CN116927172A - 导热装置、地基结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种导热装置、地基结构及其施工方法，地基结构包括至少部分埋设于地下的地基基础以及一个或多个导热装置，地基基础包括装配式的混凝土基础和支承结构，混凝土基础设置于隔热层上，支承结构设置于混凝土基础上方并与混凝土基础连接，导热装置包括散热单元和采热单元，散热单元设置于地面以上，采热单元埋设于地面以下，采热单元和散热单元热连通，采热单元将地基基础所在的地下区域的热量通过散热单元传输至地上环境。该地基结构能够有效缩短基坑暴露时间、减小基础散热量、提高基础回冻速率，从而提高扩大基础的承载力及稳定性。

Description

导热装置、地基结构及其施工方法

技术领域

本公开涉及建筑工程技术领域，尤其涉及导热装置、地基结构及其施工方法。

背景技术

我国冻土分布面积广泛，季节性冻土面积约占国土面积53.5％，多年冻土面积约占21.5％，是世界第三冻土大国。冻土对温度极其敏感，在冻土区的建筑物主要遭受冻胀和融沉破坏，冬季冻土体积增大挤压建筑物基础使建筑物基础隆起，夏季冻土消融体积减小使建筑物基础发生沉降。因此，目前亟需一种能够将冻土中的热量进行转移散热从而降低土体温度以保护建筑物的技术。

发明内容

为了解决上述技术问题中的至少一个，本公开提供了导热装置、地基结构及其施工方法。

本公开第一方面提出了一种用于地基基础的导热装置，所述导热装置包括：

设置于地面以上的散热单元；以及埋设于地面以下的采热单元，所述采热单元和所述散热单元热连通，所述采热单元位于所述地基基础的外侧，以将所述地基基础所在的地下区域的热量通过所述散热单元传输至地上环境，其中，所述地下区域包括位于所述地基基础下方的至少部分区域；从所述散热单元至所述采热单元的导热路径所途经的所有结构中形成有至少一个弯折处，所述至少一个弯折处包括第一弯折处，所述第一弯折处设置于所述采热单元上，所述散热单元位于所述第一弯折处的外侧所述第一弯折处形成所述导热装置的变向，以使得所述采热单元与所述地基基础的底部相靠近。

根据本公开的一个实施方式，所述采热单元和所述散热单元均呈管状。

根据本公开的一个实施方式，所述散热单元的安装角度与基坑开挖时形成的基坑边坡的角度相匹配。

根据本公开的一个实施方式，所述采热单元包括第一采热段和第二采热段，所述第一采热段和所述第二采热段相连，所述第一采热段位于所述地基基础的底部并水平设置，所述第二采热段位于所述地基基础的旁侧并与所述散热单元相连，所述第一采热段的长度不小于所述地基基础的底部在所述第一采热段轴向上的长度。

根据本公开的一个实施方式，从所述散热单元至所述采热单元的导热路径所途经的所有结构中形成有一个弯折处，所述一个弯折处为所述第一弯折处。

根据本公开的一个实施方式，所述导热装置包括两个所述散热单元，两个所述散热单元分别与所述采热单元的两侧热连通，所述采热单元设置有两个所述第一弯折处。

根据本公开的一个实施方式，所述导热装置为无源导热装置。

根据本公开的一个实施方式，所述导热装置设置有密闭式的中空结构，所述采热单元和所述散热单元通过所述中空结构相连通，所述中空结构内设置有工质，所述导热装置通过所述工质进行相变潜热以将所述采热单元采集的热量通过所述散热单元传输至地上环境。

本公开第二方面提出了一种具有导热功能的地基结构，其特征在于，所述地基结构包括：至少部分埋设于地下的地基基础；以及一个或多个导热装置，所述导热装置为上述任一实施方式所述的用于地基基础的导热装置。

根据本公开的一个实施方式，所述地基结构包括多个所述导热装置，各所述导热装置沿水平方向排布。

根据本公开的一个实施方式，所述地基结构还包括：隔热层，所述隔热层设置于所述地基基础与所述导热装置的采热单元之间。

根据本公开的一个实施方式，所述地基基础包括：装配式的混凝土基础，所述混凝土基础设置于所述隔热层上；以及支承结构，所述支承结构设置于所述混凝土基础上方并与所述混凝土基础连接。

根据本公开的一个实施方式，所述支承结构通过拉杆与所述混凝土基础连接。

根据本公开的一个实施方式，所述混凝土基础包括：装配式的上层基础，所述上层基础设置于所述支承结构底部；以及装配式的下层基础，所述下层基础设置于所述上层基础底部并与所述上层基础连接。

根据本公开的一个实施方式，所述下层基础通过拉杆与所述上层基础连接。

根据本公开的一个实施方式，所述下层基础包括多个混凝土块，所述混凝土块之间通过钢绞线连接。

根据本公开的一个实施方式，每个所述混凝土块的接缝处设置有企口，所述企口用于灌注水泥浆从而使所述多个混凝土块形成所述下层基础。

本公开第三方面提出了一种地基结构的施工方法，所述施工方法应用于上述任一实施方式所述的地基结构，所述施工方法包括：进行基坑开挖；在所述基坑开挖的过程中开设所述导热装置的安装槽，并对所述导热装置进行安装；以及在完成所述基坑开挖且所有所述导热装置安装完成后开始安装所述地基结构的其他部分，以便于所述导热装置能够在安装所述其他部分的过程中开始导热。

根据本公开的一个实施方式，所述基坑开挖采用分区开挖的方式，每完成一个区域的挖掘时立即开始开设所述导热装置的安装槽并安装所述导热装置。

根据本公开的一个实施方式，所述导热装置的采热单元包括第一采热段，所述第一采热段位于所述地基结构的其他部分的底部并水平设置，所述第一采热段的安装槽与基坑的基底之间在竖直方向上具有一定距离。

