一种相变控温的抗冻胀路基结构及其实施方法与流程

本发明属于路基施工技术领域，具体涉及一种相变控温的抗冻胀路基结构及其实施方法。

背景技术：

季节性冻土区在我国分布广泛，约占国土面积的一半，每年我国在维修路基路面冻胀灾害方面耗资巨大。造成路基冻胀有三个必要条件，分别是（1）易冻土；（2）土体中较高的含水量；（3）负温。从造成路基冻胀方面考虑消除冻胀灾害的常用方法是将易冻土换填成土性较好的耐冻土，但是该方法在实际操作中工作量大、造价高，不宜广泛使用。另一种消除路基冻胀的方法是在路基中铺设排水土工织物，将路基中多余的水分排出路基，但是该方法未考虑毛细水的作用。工程实践表明，浅层地下水引起的毛细水上升是导致季节性冻土区路基含水率偏高的主要原因之一。目前，从温度角度来考虑消除冻害的方法是在路基中增加热源，而该方法不仅造价高而且耗能巨大，不符合节能环保理念。

因此，设计一种施工工程量小、造价低、节能环保的路基结构具有重要的工程意义。

技术实现要素：

本发明的目的是设计一种相变控温的抗冻胀路基结构，该路基结构可以通过相变材料的相态变化实现自动调节路基内部温度，从而防止路基冻胀等灾害发生。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种相变控温的抗冻胀路基结构，包括路基、侧向相变路基保温层、相变路基保温层和隔水土工布；

所述侧向相变路基保温层沿路基坡度方向铺设，所述相变路基保温层和隔水土工布沿路基结构层方向铺设，隔水土工布设置在相变路基保温层下方；

所述侧向相变路基保温层、相变路基保温层和隔水土工布将路基包围起来，在路基内部形成抗冻胀路基结构。

进一步地，所述侧向相变路基保温层的厚度为20-30cm，侧向相变路基保温层外边缘距离路基侧面50-80cm。

进一步地，所述相变路基保温层的厚度为15-25cm，设置于路基高度的2/3-4/5处。

进一步地，所述侧向相变路基保温层采用相变高炉矿渣集料填筑而成，所述相变高炉矿渣集料是以吸附了相变材料十四烷的高炉矿渣为内核，在内核外包裹环氧树脂外壳得到。

进一步地，所述环氧树脂外壳的厚度为3-6mm。

进一步地，所述相变路基保温层采用相变钢渣集料填筑而成，所述相变钢渣集料是以吸附了相变材料十四烷的钢渣为内核，在内核外包裹环氧树脂外壳得到。

进一步地，所述环氧树脂外壳的厚度为3-6mm。

上述路基结构的实施方法，包括以下步骤：

采用填料填筑路基，在铺设路基的同时沿路基坡度铺设侧向相变路基保温层，侧向相变路基保温层的厚度为20-30cm，侧向相变路基保温层外边缘距离路基侧面50-80cm；当路基填筑达到路基设计高度的2/3-4/5时，在路基表面铺设一层隔水土工布，在隔水土工布上方铺设相变路基保温层，之后再填筑路基直到达到设计高度。

有益效果：

与传统路基结构相比，本发明具有如下的优点：

1、本发明在路基中铺设相变路基保温层，可以有效阻止冻结锋面自上而下进入到路基；同时在路基侧面铺设置侧向相变路基保温层，进一步保证路基不会发生冻结。

2、本发明采用相变材料实现了路基内部温度的自动调节，节能环保，符合绿色发展理念。

附图说明

图1为实施例1中抗冻胀路基结构的横断面图，其中：1为路基、2为侧向相变路基保温层、3为相变路基保温层、4为隔水土工布。

图2为实施例1中相变钢渣集料的结构示意图，其中：3-1为环氧树脂外壳、3-2为吸附了十四烷的钢渣。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

本发明所述的一种相变控温的抗冻胀路基结构，包括路基1，侧向相变路基保温层2，相变路基保温层3、隔水土工布4。所述侧向相变路基保温层沿路基坡度方向铺设，可以从路基的侧向有效地防止外界负温进入路基，所述相变路基保温层和隔水土工布沿路基结构层方向铺设，隔水土工布设置在相变路基保温层下方，用于防治冻结锋面进入路基内部。

所述侧向相变路基保温层采用相变高炉矿渣集料填筑而成。相变高炉矿渣集料的具体制备过程为：将级配和强度符合路基填料要求的高炉矿渣先用自来水冲洗去除杂质，然后放在温度设定为105℃的鼓风烘箱中烘干24h；之后将烘干的高炉矿渣放入恒温真空吸附装置中，吸附装置的温度设定为10℃，高炉矿渣在抽真空30min后将已经加热为10℃的足量的十四烷放入恒温真空吸附装置进行吸附，吸附过程持续12h；吸附结束后，用环氧树脂包裹饱和吸附了十四烷的高炉矿渣，环氧树脂外壳的厚度为3-6mm；环氧树脂外壳可以有效地防止液态十四烷从高炉矿渣中泄露，也可以间接提高相变高炉矿渣集料的强度；制备完成的相变高炉矿渣集料室温存放以备用。

