[實用新型]一種提高并保護土體溫度的蓋層結構

有效

• 申請號: 201822110487.5
• 申請日: 2018-12-17
• 公開（公告）號: CN209412802U
• 公開（公告）日: 2019-09-20
• 發明（設計）人: 俞祁浩;郭緒元;王新斌;張東明;郭磊;張超鋒;施召云;張登平;張帥
• 申請（專利權）人: 中國科學院寒區旱區環境與工程研究所;雅礱江流域水電開發有限公司
• 主分類號: E02D3/00
• 分類號: E02D3/00
• 代理公司: 蘭州中科華西專利代理有限公司 62002
• 代理人: 曹向東

本實用新型涉及一種提高并保護土體溫度的蓋層結構，該蓋層結構包括透光保溫層（1）和設在其底面的透光單面反射層（2）；所述透光保溫層（1）內部具有多層隔室，隔室內部充滿空氣；所述透光單面反射層（2）從上向下透光、從下向上反光。本實用新型創造性提出了加熱和保溫相結合的復合結構，充分利用白天太陽輻射進行土體加溫，同時被加熱的熱量能夠有效保存到土體中，由此使得土體快速升溫且最終維持在一個較高水平，進而實現較好的土體防凍效果；同時其利用自然條件、無需動力能源，實施方便，適用于大范圍場地和偏遠山區。

技術領域

本實用新型涉及凍土地區工程建設技術領域，尤其涉及一種提高并保護土體溫度的蓋層結構。

背景技術

凍土是指具有負溫和含冰的土體和巖石，一般可分為短時凍土（數小時/數日以至半月）、季節凍土（半月至數月）以及多年凍土（又稱永久凍土，持續二年或二年以上）。我國多年凍土分布面積約215萬平方公里，約占國土面積的22%，占世界第三位，主要分布在青藏高原，東北大、小興安嶺和天山、阿爾泰山等地區。在冬季氣溫低于0℃的地區，基本都存在短時凍土、季節凍土的發育，基本占到國土面積的70%。

凍土中水分凍結成冰會引起土體體積膨脹，而且凍土的強度較未凍土強度增大很多。當溫度升高時，凍土融化形成融土，此時土體體積縮小，強度也會降低，滲透性增加。在季節凍土區，冷季、或環境溫度低于0℃時土層由于溫度降到零度以下而發生凍結；暖季、或環境溫度高于0℃時土層升至零度以上而融化，這種物理作用就是凍融作用。由于季節凍土分布范圍較廣，使得近年來隨著西部大開發的積極推進，圍繞能源、交通、水利等有關的寒區重大工程正逐步在西部山區和高原寒區實施。在這些工程施工建設過程中，不可避免地會遇到土體的凍融問題。

其中，在季節凍土區水利建設中土體的凍融問題尤為突出，當所建設的水電站是土心墻堆石壩時，由于土心墻是采用土體夯實而成，作用在于防滲，其施工質量直接關系大壩安危和安全運營，其中土體的密實度是重要控制指標之一。在冬季施工中，（1）由于填筑土體的凍結和強度的急劇增高，土體難以密實、難以達到要求；（2）被密實的土體由于凍脹作用，體積會發生膨脹、密實度下降也達不到施工質量要求；（3）凍融作用、水分遷移會在土體中形成冰夾層等凍融結構，改變已有土體結構，會對土體滲透性產生重要影響；（4）已有研究結果表明，即使松散土體，在反復凍融作用下，由于微細觀結構的改變，土體的滲透性、力學特性也會發生不同程度的改變。因此，可以看到，在工程冬季施工過程中，土體的防止凍結是工程建設面對的重要凍土問題。在季節凍土和多年凍土區，工程施工中保證土體在填筑前、后不發生凍結對于確保工程質量、縮短工程周期、降低工程造價具有重要的意義和現實需要。

目前，寒區工程中維持土體溫度的方法主要有被動保溫和主動加熱兩種途徑，其中，被動保溫方法主要有以下三種：地面耕松耙平防凍法、覆雪防凍法以及保溫材料覆蓋防凍法。由于前兩種受地形和氣候條件影響，使用受到極大限制，因此在通常施工中運用最多的是保溫材料覆蓋防凍法，即將需要保溫的部位全部使用保溫材料覆蓋，利用這種被動防控措施來減少土體熱量散失，達到維持溫度的目的。該方法在一定的負溫壞境下能有效防止土體凍結，然而，隨著環境溫度降低、或放置時間的過長，土體表層依然會發生凍結。因此，通常在被動防護無法滿足需要時，往往就會采用主動加熱的方法來提高土體溫度，從而增加土體熱量，以對抗外界低溫，從而避免土體失溫發生凍結。

常用的主動加熱方法主要有以下三種：循環針法、電熱法和烘烤法。但是，循環針法需要土體中按預定的位置鉆孔，然后把循環針插到孔中，熱量通過土傳導，從而提高土體溫度；電熱法需要在土體表面或內部埋設電熱絲，用電能轉化成熱能來加熱土體；烘烤法需要在土體表面點燃可燃物質，用這些物質燃燒釋放的熱量提高土體溫度。可以看出，這三種方法均需要一定的人工能源為其提供能量，因此不能適用于大范圍場地和偏遠山區的施工，而水利水電工程一般建設在原理城市的偏遠地區，且工程量很大，難于使用普通的加熱方法對土體進行加熱。

因此，針對建設期處于低溫凍結期的水利水電等工程，要求在建設期間土體不能發生凍融現象，亟需一種防凍效果好且適用于大范圍場地和偏遠山區的土體凍結防控結構。