[实用新型]一种直插斜插交替式热管路基结构

说明书

本实用新型涉及一种直插斜插交替式热管路基结构，应用于多年冻土区公路、特别是宽幅路基地温调控，该结构包括道路路基（3）、设在该路基（3）两侧路肩上的热管以及设在路基（3）内部、水平方向铺设的保温隔热板（5）；同侧路肩上的热管由斜插式热管（1）和直插式热管（2）交替、均匀分布形成。本实用新型中热管直插‑斜插交替设置有效排出路基路肩下和路基中心区域的热量，并配合路基内保温隔热板增强路基的冷能利用率，通过调控路基内传热过程，针对性的增加路基在冬季期间冷量的积聚，由此达到整体降低路基内地温场、有效防控路基产生次生病害的目的。本实用新型能有效解决冻土区高速公路修筑难题，且路基结构简单，便于广泛应用和施工。

技术领域

本实用新型涉及多年冻土地区公路、高速公路建设中，冻土路基地温调控技术领域，尤其涉及一种直插斜插交替式热管路基结构。

背景技术

冻土是一种温度低于0℃且含有冰的土岩，冻土的力学强度会随着温度的变化而发生巨大的改变：温度越低其强度越大，温度低于-1.5℃时，其瞬时抗压强度与一般岩石相当；而温度高于-0.5℃至0℃时，其抗压强度相当于一般土块、甚至基本丧失。

通过采用保护多年冻土的工程措施，是解决冻土工程问题、维持冻土工程稳定性、保护脆弱寒区冻土生态环境的有效途径。在建设青藏铁路的时间中，科研工作者创新性地提出采用“主动冷却”路基原则进行修筑，减少地基吸热、增加地基土体的冷储量，达到降低冻土路基温度、维持路基长期稳定的目的。经过系统研究，从热传导、热对流、热辐射三方面提出调控措施，例如块石路基、通风管路基、热管、遮阳棚等工程措施，并成功应用于青藏铁路、青藏公路建设中。

其中，热管是一种汽、液两相对流循环的导热系统，它是一根密封真空的钢管，里面充填了极易挥发的液态和气态工作介质（如氮、氟里昂、丙烷、CO2等），上端为安装有散热片的散热段，下端为吸热段。应用时，将热管的吸热段插入需要降温的冻土。当环境温度即散热段的温度低于地下吸热段温度的时候，热管开始工作处于导热状态，将地基土中的热量不断散发出去而使土体冷却。

目前，热管在公路冻土路基工程应用中，主要采用直插式或者斜插式某一种单一的设置方式，尽管研究结果表明热管的运用确实在冻土路基中产生了降温作用，但路基内的降温效果呈现出较强烈的局部性，并可能引起了路基纵向开裂等工程病害。

图1所示为青藏公路清水河路段直插式热管路基出现的路基纵向开裂情况，在路基阳坡坡面和阳坡路肩附近的路面上出现了纵向裂缝。对两侧路肩处均直插了热管的路基地温场模拟计算，结果如图2所示，尽管路基内0℃等温线相比原天然场均有所上升，但温度场仅在两侧路肩下区域（B和C区）相比天然场地有所降低，但在路基中心（A）和两侧坡脚下仍然呈升温状态，最终将导致在路基横截面产生差异性变形，并造成路基内部应力集中、位移错动，诱发路基产生开裂。直插热管路基仅对两侧路肩下土体具有针对性的降温作用，但在路基中心区域表现出的降温效果并不明显。

这是因为，在传热方面，铁路主要通过填土路堤坡面吸热，且路基内热量主要集中在路堤底面的外侧区域，易于向外散热。但是对于公路，由于黑色沥青路面的强烈吸热作用，而且沥青路面具有隔水作用，将阻止水分蒸发散热，使得在相同条件下公路路基的整体吸热强度是铁路的3倍多，且路基内的热流主要集中在路堤底面中心区域，难以向周围冻土散热。尤其对于路基宽度比普通公路宽很多的高速公路等宽幅路基，当路基宽度增加约1倍时，路堤底面的吸热量将增加约0.6倍，并产生显著的“聚热效应”，导致下部多年冻土以更快的速度退化。因此，在多年冻土区修筑高速公路将面对更为突出的冻土问题和修筑技术难题。

由此可知，针对高速公路等具有宽幅路基的公路而言，热管单独按照单一方式设置时，在路基内均表现出局部性的降温作用，并产生较显著的差异性变形，最终导致路基纵向开裂的产生。本实用新型主要针对上述重要冻土工程问题而提出。

实用新型内容