本发明属于建筑施工领域，尤其涉及一种土体保温防冻结构及其施工方法。
背景技术：
一些高纬度地区，在冬季土地会不同程度的上冻，冻土层深度可从几厘米到几米。即使到了春天，平均气温达到了零上，土地开始融化，冻土层完全解冻少则需要几天，多则需要两至三个月。在这些地区的建筑土方挖掘施工通常都会在冻土解冻之后进行。若在冻土层未完全解冻的情况下施工，则需要借助如机械破碎，化学爆破等辅助方法实现，这就造成施工成本高，进度缓慢。若在冻土完全解冻后进行施工，则会拖延整体的施工进度。
常见的针对冻土挖掘施工的方法有两类：挖掘前对冻土进行解冻作业和挖掘前做好保温防冻处理。前一类方法，主要是利用外部热源对冻土加热解冻，如在冻土表面覆盖煤层使其燃烧，在冻土内插入电热针等；后一类方法，主要是采取一定措施，减少土体表面的热量散失，尽量避免冻土的产生，且须在土体上冻之前进行处理，如翻耕土体表面以降低土体表面导热系数，在土体表面添加覆盖物等。
前一类方法由于需要大量的外部热源，尽管效果明显，但是成本太高，只适合小面积范围内使用；后一类方法中的表面翻耕效果不明显；在土体表面添加的覆盖物较常见的有雪、枯树枝树叶、有机薄膜等，此类覆盖物只是简单的覆盖在土体表面，保温效果有限，而且对于冬季气温非常低，冻结期较长的地方无法达到预期的效果。
因此有必要提供一种保温效果更好的土体保温防冻结构。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种保温效果更好的土体保温防冻结构，并且还提供实现该结构的施工方法。
本发明提供了一种土体保温防冻结构,其包括支撑体；支撑体为具有上开口和下开口的封闭环状结构；在支撑体的上开口设置有至少一层真空玻璃管层；每层真空玻璃管层包括多根并排紧邻布置的真空玻璃管；真空玻璃管两端封堵，中间为真空，其截面为圆形、方形或其他形状；与上开口接触的那一层真空玻璃管层将上开口完全封堵，接触处进行防漏风处理；下开口覆盖需要防护土体的地表。
优选地，在所述下开口覆盖需要防护土体的地表上铺撒有易吸光物质层。
进一步优选地，在需要防护土体的外围设置防寒沟；所述防寒沟内填充隔热材料。
优选地，所述支撑体为多边形。
作为另一优选方案，所述支撑体的个数为多个；多个所述支撑体在需要防护土体的地表上紧邻设置，多个所述支撑体围成的面积大于或等于所述需要防护土体的地表的面积。
其中，所述支撑体为金属材料制成或采用泥土堆砌而成。
根据本发明的另一方面，还提供了一种制备如上所述土体保温防冻结构的施工方法，包括如下步骤：
步骤一、制作真空玻璃管，并运至现场备用；
步骤二、平整土地，根据地表的实际情况，进行必要的平整工作；
步骤三、布置或制作支撑体，将事先制作好的支撑体或使用泥土堆砌而成的支撑体布置于需要防护土体的地表上；
步骤四、放置并固定所述真空玻璃管，将多根所述真空玻璃管并排紧邻布置于支撑体上，并将所述支撑体的上开口完全封堵形成第一层真空玻璃管层。
步骤五、根据施工需求在第一层真空玻璃管层上增加设定层数的真空玻璃管层，每层真空玻璃管层亦由并排紧邻布置的多根所述真空玻璃管构成。
优选地，在需要防护土体的地表上形成第一层真空玻璃管层之前，布置或制作所述支撑体之后，在所述支撑体包围的土体的地表铺撒易吸光物质层。
进一步优选地，在需要防护土体的外围设置防寒沟，并在所述防寒沟内填充隔热材料。
由以上技术方案可知，本申请中的土体保温防冻结构，能使需要防护的土体吸收透过真空玻璃管的太阳光，产生热量提高自身的温度，同时也能大大减少土体热量的散失，因此能极大的避免土体的冻结，利于后期在受防护土体上的建设施工，降低施工成本，避免工期的拖延。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为符合本申请技术要求的一个实施例示意图；
