CN204325836U - 一种用于冷却20m以上大尺度冻土路基的阻热导冷结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于冷却20m以上大尺度冻土路基的阻热导冷结构。在高速公路的大尺度路基条件下，路基总宽度达到20m以上，现有多年冻土处置措施如片块石路基、通风管路基等在使用过程中都存在着各自的局限性。本实用新型自下而上依次铺设有填土路基、阻热导冷结构板和路面结构层；阻热导冷结构板为保温材料板，内部布设有竖向的导冷管，导冷管高度与阻热导冷结构板厚度相同，保温材料顶部有散热板，底部有吸热板，起到扩大吸、散热面积的作用；阻热导冷结构板为单元板，板与板之间通过搭接方式布设。本阻热导冷结构能够有效的增加进入路基体内的冷量，且冷量的分布范围更均匀、作用效果更明显，从而达到保护路基下多年冻土的作用。

Description

一种用于冷却20m以上大尺度冻土路基的阻热导冷结构

技术领域

本实用新型属于交通建设技术领域，具体涉及一种用于冷却20m以上大尺度冻土路基的阻热导冷结构。

背景技术

2004年1月国务院通过的国家高速公路网规划，已经将北京－拉萨高速公路（简称京藏高速公路）作为唯一的进藏高速公路纳入国家“7918高速公路网”，并位列7条首都放射线之一。2013年6月新发布的国家公路网规划的“71118”高速公路网总规模11.8万km，其中京藏高速公路的最后建设路段格尔木至拉萨段（简称青藏高速）已纳入十二五后期建设规划。因此，青藏高速公路将成为未来青藏高原乃至国家重大交通基础设施建设中的主要任务。

青藏高速公路作为青藏两省区的“脊柱”工程，其建设对保障国家安全，维护领土完整，提高应急保障能力，促进西藏民族团结进步，实现西藏与内地同步进入小康具有重要的战略意义。然而由于青藏高原特殊的地理、气候条件以及沿线分布了超过550km的多年冻土区，使得青藏高速仍然面临着能否建设和如何建设的难题，其建设难度是以往青藏公路工程内其他任何一项工程所无法类比的。

高速公路宽幅路基较以往的普通二级公路，最大的区别在于路基宽度增大，导致沥青混凝土路面宽度随之增加，以往研究表明，高速公路在路面宽度较普通公路增加1倍时，底面年平均热流量增加60%，且增加的热流主要集中在路堤面的中心部位，并产生“聚热效应”，导致多年冻土的退化速度加快0.6倍，这种关系不会因路堤高度增加而减弱，在多年冻土地区修建高速公路，将会面临更严峻的挑战，在工程建设中必须充分重视。我国“公路工程技术标准”对公路路基横断面设计有着十分明确的要求。对于整体式路基横断面，路基总宽度在24.5～26.0m之间，对于分离式路基，单幅路基宽度为13.0m。

通过调控对流、辐射或传导和综合调控来冷却地基。是目前多年冻土区公路常用的方法，其中调控对流方法的工程措施包括块石基底路基、块（碎）石护坡路基和管道通风路基等，调控辐射方法的工程措施包括遮阳棚、遮阳板路基，调控传导方法的工程措施包括热棒路基、吸水硅藻土护坡或热半导体材料路基等，综合调控的方法如旱桥等，这些研究成果主要是在公路路基宽度仅为10m的条件下完成的，主要应用在青藏公路、青康公路等二级公路以及青藏铁路等窄断面道路上。

对高速公路由于路基结构与尺度的不同，“热侵蚀”更为严重。目前多年冻土地区已有保护冻土路基稳定工程技术主要采用的有以下几种：

片块石路基在多年冻土区二级及以下公路路基下使用状况相对良好，取得了一系列的研究成果。但是在大尺度路基条件下，路面宽度大幅增加，在保持块石层合理厚度的前提下，路堤中间区域将很难出现自然对流，对土体发挥降温作用也将减弱。而且片块石路基片块石层的压实度、孔隙率等控制指标在施工中如何控制和检测都是尚未解决的难题。