根据本公开的一个实施方式，所述地基结构的其他部分包括隔热层和地基基础，安装所述地基结构的其他部分，包括：安装所述隔热层；以及在所述隔热层安装完成后开始安装所述地基基础。

根据本公开的一个实施方式，所述地基基础包括装配式的混凝土基础和支承结构，所述混凝土基础包括装配式的上层基础和装配式的下层基础，安装所述地基基础，包括：在所述隔热层上安装所述下层基础；在所述下层基础上安装所述上层基础；以及在所述上层基础上安装所述支承结构。

根据本公开的一个实施方式，所述下层基础包括多个混凝土块，在所述隔热层上安装所述下层基础，包括：将多个混凝土块放置于所述隔热层上，并将所述多个混凝土块安装到一起形成地基基础的下层基础。

根据本公开的一个实施方式，将所述多个混凝土块安装到一起形成地基基础的下层基础，包括：通过设置于所述混凝土块接缝处的企口进行水泥浆灌注，从而使所述多个混凝土块形成所述下层基础。

根据本公开的一个实施方式，在进行基坑开挖之前，所述施工方法还包括：在基坑以外的位置预制各所述混凝土块和所述上层基础，并对各所述混凝土块和所述上层基础进行散热。

附图说明

附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。

图1是根据本公开的一个实施方式的用于地基基础的导热装置的三维结构示意图。

图2是根据本公开的另一个实施方式的用于地基基础的导热装置的三维结构示意图。

图3是根据本公开的又一个实施方式的用于地基基础的导热装置的三维结构示意图。

图4是根据本公开的一个实施方式的具有导热功能的地基结构的三维结构示意图。

图5是根据本公开的另一个实施方式的具有导热功能的地基结构的右视示意图。

图6是图5所示的具有导热功能的地基结构的俯视示意图。

图7是根据本公开的一个实施方式的地基结构的施工方法的流程示意图。

图8是根据本公开的另一个实施方式的地基结构的施工方法的流程示意图。

图9是根据本公开的又一个实施方式的地基结构的施工方法的流程示意图。

图10是根据本公开的还一个实施方式的地基结构的施工方法的流程示意图。

附图标记：

10导热装置

11 散热单元

12 采热单元

13 隔热层

14 散热翅片

21 第一弯折处

30 地基基础

31 混凝土基础

32 上层基础

33 下层基础

34 拉杆

35 钢绞线

36 企口

37 支承结构

90 地面

91 基坑边坡

92 冻土

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开的技术方案。

除非另有说明，否则示出的示例性实施方式/实施例将被理解为提供可以在实践中实施本公开的技术构思的一些方式的各种细节的示例性特征。因此，除非另有说明，否则在不脱离本公开的技术构思的情况下，各种实施方式/实施例的特征可以另外地组合、分离、互换和/或重新布置。

本文使用的术语是为了描述具体实施例的目的，而不是限制性的。如这里所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式“一个(种、者)”和“所述(该)”也意图包括复数形式。此外，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”以及它们的变型时，说明存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、部件、组件和/或它们的组，但不排除存在或附加一个或更多个其它特征、整体、步骤、操作、部件、组件和/或它们的组。还要注意的是，如这里使用的，术语“基本上”、“大约”和其它类似的术语被用作近似术语而不用作程度术语，如此，它们被用来解释本领域普通技术人员将认识到的测量值、计算值和/或提供的值的固有偏差。

由于冻土区的环境气候较为特殊，在冻土区构筑的建筑物会面临冻胀和融陷的问题。青藏高原位于高海拔地区，分布着大片多年冻土，随着西部地区的进一步开发，更多的建筑工程、桥梁工程、电力工程等基础设施投入到青藏高原地区，其中建筑物基础施工对冻土的扰动以及由于基础温度升高导致的病害，是房屋、桥梁、电塔等建筑物不得不面临的难题。

下面以冻土区桥梁基础的工程为例，参考附图描述本公开的导热装置、地基结构及其施工方法。

图1是根据本公开的一个实施方式的用于地基基础的导热装置的三维结构示意图。参阅图1，本实施方式的用于地基基础的导热装置包括散热单元11和采热单元12。散热单元11设置于地面90以上，采热单元12埋设于地面90以下。采热单元12和散热单元11热连通。采热单元12位于地基基础30的外侧，以将地基基础30所在的地下区域的热量通过散热单元11传输至地上环境。其中，地下区域包括位于地基基础30下方的至少部分区域。从散热单元11至采热单元12的导热路径所途径的所有结构中形成有至少一个弯折处。该至少一个弯折处包括第一弯折处21。第一弯折处21设置于采热单元12上，散热单元11位于第一弯折处21的外侧。第一弯折处21形成导热装置的变向，以使得采热单元12与地基基础30的底部相靠近。

根据本公开的实施方式提出的用于地基基础的导热装置，对建筑物地基附近尤其是冻土区地下靠近地基底部的区域进行散热，通过采热单元将地基底部区域的热量进行采集并将热量通过散热单元传输到地面之上，能够降低冻土土体的温度，保持冻土尽量处于稳定冻结状态，减少了冻土因为气候环境变化而发生的温度变化程度，从而降低了冻土冻胀和融陷的程度，使冻土不松软、不融化、不下沉，有效对冻土区的桥梁基础等结构建筑物起到保护作用。

地基基础30是指以地基为基础的建筑物的墙或柱埋在地下的扩大部分。对于冻土地区建筑物的建设来说，需要选择合理的基础结构形式。例如，可以采用扩大基础(浅基础)来作为冻土区建筑物的基础，即地基基础30可以为扩大基础。扩大基础能够将墙或柱荷载扩散分布于基础底面，使之满足地基承载力和变形的要求，具有施工方法和施工机具简单、可就地取材及经济性好等优点。

图1中的地面90展示了在整个导热装置以及地基基础30均安装完成并且完成基坑回填之后的一种地面形态，地面90主要用于区分导热装置和地基基础30中的地上部分和地下部分。