图2为再进一步优化的符合本申请技术要求的一个实施例示意图；
图3为更进一步优化的符合本申请技术要求的一个实施例示意图；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
发明人注意到，对土体进行保温防冻处理的方法中，在土体表面增加覆盖物是常见的方法，覆盖物一般有雪、枯树枝树叶、有机薄膜等。这些覆盖物或者有保温效果，但是在白天无法让太阳照射土体来提升土体温度；或者能在白天可以让太阳光照射土体来提升土体温度，但是其保温效果却十分有限。
因此发明人提供了一种土体保温防冻结构,其包括支撑体2，支撑体2为具有上开口21和下开口22的封闭环状结构，所说的环状为圆环状、方形环状、多边形环状或其他形状的环状，此处所说的环状不但在周向没有缺口，而且没有孔洞；在支撑体2的上开口21设置有至少一层真空玻璃管层3；每层真空玻璃管层3包括多根并排紧邻布置的真空玻璃管31；真空玻璃管31两端封堵，中间为真空，其截面为圆形、方形或其他形状；与上开口21接触的那一层真空玻璃管层3将上开口21完全封堵，真空玻璃管之间的接触处进行防漏风处理；下开口22覆盖需要防护土体1的地表。
此土体保温防冻结构，一方面通过辐射换热，使太阳光的热量透过真空玻璃管层辐射至土体1表面，土体1接收太阳的辐射热，并升温蓄热，提高自身的温度；另一方面真空玻璃管31内部为真空，其具有较好的隔断作用，且真空玻璃管层3与土体1表面之间留有空隙。夜晚，无太阳照射，地面进行导热传热，由于真空集热管层具有较好的隔热作用，极大的减少了散失的热量，很好地避免了土体1的冻结。相比使用常见材料覆盖保温防冻，有着很大的优势。
下面对于土体保温防冻结构中的工作原理进行详细阐述。
设每平方米需要防护土体一天中吸收的热量为qx＝qf1-q'f1；其中，
qf1为每平方米所述土体在白天时间内所吸收的热量，kj：qf1＝i*τ*αt*a；
i为太阳辐射热，kj/m2，按冬至日1.7倍计算；τ为真空集热管穿透比；αt为土体吸收率；a为每平方米所述需防护土体对应地集热管的采光面积，m2；
q′f1为每平方米所述需要防护土体在每天夜间12小时中散发的热量，kj：
在需要防护的土体为非冻土时，每平方米需要防护土体一天中吸收的热量qx大于等于0。即在没有冻土的土体上，铺设本申请中所述的真空集热管时，由于土体吸收的热量始终等于或大于辐射处的热量，故其不会上冻。
作为另一实施对象，需要防护的土体为冻土时，此时qx需大于0。此时，需要首先计算冻土的厚度。其中。冻土层的厚度为土体中温度为0℃的位置距离土体地表的深度。在本实施例中，冻土层的厚度x(m)根据误差函数
每平方米所述需要防护土体一天中吸收的热量qx，kj；δr＝qx/(ρdγχ)可以融化的土层厚度，m/天：δr＝qx/(ργχ)；其中，ρd为冻土密度，kg/m3；γ为水结冰潜热，kj/kg，χ为冻土含水率；
冻土全部融化的时间tr，天；tr＝x/δr。
为了提高土体1对太阳光的吸收率并很好的储存转化的热量，在下开口22覆盖需要防护土体1的地表上铺撒有易吸光物质层4。优选地，本实施例中的易吸光物质层所采用的物质包括但不限于粉煤灰、灰渣、黑土/泥等。铺设易吸光物质层4，白天能够吸收较多的热量，夜晚，白天易吸光物质层的蓄热足够多，还可以继续向地面通过导热传热，一方面保证冻土层不会产生，另一方面还可以融化已经有冰冻的土层。
下面对铺有易吸光物质层4的土体保温防冻结构的工作原理进行详细阐述。
设每平方米需要防护土体一天中吸收的热量为qy＝qf2-q'f1-q'z，kj；其中，
