[發明專利]主動制冷和自恢復寒區邊坡支護結構及施工方法

有效

• 申請號: 201410618035.1
• 申請日: 2014-11-06
• 公開（公告）號: CN104358265A
• 公開（公告）日: 2015-02-18
• 發明（設計）人: 董建華;董旭光;王永勝;何天虎;朱彥鵬;王冰霞;吳意謙;代濤;袁方龍;高發陽;柳珂
• 申請（專利權）人: 蘭州理工大學
• 主分類號: E02D17/20
• 分類號: E02D17/20;E02D3/11
• 代理公司: 蘭州振華專利代理有限責任公司 62102
• 代理人: 董斌

1.主動制冷和自恢復寒區邊坡支護結構，包括框架、熱錨管（5）和制冷裝置，其特征為：熱錨管（5）由熱管（6）通過螺紋與中空錨管（12）連接構成；金屬內管（7）嵌套于金屬外管（8）內，金屬內管（7）與金屬外管（8）之間兩端封閉構成中空封閉圓筒，并在封閉圓筒內充填傳熱工質（9）形成熱管（6）；制冷裝置由制冷片（14），溫控開關（15）和太陽能板（16）通過導線（17）連接構成；熱錨管（5）的冷凝段（A）安裝制冷片（14）；在熱錨管（5）上依次套錨具（18）、彈簧（19）和墊板（20），并放置于坡體洞內；在熱錨管（5）內壓力注入漿體（21），通過中空錨管（12）上的出漿孔（13）與周圍土層粘結成錨固段（C）；在坡面上施作土工格柵（22）和框架，熱錨管（5）穿越橫梁（2）和立柱（3）的交叉位置，用錨具（18）將熱錨管（5）錨固于框架上；在坡腳施設排水溝（24）；用導線（17）依次將制冷片（14），框架上的溫控開關（15）和太陽能板（16）連接。

2.根據權利要求1所述的主動制冷和自恢復寒區邊坡支護結構，其特征在于：所述熱管的金屬外管（8）的1/3左右位置帶有金屬環（10），金屬環（10）外帶有用于連接錨具（18）的外螺紋，金屬內管（7）后端帶有與中空錨管（12）連接的內螺紋；金屬外管（8）的直徑為70~90mm，長度為3.5~6.0m；金屬內管（7）長度與金屬外管（8）相等，直徑為30~40mm。

3.根據權利要求1所述的主動制冷和自恢復寒區邊坡支護結構，其特征在于：所述的中空錨管（12）前段帶有外螺紋，周圍帶有出漿孔（13），中空錨管（12）的直徑與金屬內管（7）相同，長度為1.5~3.0m。

4.根據權利要求1所述的主動制冷和自恢復寒區邊坡支護結構，其特征在于：所述的制冷片（14）為半導體制冷片，額定電壓24V，額定電流6A，可為單層或多層制冷片；太陽能板（16）電壓與制冷片（14）電壓相同，太陽能板（16）的正極與制冷片（14）的紅線連接，負極與黑線連接；所述的溫控開關（15）的感應轉換溫度設定為0°C。

5.根據權利要求1所述的主動制冷和自恢復寒區邊坡支護結構，其特征在于：所述的彈簧（19）的剛度系數為200~600N/mm，直徑取值金屬外管（8）直徑和錨具（18）外徑之間，長度為80~150mm。

6.根據權利要求1所述的主動制冷和自恢復寒區邊坡支護結構，其特征在于：所述的錨具（18）內徑與金屬環（10）相同，外徑120~150mm，且帶有與金屬環（10）相配套的螺紋。

7.主動制冷和自恢復寒區邊坡支護結構的施工方法，其特征為，其步驟為：

（1）預制熱管（6）：根據工程實際確定多年凍土凍融活動層的最大厚度，最大厚度即為熱管（6）的蒸發段（B）的長度；根據蒸發段（B）與冷凝段（A）?是2:1的關系，確定熱管（6）的總長度；在金屬外管（8）的1/3位置處焊接金屬環（10），并在金屬環（10）上車削螺紋；在金屬內管（7）的一端車削內螺紋；金屬內管（7）嵌套于金屬外管（8）內，且將金屬外管（8）與金屬內管（7）之間的兩端用實體封閉構成中空的封閉圓筒，并在封閉圓筒內充填傳熱工質（9），在冷凝段（A）上設有散熱片（11），且在金屬外管（8）和散熱片（11）的外面涂防腐層；

（2）制作中空錨管（12）：根據工程計算確定中空錨管（12）的長度；選取直徑與金屬內管（7）相同的中空桿體，在前段車削與金屬內管（7）內螺紋相配套的外螺紋，在中空桿體上按直徑為3~6mm、間距為50~80mm鉆出漿孔（13）；

（3）制作錨具（18）和彈簧（19）：制作外徑120~150mm，內徑與金屬環（10）相同的錨具（18）；制作剛度系數為200~600N/mm，長度為80~150mm的彈簧（19），直徑取在金屬外管（8）和錨具（18）外徑之間；

（4）放線及定位：首先根據工程設計用測量儀器進行放線，其次從坡頂向下開挖邊坡，之后用測量儀器定位熱錨管（5）的施設位置；

（5）施工熱錨管（5）：將熱管（6）通過螺紋與中空錨管（12）連接，構成熱錨管（5）；在凍土層中按設計角度開設孔洞，從無散熱片（11）的一端依次將錨具（18）、彈簧（19）和墊板（20）套在熱錨管（5）上，然后放置于坡體孔洞內；在熱錨管（5）內壓力注入錨固漿體（21），使其從出漿孔（13）滲出，與周圍穩定土層粘結形成錨固段（C）；

（6）施工土工格柵（22）：在坡面上鋪設土工格柵（22）；

（7）澆注壓頂冠梁（1）、橫梁（2）和立柱（3）：在第一根立柱（3）和第一排橫梁（2）的設計位置處支模，在支模而成的槽內綁扎橫梁（2）、立柱（3）的鋼筋骨架并澆筑混凝土形成框架；

（8）待橫梁（2）、立柱（3）的混凝土強度達到85%以上時對熱錨管（5）進行預應力張拉，并用錨具（18）將熱錨管（5）錨定在框架上；

（9）種植植被（23）：在橫梁（2）和立柱（3）之間的土工格柵（22）內種植植被（23）；

（10）按照第（5）、（6）、（7）、（8）、（9）步的步驟施工下一個工作面的熱錨管（5）、土工格柵（22）、橫梁（2）和立柱（3），并種植植被（23），完成各層熱錨管（5）的張拉與錨固；

（11）按照第（7）步工序施工立柱（3）至立柱（3）的底端，在立柱（3）的底端設計位置處施工橫梁（2），施工其余熱錨管（5）和土工格柵（22），并完成相應工序；

（12）在立柱（3）的底端對應位置處制作基礎樁（4）：在開設的樁孔內放入鋼筋籠，將立柱（3）的底端外伸鋼筋和基礎樁（4）內鋼筋焊接連接，澆注基礎樁（4）；

（13）在坡腳澆筑混凝土排水溝（24）；

（14）安裝制冷裝置：在施工完成熱錨管（5）的冷凝段（A）上安裝制冷片（14），將制冷片（14）的冷面與熱錨管（5）粘貼；在框架上安裝溫控開關（15）和太陽能板（16）；用導線（17）將制冷片（14）、溫控開關（15）和太陽能板（16）串聯起來；太陽能板（16）的正極與制冷片（14）的紅線連接，負極與黑線連接。