一种用于多年冻土区的冷却路基结构及施工方法

本发明涉及多年冻土区冷却路基领域，尤其涉及一种用于多年冻土区的冷却路基结构及施工方法。

背景技术：

1、冻土是岩石圈和大气圈在热质交换过程中形成的具有零温或者负温且含有冰的特殊岩土体，其中持续冻结时间在两年以上的称为多年冻土。多年冻土的存续与发展过程均与外界环境存在着紧密的联系，因此，气候变化直接影响着多年冻土的变化。近些年来，在气候变暖背景下，青藏高原多年冻土升温甚至退化，严重影响了上部构筑物的稳定性，特别是多年冻土区修建的线性道路工程，受工程活动和气候变暖双重作用的影响，路基下的多年冻土温度升高，活动层厚度增大，土体强度和承载力下降，导致路基出现不均匀沉降等病害，后期维护成本日益增加。

2、近些年来，处于保护冻土的原则，针对多年冻土区的道路工程建设，提出了两类冷却路基措施：（1）被动保温措施：主要依赖于增加路基的热阻（增加路堤高度、埋设保温材料等），但在气候变暖背景下，这种被动措施难以保证多年冻土区路基的长期稳定性；（2）主动冷却路基措施：包括块石路基、通风管路基、遮阳棚路基和热管路基等，这些措施主要通过调控热传导的三种方式（对流、辐射和热传导）对路基进行降温，从而达到保护多年冻土的目的。通过工程实践总结发现，块石路基和遮阳棚路基是两种较为经济适用的措施。但是，块石路基易受风沙、降雪等作用影响，导致岩块之间的通风孔被堵塞，从而导致其降温效果下降；此外，遮阳棚路基多采用彩钢瓦阻隔太阳辐射，易受大风天气和动物迁徙活动影响而遭到破坏，从而失去阻隔辐射作用。因此，有必要提出一种能够兼顾对流调控和辐射调控，同时，受外界环境影响较小的冷却路基结构，从而更好地实现路基降温，减少路基维护成本，保障道路工程稳定运营。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种实用性强、降温效果突出的用于多年冻土区的冷却路基结构。

2、本发明所要解决的另一个技术问题是提供该用于多年冻土区的冷却路基结构的施工方法。

3、为解决上述问题，本发明所述的一种用于多年冻土区的冷却路基结构，包括设在多年冻土路基上的路堤，其特征在于：所述路堤由自下往上依次设置的路基块石层、粗颗粒垫层、保温层和路面结构层构成；沿所述路堤两侧的坡面以及坡脚水平段分别设有若干组混凝土预制通风-遮阳结构；所述混凝土预制通风-遮阳结构的外侧铺设土工格栅，该土工格栅的外侧附着隔离植被层；所述混凝土预制通风-遮阳结构、所述土工格栅和所述隔离植被层的顶面齐平并铺设有块石，且顶面高度大于所述保温层顶面的高度。

4、所述混凝土预制通风-遮阳结构由连接在一起的第一混凝土预制通风-遮阳结构、第二混凝土预制通风-遮阳结构和第三混凝土预制通风-遮阳结构组成；所述第一混凝土预制通风-遮阳结构紧靠路堤坡脚水平设置，并通过固定锚钉锚固在所述多年冻土路基中。

5、所述混凝土预制通风-遮阳结构为内部设有混凝土预制通风-遮阳结构勒板的闩字形结构，其宽为0.5~1m，高度为0.5~0.7m；所述混凝土预制通风-遮阳结构勒板与所述混凝土预制通风-遮阳结构的顶部之间形成的空隙高度为10~20cm。

6、所述第一混凝土预制通风-遮阳结构中外露一端为直角断面，靠近路堤坡面的一端为楔形断面，其中心位置预留供所述固定锚钉穿过的预留孔。

7、所述第二混凝土预制通风-遮阳结构的两端均为直角断面，且两端分别与所述第一混凝土预制通风-遮阳结构和所述第三混凝土预制通风-遮阳结构衔接。

8、所述第三混凝土预制通风-遮阳结构与所述第二混凝土预制通风-遮阳结构衔接的一端为直角断面，与所述块石接触的一端为楔形断面，其楔形角的角度等于路堤坡面的角度。

9、所述土工格栅起始于第三混凝土预制通风-遮阳结构的楔形断面，沿所述混凝土预制通风-遮阳结构铺设。

10、所述隔离植被层为掺杂了适合生长在工程建设区域气候条件下植物种子的土壤，其铺设在所述混凝土预制通风-遮阳结构表面，顶端与第三混凝土预制通风-遮阳结构顶部齐平，末端与第一混凝土预制通风-遮阳结构末端之间形成平缓的楔形角。

