一种季节冻土区路基防冻结构及其施工方法技术

本发明专利技术涉及一种季节冻土区路基防冻结构及其施工方法，属于季节冻土区路基防冻技术领域。所述路基结构整体纵截面为梯形，路基结构从下往上依次为路基、砂砾层、填料层、水泥稳定碎石层、导电基层和路面层，还包括路基防冻结构加热控制系统和供电系统；砂砾层可以阻止冷季地下水向路基结构上部的迁移通道。导电基层可以将有些工业废料掺入变废为宝，具有电热效应，防止路基结构的冻结，边坡的硬质保温板和砂砾护坡层可以防止路基结构边坡的冻结，单向排水管可以将路基内部的水分排出，防止路基结构冻结。本发明专利技术综合采用了主动防御、被动保温以及防排水原理，可以有效地防止季节冻土区路基的冻胀，提高路基结构的抗冻融稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种季节冻土区路基防冻结构及其施工方法
本专利技术涉及季节冻土区公路路基
，具体而言，涉及一种季节冻土区路基防冻结构及其施工方法。
技术介绍
季节冻土区路基冻害一直是困扰我国北方地区道路建设与安全运营的一个重要问题。季节冻土区路基的冻胀现象普遍存在，并且沿线冻胀分布具有很大的随机性。路基填土类型、土体含水量、渗透特性、排水条件、地下水位、气温等都会影响路基冻胀。冷季，在温度梯度的作用下水分会向路基上部路床迁移，这种竖向迁移导致路基结构产生强烈冻胀作用。同时水分的它向迁移（如坡面、路面裂缝和中央隔离带等）也是路基结构产生冻害不可忽视的因素。春季消融期，路基结构又会面临融沉、翻浆、冒泥等威胁，严重地危及行车安全。现有季节冻土区路基冻害防治通常是从基土材料和保温阻热方面对冻胀进行预防，主要措施包括基土换填与改良法、保温板法。基土换填是采用非冻胀敏感性土换填冻胀敏感性土，减少路基结构的冻胀；基土改良是采用一些盐类（如含钠、钙盐）或者一些分散剂（如钾与钠的氧化物、含钠的蒙脱石等）降低基土的冻结点，使路基结构产生较好的防冻胀效果；保温板法是在路基上部一定深度铺设保温板，降低土体内部与外界热量交换，减少路基结构的冻胀。基土换填与改良会显著增加工程的投入，对沿线土体环境产生污染，同时基土换填与改良不能有效地阻断冷季水分的迁移通道。保温板法可以阻止冷季冷能的侵入，减缓路基结构的冻结程度等，而当环境温度持续降低时保温板不能有效地防止路基结构的冻结。此外，保温板随时间强度的劣化会影响路基结构的热力稳定性。专利
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术目的在于提供了一种季节冻土区路基防冻结构；另一目的提供路基防冻结构的施工方法，按照路基防冻结构和施工方法，可以有效地防止季节冻土区路基的冻胀，保障公路交通的安全通行。本专利技术的目的可以通过以下措施来完成：一种季节冻土区路基防冻结构，所述路基结构整体纵截面为梯形，路基结构从下往上依次为路基、砂砾层、填料层、水泥稳定碎石层、导电基层和路面层，还包括路基防冻结构加热控制系统和供电系统；其特征是：所述砂砾层铺设于所述路基的上面，其最大砂砾直径不大于30cm，砂砾层的厚度为50cm；所述砂砾层上面铺设所述填料层，所述填料层为粒径20～40mm粗砂或粒径为10～30mm中粗砂，厚度为30cm；所述填料层上铺设所述水泥稳定碎石层，所述水泥稳定碎石层的厚度为30cm；所述水泥稳定碎石层7天的无测线抗压强度达到预设的强度4～7MPa之后，在水泥稳定碎石层的上面铺设所述导电基层，导电基层的厚度为5～10cm；所述导电基层从下到上依次为：第一防渗土工膜、第一绝缘层、导电混凝土层、第二绝缘层以及第二防渗土工膜；所述导电混凝土是在混凝土中加入一定含量的碳纤维、碳细丝、不锈钢纤维和石墨，复合制得导热混凝土，使混凝土具有导电性能；所述路基结构的两个边坡设置有硬质保温板、砂砾护坡层和单向排水管，硬质保温板上面铺设砂砾护坡层。在硬质保温板和所述砂砾护坡层中设有单向排水管，所述单向排水管的一端伸入所述路基结构内部，单向排水管的布设坡度应大于路基结构各层的横坡，所述单向排水管的另一侧露在所述砂砾护坡层之外。