本實用新型屬于復合路基領域，具體涉及一種自動溫控透壁通風管-塊碎石層復合路基。

背景技術：

凍土是指具有負溫和含冰的土體和巖石，按生存時間主要分為多年凍土、季節(jié)凍土和瞬時凍土。我國多年凍土面積約占國土面積的22.4％，是世界第三凍土大國。凍土中由于冰以及未凍水的存在，其性質(zhì)極其復雜且對溫度極為敏感。人類工程活動以及全球變暖都會引起凍土的升溫，給路基帶來融沉病害，嚴重危害多年凍土區(qū)路基的穩(wěn)定性。

在多年凍土區(qū)修建道路工程，一個至為關鍵的問題是在全球變暖的大背景下，如何維護多年凍土區(qū)道路路基的穩(wěn)定性。為解決好凍土問題，確保多年凍土區(qū)道路的安全穩(wěn)定，相關科研人員提出了主動冷卻地基，保護凍土的總思路，并依據(jù)這一思路設計出了一系列降溫措施。俄羅斯科學家J F Nixon(Geothermal aspects of ventilated pad design.Proceedings of the Third International conference on Permafrost.1978，Edmonton，Alberta，Canada：841～846)進行了管通通風制冷系統(tǒng)的實驗研究。盛煜、張魯新、楊成松等在“保溫處理措施在多年凍土區(qū)道路工程中的應用”(冰川凍土，2002，24(5)：618-622)中報道了保護多年凍土的工程措施是在路基內(nèi)加鋪一層保溫材料。美國阿拉斯加交通科學報道的新式保護多年凍土的措施是將發(fā)卡熱管與保溫材料的組合放置于路堤地上部。該措施主要特點是利用熱管在保溫材料下部溫度高于上部溫度時開始工作，將下部熱量傳遞到上部，在相反溫度條件下則停止工作，阻止熱量的下傳，總體效果起到單向?qū)岬摹盁岫O管”的作用。但由于熱管埋置于路堤內(nèi)部，一旦熱管中的工質(zhì)發(fā)生泄漏，所導致熱管效能的喪失將無法修復。中國科學院知識創(chuàng)新工程的重大項目“青藏鐵路工程與多年凍土相互作用及其環(huán)境效應”著重就上述問題開展了專題研究，在研究中完成了“自動溫控通風裝置”和“液壓式自動溫控通風裝置”的專利申請(申請?zhí)枺?3114640.6、03114641.4)。賴遠明等(賴遠明；董元宏；張明義.一種透壁通風管-塊碎石層降溫隔熱復合路基在寬幅道路中的應用：中國，CN101818471A[P].2010-09-01.)提出了一種強化通風隔熱路基，將塊碎石層置于透壁通風管之下，置于塊碎石層之上的透壁通風管在冷季降低了塊碎石層上邊界的溫度，增強了塊碎石層的自然對流降溫效應；而在暖季透壁通風管又會將外界較熱的空氣帶入路基，增加吸熱量，所以這種路基不利于大幅增加路基的凈放熱量，難以發(fā)揮高效的降溫作用。

通風管和塊碎石路基作為降溫效果較好的路基形式已被應用于青藏鐵路工程中。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于克服上述不足，提供一種自動溫控透壁通風管-塊碎石層復合路基，對于降低路基下部凍土溫度，抬升多年凍土上限，確保路基穩(wěn)定具有明顯的改善作用。

為了達到上述目的，本實用新型包括設置在天然地表上的塊碎石層，塊碎石層上設置有若干透壁通風管，所有透壁通風管均連接溫度控制裝置，透壁通風管上包裹有土工布，土工布上設置有保溫層，保溫層上鋪設有鋪筑路堤填土。

所述透壁通風管上開設有若干孔眼。

所述孔眼的孔徑為3～10cm，開孔率為10％～40％。

所述溫度控制裝置包括連接有溫度傳感器的控制器，控制器連接能夠自動開合的風門。

所述透壁通風管的外徑為30～80cm，管壁厚度為2～10cm。

相鄰的透壁通風管間距為1～5倍的透壁通風管外徑。

所述塊碎石層的粒徑為10cm～50cm，厚度≤3.0m。

與現(xiàn)有技術相比，本實用新型通過將連接有溫度控制裝置的透壁通風管和塊碎石層的降溫作用進行優(yōu)化加強，相互取長補短；再與保溫層的隔熱保溫特性相結(jié)合，充分發(fā)揮各自的優(yōu)點，實現(xiàn)冷季大量吸入冷能的同時，有效限制暖季的吸熱量，大幅提高了路基在一個凍融周期內(nèi)的凈放熱量，從而更加有效地降低路基下伏凍土的溫度；因此，這種路基可提升多年凍土的人為上限，保護路基下的多年凍土，避免凍脹和融沉發(fā)生，取得很好的效果，本實用新型無需任何外部動力設施，便于施工，無污染，保護生態(tài)環(huán)境。塊碎石可就近取材，成本低廉；溫度控制裝置和透壁通風管可預制后直接運往現(xiàn)場安裝，路基鋪筑工序簡單，施工簡便，可以直接應用于高溫凍土區(qū)、鋪設黑色路面的道路工程中。

