一种复合型装配式液冷路基及其施工方法

本发明属于路基施工，具体涉及一种复合型装配式液冷路基及其施工方法。

背景技术：

1、

2、针对冻土区路基工程，主动保护措施，是确保冻土工程长期稳定的关键途径。保护冻土工程的措施一般选用对流换热的方法，该方法能够有效增加基础与外界环境的换热效率，及时将路基所吸收的热量释放出去，达到路基内部降温，减少路基内部冷储备的消耗，增加路基的稳定性的目的。

3、冻土路基是指常见的一种特殊地区路基，需要采用特殊施工方法处理，冻土路基主要适用于我国高海拔和高纬度的地区。冻土路基施工方法中较为成熟的主要有以下几种：通风管路基、块石路基、热棒路基和隔热层路基。通风管路基与块石路基均采用对流换热的方式对路基进行降温，来减少冻融对路基的影响，但在空气对流较差的环境下很难发挥作用。热棒路基无法在天气炎热的环境下工作。隔热层路基虽然可以减少路基向冻土层传热，但是也阻挡了寒季时路基向冻土层导冷，无法增加冻土层的冷储备。

4、随着全球变暖的加剧，冻土区退化进程加快，冻土区路基的病害日益严重，现有的冻土区施工方法很难满足需求，亟需一种新型路基结构及其施工方法。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种复合型装配式液冷路基，该路基结构冷却降温速率更快、适用范围更广，并可对冻土区路基进行实时保护，调控路基温度，减缓冻土区退化进程。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种复合型装配式液冷路基，其特征在于，由下至上依次包括保温隔热层、下部路堤填土层、中部石层和上部路堤填土层，所述保温隔热层设置在天然地表面上，所述保温隔热层依次包括下部垫层、保温材料层和上部垫层，所述天然地表面上位于路基两侧对称设置单向导热管，所述中部石层内垂直于路基铺设方向贯穿设置有通风管，所述中部石层和上部路堤填土层之间设置防水土工布，所述下部路堤填土层内垂直于路基铺设方向设置有冷排管网，所述冷排管网通过进水管和回水管连接制冷设备，所述中部石层、保温隔热层和天然地表面内依次埋设第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器，所述冷排管网由多根平行设置的预制混凝土管道组成，所述通风管的两侧由外至内依次设置风门和防尘网。

3、优选地，所述预制混凝土管道由上部混凝土管道和下部混凝土管道通过混凝土管道接头拼接组成，所述混凝土管道接头上设置有u型螺栓，多根预制混凝土管道的两端连接两通接头、三通接头和四通接头中的一种；预制混凝土管道右侧连通回水管，预制混凝土管道右侧前后两端连接两通接头，与回水管连接的端头连接四通接头，其余端头连接三通接头；预制混凝土管道左侧连通进水管，预制混凝土管道左侧的前后两端连接两通接头，其余均为三通接头；预制混凝土管道左侧的后端连接两通接头同时连接进水管，所述进水管连接制冷设备的出水口，进水管上设置水泵，所述进水管上设置第一三通阀门，第一三通阀门上设置第一接口、第二接口和第三接口；所述回水管连接制冷设备的回水口，回水管上设置第二三通阀门，第二三通阀门上设置第四接口、第五接口和第六接口，第二接口和第五接口为旁通接口。

4、优选地，所述制冷设备连接电能控制器，所述电能控制器连接蓄电池和供电设备，所述供电设备包括风力发电机和光伏板，电能控制器连接第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器。

5、优选地，所述制冷设备内设置冷凝器、制冷控制器和制冷驱动器，制冷驱动器连通冷凝器，冷凝器通过冷凝管连接高压阀，高压阀连接进水管，冷凝管上设置节流管，所述冷凝驱动器通过低压阀连接回水管，所述制冷控制器连接制冷驱动器。

6、优选地，所述上部混凝土管道上设置下部混凝土螺栓承台，所述下部混凝土管道上设置上部混凝土螺栓承台，下部混凝土螺栓承台和上部混凝土螺栓承台之间通过u型螺栓连接，u型螺栓上设置螺帽和垫片，所述上部混凝土管道和下部混凝土管道之间的接缝处开设有圆形孔洞。

