一種帶有隆起基底塊石層的凍土路基結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種帶有隆起基底塊石層的凍土路基結構，其可有效降低路基下部多年凍土溫度、提高路基地溫場分布的對稱性，保護凍土路基長期穩(wěn)定性。
【背景技術】
[0002]凍土是一種溫度低于0°C且含有冰的地質體，其成份、組構、熱物理及物理力學性質均不同于一般土體。由于地下冰的存在，導致其對溫度變化極為敏感，人類工程活動以及全球變暖都會引起凍土升溫，導致多年凍土變化，給凍土區(qū)工程建設帶來諸多困難。
[0003]為此，青藏鐵路建設在吸取青藏公路建設和50多年運行的經驗和教訓上，提出了“主動冷卻路基”的設計思路，研發(fā)了一系列新型路基結構，如塊石路基，由于其成本低，施工方便，被廣泛應用于青藏鐵路的建設中，長期的現場監(jiān)測研究也表明塊石層這種巖土材料可有效降低路基下部多年凍土溫度。其中，塊石基底路基作為塊石結構路基的一種。但長期的實體工程監(jiān)測表明，塊石基底路基盡管表現出一定降溫效果，但同時也存在一定的問題，部分路段路基出現明顯的陰陽坡效應，即路基陽坡側出現一定的升溫過程，而陰坡出現降溫過程，由此導致路基地溫場分布存在一定的左右不對稱性，從而引發(fā)路基邊坡裂縫等一系列病害，將直接威脅凍土塊石基底路基的長期穩(wěn)定性。
[0004]因此，如何充分利用塊石層較好的通風降溫效能，通過優(yōu)化路基的結構設計，設計一種帶有隆起基底塊石層的凍土路基結構，使其不僅具備良好的降溫效果，同時又能夠對路基地溫場分布的對稱性有較好的調整與維護作用。
[0005]鑒于上述，本實用新型提供一種帶有隆起基底塊石層的凍土路基結構。通過在路基底部鋪設帶有隆起角度的塊石層，使路基陽坡一側的塊石層水平鋪設，而陰坡一側的塊石層則呈一定的隆起角度鋪設，即路基底部的塊石層整體呈現出一定的隆起角度，以此達到調節(jié)和維護路基地溫場分布的對稱性。
[0006]本實用新型的目的可以通過以下技術方案來實現:
[0007]一種帶有隆起基底塊石層的凍土路基結構，由天然地表、路基填土、塊石層、土工布組成。塊石層分陽坡塊石層和陰坡塊石層，厚度為1.0-1.5m;在壓實的天然地表上，1/3處水平鋪設陽坡塊石層，2/3處路基陰坡塊石層從路基基底逐漸以25-40°向路基頂面隆起，陽坡塊石層與陰坡塊石層貫通呈一體，然后，在塊石層的上部鋪設一層土工布，并在土工布上部筑壓密實的路基填土，使路基的頂部與陰坡側塊石層的上界面齊平，且無填土；基底塊石層粒徑為12-30cm，塊石強度為35MPa-40MPa，塊石空隙率為25%_30%。
[0008]本實用新型工作原理可描述為:一方面，由于路基底部塊石層整體呈一定的隆起角度，在“煙囪效應”作用下，可提高整個塊石層的對流換熱速度，因此提高了路基整體的降溫效能。另一方面，由于路基陽坡側的塊石層位置偏低，更貼近原天然地表，而陰坡側的塊石層呈傾角并逐步高于原地表處，因而陽坡的降溫效能要優(yōu)于陰坡，進而削弱了由于太陽輻射所造成的路基地溫場的陰陽坡效應，達到調整和維護地溫場分布的對稱性的目的，從而利于路基的長期熱穩(wěn)定性。
[0009]本實用新型的優(yōu)點和有益效果是:
[0010]1.本實用新型充分利用了塊石層的良好降溫效果，通過優(yōu)化路基結構，將基底塊石層進行隆起鋪筑，形成一定的角度，充分利用了 “煙囪效應”，使整個路基塊石層內對流換熱效率大幅提升，最大限度的帶走路基內的熱量，大幅提尚一個凍融周期內路基的凈放熱量。
[0011]2.利用路基陰、陽坡兩側塊石層相對位置的高低差異，削減路基的陰陽坡效應，從而調控和提高路基地溫場分布的對稱性；
[0012]3.便于施工。塊碎石、粘土可就地取材，成本低廉。塊石隨機拋擲，易于施工和維護，路基鋪筑工序簡單，施工簡便；
[0013]4.本實用新型無需任何外部動力設施，無污染，保護生態(tài)環(huán)境。對凍土不會產生大的人為擾動，可滿足高含冰量多年凍土地區(qū)工程穩(wěn)定性的特殊要求；
[0014]5.本實用新型可以直接應用于高寒凍土區(qū)、鋪設黑色路面的公路路基工程中，對于路基的高低沒有特殊要求。
【附圖說明】
