專利名稱：保溫集水井的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種寒區(qū)地下水收集結(jié)構(gòu)。適合寒冷地區(qū)地下集水、排水系 統(tǒng)使用。
背景技術(shù)：
我國有大部分國土面積處于寒冷地區(qū)。寒區(qū)的道路工程、礦井工程都涉 及到地下水的收集和排泄。傳統(tǒng)收集地下水的方式采用集水滲井、集水滲池 收集地下水，然后通過暗管、盲溝排水。由于寒冷地區(qū)冬季氣候寒冷，集水 結(jié)構(gòu)、暗管、盲溝很容易被凍結(jié)、堵塞，導(dǎo)致整個(gè)集水排水系統(tǒng)失效，給工 程造成損害；其集水結(jié)構(gòu)主要靠增加土層厚度來達(dá)到保溫，這種方法施工慢， 效果差且不利于環(huán)保。最常見的就是寒區(qū)的公路、鐵路涎流冰害的發(fā)生，給 交通運(yùn)輸女全帶來嚴(yán)重隱患，同時(shí)也造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。涎流冰的產(chǎn)生 是由于排水管路堵塞，水從路基上方某些地方出露、在地表凍結(jié)、蔓延至路 基、擁堵涵洞，春季冰雪融化，由于排水通道被冰堵塞，造成融水沖刷道路， 這些給道路及附屬構(gòu)筑物的穩(wěn)定與交通安全帶來極大威脅。另外，我國東北、 西北不少邊防公路常年遭受涎流冰的危害，公路被堵塞，部隊(duì)所需物質(zhì)的輸 送受到很大影響。
提高集水井內(nèi)的水溫，可以有效防止排水管路凍結(jié)。俄羅斯的鐵路涎流 冰防治中采用電加熱的方式，這種方法的應(yīng)用受到諸多條件的限制，不適合 我國廣大寒區(qū)使用?，F(xiàn)有使用的傳統(tǒng)滲井、滲池，采用粘土做隔水層、粗砂、 碎石做反濾層，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工難度大，另一最重要原因就是保溫效果不理 想，在集水處水溫有較大幅度降低，不利于排水。因此，研發(fā)一種新型有效 的保溫集水井對(duì)解決寒區(qū)的公路、鐵路涎流冰害問題具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
為克服寒區(qū)現(xiàn)有滲井、滲池保溫效果不理想、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、施工難度大的缺 陷，本發(fā)明提供了一種保溫集水井。該集水井采用新型保溫材料XPS板進(jìn)行
3保溫處理，用透水土工布作為反濾層，井內(nèi)堆放塊石，同時(shí)在集水井頂部進(jìn) 行草皮覆蓋，增強(qiáng)保溫效果。由此可以大大提高施工速度和提高集水井內(nèi)水 溫，降低排水管路凍結(jié)的可能性，減少寒區(qū)工程因排水問題而帶來的損失。 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是 一種保溫集水井，由草皮覆蓋層、填土層、保溫層、塊石層、透水土工 布、出水口構(gòu)成。在井壁底部、井口出水端面或井壁一側(cè)面設(shè)有保溫層，井 壁兩側(cè)或一側(cè)面設(shè)有透水土工布，井內(nèi)堆放塊石層，井的頂部為填土層，填 土層上有草皮覆蓋層，井內(nèi)出水口與地下排水管相聯(lián)接。
上述的保溫層采用擠塑聚乙烯板，厚度范圍為5 20cm，導(dǎo)熱系數(shù) 0.028W/m*K;抗壓強(qiáng)度大于O. 3Mpa，體積吸水率小于1%。 上述的透水土工布滲透系數(shù)不小于2cm/s。 上述的塊石層粒徑范圍為10 25cm。 上述的回填土厚度為20 50cm。
保溫集水井的工作原理是含水層內(nèi)的地下水通過透水土工布進(jìn)入集水井 內(nèi)，然后通過排水出口排走，排水口與地下排水管相接。集水井底部，側(cè)面 及頂部都有保溫效果很好的擠塑泡沫保溫材料XPS板，這大大減少了集水井內(nèi) 水熱量的損失。