7、优选地，所述下部混凝土管道的混凝土管道接头上设置有第一t台、第二t台、第三t台和第四t台，所述第二t台和第四t台上对称设置有两个凸台，相邻凸台之间设置组成圆形孔洞的第一半圆孔洞；所述下部混凝土管道靠近混凝土管道接头的垂直断面为第一管道界面，第一t台和第三t台与第一管道界面连接的位置预埋用于连接弹簧的第一挂钩，第一管道界面上开设有与下部混凝土螺栓承台连通的上部混凝土螺栓管道，下部混凝土管道内开设延伸至第一管道界面的下部管道；所述上部混凝土管道的混凝土管道接头上设置有第五t台、第六t台、第七t台和第八t台，第五t台和第八t台上设置有与凸台配合插接的凹台，相邻凹台之间设置组成圆形孔洞的第二半圆孔洞；所述上部混凝土管道靠近混凝土管道接头的垂直断面为第二管道界面，第五t台和第七t台与第二管道界面连接的位置预埋用于连接弹簧的第二挂钩，第二管道界面上开设有与上部混凝土螺栓承台连通的下部混凝土螺栓管道，上部混凝土管道内开设延伸至第二管道界面的上部管道。

8、优选地，所述两通接头包括水管公头和水管母头，水管公头主体为第一水管，第一水管上设置第一伸缩软管，水管母头主体为第二水管，第二水管上设置第二伸缩软管，第一水管上设置第一环箍，第二水管上设置第二环箍，水管公头上设置子连接扣，水管母头上设置母连接扣，子连接扣上通过卡扣连接母连接扣，母连接扣上设置有转动固定卡扣的圆形插销，子连接扣上设置用于钩挂卡扣的倒钩，所述水管公头和水管母头靠近互相连接的位置设置有多个压力弹簧孔洞，压力弹簧孔洞两侧设置弹簧滑槽，所述子连接扣上设置三角插销，压力弹簧孔洞内设置压力弹簧套筒，压力弹簧套筒包括上套筒和下套筒，上套筒包括上套筒底座和第一连接筒，所述第一连接筒侧壁底部对称设置两个上套筒凸台，所述下套筒包括下套筒底座和第二连接筒，下套筒底座两侧对称设置两个下套筒凸台，第一连接筒和第二连接筒内设置弹簧，第二连接筒顶部对称开设两个下套筒滑槽，所述三通接头和四通接头在上述两通接头的基础上变形得到。

9、一种复合型装配式液冷路基的施工方法，包括以下步骤：

10、s1、天然地表面施工：

11、s101、按照设计路线将天然地表面夯实并找平；

12、s102、在设计路线横断面中心处向下300mm深的位置埋设第三温度传感器并连接电缆线；

13、s2、在每日温度最低时段施工保温隔热层：

14、s201、铺设下部垫层，下部垫层使用中粗砂，下部垫层铺设后压实并进行人工找平；

15、s202、铺设保温材料层，保温材料层采用人工密贴排放，直线段使用搭接法，搭接处接缝交错，错开距离不小于200mm，曲线段采用平接法，接缝处使用粘合剂胶结；

16、s203、铺设上部垫层，上部垫层选用中粗砂同下部垫层；

17、s204、按照设计路线在路基两侧对称向路基内侧钻孔，采用斜孔钻探法钻孔，埋设单向导热管，埋设间距为3000mm-4000mm，埋置时保证冻土中的长度不小于2000mm-3000mm，单向导热管垂直于天然地表面并插入天然地表面内，单向导热管下端设置有直角弯折段，直角弯折段向靠近路基的方向延伸，单向导热管弯折处使用软管连接；

18、s3、下部路堤填土层施工：

19、s301、水管公头上压力弹簧孔洞分两个阶段向公头侧壁分阶段打孔，第一阶段孔直径与深度均小于第二阶段，将下套筒凸台与弹簧滑槽对齐，并将下套筒放入压力弹簧孔洞，旋转90°，在下套筒内放入弹簧，同理放入上套筒使上套筒和下套筒紧密贴合，在子连接扣上分别预制一个对称三角形孔，将三角插销分别插入三角形孔，水管公头尾部有预制螺纹，将第一伸缩软管的一端穿进第一环箍；

20、s302、水管母头上通过圆形插销将卡扣与子连接扣连接；

21、s303、拼接上部混凝土管道和下部混凝土管道；

22、s304、下部路堤填土层，位于阳坡一端的冷排管网距离上部路堤填土层顶部距离不小于200mm，位于阴坡一端的冷排管网距离下部路堤填土层底部距离不小于200mm，下部路堤填土层按照路基阳坡至阴坡向下倾斜2％-3％，并分层压实，且每层压实后的高度不得超过200mm，待下部路堤填土铺设高度为设计高度一半时停止铺设，并选择沿一定坡度进行人工整平；