進一步的，本實用新型的溫度控制裝置，具有容許相對低溫氣流的流動，而阻止高溫氣流流動的功能，即在環(huán)境氣溫低于0℃時，自動打開風門，通過通風管進行內(nèi)部土體與外界氣流的對流傳熱；當環(huán)境溫度高于0℃時，關閉風門，阻止氣流和上部土體熱量傳入，達到單向制冷作用，從而保護路基底部凍土的穩(wěn)定，經(jīng)現(xiàn)場半年多的實踐，該套裝置在設定溫度范圍內(nèi)自動完成規(guī)定動作，打開或關閉風門，動作準確，工作正常。

附圖說明

圖1為本實用新型的橫斷面圖；

圖2為本實用新型透壁通風管的示意圖；

其中，1、透壁通風管，2、溫度控制裝置，3、土工布，4、保溫層，5、塊碎石層，6、鋪筑路堤填土，7、孔眼，8、天然地表。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本實用新型做進一步說明。

參見圖1和圖2，本實用新型包括設置在天然地表8上的塊碎石層5，塊碎石層5上設置有若干透壁通風管1，透壁通風管1上開設有若干孔眼7，所有透壁通風管1均連接溫度控制裝置2，透壁通風管1上包裹有土工布3，土工布3上設置有保溫層4，保溫層4上鋪設有鋪筑路堤填土6，溫度控制裝置2包括連接有溫度傳感器的控制器，控制器連接能夠自動開合的風門。

當外界氣溫低于0℃時，溫度控制裝置1的風門自動張開，促使路堤和基礎內(nèi)部土體通過透壁通風管2與外界冷空氣進行對流換熱；當外界氣溫高于0℃時，溫度控制裝置1的風門自動閉合，阻止外界熱量的傳入。

優(yōu)選的，孔眼7的孔徑為3～10cm，開孔率為10％～40％，透壁通風管1的外徑為30～80cm，管壁厚度為2～10cm，相鄰的透壁通風管1間距為1～5倍的透壁通風管1外徑，塊碎石層5的粒徑為10cm～50cm，厚度≤3.0m。

本實用新型的工作過程可描述為：在冷季，青藏高原風速較大，外界較冷的空氣流經(jīng)通透壁通風管1時，一方面通過透壁通風管1的管壁進行熱傳導；更為主要的一方面，空氣可經(jīng)透壁通風管1管壁上的孔眼7直接進入塊碎石層5的頂部。這二者的共同結(jié)果是快速有效地降低了塊碎石層5頂部的溫度。而相關研究已經(jīng)表明，決定塊碎石層5內(nèi)自然對流強度的一個主要因素就是其上下邊界的溫差。可見，降低塊碎石層5頂部的溫度有助于提高其上下邊界的溫差，增加其內(nèi)空氣密度梯度，從而加強其內(nèi)部的自然對流強度。直接結(jié)果是加強了塊碎石層的降溫效果，向路基及下伏凍土輸入了大量“冷能”。在暖季，溫度控制裝置2的風門自動閉合，阻止外界熱量的傳入。此外，保溫層4也能夠阻隔外部熱量從路基頂面?zhèn)魅肼坊鶅?nèi)部。綜合上述，在一個凍融周期內(nèi)，這種路基在冷季大量吸入“冷能”，而在暖季的吸熱量很小，因而有著較高的凈放熱量，能夠?qū)崿F(xiàn)降低下部土體溫度，平衡溫度場，保護多年凍土的目的。

本實用新型通過透壁通風管1、自動溫控裝置2和聚苯乙烯(EPS)保溫層4的有機結(jié)合，克服了低溫熱量的放出，高溫熱量的傳入，極大地提高了路基的降溫效能，實現(xiàn)了對冷能的采用、儲藏，保證了多年凍土的穩(wěn)定性，滿足了路基在多年凍土穩(wěn)定性的技術需求。