目前国内外应用的通风管路基都集中在二级及以下低等级公路上，在高速宽幅路基中还未开展，通风管路基在高速公路宽幅路基中的适用性还有待研究。在高速公路中，由于路基宽幅大幅度增加，路基内通风管长度增加，管内空气的对流作用将减弱，通风管的主动降温功能将受到影响。且在暖季由于通风管长度，对流作用减弱，热空气进入后很难排除，造成路基吸热量增加。因此对高速公路宽幅路基中通风管路基的降温效能及宽幅路基下通风管孔径等设计参数的改进和研究还有大量的工作需要开展。

热棒+XPS板复合路基在暖季可以发挥保温板隔热的作用，在冷季可以发挥热棒主动冷却的作用，达到暖季隔热、冷季持续输入冷量的综合效果。但是，在宽幅路基条件下，暖季保温板只能阻止一定热量输入，剩余的热量仍不断向路基下传输，冷季虽然热棒不断的将空气中的冷量带入路基以冷却路基，但是由于热棒的作用影响半径，热棒只能对热棒周围一定范围内的土体产生影响，而对离热棒较远位置特别是路中处的路基影响较小。这样，路基在暖季不断积攒热量，冷季冷量输入不够、且分布不均匀的影响下，必然会产生严重的病害。

因此，针对高速公路的大尺度路基条件，以及现有多年冻土处置措施的局限性，提出本实用新型。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种用于冷却20m以上大尺度冻土路基的阻热导冷结构，兼具隔热和导冷的作用，使路基各部位均可产生隔热与吸冷的综合效果。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种用于冷却20m以上大尺度冻土路基的阻热导冷结构，其特征在于：

自下而上依次铺设有填土路基和路面结构层；

填土路基之上、路面结构层之下布设有阻热导冷结构板，阻热导冷结构板为保温材料板，内部布设有众多竖向的导冷管，导冷管高度与阻热导冷结构板厚度相同；

阻热导冷结构板上顶面有散热板，下底面有吸热板。

阻热导冷结构板内部的导冷管各排对齐或错开均匀布置，亦或是呈Z字形布置。

阻热导冷结构板为单元板，板与板之间通过搭接方式布设。

本实用新型具有以下优点：

本实用新型结构简单，成本低廉，经济实用。本实用新型为预制成品，强度高、整体性好，施工现场只需对板下路基按要求压实，即可将本阻热导冷结构铺设于路基上，板与板之间采用搭接结构，沿路基纵向及横向依次铺设。

阻热导冷板以工业隔热材料为基础材料，起到隔热的作用。每块板上均布设有导冷管，板的顶部布设一层散热板，板的底部布设一层吸热板。当阻热导冷结构顶部温度低于底部温度时，路基体内热量通过吸热板进入导冷管内，导冷管再通过散热板，将热量传递到阻热导冷结构的顶部，向路基外扩散，达到冷却路基的目的。

在本实用新型铺设范围内可以做到暖季减少进入路基的热量、冷季增加进入路基的冷量，达到主动降温和被动保护相结合。对于多年冻土区路基来说，本阻热导冷结构能够有效的增加进入路基体内的冷量，且冷量的分布范围更均匀、作用效果更明显，从而达到保护路基下多年冻土的作用。

附图说明

图1为本实用新型结构图。

图2为阻热导冷结构板侧视图。

图3为导冷管各排错开均匀布置（梅花型）图。

图4为导冷管呈Z字形布置图。

图5为导冷管各排对齐均匀布置图。

图6为导冷管侧视图。

图中，1-阻热导冷结构板，2-路面结构层，3-填土路基，4-保温材料，5-导冷管，6-散热端，7-吸热端，8-吸热板，9-散热板，10-工质。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型进行详细的说明。

