本发明涉及路基工程技术领域，尤其涉及一种用于防治季节冻土区路基冻胀的地源热泵装置和实施方法。
背景技术：
我国季节冻土主要分布在长江以北各省区，约占国土面积的53.5％。对于季节冻土地区的路基工程，大气环境和路基的热量交换使得土体温度发生季节性的正负变化，土中水随之发生周期性的固液相变，进而产生表观的冻胀和融沉现象。尤其在黑龙江省南部、内蒙古东北部、吉林省西北部等地，冬季的最大冻结深度可达3米以上，路基工程广泛面临着严重的冬季冻胀和春季翻浆冒泥等系列的冻害现象。因此，合理有效的路基冻胀控制措施是我国季节冻土区道路工程建设的基础问题之一。
路基防冻胀措施主要基于土质、水和温度三个要素展开，其中土质和水是目前的防控重点，即采用防冻胀填料和控制水分。实际监测表明，改良路基填料和防排水措施对于减缓冻胀起到了积极作用，但是依然无法从根本上消除冻胀现象。原因在于，在路基与大气环境的换热过程中，地表土在冬季基本处于相对的高温热源状态，由于温差驱动传热的自发性和不可逆性，路基在冬季的热损失和降温冻胀是难以控制的。在当前高等级公路、高速铁路大规模规划和建设的形式下，现有的路基防冻胀措施是不能完全满足要求的，因此，有必要研发防冻胀效果更好的方法和措施。
寒区路基冻害实质上是外部气温和荷载作用下的热质交换和迁移现象，路基冻害的本质为热量过度损失后的降温效应。因此，在防排水和改良土质措施的基础上，创造并控制合理的温度范围是应对路基冻胀的终极措施。但是，目前还缺失对温度这一关键因素的控制措施。因此，发展传热效率高和季节匹配性好的温度调控措施是季节冻土区路基工程发展的主要方向之一。
根据传热学原理，路基冬季热稳定的实现包括两个途径，一是减小热量输出，即现有的路基地层保温板和边界保温护道等保温措施，机理在于增大路基边界热阻，属于被动性防护；二是增加热量输入，即加热措施，机理在于通过一个高温热源实现对低温路基的热量传输，属于主动性维护。目前，保温措施已有采用，但由于路基和大气之间温度差的存在，热量损失过程不可能完全消除。因此，季节冻土区路基的有效控温需要进一步在冬季进行实时地热量补充，即需要在冷季提供一个外部热源，向路基传热以补偿热损，这实质上属于一个供热问题。
在供热工程领域，在诸多人工和自然热源中，地热能是一种蕴藏于地球内部的天然热量，相比其他热源，具有热流稳定和连续的显著优势。尤其对于浅层地表，地表地层相当于一个巨大的太阳能集热器，收集了47％的太阳能量。一般地，在地表数米～20米以下，地层温度就基本不会受到地域、季节等因素的影响，称为常温层，常年保持在10～15℃，具有分布广泛、储量大、稳定持续、开采技术难度低等优点。
我国地热能分布具有明显的规律性和地带性，西部、西南部、东南沿海、华北和东北地区均有高品位地热分布，与季节冻土在地理分布上具有一定重合性。目前，地热利用是新能源利用的热门方向，主要面向人居环境调节和工业应用等领域，发展了形式多样的地热能利用方法和技术。但是，限于学科差异，面向路基环境控制应用的地热能利用则还没有涉及。
因此，基于我国季节冻土区的地热能分布条件和目前成熟的地热利用技术，地热能利用在我国季节冻土区路基工程的冻胀病害防治领域中具有良好的发展条件和应用潜力。
技术实现要素：
本发明的实施例提供了一种用于防治季节冻土区路基冻胀的地源热泵装置和实施方法，以能够在冬季实时向路基主动输入热量来补偿自然热损，实现对路基冻胀现象进行防治。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：
