CN206928152U - 一种多年冻土区的道路路基结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种多年冻土区的道路路基结构，其特征是在路基底部两端安装有内外层文氏小管套装组合后形成的文氏混凝土大管，并且在文氏混凝土大管的中部安装换气烟囱，从而达到利用抛石效应、文氏管效应、烟囱效应对路基主体达到了主动冷却降温的目的。本实用新型优化了目前在寒区道路建设中广泛使用的通风路基，解决了通风路基冬季降温效率低，夏季反向对路基加温的问题，提高了通风路基降温换热速率，提供了一种适用于寒区道路基础建设的路基设计方案，满足了当前寒区道路建设，特别是多年冻土区道路建设需求，具有较好的社会、经济效应。

Description

一种多年冻土区的道路路基结构

技术领域

本实用新型涉及一种多年冻土区的道路路基结构。

背景技术

多年冻土是指土壤中含有冰的土或岩石，地球上的永久冻土约占陆地面积的20%，我国多年冻土与季节冻土区域面积占国土总面积的70%以上。在多年冻土区修筑道路工程后，原有的地气热交换条件发生了变化，其结果通常是路基内的吸热量增加。路基内逐年的热积累使下伏土体温度升高、多年冻土融化，从而引起道路的下沉变形。为了确保道路路基的稳定性，保护多年冻土是最为普遍被采纳的设计原则，即采取各种措施尽量使得路基下伏多年冻土上限不下降，路基基础通风就是其中可能适用的一种。路基通风作为积极主动保护冻土的措施，由于施工工序简单、造价成本低廉而受到广泛关注和重视，在实际寒区道路工程建设中有着很好的应用性和实用性，如在多年冻土区建设完成的青藏铁路和玉（树）共（和）高速公路，都普遍采用了通风路基。目前通风路基一般采用路基内预埋混泥土管或PVC管，其工作原理是在寒冷的季节，依靠较大的冷空气密度、自身重力以及风力的作用带走管内的热空气，并通过冷空气与管壁之间的热传导方式逐步促使通风管周围介质热量散失，提高基底冷储量，从而在一定程度上实现冻土路基的主动冷却，达到维护基底多年冻土稳定性的作用。这一措施在我国寒区道路工程建设中已经得到广泛应用，并且取得了一定的成效，但随着近年来我国寒区道路工程的进一步发展和建设，原有的通风管路基已经较难满足现代化工程建设的需要，如高速公路建设中，路基沥青幅面宽度的成倍增加，吸收了更多的太阳辐射热量，依靠简单的冷、热空气自然对流，是无法排除宽幅沥青路面所吸收的热量的；同时，近年来随着全球气候变化，寒区冬季平均气温明显上升，日平均温度≤0℃的日数逐年下降，而现有的通风路基工程的换热原理就是通过对流让外界的冷空气带走路基内体的热量，现在随着日平均温度≤0℃的日数逐年下降，通风路基对路基的降温效果逐渐降低，反而是让夏季的热空气通过路基通风管对路基的进行了加热，因此现有的通风路基工程措施已经无法满足寒区道路工程建设需求，特别是在对气候环境更为脆弱、敏感的多年冻土区，以通风路基为降温措施的道路工程，出现路基底部积温，下伏冻土融化，路基表面开裂，不均匀沉降等道路工程灾害，因此，目前亟需一种新的有效的措施办法，既具有施工建设过程中的可操作性和实用性，又具有良好的降温效果措施，来进一步的降低寒区特别是多年冻土区道路路基工程所吸收的热量，为将来寒区，特别是多年冻土区工程建设提供有力的科技保障。

文氏管效应又称文丘里管效应，该效应表现在受限流动在通过缩小的过流断面时，流体出现流速增大的现象，其流速与过流断面成反比，也就是说过流断面越小，空气速度越大，同时，由于空气在过流断面两侧不同的速度，从而造成过流断面两侧空气温度的差异，在理论情况下，最大温差可以达到2~3.8℃的温差。

发明内容

鉴于上述，本实用新型根据我国寒区道路工程建设的需求出发，特别是多年冻土区，对目前广泛应用的块石路基、通风路基进行优化设计，并结合文氏管效应，设计出一种适用于寒区特别是多年冻土区的道路路基结构，从而达到多年冻土区道路施工设计标准。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种多年冻土区的道路路基结构，是由换气烟囱上顶盖、换气烟囱、碎石路基上垫层、土工布、路基碎石层、陆面、块石路基边坡、块石路基主体、碎石路基下垫层、文氏混凝土大管、干砂砾路基下垫层、热空气、初次降温后空气、文氏大管下壁、换气烟囱接口、外层文氏小管和内层文氏小管构成。在陆面上方铺垫干砂砾路基下垫层，路基两端安装有内层文氏小管和外层文氏小管，内层文氏小管和外层文氏小管套装组合后形成的文氏混凝土大管，文氏混凝土大管埋置在干砂砾路基下垫层与路基碎石层之间，在文氏混凝土大管中部开设换气烟囱接口，换气烟囱接口上安装换气烟囱，换气烟囱垂直且高出碎石路基上垫层顶部1.5-2.0m，烟囱口径20-30cm，换气烟囱顶部加设上顶盖，然后，文氏混凝土大管的上部填埋干燥碎石路基下垫层，在干燥碎石路基下垫层上，铺设块石路基主体，块石强度为30-35MPa，空隙率为25%-30%，在块石路基主体外侧铺设一层土工布，在土工布上，块石路基边坡与路基顶部碎石路基上垫层相贯通。

