[发明专利]一种透壁通风管-块碎石层降温隔热复合路基在宽幅道路中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种路基结构形式，尤其是一种透壁通风管-块碎石层降温隔热复合路基的结构形式，它可有效地降低高等级公路路基下部冻土温度，抬升冻土上限，确保冻土路基的长期稳定性。

背景技术

冻土是指具有负温和含冰的土体和岩石，按生存时间主要分为多年冻土和季节冻土。我国多年冻土面积约占国土面积的22.4％，是世界第三冻土大国。冻土中由于冰以及未冻水的存在，其性质极其复杂且对温度极为敏感。道路工程施工以及全球变暖都会引起冻土的升温，给路基带来融沉病害，严重危害多年冻土区道路的稳定性。

在多年冻土区修建道路工程，一个至为关键的问题是在全球变暖的大背景下，如何维护多年冻土区道路路基的稳定性。为解决好冻土问题，确保多年冻土区道路的安全稳定，相关科研人员提出了主动冷却地基，保护冻土的总思路，并依据这一思路设计出了一系列降温措施。块碎石层作为其中较为高效的一种已被应用于青藏铁路工程中。该措施利用寒季下高上低的边界温差驱动的自然对流效应来发挥降低冻土温度和保护冻土的作用。

青藏铁路的建成及顺利通车运行带来了良好的经济社会效益。为了促进西藏地区经济社会的进一步发展，加快青藏高原和周边地区的经济建设，在西藏地区修建高等级公路已进入国家规划。现有的多年冻土区路基型式大部分适用于路基幅面较窄、路面形式采用吸热量较小的砂砾路面等情况。宽幅高等级道路的路基幅面宽度增大，且采用吸热量较大的沥青路面。相关研究指出，在相同气温条件下，宽幅高等级公路所采用的沥青路面的温度比普通公路所采用的砂砾路面及铁路路面高出2～3℃，这将更容易造成路面的下陷、坍塌。基于上述考虑，亟需寻求新的措施来保护多年冻土区宽幅高等级道路的下伏多年冻土，确保寒区道路的稳定和畅通。如果在宽幅高等级道路中使用块碎石层，那么块碎石层变宽，它内部，尤其中部的自然对流降温作用将被削弱，难以保证有效的降温作用。如果在宽幅高等级道路中使用通风管，那么通风管长度大大增加，其内部的空气流动减缓，将削弱其降温效果的发挥，且无法阻止热量通过通风管之间的路基填土传入下部冻土。加上全球变暖的影响，块碎石层、通风管等现有单一措施的冷却降温效率将不足以降低宽幅高等级道路路基及下伏土体的温度。如果将这些工程措施应用于宽幅高等级道路，路基稳定性将难以得到保证。为使现有的冻土保护技术能够应用于宽幅高等级道路，就需要对它们进行强化或者优化组合。李国玉等(李国玉，李宁，牛富俊，等.强化通风隔热路基：中国，200710017288.3[P].2007-08-08.)提出了一种强化通风隔热路基，将块碎石层置于透壁通风管之上，置于块碎石层之下的透壁通风管在冷季降低了块碎石层下边界的温度，削弱了块碎石层的自然对流降温效应；而在暖季透壁通风管又会将外界较热的空气带入路基，增加吸热量，所以这种路基不利于大幅增加路基的净放热量，难以发挥高效的降温作用。张明义等(张明义，赖远明，董元宏.通风混凝土板与块碎石层聚冷路基：中国，200520079311.8[P].2006-11-08.)对此做了改进，通过在块碎石层顶部铺设纵向通风的混凝土板来加强块碎石层的对流降温效应。但是，较厚的混凝土板一定程度上阻碍了冷季外界冷空气与块碎石层顶部发生热量交换，不利于快速充分地利用外界冷能。因此，我们需要寻求新的高效的适用于多年冻土区宽幅高等级道路的冻土保护措施。

发明内容

为了有效降低多年冻土区高等级道路路基的温度，维护路基的长期稳定，本发明的目的在于提供一种透壁通风管-块碎石层降温隔热复合路基。该路基结构通过对透壁通风管和块碎石层的降温作用进行优化组合，相互取长补短，降低高等级道路路基下部冻土温度，抬升多年冻土上限，确保宽幅高等级道路路基的多年稳定。

本发明的另一目的旨在提供一种透壁通风管-块碎石层降温隔热复合路基在宽幅道路中的应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种透壁通风管-块碎石层降温隔热复合路基在宽幅道路中的应用，由透壁通风管、块碎石层、土工布、保温层和路基填土构成。在夯实的天然地表上铺筑块碎石层；带透壁孔眼的透壁通风管沿路基横向埋入块碎石层的顶部；透壁通风管的外径为30～80cm，管壁厚度为2～10cm，管壁上透壁孔眼的孔径为3～10cm，开孔率为10％～40％，管与管间净间距为1～5倍的管外径，块碎石层上铺设土工布，块碎石层的厚度为≤3.0m，块碎石层的粒径为10cm～50cm，在土工布上面依次铺设保温层和铺筑路堤填土。

本发明的优点与产生的有益效果是：