本发明一方面，提供了一种用于季节冻土区路基冻胀的地源热泵装置。
本发明的实施例提供的一种用于防治季节冻土区路基冻胀的地源热泵装置，其特征在于，该装置包括：埋于地表下的地源热泵管，置于地表上的钢制支架、压缩机、毛细管、干燥过滤器和智能控制器，所述钢制支架置于所述地源热泵管的正上方，所述压缩机固定于所述钢制支架的上层，所述毛细管和所述干燥过滤器固定于所述钢制支架的下层，所述毛细管与所述干燥过滤器连接，所述智能控制器与所述压缩机电气连接；
所述地源热泵管埋设于冻胀地层的部分为冷凝放热段，埋设于稳定地层的部分为蒸发集热段，所述冷凝放热段、压缩机、蒸发集热段、毛细管、干燥过滤器之间形成密闭的循环回路，所述智能控制器通过控制所述压缩机将制冷剂排入所述冷凝放热段凝结为液态，以及控制所述压缩机吸入所述蒸发制冷段的气态制冷剂，将季节冻土层的温度调控在合理范围内。
优选地，该装置还包括：保护外壳、散热孔、温度传感器和电源，所述保护外壳置于所述钢制支架的外部，所述散热孔置于所述保护外壳的一个侧面上，所述温度传感器置于所述地源热泵管外侧的冻胀地层，所述电源与所述智能控制器和所述压缩机连接；
在所述保护外壳设置散热孔的侧面上，设置所述智能控制器，所述智能控制器位于所述散热孔的下方；
所述温度传感器与所述智能控制器通过导线进行连接，用于将检测到的目标区域的温度发送给所述智能控制器；
所述电源与所述压缩机的电路接口、所述智能控制器的电路接口之间采用电源导线进行顺次对接，并进行绝缘处理。
优选地，该装置还包括：制冷剂，所述制冷剂位于所述冷凝放热段、压缩机、蒸发集热段、毛细管、干燥过滤器之间形成密闭的循环回路内；
所述制冷剂在所述蒸发集热段由液态转为气态，所述气态制冷剂被所述压缩机吸入后压缩为高温高压气态制冷剂，所述高温高压气态制冷剂进入所述冷凝放热段凝结为液态并将热能传递到周围地层，所述液态制冷剂再由所述毛细管吸取并流经所述干燥过滤器完成一次循环，所述制冷剂从所述干燥过滤器重新进入所述蒸发集热段开始下一次循环。
优选地，所述地源热泵管包括：pvc基管、铜管和限位夹，所述地源热泵管的外壳为一根预设长度的pvc基管，所述限位夹置于冷凝放热段和蒸发集热段之间，所述铜管在所述pvc基管内缠绕为柱状的螺旋型盘管；
所述地源热泵管分为：冷凝放热段和蒸发集热段，所述蒸发集热段在所述冷凝放热段的下方；
所述冷凝放热段的入口与所述压缩机的出口之间利用所述铜管进行气焊搭接，所述冷凝放热段的出口与所述干燥过滤器的入口之间利用所述铜管进行气焊搭接，用于将来自所述压缩机的高温高压气态制冷剂冷却凝结为液态，并将冷却凝结过程中释放的热量传递至周围的冻胀地层，实时抵消路基向大气环境的热量传递损失；
所述蒸发集热段的入口与所述毛细管的出口之间利用所述铜管进行气焊搭接，所述蒸发集热段的出口与所述压缩机的入口之间利用所述铜管进行气焊搭接，所述蒸发集热段处于稳定地层，用于搜集地表深部稳定地层的地热能，将所述液态制冷剂进行蒸发气化吸收稳定地层的热量；
所述限位夹，用于调节所述冷凝放热段和所述蒸发集热段的高度，满足不同深度冻胀地层的供热需求；
所述铜管，在所述pvc基管内分为两部分，分别以预设间距盘绕成立式柱状的螺旋型盘管置于所述冷凝放热段和所述蒸发集热段内，并预留预设长度的循环回路；
所述铜管还用于连接所述冷凝放热段、压缩机、蒸发集热段、毛细管、干燥过滤器，利用将所述铜管进行搭接的焊接方式，在所述冷凝放热段、压缩机、蒸发集热段、毛细管、干燥过滤器之间形成密闭的循环回路。
优选地，所述压缩机的入口与所述蒸发集热段的出口相连，所述压缩机的出口与所述冷凝放热段的入口相连；
