專利名稱：帶煙囪的管道通風路基的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種道路的結(jié)構(gòu)，尤其是一種帶煙囪的管道通風路基。其可 有效地降低路基下部凍土溫度，抬升凍土上限，提高凍土路基的穩(wěn)定性。
背景技術(shù)：
世界多年凍土分布的面積約占全球陸地面積的25%，我國多年凍土面積 約占國土面積的,22.4%。在全球變暖和人類活動造成凍土退化的雙重影響下， 凍土融化或升溫后承載力將大大地降低，嚴重影響道路路基的穩(wěn)定性，這就 為高溫、高含冰量多年凍土地區(qū)道路的修建與維護帶來極大的挑戰(zhàn)。因此， 解決好凍土問題成為確保路基多年穩(wěn)定、保障道路安全運營的關(guān)鍵。
為了解決好凍土問題，確保多年凍土區(qū)道路的安全穩(wěn)定，人們提出了管 道通風路基，即在路基堤身一定高度的位置鋪設(shè)貫通、垂直于路基走向的通 風管排，用以'增大路基與大氣之間的對流換熱強度，利用比路基土體溫度低 的空氣流動，帶走堤身的熱量，降低路基溫度，達到冷卻地基的目的。為了 更好地保護凍土，增強管道通風路基的降溫能力，人們對其進行了不同程度 的改進，例如透壁式管道通風路基、鋪設(shè)保溫材料的管道通風路基以及加裝 保溫門的溫控管道通風路基等，研究結(jié)果表明這些改進的管道通風路基在一 定程度上能夠提高了管道通風路基的降溫能力。但這些路基結(jié)構(gòu)都是利用了 外界有風，并且風力足夠大的條件，達到對路基降溫的目的；而當外界無風: 或路基處于通風不暢的高溫多年凍土地段則不能發(fā)揮其冷卻降溫的特性，尤 其在全球氣候變暖的條件下確保路基穩(wěn)定是相當困難的
發(fā)明內(nèi)容
在全球氣候變暖的大背景下，為實現(xiàn)在青藏高原多年凍土區(qū)(尤其高溫 多年凍土區(qū))風力不足或通風不暢地段對路基下多年凍土的保護，確保路基 的穩(wěn)定，本發(fā)明提供一種帶煙囪的管道通風路基。其根據(jù)青藏高原四季溫差 大、氣溫通常比地表溫度低的氣候特征，利用煙囪效應(yīng)，通過在通風管中部 安裝煙囪，加快管道通風路基內(nèi)空氣的流動速度，實現(xiàn)對下部凍土溫度的降 低，抬升多年凍土上限，提高凍土路基的多年穩(wěn)定性。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)-
一種帶煙囪的管道通風路基，在壓實的天然地表上置有填筑壓密的路基 填土，路基填+內(nèi)部沿路基走向設(shè)置有水平的通風管，在通風管上設(shè)置煙囪 且貫通于通風管，煙囪垂直且高出路基頂面。
上述的通風管直徑為0.2 1.0m，管與管軸線間距為2 3倍管徑，并且 其軸線距天然地表為0.5 4.0m，煙囪直徑為0.2 1.0m，煙囪高出路基頂面 0.2 1.5m，路基填土厚度為1.0 8 .Om。
這種帶煙囪的管道通風路基工作原理為煙囪效應(yīng)。其工作過程可描述為 在外界無風或通風不暢的條件下，當冬季外界氣溫較低，路基內(nèi)土體溫度高 于外界時，路基煙囪內(nèi)出現(xiàn)上部溫度低于下部，空氣密度上大下小，在重力 和浮升力的作用下，內(nèi)部熱空氣從煙囪排出，外界冷空氣從通風管兩側(cè)流入， 空氣的流動將外部"冷量"帶入路基中，同時把路基中大量的熱量帶出，實現(xiàn) 對路基填土及下部天然土層的降溫作用；當夏季外界溫度較高，路基內(nèi)土體 溫度低于外界時，煙囪內(nèi)上部溫度高于下部，空氣密度上小下大，空氣處于 相對靜止狀態(tài)，無對流發(fā)生，通風管不工作。本發(fā)明利用了煙囪效應(yīng)的工作 原理，有效降低其下部凍土溫度，提高凍土上限，防止凍土路基凍脹和融沉 的發(fā)生。
為了驗證帶煙閨的管道通風路基的煙囪效應(yīng)，模擬實驗是在中國科學(xué)院 寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所凍土工程國家重點實驗室進行。
室內(nèi)試驗研究結(jié)果表明了本帶煙囪的管道通風路基具有良好的冷卻降溫 作用。試驗在特制的大型保溫模型箱(尺寸8.0xL84x2.7 m.)中進行，箱中 環(huán)境溫度按照正弦函數(shù)^-4.0+12sin(2加/360+Ti/2)進行控制，式中T為環(huán)境溫度(°C), f為時間(h)，路基表面溫度比箱中環(huán)境溫度高約5.5 °C，在路基 前方以木板隔開，允許風從路基頂部通過，風速控制在0,5m/s以下。試驗分 為不帶煙囪和帶煙囪兩種情況。圖3顯示了不帶煙囪和帶煙囪兩種情況下試 驗?zāi)Ｐ椭泄艿劳L路基的通風管間溫度隨時間變化曲線。圖3中曲線A表示 不帶煙囪情況、B表示帶煙囪情況。從圖3中可以看出在等同的試驗條件 下，帶煙囪的管道通風路基的通風管間溫度明顯低于不帶煙囪的管道通風路 基的通風管間溫度。并且，在最后一個試驗周期，不帶煙囪的管道通風路基 的通風管間最低溫度約為O °C，而帶煙囪的管道通風路基的通風管間最低溫 度達到-1.4°C，周期平均溫度為-0.4°C，比路基表面周期平均溫度(1.5°C) 低1.9。C，比無煙囪情況(1.7 °C)低2.1 °C。