导热装置用于将地面90下方的地基基础30附近冻土区域中存在的热量传输至远离地基基础30的地方，例如将热量释放到大气中。其中，热量的采集工作由采热单元12负责，热量的散发由散热单元11负责。“热连通”是指采热单元12和散热单元11之间可不或可以彼此物理接触或彼此邻接，但彼此之间能够交换热量，采热单元12能够将热量传递给散热单元11。散热单元11外露于地面90之上且设置于地基基础30的旁侧。采热单元12能够从地基基础30的下侧和旁侧对地基基础30的周围特定区域进行吸热，例如对位于地基基础30正下方一定深度内的一部分区域进行吸热。

可以理解的是，可以通过改变导热装置的性能参数和尺寸来扩大采热区域(即吸热区域)的覆盖面，使得采热区域能够覆盖地基基础下方一定深度内的全部区域。需要说明的是，该一定深度内的一部分区域或全部区域可以是与地基基础30底部相邻的，也就是该区域紧邻于地基基础30底部，以便于直接对地基基础30底部所处的冻土区域的冻结状态进行保持。

导热路径即为热量输送路径。采热单元12和散热单元11之间可以物理连接且是直接相连，此时导热路径为采热单元12—>散热单元11。图1中示出的导热装置中，采热单元12和散热单元11直接连接。

导热装置中设置有导热路径的转向节点，也就是第一弯折处21。导热路径至少因第一弯折处21而发生导热方向的变化。散热单元11的长度方向与采热单元12的长度方向因为第一弯折处21而不同。例如，散热单元11的长度方向可以是竖直向下，也可以是倾斜向下且倾斜方向为朝向地基基础30底部的方向(如图1所示)。相比于将采热单元12的延伸方向设置为散热单元11的长度方向来说，第一弯折处21使得采热单元12能够更靠近地基基础30底部，例如使得采热单元12的部分结构的长度方向与地基基础30的底部平面相平行，从而使得被降温的区域更为紧靠地基基础30底部。同时，第一弯折处21还使得散热单元11与地基基础30底部之间的距离不会太远，减少了导热装置的长度，利于热传输效率的提高和成本控制。

可以理解的是，上述导热路径所途径的所有结构中还可以设置有多个弯折处，通过多个弯折处来进行多次转向，使得采热单元12能够更为靠近地基基础30的底部并更为贴合地基基础30的侧部和底部形状。

示例性地，采热单元12和散热单元11可以均呈管状，例如可以采用圆管。散热单元11的外管壁上可以向外延伸有散热翅片(图1中未示出)，以增加与空气的接触面积，从而提升散热效率。散热翅片可以采用肋片或螺旋翅片。

示例性地，散热单元11的安装角度可以与基坑开挖时形成的基坑边坡的角度相匹配。基坑边坡(图1中未示出)指的是基坑侧壁的具有一定倾斜度的斜坡，基坑边坡在基坑开挖完成时形成。散热单元11可以被设置为倾斜向下，使得散热单元11的一端朝向地基基础30的底部，并且倾斜的角度可以与基坑边坡的角度相同，即斜率相同，这样能够便于散热单元11的安装施工，并提升散热效果。

图2是根据本公开的另一个实施方式的用于地基基础的导热装置的三维结构示意图。参阅图2，采热单元12可以包括可以第一采热段和第二采热段。第一采热段和第二采热段相连，第一采热段可以位于地基基础30的底部并可以水平设置，第二采热段可以位于地基基础30的旁侧并与散热单元11相连。第一采热段的长度可以不小于地基基础30的底部在第一采热段轴向上的长度。通过将第一采热段水平设置，并合理设置第一采热段的长度，使得第一采热段的采热区域能够更贴合地基基础的底面，从而提升导热效果。

第一采热段和第二采热段共同形成采热单元12。其中，第一采热段的一端可以为封闭端，另一端与第二采热段相连，第一采热段和第二采热段的连接处即为第一弯折处21。第二采热段的一端与第一采热段相连，另一端与散热单元11相连。图2中示出的采热单元12的水平部分即为第一采热段，地面以下的倾斜部分即为第二采热段，而地面以上的倾斜部分则为散热单元11。第一采热段和第二采热段均能够将地基基础附近地下的热量传输至散热单元11，两者在结构上可以近似或相同，两者的区别可以仅在于在导热装置中的位置不同。

地基基础30的底部结构可以水平设置，且底面可以为矩形，第一采热段的布置方向可以为：第一采热段的轴向X平行于地基基础30的底面矩形。配合第一采热段的长度和水平设置的方式，使得第一采热段采热区域的覆盖范围能够在第一采热段的轴向X上的一定宽度范围内覆盖地基基础30底面。

继续参阅图1和图2，从散热单元11至采热单元12的导热路径所途经的所有结构中可以仅形成有一个弯折处，该弯折处即为第一弯折处21。此时，导热装置整体上大致呈L型。

图3是根据本公开的又一个实施方式的用于地基基础的导热装置的三维结构示意图。参阅图3，导热装置可以包括两个散热单元11，两个散热单元11分别与采热单元12的两侧热连通。采热单元12设置有两个第一弯折处21。通过设置两个散热单元来增加与大气的接触渠道和接触面积，从而提高热交换的效率，减小基础冻土回冻时间。

导热装置可以包括两个散热单元11和一个采热单元12，采热单元12的自身结构上设置有两个第一弯折处21，两个第一弯折处21分别位于第一采热段两端，采热单元12设置有两个第二采热段，两个第二采热段分别与第一采热段的两端相连，使得采热单元12大致呈U型。两个散热单元11的一端分别与相应的第二采热段相连，散热单元11的另一端为封闭端，也就是整个导热装置的端部。此时导热装置共具有两个末端。此时导热装置存在两条导热路径，每条导热路径均为：采热单元12—>散热单元11。