所述压缩机与所述智能控制器连接，用于驱动所述制冷剂的连续循环，所述压缩机在所述智能控制器的控制下消耗电能，吸入所述蒸发集热段产生的所述气态制冷剂，并通过机械做功将所述气态制冷剂压缩为高温高压气态制冷剂，再将所述高温高压气态制冷剂排入所述冷凝放热段。
优选地，所述干燥过滤器的入口与所述冷凝放热段的出口相连，所述干燥过滤器的出口与所述毛细管的入口相连；
所述干燥过滤器用于排除循环管路中的水分和污物，避免循环管路中的水分和污物侵入所述压缩机或者冷凝成冰而阻塞通道。
优选地，所述毛细管的入口与所述干燥过滤器的出口相连，所述毛细管的出口与所述蒸发集热段的入口相连；
所述毛细管用于进行节流，将所述液态制冷剂进行降温、降压至气液两相混合的饱和湿蒸气状态。
优选地，所述智能控制器，用于通过预设所述压缩机的制冷控制温度和回差温度对所述压缩机进行控制；
所述智能控制器接收所述温度传感器发送的地层温度，当所述地层温度达到预设的制冷控制温度时，所述智能控制器切断所述电源让所述压缩机停机，待所述地层温度增加至所述回差温度时，所述智能控制器恢复所述电源，让所述压缩机再次启动进行制冷。
本发明的另一方面，提供了一种用于防治季节冻土区路基冻胀的地源热泵装置的实施方法，
本发明的实施例提供的一种用于防治季节冻土区路基冻胀的地源热泵装置的实施方法，其特征在于，该实施方法包括：
确定路基下覆季节冻土层的冻胀深度范围；
测定季节冻土地层的热物性参数和热负荷；
确定地源热泵装置的高度、直径和布设间距等设计参数；
钻孔施工，安装地源热泵管。
优选地，所述的确定地源热泵装置的高度、直径和布设间距等设计参数，包括：
根据季节冻土路基的冻胀深度范围和热负荷，确定所述地源热泵管的布设位置和供热范围，分别确定所述蒸发集热段和所述冷凝放热段内的铜管的型号和长度，确定所述冷凝放热段和所述冷凝放热段的整体直径和高度，并确定所述地源热泵管的布设间距。
由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例通过在季节冻土区路基下的冻胀病害区域设置延伸至地表的地源热泵管，通过地源热泵管的蒸发集热段将液态制冷剂进行蒸发吸热气化，搜集地表深部稳定地层的地热能，然后，利用压缩机吸入蒸发集热段产生的气态制冷剂，并压缩为高温高压气态制冷剂，之后通过冷凝放热段将压缩机产生的高温高压气态制冷剂冷却凝结为液态，并释放热能传递给周围的冻胀地层，实时抵消路基向大气环境的热量传递损失，最后，通过毛细管的节流过程使液态制冷剂重新进入蒸发制冷段，由此持续地进行地热能的搜集、提升和释放，将路基温度维持在一个较高水平，以减弱冻胀程度，当路基材料的温度高于冻结温度时，即可消除冻胀现象。本发明利用地层中的地热能，有效地控制路基在冬季的热量收支状态，且供热效率高；结构型式为立式柱状，结构紧凑，布设方式灵活，满足冻胀病害的分散性分布特征，具有较好的适用性。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种用于防治季节冻土区路基冻胀的地源热泵装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种用于防治季节冻土区路基冻胀的地源热泵装置的地表以上部分的侧视图；
图3为本发明实施例提供的一种用于防治季节冻土区路基冻胀的地源热泵装置的截面a-a示意图；
图4为本发明实施例提供的一种用于防治季节冻土区路基冻胀的地源热泵装置的截面b-b示意图；