在所述路基结构两侧处设有排水沟；所述加热控制系统包括空气温度传感器和温度控制器，空气温度传感器用于监测空气温度；所述温度控制器用于控制供电系统，控制空气温度不高于下阈值温度时开启为所述导电混凝土供电；或空气温度高于上阈值温度时停止为所述导电混凝土供电；所述供电系统包括太阳能发电装置、风力发电装置、充电控制器以及蓄电池；所述空气温度传感器可对周围空气温度进行监测，温度控制器可根据空气温度传感器监测到的空气温度自动开启-调节-停止供电装置为伴热电缆供电；所述太阳能发电装置、风力发电装置与所述充电控制器相连接，所述充电控制器与所述蓄电池相连接。一种季节冻土区路基防冻结构的施工方法，该方法包括：步骤A：平整场地，对路基行夯实碾压；步骤B：在压实的路基上铺设砂砾层；步骤C：砂砾层上铺设填料层；步骤D：填料层上铺设水泥稳定碎石层；步骤E：水泥稳定碎石层上铺设导电基层；步骤F:导电基层上铺筑路面层；步骤G：边坡上铺设硬质保温板，并预留单向排水管孔槽；步骤H：安装单向排水管；步骤I：硬质保温板上铺设砂砾护坡层；步骤J：排水沟施工。本专利技术的优点和产生的有益效果：本专利技术综合采用了主动防御、被动保温以及防排水原理，可以有效地防止季节冻土区路基的冻胀，提高路基结构的抗冻融稳定性，技术方案很好地应用于季节冻土区路基结构的冻害防治中。砂砾层可以阻止冷季地下水向路基结构上部的迁移通道；边坡的硬质保温板和砂砾护坡层可以防止路基结构边坡的冻结；单向排水管可以将路基内部的水分排出，使路基结构保持干燥或者中湿状态。第一防渗土工膜和第二防渗土工膜均可起到防止水分渗入的作用，同时可对导电混凝土起到很好的保护作用。导电混凝土具有电热效应，即向导电混凝土通电后，导电混凝土会产生热量，温度升高。此外，导电组分还可以显著地提高导电基层的强度，同时可以将有些工业废料变废为宝，提高材料的利用率。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。图1为实施例提供的季节冻土区路基防冻结构的结构示意图；图2为图1所示的季节冻土区路基防冻结构的B处局部放大图；图3为实施例提供的季节冻土区路基防冻结构的结构示意图。图标：1-路基；2-砂砾层；3-填料层；4-水泥稳定碎石层；5-导电基层、51-第一防渗土工膜；52-第一绝缘层；53-导电混凝土层；54-第二绝缘层；55-第二防渗土工膜；6-路面层；7-硬质保温板；8-砂砾护坡层；9-单向排水管；10-排水沟；20-加热控制系统；21-空气温度传感器；22-温度控制器；31-太阳能发电装置；32-风力发电装置；33-充电控制器；34-蓄电池。具体实施方式为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本申请实施例中的附图，对本专利技术技术方案进行清楚、完整地描述。实施例一种季节冻土区路基防冻结构，该结构综合采用了主动防御、被动保温以及防排水原理，可以有效地防止冷季路基的冻胀，显著地提高季节冻土区路基结构的抗冻融稳定性。以下结合附图对季节冻土区路基防冻结构的具体形式进行详细阐述。如图1所示，季节冻土区路基防冻结构从下到上依次为路基1、砂砾层2、填料层3、水泥稳定碎石层4、导电基层5、路面层6。路基结构的两个边坡设置有硬质保温板7，硬质保温板7上面铺设砂砾护坡层8。在硬质保温板7和砂砾护坡层8中设有单向排水管9，单向排水管9的一端伸入路基结构内部，另一端露在砂砾护坡层8之外。在路基结构两侧处设有排水沟10。路基结构两侧的坡度为1：1.5。