由于集水井四周土壤存在凍結(jié)和融化的過程。本發(fā)明的熱學(xué)問題是一個(gè)帶 相變的溫度場問題，采用數(shù)值試驗(yàn)方法可以進(jìn)行保溫效果的驗(yàn)證。熱量平衡 控制微分方程為
在正凍區(qū)，
在融內(nèi)，
<formula>formula see original document page 4</formula>(i)
<formula>formula see original document page 4</formula>(2)
式中符號(hào)/，"分別表示凍、融狀態(tài)，7>， C,，義f分別為正凍區(qū)內(nèi)介質(zhì) 的溫度、體積比熱和導(dǎo)熱系數(shù)，帶"U"者為融區(qū)內(nèi)的相應(yīng)物理量。 用焓處理相變問題，將式(l)、 (2)可寫成統(tǒng)一的形式
<formula>formula see original document page 4</formula>采用以上控制方程，通過有限元方法，對(duì)本發(fā)明保溫集水結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)值 試驗(yàn)，結(jié)果表明整個(gè)冬季進(jìn)入集水井內(nèi)的水溫波動(dòng)很小，熱量損失很小。 另外，本發(fā)明結(jié)構(gòu)2004開始已在東北大興安嶺林區(qū)公路的涎流冰防治中得到
應(yīng)用，現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)表明，保溫集水井內(nèi)的水溫比傳統(tǒng)集水井內(nèi)的水溫高4 5°C，以上證據(jù)說明本發(fā)明保溫效果理想。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和產(chǎn)生的有益效果是
1、 本發(fā)明采用擠塑聚乙烯板，起到了隔水、保溫的雙重效果；其次擠塑 聚乙烯板極大的降低了頂部土層厚度(公式4)， 20cm厚度擠塑聚乙烯板的保 溫效果相當(dāng)于當(dāng)?shù)? 5m厚度土層的保溫效果；同時(shí)頂部設(shè)有草皮覆蓋層， 維持了原有的地貌景觀，利于環(huán)保。
2、 用透水土工布代替?zhèn)鹘y(tǒng)措施的碎石、塊石組成的反濾層，極大的提高 了施工速度；
3、 由于新型材料的使用和結(jié)構(gòu)的改進(jìn)提高了集水井內(nèi)的水溫，降低了地 下排水管路凍結(jié)的可能性，減少寒區(qū)工程因排水問題引起的破壞。
保溫材料減少填土最大厚度值可按下式計(jì)算-
^ 二義填土 * ^保溫材料 ") A保溫材料
式中//為可減少土層的最大厚度；義《±表示填土的導(dǎo)熱系數(shù)；~ 4為 保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)；/^^^為保溫材料厚度。


圖l保溫集水井縱剖面圖。 圖2為圖1的A—A'斷面圖。
具體實(shí)施例方式
為更好地理解本發(fā)明，可通過以下實(shí)施例予以進(jìn)一步說明，但并非對(duì)本發(fā) 明的限定。
如圖1所示， 一種保溫集水井，由草皮覆蓋層l、填土層2、保溫層3、 塊石層4、透水土工布5、出水口7構(gòu)成。在井壁底部、井口出水端面或井壁 一側(cè)面設(shè)有保溫層3，井壁兩側(cè)或一側(cè)面設(shè)有透水土工布5，井內(nèi)堆放塊石層 4，井的頂部為填土層2，填土層2上有草皮覆蓋層1，出水口 7與地下排水管相聯(lián)接。
以大興安嶺拉莫公路K81 + 300處采用的保溫集水井為例。地理坐標(biāo) N50。47. 759'， E120°03. 758'。海拔高度774m，屬于高諱度寒冷地區(qū)。
