专利名称：保温集水井的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种寒区地下水收集结构。适合寒冷地区地下集水、排水系 统使用。
背景技术：
我国有大部分国土面积处于寒冷地区。寒区的道路工程、矿井工程都涉 及到地下水的收集和排泄。传统收集地下水的方式采用集水渗井、集水渗池 收集地下水，然后通过暗管、盲沟排水。由于寒冷地区冬季气候寒冷，集水 结构、暗管、盲沟很容易被冻结、堵塞，导致整个集水排水系统失效，给工 程造成损害；其集水结构主要靠增加土层厚度来达到保温，这种方法施工慢， 效果差且不利于环保。最常见的就是寒区的公路、铁路涎流冰害的发生，给 交通运输女全带来严重隐患，同时也造成了巨大的经济损失。涎流冰的产生 是由于排水管路堵塞，水从路基上方某些地方出露、在地表冻结、蔓延至路 基、拥堵涵洞，春季冰雪融化，由于排水通道被冰堵塞，造成融水冲刷道路， 这些给道路及附属构筑物的稳定与交通安全带来极大威胁。另外，我国东北、 西北不少边防公路常年遭受涎流冰的危害，公路被堵塞，部队所需物质的输 送受到很大影响。
提高集水井内的水温，可以有效防止排水管路冻结。俄罗斯的铁路涎流 冰防治中采用电加热的方式，这种方法的应用受到诸多条件的限制，不适合 我国广大寒区使用。现有使用的传统渗井、渗池，采用粘土做隔水层、粗砂、 碎石做反滤层，结构复杂，施工难度大，另一最重要原因就是保温效果不理 想，在集水处水温有较大幅度降低，不利于排水。因此，研发一种新型有效 的保温集水井对解决寒区的公路、铁路涎流冰害问题具有重要意义。
发明内容
为克服寒区现有渗井、渗池保温效果不理想、结构复杂、施工难度大的缺 陷，本发明提供了一种保温集水井。该集水井采用新型保温材料XPS板进行
3保温处理，用透水土工布作为反滤层，井内堆放块石，同时在集水井顶部进 行草皮覆盖，增强保温效果。由此可以大大提高施工速度和提高集水井内水 温，降低排水管路冻结的可能性，减少寒区工程因排水问题而带来的损失。 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是 一种保温集水井，由草皮覆盖层、填土层、保温层、块石层、透水土工 布、出水口构成。在井壁底部、井口出水端面或井壁一侧面设有保温层，井 壁两侧或一侧面设有透水土工布，井内堆放块石层，井的顶部为填土层，填 土层上有草皮覆盖层，井内出水口与地下排水管相联接。
上述的保温层采用挤塑聚乙烯板，厚度范围为5 20cm，导热系数 0.028W/m*K;抗压强度大于O. 3Mpa，体积吸水率小于1%。 上述的透水土工布渗透系数不小于2cm/s。 上述的块石层粒径范围为10 25cm。 上述的回填土厚度为20 50cm。
保温集水井的工作原理是含水层内的地下水通过透水土工布进入集水井 内，然后通过排水出口排走，排水口与地下排水管相接。集水井底部，侧面 及顶部都有保温效果很好的挤塑泡沫保温材料XPS板，这大大减少了集水井内 水热量的损失。
由于集水井四周土壤存在冻结和融化的过程。本发明的热学问题是一个带 相变的温度场问题，采用数值试验方法可以进行保温效果的验证。热量平衡 控制微分方程为
在正冻区，
在融内，
<formula>formula see original document page 4</formula>(i)
<formula>formula see original document page 4</formula>(2)
式中符号/，"分别表示冻、融状态，7>， C,，义f分别为正冻区内介质 的温度、体积比热和导热系数，带"U"者为融区内的相应物理量。 用焓处理相变问题，将式(l)、 (2)可写成统一的形式
<formula>formula see original document page 4</formula>采用以上控制方程，通过有限元方法，对本发明保温集水结构进行数值 试验，结果表明整个冬季进入集水井内的水温波动很小，热量损失很小。 另外，本发明结构2004开始已在东北大兴安岭林区公路的涎流冰防治中得到
应用，现场观测数据表明，保温集水井内的水温比传统集水井内的水温高4 5°C，以上证据说明本发明保温效果理想。
本发明的优点和产生的有益效果是
1、 本发明采用挤塑聚乙烯板，起到了隔水、保温的双重效果；其次挤塑 聚乙烯板极大的降低了顶部土层厚度(公式4)， 20cm厚度挤塑聚乙烯板的保 温效果相当于当地2 5m厚度土层的保温效果；同时顶部设有草皮覆盖层， 维持了原有的地貌景观，利于环保。