图5为本发明实施例提供的一种用于防治季节冻土区路基冻胀的地源热泵装置的实施方法的处理流程图；
其中，1—冷凝放热段，2—蒸发集热段，3—压缩机，4—毛细管，5—干燥过滤器，6—钢制支架，7—螺栓，8—保护外壳，9—散热孔，10—智能控制器，11—铜管，12—pvc基管，13—限位夹，14—温度传感器，15—温度传感器导线，16—电源导线，17—制冷剂，18—电源。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。
实施例一
本发明实施例提供了一种用于防治季节冻土区路基冻胀的地源热泵装置和实施方法，能够在冬季实时向路基主动输入热量来补偿自然热损，从而实现防治路基冻胀现象。
本发明实施例的一方面，提供了一种用于防治季节冻土区路基冻胀的地源热泵装置。
本发明实施例提供的一种用于防治季节冻土区路基冻胀的地源热泵装置的结构示意图如图1-4所示，该装置包括：冷凝放热段1、蒸发集热段2、压缩机3、毛细管4、干燥过滤器5、钢制支架6、螺栓7、保护外壳8、散热孔9、智能控制器10、铜管11、pvc基管12、限位夹13、温度传感器14、温度传感器导线15、电源导线16、制冷剂17和电源18。铜管11沿着一根pvc基管12缠绕为柱状的螺旋型盘管构成地源热泵管，地源热泵管埋于地表下分为：冷凝放热段1和蒸发集热段2；压缩机3、毛细管4、干燥过滤器5、钢制支架6、保护外壳8和智能控制器10置于地表上，保护外壳8置于钢制支架6的外部，钢制支架6置于地源热泵管的正上方，压缩机3通过螺栓固定于钢制支架6的上层，毛细管4和干燥过滤器5通过螺栓固定于钢制支架6的下层；智能控制器10与压缩机3、温度传感器14电气连接，温度传感器14置于地源热泵管旁的冻胀地层中。
该装置在所述保护外壳设置散热孔的侧面上，设置所述智能控制器；所述温度传感器与所述智能控制器通过导线进行连接，用于将检测到的目标区域的温度发送给所述智能控制器；所述电源与所述压缩机的电路接口、所述智能控制器的电路接口之间采用电源导线进行顺次对接，并进行绝缘处理。
该装置各主要部件的具体内容如下：
(1)地源热泵管
地源热泵管包括：冷凝放热段、蒸发集热段、铜管和限位夹，所述地源热泵管的外壳为一根预设长度的pvc基管，所述蒸发集热段在所述冷凝放热段的下方，所述限位夹置于所述冷凝放热段和所述蒸发集热段之间，所述铜管在所述pvc基管内缠绕为柱状的螺旋型盘管。
冷凝放热段的入口与所述压缩机的出口之间利用所述铜管进行气焊搭接，所述冷凝放热段的出口与所述干燥过滤器的入口之间利用所述铜管进行气焊搭接，用于将来自所述压缩机的高温高压气态制冷剂冷却凝结为液态，并将冷却凝结过程中释放的热量传递至周围的冻胀地层，实时抵消路基向大气环境的热量传递损失。
蒸发集热段的入口与所述毛细管的出口之间利用所述铜管进行气焊搭接，所述蒸发集热段的出口与所述压缩机的入口之间利用所述铜管进行气焊搭接，所述蒸发集热段处于稳定地层，用于搜集地表深部稳定地层的地热能，将所述液态制冷剂进行蒸发气化吸收稳定地层的热量。
限位夹，用于调节所述冷凝放热段和所述蒸发集热段的高度，满足不同深度冻胀地层的供热需求。
铜管，在所述pvc基管内分为两部分，分别以预设间距盘绕成立式柱状的螺旋型盘管置于所述冷凝放热段和所述蒸发集热段内，并预留预设长度的循环回路。
铜管还用于连接所述冷凝放热段、压缩机、蒸发集热段、毛细管、干燥过滤器，利用将所述铜管进行搭接的焊接方式，在所述冷凝放热段、压缩机、蒸发集热段、毛细管、干燥过滤器之间形成密闭的循环回路。
(2)压缩机