11、所述块石设在所述混凝土预制通风-遮阳结构、所述土工格栅和所述隔离植被层顶部形成的平台上。

12、如上所述的一种用于多年冻土区的冷却路基结构的施工方法，包括以下步骤：

13、⑴根据公路设计选线，利用大型机械，在拟修筑路堤处将多年冻土路基整平并碾压密实；

14、⑵根据设计图纸，在工厂制作混凝土预制通风-遮阳结构，单个混凝土预制通风-遮阳结构宽为0.5~1m，高度为0.5~0.7m，混凝土预制通风-遮阳结构勒板与混凝土预制通风-遮阳结构顶部之间形成的空隙高度为10~20cm；第一混凝土预制通风-遮阳结构、第二混凝土预制通风-遮阳结构和第三混凝土预制通风-遮阳结构的长度均在1~3m之间；

15、⑶按照设计要求，在拟建场地由下到上依次修筑路基块石层、粗颗粒垫层、保温层和路面结构层；

16、⑷将制作完成的混凝土预制通风-遮阳结构运至施工现场，沿公路修筑方向依次安装第一混凝土预制通风-遮阳结构，待第一混凝土预制通风-遮阳结构位置确定后，利用固定锚钉将第一混凝土预制通风-遮阳结构锚定；

17、⑸完成第一混凝土预制通风-遮阳结构安装后，沿路堤坡面依次安装第二混凝土预制通风-遮阳结构和第三混凝土预制通风-遮阳结构；

18、⑹将土工格栅按照尺寸裁剪并沿混凝土预制通风-遮阳结构顶部及表面从上往下铺设完成后，在土工格栅的上部填筑隔离植被层，使隔离植被层的顶端与第三混凝土预制通风-遮阳结构顶部齐平，末端与第一混凝土预制通风-遮阳结构末端之间形成平缓的楔形角；

19、⑺在混凝土预制通风-遮阳结构、土工格栅和隔离植被层顶部形成的平台上填筑块石，完成冷却路基施工。

20、本发明与现有技术相比具有以下优点：

21、1、本发明将现有技术中沿坡面设置的块石层替换为混凝土预制通风-遮阳结构，避免了长期服役过程中块石层易于被风沙堵塞的问题，同时，避免了冻融循环作用下岩块风化后块石层孔隙率减小、通风效率下降的问题。

22、2、本发明中利用混凝土预制通风-遮阳结构替代块石，减少了块石需求量，缓解了多年冻土区块石资源缺乏问题。

23、3、本发明中混凝土预制通风-遮阳结构可在工厂预制后运输至施工现场，组装简单、便于施工，同时，避免了现浇混凝土凝固阶段水化热对多年冻土的影响。

24、4、本发明中在混凝土预制通风-遮阳结构表面铺设一层掺杂有适合生长在工程建设区域气候条件下植物种子的隔离植被层，一方面有助于工程建设后的生态修复，另一方面隔离植被层和设在混凝土预制通风-遮阳结构内部的混凝土预制通风-遮阳结构勒板可以有效隔绝太阳辐射对路堤护坡的照射，减少了进入路基内部的热量，起到了保护冻土的作用。

25、5、本发明实用性强、施工简单方便且成本低。

技术特征：

1.一种用于多年冻土区的冷却路基结构，包括设在多年冻土路基（5）上的路堤，其特征在于：所述路堤由自下往上依次设置的路基块石层（4）、粗颗粒垫层（3）、保温层（2）和路面结构层（1）构成；沿所述路堤两侧的坡面以及坡脚水平段分别设有若干组混凝土预制通风-遮阳结构（6）；所述混凝土预制通风-遮阳结构（6）的外侧铺设土工格栅（7），该土工格栅（7）的外侧附着隔离植被层（8）；所述混凝土预制通风-遮阳结构（6）、所述土工格栅（7）和所述隔离植被层（8）的顶面齐平并铺设有块石（9），且顶面高度大于所述保温层（2）顶面的高度。

