一种高原冻土条件下地基的保温装置及其施工方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及工程建筑领域，特别涉及一种高原冻土条件下地基的保温装置及其施 工方法。
【背景技术】
[0002] 冻土是一种温度敏感性土体，在冻土区工程建设中不可避免的会遇到土层处于冻 结、半冻结、正在冻结、正在融化或已经融化等各种状态，因此在冻土地区的地基建设也更 加具有复杂性和可变性。高原冻土地基的施工方法，当前主要有架空通风基础、铺设隔热 层、颗粒土垫高地基等几种形式，但该几种类型的施工方式其隔热性、防潮性能较差，施工 条件具有一定的局限性，地基稳定性不佳，一般不适合于采暖建筑物。
【发明内容】
[0003] 为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单、工作稳定可靠的高原冻土条 件下地基的保温装置，并提供一种施工方便、成本低的高原冻土条件下地基保温装置的施 工方法。
[0004] 本发明解决上述问题的技术方案是：一种高原冻土条件下地基的保温装置，包括 金属管道、温度控制系统和电源，所述金属管道铺设在冻土地基中，所述温度控制系统包括 第一冷却栗、第一节流阀、第二冷却栗、第二节流阀、蒸发器、冷凝器、压缩机、单向节流阀和 冷却塔，所述金属管道的一端依次经第一冷却栗、第一节流阀后与蒸发器的一次侧进口相 连，蒸发器的一次侧出口与金属管道的另一端相连，所述蒸发器的二次侧出口经压缩机后 与冷凝器的一次侧进口相连，冷凝器的一次侧出口经单向节流阀后与蒸发器的二次侧进口 相连，所述冷凝器的二次侧进口与冷却塔的出口相连，冷凝器的二次侧出口依次经第二冷 却栗、第二节流阀后与冷却塔的进口相连，所述电源为整个保温装置供电。
[0005] 上述高原冻土条件下地基的保温装置中，所述金属管道在冻土地基中铺设的形状 为S形。
[0006] -种高原冻土条件下地基保温装置的施工方法，包括以下步骤：
[0007] 1)收集高原冻土地区的气象资料，结合工程地质勘察资料，查明冻土的基本热物 理参数、多年冻土类型、上限深度、地温年平均变化深度和年平均地温；
[0008] 2)根据步骤1)查明的数据确定金属管道的材质、埋设位置及埋设深度、平面布置 形式及范围；
[0009] 3)开挖地基，施工放样，清理并平整场地；
[0010] 4)根据步骤2)确定的埋设位置及埋设深度、平面布置形式及布置范围在地基中 铺设金属管道；
[0011] 5)在地基施工场安装温度控制系统和电源，将温度控制系统与金属管道连接。
[0012] 上述高原冻土条件下地基保温装置的施工方法，所述步骤2)中，金属管道材质为 铝合金，金属管道的平面布置形式按照S形迂回布置，金属管道的铺设范围为布满整个地 基平面。
[0013] 上述高原冻土条件下地基保温装置的施工方法，所述步骤2)中，金属管道的首层 铺设在地基的最底层，相邻两层管道之间的铺设距离的计算公式如下：
[0014]
[0015] 其中：R表示相邻两层管道之间的铺设距离，X表示管道周围土体的导热系数；T表示管道的温度波动周期；C表示管道周围冻土的平均热容量；A。表示计算器管道的温度 差；4表示计算器管道的传热影响范围边界处的温度差。
[0016] 上述高原冻土条件下地基保温装置的施工方法中，所述步骤4)的具体步骤为，先 将金属管道的首层铺设在地基的最底层，铺设完毕后用土回填，然后按照S形迂回方式依 次向上铺设，铺设完一层后用土回填，直至金属管道布满整个地基平面。
[0017] 上述高原冻土条件下地基保温装置的施工方法，所述步骤2)中还包括金属管道 规格型号的确定。
[0018] 本发明的有益效果在于：
[0019] 1、本发明的保温装置设有温度控制系统，通过金属管道中循环水温度的调节来维 持冻土地基的恒温，加快地基冻土的回冻时间，使冻土的回冻时间由原来至少需要的4~6 个冻融循环期缩短到1~2个冻/融循环期，此外，本装置利用管道的超前工作性能，提早 降低冻土的温度以提高冻土强度，进而在地基结构周围形成冻土抵抗层，有效地降低了冻 结层上水的冻结压力给地基周边防排水措施及支护结构产生的威胁，解决了高原冻土地基 由于温度变化引起地基冻融循环造成基础稳定性不良的问题。
[0020] 2、本保温装置实施后，可以改变地基冻土回冻时产生的冻胀力方向，有利于地基 周围支护结构的安全。
[0021] 3、本发明的保温装置采取管道散热技术，热传输效率及灵敏度高，可快速消除施 工对地基冻土产生的热干扰，维持地基冻土的稳定。
[0022] 4、本发明的施工方法具有无噪音、环保性好、使用寿命长的特点，与现有技术相 比，工程费用少且一次投入后可以长期使用，设备安全性能高，安装维护简便。
【附图说明】
[0023] 图1为本发明保温装置的结构示意图。
[0024] 图2为图1中温度控制系统的结构示意图。
[0025] 图3为图1中金属管道的剖面示意图。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
[0027] 如图1所示，本发明的保温装置包括金属管道1、温度控制系统2和电源3,所述金 属管道1铺设在冻土地基4中，金属管道1在冻土地基4中铺设的形状为S形。
[0028] 所述电源3为整个保温装置供电，电源3采用电能和太阳能两种形式。当户外日 照充足时，采用太阳能蓄电池进行装置的供电，当户外太阳能不足时，则启动电能来对装置 进行供电。
[0029] 如图2所示，所述温度控制系统2包括第一冷却栗5、第一节流阀6、第二冷却栗7、 第二节流阀8、蒸发器9、冷凝器10、压缩机11、单向节流阀12和冷却塔13,所述金属管道1 的一端依次经第一冷却栗5、第一节流阀6后与蒸发器9的一次侧进口相连，蒸发器9的一 次侧出口与金属管道1的另一端相连，所述蒸发器9的二次侧出口经压缩机11后与冷凝器 10的一次侧进口相连，冷凝器10的一次侧出口经单向节流阀12后与蒸发器9的二次侧进 口相连，所述冷凝器10的二次侧进口与冷却塔13的出口相连，冷凝器10的二次侧出口依 次经第二冷却栗7、第二节流阀8后与冷却塔13的进口相连。
[0030] 保温装置的工作原理如下：压缩机11吸入从蒸发器9出来的较低压力的蒸汽，使 之压力升高后送入冷凝器10,在冷凝器10中冷凝成压力较高的液体，蒸汽液化时发热，冷 却塔13中的循环水用于对冷凝器10进行降温，通过第二冷