CN111155387A - 寒区路基边坡通风遮阳结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种寒区路基边坡通风遮阳结构，包括遮阳板、枕木和锚固件；所述遮阳板通过枕木和锚固件铺设于路基边坡表面，沿路基边坡坡度方向的遮阳板间错牙搭接以在路基边坡表面形成具有通风遮阳功能的结构。本发明在热季时，能够阻止热量从遮阳板下表面辐射至边坡表面；在冷季时，遮阳板下方积蓄的热量可通过遮阳板间的缝隙对流散失；并且本发明通风遮阳结构可先在工厂批量生产，然后在路基边坡或其它表面直接铺设组装，可有效降低遮阳板下媒介温度，减少被大风掀翻的风险。

Description

寒区路基边坡通风遮阳结构
技术领域
本发明涉及多年冻土路基工程领域。更具体地说，本发明涉及一种寒区路基边坡通风遮阳结构。
背景技术
我国海拔4000米以上的低纬度地区存在多年冻土，在全球变暖的背景下，多年冻土常年持续升温，加上人类活动对地层的扰动，穿越多年冻土区的道路工程正面临着路基融沉病害问题。保持多年冻土路基处于冻结状态是维护多年冻土路基热稳定性的关键。由于路基下伏冻土升温的热源主要来自路基表面的太阳辐射吸收量，减少路基表面的太阳辐射吸收可以有效地降低多年冻土温度，即遮阳路基。
遮阳路基可通过在路基边坡上架空加盖遮阳板而成，虽然遮阳板能防止路基边坡受到太阳直射，但遮阳板本身吸收储存的热量将从遮阳板底面二次辐射至路基边坡表面。当外界温度降低时，遮阳板与边坡通过架空层对流散热，增大架空层厚度可提高对流换热效果。然而，多年冻土区冬季风速大，增大架空层厚度将导致遮阳板容易被风掀翻。因此，虽然广泛研究表明遮阳板具有良好的降温效果，仍难以得到大面积推广。谭康豪通过分析寒区路基遮阳板热平衡模型的参数敏感性发现：研究降低遮阳板下表面的热辐射系数、上表面的反射率对遮阳板降温效果的影响，并列举出遮阳板热辐射系数的相应工艺。
谭康豪发明的一种低发射率型遮阳板(专利号：ZL201510170808.9)，其降温机理是通过降低遮阳板底部的发射率从而减少遮阳板底部-路堤土壤表面的辐射热量，相对于传统镀锌铁皮遮阳板而言，该低发射率型遮阳板在夏季时可具有减少路基热量吸收的良好效果。该遮阳板安装在路堤边坡上方2-3cm处，能有效避免遮阳板的风力破坏。但实际工程中发现，在冷季时，土体的温度往往高于空气温度，此时低发射率型遮阳板将阻止路基边坡的热量通过遮阳板辐射到天空，不利于路基边坡的热量散失。此外，由于该遮阳板仍为轻质镀锌铁皮，在实际安装中容易发生变形和损坏。故其使用在青藏铁路工程等寒区工程建设中受限。
因此，若能降低遮阳板太阳辐射吸收量(即一次辐射)，则二次辐射随即减少；若使遮阳板本体通风，则无需增大遮阳板与路基边坡表面的架空层。因此本发明提出了一种生产新型通风-反射型遮阳板的方法。与低发射率遮阳板相比，其降温机理是通过提高遮阳板表面的反射率减少了遮阳板下方土壤的热增量；与传统遮阳板相反，通风-反射型遮阳板不再依赖遮阳板底架空层对流散热，而是通过遮阳板单元之间的空隙直接对流散热。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种寒区路基边坡通风遮阳结构，其在太阳直射时，能够减少路基边坡的热量摄入量；遮阳板下方土层所积蓄的热量可以通过遮阳板间的缝隙对流散热，提高降温效率。
为了实现本发明的这些目的和其它优点，提供了一种寒区路基边坡通风遮阳结构，其包括遮阳板、枕木和锚固件，所述遮阳板通过锚固件和枕木铺设于路基边坡表面，沿路基边坡坡度方向的遮阳板间错牙搭接以在路基边坡表面形成具有通风遮阳功能的结构。
优选的是，上下相邻两块遮阳板间错牙搭接，且上遮阳板的下端高于下遮阳板的上端以在错牙搭接处形成通风口。
优选的是，所述遮阳板通过锚固件固定于枕木上，所述遮阳板铺设于路基边坡或是需要降温的物体表面。
