CN209620008U - 一种用于季节性冻土地区的防融沉自冷钢管螺旋桩 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于季节性冻土地区的防融沉自冷钢管螺旋桩。该螺旋桩包括钢管螺旋桩、冷却系统、太阳能供电设备和控制系统，温度传感器与控制器的输入端相连接，控制器输出端与冷却系统相连接，太阳能供电设备分别给冷却系统、控制器提供电源，钢管螺旋桩包括螺旋冷却管道和钢管，螺旋冷却管道安装在所述钢管内腔，冷却系统的输出端与螺旋冷却管道的输入端相连接，螺旋冷却管道的输出端与冷却系统的输入端相连接，控制器根据温度传感器采集的电压值与所述控制器的预设值进行比较，确定冷却系统的开启或关闭。本实用新型提供的用于季节性冻土地区的防融沉自冷钢管螺旋桩，能够保持冻土的温度，减少冻土融化，保持桩的承载能力。

Description

一种用于季节性冻土地区的防融沉自冷钢管螺旋桩

技术领域

本实用新型涉及输电线路技术领域，特别是涉及一种用于季节性冻土地区的防融沉自冷钢管螺旋桩。

背景技术

随着我国经济的发展，国家的基础设施建设不断地扩大。输电线路作为我国重要的基础设施也在快速的发展。由于我国气候条件差异大，并且是世界第三大冻土分布区，因此不可避免的存在着冻土地区设施建设问题，输电线路的冻土地区建设存在着不少的问题，尤其是铁塔基础问题。

冻土是指温度在零摄氏度以下，其中含有各种岩石、冰以及土壤。冻土通常被分为短时冻土(数小时/数日以至半月)、季节冻土(半月至数月) 以及多年冻土(又称永久冻土，指的是持续二年或二年以上的冻结不融的土层)。冻土可分为上下两层：上层每年夏季融化，冬季冻结，称活动层，又称冰融层；下层常年处在冻结状态，称永冻层或多年冻层。

在气温升高时，冻土活动层发生融化，冰晶和冰膜融化成水，土层在上载荷和自身重力的影响下发生下陷，在其上的建筑基础也会跟着下沉，造成建筑的破坏。传统的建筑基础，特别是在季节性冻土地区的建筑基础，会随着冻土的融化而产生不同程度的沉降，造成破坏，所以需要新型的基础来缓解这种危害。

螺旋桩作为一种新型的抗拔基础，近年来被广泛的运用在各种建设当中，包括在冻土地区工程的应用。螺旋桩以其独特性能，可以用来防治冻土的冻胀、融沉等冻害。螺旋桩有较强的抗冻拔能力，但在防治融沉灾害能力还有待加强。所以，要引入新思想、新方法来提高钢管螺旋桩防融沉性能。

我国冻土主要分布在高山高原地区，如长白山、青藏高原等，但是这些偏远山区的电能供给也是一项投入，在无电、缺电地区无法推广。

发明内容

本实用新型提供一种用于季节性冻土地区的防融沉自冷钢管螺旋桩，该自冷桩利用外部动力能源，将季节性冻土中的热量排出到空气中，从而保持冻土的温度，减少冻土融化，保持桩的承载能力。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

一种用于季节性冻土地区的防融沉自冷钢管螺旋桩，其特征在于，包括钢管螺旋桩、冷却系统、太阳能供电设备和控制系统，所述控制系统包括控制器和温度传感器，所述温度传感器用于检测冻土活动层的温度，所述温度传感器与所述控制器的输入端相连接，所述控制器输出端与所述冷却系统相连接，所述太阳能供电设备分别给所述冷却系统、控制器提供电源，所述钢管螺旋桩包括螺旋冷却管道和钢管，所述螺旋冷却管道安装在所述钢管内腔，并与所述钢管内腔均匀接触，所述冷却系统的输出端与所述螺旋冷却管道的输入端相连接，所述螺旋冷却管道的输出端与所述冷却系统的输入端相连接，所述控制器根据所述温度传感器采集的电压值与所述控制器的预设值进行比较，确定冷却系统的开启或关闭。

可选的，所述控制器的预设值为冻土融化的温度界限值，当所述温度传感器的检测值≥温度界限值时，所示冷却系统开启；当所述温度传感器的检测值＜温度界限值时，所示冷却系统关闭。