路基1应进行夯实，密实度不小于95%本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种季节冻土区路基防冻结构，所述路基结构整体纵截面为梯形，路基结构从下往上依次为路基、砂砾层、填料层、水泥稳定碎石层、导电基层和路面层，还包括路基防冻结构加热控制系统和供电系统；其特征是：/n所述砂砾层（2）铺设于所述路基（1）的上面，其最大砂砾直径不大于30cm，砂砾层的厚度为50cm；/n所述砂砾层（2）上面铺设所述填料层（3），所述填料层（3）为粒径20～40mm粗砂或粒径为10～30mm中粗砂，厚度为30cm；/n所述填料层（3）上铺设所述水泥稳定碎石层（4），所述水泥稳定碎石层（4）的厚度为30cm；/n所述水泥稳定碎石层达到预设的强度2kpa之后，在水泥稳定碎石层的上面铺设所述导电基层（5），导电基层（5）的厚度为5～10cm；/n所述导电基层（5）从下到上依次为：第一防渗土工膜（51）、第一绝缘层（52）、导电混凝土层（53）、第二绝缘层（54）以及第二防渗土工膜（55）；所述导电混凝土（53）是在混凝土中加入碳纤维、碳细丝、不锈钢纤维和石墨，复合制得导热混凝土，使混凝土具有导电性能；/n所述路基结构的两个边坡设置有硬质保温板（7）、砂砾护坡层（8）和单向排水管（9），硬质保温板（7）上面铺设砂砾护坡层（8）；/n在硬质保温板（7）和所述砂砾护坡层（8）中设有单向排水管（9），所述单向排水管（9）的一端伸入所述路基结构内部，单向排水管（9）的布设坡度应大于路基结构各层的横坡，所述单向排水管的另一侧露在所述砂砾护坡层（8）之外，/n路基结构两侧处设有排水沟（10）；/n所述加热控制系统包括空气温度传感器（21）和温度控制器（22）， 空气温度传感器（21）用于监测空气温度；/n所述温度控制器（22）用于控制供电系统，控制空气温度不高于下阈值温度时开启为所述导电混凝土供电；或空气温度高于上阈值温度时停止为所述导电混凝土供电；/n所述供电系统包括太阳能发电装置（31）、风力发电装置（32）、充电控制器（33）以及蓄电池（34）；/n所述空气温度传感器（21）可对周围空气温度进行监测，温度控制器（22）可根据空气温度传感器（21）监测到的空气温度自动开启-调节-停止供电装置为导电混凝土层（53）供电；/n所述太阳能发电装置（31）、风力发电装置（32）与所述充电控制器（33）相连接，所述充电控制器（33）与所述蓄电池（34）连接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种季节冻土区路基防冻结构，所述路基结构整体纵截面为梯形，路基结构从下往上依次为路基、砂砾层、填料层、水泥稳定碎石层、导电基层和路面层，还包括路基防冻结构加热控制系统和供电系统；其特征是：
所述砂砾层（2）铺设于所述路基（1）的上面，其最大砂砾直径不大于30cm，砂砾层的厚度为50cm；
所述砂砾层（2）上面铺设所述填料层（3），所述填料层（3）为粒径20～40mm粗砂或粒径为10～30mm中粗砂，厚度为30cm；
所述填料层（3）上铺设所述水泥稳定碎石层（4），所述水泥稳定碎石层（4）的厚度为30cm；
所述水泥稳定碎石层达到预设的强度2kpa之后，在水泥稳定碎石层的上面铺设所述导电基层（5），导电基层（5）的厚度为5～10cm；
所述导电基层（5）从下到上依次为：第一防渗土工膜（51）、第一绝缘层（52）、导电混凝土层（53）、第二绝缘层（54）以及第二防渗土工膜（55）；所述导电混凝土（53）是在混凝土中加入碳纤维、碳细丝、不锈钢纤维和石墨，复合制得导热混凝土，使混凝土具有导电性能；
所述路基结构的两个边坡设置有硬质保温板（7）、砂砾护坡层（8）和单向排水管（9），硬质保温板（7）上面铺设砂砾护坡层（8）；
在硬质保温板（7）和所述砂砾护坡层（8）中设有单向排水管（9），所述单向排水管（9）的一端伸入所述路基结构内部，单向排水管（9）的布设坡度应大于路基结构各层的横坡，所述单向排水管的另一侧露在所述砂砾护坡层（8）之外，
路基结构两侧处设...

【专利技术属性】
技术研发人员：路建国，万旭升，邱恩喜，晏忠瑞，刘风云，尼玛·帕哈迪，王知深，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川;51