示例性地，导热装置可以为无源导热装置。无源导热装置指的是无需依据外界提供的能源(例如电源)来实现热传递的导热装置。

示例性地，导热装置可以设置有密闭式的中空结构。采热单元12和散热单元11可以通过中空结构相连通。中空结构内可以设置有工质，导热装置通过工质进行相变潜热以将采热单元12采集的热量通过散热单元11传输至地上环境。

以管状导热装置为例。导热装置为一个整体的管状结构，内部具有空腔，空腔将采热单元12和散热单元11连通。导热装置例如可以采用空心钢管，空心钢管的直径可以设置为不小于8厘米。在导热装置的结构仅包括第一采热段、第二采热段和散热单元时，第一采热段、第二采热段和散热单元共同组成导热装置，导热装置作为一个整体结构，三者分别为该整体结构的其中一个部分，第一采热段和散热单元各有一个封闭端和一个连接端，第二采热单元不具有封闭端而有两个连接端。

导热装置的空腔内装有液化工质，工质采用沸点较低的工质，例如液氨或液氨，使得工质在温度较低的环境下也能够发生相变。导热装置利用工质在外界温度变化时发生相变从而会进行吸热/放热的原理来进行导热。在温度发生变化并且温度变化程度满足工质的相变条件时，工质从一个相变化至另一个相并在相变过程中吸热/放热，从而实现热量的传输。

继续参阅图3，导热装置为一个封闭式的导热管道，导热管道内设有真空腔体。采热单元12为导热管道的蒸发段，蒸发段包括平直段和倾斜段，平直段为第一采热段，倾斜段为第二采热段，平直段和倾斜段之间具有第一弯折处21。平直段埋设于地下并位于地基基础30下方，倾斜段埋设于地下并位于地基基础30旁侧。散热单元11为导热管道的冷凝段并外置于地面以上的大气中。工质能够利用腔体的空间在蒸发段和冷凝段之间移动。

在大气环境温度较低时，例如在冬季，大气和冻土之间存在温差，且大气温度低于冻土温度，液态的工质会吸收冻土中存在的热量从而在蒸发段中进行汽化蒸发，汽化后的工质会在空腔内向上移动至冷凝段。由于冷凝段外露在温度较低大气中因此工质会变回液态，同时将吸收的热量通过冷凝段的管道释放到大气中，冷却后变回液态的工质会受重力影响回流至下方的蒸发段中，然后继续吸收冻土内的热量，完成将冻土中的热量传递到大气的过程，实现对冻土的换热和导冷，降低土体温度，提高冻土的地基稳定性。

在大气环境温度较高时，例如在夏季，液态工质全部汽化，而气体的对流很小，因此大气中的热量难以通过工质传递到冻土中，保持冻土的稳定冻结状态。

可以理解的是，地基基础30可以配置有多个导热装置，各导热装置可以沿水平方向排布，例如沿垂直于采热单元12轴线的方向排布，使得所有导热装置的采热区域将地基基础30下方区域全部覆盖，进一步提高冻土的地基稳定性。

图4是根据本公开的一个实施方式的具有导热功能的地基结构的三维结构示意图。参阅图4，该地基结构包括地基基础30以及一个或多个导热装置10。地基基础30至少部分埋设于地下。导热装置10可以为上述任一实施方式的用于地基基础的导热装置。

导热装置10可以包括散热单元11和采热单元12。散热单元11设置于地面90以上，采热单元12埋设于地面90以下。采热单元12和散热单元11热连通。采热单元12位于地基基础30的外侧，以将地基基础30所在的地下区域的热量通过散热单元11传输至地上环境。其中，地下区域包括位于地基基础30下方的至少部分区域。从散热单元11至采热单元12的导热路径所途径的所有结构中形成有至少一个弯折处。该至少一个弯折处包括第一弯折处21。第一弯折处21设置于采热单元12上，散热单元11位于第一弯折处21的外侧。第一弯折处21形成导热装置10的变向，以使得采热单元12与地基基础30的底部相靠近。

需要说明的是，本实施方式提供的具有导热功能的地基结构中未披露的细节，可参照本公开提出的上述实施方式的用于地基基础的导热装置中所披露的细节，此处不再赘述。

根据本公开的实施方式提出的具有导热功能的地基结构，利用导热装置对建筑物地基附近尤其是冻土区地下靠近地基底部的区域进行散热，通过导热装置的采热单元将地基底部区域的热量进行采集并通过导热装置的散热单元将热量传输到地面之上，能够降低冻土土体的温度，保持冻土尽量处于稳定冻结状态，减少了冻土因为气候环境变化而发生的温度变化程度，从而降低了冻土冻胀和融陷的程度，使冻土不松软、不融化、不下沉，有效对冻土区的桥梁基础等结构建筑物起到保护作用。

示例性地，采热单元12和散热单元11可以均呈管状，例如可以采用圆管。散热单元11的安装角度可以与基坑开挖时形成的基坑边坡的角度相匹配。

示例性地，采热单元12可以包括第一采热段和第二采热段。第一采热段和第二采热段相连，第一采热段可以位于地基基础30的底部并可以水平设置，第二采热段可以位于地基基础30的旁侧并可以与散热单元11相连。第一采热段的长度可以不小于地基基础30的底部在第一采热段轴向上的长度。

示例性地，从散热单元11至采热单元12的导热路径所途经的所有结构中可以仅形成有一个弯折处，该弯折处即为第一弯折处21。

示例性地，导热装置10可以包括两个散热单元11，两个散热单元11分别与采热单元12的两侧热连通。采热单元12设置有两个第一弯折处21。

示例性地，导热装置10可以为无源导热装置10。导热装置10可以设置有密闭式的中空结构。采热单元12和散热单元11可以通过中空结构相连通。中空结构内可以设置有工质，导热装置10通过工质进行相变潜热以将采热单元12采集的热量通过散热单元11传输至地上环境。