压缩机的入口与所述蒸发集热段的出口相连，所述压缩机的出口与所述冷凝放热段的入口相连。
压缩机与所述智能控制器连接，用于驱动所述制冷剂的连续循环，所述压缩机在所述智能控制器的控制下消耗电能，吸入所述蒸发集热段产生的所述气态制冷剂，并通过机械做功将所述气态制冷剂压缩为高温高压气态制冷剂，再将所述高温高压气态制冷剂排入所述冷凝放热段。
(3)干燥过滤器
干燥过滤器的入口与所述冷凝放热段的出口相连，干燥过滤器的出口与所述毛细管的入口相连。
干燥过滤器用于排除循环管路中的水分和污物，避免循环管路中的水分和污物侵入所述压缩机或者冷凝成冰而阻塞通道。
(4)毛细管
毛细管的入口与所述干燥过滤器的出口相连，所述毛细管的出口与所述蒸发集热段的入口相连。
毛细管用于进行节流，将所述液态制冷剂进行降温、降压至气液两相混合的饱和湿蒸气状态。
(5)智能控制器
智能控制器，用于通过预设所述压缩机的制冷控制温度和回差温度对所述压缩机进行控制。
智能控制器接收所述温度传感器发送的地层温度，当所述地层温度达到预设的制冷控制温度时，所述智能控制器切断所述电源让所述压缩机停机，待所述地层温度增加至所述回差温度时，所述智能控制器恢复所述电源，让所述压缩机再次启动进行制冷。
本发明实施例在所述冷凝放热段、压缩机、蒸发集热段、毛细管、干燥过滤器之间形成密闭的循环回路，智能控制器通过控制所述压缩机将制冷剂排入所述冷凝放热段凝结为液态，以及控制所述压缩机吸入所述蒸发制冷段的气态制冷剂，将季节冻土层的温度调控在合理范围内。在冷凝放热段、压缩机、蒸发集热段、毛细管、干燥过滤器之间形成密闭的循环回路内的具体工作机理为：
(a)节流过程，冷凝放热段产生的液态制冷剂经毛细管绝热节流，降温、降压至气液两相混合的饱和湿蒸气状态。
(b)蒸发过程，饱和湿蒸气状态制冷剂的进入位于稳定地层的蒸发集热段，通过蒸发吸热过程，搜集周围的地热能，蒸发为蒸气状态制冷剂后被吸入压缩机。
(c)压缩过程，压缩机在电力供应下，通过机械做功将吸入的气态制冷剂压缩为高温高压的过热蒸气制冷剂，即将低品位地热能转化温度更高的高品位热能。
(d)冷凝过程，过热蒸气制冷剂最后进入冷凝放热段，在温差驱动作用下向周围冻胀地层释放热量，并冷凝为液态制冷剂，再次进入毛细管，完成供热循环。
上述过程即为地源热泵管的运行过程，由此实现对季节冻土区冻胀地层的实时热量输入。
本发明实施例的另一方面，提供了一种用于防治季节冻土区路基冻胀的地源热泵装置的实施方法。具体步骤如下：
s410：确定路基下覆季节冻土层的冻胀深度范围。
在冬季通过布设测温孔和变形监测孔的实测方法，结合地质雷达勘探，确定季节冻土的冻胀深度范围。
s420：测定季节冻土地层的热物性参数和热负荷。
通过热响应测试，确定地层的热物性参数，计算季节冻土路基的热负荷。
s430；确定地源热泵装置的高度、直径和布设间距等设计参数。
根据季节冻土路基的冻胀深度范围和热负荷，确定所述地源热泵管的布设位置和供热范围，分别确定所述蒸发集热段和所述冷凝放热段内的铜管的型号和长度，确定所述冷凝放热段和所述冷凝放热段的整体直径和高度，并确定所述地源热泵管的布设间距。
s440；钻孔施工，安装地源热泵管。
采用非开挖的机械钻进方式成孔，将地源热泵管的蒸发集热段和冷凝放热段埋入孔洞中，布设完成后孔洞空隙回填密实。
实施例二
该实施例提供了一种用于防治季节冻土区路基冻胀的地源热泵装置和实施方法，其具体实现结构如图1-3所示，具体可以包括如下的结构：
埋于地下的地源热泵管，包括：位于冻胀地层的冷凝放热段和位于稳定地层的蒸发集热段。所述冷凝放热段和蒸发集热段均为立式柱状的螺旋型铜管，分别由一定长度的铜管沿着一根pvc基管缠绕加工而成。