本实用新型的优点和有益效果是：

1、本实用新型利用文氏管降温效应，对现已广泛应用的的通风路基进行优化设计，并结合抛石降温效应和“烟囱效应”，有效提高了整个路基内的对流换热速度，降低了路基整体温度，有效的保护了路基下伏多年冻土，进而对路基起到有效的保护作用。经济成本低，建造工序简单，具有很好的应用性和可操作性。

2：降温速率高，效果明显，有针对性的解决了目前广泛使用的普通通风路基所存在的冬季降温效果不明显，夏季加热效果上升的问题。

3：有效的将抛石效应、文氏管效应、烟囱效应这些物理自然降温手段同通风路基进行结合优化，达到了路基降温的最佳效果。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图。

图2是图1使用的文氏混凝土大管示意图。

具体实施方式

下面结合附图，将对本发明技术方案再做进一步的说明。

如图1所示，一种多年冻土区的道路路基结构，是由换气烟囱上顶盖1、换气烟囱2、碎石路基上垫层3、土工布4、路基碎石层5、陆面6、块石路基边坡7、块石路基主体8、碎石路基下垫层9、文氏混凝土大管10、干砂砾路基下垫层11、热空气12、初次降温后空气13、文氏大管壁14、换气烟囱接口15、外层文氏小管16、内层文氏小管17构成。在陆面6上方铺垫干砂砾路基下垫层11，路基两端安装有内层文氏小管17和外层文氏小管16，内层文氏小管17和外层文氏小管16套装组合后形成的文氏混凝土大管10，组合后形成文氏混凝土大管，各个组合接口一定要保证密封，不存在破漏现象即可，此过程确保文氏混凝土大管两端不被杂物填堵。套装组合后形成的文氏混凝土大管10埋置在干砂砾路基下垫层11与路基碎石层5之间，在文氏混凝土大管10中部开设换气烟囱接口15，换气烟囱接口15上安装换气烟囱2，换气烟囱2垂直且高出碎石路基上垫层3顶部1.5-2.0m，烟囱口径20-30cm，换气烟囱2顶部加设上顶盖1，防止雨雪天气降水沿换气烟囱进入路基。然后，文氏混凝土大管10上部填埋30~40cm干燥碎石路基下垫层9，在干燥碎石路基下垫层9上，铺设使用直径25~35cm的块石路基主体8，块石强度为30-35MPa，空隙率为25%-30%，在块石路基主体8外侧铺设一层具有防水通气特殊膜的土工布4，在土工布4上，块石路基边坡7与路基顶部碎石路基上垫层3相贯通。

本实用新型是利用文氏管两端温度效应差和抛石路基天然降温机理来达到对道路路基进行降温的效果：

1）当外界空气≤路基主体温度时，外界空气由于对流作用通过文氏混凝土大管10时，首先位于文氏混凝土大管两端内外双层文氏小管对进入文氏混凝土大管10内的空气进行冷却、加速，初次降温冷空气13，对文氏混凝土大管10内和文氏大管壁14原空气进行换热，对文氏混凝土大管10内部进行降温，带走路基内部热量，通过位于文氏混凝土大管10中部的换气烟囱2抽、提作用换出。在这一过程中文氏混凝土大管10起到一个降温，加速作用，一方面文氏混凝土大管10起到了一个增加路基内部和空气温差作用，另外一方面文氏管加快了路基内部空气流动速度，提高了换热效率。

2）当外界空气＞路基主体温度时，文氏混凝土大管10两端的双层小文氏管又起到“抛石降温”效应，由于外界的热空气12密度大于内外双层文氏小管内的冷空气，因此双层小文氏管有效阻隔了外界热空气进入路基内部。即使是少量外界热空气通过内外双层文氏小管进入路基内部，也由于文氏管的降温、加速作用，减弱了路基内体的加热过程，也就是说在这一过程中，文氏管又起到隔温的作用。

Claims (1)

1.一种多年冻土区的道路路基结构，是由换气烟囱上顶盖（1）、换气烟囱（2）、碎石路基上垫层（3）、土工布（4）、路基碎石层（5）、陆面（6）、块石路基边坡（7）、块石路基主体（8）、碎石路基下垫层（9）、文氏混凝土大管（10）、干砂砾路基下垫层（11）、热空气（12）、初次降温后空气（13）、文氏大管下壁（14）、换气烟囱接口（15）、外层文氏小管（16）、内层文氏小管（17）构成，其特征是在陆面（6）上方铺垫干砂砾路基下垫层（11），路基两端安装有内层文氏小管（17）和外层文氏小管（16），内层文氏小管（17）和外层文氏小管（16）套装组合后形成的文氏混凝土大管（10），文氏混凝土大管（10）埋置在干砂砾路基下垫层（11）与路基碎石层（5）之间，在文氏混凝土大管（10）中部开设换气烟囱接口（15），换气烟囱接口（15）上安装换气烟囱（2），换气烟囱（2）垂直且高出碎石路基上垫层（3）顶部1.5-2.0m，烟囱口径20-30cm，换气烟囱（2）顶部加设上顶盖（1），然后，文氏混凝土大管（10）的上部填埋干燥碎石路基下垫层（9），在干燥碎石路基下垫层（9）上，铺设块石路基主体（8），块石强度为30-35MPa，空隙率为25%-30%，在块石路基主体（8）外侧铺设一层土工布（4），在土工布（4）上，块石路基边坡（7）与路基顶部碎石路基上垫层（3）相贯通。