继续参阅图4，地基结构可以包括多个导热装置10，各导热装置10沿水平方向排布。例如，图4中示出了三个导热装置10，三个导热装置10沿垂直于采热单元12轴线的方向排布，使得所有导热装置10的采热区域将地基基础30下方区域全部覆盖，进一步提高冻土的地基稳定性。

继续参阅图4，地基结构还可以包括隔热层13。隔热层13可以设置于地基基础30与导热装置10的采热单元12之间。隔热层13即隔热垫层，隔热层13可以由碎石或其他隔热材料组成，并铺设在冻土与地基基础30之间。采热单元12位于隔热层13的外侧，例如位于隔热层13的下侧和至少一个旁侧。在采热单元12包括第一采热段和第二采热段时，第一采热段可以位于隔热层13的底部并水平设置，第一采热段与隔热层13之间在竖直方向上可以留有一定距离。

通过铺设隔热层13能够在建筑物运营过程中有效阻止地基基础将热量传递给冻土，并且在基坑开挖时能够保护基底不外露，避免冻土融化，保证冻土的冻结状态。在基坑开挖完成后可以立即在基坑底面及侧面开槽并安装导热装置10，之后安装隔热层13。

地基基础30的底面可以为一个矩形平面，并且该平面可以为一个水平面。隔热层13的顶部可以紧邻于地基基础30的底部，并且隔热层13的顶面可以完全覆盖地基基础30的底面，以保证隔热效果。例如，隔热层13的顶面为矩形平面，地基基础30底面位于隔热层13顶面的中心位置，隔热层13顶面的长和宽可以分别大于地基基础30底面的长和宽。采热单元12至少部分地位于隔热层13的底部，散热单元11位于隔热层13的上方旁侧。

当隔热层13的底面为水平的矩形面时，由于隔热层13的长和宽分别大于地基基础30底部的长和宽，因此采热单元12的长度可以被设置为大于等于隔热层13底面矩形的该组对边的长度，使得采热区域的最大长度大于隔热层13底部的长度，由此能够扩大散热范围，进一步增加散热效果，增强冻土冻结状态稳定性。

目前，在对地基结构的地基基础进行施工时，由于地基基础的体积较大，施工时产生的放热量较大，因此施工过程会对地基冻结状态不利。图5是根据本公开的另一个实施方式的具有导热功能的地基结构的右视示意图。图6是图5所示的具有导热功能的地基结构的俯视示意图。参阅图5和图6，地基基础可以包括装配式的混凝土基础31和支承结构37。混凝土基础31设置于隔热层13上。支承结构37设置于混凝土基础31上方并与混凝土基础31连接。

装配式的混凝土基础可以通过在预制场进行预制得到。预制场是指在建筑工程中制备混凝土或各种建筑构件的场所。支承结构37可以为桥墩，是支撑桥梁主梁的混凝土结构。桥墩可以为装配式桥墩，并可以在预制场通过现场拼接的方式与混凝土基础31连接。

通过采用装配式混凝土基础使得可以预先在工厂进行基础的预制，并在达到强度后运输到基坑进行现场组装，减小基坑的暴露时间，并且基础的水化热在预制时已释放，有效减小了基础散热量。

支承结构37可以通过拉杆34与混凝土基础31连接，拉杆34是安装在机械或建筑物上起牵引作用的杆形构件。拉杆34可以采用高强拉杆。装配式的混凝土基础31和支承结构37通过拉杆34连接成为一个整体。在地基基础包括隔热层13的情况下，该整体置于隔热层13之上，通过混凝土基础31将支承结构37及上方建筑的载荷传递给隔热层13，进而传递给冻土92。

混凝土基础31放置于隔热层13上。导热装置10的采热单元12的第一采热段设置于隔热层13下方，例如第一采热段可以设置于冻土92内并与上方的隔热层13之间留有一定距离。导热装置10的散热单元11的安装角度可以与基坑边坡91的角度相匹配，从而降低施工难度并增加散热效果。散热单元11上可以布置多个散热翅片14，以提高散热效率。

继续参阅图5和图6，装配式的混凝土基础31可以包括装配式的上层基础32和装配式的下层基础33。上层基础32设置于支承结构37底部。下层基础33设置于上层基础32底部并与上层基础32连接。装配式预制混凝土基础31共分为上、下两层，即上层基础32和下层基础33。下层基础33可以通过拉杆34与上层基础32连接，通过高强拉杆连接为一个整体。

在上层基础32的与支承结构37之间接触面上可以设置第一凹槽，第一凹槽的深度可以设置为5厘米。第一凹槽的长度和宽度与支承结构37底部的尺寸相匹配。

在下层基础33的与上层基础32之间接触面上可以设置第二凹槽，第二凹槽的深度可以设置为5厘米。第二凹槽的长度和宽度与上层基础32底部的尺寸相匹配。

上层基础32可以为一块整体混凝土预制块，其尺寸规格可以为360cm×360cm×85cm，重量可以为27.5吨。下层基础33可以包括多个混凝土块，混凝土块之间可以通过钢绞线35连接。每块装配式预制混凝土块可以全部在预制场内预制，并在预制的混凝土块散热完成后运输到现场进行拼装。

下层基础33可以由四块混凝土预制块拼接组成。每块混凝土预制块的尺寸规格可以为280cm×280cm×100cm，重量可以为20.4吨。在下层基础33的各混凝土预制块内可以埋设预应力管道，通过高强预应力的钢绞线35将其连接成一个整体共同受力。

在下层基础33的各混凝土预制块的接缝处可以留有企口36，企口36用于灌注水泥浆从而使各混凝土块形成下层基础33。各混凝土块施工完成之后，通过企口36封闭各个块之间的缝隙，避免湿气进入，增加耐久性，同时提供各混凝土块之间的抗剪作用。企口36的尺寸可以被设置为不小于8厘米。各混凝土预制块的接缝处还可以留有预应力钢绞线张拉孔道，孔道直径可以为100毫米，在钢绞线35张拉完成后从企口36灌注水泥浆从而完成灌注。