2、 用透水土工布代替传统措施的碎石、块石组成的反滤层，极大的提高 了施工速度；
3、 由于新型材料的使用和结构的改进提高了集水井内的水温，降低了地 下排水管路冻结的可能性，减少寒区工程因排水问题引起的破坏。
保温材料减少填土最大厚度值可按下式计算-
^ 二义填土 * ^保温材料 ") A保温材料
式中//为可减少土层的最大厚度；义《±表示填土的导热系数；~ 4为 保温材料导热系数；/^^^为保温材料厚度。
图l保温集水井纵剖面图。 图2为图1的A—A'断面图。
具体实施例方式
为更好地理解本发明，可通过以下实施例予以进一步说明，但并非对本发 明的限定。
如图1所示， 一种保温集水井，由草皮覆盖层l、填土层2、保温层3、 块石层4、透水土工布5、出水口7构成。在井壁底部、井口出水端面或井壁 一侧面设有保温层3，井壁两侧或一侧面设有透水土工布5，井内堆放块石层 4，井的顶部为填土层2，填土层2上有草皮覆盖层1，出水口 7与地下排水管相联接。
以大兴安岭拉莫公路K81 + 300处采用的保温集水井为例。地理坐标 N50。47. 759'， E120°03. 758'。海拔高度774m，属于高讳度寒冷地区。
施工过程是先揭开集水位置地表草皮，以备完工后恢复地表景观；在 集水位置挖一深205cm，长200cm，宽200cm长方体的井，在井底部、井口出 水端面及一个侧面铺设15cm厚度的挤塑聚乙烯保温板，板间用粘结剂粘接， 形成保温层3;在出水端面上距离底部10cm高度位置设置一个直径20cm的孔7 与地下排水管连接，孔的水平位置位于长度方向(与排水管垂直的断面方向 为长度方向)的中间部位；然后在紧靠挤塑聚乙烯保温板位置堆放平均粒径 为20cm的块石层4，进一步固定保温层3，然后在来水面铺设透水土工布5作为 反滤层，之后继续堆放块石，达到150cm高度时形成块石层4，停止块石堆放， 再铺盖20，厚的挤塑聚乙烯保温板；填土40cm形成填土层2适当碾压之后，将 原揭开的草皮覆盖在集水井的顶部。地下水6通过透水土工布5渗入井中，从 出水管7排出。
挤塑聚乙烯保温板导热系数0.028W/m"K，强度400 kPa，体积吸水率小 于1% (水蒸汽透湿系数小于2ng (Pa.m.s)，耐腐蚀，保温性能稳定。顶部20cm 厚度的XPS板相当于当地3m厚度的土层。土工布垂直渗透系数3cm/s，其单位 面积质量450g/m2，抗拉强度10kN/m。
本实施例于2004年秋施工完成，经过3个冬季的实践验证，效果理想。本 集水结构由于四周新型保温材料的应用及顶部植被生态恢复的保温作用，集 水井内冬季水温得到较大提高，提高水温约4 5"C。
权利要求
1、一种保温集水井，由草皮覆盖层(1)、填土层(2)、保温层(3)、块石层(4)、透水土工布(5)、出水口(7)构成，其特征是在井壁底部、井口出水端面或井壁一侧面设有保温层(3)，井壁两侧或一侧面设有透水土工布(5)，井内堆放块石层(4)，井的顶部为填土层(2)，填土层(2)上有草皮覆盖层(1)，井内出水口(7)与地下排水管相联接。
2、 根据权利要求1所述的保温集水井，其特征是保温层(3)采用挤 塑聚乙烯板，厚度范围为5 20cm，导热系数0.028W/m K;抗压强度大于 0.3Mpa，体积吸水率小于1%。
3、 根据权利要求1所述的保温集水井，其特征是透水土工布(5)渗 透系数不小于2cm/s。
4、 根据权利要求1所述的保温集水井，其特征是块石层(4)粒径为 10 25cm。
5、根据权利要求l所述的保温集水井，其特征是填土层(2)厚度为20 50cm。
全文摘要
本发明涉及一种保温集水井，由草皮覆盖层、填土层、保温层、块石层、透水土工布、出水口构成。在井壁底部、井口出水端面或井壁一侧面设有保温层，井壁两侧或一侧面设有透水土工布，井内堆放块石层，井的顶部为填土层，填土层上有草皮覆盖层，出水口与地下排水管相联接。本发明用透水土工布代替传统措施的碎石、块石组成的反滤层，极大的提高了施工速度；用挤塑聚乙烯保温板起到了隔水、保温的双重效果，集水井内水的热量损失很少。本发明结构简单，易施工快、保温效果理想，利于排水，减少了冬季因排水不畅引起的工程冻害，可广泛地应用于寒冷地区公路、铁路等工程地下集水、排水系统。
文档编号E03B3/00GK101424087SQ20071001905
公开日2009年5月6日 申请日期2007年10月31日 优先权日2007年10月31日
发明者喻文兵, 赖远明, 明 郭 申请人:中国科学院寒区旱区环境与工程研究所