專(zhuān)利名稱(chēng)：用于保護(hù)多年凍土路基坡面的混凝土空心塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于保護(hù)多年凍土路基斜坡表面的混凝土空心塊。
背景技術(shù)：
凍土是一種溫度低于0℃且含有冰的土巖，按凍土保持時(shí)間的長(zhǎng)短主要分為季節(jié)凍土(半月至數(shù)月)、多年凍土(一年以上)，其分布區(qū)域稱(chēng)為寒區(qū)。世界陸地面積的50％以上為寒區(qū)所覆蓋，在我國(guó)寒區(qū)和多年凍土的面積占到國(guó)土面積的75％和21.5％。我國(guó)屬世界第三凍土大國(guó)，而高海拔多年凍土面積則位居世界之最。
凍土不僅由于冰的存在其性質(zhì)會(huì)較融土發(fā)生復(fù)雜和根本性的改變，而且在多年凍土區(qū)，通過(guò)長(zhǎng)期的演化、發(fā)展和變化，更會(huì)形成厚達(dá)幾米、甚至十幾米、各具形態(tài)的厚層地下冰。在廣闊的多年凍土地區(qū)，蘊(yùn)藏著豐富的礦藏、森林和土地資源。由于資源開(kāi)發(fā)，日益加劇的人類(lèi)活動(dòng)極易誘發(fā)厚層地下冰的融化和凍土環(huán)境發(fā)生變化，對(duì)人類(lèi)工程建筑和自然環(huán)境帶來(lái)重要影響、甚至災(zāi)害。隨著全球氣候的不斷轉(zhuǎn)暖，使得這一形式變得更加嚴(yán)峻。
我國(guó)興建的青藏鐵路、青藏公路工程項(xiàng)目以及將要進(jìn)行的新藏公路、新藏鐵路、南水北調(diào)西線工程都面臨高溫(即溫度接近0℃的多年凍土)、高含冰量?jī)鐾?即體積含冰量基本超過(guò)30％的多年凍土)、氣候轉(zhuǎn)暖和多年凍土不斷退化等諸多難題。如何解決好路基和基礎(chǔ)與多年凍土的相互作用，保證路基和基礎(chǔ)長(zhǎng)期年穩(wěn)定、確保工程建筑安全運(yùn)營(yíng)也就成為亟待解決的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。
我國(guó)寒區(qū)科學(xué)工作者立足國(guó)情，圍繞青藏鐵路國(guó)家重大工程項(xiàng)目，在以“冷卻路基”科學(xué)思想的指導(dǎo)下，為積極保護(hù)多年凍土，達(dá)到凍土工程的長(zhǎng)期穩(wěn)定，緊密?chē)@各種工程措施進(jìn)行了積極的探索和系統(tǒng)研究，率先提出遮陽(yáng)板和拋石碎石護(hù)坡路堤坡面降溫的工程措施。遮陽(yáng)板是平行路堤或路塹斜坡坡面，在一定高度的位置鋪設(shè)一層板材，通過(guò)反射太陽(yáng)的直接輻射達(dá)到降低坡面溫度的目的。野外現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)結(jié)果表明，鋪設(shè)遮陽(yáng)板觀測(cè)斷面的坡面溫度較普通坡面，在白天日照充足條件下要低二十幾度至三十幾度，通過(guò)晝夜變化平均溫度約低近十度。應(yīng)該說(shuō)是一種可以有效降低路路基下部多年凍土溫度的工程措施?？墒窃诠こ虒?shí)踐中難以推廣應(yīng)用。其原因在于，該種措施造價(jià)較高、在青藏高原大風(fēng)等惡劣環(huán)境下容易損壞、維護(hù)成本大、如果大面積使用路堤坡面被雨水沖刷的破壞部分將無(wú)法修復(fù)、無(wú)法進(jìn)行坡面的植被恢復(fù)、由于白色反光容易對(duì)行車(chē)安全造成危害、以及環(huán)保等諸多問(wèn)題。
碎石護(hù)坡工程措施是在路堤坡面鋪設(shè)一層一定粒徑的碎石，通過(guò)氣流在其中緩慢的流動(dòng)將外界的冷能逐漸聚集在碎石層的底部，最終達(dá)到保護(hù)凍土的目的。但從工程實(shí)踐的結(jié)果來(lái)看應(yīng)用效果不盡理想，主要反映在蓄積冷能有限、施工工藝較為復(fù)雜、成本很高、在風(fēng)砂量較高地區(qū)碎石中的空隙將會(huì)逐漸被風(fēng)砂所填堵，已致于最終失效。
綜上所述，雖然遮陽(yáng)板降溫效果明顯，但缺乏對(duì)道路路基坡面的保護(hù)；拋石護(hù)坡的雖然可以增加道路路基坡面的穩(wěn)定性，但降溫效果不甚理想。因此，目前工程實(shí)踐中急需一種工程措施，既對(duì)路基坡面起到較好降溫效果的同時(shí)，同時(shí)，又對(duì)道路路基坡面可以起到很好的保護(hù)作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是根據(jù)我國(guó)多年凍土地區(qū)自然氣候條件和環(huán)境特征，充分參考現(xiàn)有科研成果和存在問(wèn)題，本著充分利用自然冷能，結(jié)合工程實(shí)踐，以上述兩種措施的優(yōu)點(diǎn)為出發(fā)點(diǎn)，提出了一種路基坡面的混凝土空心塊。通過(guò)鋪設(shè)在路堤或路塹斜坡表面的一種特型空心塊，可以遮擋和消除太陽(yáng)對(duì)斜坡表面的照射和加熱作用，克服太陽(yáng)輻射對(duì)路堤坡面凍土工程所造成的不良影響；同時(shí)利用空氣的有效自然對(duì)流進(jìn)一步降低坡面的溫度，最終維護(hù)多年凍土和工程建筑的長(zhǎng)期穩(wěn)定。與此同時(shí)，也可以對(duì)道路路基坡面可以起到很好的保護(hù)作用。