所述相变路基保温层采用相变钢渣集料填筑而成。相变钢渣集料的具体制备过程为：将级配和强度符合路基填料要求的钢渣先用自来水冲洗去除杂质，然后放在温度为105℃的鼓风烘箱中烘干24h；之后将烘干的钢渣放入恒温真空吸附装置中，吸附装置的温度设定为10℃，钢渣在抽真空30min后将已经加热为10℃的十四烷放入恒温真空吸附装置进行吸附，吸附过程持续12h，形成吸附了十四烷的钢渣（3-2），用环氧树脂包裹吸附了十四烷的钢渣（3-2），形成如图2所示的相变钢渣填料，其环氧树脂外壳（3-1）厚度为2-5mm。

上述相变控温的抗冻胀路基结构的实施方法，具体为：先采用填料（例如碎石土）填筑路基1，同时沿路基坡度方向铺设侧向相变路基保温层2，侧向相变路基保温层2的厚度为20-30cm，填筑集料为相变高炉矿渣集料，其外边缘距离路基侧面50~80cm。当路基填筑高度达到设计高度的2/3-4/5时，在路基上表面铺设一层隔水土工布4（隔水土工布可采用gcl），之后采用制备好的相变钢渣集料分两层压实填筑得到相变路基保温层3，相变路基保温层3的厚度为15-25cm，相变路基保温层3填筑完成后再继续填筑路基1直到达到设计高度，即可。

技术特征：

1.一种相变控温的抗冻胀路基结构，其特征在于：包括路基、侧向相变路基保温层、相变路基保温层和隔水土工布；

所述侧向相变路基保温层沿路基坡度方向铺设，所述相变路基保温层和隔水土工布沿路基结构层方向铺设，隔水土工布设置在相变路基保温层下方；

所述侧向相变路基保温层、相变路基保温层和隔水土工布将路基包围起来，在路基内部形成抗冻胀路基结构。

2.根据权利要求1所述的路基结构，其特征在于：所述侧向相变路基保温层的厚度为20-30cm，侧向相变路基保温层外边缘距离路基侧面50-80cm。

3.根据权利要求1所述的路基结构，其特征在于：所述相变路基保温层的厚度为15-25cm，设置于路基高度的2/3-4/5处。

4.根据权利要求1所述的路基结构，其特征在于：所述侧向相变路基保温层采用相变高炉矿渣集料填筑而成，所述相变高炉矿渣集料是以吸附了相变材料十四烷的高炉矿渣为内核，在内核外包裹环氧树脂外壳得到。

5.吸附过程为

根据权利要求4所述的路基结构，其特征在于：所述环氧树脂外壳的厚度为3-6mm。

6.根据权利要求1所述的路基结构，其特征在于：所述相变路基保温层采用相变钢渣集料填筑而成，所述相变钢渣集料是以吸附了相变材料十四烷的钢渣为内核，在内核外包裹环氧树脂外壳得到。

7.根据权利要求6所述的路基结构，其特征在于：所述环氧树脂外壳的厚度为3-6mm。

8.权利要求1所述的路基结构的实施方法，其特征在于：包括以下步骤：采用填料填筑路基，在铺设路基的同时沿路基坡度铺设侧向相变路基保温层，侧向相变路基保温层的厚度为20-30cm，侧向相变路基保温层外边缘距离路基侧面50-80cm；当路基填筑达到路基设计高度的2/3-4/5时，在路基表面铺设一层隔水土工布，在隔水土工布上方铺设相变路基保温层，之后再填筑路基直到达到设计高度。

技术总结
本发明公开了一种相变控温的抗冻胀路基结构，包括路基、侧向相变路基保温层、相变路基保温层和隔水土工布；所述侧向相变路基保温层沿路基坡度方向铺设，所述相变路基保温层和隔水土工布沿路基结构层方向铺设，隔水土工布设置在相变路基保温层下方；所述侧向相变路基保温层、相变路基保温层和隔水土工布将路基包围起来，在路基内部形成抗冻胀路基结构。本发明的路基结构能够通过相变材料的相变实现路基内部温度的自动调节，可以有效避免季节性冻土区的路基发生冻胀灾害，该路基结构施工简单、节能环保。

技术研发人员：刘志彬;白梅;刘锋;张书建;张锦鹏;黄昊冉
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：2019.08.20
技术公布日：2019.12.13