冷凝放热段的入口与压缩机出口相连，作用是将来自压缩机的高温高压气态制冷剂冷却凝结为液态，并将释放的冷凝热量传递至周围冻胀地层。
蒸发集热段是稳定地层热量的搜集装置，蒸发制冷段的入口与毛细管的出口相连，作用是将毛细管供入的液态制冷剂蒸发为气态，由此吸收周围的地热能。
位于地表以上的压缩机、毛细管、干燥过滤器、钢制支架、智能控制器和保护外壳。
压缩机是蒸汽压缩制冷循环系统的驱动组件，压缩机入口与蒸发集热段的出口相连，作用是通过消耗一定的电能，吸入蒸发制冷段的气态制冷剂，并通过机械做功将气态制冷剂压缩为高温高压气态制冷剂，由此提升热能品质，并驱动制冷剂的连续循环。
毛细管为一个节流装置，毛细管的入口与干燥过滤器的出口相连，作用是将液态制冷剂的压力由冷凝压力降低到蒸发压力，一部分液态制冷剂转化为蒸气。
干燥过滤器入口与冷凝器出口相连，用于排除制冷循环中的水分和污物，例如油污、铁屑等，防止其侵入压缩机或者冷凝成冰而阻塞通道。
钢制支架将地表以上的压缩机、毛细管、智能控制器和地表以下的冷凝放热段和蒸发集热段固定为一套整体的立式柱状装置。
智能控制器可以预设控制温度和回差温度，以此控制压缩机的启动和停机。当温度传感器监测的某一位置的季节冻土温度值达到控制温度时，温度智能控制器会切断电源供应让压缩机停机，待温度降低至回差温度时，温度智能控制器会恢复电源供应让压缩机再次启动向冻胀地层供热，以将季节冻土温度调控在合理范围内。
地源热泵管的制作步骤包括：
(a)冷凝放热段1和蒸发集热段2的加工：沿着一根pvc基管12的上部和下部，分别将一定长度和直径的铜管11以一定间距盘绕成立式柱状的螺旋型盘管，并预留足够长度的循环回路。
(b)用限位夹13分别将冷凝放热段1和蒸发集热段2固定在预设高度范围内。
(c)搭建双层的钢制支架6，采用螺栓7将压缩机3固定在钢制支架6的上层，毛细管4和干燥过滤器5安装在钢制支架6的下层，pvc基管12的顶端通过螺栓7固定在钢制支架6的底端。
(d)将冷凝放热段1的入口处铜管11与压缩机3的出口相连，压缩机3的入口与蒸发集热段2的出口处铜管11相连，蒸发集热段2的入口处铜管11与毛细管4的出口相连，毛细管4的入口与干燥过滤器5的出口相连，干燥过滤器5的入口与冷凝放热段1的出口处铜管11相连，由此形成闭合的循环回路，所述相连部位均采用焊接密封。
(e)将步骤(d)中加工的密闭系统抽真空，利用系统真空度向压缩机3灌注制冷剂17。
(f)在钢制支架6的外侧安装保护外壳8，在保护外壳8的一个侧面上钻设散热孔9。
(g)在保护外壳上嵌装智能控制器10，智能控制器10的温度感应模块通过温度传感器导线15与温度传感器14连接，智能控制器10的电源输出端通过一段电源导线16与压缩机3的接电盒连接，温度智能控制器7的电源输入端电源18通过一段电源导线16连接。
本发明的应用效果为：所述地源热泵管安设在路基冻胀病害部位，在冬季，路基由于地气温差驱动的传热过程而产生过度热损，降温出现冻胀时，启动地源热泵管。首先，蒸发集热段2中液态制冷剂17的蒸发吸热气化，搜集地表深部稳定地层的地热能；然后，压缩机3吸入蒸发集热段2产生的气态制冷剂17，并压缩为高温高压气体，由此将搜集到的低品位地热能提升为高品位热能；之后，通过冷凝放热段1将压缩机3产生的高温高压制冷剂17气体冷却凝结为液态，冷凝过程将地热能传递给冻胀地层，实时抵消路基向大气环境的热量传递损失；最后，通过毛细管4的节流过程使液态制冷剂17重新进入蒸发制冷段2，由此持续地进行地热能的搜集、提升和释放。冻胀地层中的温度传感器14实时地将地温通过温度传感器导线15反馈给智能控制器7，智能控制器7根据预先设定的控制温度和回差温度调节压缩机3的停机和启动，以此将路基温度维持在一个较高水平，以减弱冻胀程度，当路基材料的温度高于冻结温度时，即可消除冻胀现象。
