一种自动温控透壁通风管‑块碎石层复合路基制造技术

本实用新型专利技术公开了一种自动温控透壁通风管‑块碎石层复合路基，包括设置在天然地表上的块碎石层，块碎石层上设置有若干透壁通风管，所有透壁通风管均连接温度控制装置，透壁通风管上包裹有土工布，土工布上设置有保温层，保温层上铺设有铺筑路堤填土，通过将连接有温度控制装置的透壁通风管和块碎石层的降温作用进行优化加强，相互取长补短；再与保温层的隔热保温特性相结合，充分发挥各自的优点，实现冷季大量吸入冷能的同时，有效限制暖季的吸热量，大幅提高了路基在一个冻融周期内的净放热量，从而更加有效地降低路基下伏冻土的温度。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于复合路基领域，具体涉及一种自动温控透壁通风管-块碎石层复合路基。
技术介绍
冻土是指具有负温和含冰的土体和岩石，按生存时间主要分为多年冻土、季节冻土和瞬时冻土。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。冻土中由于冰以及未冻水的存在，其性质极其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的升温，给路基带来融沉病害，严重危害多年冻土区路基的稳定性。在多年冻土区修建道路工程，一个至为关键的问题是在全球变暖的大背景下，如何维护多年冻土区道路路基的稳定性。为解决好冻土问题，确保多年冻土区道路的安全稳定，相关科研人员提出了主动冷却地基，保护冻土的总思路，并依据这一思路设计出了一系列降温措施。俄罗斯科学家JFNixon(Geothermalaspectsofventilatedpaddesign.ProceedingsoftheThirdInternationalconferenceonPermafrost.1978，Edmonton，Alberta，Canada：841～846)进行了管通通风制冷系统的实验研究。盛煜、张鲁新、杨成松等在“保温处理措施在多年冻土区道路工程中的应用”(冰川冻土，2002，24(5)：618-622)中报道了保护多年冻土的工程措施是在路基内加铺一层保温材料。美国阿拉斯加交通科学报道的新式保护多年冻土的措施是将发卡热管与保温材料的组合放置于路堤地上部。该措施主要特点是利用热管在保温材料下部温度高于上部温度时开始工作，将下部热量传递到上部，在相反温度条件下则停止工作，阻止热量的下传，总体效果起到单向导热的“热二极管”的作用。但由于热管埋置于路堤内部，一旦热管中的工质发生泄漏，所导致热管效能的丧失将无法修复。中国科学院知识创新工程的重大项目“青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应”着重就上述问题开展了专题研究，在研究中完成了“自动温控通风装置”和“液压式自动温控通风装置”的专利申请(申请号：03114640.6、03114641.4)。赖远明等(赖远明；董元宏；张明义.一种透壁通风管-块碎石层降温隔热复合路基在宽幅道路中的应用：中国，CN101818471A[P].2010-09-01.)提出了一种强化通风隔热路基，将块碎石层置于透壁通风管之下，置于块碎石层之上的透壁通风管在冷季降低了块碎石层上边界的温度，增强了块碎石层的自然对流降温效应；而在暖季透壁通风管又会将外界较热的空气带入路基，增加吸热量，所以这种路基不利于大幅增加路基的净放热量，难以发挥高效的降温作用。通风管和块碎石路基作为降温效果较好的路基形式已被应用于青藏铁路工程中。
技术实现思路
本技术的目的在于克服上述不足，提供一种自动温控透壁通风管-块碎石层复合路基，对于降低路基下部冻土温度，抬升多年冻土上限，确保路基稳定具有明显的改善作用。为了达到上述目的，本技术包括设置在天然地表上的块碎石层，块碎石层上设置有若干透壁通风管，所有透壁通风管均连接温度控制装置，透壁通风管上包裹有土工布，土工布上设置有保温层，保温层上铺设有铺筑路堤填土。所述透壁通风管上开设有若干孔眼。所述孔眼的孔径为3～10cm，开孔率为10％～40％。所述温度控制装置包括连接有温度传感器的控制器，控制器连接能够自动开合的风门。所述透壁通风管的外径为30～80cm，管壁厚度为2～10cm。相邻的透壁通风管间距为1～5倍的透壁通风管外径。所述块碎石层的粒径为10cm～50cm，厚度≤3.0m。与现有技术相比，本技术通过将连接有温度控制装置的透壁通风管和块碎石层的降温作用进行优化加强，相互取长补短；再与保温层的隔热保温特性相结合，充分发挥各自的优点，实现冷季大量吸入冷能的同时，有效限制暖季的吸热量，大幅提高了路基在一个冻融周期内的净放热量，从而更加有效地降低路基下伏冻土的温度；因此，这种路基可提升多年冻土的人为上限，保护路基下的多年冻土，避免冻胀和融沉发生，取得很好的效果，本技术无需任何外部动力设施，便于施工，无污染，保护生态环境。