可选的，所述冷却系统为压缩式冷却系统。

可选的，所述压缩式冷却系统包括压缩机、冷凝器、干燥过滤器和减压阀，所述压缩机与所述冷凝器、干燥过滤器、减压阀依次连接，所述压缩机为所述冷却系统的输入端，所述减压阀为所述冷却系统的输出端。

可选的，所述太阳能供电设备包括太阳能电池板、供电支架、蓄电池、第一稳压模块和第二稳压模块，所述太阳能电池板安装在所述供电之架上，所述太阳能电池板通过电缆与所述蓄电池相连接，所述第一稳压模块一端与所述蓄电池相连接，另一端与所述冷却系统的电源端相连接，所述第二稳压模块一端与所述蓄电池相连接，另一端与所述控制器相连接。

可选的，所述钢管螺旋桩和所述温度传感器埋在冻土层中，所述冷却系统、太阳能供电设备和控制器均安装在所述钢管旋转桩附近的地面上。

该技术与现有技术相比，具有如下有益效果：

本实用新型提供的一种用于季节性冻土地区的防融沉自冷钢管螺旋桩，将螺旋冷却管道铺设在钢管螺旋桩内部，使螺旋冷却管道与钢管内腔均匀接触，螺旋冷却管道的输入端、输出端通过钢管螺旋桩上的开孔分别与冷却系统相连接，利用温度传感器将检测到冻土层的温度转换为电压信号，控制器根据接收到的电压信号与其预设值进行比较，控制冷却系统开启或关闭；冷却系统开启时，气态制冷剂通过压缩机被压缩成高温高压得气体后，进入冷凝器，将高温高压的气态制冷剂换热成低温高压的液态制冷剂，液体制冷剂进入干燥过滤器中，干燥过滤器将冷却系统中的杂物过滤掉，液态制冷剂再通过减压阀，因流出减压阀的制冷剂受到遏制，因此出来后制冷剂压力降低，温度继续降低，成为气体和液体两种，再通过与减压阀相连的螺旋冷却管道进入桩内，由于螺旋冷却管道与钢管接触，钢铁作为良好的热量传导介质，将热量传导到制冷剂，制冷剂吸热蒸发，变成气态，再次被压缩机吸入，进入下一次循环，源源不断的将冻土的热量传导到空气中，降低冻土的温度，从而达到冻土不融化，避免产生融沉。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例季节性冻土地区的防融沉自冷钢管螺旋桩结构示意图；

图2为本实用新型实施例自冷钢管螺旋桩的冷却原理图；

图3为本实用新型实施例自冷钢管螺旋桩剖面结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提供一种用于季节性冻土地区的防融沉自冷钢管螺旋桩，该自冷桩利用外部动力能源，将季节性冻土中的热量排出到空气中，从而保持冻土的温度，减少冻土融化，保持桩的承载能力。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本实用新型实施例季节性冻土地区的防融沉自冷钢管螺旋桩结构示意图，如图1所示，一种用于季节性冻土地区的防融沉自冷钢管螺旋桩，其特征在于，包括钢管螺旋桩5、冷却系统2、太阳能供电设备1和控制系统，所述控制系统包括控制器3和温度传感器6，所述温度传感器6用于检测冻土活动层的温度，所述温度传感器6与所述控制器3的输入端相连接，所述控制器3输出端与所述冷却系统2相连接，所述太阳能供电设备1分别给所述冷却系统2、控制器3提供电源，所述钢管螺旋桩5包括螺旋冷却管道12和钢管，所述螺旋冷却管道12内部设置有蒸发器7，所述螺旋冷却管道12安装在所述钢管内腔，并与所述钢管内腔均匀接触，所述冷却系统2 的输出端与所述螺旋冷却管道12的输入端通过循环管道4相连接，所述螺旋冷却管道12的输出端与所述冷却系统2的输入端通过循环管道4相连接，所述控制器3根据所述温度传感器6采集的电压值与所述控制器3的预设值进行比较，确定冷却系统2的开启或关闭。所述控制器3的预设值为冻土融化的温度界限值，当所述温度传感器6的检测值≥温度界限值时，所示冷却系统2开启；当所述温度传感器6的检测值＜温度界限值时，所示冷却系统 2关闭。所述太阳能供电设备1包括太阳能电池板、供电支架、蓄电池、第一稳压模块和第二稳压模块，所述太阳能电池板安装在所述供电之架上，所述太阳能电池板通过电缆与所述蓄电池相连接，所述第一稳压模块一端与所述蓄电池相连接，另一端与所述冷却系统的电源端相连接，所述第二稳压模块一端与所述蓄电池相连接，另一端与所述控制器3相连接。太阳能供电设备1的输出功率根据自冷钢管螺旋桩的能耗设置，为整个系统运行提供电能，由于设备制冷不是连续的，蓄电池可以在系统不工作时储存电能。所述钢管螺旋桩5和所述温度传感器6埋在冻土层中，所述冷却系统2、太阳能供电设备1和控制器3均安装在所述钢管旋转桩5附近的地面上。