本发明实施例的实施方法具体按以下步骤进行：
(a)确定路基下覆季节冻土层的冻胀深度范围。
在12～3月份通过测温孔和变形监测孔的实测数据，结合地质雷达勘探的图像资料，确定季节冻土的最大冻胀深度为1.2m。
(b)测定季节冻土地层的热物性参数和热负荷。
通过现场的热响应测试确定地层的热容量和导热系数等参数的取值范围，设定季节冻土温度的调控范围，计算季节冻土路基的冬季热负荷。
(c)确定地缘热泵管的高度、直径和布设间距等设计参数。
根据季节冻土路基的冻胀深度范围和热负荷，确定地源热泵管的布设位置和供热范围，分别确定蒸发集热段和冷凝放热段铜管的型号和长度，冷凝放热段的整体直径和高度分别取110mm和1.2m，蒸发集热段的整体直径和高度分别取110mm和5m，为防止钻孔影响路基服役性能，地源热泵管的布设间距取3.0m。
(d)钻孔施工，安装地源热泵管。
采用钻机进行钻孔施工，钻孔偏斜率不应大于0.5％；成孔后，将地源热泵管的蒸发集热段和冷凝放热段埋入成孔中，布设完成后孔洞空隙回填密实；连通电源供应，即可投入运行。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
(1)相比现有的土质改良、防排水、保温材料等防冻胀措施，本发明可以实现在冬季对路基的实时热量补充，弥补了现有措施的被动性防护机理，更为有效地控制路基在冬季的热量收支状态，防冻胀机理更为有效和先进。
(2)我国地热能资源与冻土在地域分布上有较好的一致性，地热能资源取之不尽、用之不竭，热流稳定而连续。本发明基于地源热泵技术，属于新能源利用技术，在寒区路基工程中具有巨大的应用优势。
(3)本发明通过制冷剂的蒸发、压缩和冷凝直接进行地热能的搜集、提升和释放，向冻胀地层提高的热能品味高，供热效率高。
(4)本发明的整体结构型式为立式柱状，结构紧凑，体积小，占地面积小，具有独立的集热和供热部件，自成独立的供热单元，布设方式灵活，满足冻胀病害的分散性分布特征。可以根据冻胀地层的深度范围和稳定地层地热能分布条件，调节冷凝放热段和蒸发集热段的长度，供热深度大，相比现有保温材料的边界防护效果，可以实现对冻胀地层的全方位近距离供热。
综上所述，本发明实施例通过在季节冻土区路基下的冻胀病害区域设置延伸至地表的地源热泵管，通过地源热泵管的蒸发集热段将液态制冷剂进行蒸发吸热气化，搜集地表深部稳定地层的地热能，利用压缩机吸入蒸发集热段产生的气态制冷剂并压缩为高温高压气态制冷剂，通过冷凝放热段将压缩机产生的高温高压气态制冷剂冷却凝结为液态并释放热能传递给周围的冻胀地层，实时抵消路基向大气环境的热量传递损失，通过毛细管的节流过程使液态制冷剂重新进入蒸发制冷段，由此持续地进行地热能的搜集、提升和释放，将路基温度维持在一个较高水平，以减弱和消除冻胀现象。本发明为立式柱状的独立供热单元，布设方式灵活，供热温度高，弥补了现有路基防冻胀措施局限于被动性防护的不足，充分利用季节冻土区丰富的地热能资源，在冬季实时地向路基输入热量以补偿自然热损，季节匹配性好，热学调控效率高。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。