本实用新型涉及的一种用于冷却20m以上大尺度冻土路基的阻热导冷结构，在路基中均匀分布暖季可隔热、冷季可导冷的阻热导冷结构。在路基中布设保温材料，通过保温材料增加路基的热阻，以达到在暖季隔热的效果；同时，在每块保温材料中，布设有导冷管，板的顶部布设一层散热板，板的底部布设一层吸热板。导冷管的吸热端与吸热板相连，散热端与散热板相连。

暖季时，由于沥青路面吸热量较大，且外部整体温度较高，保温板顶部温度高于底部温度，保温板起到隔热的作用，保温板内导冷管也不工作；冷季时，路面吸热量减少，且外界空气温度较低，保温板起到隔冷作用，但由于保温板底温度高于板顶温度，导冷管开始工作，通过保温板底部的吸热板，将路基体内的热量吸收后传递到导冷管顶部的散热板，热量在板顶部受到外界冷空气的作用，不断向空气散发。在保温板隔冷、导冷管不断的将保温板底热量带出，并向空气散发的过程中，该保温结构达到了暖季隔热、冷季导冷的阻热导冷结构。

导冷管底部为吸热端，顶部为散热端，内置受热易挥发，受冷后易冷凝的工质，在导冷管上下部温差及重力的作用下，完成路基内热量与外界冷量的交换。一块阻热导冷结构内可根据需要布设若干根导冷管，根据冷量需求可布设为梅花形、Z字形等形状，导冷管底部与吸热板相接，可以增大吸热面积，顶部与散热板相接，可以增加散热面积，达到本实用新型铺设范围内同时导冷的作用。

具体结构是：

自下而上依次铺设有填土路基3和路面结构层2。填土路基3之上、路面结构层2之下布设有阻热导冷结构板1，阻热导冷结构板1为保温材料板，保温材料为XPS板等工业泡沫塑料，具有较高的抗压强度，保温材料作为阻热导冷结构的主体材料，横向铺设于路基体内。内部根据制冷量需求，可采用多种布设方式，布设竖向的导冷管5，导冷管5高度与单向导热板1厚度相同。保温材料顶部有散热板9，底部有吸热板8。

根据冷量需求，在每块保温材料内预先埋设若干根导冷管5，导冷管5与保温材料一次成型后，上下顶面加入散热板9和吸热板8，形成一个整体的阻热导冷结构。导冷管5下部为吸热端7，起到吸收板底热量的作用；上部为散热端6，起到发散蒸发端吸收的热量到空气中，从而达到冷却保温板底路基温度的作用。阻热导冷结构板1为单元板，板与板之间通过搭接方式布设。在阻热导冷板1铺设范围内，可以做到暖季发挥保温板隔热的作用，冷季可以发挥热棒主动冷却的作用，达到暖季阻热、冷季持续输入冷量的单向导热功能。

本实用新型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实用新型说明书而对本实用新型技术方案采取的任何等效的变换，均为本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (3)

1.一种用于冷却20m以上大尺度冻土路基的阻热导冷结构，其特征在于：

自下而上依次铺设有填土路基（3）和路面结构层（2）；

填土路基（3）之上、路面结构层（2）之下布设有阻热导冷结构板（1），阻热导冷结构板（1）为保温材料板，内部布设有众多竖向的导冷管（5），导冷管（5）高度与阻热导冷结构板（1）厚度相同；

阻热导冷结构板（1）上顶面有散热板（9），下底面有吸热板（8）。

2.根据权利要求1所述的一种用于冷却20m以上大尺度冻土路基的阻热导冷结构，其特征在于：

阻热导冷结构板（1）内部的导冷管（5）各排对齐或错开均匀布置，亦或是呈Z字形布置。

3.根据权利要求1所述的一种用于冷却20m以上大尺度冻土路基的阻热导冷结构，其特征在于：

阻热导冷结构板（1）为单元板，板与板之间通过搭接方式布设。