CN100368636C - 用于保护多年冻土路基坡面的混凝土空心块 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于保护多年冻土路基坡面的混凝土空心块，是由植物桔杆、水泥、砂土构成的。制成的空心块为立方体，立方体外边长为30～200mm，壁厚为10～50mm。除此还可制成空心球体、或空心长方体、或空心圆柱体。本发明实施简便、造价较低、维护简便，克服了遮阳板和碎石护坡的缺陷，兼备二者的优点，将不同不同形状的空心块组合，并达到一定厚度后，其不仅具有良好的遮阳效果，而且具有良好的通风降温效能，对于维护多年冻土和工程建筑的长期稳定产生积极作用。

Description

用于保护多年冻土路基坡面的混凝土空心块

技术领域

本发明涉及一种用于保护多年冻土路基斜坡表面的混凝土空心块。

背景技术

冻土是一种温度低于0℃且含有冰的土岩，按冻土保持时间的长短主要分为季节冻土(半月至数月)、多年冻土(一年以上)，其分布区域称为寒区。世界陆地面积的50％以上为寒区所覆盖，在我国寒区和多年冻土的面积占到国土面积的75％和21.5％。我国属世界第三冻土大国，而高海拔多年冻土面积则位居世界之最。

冻土不仅由于冰的存在其性质会较融土发生复杂和根本性的改变，而且在多年冻土区，通过长期的演化、发展和变化，更会形成厚达几米、甚至十几米、各具形态的厚层地下冰。在广阔的多年冻土地区，蕴藏着丰富的矿藏、森林和土地资源。由于资源开发，日益加剧的人类活动极易诱发厚层地下冰的融化和冻土环境发生变化，对人类工程建筑和自然环境带来重要影响、甚至灾害。随着全球气候的不断转暖，使得这一形式变得更加严峻。

我国兴建的青藏铁路、青藏公路工程项目以及将要进行的新藏公路、新藏铁路、南水北调西线工程都面临高温(即温度接近0℃的多年冻土)、高含冰量冻土(即体积含冰量基本超过30％的多年冻土)、气候转暖和多年冻土不断退化等诸多难题。如何解决好路基和基础与多年冻土的相互作用，保证路基和基础长期年稳定、确保工程建筑安全运营也就成为亟待解决的关键科学问题。

我国寒区科学工作者立足国情，围绕青藏铁路国家重大工程项目，在以“冷却路基”科学思想的指导下，为积极保护多年冻土，达到冻土工程的长期稳定，紧密围绕各种工程措施进行了积极的探索和系统研究，率先提出遮阳板和抛石碎石护坡路堤坡面降温的工程措施。遮阳板是平行路堤或路堑斜坡坡面，在一定高度的位置铺设一层板材，通过反射太阳的直接辐射达到降低坡面温度的目的。野外现场观测结果表明，铺设遮阳板观测断面的坡面温度较普通坡面，在白天日照充足条件下要低二十几度至三十几度，通过昼夜变化平均温度约低近十度。应该说是一种可以有效降低路路基下部多年冻土温度的工程措施。可是在工程实践中难以推广应用。其原因在于，该种措施造价较高、在青藏高原大风等恶劣环境下容易损坏、维护成本大、如果大面积使用路堤坡面被雨水冲刷的破坏部分将无法修复、无法进行坡面的植被恢复、由于白色反光容易对行车安全造成危害、以及环保等诸多问题。

碎石护坡工程措施是在路堤坡面铺设一层一定粒径的碎石，通过气流在其中缓慢的流动将外界的冷能逐渐聚集在碎石层的底部，最终达到保护冻土的目的。但从工程实践的结果来看应用效果不尽理想，主要反映在蓄积冷能有限、施工工艺较为复杂、成本很高、在风砂量较高地区碎石中的空隙将会逐渐被风砂所填堵，已致于最终失效。

综上所述，虽然遮阳板降温效果明显，但缺乏对道路路基坡面的保护；抛石护坡的虽然可以增加道路路基坡面的稳定性，但降温效果不甚理想。因此，目前工程实践中急需一种工程措施，既对路基坡面起到较好降温效果的同时，同时，又对道路路基坡面可以起到很好的保护作用。

发明内容

本发明的目的是根据我国多年冻土地区自然气候条件和环境特征，充分参考现有科研成果和存在问题，本着充分利用自然冷能，结合工程实践，以上述两种措施的优点为出发点，提出了一种路基坡面的混凝土空心块。通过铺设在路堤或路堑斜坡表面的一种特型空心块，可以遮挡和消除太阳对斜坡表面的照射和加热作用，克服太阳辐射对路堤坡面冻土工程所造成的不良影响；同时利用空气的有效自然对流进一步降低坡面的温度，最终维护多年冻土和工程建筑的长期稳定。与此同时，也可以对道路路基坡面可以起到很好的保护作用。

本发明的目的可以通过以下措施来达到：

一种用于保护多年冻土路堤坡面的混凝土空心块，是由植物桔杆、砂土和水泥或砂土和水泥构成的。制成的空心块为立方体，立方体外边长为3C～200mm，壁厚为10～50mm。

上述的空心块为圆柱体，圆柱体外半径为30～200mm，高为30～500mm，壁厚为10～50mm。

上述的空心块为长方体，长方体底外边长为30～200mm，宽为20～150mm，高为30～500mm，壁厚为10～50mm。

上述的空心块为带孔球体，球体的外半径为10～100mm，壁厚为10～50mm。

本发明的优点和产生的有益效果是：

1、实施简便、造价相对较低、维护简便。由于使用的材料主要为水泥、砂土，工程成本较遮阳板和碎石护坡大为降低。主要实施方案为现场加工、铺设，由于特型材料形状简单可以在现场快速大量、加工、堆放。在风砂量大的地区，待风砂积累到影响其效能的时候可以快速重新粉碎、加工、铺设，因此无需经常维护，节省了开支；

