自适应寒旱区表面覆盖站场防冻胀系统

本发明涉及土力学寒区工程领域，具体而言，涉及一种自适应寒旱区表面覆盖站场防冻胀系统。

背景技术：

1、寒旱区建有诸如高铁路基、机场跑道、输油站场等大量重要基础设施，对基础的变形要求非常高，这些基础设施上表面通常覆盖有混凝土面板，处于封闭状态，且构建这些工程地基的土体通常处于非饱和状态。在冬季外界温度低于零度时，水蒸气迁移是水分进入这些工程非饱和地基并积聚的一个重要途径，这些基础设施封闭的上表面阻挡了水蒸气向大气迁移、扩散，使得水蒸气在封闭的上表面下积聚、冷凝，并相变为冰，进而引发冻胀，使得上层建筑物受到一定程度的破坏，造成经济上的损失，周围环境上的破坏，增加维护成本。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种自适应寒旱区表面覆盖站场防冻胀系统，其能够降低水土冻胀对上层建筑的破坏程度，减少经济损失，减少对周围环境的破坏，降低维护成本。

2、本发明的实施例是这样实现的：

3、第一方面，本发明提供一种自适应寒旱区表面覆盖站场防冻胀系统，包括：

4、散填块石层、石笼装置、砾石层、隔水层、建筑层、表面覆盖层、砂井装置、抽水装置和控制模组，所述散填块石层、石笼装置、砾石层、隔水层、建筑层和表面覆盖层依次层叠排布，所述散填块石层和所述砾石层均设置有连通所述砂井装置的排水孔；所述抽水装置设于所述砂井装置的底部，用于将砂井装置收集的地表径流和站场基础土体内多余水分抽出；所述控制模组与所述抽水装置通信连接，用于调节所述抽水装置的工作状态。

5、在可选的实施方式中，所述散填块石层上的排水孔和所述砾石层上的排水孔位于同一侧。

6、在可选的实施方式中，所述砂井装置包括集水砂井、承台、输水管道和保温层，所述集水砂井连通所述排水孔，所述承台设于所述集水砂井的顶部，所述输水管道连通所述集水砂井，所述输水管道的端部设置有溢流口；所述保温层包裹于所述输水管道外。

7、在可选的实施方式中，所述集水砂井包括高强钢筋混凝土结构、充填砂和底桩，所述高强钢筋混凝土结构设置有集水腔，所述承台与所述高强钢筋混凝土结构的顶部连接并封闭所述集水腔，所述集水腔连通所述排水孔，所述充填砂填充于所述集水腔内，所述底桩固定于所述高强钢筋混凝土结构的底部。

8、在可选的实施方式中，所述抽水装置包括设有过水孔的粗砂层、与所述粗砂层的侧部连接的单向土工膜、与所述单向土工膜的远离所述粗砂层的一侧连接的蓄水箱、与所述蓄水箱连接的水泵以及连接所述水泵的出水管，所述蓄水箱上设置有连接所述单向土工膜的进水口，所述单向土工膜仅允许水流从所述粗砂层流向所述蓄水箱。

9、在可选的实施方式中，所述石笼装置包括石笼型块石层，所述石笼型块石层设于所述散填块石层和所述砾石层之间。

10、在可选的实施方式中，所述石笼型块石层包括铰接钢卡扣、高强玻璃纤维、测力光纤和填充石块，多个所述高强玻璃纤维的端部汇集并于汇集处与所述铰接钢卡扣连接，所述测力光纤安装于所述高强玻璃纤维内，用于获取所述高强玻璃纤维所受力和拉伸程度，所述填充石块安装于多个所述高强玻璃纤维围成的区域内。

11、在可选的实施方式中，所述控制模组包括控制器以及均通信连接于所述控制器的水位水温监测模块和水化学监测模块，所述水位水温监测模块和所述水化学监测模块均设于所述抽水装置，所述控制器与所述抽水装置通信连接。