块碎石可就近取材，成本低廉；温度控制装置和透壁通风管可预制后直接运往现场安装，路基铺筑工序简单，施工简便，可以直接应用于高温冻土区、铺设黑色路面的道路工程中。进一步的，本技术的温度控制装置，具有容许相对低温气流的流动，而阻止高温气流流动的功能，即在环境气温低于0℃时，自动打开风门，通过通风管进行内部土体与外界气流的对流传热；当环境温度高于0℃时，关闭风门，阻止气流和上部土体热量传入，达到单向制冷作用，从而保护路基底部冻土的稳定，经现场半年多的实践，该套装置在设定温度范围内自动完成规定动作，打开或关闭风门，动作准确，工作正常。附图说明图1为本技术的横断面图；图2为本技术透壁通风管的示意图；其中，1、透壁通风管，2、温度控制装置，3、土工布，4、保温层，5、块碎石层，6、铺筑路堤填土，7、孔眼，8、天然地表。具体实施方式下面结合附图对本技术做进一步说明。参见图1和图2，本技术包括设置在天然地表8上的块碎石层5，块碎石层5上设置有若干透壁通风管1，透壁通风管1上开设有若干孔眼7，所有透壁通风管1均连接温度控制装置2，透壁通风管1上包裹有土工布3，土工布3上设置有保温层4，保温层4上铺设有铺筑路堤填土6，温度控制装置2包括连接有温度传感器的控制器，控制器连接能够自动开合的风门。当外界气温低于0℃时，温度控制装置1的风门自动张开，促使路堤和基础内部土体通过透壁通风管2与外界冷空气进行对流换热；当外界气温高于0℃时，温度控制装置1的风门自动闭合，阻止外界热量的传入。优选的，孔眼7的孔径为3～10cm，开孔率为10％～40％，透壁通风管1的外径为30～80cm，管壁厚度为2～10cm，相邻的透壁通风管1间距为1～5倍的透壁通风管1外径，块碎石层5的粒径为10cm～50cm，厚度≤3.0m。本技术的工作过程可描述为：在冷季，青藏高原风速较大，外界较冷的空气流经通透壁通风管1时，一方面通过透壁通风管1的管壁进行热传导；更为主要的一方面，空气可经透壁通风管1管壁上的孔眼7直接进入块碎石层5的顶部。这二者的共同结果是快速有效地降低了块碎石层5顶部的温度。而相关研究已经表明，决定块碎石层5内自然对流强度的一个主要因素就是其上下边界的温差。可见，降低块碎石层5顶部的温度有助于提高其上下边界的温差，增加其内空气密度梯度，从而加强其内部的自然对流强度。直接结果是加强了块碎石层的降温效果，向路基及下伏冻土输入了大量“冷能”。在暖季，温度控制装置2的风门自动闭合，阻止外界热量的传入。此外，保温层4也能够阻隔外部热量从路基顶面传入路基内部。综合上述，在一个冻融周期内，这种路基在冷季大量吸入“冷能”，而在暖季的吸热量很小，因而有着较高的净放热量，能够实现降低下部土体温度，平衡温度场，保护多年冻土的目的。本技术通过透壁通风管1、自动温控装置2和聚苯乙烯(EPS)保温层4的有机结合，克服了低温热量的放出，高温热量的传入，极大地提高了路基的降温效能，实现了对冷能的采用、储藏，保证了多年冻土的稳定性，满足了路基在多年冻土稳定性的技术需求。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自动温控透壁通风管‑块碎石层复合路基，其特征在于，包括设置在天然地表(8)上的块碎石层(5)，块碎石层(5)上设置有若干透壁通风管(1)，所有透壁通风管(1)均连接温度控制装置(2)，透壁通风管(1)上包裹有土工布(3)，土工布(3)上设置有保温层(4)，保温层(4)上铺设有铺筑路堤填土(6)；所述透壁通风管(1)上开设有若干孔眼(7)；所述温度控制装置(2)包括连接有温度传感器的控制器，控制器连接能够自动开合的风门。

【技术特征摘要】
1.一种自动温控透壁通风管-块碎石层复合路基，其特征在于，包括设置在天然地表(8)上的块碎石层(5)，块碎石层(5)上设置有若干透壁通风管(1)，所有透壁通风管(1)均连接温度控制装置(2)，透壁通风管(1)上包裹有土工布(3)，土工布(3)上设置有保温层(4)，保温层(4)上铺设有铺筑路堤填土(6)；所述透壁通风管(1)上开设有若干孔眼(7)；所述温度控制装置(2)包括连接有温度传感器的控制器，控制器连接能够自动开合的风门。2.根据权利要求1所述的一种自动温控透壁通风管-块碎石层复合路基，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王莉云，毛雪松，张海宁，黄喆，李汶霖，朱凤杰，刘龙旗，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：新型
国别省市：陕西;61