多年冻土区抗冻融储热横向扩散通风路肩结构

摘要

本发明涉及多年冻土区抗冻融储热横向扩散通风路肩结构。以传统通风管、片块石材料为主的竖向温度调控措施很难达到预期降温效果。本发明于路基的顶面自下而上依次铺筑垫层和路面结构层，于路基的顶面之上、路面结构层的两侧沿道路方向垒砌通风砌块，通风砌块与路面结构层之间添加片块石。该结构调控目标直指冻土公路路基吸热源，在太阳辐射作用下，当路面温度开始升高时，片块石材料开始与路面结构层对流换热，将热量横向导出，在砌块通风孔的引流下，导入大气。结构材料来源广泛，成本廉价，结构简单，冷却效率高，且对该地区冻融循环作用具有极强的适应性，并可与传统竖向调控措施配合使用，增强多年冻土路基温度调控效果。

权利要求

1.多年冻土区抗冻融储热横向扩散通风路肩结构，其特征在于：于路基（6）的顶面自下而上依次铺筑垫层（5）和路面结构层，路面结构层自下而上包括下基层（4）、上基层（3）、下面层（2）和上面层（1），垫层（5）嵌入路基（6）顶面；

于路基（6）的顶面之上、路面结构层的两侧沿道路方向垒砌通风砌块（7），通风砌块（7）与路面结构层之间添加片块石（8）；

通风砌块（7）顶面与路面结构层顶面齐平，通风砌块（7）内侧垂直，外侧与路基（6）边坡坡度一致；

通风砌块（7）垒砌以无机结合料作为粘接剂；

路面结构层中的下基层（4）和上基层（3）外侧坡面顺接，下面层（2）和上面层（1）与下基层（4）和上基层（3）之间设置台阶，下面层（2）和上面层（1）外侧坡面顺接。

2.根据权利要求1所述的多年冻土区抗冻融储热横向扩散通风路肩结构，其特征在于：片块石（8）粒径为20cm-40cm，孔隙率控制在20%-40%之间，堆砌厚度不低于50cm。

说明书

多年冻土区抗冻融储热横向扩散通风路肩结构

技术领域

[0001] 本发明涉及交通建设技术领域，具体涉及一种多年冻土区抗冻融储热横向扩散通风路肩结构。

背景技术

[0002] 多年冻土地区黑色路面吸热问题，一直是寒区道路工程研究的重点。现有研究资料显示：高寒高海拔地区，道路的修筑改变了沿线热收支状态，沥青路面层底温度远高于天然地表，温差约8-14℃，修筑黑色路面后沿线吸热量比天然地表增加约18%。黑色沥青路面持续的吸热作用导致路基下伏多年冻土层不断升温、融化，冻土上限不断下降，进而产生了诸如沉降、波浪、翻浆等冻土路基病害，尤其在高温、高含冰量冻土路段，病害特征尤为显著，严重降低该地区道路通行能力，危害公路运营安全。

[0003] 为了维护多年冻土地区路基稳定性，从路基降温调控的角度出发，国内外研究者以片块石、通风管等多孔介质材料为降温材料，提出了多种温度调控措施，并在青藏铁路、公路及国道G214线进行了试验。例如：赖远明，张明义等基于多孔介质理论，系统研究了片块石材料降温机理，提出了片块石路基的多种铺设结构形式，并将研究成果推广应用于青藏铁路实体工程，取得了良好的效果；李宁，李国玉等人提出通风管路基，通过预埋水泥管道将冷空气引入路基，进而达到降低路基温度效果，在其后续研究中，通过在水泥管道安装温控隔热门，实现了不同外界气温条件下，通风管自动开启与关闭，一定程度缓解了夏季热量进入路基的问题；刘伟，江叶学民等提出一种带孔的通风砌块结构，并将其应用于路基体内，一方面增强路基刚度，另一方面，利用孔隙通风作用，调控路基温度，但由于砌块内通风孔仅10-15cm，相较于10m幅宽二级路，甚至26m幅宽的高速公路，过小的孔径，能否达到预期的通风效果，还有待于长期观测数据验证。此外，上述路基温度调控措施，均是作用于路基体，而对于直接吸收太阳辐射的路面结构层温度调控，却鲜有研究涉及；从调控热流导向上分析，所有措施均是竖向温度调控，即阻止热量向下传播，却很少涉及横向导热、蓄热方案。

[0004] 随着我国西部区域经济持续发展，该地区对高等级道路需求愈发凸显，在高等级道路幅宽增加近一倍的工况下，以传统通风管、片块石材料为主的竖向温度调控措施很难达到预期降温效果，应采用其他措施予以辅助。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种多年冻土区抗冻融储热横向扩散通风路肩结构，通过通风砌块孔径，将热量排出路肩，减少黑色沥青路面吸热，调控冻土路基温度，保护其下部的多年冻土。

