[发明专利]一种提高并保护土体温度的盖层结构及其使用方法

说明书

本发明涉及一种提高并保护土体温度的盖层结构及其使用方法，该盖层结构包括透光保温层（1）和设在其底面的透光单面反射层（2）；所述透光保温层（1）内部具有多层隔室，隔室内部充满空气；所述透光单面反射层（2）从上向下透光、从下向上反光。本发明创造性提出了加热和保温相结合的复合结构，充分利用白天太阳辐射进行土体加温，同时被加热的热量能够有效保存到土体中，由此使得土体快速升温且最终维持在一个较高水平，进而实现较好的土体防冻效果；同时其利用自然条件、无需动力能源，实施方便，适用于大范围场地和偏远山区。

技术领域

本发明涉及冻土地区工程建设技术领域，尤其涉及一种提高并保护土体温度的盖层结构及其使用方法。

背景技术

冻土是指具有负温和含冰的土体和岩石，一般可分为短时冻土（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，持续二年或二年以上）。我国多年冻土分布面积约215万平方公里，约占国土面积的22%，占世界第三位，主要分布在青藏高原，东北大、小兴安岭和天山、阿尔泰山等地区。在冬季气温低于0℃的地区，基本都存在短时冻土、季节冻土的发育，基本占到国土面积的70%。

冻土中水分冻结成冰会引起土体体积膨胀，而且冻土的强度较未冻土强度增大很多。当温度升高时，冻土融化形成融土，此时土体体积缩小，强度也会降低，渗透性增加。在季节冻土区，冷季、或环境温度低于0℃时土层由于温度降到零度以下而发生冻结；暖季、或环境温度高于0℃时土层升至零度以上而融化，这种物理作用就是冻融作用。由于季节冻土分布范围较广，使得近年来随着西部大开发的积极推进，围绕能源、交通、水利等有关的寒区重大工程正逐步在西部山区和高原寒区实施。在这些工程施工建设过程中，不可避免地会遇到土体的冻融问题。

其中，在季节冻土区水利建设中土体的冻融问题尤为突出，当所建设的水电站是土心墙堆石坝时，由于土心墙是采用土体夯实而成，作用在于防渗，其施工质量直接关系大坝安危和安全运营，其中土体的密实度是重要控制指标之一。在冬季施工中，（1）由于填筑土体的冻结和强度的急剧增高，土体难以密实、难以达到要求；（2）被密实的土体由于冻胀作用，体积会发生膨胀、密实度下降也达不到施工质量要求；（3）冻融作用、水分迁移会在土体中形成冰夹层等冻融结构，改变已有土体结构，会对土体渗透性产生重要影响；（4）已有研究结果表明，即使松散土体，在反复冻融作用下，由于微细观结构的改变，土体的渗透性、力学特性也会发生不同程度的改变。因此，可以看到，在工程冬季施工过程中，土体的防止冻结是工程建设面对的重要冻土问题。在季节冻土和多年冻土区，工程施工中保证土体在填筑前、后不发生冻结对于确保工程质量、缩短工程周期、降低工程造价具有重要的意义和现实需要。

目前，寒区工程中维持土体温度的方法主要有被动保温和主动加热两种途径，其中，被动保温方法主要有以下三种：地面耕松耙平防冻法、覆雪防冻法以及保温材料覆盖防冻法。由于前两种受地形和气候条件影响，使用受到极大限制，因此在通常施工中运用最多的是保温材料覆盖防冻法，即将需要保温的部位全部使用保温材料覆盖，利用这种被动防控措施来减少土体热量散失，达到维持温度的目的。该方法在一定的负温坏境下能有效防止土体冻结，然而，随着环境温度降低、或放置时间的过长，土体表层依然会发生冻结。因此，通常在被动防护无法满足需要时，往往就会采用主动加热的方法来提高土体温度，从而增加土体热量，以对抗外界低温，从而避免土体失温发生冻结。

常用的主动加热方法主要有以下三种：循环针法、电热法和烘烤法。但是，循环针法需要土体中按预定的位置钻孔，然后把循环针插到孔中，热量通过土传导，从而提高土体温度；电热法需要在土体表面或内部埋设电热丝，用电能转化成热能来加热土体；烘烤法需要在土体表面点燃可燃物质，用这些物质燃烧释放的热量提高土体温度。可以看出，这三种方法均需要一定的人工能源为其提供能量，因此不能适用于大范围场地和偏远山区的施工，而水利水电工程一般建设在原理城市的偏远地区，且工程量很大，难于使用普通的加热方法对土体进行加热。