[实用新型]一种基于水热相变原理的多年冻土路基结构

说明书

本实用新型公开了一种基于水热相变原理的多年冻土路基结构，包括多年冻土路基，所述多年冻土路基内部沿铺设方向设有硬质保温板，所述硬质保温板内部设有若干个水格栅，每个所述水格栅内均填充有水。本实用新型是一种主动型的多年冻土路基降温方法，能够持久的维持多年冻土路基热稳定性。

技术领域：

本实用新型涉及一种多年冻土路基结构，特别是涉及一种基于水热相变原理的多年冻土路基结构。

背景技术：

冻土是温度低于0℃并含有冰的岩土体。冻土按其存在时间的长短可分为短时冻土、季节性冻土和多年冻土。其中，多年冻土约占我国国土面积的21.5％，主要分布在我国的青藏高原、西部高山和东北大小兴安岭地区。近些年，随着我国西部大开发战略、振兴东北老工业基地战略以及一带一路等战略的实施，很多已建工程需要重新进行维修，许多新规划的工程需要在这些多年冻土区进行建设，而多年冻土区的冻胀融沉问题则是制约这些工程修建以及运营安全及稳定性的关键。以公路工程为例，青藏公路从修建到二期的运营维护，融沉问题始终是青藏公路冻害的主要形式，新规划修建的青藏高速公路为宽幅黑色沥青路面，其吸热量将远大于青藏公路，因此也将面临吸热后多年冻土路基的融沉问题。

如图1所示，多年冻土路基1修建过程中，一般需要对活动层4 处于路基范围内的部分进行换填，由于传热介质和边界条件的变化，活动层4和多年冻土层5中的温度会发生重新分布。其中，边界条件的变化主要体现在从天然地表向路基边坡以及路面材料的转变。根据附面层原理，左右边坡的增温本来就会略高于天然地表，造成路基温度的上升，更重要的是在高等级路面中常采用以沥青宽幅路面为主的吸热路面进行铺设，此时根据附面层原理，路基温度附面层升温将比天然地表高出3.5℃左右，此时多余的热量吸收并向下传导将会打破原来多年冻土地层中的热平衡，其累计效应将造成多年冻土层5中温度升高或部分融化，导致多年冻土层中的强度降低，路基发生附加固结沉降，当沉降不均匀时就会造成路基路面出现波浪、不均匀融沉、滑塌等冻害问题。

在青藏公路、青藏铁路等多年冻土区公路工程的修建过程中，国内冻土学者提出了通过调控热辐射(遮阳棚、生态护坡等)、调控对流(块碎石路基、抛石路基等)和调控热传导(通风管、热管、保温板)等措施进行多年冻土的保护。其中，保温板由于具有较低的导热系数且具有较高的强度被广泛应用于多年冻土路基中，起到隔热保温的措施。然而，由于保温板不但在暖季有效阻挡了上部热量的传入，在冷季时也阻挡了上部冷能向路基下多年冻土地基中的传入，其累计效应是以消耗路基下多年冻土中存储的冷能作为代价，因此是一种被动型的多年冻土区路基降温措施，并不能持久的维持路基热稳定性。

实用新型内容：

本实用新型的目的在于提供一种基于水热相变原理的多年冻土路基结构，其基本原理是基于水在负温下发生相变后变成冰，导热系数增大约4倍，从而导致冷季空气中的冷能向路基下多年冻土层中输入大于暖季中热量的输入，以此来抵消沥青等黑色路面的吸热效应，从而维持路基热稳定性。

本实用新型的目的由如下技术方案实施：一种基于水热相变原理的多年冻土路基结构，其包括多年冻土路基，所述多年冻土路基内部沿铺设方向设有硬质保温板，所述硬质保温板内部设有若干个水格栅，每个所述水格栅内均填充有水。硬质保温板为具有一定强度的导热系数较小的保温板，一般有PUR(聚氨酯)保温板、EPS(聚苯乙烯泡沫)保温板和XPS(多孔聚苯乙烯)保温板。

填充在每个所述水格栅内的所述水的体积为所述水格栅体积的 92％～93％。