CN204417944U - 一种块石层+通风烟囱宽幅路基结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种散热块石层+通风烟囱宽幅路基结构，其结构特征是在压实的天然地表上铺设块石层，块石层在坡脚位置水平延伸，形成开放边界；在块石层上安装竖向通风烟囱，使烟囱底部与块石层贯通连接，烟囱垂直且高出路基顶部，块石层上铺设一层透水土工布，透水土工布上筑路基填土。本实用新型通过在路基中心部位的块石层中安装竖向通风烟囱，利用“烟囱效应”的“抽拔”作用，可加快基底块石层内的对流换热速度，从而更快更多的带走路基内的热量，实现降低下部多年冻土温度的目的，并有效对路基中心部位进行制冷，从而解决了宽幅高等级公路路基中部降温效果差的难题，同时具有造价低，施工简易，便于维护的优点，对维护多年冻土区宽幅路基的长期稳定性有重要意义。

Description

一种块石层+通风烟囱宽幅路基结构

技术领域

本实用新型涉及一种用于降低多年冻土温度的散热块石层+通风烟囱宽幅路基结构。

背景技术

冻土是一种含冰的负温地质体，按冻结持续时间可分为多年冻土和季节冻土，冻结时间在两年或两年以上的冻土称为多年冻土。我国多年冻土面积约占国土面积的22.4%，是世界第三冻土大国。由于冻土中含有冰及未冻水，其性质复杂且对温度极为敏感。人类工程活动以及全球变暖都会引起冻土升温，导致多年冻土变化，给冻土区工程建设带来很多困难。

随着西部大开发战略的不断深入，青藏高速公路的修建显得尤为必要，已进入国家相关部门的规划。由于宽幅高等级公路的路面宽度明显增大，且采用吸热量较大的沥青路面，从而导致现有的主动冷却措施因吸热面增加、路基内部换热强度降低而受到极大的限制，因此，以往在青藏铁路建设中的经验以及运用成熟的降温措施并不能直接适应于宽幅高等级公路的建设。基于这些考虑，亟需寻求新的措施来保护多年冻土区宽幅高等级公路的下覆多年冻土，确保寒区道路的稳定和畅通。如果在宽幅道路中使用块碎石层，那么块碎石层变宽，它内部，尤其中部的自然对流降温作用将被削弱，难以保证路基有效的降温效果。如果在宽幅高等级道路中使用通风管，那么通风管长度大大增加，其内部的空气流动减缓，将削弱其降温效果的发挥，且无法阻止热量通过通风管之间的路基填土传入下部冻土。加上全球变暖的影响，块碎石层、通风管等现有单一措施的冷却降温效率将不足以降低宽幅高等级道路路基及下伏土体的温度。宽幅高等级道路路基稳定性将难以得到保证。

为使现有的冻土保护技术能够应用于宽幅高等级道路，就需要对它们进行强化或者优化组合。张明义等（张明义，赖远明，董元宏. 通风混凝土板与块碎石层聚冷路基：中国，200520079311.8[P]. 2006-11-08.）通过在块碎石层顶部铺设纵向通风的混凝土板来加强块碎石层的对流降温效应。但是，较厚的混凝土板在一定程度上阻碍了冷季外界冷空气与块碎石层顶部发生热量交换，不利于快速充分地利用外界冷能。喻文兵等（喻文兵，陈琳，郭明，易鑫. 倒T型通风宽幅路基结构：中国，201310325965.3[P]. 2013-11-13）提出了一种倒T型通风宽幅路基结构，通过路基内部的水平通风管与竖向通风管的气压差，实现内外能量交换。但是该种措施造价较高，横、竖向通风管安装繁琐，且风积沙容易堵塞通风管，造成其通风降温能力下降。因此，必须寻求新的技术以适用于多年冻土区宽幅高等级公路的冻土保护。

发明内容

鉴于上述，本实用新型提供一种块石层+通风烟囱的宽幅路基结构。通过在路基底部铺设块石层，路基中心部位安装竖向通风烟囱，并且使烟囱底部贯通连接块石层，烟囱顶部高出路基顶面，利用“烟囱效应”的“抽吸”作用，加快基底块石层内的对流换热速度，从而更快更多的带走路基内的热量，实现降低路基下部多年冻土的目的。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种块石层+通风烟囱的宽幅路基，是由天然地基、块石层、土工布、路基填土、烟囱组成。在压实的天然地表上铺设1.0-1.5m厚的块石层，使块石层在坡脚位置水平延伸1.0m宽，形成开放边界，块石粒径控制在12-30cm，块石强度为30-35MPa，空隙率为25%-30%；在块石层上安装竖向通风烟囱，使烟囱底部与块石层贯通连接，烟囱垂直且高出路基顶部1.5-2.0m，烟囱口径20-30cm；块石层上铺设一层透水土工布，透水土工布上筑1.0-3.0m厚路基填土。