以上l式驗結(jié)果表明本發(fā)明具有良好的冷卻降溫作用，帶煙囪的管道通風 路基的降溫效^明顯好于不帶煙囪的管道通風路基，在無風或通風不暢的條 件下提高管道通風路基的降溫效果，確保凍土路基的多年穩(wěn)定。 本發(fā)明的優(yōu)點與產(chǎn)生的有益效果是
1、 本發(fā)明由于在路基通風管上安裝了煙囪，充分利用了煙囪效應(yīng)，在無 風或通風不暢條件下，可在冬季通過煙囪效應(yīng)，最大限度地將路基中熱量散 出，在夏季通風管中空氣處于相對靜止狀態(tài)，增大了路基的熱阻，起到了阻 隔外界熱量的侵入，從而，實現(xiàn)對路基及下部凍土的降溫作用，提升凍土上 限，解決由于季節(jié)活動層在凍融過程中產(chǎn)生的凍脹與融沉給路基所帶來的破 壞；
2、 本發(fā)明充需任何外部動力設(shè)施，無污染，保護生態(tài)環(huán)境。并且，通風 管和煙囪由混凝土或PVC制成，可在工廠加工完成后運往現(xiàn)場直接安裝，對 凍土不會產(chǎn)生大的人為擾動，可滿足地形復(fù)雜造成的無風或通風不暢的高溫、 高含冰量多年凍土地區(qū)工程穩(wěn)定性的特殊要求；
3、 本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，主要材料為混凝土和鋼筋或PVC材料，成本低， 易于施工與維護，降溫效果和工程穩(wěn)定性好，具有較好的應(yīng)用推廣前景。


圖1是帶煙囪的管道通風路基橫向剖面示意圖。 圖2是帶煙囪的管道通風路基縱向剖面示意圖。
圖3為不帶煙囪和帶煙囪兩種情況下試驗?zāi)Ｐ椭泄艿劳L路基的通風管
間溫度隨時間變化曲線。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖，將對本發(fā)明再做進一步的說明。
參照附圖1 2， 一種帶煙囪的管道通風路基，在壓實的天然地表4上置 有填筑壓密的路基填土 3 ，路基填土 3內(nèi)部沿路基走向設(shè)置有水平的通風管2， 在通風管2上設(shè)置煙囪1且貫通于通風管2，通風管2直徑為1.0 m，管與管 軸線間距2倍管徑，并且其軸線距天然地表4為4.0 m>煙囪1直徑為0.5 m, 煙囪1垂直且高出路基頂面1.5m，路基填土3厚度為4.0m。
當冬季外界氣溫較低時，路基通風管內(nèi)空氣溫度高于外界，管內(nèi)熱空氣 從煙囪排出，冷空氣從通風管兩側(cè)進入，增強路基的整體導(dǎo)熱性，從而加大 了路基自身及其下部土層熱量的散失；當夏季外界溫度較高時，路基通風管 內(nèi)空氣溫度低于外界，空氣處于相對靜止狀態(tài)，無煙囪效應(yīng)。因此，實現(xiàn)了 這種帶煙囪管道通風路基在寒季帶走熱量、輸入冷量，而在暖季熱量不宜侵 入的工效，達到了積累"冷量"，保護凍土、提高凍土路基穩(wěn)定性的目的。
權(quán)利要求
1、一種帶煙囪的管道通風路基，其特征是在壓實的天然地表(4)上置有填筑壓密的路基填土(3)，路基填土(3)內(nèi)部沿路基走向設(shè)置有水平的通風管(2)，在通風管(2)上設(shè)置煙囪(1)且貫通于通風管(2)，煙囪(1)垂直且高出路基頂面。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種帶煙囪的管道通風路基，其特征是通風管 (2)直徑為0.2 1.0 m，管與管軸線間距為2 3倍管徑，并且其軸線距天然地表(4)為0.5 4.0m，煙囪(1)直徑為0.2 1.0m，煙囪(1)高出路 基頂面0.2 1.5m，路基填土 (3)厚度為1.0 8.0m。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種帶煙囪的管道通風路基，其結(jié)構(gòu)特征是在壓實的天然地表上置有填筑壓密的路基填土，路基填土內(nèi)部沿路基走向設(shè)置有水平的通風管，在通風管上設(shè)置煙囪且貫通于通風管，煙囪垂直且高出路基頂面。本發(fā)明在通風管上安裝煙囪，充分利用了煙囪效應(yīng)，在冬季可最大限度地將熱量散出，夏季通風管不工作的原理，在無風或通風不暢的條件下，有效提高管道通風路基的降溫能力，實現(xiàn)對路基下部凍土的降溫作用，提升凍土上限，解決由于季節(jié)活動層在凍融過程中產(chǎn)生的凍脹與融沉給路基所帶來的破壞，確保凍土路基的多年穩(wěn)定。
文檔編號E01C3/06GK101289830SQ20081015006
公開日2008年10月22日 申請日期2008年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月12日
發(fā)明者張明義, 董元宏, 賴遠明 申請人:中國科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所