图2为本实用新型实施例自冷钢管螺旋桩的冷却原理图，如图2所示，所述冷却系统2为压缩式冷却系统。所述压缩式冷却系统包括压缩机11、冷凝器10、干燥过滤器9和减压阀8，所述压缩机11与所述冷凝器10、干燥过滤器9、减压阀8依次连接，所述压缩机11为所述冷却系统2的输入端，所述减压阀8为所述冷却系统2的输出端。所述钢管螺旋桩5上设置有两个开孔，所述两个开孔分别用于所述螺旋冷却管道的输入端13、输出端14与所述冷却系统2相连接。所述冷却系统2的减压阀8与所述螺旋冷却管道12 中蒸发器7的输入端相连接，所述螺旋冷却管道中蒸发器7的输出端与所述冷却系统的压缩机11相连接。所述压缩机11上设置有电磁阀，所述控制器 3通过控制所述电磁阀的开或关来控制所述压缩机11的打开或关闭。压缩机 11的开闭由控制器3控制，在冻土活动层15温度高于预设温度时，压缩机11启动，在温度低于预设温度时，压缩机11关闭，这样可以延长设备使用寿命，并且减少能耗。在温度升高时由冷却系统2进行制冷降温，形成一种具有自我降温能力的桩基础。当温度传感器6检测到的冻土活动层15的温度高于控制器3中的设定温度时，控制器3控制电磁阀开启，所述压缩机11 启动，启动时气态制冷剂通过压缩机11被压缩成高温高压得气体后，进入冷凝器10，冷凝器10相当于一个换热设备，将高温高压的气态制冷剂换热成低温高压的液态制冷剂，液体制冷剂进入干燥过滤器9中，干燥过滤器9 将冷却系统2中的杂物过滤掉，液态制冷剂再通过减压阀8，因流出减压阀 8的制冷剂受到遏制，因此出来后制冷剂压力降低，温度继续降低，成为气体和液体两种，再通过与减压阀8相连的螺旋冷却管道12进入桩内，由于螺旋冷却管道12与桩身接触，钢铁作为良好的热量传导介质，将热量传导到制冷剂，制冷剂吸热蒸发，变成气态，再次被压缩机11吸入，进入下一次循环，源源不断的将冻土的热量传导到空气中，降低冻土的温度，从而达到冻土不融化，避免产生融沉。

图3为本实用新型实施例自冷钢管螺旋桩剖面结构示意图，如图3所示，大直径钢管螺旋桩5的体积较大，在其内部铺设螺旋冷却管道12，螺旋冷却管道与钢管内壁均匀接触，螺旋冷却管道12通过桩身的两个开孔与外部压缩式冷却设备相连，该自冷螺旋桩不仅拥有更好的物理性能，还保持了力学特性，同时其适应性更加的广泛，采用旋入式施工，施工过程基本不排土，基本没有震动和噪音，更加利于对冻土地区脆弱的环境的保护。所述钢管螺旋桩5旋入地层后，一部分处于冻土15活动层，一部分处于冻土永冻层16。由于使用太阳能设备1供电，使系统更加的节能环保，减小了施工量和施工难度。所述螺旋冷却管道12设置有输入端13和输出端14，输出端 13为冷却介质的进入端，输出端14为冷却介质的流出端。温度传感器6埋在桩周围季节性冻土活动层15中的合适位置，与控制器3相连，为控制器3 提供冻土温度数据。

