CN104452508A - 强化片块石对流降温效能的大尺度冻土路基冷却结构 - Google Patents

强化片块石对流降温效能的大尺度冻土路基冷却结构 Download PDF

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汪双杰
陈建兵
符进
金龙
朱东鹏
李金平
袁堃
张会建
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    • E01C3/00—Foundations for pavings
    • E01C3/06—Methods or arrangements for protecting foundations from destructive influences of moisture, frost or vibration
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    • E01C3/00—Foundations for pavings
    • E01C3/006—Foundations for pavings made of prefabricated single units

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  • Structural Engineering (AREA)
  • Road Paving Structures (AREA)

Abstract

本发明涉及一种强化片块石对流降温效能的大尺度冻土路基冷却结构。高速公路路基加宽后，吸热面增大，吸收了更多的热量，为了保持路基体的热稳定性，需要更多的冷量来维持平衡，冷却路基。本发明包括沿路基横断面方向设置的横向通风板，横向通风板设置有多道横向的通风孔；横向通风板下依次为砂砾上垫层、片块石层和砂砾下垫层，其上为普通填土；横向通风板内设置有横向的受力钢筋和竖向的箍筋。本发明结构简单，成本低廉，经济实用，可长时间降低片块石层顶部的温度，从而引起片块石的上下层面的对流换热作用，从而达到冷却路基的作用。

Description

强化片块石对流降温效能的大尺度冻土路基冷却结构
技术领域
    本发明属于交通建设技术领域，具体涉及一种强化片块石对流降温效能的大尺度冻土路基冷却结构。
背景技术
由于全球气候变暖和人类工程活动日益加剧，多年冻土退化加快，这使得多年冻土区的工程建设更加困难。饱冰、含土冰层冻土段由于冻土病害严重，单纯提高路基高度已不能达到保护冻土的目的，需采用特殊调控措施减轻路基人为上限向下扩散。通过利用主动冷却路基的工程措施来调控和降低路基温度则是解决这一问题的根本途径，其中片块石路基是一种有效的调控措施。
片块石路基是利用空气的流动来改变路基传热方式的一种通风路基，空气可在路基片块石层内流动。在开放状态下，冬季以通风作用为主的强迫对流效应和较弱的片块石层侧向空气自由对流的复合过程是片块石冷却路基的作用机理，这一复合过程主要与风速和风向有关。当风速较大时，片块石层内产生强迫通风效应；但风速较小时，在阴坡侧片块石层一定厚度内产生自由对流效应。夏季因风速和风向条件，片块石层主要以热传导过程为主，但夏季风速和风向条件有利于片块石结构层内部产生一定的隔热作用。
研究表明，整个块石层对流发生过程为：首先通过上部温差产生局部对流，并通过对流加剧换热过程，然后在其下部进一步引起温差－对流换热过程，由此向下传递，完成整个传热过程。即块石层上部温度低于下部所形成的温差，是决定块石层对流换热作用大小或强度的决定因素。
随着青藏地区经济社会的飞速发展，在高原多年冻土区修筑高速公路已成为我国公路交通建设发展的必然趋势。对于穿越青藏高原多年冻土区的高速公路，分幅路基宽度由10m增加至12.25m，整体式路基则为24.5m或者更宽，随着路基宽度的增加，其吸热量更大，冻土问题更为严峻。对于高速公路而言，路基加宽后，吸热面增大，吸收了更多的热量，为了保持路基体的热稳定性，需要更多的冷量来维持平衡，冷却路基。但宽幅条件下片块石路基的强迫对流效应被削弱，会造成片块石路基整体制冷效果不明显。
发明内容
本发明的目的是提供一种强化片块石对流降温效能的大尺度冻土路基冷却结构，通过在宽幅片块石路基顶部布设横向通风板，通过通风板与外界进行热交换给路基不断带入冷量，降低片块石层顶部的温度。
本发明所采用的技术方案是：
强化片块石对流降温效能的大尺度冻土路基冷却结构，其特征在于：
包括沿路基横断面方向设置的横向通风板，为混凝土板，横向通风板设置有多道横向的通风孔；
横向通风板下依次为砂砾上垫层、片块石层和砂砾下垫层，其上为普通填土。
横向通风板内设置有横向的受力钢筋和竖向的箍筋。
本发明具有以下优点：
本发明结构简单，成本低廉，经济实用。横向通风板在施工现场可以采用预制场预制后，统一安装装配，施工工艺简便、实用，安装完成后即可达到通风的作用。青藏高原有年平均气温较低、年负温时间长、风量充沛、冷季时间长等特点，暖季因风速和风向条件，片块石层主要以热传导过程为主。在此条件下，片块石顶部的横向通风板可以更好的发挥其通风效果，可以有更长的时间带入更低的温度到片块石顶部，从而引起片块石的上下层面的对流换热作用，从而达到冷却路基的作用。
附图说明
图1本发明结构图。
图2横向通风板竖向剖面图。
图中，1-横向通风板，2-砂砾上垫层，3-片块石层，4-砂砾下垫层，5-普通填土，6-通风孔，7-混凝土板，8-受力钢筋，9-箍筋。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。
本发明涉及一种强化片块石对流降温效能的大尺度冻土路基冷却结构，包括沿路基横断面方向设置的横向通风板1，为混凝土板7，布设于片块石层3上方，为预制场预制，横向通风板1设置有多道横向的通风孔1，作为通风的通道，横向通风板1内设置有横向的受力钢筋8和竖向的箍筋9。横向通风板1下依次铺设砂砾上垫层2、片块石层3和砂砾下垫层4，其上铺设普通填土5。在路基外自然空气的影响下，横向通风板1可与外界空气发生对流换热效应，从而降低片块石层3顶部温度，并在片块石层3顶、底部温差的作用下，产生对流换热，达到冷却路基的作用。
施工时，先预制好横向通风板1，在片块石层3及上部的砂砾上垫层2施工完成后，沿路基横断面方向放置在砂砾上垫层2上，然后继续填筑路基普通填土5。横向通风板1位于片块石层3的上部，在外界空气的影响下进行热量交换，当横向通风板1内的空气温度低于片块石层3底部的温度时，片块石层内就会发生对流效应，进而增加进入片块石层内的冷量，并向片块石层下的冻土层进行传递，达到冷却路基的作用。
本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (2)

1.强化片块石对流降温效能的大尺度冻土路基冷却结构，其特征在于：
包括沿路基横断面方向设置的横向通风板（1），为混凝土板（7），横向通风板（1）设置有多道横向的通风孔（1）；
横向通风板（1）下依次为砂砾上垫层（2）、片块石层（3）和砂砾下垫层（4），其上为普通填土（5）。
2.根据权利要求1所述的强化片块石对流降温效能的大尺度冻土路基冷却结构，其特征在于：
横向通风板（1）内设置有横向的受力钢筋（8）和竖向的箍筋（9）。
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