本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下措施來(lái)達(dá)到一種用于保護(hù)多年凍土路堤坡面的混凝土空心塊，是由植物桔桿、砂土和水泥或砂土和水泥構(gòu)成的。制成的空心塊為立方體，立方體外邊長(zhǎng)為30～200mm，壁厚為10～50mm。
上述的空心塊為圓柱體，圓柱體外半徑為30～200mm，高為30～500mm，壁厚為10～50mm。
上述的空心塊為長(zhǎng)方體，長(zhǎng)方體底外邊長(zhǎng)為30～200mm，寬為20～150mm，高為30～500mm，壁厚為10～50mm。
上述的空心塊為帶孔球體，球體的外半徑為10～100mm，壁厚為10～50mm。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和產(chǎn)生的有益效果是1、實(shí)施簡(jiǎn)便、造價(jià)相對(duì)較低、維護(hù)簡(jiǎn)便。由于使用的材料主要為水泥、砂土，工程成本較遮陽(yáng)板和碎石護(hù)坡大為降低。主要實(shí)施方案為現(xiàn)場(chǎng)加工、鋪設(shè)，由于特型材料形狀簡(jiǎn)單可以在現(xiàn)場(chǎng)快速大量、加工、堆放。在風(fēng)砂量大的地區(qū)，待風(fēng)砂積累到影響其效能的時(shí)候可以快速重新粉碎、加工、鋪設(shè)因此無(wú)需經(jīng)常維護(hù)，節(jié)省了開(kāi)支；2、效能明顯具有很強(qiáng)的實(shí)用性。本發(fā)明不僅具有遮陽(yáng)板措施遮陽(yáng)、通風(fēng)降溫的效能，而且具有拋石護(hù)坡措施的蓄冷功效，最終可以有效降低路基溫度和增強(qiáng)整體穩(wěn)定性。與此同時(shí)，堆積在坡面上的特型材料可以有效保護(hù)坡面，防止雨水沖刷，從而可以維持凍土工程的長(zhǎng)期穩(wěn)定；3、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)自然環(huán)境與人類(lèi)工程的平衡和協(xié)調(diào)。通過(guò)該混凝土空心塊的實(shí)施，不僅可以避免大量開(kāi)采石料對(duì)脆弱生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的破壞，避免遮陽(yáng)板強(qiáng)烈放光造成的白色視覺(jué)污染，對(duì)公路行車(chē)安全帶來(lái)的潛在危險(xiǎn)，通過(guò)添加不同成分的物質(zhì)還可以更加有利于植被的恢復(fù)；4、更加符合自然規(guī)律。該種措施還可以充分利用降水在蒸發(fā)過(guò)程中吸收的潛熱進(jìn)一步降低表面溫度；5、該種措施還可以用于其它寒區(qū)工程，有效保護(hù)多年凍土和維持工程建筑的長(zhǎng)期穩(wěn)定。如在輸油管線、光纜工程等需要增強(qiáng)穩(wěn)定性的部位，通過(guò)堆放該種特型材料可以達(dá)到增強(qiáng)穩(wěn)定性的目的。


圖1是本發(fā)明空心立方體示意2是本發(fā)明空心圓柱體的示意3是本發(fā)明在路基坡面實(shí)施空心塊示意4為遮陽(yáng)板、拋石護(hù)坡、空心塊三種措施坡面降溫效果對(duì)比圖具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明再作進(jìn)一步的說(shuō)明實(shí)施例1一種用于保護(hù)多年凍土路基坡面的混凝土空心塊，空心塊是由重量35％植物桔桿和重量為20％水泥和45％砂土構(gòu)成的。制成的空心塊為立方體1，立方體為外邊長(zhǎng)為50mm見(jiàn)方的立方體，壁厚為20mm(見(jiàn)圖1)。
通過(guò)野外現(xiàn)場(chǎng)加工或室內(nèi)工廠生產(chǎn)將桔桿粉碎與水泥。砂土混合，摻水?dāng)嚢杈鶆虺蓾{料，充入模具凝固，一次成型呈空心立方體1。
將空心立方代表按照一定的方式堆放在路基斜坡表面，或堆放一層一定厚于需要降溫的部位(見(jiàn)圖3)。在堆放過(guò)程中每個(gè)空心立方體1之間會(huì)形成很多的空隙，同時(shí)空心單元體本身就有非常大的空隙，因此這種組合在達(dá)到一定厚度后不僅具有良好的遮陽(yáng)效果，而且具有良好的通風(fēng)降溫效能，還可以對(duì)道路路基坡面可以起到很好的保護(hù)作用。
