用于冷卻20m以上大尺度凍土路基的阻熱導冷結構的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于冷卻20m以上大尺度凍土路基的阻熱導冷結構。在高速公路的大尺度路基條件下，路基總寬度達到20m以上，現有多年凍土處置措施如片塊石路基、通風管路基等在使用過程中都存在著各自的局限性。本發(fā)明自下而上依次鋪設有填土路基、阻熱導冷結構板和路面結構層；阻熱導冷結構板為保溫材料板，內部布設有豎向的導冷管，導冷管高度與阻熱導冷結構板厚度相同，保溫材料頂部有散熱板，底部有吸熱板，起到擴大吸、散熱面積的作用；阻熱導冷結構板為單元板，板與板之間通過搭接方式布設。本阻熱導冷結構能夠有效的增加進入路基體內的冷量，且冷量的分布范圍更均勻、作用效果更明顯，從而達到保護路基下多年凍土的作用。
【專利說明】用于冷卻20m以上大尺度凍土路基的阻熱導冷結構

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于交通建設【技術領域】，具體涉及一種用于冷卻20m以上大尺度凍土路基的阻熱導冷結構。

【背景技術】
[0002]2004年I月國務院通過的國家高速公路網規(guī)劃，已經將北京一拉薩高速公路(簡稱京藏高速公路)作為唯一的進藏高速公路納入國家“7918高速公路網”，并位列7條首都放射線之一。2013年6月新發(fā)布的國家公路網規(guī)劃的“71118”高速公路網總規(guī)模11.8萬km，其中京藏高速公路的最后建設路段格爾木至拉薩段(簡稱青藏高速)已納入十二五后期建設規(guī)劃。因此，青藏高速公路將成為未來青藏高原乃至國家重大交通基礎設施建設中的主要任務。
[0003]青藏高速公路作為青藏兩省區(qū)的“脊柱”工程，其建設對保障國家安全，維護領土完整，提高應急保障能力，促進西藏民族團結進步，實現西藏與內地同步進入小康具有重要的戰(zhàn)略意義。然而由于青藏高原特殊的地理、氣候條件以及沿線分布了超過550km的多年凍土區(qū)，使得青藏高速仍然面臨著能否建設和如何建設的難題，其建設難度是以往青藏公路工程內其他任何一項工程所無法類比的。
[0004]高速公路寬幅路基較以往的普通二級公路，最大的區(qū)別在于路基寬度增大，導致瀝青混凝土路面寬度隨之增加，以往研宄表明，高速公路在路面寬度較普通公路增加I倍時，底面年平均熱流量增加60%，且增加的熱流主要集中在路堤面的中心部位，并產生“聚熱效應”，導致多年凍土的退化速度加快0.6倍，這種關系不會因路堤高度增加而減弱，在多年凍土地區(qū)修建高速公路，將會面臨更嚴峻的挑戰(zhàn)，在工程建設中必須充分重視。我國“公路工程技術標準”對公路路基橫斷面設計有著十分明確的要求。對于整體式路基橫斷面，路基總寬度在24.5?26.0m之間，對于分離式路基，單幅路基寬度為13.0m。
[0005]通過調控對流、輻射或傳導和綜合調控來冷卻地基。是目前多年凍土區(qū)公路常用的方法，其中調控對流方法的工程措施包括塊石基底路基、塊(碎)石護坡路基和管道通風路基等，調控輻射方法的工程措施包括遮陽棚、遮陽板路基，調控傳導方法的工程措施包括熱棒路基、吸水硅藻土護坡或熱半導體材料路基等，綜合調控的方法如旱橋等，這些研宄成果主要是在公路路基寬度僅為1m的條件下完成的，主要應用在青藏公路、青康公路等二級公路以及青藏鐵路等窄斷面道路上。
[0006]對高速公路由于路基結構與尺度的不同，“熱侵蝕”更為嚴重。目前多年凍土地區(qū)已有保護凍土路基穩(wěn)定工程技術主要采用的有以下幾種:
片塊石路基在多年凍土區(qū)二級及以下公路路基下使用狀況相對良好，取得了一系列的研宄成果。但是在大尺度路基條件下，路面寬度大幅增加，在保持塊石層合理厚度的前提下，路堤中間區(qū)域將很難出現自然對流，對土體發(fā)揮降溫作用也將減弱。而且片塊石路基片塊石層的壓實度、孔隙率等控制指標在施工中如何控制和檢測都是尚未解決的難題。
[0007]目前國內外應用的通風管路基都集中在二級及以下低等級公路上，在高速寬幅路基中還未開展，通風管路基在高速公路寬幅路基中的適用性還有待研宄。在高速公路中，由于路基寬幅大幅度增加，路基內通風管長度增加，管內空氣的對流作用將減弱，通風管的主動降溫功能將受到影響。且在暖季由于通風管長度，對流作用減弱，熱空氣進入后很難排除，造成路基吸熱量增加。因此對高速公路寬幅路基中通風管路基的降溫效能及寬幅路基下通風管孔徑等設計參數的改進和研宄還有大量的工作需要開展。
[0008]熱棒+XPS板復合路基在暖季可以發(fā)揮保溫板隔熱的作用，在冷季可以發(fā)揮熱棒主動冷卻的作用，達到暖季隔熱、冷季持續(xù)輸入冷量的綜合效果。但是，在寬幅路基條件下，暖季保溫板只能阻止一定熱量輸入，剩余的熱量仍不斷向路基下傳輸，冷季雖然熱棒不斷的將空氣中的冷量帶入路基以冷卻路基，但是由于熱棒的作用影響半徑，熱棒只能對熱棒周圍一定范圍內的土體產生影響，而對離熱棒較遠位置特別是路中處的路基影響較小。這樣，路基在暖季不斷積攢熱量，冷季冷量輸入不夠、且分布不均勻的影響下，必然會產生嚴重的病害。
[0009]因此，針對高速公路的大尺度路基條件，以及現有多年凍土處置措施的局限性，提出本發(fā)明。