通过采用装配式混凝土基础并将地基基础进行分块，预先在预制场浇筑好预制混凝土构件，预制混凝土块构件预留好接缝企口和预应力钢筋张拉孔，并在混凝土构件完成散热后输送至基坑处进行逐层安装，地基基础的水化热在预制时已完成释放，有效减小了基础散热量，避免了混凝土浇筑过程中水化热造成的冻土融化，最大限度的减小了对冻土的热扰动，整个过程无混凝土的现场浇筑施工，克服了冻土地区在寒冷季节时混凝土难以浇筑的难题，有效保证了基础工程的质量，从而提高地基基础的承载力及稳定性。

图7是根据本公开的一个实施方式的地基结构的施工方法的流程示意图。参阅图5、图6和图7，本实施方式的施工方法M10可以包括以下步骤S1000、步骤S2000和步骤S3000。

S1000，进行基坑开挖。

S2000，在基坑开挖的过程中开设导热装置10的安装槽，并对导热装置10进行安装。

S3000，在完成基坑开挖且所有导热装置10安装完成后开始安装地基结构的其他部分，以便于导热装置10能够在安装其他部分的过程中开始导热。

根据本公开的实施方式提出的地基结构的施工方法，在基坑开挖完成后立即安装导热装置，使得导热装置能够在基坑开挖完成后立即开始工作，且有效工作时间贯穿施工及运营的全部过程，能够缩短地基基础施工的回冻时间，提高基础回冻速率，有效降低扩大基础对冻土的扰动，保持冻土尽量处于稳定冻结状态，有效对冻土区的桥梁基础等结构建筑物起到保护作用。

本实施方式的地基结构包括地基基础30以及一个或多个导热装置10。地基基础30至少部分埋设于地下。导热装置10可以包括散热单元11和采热单元12。散热单元11设置于地面以上，采热单元12埋设于地面以下。采热单元12和散热单元11热连通。采热单元12位于地基基础30的外侧，以将地基基础30所在的地下区域的热量通过散热单元11传输至地上环境。其中，地下区域包括位于地基基础30下方的至少部分区域。从散热单元11至采热单元12的导热路径所途径的所有结构中形成有至少一个弯折处。该至少一个弯折处包括第一弯折处21。第一弯折处21设置于采热单元12上，散热单元11位于第一弯折处21的外侧。第一弯折处21形成导热装置10的变向，以使得采热单元12与地基基础30的底部相靠近。

示例性地，采热单元12和散热单元11可以均呈管状，例如可以采用圆管。散热单元11的安装角度可以与基坑开挖时形成的基坑边坡的角度相匹配。

示例性地，采热单元12可以包括第一采热段和第二采热段。第一采热段和第二采热段相连，第一采热段可以位于地基基础30的底部并可以水平设置，第二采热段可以位于地基基础30的旁侧并与散热单元11相连。第一采热段的长度可以不小于地基基础30的底部在第一采热段轴向上的长度。

示例性地，从散热单元11至采热单元12的导热路径所途经的所有结构中可以仅形成有一个弯折处，该弯折处即为第一弯折处21。

示例性地，导热装置10可以包括两个散热单元11，两个散热单元11分别与采热单元12的两侧热连通。采热单元12设置有两个第一弯折处21。

示例性地，导热装置10可以为无源导热装置10。导热装置10可以设置有密闭式的中空结构。采热单元12和散热单元11可以通过中空结构相连通。中空结构内可以设置有工质，导热装置10通过工质进行相变潜热以将采热单元12采集的热量通过散热单元11传输至地上环境。

示例性地，地基结构可以包括多个导热装置10，各导热装置10沿水平方向排布。

需要说明的是，本实施方式中待施工的地基结构的导热装置中未披露的细节，可参照本公开提出的上述实施方式的用于地基基础的导热装置中所披露的细节，此处不再赘述。

在基坑开挖时同步在基坑底面及侧面开槽并安装导热装置10，导热装置10在安装完成后可以立即开始将冻土92中的热量传输至大气中，并在后续安装包括地基基础30在内的地基结构其他部分的过程中，将安装过程产生并输入到冻土92中的热量进行吸收并传输至大气中。地基基础30可以采用扩大基础。

在完成地基结构的所有部分的安装后，进行基坑回填，将基坑回填至原地面。基坑回填可以采用分层回填的形式，每回填一层可以进行一次压实，每层回填厚度可以设置为不大于50cm，压实度可以设置为不小于90％。

示例性地，在进行基坑开挖(步骤S1000)之前，可以先依据上方建筑物的结构确定地基结构参数，并按地基结构参数中的相关参数来进行基坑开挖。地基结构参数可以包括地基基础的尺寸、基坑规模、导热装置尺寸、导热装置数量等。其中，地基基础的尺寸可以依据承载力和抗冻拔计算确定，导热装置尺寸和数量可以依据冻土资料信息、外界环境及地基基础的规模确定。

示例性地，步骤S1000中，基坑开挖可以采用分区开挖的方式，每完成一个区域的挖掘时可以立即开始开设导热装置10的安装槽并安装导热装置10。例如，地基基础配置有三个导热装置10，则可以将基坑划分为三个子区域，每完成一个子区域的挖掘，即开始对这个子区域进行安装槽的开设并安装导热装置10，使得在后续子区域的挖掘过程中，已完成挖掘的子区域的导热装置10已经开始工作，从而减少后续子区域挖掘过程产生并传入冻土的热量，进一步减小开挖带来的冻土扰动，缩短地基基础施工的回冻时间，提高基础回冻速率。

示例性地，导热装置10的第一采热段的安装槽与基坑的基底之间在竖直方向上可以具有一定距离。例如，第一采热段安装槽的开槽位置为距离基坑基底25厘米深的位置，也就是将第一采热段埋入距离基坑基底25厘米深的位置，避免在后续施工地基结构的其他部分时对第一采热段造成破坏。