12、在可选的实施方式中，所述保温层设置为电加热层。

13、在可选的实施方式中，所述保温层设置为玻璃棉、岩棉管或聚氨酯层。

14、本发明实施例的有益效果是：

15、综上所述，本实施例提供的自适应性寒旱区表面覆盖站场防护系统，其包括抽水装置、石笼装置、砂井装置、控制模组，以及位于最底部的散填块石层、位于石笼装置上方的砾石层、位于砾石层上方的隔水层、位于隔水层上方的建筑层和表面覆盖层、位于集水砂井上方的承台，位于集水砂井下方的底桩，连接于集水砂井的输水管道、输水管道向上延伸的溢流口和设于输水管道外围的保温层等。砾石层和散填块石层的同一侧均设置排水孔，排水孔连接至右侧的集水砂井，直接将地下水排出，消除孔隙水压力，减少地下水冻结对正常建筑层的破坏。集水砂井右下侧设置抽水装置，抽水装置用于将砂井装置收集的地表径流和站场基础土体内多余水分抽出，抽水装置对地下水进行收集并对其净化加以利用，将净化水用于表面覆盖站场绿化和生活用水，可以有效减少对当地自来水的需求，节约成本。由块石填充的石笼装置，骨架采用高强度玻璃纤维，连接处用铰接钢卡扣固定，高强度强度玻璃纤维上绑扎测力光纤，用于监测力和拉伸程度。石笼装置一方面本身就是良好的持力层，另一方面其周围的光纤能够实时监测其所受力和拉伸的情况，对表面覆盖站场正常安全运行具有重要保障作用。砂井装置一方面通过充填砂收集散填块石层积聚的液态水，另一方面与上部结构的柱相连，发挥支撑作用。

16、并且，该防冻胀系统充分利用块砾石的弱持水性及隔水层的隔水性能，有效降低寒旱区覆盖站场下表面土体的水-气聚集，进而减少覆盖站场下表面土体的水-气迁移、聚集、冻结引发的土体冻胀对上层建筑的破坏，保障表面覆盖站场高性能服役，降低由于冻胀引发的站场破坏的维修费用；同时，该系统可有效收集地表径流和站场基础土体内多余水分，在旱季用于站场植被的灌溉，实现水资源重复利用和植被保护。

技术特征：

1.一种自适应寒旱区表面覆盖站场防冻胀系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的自适应寒旱区表面覆盖站场防冻胀系统，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的自适应寒旱区表面覆盖站场防冻胀系统，其特征在于：

4.根据权利要求3所述的自适应寒旱区表面覆盖站场防冻胀系统，其特征在于：

5.根据权利要求3所述的自适应寒旱区表面覆盖站场防冻胀系统，其特征在于：

6.根据权利要求3所述的自适应寒旱区表面覆盖站场防冻胀系统，其特征在于：

7.根据权利要求1所述的自适应寒旱区表面覆盖站场防冻胀系统，其特征在于：

8.根据权利要求1所述的自适应寒旱区表面覆盖站场防冻胀系统，其特征在于：

9.根据权利要求8所述的自适应寒旱区表面覆盖站场防冻胀系统，其特征在于：

10.根据权利要求1所述的自适应寒旱区表面覆盖站场防冻胀系统，其特征在于：

技术总结
一种自适应寒旱区表面覆盖站场防冻胀系统，涉及土力学寒区工程领域，其包括散填块石层、石笼装置、砾石层、隔水层、建筑层、表面覆盖层、砂井装置、抽水装置和控制模组，散填块石层、石笼装置、砾石层、隔水层、建筑层和表面覆盖层依次层叠排布，散填块石层和砾石层均设置有连通砂井装置的排水孔；抽水装置设于砂井装置的底部；控制模组与抽水装置通信连接，用于调节抽水装置的工作状态。该防冻胀系统能减少覆盖站场下表面土体的水‑气迁移、聚集、冻结引发的土体冻胀对上层建筑的破坏，保障表面覆盖站场高性能服役，降低由于冻胀引发的站场破坏的维修费用；还能够实现水资源重复利用和植被保护。

技术研发人员：白瑞强,张明义,赖远明,周志伟
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：2024/4/17