[发明专利]排挤式防冻胀聚热自保护装置及其路基

说明书

本发明提供一种排挤式防冻胀聚热自保护装置及其路基，涉及季节冻土区工程建设病害防治技术领域。该装置中，太阳能吸热器、聚热管和循环泵通过循环管依次首尾连接，形成循环回路，循环回路中填充有循环工质，聚热管用于插入路基；在太阳能吸热器中，排管的两端分别与上集管和下集管连通，排挤塞可移动地设置排管内部，循环泵用于推动循环工质从下集管向上集管的方向流动，循环泵停止工作时，排挤塞在重力作用下将排管内的循环工质压入下集管。该装置和路基不仅能够实现路基均衡、平整加热，有效避免季节冻土区路基冻胀、不均匀起伏等工程病害的产生，还能够通过控制循环工质的位置，避免夏季循环工质达到沸点影响装置的稳定性和密封性。

技术领域

本发明涉及季节冻土区工程建设病害防治技术领域，具体而言，涉及一种排挤式防冻胀聚热自保护装置及其路基。

背景技术

我国季节性冻土区面积大约513.7万平方千米，占国土面积的53.5％。季节冻土受季节性的影响，冬季冻结、夏季全部融化。夏天季节冻结层和季节融化层融化时，由于冰层及冰透镜体分布的不均匀，形成土层不均匀沉降是导致各类建筑物变形和破坏的重要原因。季节性冻土的冻胀性、融沉性等特性对工程影响重大。所以在季节性冻土地区的工程建筑或项目应特别注意考虑季节性冻土对工程的影响及防范措施。对于路基而言，路基冻害的形式主要为冻胀、融沉、翻浆冒泥等。

青藏铁路西格段地处青藏高原东北部，铁路线路穿越青海湖北岸滨海平原、冲积平原、冰原台地，平均海拔3220m。年平均降水量376mm，降水分布不均，大部分集中在7-9月，年平均气温-0.6℃，最冷月1月平均气温为-20.6℃。青藏铁路西格段气候寒冷，气温冻结能力强，冻结深度较大，最大冻结深度可达1.8m，属于典型季节冻土区。由此因冻结、融化导致的路基冻胀、融沉等工程病害相对较严重。

近年来由于青藏高原降雨量的不断增加，造成地下水的富集和地下水位的提高，加之气候环境变化的加剧，导致该类地区冻融工程病害的进一步增加，对路基长期稳定性构成重要影响。虽然以往就季节冻土区工程作用下路基病害开展过一下研究，但研究主要针对公路工程或东北、西北等地区高速铁路工况条件下，路基微冻胀工程作用和影响等问题开展研究。而针对青藏铁路西格段高水位、粗填料、强冻融等特殊条件下的冻融工程病害发育特征、分布规律尚缺乏研究。在常规地区所使用的换填基床土、修建减少路基基床含水量的排水设施、无机结合料稳定土保温法、人工盐化路基土、化学注浆、防水帷幕等方法在该类地区应用中由于受到列车正常行驶、不能中断施工等工程条件限制，以及受到土体冻融强烈作用导致的处置部位开裂、路基下部整体封闭极为困难，都导致了这些方法难以满足实际工程需要。由于以往关于该类工程病害整治工程措施的研究较为薄弱，工程问题长期影响路基稳定和运行安全。

发明内容

本发明的目的包括提供一种排挤式防冻胀聚热自保护装置及其路基，其不仅能够实现路基均衡、平整加热，有效避免季节冻土区路基冻胀、不均匀起伏等工程病害的产生，还能够通过控制循环工质的位置，避免夏季循环工质达到沸点影响装置的稳定性和密封性。

本发明的实施例可以这样实现：

第一方面，本发明提供一种排挤式防冻胀聚热自保护装置，排挤式防冻胀聚热自保护装置包括太阳能吸热器、循环管、聚热管和循环泵，太阳能吸热器、聚热管和循环泵通过循环管依次首尾连接，形成循环回路，循环回路中填充有循环工质，聚热管用于插入路基；

太阳能吸热器包括太阳能吸热板以及安装在太阳能吸热板下方的上集管、下集管、排管和排挤塞，上集管和下集管分别连接循环管的两端，排管的两端分别与上集管和下集管连通，排挤塞可移动地设置排管内部，循环泵用于推动循环工质从下集管向上集管的方向流动，循环泵停止工作时，排挤塞在重力作用下将排管内的循环工质压入下集管。

这样，太阳能吸热器吸收的热量便经过循环工质传递至聚热管，通过聚热管在路基的内部不断放热，加热聚热管周围的土体，使路基始终处于净吸热和内部热量不断累积的过程中，达到路基内部聚热和温度始终保持正温的状态，从而达到防治路基土体冻结、路基冻胀等工程病害发生的目的。