【發(fā)明內容】

[0010]本發(fā)明的目的是提供一種用于冷卻20m以上大尺度凍土路基的阻熱導冷結構，兼具隔熱和導冷的作用，使路基各部位均可產生隔熱與吸冷的綜合效果。
[0011]本發(fā)明所采用的技術方案是:
用于冷卻20m以上大尺度凍土路基的阻熱導冷結構，其特征在于:
自下而上依次鋪設有填土路基和路面結構層；
填土路基之上、路面結構層之下布設有阻熱導冷結構板，阻熱導冷結構板為保溫材料板，內部布設有眾多豎向的導冷管，導冷管高度與阻熱導冷結構板厚度相同；
阻熱導冷結構板上頂面有散熱板，下底面有吸熱板。
[0012]阻熱導冷結構板內部的導冷管各排對齊或錯開均勻布置，亦或是呈Z字形布置。
[0013]阻熱導冷結構板為單元板，板與板之間通過搭接方式布設。
[0014]本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
本發(fā)明結構簡單，成本低廉，經濟實用。本發(fā)明為預制成品，強度高、整體性好，施工現場只需對板下路基按要求壓實，即可將本阻熱導冷結構鋪設于路基上，板與板之間采用搭接結構，沿路基縱向及橫向依次鋪設。
[0015]阻熱導冷板以工業(yè)隔熱材料為基礎材料，起到隔熱的作用。每塊板上均布設有導冷管，板的頂部布設一層散熱板，板的底部布設一層吸熱板。當阻熱導冷結構頂部溫度低于底部溫度時，路基體內熱量通過吸熱板進入導冷管內，導冷管再通過散熱板，將熱量傳遞到阻熱導冷結構的頂部，向路基外擴散，達到冷卻路基的目的。
[0016]在本發(fā)明鋪設范圍內可以做到暖季減少進入路基的熱量、冷季增加進入路基的冷量，達到主動降溫和被動保護相結合。對于多年凍土區(qū)路基來說，本阻熱導冷結構能夠有效的增加進入路基體內的冷量，且冷量的分布范圍更均勻、作用效果更明顯，從而達到保護路基下多年凍土的作用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明結構圖。
[0018]圖2為阻熱導冷結構板側視圖。
[0019]圖3為導冷管各排錯開均勻布置(梅花型)圖。
[0020]圖4為導冷管呈Z字形布置圖。
[0021]圖5為導冷管各排對齊均勻布置圖。
[0022]圖6為導冷管側視圖。
[0023]圖中，1-阻熱導冷結構板，2-路面結構層，3-路基填土，4-保溫材料，5-導冷管，6-散熱端，7-吸熱端，8-吸熱板，9-散熱板，10-工質。