本实用新型充分利用块石层通风降温效果，结合“烟囱效应”，一方面提高整个路基底部块石层的对流换热速度，另一方面又强化了路基中心部位的制冷。冷季，外界气温低于路基土体温度时，路基烟囱内出现上部温度低于下部，空气密度上大下小，在重力和浮力的作用下，内部热空气从烟囱排出，外界冷空气从路基两侧的块石层补入，空气的流动将外部“冷量”带入路基中，同时把热量带出，从而实现对路基填土及下部土体的降温作用。夏季，由于烟囱内上部温度高于下部，空气密度上大下小，空气无对流发生，同时由于块石层夏季较好的热屏蔽作用，可有效阻隔外界热量的侵入，同样使路基温度不会升高。实现路基下多年冻土的保护。

本实用新型的优点和有益效果是：

1. 本实用新型由于在路基块石层中安装了竖向通风烟囱，充分利用了“烟囱效应”，使整个路基底部块石层的对流换热效率大幅提升，最大限度的带走路基内的热量，大幅提高一个冻融周期内路基的净放热量，同时还可实现路基中部的有效制冷，解决了宽幅路基中由于路基宽度增加所导致的中部降温效果差的难题；

2. 施工方便快捷，对环境扰动小，块碎石、填土等取材方便，成本低廉。烟囱安装简易，且位于宽幅路基中间隔离带内，不会对行车安全造成影响；

3．本实用新型可以直接应用于高温冻土区、铺设黑色路面的公路路基工程中，对于路基的高低没有特殊要求。

附图说明

图1是本实用新型横断面。

图2是本实用新型俯视面。

图3是本实用新型工作原理图。

具体实施方式

下面结合附图，将对本实用新型技术方案再做进一步的说明：

如图1-2所示，一种块石层+通风烟囱的宽幅路基，是由天然地基1、块石层2、土工布3、路基填土4、烟囱5组成。在压实的天然地表上铺设宽度为30m（满足宽幅高等级公路路面宽度要求）、厚度为1.2 m的块石层2，块石粒径控制在12-30cm，块石强度为30MPa，块石空隙率为30%；块石层2在坡脚位置水平延伸1.0m宽，形成开放边界，其目的在于增大进风口面积，以利于外界风进入块石层内。在块石层2上安装竖向通风烟囱5使烟囱5底部与块石层2贯通连接，安装于路基中部隔离带内。烟囱5垂直且高出路基顶部2.0m，烟囱口径30cm，管壁厚度约0.5cm；块石层2上铺设一层透水土工布3，透水土工布3上筑1.5m厚路基填土4。烟囱管壁周围用填土压实，以保证烟囱5在路基中的稳定性。

当冷季外界气温低于路基土体温度时，在外界强风的作用下，路基底部的块石层开始发生强迫对流和自然对流的复合过程，此时，由于路基中心部位设置了通风烟囱，在“烟囱效应”的作用下，块石层中的空气迅速通过烟囱排出，而将外界冷空气从路基两侧的块石层补入，空气的流动将外部“冷量”带入路基中，同时把热量带出，从而实现对路基土体及下部冻土的降温作用，同时该过程也实现了路基中部的有效制冷。当暖季外界气温高于路基土体温度时，由于烟囱内上部温度高于下部，空气密度上大下小，空气无对流发生，同时由于块石层夏季较好的热屏蔽作用，可有效阻隔外界热量的侵入，同样保护路基温度不会升高（参见图3）。

综合上述，在一个冻融周期内，该路基结构在冷季吸入大量的“冷能”，并把“热能”及时带走，大幅提高了单一块石措施的对流换热效率，最大限度的带走路基内的热量；而在暖季可有效屏蔽外界热量进入路基土体，因此，大幅提高一个冻融周期内路基的净放热量，达到了积累“冷量”，保护冻土，提高冻土路基稳定性的目的。

为验证新型散热块石护坡路基的有效性，本实用新型在青藏高原214国道花石峡野外试验场已作为试验段进行观测试验。通过观测试验，本实用新型有效降低路基中心部位的温度，保证了青藏高原214国道花石峡路段无沉陷，无翻浆现象的发生，保证此路段多年冻土路基的稳定。

Claims (1)

1.一种散热块石层+通风烟囱宽幅路基结构，是由天然地基（1）、块石层（2）、土工布（3）、路基填土（4）、烟囱（5）组成，其特征是在压实的天然地表上铺设宽度为30m、厚度为1.2 m的块石层（2），块石粒径控制在12-30cm，块石强度为30MPa，块石空隙率为30%；块石层（2）在坡脚位置水平延伸1.0m宽，形成开放边界；在块石层（2）上安装竖向通风烟囱（5，）使烟囱（5）底部与块石层（2）贯通连接，烟囱（5）垂直且高出路基顶部2.0m，烟囱口径30cm，管壁厚度为0.5cm；块石层（2）上铺设一层透水土工布（3），透水土工布（3）上筑1.5m厚路基填土（4）。