施工過程是先揭開集水位置地表草皮，以備完工后恢復(fù)地表景觀；在 集水位置挖一深205cm，長200cm，寬200cm長方體的井，在井底部、井口出 水端面及一個(gè)側(cè)面鋪設(shè)15cm厚度的擠塑聚乙烯保溫板，板間用粘結(jié)劑粘接， 形成保溫層3;在出水端面上距離底部10cm高度位置設(shè)置一個(gè)直徑20cm的孔7 與地下排水管連接，孔的水平位置位于長度方向(與排水管垂直的斷面方向 為長度方向)的中間部位；然后在緊靠擠塑聚乙烯保溫板位置堆放平均粒徑 為20cm的塊石層4，進(jìn)一步固定保溫層3，然后在來水面鋪設(shè)透水土工布5作為 反濾層，之后繼續(xù)堆放塊石，達(dá)到150cm高度時(shí)形成塊石層4，停止塊石堆放， 再鋪蓋20，厚的擠塑聚乙烯保溫板；填土40cm形成填土層2適當(dāng)碾壓之后，將 原揭開的草皮覆蓋在集水井的頂部。地下水6通過透水土工布5滲入井中，從 出水管7排出。
擠塑聚乙烯保溫板導(dǎo)熱系數(shù)0.028W/m"K，強(qiáng)度400 kPa，體積吸水率小 于1% (水蒸汽透濕系數(shù)小于2ng (Pa.m.s)，耐腐蝕，保溫性能穩(wěn)定。頂部20cm 厚度的XPS板相當(dāng)于當(dāng)?shù)?m厚度的土層。土工布垂直滲透系數(shù)3cm/s，其單位 面積質(zhì)量450g/m2，抗拉強(qiáng)度10kN/m。
本實(shí)施例于2004年秋施工完成，經(jīng)過3個(gè)冬季的實(shí)踐驗(yàn)證，效果理想。本 集水結(jié)構(gòu)由于四周新型保溫材料的應(yīng)用及頂部植被生態(tài)恢復(fù)的保溫作用，集 水井內(nèi)冬季水溫得到較大提高，提高水溫約4 5"C。
權(quán)利要求
1、一種保溫集水井，由草皮覆蓋層(1)、填土層(2)、保溫層(3)、塊石層(4)、透水土工布(5)、出水口(7)構(gòu)成，其特征是在井壁底部、井口出水端面或井壁一側(cè)面設(shè)有保溫層(3)，井壁兩側(cè)或一側(cè)面設(shè)有透水土工布(5)，井內(nèi)堆放塊石層(4)，井的頂部為填土層(2)，填土層(2)上有草皮覆蓋層(1)，井內(nèi)出水口(7)與地下排水管相聯(lián)接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的保溫集水井，其特征是保溫層(3)采用擠 塑聚乙烯板，厚度范圍為5 20cm，導(dǎo)熱系數(shù)0.028W/m K;抗壓強(qiáng)度大于 0.3Mpa，體積吸水率小于1%。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的保溫集水井，其特征是透水土工布(5)滲 透系數(shù)不小于2cm/s。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的保溫集水井，其特征是塊石層(4)粒徑為 10 25cm。
5、根據(jù)權(quán)利要求l所述的保溫集水井，其特征是填土層(2)厚度為20 50cm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種保溫集水井，由草皮覆蓋層、填土層、保溫層、塊石層、透水土工布、出水口構(gòu)成。在井壁底部、井口出水端面或井壁一側(cè)面設(shè)有保溫層，井壁兩側(cè)或一側(cè)面設(shè)有透水土工布，井內(nèi)堆放塊石層，井的頂部為填土層，填土層上有草皮覆蓋層，出水口與地下排水管相聯(lián)接。本發(fā)明用透水土工布代替?zhèn)鹘y(tǒng)措施的碎石、塊石組成的反濾層，極大的提高了施工速度；用擠塑聚乙烯保溫板起到了隔水、保溫的雙重效果，集水井內(nèi)水的熱量損失很少。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，易施工快、保溫效果理想，利于排水，減少了冬季因排水不暢引起的工程凍害，可廣泛地應(yīng)用于寒冷地區(qū)公路、鐵路等工程地下集水、排水系統(tǒng)。
文檔編號(hào)E03B3/00GK101424087SQ20071001905
公開日2009年5月6日 申請(qǐng)日期2007年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月31日
發(fā)明者喻文兵, 賴遠(yuǎn)明, 明 郭 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所