本实用新型提供的一种用于季节性冻土地区的防融沉自冷钢管螺旋桩，将螺旋冷却管道铺设在钢管螺旋桩内部，使螺旋冷却管道与钢管内腔均匀接触，螺旋冷却管道的输入端、输出端通过钢管螺旋桩上的开孔分别与冷却系统相连接，利用温度传感器将检测到冻土层的温度转换为电压信号，控制器根据接收到的电压信号与其预设值进行比较，控制冷却系统开启或关闭；冷却系统开启时，气态制冷剂通过压缩机被压缩成高温高压得气体后，进入冷凝器，将高温高压的气态制冷剂换热成低温高压的液态制冷剂，液体制冷剂进入干燥过滤器中，干燥过滤器将冷却系统中的杂物过滤掉，液态制冷剂再通过减压阀，因流出减压阀的制冷剂受到遏制，因此出来后制冷剂压力降低，温度继续降低，成为气体和液体两种，再通过与减压阀相连的螺旋冷却管道进入桩内，由于螺旋冷却管道与钢管接触，钢铁作为良好的热量传导介质，将热量传导到制冷剂，制冷剂吸热蒸发，变成气态，再次被压缩机吸入，进入下一次循环，源源不断的将冻土的热量传导到空气中。本实用新型提供一种用于季节性冻土地区的防融沉自冷钢管螺旋桩，该自冷桩利用外部动力能源，将季节性冻土中的热量排出到空气中，从而保持冻土的温度，减少冻土融化，保持桩的承载能力。我国冻土主要分布在高山高原地区，如长白山、青藏高原等，这些地区由于地理位置的限制，架设输电线路比较困难，这样不利用系统的正常工作。但是这些高山高原地区光照比较充足，所以有丰富的太阳能可以利用。自冷钢管螺旋桩设置有太阳能供电设备，所述太阳能供电设备分别给所述冷却系统、控制器提供电源，这样既可以省去供电线路，节省费用以及降低施工难度，还可以充分利用可再生能源，有利于环保。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (6)

1.一种用于季节性冻土地区的防融沉自冷钢管螺旋桩，其特征在于，包括钢管螺旋桩、冷却系统、太阳能供电设备和控制系统，所述控制系统包括控制器和温度传感器，所述温度传感器用于检测冻土活动层的温度，所述温度传感器与所述控制器的输入端相连接，所述控制器输出端与所述冷却系统相连接，所述太阳能供电设备分别给所述冷却系统、控制器提供电源，所述钢管螺旋桩包括螺旋冷却管道和钢管，所述螺旋冷却管道安装在所述钢管内腔，并与所述钢管内腔均匀接触，所述冷却系统的输出端与所述螺旋冷却管道的输入端相连接，所述螺旋冷却管道的输出端与所述冷却系统的输入端相连接，所述控制器根据所述温度传感器采集的电压值与所述控制器的预设值进行比较，确定冷却系统的开启或关闭。

2.根据权利要求1所述的用于季节性冻土地区的防融沉自冷钢管螺旋桩，其特征在于，所述控制器的预设值为冻土融化的温度界限值，当所述温度传感器的检测值≥温度界限值时，所示冷却系统开启；当所述温度传感器的检测值＜温度界限值时，所示冷却系统关闭。

3.根据权利要求1所述的用于季节性冻土地区的防融沉自冷钢管螺旋桩，其特征在于，所述冷却系统为压缩式冷却系统。

4.根据权利要求3所述的用于季节性冻土地区的防融沉自冷钢管螺旋桩，其特征在于，所述压缩式冷却系统包括压缩机、冷凝器、干燥过滤器和减压阀，所述压缩机与所述冷凝器、干燥过滤器、减压阀依次连接，所述压缩机为所述冷却系统的输入端，所述减压阀为所述冷却系统的输出端。

5.根据权利要求1所述的用于季节性冻土地区的防融沉自冷钢管螺旋桩，其特征在于，所述太阳能供电设备包括太阳能电池板、供电支架、蓄电池、第一稳压模块和第二稳压模块，所述太阳能电池板安装在所述供电支架上，所述太阳能电池板通过电缆与所述蓄电池相连接，所述第一稳压模块一端与所述蓄电池相连接，另一端与所述冷却系统的电源端相连接，所述第二稳压模块一端与所述蓄电池相连接，另一端与所述控制器相连接。

6.根据权利要求1所述的用于季节性冻土地区的防融沉自冷钢管螺旋桩，其特征在于，所述钢管螺旋桩和所述温度传感器埋在冻土层中，所述冷却系统、太阳能供电设备和控制器均安装在所述钢管旋转桩附近的地面上。