[0015]圖1是本實用新型橫斷面示意圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖，將對本實用新型再做進一步的說明:
[0017]如圖1所不，一種帶有隆起基底塊石層的凍土路基結構，路堤尚度為2.5?4.5m，邊坡比為1:1.5。它是由天然地表1、路基填土 2、塊石層3、土工布4組成。塊石層3分陽坡塊石層5和陰坡塊石層6，厚度為1.2m ;在壓實的天然地表上，1/3處水平鋪設陽坡塊石層，2/3處路基陰坡塊石層6從路基基底逐漸以30°向路基頂面隆起，陽坡塊石層5與陰坡塊石層6貫通呈一體，然后，在塊石層3的上部鋪設一層土工布4，并在土工布4上部筑壓密實的路基填土 2，使路基的頂部與陰坡側塊石層6的上界面齊平，且無填土，保證其通風順暢。基底塊石層粒徑為12-30cm，塊石強度為35MPa-40MPa，塊石空隙率為25%_30%。
[0018]當冷季外界氣溫低于路基土體溫度時，在外界強風的作用下，路基底部的塊石層開始發(fā)生強迫對流和自然對流的復合過程，此時，由于路基塊石層呈隆起狀，起到了類似通風煙囪的效應，因此，在“煙囪效應”的作用下，路基底部隆起塊石層中的對流速度和強度要比普通的塊石基底路基明顯增大，導致塊石層中的空氣迅速通過塊石層上邊界排出，而外界冷空氣從路基左側的塊石層補入，空氣的流動將外部“冷量”帶入路基中，同時把熱量帶出，該過程，實現了對路基土體及下部凍土的降溫作用。其次，由于陽坡一側的塊石層相對位置要低于陰坡，其降溫作用將更好的作用于路基下部土體，因此在一定程度上削弱太陽輻射造成的陽坡溫度偏高，進而調整和維護了路基地溫場分布的對稱性。當暖季外界氣溫高于路基土體溫度時，由于塊石層內上部溫度高于下部，空氣密度上大下小，空氣無對流發(fā)生，同時由于塊石層夏季較好的熱屏蔽作用，可有效阻隔外界熱量的侵入，同樣保護路基溫度不會升高。
[0019]為驗證通風塊石層寬幅路基結構的有效性，本實用新型在青藏高原214國道花石峽野外試驗場已作為試驗段進行觀測試驗。通過觀測試驗，本實用新型可有效降低路基下部土體溫度，并且可有效削弱陰陽坡效應造成的路基地溫場不對稱性，保證了青藏高原214國道花石峽路段無塌陷，無翻漿現象的發(fā)生，保證此路段多年凍土路基的穩(wěn)定。
【主權項】
1.一種帶有隆起基底塊石層的凍土路基結構，由天然地表(I)、路基填土(2)、塊石層(3)、土工布(4)組成，塊石層(3)分陽坡塊石層(5)和陰坡塊石層(6)，厚度為1.0-1.5m ;其特征是在壓實的天然地表上，1/3處水平鋪設陽坡塊石層(5)，2/3處路基陰坡塊石層(6)從路基基底逐漸以25-40°向路基頂面隆起，陽坡塊石層(5)與陰坡塊石層(6)貫通呈一體；然后，在塊石層(3)的上部鋪設一層土工布(4)，并在土工布(4)上部筑壓密實的路基填土(2)，使路基的頂部與陰坡側塊石層(6)的上界面齊平，且無填土；基底塊石層(3)粒徑為12-30cm之間，塊石強度為35MPa-40MPa，塊石空隙率為25%_30%。
【專利摘要】本實用新型公開一種帶有隆起基底塊石層的凍土路基結構，其特征是在壓實的天然地表上，1/3處水平鋪設陽坡塊石層，2/3處路基陰坡塊石層從路基基底逐漸以25-40°向路基頂面隆起，陽坡塊石層與陰坡塊石層貫通呈一體；然后，在塊石層的上部鋪設一層土工布，并在土工布上部筑壓密實的路基填土，使路基的頂部與陰坡側塊石層的上界面齊平，且無填土?；讐K石層粒徑為12-30cm之間，塊石強度為35MPa-40MPa，塊石空隙率為25%-30%；本實用新型通過隆起鋪筑的基底塊石層，可有效降低路基及下部多年凍土溫度，同時可削弱由于陰陽坡效應造成的路基地溫場分布的不對稱性。具有成本低廉，施工簡易，便于取材的優(yōu)點，對維護多年凍土區(qū)路基的長期穩(wěn)定性具有重要的積極意義。
【IPC分類】E01C3/06, E01C3/04
【公開號】CN204825541
【申請?zhí)枴緾N201520595494
【發(fā)明人】牛富俊, 劉明浩, 林戰(zhàn)舉, 羅京
【申請人】中國科學院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所
【公開日】2015年12月2日
【申請日】2015年8月10日