[發(fā)明專利]用于凍土路基坡面的降溫組塊

在審

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• 申請日: 2020-08-06
• 公開（公告）號: CN111851537A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 俞祁浩;王俊峰;張振宇;牛富俊;陳坤
• 申請（專利權(quán)）人: 蘭州中科寒區(qū)工程科技有限公司
• 主分類號: E02D17/20
• 分類號: E02D17/20;E01C3/04;E02D3/115
• 代理公司: 北京律誠同業(yè)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11006
• 代理人: 王玉雙;張燕華

本發(fā)明公開了一種用于凍土路基坡面的降溫組塊，該降溫組塊設(shè)于路基坡面，包括分隔板及遮陽隔熱板。分隔板的兩側(cè)邊架設(shè)于路基坡面，分隔板于遠離路基坡面的一側(cè)設(shè)有反射層；遮陽隔熱板置于分隔板外側(cè)，且遮陽隔熱板的兩側(cè)邊與分隔板的兩側(cè)邊貼合，遮陽隔熱板與分隔板之間形成兩側(cè)開口且四周密閉的對流換熱通道，遮陽隔熱板內(nèi)部設(shè)有保溫層，且遮陽隔熱板于靠近分隔板的一側(cè)設(shè)有散熱片。遮陽隔熱板、分隔板與對流換熱通道形成隔熱區(qū)，分隔板與路基坡面及其之間的空間形成蓄冷區(qū)。本發(fā)明通過上層阻熱區(qū)多方面的高效阻熱，下層蓄冷區(qū)進行多層級的蓄冷和降溫，從而達到對凍土路基坡面高效降溫的目的。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及溫度調(diào)控層，尤其涉及一種用于凍土路基坡面的降溫組塊。

背景技術(shù)

凍土是一種溫度低于0℃且含有冰的土巖，凍土的力學(xué)強度會隨著溫度的變化而發(fā)生巨大的改變：溫度越低凍土強度越大，當(dāng)溫度低于-1.5℃時，其瞬時抗壓強度與一般巖石相當(dāng)；而當(dāng)溫度高于-0.5℃至0℃時，其抗壓強度相當(dāng)于一般土塊，甚至基本喪失。因此，為保證寒區(qū)重大工程建設(shè)的順利進行和長期穩(wěn)定，寒區(qū)科學(xué)工作者針對各種調(diào)控路基溫度場的工程措施開展了系統(tǒng)的科學(xué)實踐。其中，路基坡面調(diào)控是其中關(guān)鍵內(nèi)容之一。

目前，為應(yīng)對太陽輻射對路基坡面的加熱作用，滿足凍土路基力學(xué)穩(wěn)定性和熱學(xué)穩(wěn)定性的基本要求，同時也為破解“陰陽坡效應(yīng)”(“陰陽坡效應(yīng)”指路基陽坡吸熱量大于陰坡吸熱量，由此導(dǎo)致陽坡下部對應(yīng)的凍土始終處于更加快速的退化或融化過程中，而陰坡則保持相對穩(wěn)定或緩慢的退化過程。并由此造成陰坡、陽坡對應(yīng)凍土退化速率、路基強度和路基變形的差異，并導(dǎo)致路基穩(wěn)定性受到影響的一種效應(yīng))對路基穩(wěn)定性的威脅，主要提出了遮陽板路基、塊石(碎石)護坡路基以及空心塊護坡等凍土路基調(diào)控措施，其中，申請人在中國專利公開號CN1707035中提出了一種用于保護多年凍土路基坡面的混凝土空心塊，該空心塊護坡措施是在路基坡面順序地層疊放置一定厚度的預(yù)制混凝土空心塊，該空心塊護坡措施兼具遮陽板路基與塊石(碎石)護坡路基的優(yōu)點，在降溫與穩(wěn)定性方面效果更佳。

但是，空心塊護坡措施具有以下缺點：(1)在施工現(xiàn)場需靠人工一塊接一塊擺放，先成排再成列，最后層層堆疊，操作繁瑣、效率低下；(2)由于是人工擺放堆疊，難以保證空心塊的絕對整齊和對正，經(jīng)常會出現(xiàn)中間空心塊相互錯位，導(dǎo)致空心塊中心氣流通道狹窄或堵塞，影響通風(fēng)對流換熱效能；(3)施工時不準(zhǔn)確考究整個空心塊護坡措施在路肩端通風(fēng)口的位置，憑感覺隨意放置，通常使得空心塊內(nèi)部空氣的束流量較少、流動過程緩慢，而且通常只存在從坡腳向上到路肩的空氣流動過程，由此導(dǎo)致對流換熱作用較弱；(4)由于內(nèi)部空氣流速較慢，隨著流經(jīng)換熱空氣的不斷吸熱，空氣溫度存在由路基坡腳至坡頂不斷增加的現(xiàn)象，即存在整體調(diào)控層溫度差異性較大的現(xiàn)象，不利于路基地溫場的整體調(diào)控。

為解決空心塊護坡措施的不足，申請人在中國專利公開號CN109706813中進一步提出了一種用于凍土路基坡面降溫的管道式空心調(diào)控層。通過該管道式空心調(diào)控層的現(xiàn)場試驗研究中發(fā)現(xiàn)，在青藏高原強烈太陽輻射作用下，雖然上層存在對流換熱降溫機制，但是頂層在太陽輻射作用下溫度始終會保持在較高的狀態(tài)下，并通過管體的內(nèi)表面、通過二次輻射對管體內(nèi)部和下層管體繼續(xù)進行加熱。觀測資料顯示，在中午太陽輻射作用下，在外部表面溫度達到34.7℃的情況下，內(nèi)部溫度仍可以達到25.5℃。因此可以看到，表層的遮陽、特別是阻熱性能，對于減少二次輻射的應(yīng)用和影響至關(guān)重要。同時還需要看到，雖然該種措施因為“煙囪效應(yīng)”，內(nèi)部存在強烈的對流換熱作用，但在環(huán)境空氣溫度約為12℃的條件下，管體的溫度始終難以下降。而產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因主要在于，空氣流速越靠近物體表面流速越低，表面空氣流速基本為0m/s。由于空氣導(dǎo)熱系數(shù)很低，僅為0.023W/m·k，該層靜止的空氣層基本起到了隔熱作用，因此管殼的熱量難以向外散出。