[發明專利]對流調控全壁通風透氣式凍土通風路堤

有效

• 申請號: 201610152074.6
• 申請日: 2016-03-17
• 公開（公告）號: CN107201702B
• 公開（公告）日: 2023-04-14
• 發明（設計）人: 俞祁浩;郭磊;王新斌
• 申請（專利權）人: 中國科學院西北生態環境資源研究院
• 主分類號: E01C3/00
• 分類號: E01C3/00;E02D3/115
• 代理公司: 蘭州中科華西專利代理有限公司 62002
• 代理人: 李艷華

本發明涉及一種對流調控全壁通風透氣式凍土通風路堤，該路堤包括設在路堤填土內的半圓形凹槽及埋設在所述半圓形凹槽上并與外界相通的倒U型通風管。所述倒U型通風管的一端或兩端安裝溫控風門，其上方設有保溫材料。本發明改變了以往通風管的換熱機制，大幅提高通風管路基的換熱效能，不僅通過水分的蒸發有效降低路基病害產生的條件，而且通過有效的對流換熱調控，最大程度利用了多年凍土區的冷能自然條件，在不斷降低凍土溫度的同時，有效提升凍土路基的穩定性。

技術領域

本發明涉及凍土工程技術領域，尤其涉及對流調控全壁通風透氣式凍土通風路堤。

背景技術

在我國青藏高原、東北等多年凍土區，通過長期的演化、發展和變化，形成了厚達幾米、甚至十幾米、各具形態的厚層地下冰。隨著氣候環境的變化、人類工程活動的影響，會導致凍土和地下冰退化和融化，從而導致各種工程災害的產生，對各種重大工程建筑穩定性產生重要影響。

通過保護凍土工程措施的采用，主動冷卻凍土基礎，是保證凍土工程長期安全運營、穩定的關鍵途徑，而在這些措施中，有效調控凍土工程的對流換熱過程，是保護凍土基礎重要的工程措施的一個類型。該類措施通過有效促進冬季或夜晚低溫環境條件下基礎與外界環境的換熱過程，及有效抑制暖季或白天高溫環境條件下基礎的換熱過程，由此達到冷能在路基內部的不斷存儲、凍土地溫的不斷降低、基礎穩定性不斷增強的目的。

通風路基是多年凍土區保護凍土重要工程措施中的一種。但是，由于結構型式的不同、通風管管壁換熱性能的不同都會對路基的整體換熱效能產生重要影響。由此，也就成為諸多技術關注和研發的重點。

《凍土工程中用的透壁式通風管》（葛修潤，02139009.6），雖然通風管管壁有大量通風孔洞，空氣可以直接與通風管周圍的土質直接進行熱量交換，但是較小的孔洞、通風管內較小的空氣流速，難以發揮對流換熱作用。相反，由于空氣導熱系數僅為0.027W/m·K，孔內滯留的空氣層反倒起到隔熱作用，反倒降低了通風管的對流換熱作用。

《一種通風塊石層寬幅路基結構》（房建宏，201420799258.8），受到有限空間的塊石空氣通透率的限制，塊石層內的空氣流動過程、對流換熱都受到很大限制，難以有效進行路基的降溫。

另外，由于青藏高原極端惡劣自然環境，使得施工現場難以進行通風管的混凝土預制生產。而在海拔較低的地區生產的通風管，由于主要為占據體積的空心構件，使得每車的運量受到很大限制，由此在很大程度增加工程建設成本。

面對國家“十三五”戰略規劃的出臺，青藏高速公路即將面臨修筑，但是，高速公路與普通公路相比，普通公路與鐵路相比凍土問題都更為突出。已有研究表明（俞祁浩等.?我國多年凍土區高速公路修筑關鍵問題研究.?中國科學（技術科學），2014，44（4）:?425?~432），由于黑色路面的強烈吸熱、瀝青路面隔水和阻止水分蒸發散熱的影響，使得相同條件下公路路基的吸熱強度是鐵路的3?倍多，且路基吸熱的主要途徑主要集中在路堤的中心部位，并難以向周圍凍土散熱。而高速公路與普通公路相比，更加劇了該現象的出現。當公路路基寬度增加約1?倍時，路堤底面的吸熱強度增加約0.6?倍，路基吸熱進一步聚集在路基的中心部位，由此產生更加明顯的“聚熱效應”，并導致凍土更加快速的退化。面對更高的技術標準、更寬的公路路面，高速公路與凍土之間的熱作用更加顯著，在多年凍土區修筑高速公路將會面對更為突出的凍土問題和修筑技術難題。由于傳熱途徑、強度等方面的根本改變，通過青藏鐵路等獲得的成功經驗、先進技術難以在青藏高速公路建設中直接應用。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種增強凍土路基對流換熱效能的對流調控全壁通風透氣式凍土通風路堤。

為解決上述問題，本發明所述的對流調控全壁通風透氣式凍土通風路堤，其特征在于：該路堤包括設在路堤填土內的半圓形凹槽及埋設在所述半圓形凹槽上并與外界相通的倒U型通風管；所述倒U型通風管的一端或兩端安裝溫控風門，其上方設有保溫材料。

所述倒U型通風管距離原天然地表的高度為0.5~2m。