[0006] 本发明所采用的技术方案为：

[0007] 多年冻土区抗冻融储热横向扩散通风路肩结构，其特征在于：

[0008] 于路基的顶面自下而上依次铺筑垫层和路面结构层，路面结构层自下而上包括下基层、上基层、下面层和上面层，垫层嵌入路基顶面；

[0009] 于路基的顶面之上、路面结构层的两侧沿道路方向垒砌通风砌块，通风砌块与路面结构层之间添加片块石。

[0010] 通风砌块顶面与路面结构层顶面齐平，通风砌块内侧垂直，外侧与路基边坡坡度一致；

[0011] 通风砌块垒砌以无机结合料作为粘接剂。

[0012] 片块石粒径为20cm-40cm，孔隙率控制在20%-40%之间，堆砌厚度不低于50cm。

[0013] 本发明具有以下优点：

[0014] 1、本发明直接作用于路面结构层进行温度调控，调控目标直指冻土路基吸热源，调控效率更为高效；该横向导热结构，可与传统竖向阻热调控措施配合使用，提高多年冻土区温度调控效果；

[0015] 2、该特殊路肩结构中的水份，可沿通风砌块孔径排出，片块石材料在较为干燥的环境下，对多年冻土区冻融循环作用具有较强的适应性。

[0016] 3、结构简单，主要材料片块石，取材方便，成本低，通风砌块为预制品，强度高、整体性好，统一安装装配，施工工艺简便、实用，具有较好的应用推广前景。

附图说明

[0017] 图1为路肩横向结构示意图。

[0018] 图2为通风砌块结构示意图。

[0019] 图3为路肩纵向结构示意图。

[0020] 图中，1-上面层；2-下面层；3-上基层；4-下基层；5-垫层；6-路基；7-通风砌块；8-片块石。

具体实施方式

[0021] 下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

[0022] 本发明涉及的一种多年冻土区抗冻融储热横向扩散通风路肩结构，于路基6的顶面自下而上依次铺筑垫层5和路面结构层，路面结构层自下而上包括下基层4、上基层3、下面层2和上面层1，垫层5嵌入路基6顶面。于路基6的顶面之上、路面结构层的两侧沿道路方向垒砌通风砌块7，通风砌块7与路面结构层之间添加片块石8。

[0023] 通风砌块7顶面与路面结构层顶面齐平，通风砌块7内侧垂直，外侧与路基6边坡坡度一致。通风砌块7垒砌以无机结合料作为粘接剂。

[0024] 片块石8粒径为20cm-40cm，孔隙率控制在20%-40%之间，堆砌厚度不低于50cm。

[0025] 本发明充分结合片块石路基和通风管路基的优点，并将此应用于冻土路肩， 采用片块石，通风砌块为主要材料的特殊通风路肩结构，一方面利用块石、通风砌块对流作用，直接作用于路面结构层，调控其温度，另一方面，将路面流向路肩、片块石层的水份沿通风砌块孔径排除，提高路肩抗冻融能力通过与路面结构层对流换热作用，将路面吸收的太阳辐射热量导出并储存于片块石材料中，并最终通过通风砌块孔径，将热量排出路肩，减少黑色沥青路面吸热，调控冻路基温度，保护其下部的多年冻土。此外，路肩中的水份，也可由通风砌块排出，片块石作为一种典型的散体物料，在干燥状态下对冻融循环作用具有极强的适应性。

[0026] 为保证对流效果，片块石材料粒径以20-40cm为宜，且铺设厚度不应低于50cm；为了便于路肩结构热量水份排出，通风砌块孔径应为连通，为保证路肩结构稳定性，通风砌块应以水泥、石灰等无机结合料为粘结剂进行浆砌施工，以抵抗来自块石材料的侧向压力；该路肩结构沿路面行车方向连续布置，以保证其温度调控效果。

[0027] 在太阳辐射作用下，当路面气温开始升高时，片块石材料通过对流换热作用，将路面结构层中热量导入自身，并通过通风砌块孔径将热量排出，以达到调节路面温度目的；来自路面汇集的水份，可通过通风砌块孔径排除，保证该结构处于较为干燥状态，提高结构抗冻融能力。

[0028] 施工时：

[0029] （1）路基施工完毕，路面基层施工前，于下基层4边缘处开始铺设通风砌块7施工，路基横向铺筑至边坡处为止，纵向沿行车方向连续铺筑。

[0030] （2）通风砌块7以水泥砂浆、石灰砂浆等无机结合料为粘结剂，保证具有足够强度，施工过程中，应保证砌块通风管贯通，使块石中热量、水份能顺利导出路肩。

[0031] （3）通风砌块施工完成后，进行下基层4、上基层3、下面层2、上面层1施工。

[0032] （4）路面施工完毕后，开始在结构层与通风砌块间空隙处堆砌片块石8，片块石粒径以20cm-40cm为宜。

[0033] （5）片块石堆砌后，可采用3吨-5吨小型压路机，不开振动情况下进行稳压施工，但施工作业需在通风砌块浆砌施工7天后进行。

[0034] 本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。