2.如权利要求1所述的一种用于多年冻土区的冷却路基结构，其特征在于：所述混凝土预制通风-遮阳结构（6）由连接在一起的第一混凝土预制通风-遮阳结构（61）、第二混凝土预制通风-遮阳结构（62）和第三混凝土预制通风-遮阳结构（63）组成；所述第一混凝土预制通风-遮阳结构（61）紧靠路堤坡脚水平设置，并通过固定锚钉（10）锚固在所述多年冻土路基（5）中。

3.如权利要求2所述的一种用于多年冻土区的冷却路基结构，其特征在于：所述混凝土预制通风-遮阳结构（6）为内部设有混凝土预制通风-遮阳结构勒板（11）的闩字形结构，其宽为0.5~1m，高度为0.5~0.7m；所述混凝土预制通风-遮阳结构勒板（11）与所述混凝土预制通风-遮阳结构（6）的顶部之间形成的空隙高度为10~20cm。

4.如权利要求2所述的一种用于多年冻土区的冷却路基结构，其特征在于：所述第一混凝土预制通风-遮阳结构（61）中外露一端为直角断面，靠近路堤坡面的一端为楔形断面，其中心位置预留供所述固定锚钉（10）穿过的预留孔。

5.如权利要求2所述的一种用于多年冻土区的冷却路基结构，其特征在于：所述第二混凝土预制通风-遮阳结构（62）的两端均为直角断面，且两端分别与所述第一混凝土预制通风-遮阳结构（61）和所述第三混凝土预制通风-遮阳结构（63）衔接。

6.如权利要求2所述的一种用于多年冻土区的冷却路基结构，其特征在于：所述第三混凝土预制通风-遮阳结构（63）与所述第二混凝土预制通风-遮阳结构（62）衔接的一端为直角断面，与所述块石（9）接触的一端为楔形断面，其楔形角的角度等于路堤坡面的角度。

7.如权利要求1所述的一种用于多年冻土区的冷却路基结构，其特征在于：所述土工格栅（7）起始于第三混凝土预制通风-遮阳结构（63）的楔形断面，沿所述混凝土预制通风-遮阳结构（6）铺设。

8.如权利要求1所述的一种用于多年冻土区的冷却路基结构，其特征在于：所述隔离植被层（8）为掺杂了适合生长在工程建设区域气候条件下植物种子的土壤，其铺设在所述混凝土预制通风-遮阳结构（6）表面，顶端与第三混凝土预制通风-遮阳结构（63）顶部齐平，末端与第一混凝土预制通风-遮阳结构（61）末端之间形成平缓的楔形角。

9.如权利要求1所述的一种用于多年冻土区的冷却路基结构，其特征在于：所述块石（9）设在所述混凝土预制通风-遮阳结构（6）、所述土工格栅（7）和所述隔离植被层（8）顶部形成的平台上。

10.如权利要求1所述的一种用于多年冻土区的冷却路基结构的施工方法，包括以下步骤：

技术总结
本发明涉及一种用于多年冻土区的冷却路基结构，包括设在多年冻土路基上的路堤，其特征在于：路堤由自下往上依次设置的路基块石层、粗颗粒垫层、保温层和路面结构层构成；沿路堤两侧的坡面以及坡脚水平段分别设有若干组混凝土预制通风‑遮阳结构；混凝土预制通风‑遮阳结构的外侧铺设土工格栅，该土工格栅的外侧附着隔离植被层；混凝土预制通风‑遮阳结构、土工格栅和隔离植被层的顶面齐平并铺设有块石，且顶面高度大于保温层顶面的高度。同时，本发明还公开了该路基结构的施工方法。本发明实用性强、施工简单方便且成本低，减少了块石需求量，有效避免了长期服役过程中块石层易于被风沙堵塞的问题，实现了保护路基多年冻土的目的。

技术研发人员：牛富俊,王子一,罗京,鞠鑫
受保护的技术使用者：中国科学院西北生态环境资源研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19