一种通风块石层宽幅路基结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种可对路基中心部位有效降温的通风块石层宽幅路基结构。
【背景技术】
[0002]冻土作为一种特殊的土体，其成份、组构、热物理及物理力学性质均不同于一般土体。由于地下冰的存在，导致其对温度变化极为敏感，人类工程活动以及全球变暖都会引起冻土升温，导致多年冻土变化，给冻土区工程建设带来诸多困难。
[0003]在多年冻土区修建高等级公路，所引发的工程问题较之低等级公路将更加复杂，尤其是以宽幅路面为特征的高速公路，对路基下部多年冻土的扰动更为强烈。前期研究表明，由于宽幅高等级公路的路面宽度明显增大，且采用吸热量较大的浙青路面，从而导致现有的主动冷却措施因吸热面增加、路基内部换热强度降低而受到极大的限制，因此，我们在青藏铁路建设中运用成熟的降温措施并不能直接适应于宽幅高等级公路的建设。基于这些考虑，亟需寻求新的措施来保护多年冻土区宽幅高等级公路的下伏多年冻土，确保寒区道路的稳定和畅通。
[0004]块石路基，由于其成本低，施工方便，被广泛应用于青藏铁路的建设中，长期的现场监测研究也表明该种措施可有效降低路基下部多年冻土温度，从而保护路基稳定性。但是，如果在宽幅道路中使用块石层，由于块石层宽度增加，导致其中部的自然对流降温作用将被削弱，难以保证有效的降温作用。因此，为使块石层这一降温措施能够有效应用于宽幅高等级道路，就需要对其结构进行优化，使块石层达到强化对流换热以及针对路基中部有效制冷的效果。
【发明内容】
[0005]鉴于上述，为充分利用块石层的优点，本实用新型提供一种通风块石层宽幅路基结构。通过在路基底部水平铺设块石层，路基中心部位铺设竖向通风块石层，并且使二者贯通连接。由于竖向铺设的块石层上边界与路基顶面齐平且处于开放状态，可起到通风“烟囱”的效果，因此，冷季，利用“烟囱效应”的作用，整个块石层中的对流换热速度会大幅提升，从而增强了内外空气的能量交换，同时路基中心部位通风降温效果得到明显改善。暖季，由于块石层较好的热屏蔽作用，可有效阻止外界热量的侵入。从而达到降低多年冻土温度，维持路基长期热稳定性的目的。
[0006]本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0007]一种通风块石层宽幅路基结构，由天然地表、基底块石层、土工布、路基填土、竖向块石层组成。在压实的天然地表上铺设1.0-1.5m厚基底块石层，基底块石层宽度为30m，粒径控制在12-30cm之间，块石强度为30MPa-40MPa，块石空隙率为25%_30% ;并在基底块石层的坡脚位置水平向外延伸1.0m宽，形成开放边界；沿着公路的走向基底块石层的中部，铺设竖向块石层；竖向块石层水平宽1.2m，高1.0-2.0m ;路基底部块石层与路基中心部位的竖向块石层贯通连接；在基底块石层的上部以及竖向块石层的左右两侧铺设一层土工布，然后在其上筑压密实的路基填土，使路基的顶部与竖向块石层的上界面齐平。
[0008]本实用新型充分利用横向块石层和竖向块石层的通风降温效果，结合“烟囱效应”，一方面提高整个路基底部块石层的对流换热速度，另一方面又能实现对路基中心部位的制冷。冷季，外界气温低于路基土体温度时，块石层内发生自然对流和强迫对流相结合的复合过程，此时由于路基中心部位竖向块石层的“烟囱效应”，加快了整个块石层中的对流换热速度，块石层内部热空气通过竖向块石层的上边界排出，外界冷空气从路基两侧的块石层补入，空气的流动将外部“冷量”带入路基中，同时把热量带出，从而实现对路基填土及下部土体的降温作用。在该过程中，由于针对路基中部的对流效果得到明显改善，所以达到了对路基中部的有效制冷。暖季，由于外界温度高于路基内部，在块石层良好的热屏蔽作用下，无对流发生，因此可有效阻隔外界热量的侵入，同样保护路基温度不会升高。
[0009]本实用新型的优点和有益效果是:
[0010]1.本实用新型充分利用了块石层的良好降温效果，通过优化路基结构，在宽幅路基中心部位铺设竖向通风块石层，充分利用了 “烟?效应”，使整个路基块石层内对流换热效率大幅提升，最大限度的带走路基内的热量，大幅提高一个冻融周期内路基的净放热量，同时由于改善了路基中部的通风对流，实现了路基中部的有效制冷，解决了宽幅路基中由于路基宽度增加所导致的中部降温效果差的难题；
[0011]2.施工方便快捷，对环境扰动小，块碎石、填土等取材方便，成本低廉。路基中心部位的竖向块石层位于宽幅路基的中间隔离带内，既不影响路基的稳定性，也不会对行车安全造成影响；