图8是根据本公开的另一个实施方式的地基结构的施工方法的流程示意图。参阅图5、图6和图8，地基结构的其他部分可以包括隔热层13和地基基础30。隔热层13可以设置于地基基础30与导热装置10的采热单元12之间。此时，步骤S3000中的安装地基结构的其他部分可以包括以下步骤S3100和步骤S3200。

S3100，安装隔热层13。

S3200，在隔热层13安装完成后开始安装地基基础30。

根据本公开的实施方式提出的地基结构的施工方法，安装完所有的导热装置后立即开始安装隔热层，通过隔热层将基地与大气相隔绝，避免在地基结构施工过程中由于基坑暴露于大气中使得热流入较大导致的冻土升温，同时也避免后续施工地基基础时产生的热量传入冻土中，有效缩短基坑暴露时间，进一步降低扩大基础对冻土的扰动，保持冻土尽量处于稳定冻结状态。

在施工过程中，隔热层13与导热装置10共同发挥作用，基础开挖时保护基底不外露，运营中隔绝基础传入的热量，最大程度的保证冻土的冻结状态。

图9是根据本公开的又一个实施方式的地基结构的施工方法的流程示意图。参阅图5、图6和图9，地基基础30可以包括装配式的混凝土基础31和支承结构37。混凝土基础31设置于隔热层13上。支承结构37设置于混凝土基础31上方并与混凝土基础31连接。支承结构37可以通过拉杆34与混凝土基础31连接。混凝土基础31可以包括装配式的上层基础32和装配式的下层基础33。上层基础32设置于支承结构37底部。下层基础33设置于上层基础32底部并与上层基础32连接。下层基础33可以通过拉杆34与上层基础32连接。此时，步骤S3200中的安装地基基础的方式可以包括以下步骤S3210、步骤S3220和步骤S3230。

S3210，在隔热层13上安装下层基础33。

S3220，在下层基础33上安装上层基础32。

S3230，在上层基础32上安装支承结构37。

在安装装配式的下层基础33、上层基础32和支承结构37时，均可以采用车辆吊装的方式进行安装。汽车吊具有方便灵活、工作效率高、机动性好等优点。将下层基础33吊装并进行精确定位，定位后放置于隔热层13上，之后将上层基础32吊装并进行精确定位，定位后放置于下层基础33上，并通过高强拉杆34将上层基础32与下层基础33固定并拧紧螺栓，将下层基础33和上层基础32连接为整体形成结构稳定的混凝土基础31。之后将支承结构37吊装并进行精确定位，定位后放置于上层基础32上，并通过高强拉杆34将支承结构37与上层基础32固定，将混凝土基础31和支承结构37连接为整体形成结构稳定的地基基础30。支承结构37可以为桥墩。可以理解的是，在依据上方建筑物的结构确定地基结构参数时，确定出的地基结构参数还可以包括拉杆数量。

示例性地，下层基础33可以包括多个混凝土块，混凝土块之间可以通过钢绞线35连接。此时，步骤S3210中的在隔热层上安装地基基础的下层基础的方式可以包括：将多个混凝土块放置于隔热层13上，并将各个混凝土块安装到一起形成地基基础30的下层基础33。

在将各混凝土块放置于隔热层13上之后，将高强预应力的钢绞线35通过混凝土块内埋设的预应力管道进行穿束，并进行张拉，张拉控制应力可以设置为不小于0.6倍的容许值，张拉完成后可以开始灌浆封锚，在接缝处的企口36处灌注水泥浆(孔道灌浆)，将各混凝土块连接为整体形成结构稳定的下层基础33。可以理解的是，在依据上方建筑物的结构确定地基结构参数时，确定出的地基结构参数还可以包括钢绞线数量。

示例性地，步骤S3210中将各个混凝土块安装到一起形成地基基础30的下层基础33的方式可以包括：通过设置于混凝土块接缝处的企口36进行水泥浆灌注，从而使多个混凝土块形成下层基础33。

示例性地，在进行基坑开挖(步骤S1000)之前，施工方法M10还可以包括以下步骤：在基坑以外的位置预制各混凝土块和上层基础32，并对各混凝土块和上层基础32进行散热。

根据本公开的实施方式提出的地基结构的施工方法，采用装配式施工，将地基基础进行分块，预先在预制场浇筑好预制混凝土构件，预制混凝土块构件预留好接缝企口和预应力钢筋张拉孔，并在混凝土构件完成散热后输送至基坑处进行逐层安装，施工过程方便快捷，有效缩短工期，并且地基基础的水化热在预制时已完成释放，有效减小了基础散热量，避免了混凝土浇筑过程中水化热造成的冻土融化，最大限度的减小了对冻土的热扰动，整个过程无混凝土的现场浇筑施工，克服了冻土地区在寒冷季节时混凝土难以浇筑的难题，有效保证了基础工程的质量，从而提高地基基础的承载力及稳定性。

在混凝土块和上层基础32在预制时可以在预制场或者工厂中进行生产，养护及散热时间可以不小于60天。每块装配式预制混凝土基础全部在预制场内预制，待预制的混凝土基础散热完成后运到现场进行拼装。

图10是根据本公开的还一个实施方式的地基结构的施工方法的流程示意图。参阅图10，地基结构的施工方法M20的整体施工方法包括以下步骤。

S100，依据上方建筑物的结构确定地基结构参数。

S200，在基坑以外的位置预制各混凝土块和上层基础，并对各混凝土块和上层基础进行散热。

S300，采用分区开挖的方式进行基坑开挖，每完成一个区域的挖掘时立即开始开设导热装置的安装槽并安装导热装置。

S400，在完成基坑开挖且所有导热装置安装完成后开始安装隔热层。

S500，将各预制混凝土块放置于隔热层上，并将各预制混凝土块通过高强预应力的钢绞线安装到一起形成地基基础的下层基础。

S600，在下层基础上通过高强拉杆安装地基基础的预制上层基础(独立构件)。

S700，在预制上层基础上通过高强拉杆安装地基基础的预制桥墩。

S800，基坑回填。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本公开的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本公开的实施方式所属技术领域的技术人员所理解。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式/方式”、“一些实施方式/方式”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施方式/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施方式/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须是相同的实施方式/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施方式/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施方式/方式或示例以及不同实施方式/方式或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。