优选的是，所述锚固件具有高度调节功能。
优选的是，枕木平行铺设在路基表面，遮阳板沿道路延伸方向呈一字型展开，左右相邻遮阳板相抵接。
优选的是，遮阳板与枕木的夹角为5-10°。
优选的是，所述遮阳板由混凝土、金属材料或者木制材料制成。
优选的是，所述遮阳板具有隔热功能。
优选的是，所述遮阳板的上表面具有高反射率涂料层。
优选的是，所述遮阳板与枕木为预装成型或一体成型。遮阳板与枕木预装成型或一体成型，使得遮阳板与枕木运输至路基边坡后，直接将遮阳板与枕木铺设在路基边坡上即可，简化安装程序。
本发明至少包括以下有益效果：
1、本发明的遮阳板表面具有可充当热屏障作用的高反射率涂层材料，反射了大部分太阳辐射，从而阻止热量从遮阳板下表面辐射至土壤表面。
2、本发明的遮阳板结构具有通风功能，无论在白天还是夜间，遮阳板下方积蓄的热量可以对流散热，提高降温的效率。
3、本发明的各组件可由工厂规模化生产，再运输到施工现场，在路基边坡或是其它需要降温的表面现场拼接。即使在服役过程中遮阳板表面反射率逐渐退化，也可直接重新涂抹上高反射率涂料或替换新的高反射遮阳板，达到长期保持遮阳板的降温效果。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明一个实施例的遮阳结构的侧面结构示意图；
图2为本发明一个实施例的遮阳结构的立体结构示意图；
图3为温度测试布置的结构示意图；
图4为遮阳板上表面温度对比图；
图5为遮阳板下表面温度对比图；
图6为遮阳板下土壤5cm深处温度对比图。
1、路基；2、枕木；3、遮阳板；4、锚固件。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
实施例1
如图1、图2所示，一种寒区路基1边坡通风遮阳结构，其包括遮阳板3、枕木2和锚固件4，所述遮阳板3通过锚固件4和枕木2铺设于路基1边坡表面，沿路基1边坡坡度方向的遮阳板3间错牙搭接以在路基1边坡表面形成兼有通风和遮阳功能的结构。
实施例2
如图1、图2所示，一种寒区路基1边坡通风遮阳结构，其包括遮阳板3、枕木2和锚固件4，所述遮阳板3通过锚固件4和枕木2铺设于路基1边坡表面，沿路基1边坡坡度方向的遮阳板3间错牙搭接以在路基1边坡表面形成兼有通风遮阳功能的结构；其中，上下相邻两块遮阳板3间错牙搭接，且上遮阳板3的下端高于下遮阳板3的上端以在错牙搭接处形成通风口。
实施例3
如图1、图2所示，一种寒区路基1边坡通风遮阳结构，其包括遮阳板3、枕木2和锚固件4，所述遮阳板3通过锚固件4固定于枕木2上，所述遮阳板3铺设于路基1边坡表面，沿路基1边坡坡度方向的遮阳板3间错牙搭接以在路基1边坡表面形成兼有通风遮阳功能的结构；其中，上下相邻两块遮阳板3间错牙搭接，且上遮阳板3的下端高于下遮阳板3的上端以在错牙搭接处形成通风口。
实施例4
如图1、图2所示，一种寒区路基1边坡通风遮阳结构，其包括遮阳板3、枕木2和锚固件4，所述遮阳板3通过锚固件4固定于枕木2上，所述遮阳板3铺设于需要降温的物体表面，沿路基1边坡坡度方向的遮阳板3间错牙搭接以在路基1边坡表面形成兼有通风和遮阳功能的结构；其中，上下相邻两块遮阳板3间错牙搭接，且上遮阳板3的下端高于下遮阳板3的上端以在错牙搭接处形成通风口。
实施例5
如图1、图2所示，一种寒区路基1边坡通风遮阳结构，其包括遮阳板3、枕木2和锚固件4，所述遮阳板3通过锚固件4固定于枕木2上，所述遮阳板3铺设于路基1边坡表面，沿路基1边坡坡度方向的遮阳板3间错牙搭接以在路基1边坡表面形成兼有通风遮阳功能的结构；其中，上下相邻两块遮阳板3间错牙搭接，且上遮阳板3的下端高于下遮阳板3的上端以在错牙搭接处形成通风口；所述锚固件4具有高度调节功能。
实施例6