2、效能明显具有很强的实用性。本发明不仅具有遮阳板措施遮阳、通风降温的效能，而且具有抛石护坡措施的蓄冷功效，最终可以有效降低路基温度和增强整体稳定性。与此同时，堆积在坡面上的特型材料可以有效保护坡面，防止雨水冲刷，从而可以维持冻土工程的长期稳定；

3、保护生态环境、促进自然环境与人类工程的平衡和协调。通过该混凝土空心块的实施，不仅可以避免大量开采石料对脆弱生态环境产生的破坏，避免遮阳板强烈放光造成的白色视觉污染，对公路行车安全带来的潜在危险，通过添加不同成分的物质还可以更加有利于植被的恢复；

4、更加符合自然规律。该种措施还可以充分利用降水在蒸发过程中吸收的潜热进一步降低表面温度；

5、该种措施还可以用于其它寒区工程，有效保护多年冻土和维持工程建筑的长期稳定。如在输油管线、光缆工程等需要增强稳定性的部位，通过堆放该种特型材料可以达到增强稳定性的目的。

附图说明

图1是本发明空心立方体示意图

图2是本发明空心圆柱体的示意图

图3是本发明在路基坡面实施空心块示意图

图4为遮阳板、抛石护坡、空心块三种措施坡面降温效果对比图

具体实施方式

下面结合附图，对本发明再作进一步的说明：

实施例1

一种用于保护多年冻土路基坡面的混凝土空心块，空心块是由重量35％植物桔杆和重量为20％水泥和45％砂土构成的。制成的空心块为立方体1，立方体为外边长为50mm见方的立方体，壁厚为20mm(见图1)。

通过野外现场加工或室内工厂生产将桔杆粉碎与水泥。砂土混合，掺水搅拌均匀成浆料，充入模具凝固，一次成型呈空心立方体1。

将空心立方代表按照一定的方式堆放在路基斜坡表面，或堆放一层一定厚于需要降温的部位(见图3)。在堆放过程中每个空心立方体1之间会形成很多的空隙，同时空心单元体本身就有非常大的空隙，因此这种组合在达到一定厚度后不仅具有良好的遮阳效果，而且具有良好的通风降温效能，还可以对道路路基坡面可以起到很好的保护作用。

实施例2

取重量为40％的水泥和60％的砂土加水搅拌均匀，加工如同实施例1。制成外半径为40mm，高为50mm，壁厚为25mm的空心圆柱体2。将空心圆柱体2堆放在路堑的坡面，同样可以达到实施例1的效果。

实验例

室内试验结果对比

为验证该种技术的有效性，在冻土工程国家重点实验室进行了室内小型模拟试验。首先在环境条件(包括气温、湿度、气流)稳定的模拟试验室按一定比例和坡度建立路堤的坡面；其次在坡面的上方，按照野外太阳辐射强度按照同样比例安装一定数量的辐射灯泡，并每天在规定时间开启和关闭；在靠近坡面的土层中安放高灵敏的热敏电阻温度探头(精度为±0.01℃)，即建立温度观测场，温度观测结果通过计算机控制，由DT500数据采集仪自动采集和存储；将坡面垂直划分为两个区域，左边为试验区，右边对对比区；最后在坡面试验区上面分别铺设遮阳板、碎石和本发明提到的特型材料。通过对观测结果的分析，在模拟日照条件下，在三种不同措施试验过程中，对比区的温度基本相同，即几种措施的背景条件基本相同，试验结果可以进行类比。

图4反映了遮阳板、抛石护坡、特型材料三种措施坡面降温观测对比结果。由图可见，遮阳板的降温效果最为明显，基本防止了坡面温度的升高；其次为混凝土空心块，基本可以降低坡面温度的80％左右；效果最差的为抛石护坡，只降级坡面温度的15％左右，其原因主要为铺设的抛石厚度有些不够，同时，其降温主要根据昼夜变化，通过聚集冷能达到降温效果，是一个缓慢的过程，但其总体效果还是大不如前两者。

Claims (4)

1.一种使用混凝土空心块保护多年冻土路基坡面的方法，其特征在于将立方体外边长为30～200mm，壁厚为10～50mm混凝土空心块按照一定的方式堆放在路基斜坡表面，或堆放一层一定厚度于需要降温的部位，在堆放过程中每个空心块之间形成很多的空隙。

2.一种使用混凝土空心块保护多年冻土路基坡面的方法，其特征在于将外半径为30～200mm，高为30～500mm，壁厚为10～50mm圆柱体混凝土空心块按照一定的方式堆放在路基斜坡表面，或堆放一层一定厚度于需要降温的部位，在堆放过程中每个空心块之间形成很多的空隙。

3.一种使用混凝土空心块保护多年冻土路基坡面的方法，其特征在于将外边长为30～200mm，宽为20～150mm，高为30～500mm，壁厚为10～50mm长方体混凝土空心块按照一定的方式堆放在路基斜坡表面，或堆放一层一定厚度于需要降温的部位，在堆放过程中每个空心块之间形成很多的空隙。

4.一种使用混凝土空心块保护多年冻土路基坡面的方法，其特征在于将外半径为10～100mm，壁厚为10～50mm球体混凝土空心块按照一定的方式堆放在路基斜坡表面，或堆放一层一定厚度于需要降温的部位，在堆放过程中每个空心块之间形成很多的空隙。

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