23、s305、埋设第二温度传感器并连接电缆线；

24、s306、铺设冷排管网，冷排管网按照路基阳坡至阴坡向下倾斜2％-3％铺设，冷排管网两端对应安装两通接头、三通接头和四通接头，并与对应的回水管和进水管连通；

25、s307、连接制冷设备，制冷设备与对应的管道和供电设备连接；

26、s308、制冷设备连通24小时后，进行压力测试，先将第一接口、第三接口、第四接口和第五接口，关闭第六接口与第二接口，通过第四接口与第五接口将导冷液注入回水管，将导冷液导入低压阀并进入制冷驱动器，通过温度传感器指导制冷控制器来调控所需要的温度，将导冷液冷却，冷却后的导冷液依次通过节流管和水泵导入进水管，最终进入冷排管网，待冷排管内空气排出后，进行试压，pe管试压压力为工作压力的1.5倍，当压力达到预定压力时停压，保持预定压力1-2小时，检查管接头、管体等处是否有渗水现象，若有渗水现象，则进行重新连接，如无渗水，再保压1-2个小时左右，管道无渗水、漏水为检验合格，检验合格后，缓慢泄压，待压力为工作压力后，打开第二三通阀门，导冷液通过管道形成一个循环闭合回路，当导冷液注满整个循环闭合回路时，关闭第五接口，停止注入导冷液，并保持第四接口、第六接口处于打开状态，待整个循环闭合回路无故障工作1-2小时后，此次压力测试检测通过，压力测试需进行三次检验，三次均检验通过后可验收合格；

27、s309、排出导冷液时，先将第三接口关闭，打开第二接口，通过水泵排出进水管内的导冷液，再打开第三接口，关闭第一接口，将回水管内的导冷液排出；

28、s310、铺设上半部分下部路堤填土层；

29、s4、中部石层施工：

30、s401、中部石层分为块石层和碎石层两部分，筛选出设计粒径范围在150mm-400mm的石料，将筛选出的石料进行分组，计算出最大孔隙率所需石料粒径，将其作为最优粒径组配比，按最优粒径组配比石料进行块石组装，并对块石单元体称重，块石层的厚度为900mm-1200mm，粒径为250mm-400mm，块石层上铺设碎石层，碎石层厚度是150mm-250mm，粒径为200mm-300mm；

31、s402、通风管铺设在中部石层中间处，在施工现场预制通风管，通风管为外径400mm-600mm，壁厚为50mm-80mm的钢筋混凝土管，通风管间距为通风管外径的1-5倍，通风管设置为路基阳坡至阴坡向下倾斜2％-3％；

32、s403、块石层分层铺设，将石料堆放在路基两侧，从路基两侧往中间铺设，沿着路基阳坡至阴坡向下倾斜2％-3％铺设，待铺设至距离中间200mm-300mm时，采用光轮压路机压实并振捣，并用碎石块进行人工找平；

33、s404、铺设预制的通风管，在通风管上铺设碎石块，厚度为200mm-300mm，碎石块上铺设块石，待距离块石层设计高度的200mm-300mm处，进行人工找平，并采用光轮压路机压实和振捣；

34、s5、施工防水土工布：采用人工滚铺的方式在中部石层上铺设，相邻土工布使用搭接方式铺设；

35、s6、施工上部路堤填土层：上部路堤填土层分层压实，并采用光轮压路机进行压实，沿线路纵向进行，先两侧后中间进行碾压，交接处互相重叠碾压，搭接长度不小于500mm，每层压实后的高度不得超过200mm。

36、本发明与现有技术相比具有以下优点：

37、1、本发明应用范围广。块石路基、通风管路基适合在空气对流较好的环境处施工修建并使用，本发明的路基在空气对流环境较差处依然可以施工修建并使用；热棒路基在寒季进行工作而在暖季无法工作，本发明的方法得到的路基在修建成功后可以无视季节工作；隔热层路基虽然可以减少路基向冻土层传热，但是也阻挡了寒季时路基向冻土层导冷，无法增加冻土层的冷储备，本发明的路基可以减少路基向冻土层传热，在寒季时路基也可以向冻土层导冷，增加冻土层的冷储备。

38、2、本发明适用性更强。将人工制冷的方式运用到了路基中，通过选用比热容较大的导冷液吸热，对路基进行有效的降温，可以有效减少路基的融沉变形，确保冻土区路基的良好工作性能。

39、3、本发明设计的路基将人工制冷、通风透气、单向导热相结合，对冻土路基进行降温，可有效避免路基融沉变形，防止多年冻土退化，保持冻土区路基的稳定性与耐久性，直接增强了寒区冻土路基的服役性能。

40、下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。