如图1、图2所示，一种寒区路基1边坡通风遮阳结构，其包括遮阳板3、枕木2和锚固件4，所述遮阳板3通过锚固件4固定于枕木2上，所述遮阳板3铺设于路基1边坡表面，沿路基1边坡坡度方向的遮阳板3间错牙搭接以在路基1边坡表面形成兼有通风和遮阳功能的结构；其中，上下相邻两块遮阳板3间错牙搭接，且上遮阳板3的下端高于下遮阳板3的上端以在错牙搭接处形成通风口；所述锚固件4具有高度调节功能；枕木2平行铺设在路基1表面，遮阳板3沿道路延伸方向呈一字型展开，左右相邻遮阳板3相抵接。
实施例7
如图1、图2所示，一种寒区路基1边坡通风遮阳结构，其包括遮阳板3、枕木2和锚固件4，所述遮阳板3通过锚固件4固定于枕木2上，所述遮阳板3铺设于路基1边坡表面，沿路基1边坡坡度方向的遮阳板3间错牙搭接以在路基1边坡表面形成兼有通风和遮阳功能的结构；其中，上下相邻两块遮阳板3间错牙搭接，且上遮阳板3的下端高于下遮阳板3的上端以在错牙搭接处形成通风口；所述锚固件4具有高度调节功能；枕木2平行铺设在路基1表面，遮阳板3沿道路延伸方向呈一字型展开，左右相邻遮阳板3相抵接；遮阳板3与枕木2的夹角为5°。
实施例8
如图1、图2所示，一种寒区路基1边坡通风遮阳结构，其包括遮阳板3、枕木2和锚固件4，所述遮阳板3通过锚固件4固定于枕木2上，所述遮阳板3铺设于路基1边坡表面，沿路基1边坡坡度方向的遮阳板3间错牙搭接以在路基1边坡表面形成兼有通风和遮阳功能的结构；其中，上下相邻两块遮阳板3间错牙搭接，且上遮阳板3的下端高于下遮阳板3的上端以在错牙搭接处形成通风口；所述锚固件4具有高度调节功能；枕木2平行铺设在路基1表面，遮阳板3沿道路延伸方向呈一字型展开，左右相邻遮阳板3相抵接；遮阳板3与枕木2的夹角为10°；所述遮阳板3由混凝土材料制成。
实施例9
如图1、图2所示，一种寒区路基1边坡通风遮阳结构，其包括遮阳板3、枕木2和锚固件4，所述遮阳板3通过锚固件4固定于枕木2上，所述遮阳板3铺设于路基1边坡表面，沿路基1边坡坡度方向的遮阳板3间错牙搭接以在路基1边坡表面形成兼有通风和遮阳功能的结构；其中，上下相邻两块遮阳板3间错牙搭接，且上遮阳板3的下端高于下遮阳板3的上端以在错牙搭接处形成通风口；所述锚固件4具有高度调节功能；枕木2平行铺设在路基1表面，遮阳板3沿道路延伸方向呈一字型展开，左右相邻遮阳板3相抵接；遮阳板3与枕木2的夹角为8°；所述遮阳板3由混凝土材料制成；所述遮阳板3具有反射隔热功能。
实施例10
如图1、图2所示，一种寒区路基1边坡通风遮阳结构，其包括遮阳板3、枕木2和锚固件4，所述遮阳板3通过锚固件4固定于枕木2上，所述遮阳板3铺设于路基1边坡表面，沿路基1边坡坡度方向的遮阳板3间错牙搭接以在路基1边坡表面形成兼有通风和遮阳功能的结构；其中，上下相邻两块遮阳板3间错牙搭接，且上遮阳板3的下端高于下遮阳板3的上端以在错牙搭接处形成通风口；所述锚固件4具有高度调节功能；枕木2平行铺设在路基1表面，遮阳板3沿道路延伸方向呈一字型展开，左右相邻遮阳板3相抵接；遮阳板3与枕木2的夹角为5°；所述遮阳板3由混凝土材料制成；所述遮阳板3具有高反射率涂料层以使遮阳板3具有反射隔热功能。
实施例11
如图1、图2所示，一种寒区路基1边坡通风遮阳结构，其包括遮阳板3、枕木2和锚固件4，所述遮阳板3通过锚固件4固定于枕木2上，所述遮阳板3铺设于路基1边坡表面，沿路基1边坡坡度方向的遮阳板3间错牙搭接以在路基1边坡表面形成兼有通风和遮阳功能的结构；其中，上下相邻两块遮阳板3间错牙搭接，且上遮阳板3的下端高于下遮阳板3的上端以在错牙搭接处形成通风口；所述锚固件4具有高度调节功能；枕木2平行铺设在路基1表面，遮阳板3沿道路延伸方向呈一字型展开，左右相邻遮阳板3相抵接；遮阳板3与枕木2的夹角为5°；所述遮阳板3由混凝土材料制成；所述遮阳板3具有高反射率涂料层以使遮阳板3具有反射隔热功能；所述遮阳板3与枕木2为一体成型。遮阳板3与枕木2一体成型，使得遮阳板3与枕木2运输至路基1边坡后，直接将遮阳板3与枕木2铺设在路基1边坡上即可，简化安装程序。
