通風管的上部。
所謂的保溫材料至少為聚苯乙烯(EPS)、聚氨酯(PU)、泡沫玻璃、注塑聚苯乙烯(XPS)中的一種。
本實用新型的優(yōu)點和有效效果是1、安裝在通風管端部的自動溫控通風裝置，具有容許相對低溫氣流的流動，而阻止高溫氣流流動的功能，即在環(huán)境氣溫低于0℃時，自動打開風門，通過通風管進行內部工作與外界氣流的對流傳熱，當環(huán)境氣溫高于0℃的季節(jié)時，自動關閉風門阻止路堤和基礎內部土體與氣流的熱量交換，阻止熱量的傳入，從而保護路基底部的凍土的穩(wěn)定性；2、在通風管之間或整個上部鋪設一層保溫材料。從整個路基底部的降溫效能來看，自控通風路基降溫相對通風路基得到了很大的改善。由于太陽輻射，路堤填土的導熱系數相對較高，依然有較為強烈的熱流會通過通風管之間的土體向下部多年凍土傳導，對其效能產生很大影響。本實用新型通過在通風管之間，或在通風管的上部鋪設保溫材料，克服低溫熱量的放出，高溫熱量的傳導，就可以大大地消減這種熱傳導作用，提高整體的降溫效能；3、本實用新型將自動溫控通風路基與保溫材料的有機結合，充分利用兩者的突出優(yōu)點，通過對自然界冷能的采用、儲藏，達到對路基的最大降溫效果，有效地解決脆弱寒區(qū)凍土與人類工程活動之間的突出矛盾，滿足了工程建筑在高溫、高含冰量凍土區(qū)域工程穩(wěn)定性的特殊需要；4、通過對路基內部熱流量的計算，和設在通風管之間的保溫材料的測試，可以減少通過通風管平面進入下部土體的熱量約80％。通過試驗比較，綜合其它因素的影響，裝有本裝置的復合溫控路基比通風管路基在一年的完整循環(huán)周期中，提高降溫效能約3-4倍；5、由于本實用新型在青藏鐵路工程中的實施，使工程建筑基礎中冷能的不斷積累，多年凍土可以維持在一個較低、穩(wěn)定的溫度場中，有效避免常見工程措施實施后的地溫升溫現象，以及由此造成的路基沉降變形，使基礎的工程穩(wěn)定性得以建立在較高的水平上。同時由于人為多年凍土上限的提高，避免了季節(jié)活動層的凍融循環(huán)所帶來的凍脹、融沉對工程穩(wěn)定性的影響；6、在節(jié)省工程投資方面，本實用新型的工程費用約為拋石路基的1/2-1/3，與青藏公路熱棒試驗段的工程措施的投入產出來看，復合溫控路基的性能與造價要明顯高于其它工程措施；7、在應用范圍方面，由于儲冷作用機理，除了在高含冰量多年凍土區(qū)之外，在高溫多年凍土，島狀多年凍土等環(huán)境溫度較高地區(qū)本實用新型的技術方案均可應用。
圖1是本實用新型保溫材料設置在通風管路基通風管之間的示意圖圖2是本實用新型斷面示意圖圖3是本實用新型自動溫控通風裝置示意圖具體實施方式
下面，結合附圖，將對本實用新型再作進一步詳述實施例1，一種保護凍土隔熱降溫裝置，是由自動溫控通風裝置1(自制，已申請中國專利)、水泥通風管2、聚苯乙烯(EPS)板組成。通風管2垂直于路基走向并埋設在路堤填土的底部，通風管2之間的距離為2倍的管徑，其端部安裝自動溫控通風裝置，聚苯乙烯(EPS)板設置在通風路基通風管2的上部，用土石覆蓋。
當外界氣溫低于0℃時，自動溫控通風裝置1的風門4自動張開，促使路堤和基礎內部土體產生的放熱，通過通風管2與外界冷空氣進行對流交換；當外界氣溫高于0℃時，自動溫控通風裝置1的風門4自動閉開，阻止外界熱量的傳入。
通過自動溫控通風路基與聚苯乙烯(EPS)板的有機結合，克服低溫熱量的放出，高溫熱量的傳導，實現對冷能的采用、儲藏，保證了多年凍土的穩(wěn)定性，滿足了青藏鐵路對路基建設的技術要求。
實施例2，聚氨脂(PO)板鋪設在通風管2之間，其隔熱降溫效果與實施例1相同。
權利要求1.一種保護凍土隔熱降溫裝置，是由自動溫控通風裝置(1)、通風管(2)、保溫材料(3)組成，其特征在于通風管(2)垂直于路基走向并埋設在路堤填土一定深度的位置處，其端部安裝自動溫控通風裝置(1)，保溫材料(3)設置在通風路基通風管(2)之間/或整個通風管(2)的上部。
2.根據權利要求1所述的一種保護凍土隔熱降溫裝置，其特征在于所述的保溫材料(3)至少為聚苯乙烯(EPS)、聚氨酯(PU)、泡沫玻璃、注塑聚苯乙烯(XPS)中的一種。
專利摘要本實用新型涉及一種在多年凍土地區(qū)進行工程建筑中，有效保護工程建筑下部多年凍土穩(wěn)定性的隔熱降溫組合裝置，其結構為通風管垂直于路基走向并埋設在路堤填土一定深度的位置處，其端部安裝自動溫控通風裝置，保溫材料設置在通風路基通風管之間或整個通風管的上部。通過自動溫控系統控制路基內部土體僅與外界的低溫氣流進行熱量交換，設置在通風管之間或上部的保溫材料可以阻隔外界熱量侵入，有效保存其下部的冷能。由此可以維持多年凍土的熱量收支平衡，保證多年凍土的穩(wěn)定，有效避免季節(jié)活動層的凍融循環(huán)所帶來的凍脹、融沉對工程穩(wěn)定性的影響。這種新型工程措施結合利用自然冷能的思路，具有效能突出、降溫效果明顯、工程施工可行、造價相對低廉、應用環(huán)境寬余等諸多優(yōu)點。
文檔編號E02D27/35GK2679247SQ200420041458
公開日2005年2月16日 申請日期2004年1月8日 優(yōu)先權日2004年1月8日
發(fā)明者俞祁浩, 程國棟, 牛富俊, 鄧友生 申請人:中國科學院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所