【具體實施方式】
[0024]下面結合【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細的說明。
[0025]本發(fā)明涉及的一種用于冷卻20m以上大尺度凍土路基的阻熱導冷結構，在路基中均勻分布暖季可隔熱、冷季可導冷的阻熱導冷結構。在路基中布設保溫材料，通過保溫材料增加路基的熱阻，以達到在暖季隔熱的效果；同時，在每塊保溫材料中，布設有導冷管，板的頂部布設一層散熱板，板的底部布設一層吸熱板。導冷管的吸熱端與吸熱板相連，散熱端與散熱板相連。
[0026]暖季時，由于瀝青路面吸熱量較大，且外部整體溫度較高，保溫板頂部溫度高于底部溫度，保溫板起到隔熱的作用，保溫板內導冷管也不工作；冷季時，路面吸熱量減少，且外界空氣溫度較低，保溫板起到隔冷作用，但由于保溫板底溫度高于板頂溫度，導冷管開始工作，通過保溫板底部的吸熱板，將路基體內的熱量吸收后傳遞到導冷管頂部的散熱板，熱量在板頂部受到外界冷空氣的作用，不斷向空氣散發(fā)。在保溫板隔冷、導冷管不斷的將保溫板底熱量帶出，并向空氣散發(fā)的過程中，該保溫結構達到了暖季隔熱、冷季導冷的阻熱導冷結構。
[0027]導冷管底部為吸熱端，頂部為散熱端，內置受熱易揮發(fā)，受冷后易冷凝的工質，在導冷管上下部溫差及重力的作用下，完成路基內熱量與外界冷量的交換。一塊阻熱導冷結構內可根據需要布設若干根導冷管，根據冷量需求可布設為梅花形、Z字形等形狀，導冷管底部與吸熱板相接，可以增大吸熱面積，頂部與散熱板相接，可以增加散熱面積，達到本發(fā)明鋪設范圍內同時導冷的作用。
[0028]具體結構是:
自下而上依次鋪設有填土路基3和路面結構層2。填土路基3之上、路面結構層2之下布設有阻熱導冷結構板1，阻熱導冷結構板I為保溫材料板，保溫材料為XPS板等工業(yè)泡沫塑料，具有較高的抗壓強度，保溫材料作為阻熱導冷結構的主體材料，橫向鋪設于路基體內。內部根據制冷量需求，可采用多種布設方式，布設豎向的導冷管5，導冷管5高度與單向導熱板I厚度相同。保溫材料頂部有散熱板9，底部有吸熱板8。
[0029]根據冷量需求，在每塊保溫材料內預先埋設若干根導冷管5，導冷管5與保溫材料一次成型后，上下頂面加入散熱板9和吸熱板8，形成一個整體的阻熱導冷結構。導冷管5下部為吸熱端7，起到吸收板底熱量的作用；上部為散熱端6，起到發(fā)散蒸發(fā)端吸收的熱量到空氣中，從而達到冷卻保溫板底路基溫度的作用。阻熱導冷結構板I為單元板，板與板之間通過搭接方式布設。在阻熱導冷板I鋪設范圍內，可以做到暖季發(fā)揮保溫板隔熱的作用，冷季可以發(fā)揮熱棒主動冷卻的作用，達到暖季阻熱、冷季持續(xù)輸入冷量的單向導熱功能。
[0030]本發(fā)明的內容不限于實施例所列舉，本領域普通技術人員通過閱讀本發(fā)明說明書而對本發(fā)明技術方案采取的任何等效的變換，均為本發(fā)明的權利要求所涵蓋。
【權利要求】
1.用于冷卻20m以上大尺度凍土路基的阻熱導冷結構，其特征在于: 自下而上依次鋪設有填土路基(3)和路面結構層(2); 填土路基(3)之上、路面結構層(2)之下布設有阻熱導冷結構板(1)，阻熱導冷結構板(O為保溫材料板，內部布設有眾多豎向的導冷管(5)，導冷管(5)高度與阻熱導冷結構板(I)厚度相同； 阻熱導冷結構板(I)上頂面有散熱板(9)，下底面有吸熱板(8)。
2.根據權利要求1所述的用于冷卻20m以上大尺度凍土路基的阻熱導冷結構，其特征在于: 阻熱導冷結構板(I)內部的導冷管(5)各排對齊或錯開均勻布置，亦或是呈Z字形布置。
3.根據權利要求2所述的用于冷卻20m以上大尺度凍土路基的阻熱導冷結構，其特征在于: 阻熱導冷結構板(I)為單元板，板與板之間通過搭接方式布設。
【文檔編號】E01C3/00GK104480821SQ201410758866
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月12日 優(yōu)先權日:2014年12月12日
【發(fā)明者】汪雙杰, 陳建兵, 朱東鵬, 符進, 李金平, 董元宏, 金龍, 穆柯 申請人:中交第一公路勘察設計研究院有限公司