qf2为每平方米易吸光物质层在白天时间内所吸收的热量，kj：qf2＝i*τ*αz*a；
i为太阳辐射热，kj/m2，按冬至日1.7倍计算；τ为真空集热管穿透比；αt为土体吸收率；a为每平方米所述需防护土体对应地集热管的采光面积，m2；
q′f1为每平方米需要防护土体在每天夜间12小时中散发的热量，kj：
q'z为每平方米易吸光物质层在每天夜间12小时中散发的热量：
在需要防护的土体为非冻土时，每平方米需要防护土体一天中吸收的热量qy大于等于0。即在没有冻土的土体上，铺设本实施例中的真空集热管时，由于土体吸收的热量始终等于或大于辐射处的热量，故其不会上冻。
作为另一方案，在所述需要防护的土体为冻土时，每平方米所述需要防护土体一天中吸收的热量qy大于0；
冻土层的厚度为土体中温度为0℃的位置距离土体地表的深度；冻土层的厚度x根据误差函数
每平方米所述需要防护土体一天中吸收的热量qx，kj；δr＝qx/(ργχ)可以融化的土层厚度，m/天：δr＝qx/(ρdγχ)；其中，ρd为冻土密度，kg/m3；γ为水结冰潜热，kj/kg，χ为冻土含水率；
冻土全部融化的时间tr，天；tr＝x/δr。
需要防护的土体1与周边的土体是连接在一起的，这会导致温度较高的需要防护的土体1内的热量向周边的土体散失，所以在需要防护土体1的外围设置防寒沟5，并在防寒沟5内填充隔热材料6。隔热材料6是枯树枝树叶、有机高分子泡沫等，其表面盖些泥土，防止其被风刮走。
如果需要防护的土体1面积很大，一层真空玻璃管层3无法覆盖所有土体1，就在需要防护土体1的表面设置多个支撑体2，多个支撑体2紧邻排布，每个支撑体2上均设置真空玻璃管层3。
根据技术方案对支撑体2的使用需求，支撑体2可由金属材料在车间制成，现场摆放；也可以采用现场泥土直接堆砌而成。
本发明提供的技术方案对土体有着很好的保温防冻效果，并且随着真空玻璃管31的管径加大，层数增加，其保温效果会更为明显。如果在进入土体上冻期之前实施本技术方案，真空玻璃管的管径应较小一些，层数也不用多层，以节约成本；如果土体1已经冰冻，需要尽快让土体1融化，则在实施本技术方案时，真空玻璃管31的管径应大一些，层数应选多层。
根据本发明的另一方面，还提供了一种制备上述土体保温防冻结构的施工方法，包括如下步骤：
步骤一、制作真空玻璃管31，车间完成制作，运至现场备用；
步骤二、平整土体1的表面，根据地表的实际情况和施工需要，进行必要的土地平整工作；
步骤三、布置或制作支撑体2，将事先制作好的支撑体2布置于需要防护土体1的地表或直接使用泥土堆砌出支撑体2；
步骤四、放置并固定所述真空玻璃管31，将多根所述真空玻璃管31并排紧邻布置于支撑体上2，并将所述支撑体2的上开口21完全封堵形成第一层真空玻璃管层3，真空玻璃管31与支撑体2之间的间隙进行必要的防漏风处理。
步骤五、根据施工需求在第一层真空玻璃管层3上增加设定层数的真空玻璃管层3，每层真空玻璃管层3亦由并排紧邻布置的多根所述真空玻璃管31构成。
进一步优化的，在需要防护土体1的地表上形成第一层真空玻璃管层3之前，布置或制作所述支撑体2之后，在支撑体2包围的土体1的地表铺撒出易吸光物质层4。
再进一步优化的，在步骤五之后，在需要防护土体1的外围设置防寒沟5，并在防寒沟5内填充隔热材料6。
由以上技术方案可知，本申请中的土体保温防冻结构，能使需要防护的土体吸收透过真空玻璃管的太阳光，产生热量提高自身的温度，同时也能大大减少土体热量的散失，因此能极大的避免土体的冻结，利于后期在受防护土体上的建设施工，降低施工成本，避免工期的拖延。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。