<对比试验一>
为了测试本发明通风遮阳结构的降温冷却性能，野外实地测验对比了本发明与传统的遮阳板之间的降温性能差异。
采用T型热电偶测量遮阳板不同高度处的温度变化。测量精度为0.1℃。为了获得具有代表性的温度，我们首先将热电偶焊接到薄铜板(1cm×1cm)的中心，然后将其粘贴到遮阳板上表面的中心。同时，还在遮阳板下表面中心布置了热电偶以监测遮阳板下表面中心的温度和天然地表以下5厘米处的温度。安装热电偶之后，在每块遮阳板的上表面涂抹上特殊的颜色涂料以改变其反射率，使混凝土表面发射率从原来的0.420提高到涂料后的0.794。为了避免底部发射率的干扰，我们将遮阳板底部喷成相同油漆表面，其表面发射率分别为0.92、0.93。虽然两者的发射率略有不同，但与表面的反射率相比，这种微弱差异对遮阳板热性能的影响可以忽略不计。具体温度测试布置点如图3所示。
试验测量了2019年6月8-9日遮阳板各表面处温度和热流，采集间隔为每个10min。
传统遮阳结构和本发明遮阳结构的遮阳板上下表面的温度变化如图4、图5所示。图4、图5结果表明，白天，本发明遮阳板的上、下表面的温度均低于传统遮阳结构的遮阳板，上表面更为明显。原因是本发明的通风遮阳结构的遮阳板表面具有高反射涂层材料，反射了大部分太阳辐射，起到了充当热屏障的作用，从而阻止热量从遮阳板下表面辐射至土壤表面。
遮阳板下方土壤5cm处的温度，如图6所示。在白天，本发明的通风-遮阳结构可以明显降低土壤的温度，这种温差在6月8日没有明显的区别，因为在第一个测量日，土壤温度仍然受到土壤热历史的强烈影响。6月9日，这种降温效果更加明显，证明了遮阳板表面的反射率控制着下方土壤的温度。到夜间，没有太阳辐射后遮阳板表面反射率对温度失去控制，土壤温度转变成以厚度方向传导主导。但仍然确定的是，表层土壤的一些吸热是储存在土壤中的。在6月9日日落(18:00)约1-2小时后，反射率较高的遮阳板下的土层保持较冷。
附图中的I为太阳辐照度，ρ为遮阳板上部反射率，H为遮阳板下方对流，L为净长波辐射，G为土壤蓄热量。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种寒区路基边坡通风遮阳结构，其特征在于，包括遮阳板、枕木和锚固件，所述遮阳板通过锚固件和枕木铺设于路基边坡表面，沿路基边坡坡度方向的遮阳板间错牙搭接以在路基边坡表面形成具有通风遮阳功能的结构。
2.根据权利要求1所述的寒区路基边坡通风遮阳结构，其特征在于，上下相邻两块遮阳板间错牙搭接，且上遮阳板的下端高于下遮阳板的上端以在错牙搭接处形成通风口。
3.根据权利要求1所述的寒区路基边坡通风遮阳结构，其特征在于，所述遮阳板通过锚固件固定于枕木上，所述遮阳板铺设于路基边坡或是需要降温的物体表面。
4.根据权利要求1所述的寒区路基边坡通风遮阳结构，其特征在于，所述锚固件具有高度调节功能。
5.根据权利要求1所述的寒区路基边坡通风遮阳结构，其特征在于，枕木平行铺设在路基表面，遮阳板沿道路延伸方向呈一字型展开，左右相邻遮阳板相抵接。
6.根据权利要求1所述的寒区路基边坡通风遮阳结构，其特征在于，遮阳板与枕木的夹角为5-10°。
7.根据权利要求1所述的寒区路基边坡通风遮阳结构，其特征在于，所述遮阳板由混凝土、金属材料或者木制材料制成。
8.根据权利要求1所述的寒区路基边坡通风遮阳结构，其特征在于，所述遮阳板具有隔热功能。
9.根据权利要求8所述的寒区路基边坡通风遮阳结构，其特征在于，所述遮阳板的上表面具有高反射率涂料层。
10.根据权利要求1所述的寒区路基边坡通风遮阳结构，其特征在于，所述遮阳板与枕木为预装成型或者一体成型。
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