實(shí)施例2取重量為40％的水泥和60％的砂土加水?dāng)嚢杈鶆?，加工如同?shí)施例1。制成外半徑為40mm，高為50mm，壁厚為25mm的空心圓柱體2。將空心圓柱體2堆放在路塹的坡面，同樣可以達(dá)到實(shí)施例1的效果。
實(shí)驗(yàn)例室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比為驗(yàn)證該種技術(shù)的有效性，在凍土工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了室內(nèi)小型模擬試驗(yàn)。首先在環(huán)境條件(包括氣溫、濕度、氣流)穩(wěn)定的模擬試驗(yàn)室按一定比例和坡度建立路堤的坡面；其次在坡面的上方，按照野外太陽(yáng)輻射強(qiáng)度按照同樣比例安裝一定數(shù)量的輻射燈泡，并每天在規(guī)定時(shí)間開(kāi)啟和關(guān)閉；在靠近坡面的土層中安放高靈敏的熱敏電阻溫度探頭(精度為±0.01℃)，即建立溫度觀測(cè)場(chǎng)，溫度觀測(cè)結(jié)果通過(guò)計(jì)算機(jī)控制，由DT500數(shù)據(jù)采集儀自動(dòng)采集和存儲(chǔ)；將坡面垂直劃分為兩個(gè)區(qū)域，左邊為試驗(yàn)區(qū)，右邊對(duì)對(duì)比區(qū)；最后在坡面試驗(yàn)區(qū)上面分別鋪設(shè)遮陽(yáng)板、碎石和本發(fā)明提到的特型材料。通過(guò)對(duì)觀測(cè)結(jié)果的分析，在模擬日照條件下，在三種不同措施試驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)比區(qū)的溫度基本相同，即幾種措施的背景條件基本相同，試驗(yàn)結(jié)果可以進(jìn)行類(lèi)比。
圖4反映了遮陽(yáng)板、拋石護(hù)坡、特型材料三種措施坡面降溫觀測(cè)對(duì)比結(jié)果。由圖可見(jiàn)，遮陽(yáng)板的降溫效果最為明顯，基本防止了坡面溫度的升高其次為混凝土空心塊，基本可以降低坡面溫度的80％左右；效果最差的為拋石護(hù)坡，只降級(jí)坡面溫度的15％左右，其原因主要為鋪設(shè)的拋石厚度有些不夠，同時(shí)，其降溫主要根據(jù)晝夜變化，通過(guò)聚集冷能達(dá)到降溫效果，是一個(gè)緩慢的過(guò)程，但其總體效果還是大不如前兩者。
權(quán)利要求
1.一種用于保護(hù)多年凍土路基坡面的混凝土空心塊，是由植物桔桿、水泥和砂土或砂土和水泥構(gòu)成的，其特征在于空心塊為立方體，立方體外邊長(zhǎng)為30～200mm，壁厚為10～50mm。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用于保護(hù)多年凍土路堤基坡面的混凝土空心塊，其特征在于上述的空心塊為圓柱體，圓柱體外半徑為30～200mm，高為30～500mm，壁厚為10～50mm。
3.如權(quán)利要求1所述的一種用于保護(hù)多年凍土路堤基坡面的混凝土空心塊，其特征在于上述的空心塊為長(zhǎng)方體，長(zhǎng)方體外邊長(zhǎng)為30～200mm，寬為20～150mm，高為30～500mm，壁厚為10～50mm。
4.如權(quán)利要求1所述的一種用于保護(hù)多年凍土路堤基坡面的混凝土空心塊，其特征在于上述的空心塊為帶孔球體，球體的外半徑為10-100mm，壁厚為10～50mm。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種用于保護(hù)多年凍土路基坡面的混凝土空心塊，是由植物秸稈、水泥、砂土構(gòu)成的。制成的空心塊為立方體，立方體外邊長(zhǎng)為30～200mm，壁厚為10～50mm。除此還可制成空心球體、或空心長(zhǎng)方體、或空心圓柱體。本發(fā)明實(shí)施簡(jiǎn)便、造價(jià)較低、維護(hù)簡(jiǎn)便，克服了遮陽(yáng)板和碎石護(hù)坡的缺陷，兼?zhèn)涠叩膬?yōu)點(diǎn)，將不同不同形狀的空心塊組合，并達(dá)到一定厚度后，其不僅具有良好的遮陽(yáng)效果，而且具有良好的通風(fēng)降溫效能，對(duì)于維護(hù)多年凍土和工程建筑的長(zhǎng)期穩(wěn)定產(chǎn)生積極作用。
文檔編號(hào)E02D17/20GK1707035SQ20051006534
公開(kāi)日2005年12月14日 申請(qǐng)日期2005年4月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月4日
發(fā)明者俞祁浩, 程國(guó)棟, 何乃武 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所