[發明專利]一種熱管-塊碎石護坡降溫隔熱復合路基在寬幅道路中的應用

有效

• 申請號: 200910020926.6
• 申請日: 2009-01-09
• 公開（公告）號: CN101481899A
• 公開（公告）日: 2009-07-15
• 發明（設計）人: 賴遠明;董元宏;郭宏新;張明義
• 申請（專利權）人: 中國科學院寒區旱區環境與工程研究所
• 主分類號: E01C3/06
• 分類號: E01C3/06;F28D15/02
• 代理公司: 蘭州中科華西專利代理有限公司
• 代理人: 馬正良

技術領域

本發明涉及一種道路結構形式，尤其是一種應用于高溫多年凍土區寬幅高等級公路的路基結構形式，它可有效地降低高等級公路路基下部凍土溫度，抬升凍土上限，確保凍土路基的長期穩定性。

背景技術

凍土是指具有負溫和含冰的土體和巖石，按生存時間主要分為多年凍土和季節凍土。我國多年凍土面積約占國土面積的22.4％，是世界第三凍土大國。凍土中由于冰以及未凍水的存在，其性質極復雜且對溫度極為敏感。由于道路工程施工以及全球氣溫變暖，都會引起凍土的升溫，給路基帶來融沉病害，嚴重危害多年凍土區道路的穩定性。

青藏鐵路的建成及順利運行帶來了良好的經濟社會效益。為了促進西藏地區經濟社會的進一步發展，加快青藏高原和周邊地區的經濟建設，在西藏地區修建高等級公路就顯得十分必要。西藏地區大部分為多年凍土區，在多年凍土區修建高等級公路一個至為關鍵的問題——是在全球變暖的大背景下，如何維護多年凍土區寬幅高等級道路路基的穩定性。比如：現有的路基大部分適用于低溫凍土區、路基幅面較窄、路面形式采用吸熱量較小的砂礫路面等。對于修建于高溫凍土區寬幅高等級道路，現有的適用條件和技術都發生了改變。寬幅高等級道路的路基幅面寬度增大、采用吸熱量較大的瀝青路面，相關研究指出，在相同氣溫條件下，瀝青路面的溫度比砂礫路面高出2～3℃，容易造成路面的下陷、坍塌。基于這些考慮，就需要尋求新的措施來保護多年凍土區寬幅高等級道路的下伏多年凍土，確保寒區道路的穩定和暢通。

為了解決好凍土問題，確保多年凍土區道路的安全穩定，孫志忠等(孫志忠，馬巍，李東慶.凍土區塊石護坡路基調溫效果試驗研究.巖土力學，2006，27(11)：2001-2004)通過對青藏鐵路塊石護坡路基的調溫效果的分析發現：塊碎石護坡路基對下部凍土具有一定的冷卻降溫作用，但路基中部土體溫度明顯高于路基坡腳，這種溫度場的不均衡將會造成路基的縱向開裂。為充分發揮碎石護坡的冷卻降溫作用，張明義等(張明義，李雙洋，高志華，張淑娟.青藏鐵路拋石護坡和保溫材料復合路基溫度場特征非線性分析.冰川凍土，2007，29(2)：306-314)對塊碎石護坡路基進行了改進，利用保溫材料的隔熱性能，在靠近路基頂部處增設了保溫材料。其研究結果發現，由于保溫材料減少了自路基頂部導入的凈熱量，塊碎石護坡便可有效消除路基內相對較少的過余熱量，充分發揮對流降溫作用，從而使下部凍土得到有效保護，確保路基的長期穩定性。然而在當今全球氣候變暖的條件下，在多年凍土區，尤其在高溫多年凍土區，對于路面溫度較高、路基寬度較大的高等級道路而言，路基內儲存著更多的熱量，以上工程措施的冷卻降溫效率將不足以降低寬幅高等級道路路基及下伏土體的溫度，如果將以上工程措施應用于寬幅高等級道路，其路基穩定性將難以得到保證。

發明內容

為了有效降低多年凍土區高等級道路路基內的溫度，維護路基的長期穩定，本發明的目的提供一種熱管-塊碎石護坡降溫隔熱復合路基。該路基結構充分利用了熱管與塊碎石護坡的“熱半導體”效應以及保溫層的隔熱保溫特性，采用L型熱管，降低高等級道路路基下部凍土溫度，抬升多年凍土上限，確保寬幅高等級道路路基的多年穩定。

本發明的另一目的提供一種熱管-塊碎石護坡降溫隔熱復合路基在寬幅高等級道路中的應用。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種熱管-塊碎石護坡降溫隔熱復合路基，由L型熱管、塊碎石護坡、保溫層和路基填土構成，塊碎石護坡鋪在路基兩側邊坡，直至天然地表；L型熱管的蒸發段埋入路基填土中，L型熱管在路基縱向的間距≤2.0m。管內的工質為氨或氮；冷凝段自塊碎石護坡延伸至路基外；保溫層埋設在路面以下的路基填土中。

上述的L型熱管由蒸發段和冷凝段組成，管外徑為5～12cm；熱管蒸發段完全埋置位于路基內，冷凝段下半部分位于塊碎石護坡內，上半部分位于路基外。

上述的L型熱管的蒸發段長度介于1.5m～12.5m之間，冷凝段長度為1.0m～3.0m，蒸發段和冷凝段之間的夾角α為100°～160°。