[0012]3.本实用新型可以直接应用于高寒冻土区、铺设黑色路面的公路路基工程中，对于路基的高低没有特殊要求。
【附图说明】
[0013]图1是本实用新型横断面示意图。
[0014]图2是本实用新型俯视面示意图。
[0015]图3是本实用新型工作原理图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图，将对本实用新型再做进一步的说明:
[0017]如图1和2所示，一种倒T型通风块石层宽幅路基结构，在夯实的天然地基I上铺设水平块石层2，随机抛掷，挤压，块石层2宽度为30m (满足宽幅高等级公路路面宽度要求)，厚度为1.2 m,粒径控制在12-30cm之间，块石强度为30MPa_40MPa，块石空隙率为25% ；块石层2在坡脚位置水平向外延伸1.0m宽，其目的在于增大进风口面积，以利于外界风进入块石层内。沿着公路的走向基底块石层2的中部铺设竖向块石层5。竖向块石层5宽1.2m (水平方向)，高1.0-2.0m (垂直方向)，保证水平块石层2与竖向块石层5贯通连接。在水平块石层2上表面以及竖向块石层5侧面分别布设透水土工布3，最后筑压实的路基填土 4，保证路基顶面与竖向块石层5齐平，且块石层5的上界面无填土，保证其通风顺畅，处于开放状态，并且位于宽幅路基中心隔离带内。
[0018]当冷季外界气温低于路基土体温度时，在外界强风的作用下，路基底部的块石层开始发生强迫对流和自然对流的复合过程，此时，由于路基中心部位设置了上边界开放的竖向块石层，其起到了类似通风烟囱的效应，因此，在“烟囱效应”的作用下，路基底部块石层中的对流速度和强度要比普通的块石基底路基明显增大，导致块石层中的空气迅速通过竖向块石层上边界排出，而外界冷空气从路基两侧的块石层补入，空气的流动将外部“冷量”带入路基中，同时把热量带出，该过程，一方面实现了对路基土体及下部冻土的降温作用，另一方面，由于明显改善了路基中心部位的通风对流，所以也实现了对路基中部的有效制冷。当暖季外界气温高于路基土体温度时，由于块石层内上部温度高于下部，空气密度上大下小，空气无对流发生，同时由于块石层夏季较好的热屏蔽作用，可有效阻隔外界热量的侵入，同样保护路基温度不会升高(参见图3)。
[0019]为验证通风块石层宽幅路基路基结构的有效性，本实用新型在青减闻原214国道花石峡野外试验场已作为试验段进行观测试验。通过观测试验，本实用新型有效降低路基中心部位的温度，保证了青藏高原214国道花石峡路段无塌陷，无翻浆现象的发生，保证此路段多年冻土路基的稳定。
【主权项】
1.一种通风块石层宽幅路基结构，由天然地表(I)、基底块石层(2)、土工布(3)、路基填土(4)、竖向块石层(5)组成，其特征在于:在压实的天然地表(I)上铺设1.0-1.5m厚基底块石层(2)，基底块石层(2)宽度为30m，粒径控制在12-30cm之间，块石强度为30MPa-40MPa，块石空隙率为25%_30% ;并在基底块石层(2)的坡脚位置水平向外延伸1.0m宽，形成开放边界；沿着公路的走向基底块石层(2)的中部铺设竖向块石层(5);竖向块石层(5)水平宽1.2m，高1.0-2.0m ;路基底部块石层(2)与路基中心部位的竖向块石层(5)贯通连接；在基底块石层(2)的上部以及竖向块石层(5)的左右两侧铺设一层土工布(3)，然后在其上筑压密实的路基填土(4)，使路基的顶部与竖向块石层(5)的上界面齐平。
【专利摘要】本实用新型公开一种通风块石层宽幅路基结构，是在压实的天然地表（1）上铺设1.0-1.5m厚块石层，基底块石层宽度为30m，粒径控制在12-30cm之间，块石强度为30MPa-40MPa，空隙率为25%-30%；并在基底块石层的坡脚位置水平向外延伸1.0m宽，形成开放边界；沿着公路的走向基底块石层的中部，铺设竖向块石层。竖向块石层水平宽1.2m，高1.0-2.0m；路基底部块石层与路基中心部位的竖向块石层贯通连接。在基底块石层的上部以及竖向块石层的左右两侧铺设一层土工布，然后在其上筑压密实的路基填土，使路基的顶部与竖向块石层的上界面齐平。并且路基底部块石层与路基中心部位的竖向块石层贯通连接。本实用新型可有效降低路基中心部位的温度，同时，具有成本低廉，施工简易，便于取材的优点，对维护多年冻土区宽幅路基的长期稳定性具有重要的积极意义。
【IPC分类】E01C3-06
【公开号】CN204370270
【申请号】CN201420799258
【发明人】房建宏, 牛富俊, 刘明浩, 林战举, 徐安花, 刘磊
【申请人】青海省交通科学研究院, 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2014年12月17日