[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

技術領域

本發明屬于寒區邊坡支護技術領域，具體涉及一種主動制冷和自恢復寒區邊坡支護結構及施工方法，特別適用于多年凍土地區的公路、鐵路邊坡和天然邊坡的支護工程。

背景技術

隨著經濟建設的快速發展，各式各樣的寒區工程相繼修建，工程建設產生了大量新邊坡。新邊坡的出現，不可避免地破壞了原有地表植被、水流路徑等，造成地表換熱條件改變，施工完成后土坡面的吸熱面積和吸熱量顯著增加，原有凍土的熱量平衡遭到破壞，總體熱量吸入大于熱量支出，凍融活動層溫度升高，凍土上限下降，影響凍土邊坡的穩定性，而凍土邊坡穩定性對線路長期安全運營具有潛在的威脅。因此，必須對其進行工程治理。普通的治理措施是換填凍融層土體，坡面增設隔熱保溫層和非寒區的錨噴支護措施，由于凍土含冰率高和溫度敏感性特點，并且隨著全球氣候的變暖，熱融量增多，換填法工程量巨大，隔熱保溫穩固措施不可靠，且影響地表植被種植面積，荒漠化程度逐漸上升，普通錨噴支護結構不能降低凍土上限的下降，且遭受強烈凍脹支護結構容易破壞。

針對現有工程措施無法根治凍土邊坡凍融滑塌的缺陷，申請號：201310484351.X的專利提出了一種防治寒區邊坡凍融滑塌的框架熱錨管結構。該結構的主要特點：一方面是熱錨管能夠主動降低周圍融化凍土的溫度，使其處于凍結狀態，減少熱融滑塌量；另一方面是熱錨管與框架結合對邊坡進行支護。通過主動冷卻與被動支護相結合的措施，為凍土邊坡的凍融滑塌治理問題提供了新方法，并取得了良好的治理效果。然而該結構也存在明顯的缺陷，在夏季，外界環境溫度高于坡體溫度，熱錨管中的制冷劑蒸汽不能在冷凝段得到冷卻，熱錨管的主動冷卻工作幾乎停止，當坡體內冬季儲存在的冷量被消耗殆盡，凍融活動層土體不能被降溫冷卻，土體強度降低，框架熱錨管支護結構承受的外荷載增大，往往造成邊坡熱融滑塌失穩；更為嚴重的是在夏季日照強烈溫度較高時，由于熱錨管金屬壁自身導熱，還會將部分熱量傳到凍土里，加劇邊坡凍土的融化。冬季凍融活動層凍脹作用強烈，使錨具固定約束的框架受到巨大的凍脹力，造成框架結構破壞；熱錨管需要專門工廠制作，由于熱錨管長度較長，為廠家制作和長途運輸到工地帶來不便，使得工程造價居高不下。除此之外，護面僅靠植被和拋石穩固熱融土體的能力較弱。

發明內容

針對上述現有支護技術的缺點和基于保護凍土良好發育的原則，本發明的目的是提供一種主動制冷和自恢復寒區邊坡支護結構及施工方法，解決目前支護結構冷卻效果差，減輕凍脹對支護結構的危害，坡面植被覆蓋率低的缺點，進一步提高寒區邊坡的穩定性。

本發明是主動制冷和自恢復寒區邊坡支護結構及施工方法，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，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。

主動制冷和自恢復寒區邊坡支護結構的施工方法，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；