Claims (10)

1.一种用于地基基础的导热装置，其特征在于，所述导热装置包括：

设置于地面以上的散热单元；以及

埋设于地面以下的采热单元，所述采热单元和所述散热单元热连通，所述采热单元位于所述地基基础的外侧，以将所述地基基础所在的地下区域的热量通过所述散热单元传输至地上环境，其中，所述地下区域包括位于所述地基基础下方的至少部分区域；

从所述散热单元至所述采热单元的导热路径所途经的所有结构中形成有至少一个弯折处，所述至少一个弯折处包括第一弯折处，所述第一弯折处设置于所述采热单元上，所述散热单元位于所述第一弯折处的外侧，所述第一弯折处形成所述导热装置的变向，以使得所述采热单元与所述地基基础的底部相靠近。

2.根据权利要求1所述的导热装置，其特征在于，所述采热单元和所述散热单元均呈管状；

可选地，所述散热单元的安装角度与基坑开挖时形成的基坑边坡的角度相匹配；

可选地，所述采热单元包括第一采热段和第二采热段，所述第一采热段和所述第二采热段相连，所述第一采热段位于所述地基基础的底部并水平设置，所述第二采热段位于所述地基基础的旁侧并与所述散热单元相连，所述第一采热段的长度不小于所述地基基础的底部在所述第一采热段轴向上的长度；

可选地，从所述散热单元至所述采热单元的导热路径所途经的所有结构中形成有一个弯折处，所述一个弯折处为所述第一弯折处；

可选地，所述导热装置包括两个所述散热单元，两个所述散热单元分别与所述采热单元的两侧热连通，所述采热单元设置有两个所述第一弯折处；

可选地，所述导热装置为无源导热装置；

可选地，所述导热装置设置有密闭式的中空结构，所述采热单元和所述散热单元通过所述中空结构相连通，所述中空结构内设置有工质，所述导热装置通过所述工质进行相变潜热以将所述采热单元采集的热量通过所述散热单元传输至地上环境。

3.一种具有导热功能的地基结构，其特征在于，所述地基结构包括：

至少部分埋设于地下的地基基础；以及

一个或多个导热装置，所述导热装置为权利要求1或2所述的用于地基基础的导热装置。

4.根据权利要求4所述的地基结构，其特征在于，所述地基结构包括多个所述导热装置，各所述导热装置沿水平方向排布。

5.根据权利要求3或4所述的地基结构，其特征在于，所述地基结构还包括：

隔热层，所述隔热层设置于所述地基基础与所述导热装置的采热单元之间；

可选地，所述地基基础包括：

装配式的混凝土基础，所述混凝土基础设置于所述隔热层上；以及

支承结构，所述支承结构设置于所述混凝土基础上方并与所述混凝土基础连接；

可选地，所述支承结构通过拉杆与所述混凝土基础连接；

可选地，所述混凝土基础包括：

装配式的上层基础，所述上层基础设置于所述支承结构底部；以及

装配式的下层基础，所述下层基础设置于所述上层基础底部并与所述上层基础连接。

6.根据权利要求5所述的地基结构，其特征在于，所述下层基础通过拉杆与所述上层基础连接；

可选地，所述下层基础包括多个混凝土块，所述混凝土块之间通过钢绞线连接；

可选地，每个所述混凝土块的接缝处设置有企口，所述企口用于灌注水泥浆从而使所述多个混凝土块形成所述下层基础。

7.一种地基结构的施工方法，其特征在于，所述施工方法应用于权利要求3-6中任一项所述的地基结构，所述施工方法包括：

进行基坑开挖；

在所述基坑开挖的过程中开设所述导热装置的安装槽，并对所述导热装置进行安装；以及

在完成所述基坑开挖且所有所述导热装置安装完成后开始安装所述地基结构的其他部分，以便于所述导热装置能够在安装所述其他部分的过程中开始导热。

8.根据权利要求7所述的施工方法，其特征在于，所述基坑开挖采用分区开挖的方式，每完成一个区域的挖掘时立即开始开设所述导热装置的安装槽并安装所述导热装置；

可选地，所述导热装置的采热单元包括第一采热段，所述第一采热段位于所述地基结构的其他部分的底部并水平设置，所述第一采热段的安装槽与基坑的基底之间在竖直方向上具有一定距离。

9.根据权利要求7或8所述的施工方法，其特征在于，所述地基结构的其他部分包括隔热层和地基基础，安装所述地基结构的其他部分，包括：

安装所述隔热层；以及

在所述隔热层安装完成后开始安装所述地基基础。

10.根据权利要求9所述的施工方法，其特征在于，所述地基基础包括装配式的混凝土基础和支承结构，所述混凝土基础包括装配式的上层基础和装配式的下层基础，安装所述地基基础，包括：

在所述隔热层上安装所述下层基础；

在所述下层基础上安装所述上层基础；以及

在所述上层基础上安装所述支承结构；

可选地，所述下层基础包括多个混凝土块，在所述隔热层上安装所述下层基础，包括：

将多个混凝土块放置于所述隔热层上，并将所述多个混凝土块安装到一起形成地基基础的下层基础；

可选地，将所述多个混凝土块安装到一起形成地基基础的下层基础，包括：

通过设置于所述混凝土块接缝处的企口进行水泥浆灌注，从而使所述多个混凝土块形成所述下层基础；

可选地，在进行基坑开挖之前，所述施工方法还包括：

在基坑以外的位置预制各所述混凝土块和所述上层基础，并对各所述混凝土块和所述上层基础进行散热。