[发明专利]全壁通风透气式冻土通风路堤

说明书

本发明涉及一种全壁通风透气式冻土通风路堤，该路堤包括设在路堤填土内的半圆形凹槽及埋设在所述半圆形凹槽上并与外界相通的倒U型通风管。本发明改变了以往通风管的换热机制，大幅提高通风管路基的换热效能，不仅通过水分的蒸发有效降低路基病害产生的条件，而且通过有效的对流换热调控，最大程度利用了多年冻土区的冷能自然条件，在不断降低冻土温度的同时，有效提升冻土路基的稳定性。

技术领域

本发明涉及冻土工程技术领域，尤其涉及全壁通风透气式冻土通风路堤。

背景技术

在我国青藏高原、东北等多年冻土区，通过长期的演化、发展和变化，形成了厚达几米、甚至十几米、各具形态的厚层地下冰。随着气候环境的变化、人类工程活动的影响，会导致冻土和地下冰退化和融化，从而导致各种工程灾害的产生，对各种重大工程建筑稳定性产生重要影响。

通过保护冻土工程措施的采用，主动冷却冻土基础，是保证冻土工程长期安全运营、稳定的关键途径，而在这些措施中，有效调控冻土工程的对流换热过程，是保护冻土基础重要的工程措施的一个类型。该类措施通过有效促进冬季或夜晚低温环境条件下基础与外界环境的换热过程，及有效抑制暖季或白天高温环境条件下基础的换热过程，由此达到冷能在路基内部的不断存储、冻土地温的不断降低、基础稳定性不断增强的目的。

通风路基是多年冻土区保护冻土重要工程措施中的一种。但是，由于结构型式的不同、通风管管壁换热性能的不同都会对路基的整体换热效能产生重要影响。由此，也就成为诸多技术关注和研发的重点。

《冻土工程中用的透壁式通风管》（葛修润，02139009.6），虽然通风管管壁有大量通风孔洞，空气可以直接与通风管周围的土质直接进行热量交换，但是较小的孔洞、通风管内较小的空气流速，难以发挥对流换热作用。相反，由于空气导热系数仅为0.027W/m·K，孔内滞留的空气层反倒起到隔热作用，反倒降低了通风管的对流换热作用。

《一种通风块石层宽幅路基结构》（房建宏，201420799258.8），受到有限空间的块石空气通透率的限制，块石层内的空气流动过程、对流换热都受到很大限制，难以有效进行路基的降温。

另外，由于青藏高原极端恶劣自然环境，使得施工现场难以进行通风管的混凝土预制生产。而在海拔较低的地区生产的通风管，由于主要为占据体积的空心构件，使得每车的运量受到很大限制，由此在很大程度增加工程建设成本。

面对国家“十三五”战略规划的出台，青藏高速公路即将面临修筑，但是，高速公路与普通公路相比，普通公路与铁路相比冻土问题都更为突出。已有研究表明（俞祁浩等. 我国多年冻土区高速公路修筑关键问题研究. 中国科学（技术科学），2014，44（4）: 425 ~432），由于黑色路面的强烈吸热、沥青路面隔水和阻止水分蒸发散热的影响，使得相同条件下公路路基的吸热强度是铁路的3 倍多，且路基吸热的主要途径主要集中在路堤的中心部位，并难以向周围冻土散热。而高速公路与普通公路相比，更加剧了该现象的出现。当公路路基宽度增加约1 倍时，路堤底面的吸热强度增加约0.6 倍，路基吸热进一步聚集在路基的中心部位，由此产生更加明显的“聚热效应”，并导致冻土更加快速的退化。面对更高的技术标准、更宽的公路路面，高速公路与冻土之间的热作用更加显著，在多年冻土区修筑高速公路将会面对更为突出的冻土问题和修筑技术难题。由于传热途径、强度等方面的根本改变，通过青藏铁路等获得的成功经验、先进技术难以在青藏高速公路建设中直接应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种增强冻土路基对流换热效能的全壁通风透气式冻土通风路堤。

为解决上述问题，本发明所述的全壁通风透气式冻土通风路堤，其特征在于：该路堤包括设在路堤填土内的半圆形凹槽及埋设在所述半圆形凹槽上并与外界相通的倒U型通风管。

所述倒U型通风管与所述半圆形凹槽相契合，并由连接为一体的呈半圆或抛物线状的顶面段、斜壁支撑段和底座段构成。

所述顶面段的高度为5~20cm。