一种冻土路基防护结构

1.本实用新型涉及冻土防护技术领域，特别是涉及一种冻土路基防护结构。


背景技术：

2.冻土是指温度低于0℃的含有冰的各类土(岩)的总称。根据持续时间可以分为短时冻土、季节冻土和多年冻土。我国多年冻土分布面积位居世界第三，仅次于俄罗斯、加拿大。冻土的物理力学性质受温度影响显著。负温条件下土中水冻结成冰与水分迁移导致冻胀变形；正温条件下冻土中冰融化成水，引发热融沉降，冻融循环作用更易导致工程结构体系的变形破坏。
3.在冻土工程建设方面，国内外普遍认为：季节冻土区主要面临冻胀问题，多年冻土区首要考虑热融问题。在多年冻土区修筑路基结构，必然改变地表与大气间的换热条件，打破路基下覆多年冻土的水热平衡，加之全球气候变暖的影响，将导致多年冻土退化，活动层深度增大，引发一系列冻土热害问题，严重影响道路的长期服役性能。
4.过去青藏公路、青藏铁路建设中，提出了保护多年冻土措施。如高填方路基、保温路基等，这类路基依靠增加热阻来保护路基下覆多年冻土，属于被动保护型。另有主动冷却型路基，如碎石路基、通风管路基、片石护坡路基等，主要依靠空气对流，达到冷却路基的目的，容易遭受风沙封堵，后期运维相对困难；热棒路基依靠工质相变将路基内部热量传至大气环境，但只能在寒季发挥降温作用，季节匹配性差。


技术实现要素：

5.本实用新型所要解决的问题在于，提供一种冻土路基防护结构，能够主动制冷为冻土层实时补冷，保证路基的结构稳定，防止多年冻土层退化。
6.为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种冻土路基防护结构，包括路基、制冷装置、电能供给装置和主控器，所述制冷装置包括制冷驱动器、冷凝器和制冷管，所述制冷管包括制冷输送段和与所述制冷输送段的输出端连接的回送段，所述制冷驱动器的输出端通过所述冷凝器与所述制冷输送段的输入端连接，所述回送段的输出端与所述制冷驱动器的输入端连接；所述路基设在季节冻土层上，所述路基内沿所述路基铺设方向设有保温板，所述制冷输送段设置在季节冻土层或所述路基内且位于所述保温板的下方，所述回送段设置在所述路基内且位于所述保温板的上方；
7.所述主控器分别与所述制冷装置和电能供给装置连接，所述电能供给装置为所述主控器和制冷装置供电。
8.作为本实用新型优选的方案，所述制冷管的管壁设有温度传感器，所述主控器与所述温度传感器连接，所述电能供给装置为所述温度传感器供电。
9.作为本实用新型优选的方案，所述电能供给装置为光伏发电装置、风力发电装置或光伏风力发电装置；所述制冷驱动器为直流压缩机。
10.作为本实用新型优选的方案，所述冷凝器与制冷管之间设有节流器。
11.作为本实用新型优选的方案，所述直流压缩机为蒸汽式直流压缩机，所述冷凝器为风冷式冷凝器，所述节流器为毛细管或电子节流阀。
12.作为本实用新型优选的方案，还包括保护壳，所述直流压缩机、冷凝器、节流器和主控器设置在所述保护壳内。
13.作为本实用新型优选的方案，所述制冷管设有多条且均沿所述路基的宽度方向布置。
14.作为本实用新型优选的方案，所述保温板为挤塑聚苯板、可发性聚苯乙烯保温板、聚氨酯保温板中的任一种。
15.作为本实用新型优选的方案，所述制冷输送段和回送段暴露于空气中的部分包裹保温材料。
16.作为本实用新型优选的方案，还包括与所述主控器连接的无线传输器。
17.本实用新型实施例一种冻土路基防护结构与现有技术相比，其有益效果在于：
18.本实用新型通过制冷装置能够为路基与下覆的季节冻土层、多年冻土层实时补冷，避免季节冻土层融化影响路基结构，提高路基下覆多年冻土层冷储量；而且回送段、制冷输送段分别布置于保温板的上下两侧，保温板一方面可以阻隔地表与边坡的热流入侵，另一方面可以减少制冷输送段的冷量散失，回送段置于保温板的上方，避免回送段的温度影响冷输送段的温度；可见，本实用新型能够主动制冷为冻土层实时补冷，保证路基的结构稳定，防止多年冻土层退化。
附图说明
19.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。
20.图1是本实用新型提供的一种冻土路基防护结构的结构示意图；
21.图中，1为路基；2为制冷装置；21为制冷管；211为制冷输送段；212为回送段；3为电能供给装置；4为保温板；5为保护壳；6为季节冻土层；7为多年冻土层。
具体实施方式
22.下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
23.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。应当理解的是，本实用新型中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本实用新型范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。
24.如图1所示，本实用新型实施例优选实施例的一种冻土路基防护结构，包括路基1、制冷装置2、电能供给装置3和主控器，所述制冷装置2包括制冷驱动器、冷凝器和制冷管21，所述制冷管21包括制冷输送段211和与所述制冷输送段211的输出端连接的回送段212，所
述制冷驱动器的输出端通过所述冷凝器与所述制冷输送段211的输入端连接，所述回送段212的输出端与所述制冷驱动器的输入端连接；所述路基1设在季节冻土层6上，所述路基1内沿所述路基1铺设方向设有保温板4，所述制冷输送段211设置在季节冻土层6或所述路基1内且位于所述保温板4的下方，所述回送段212设置在所述路基1内且位于所述保温板4的上方；
25.所述主控器分别与所述制冷装置2和电能供给装置3连接，所述电能供给装置3为所述主控器和制冷装置2供电。
26.示例性的，所述制冷管21的管壁设有温度传感器，所述主控器与所述温度传感器连接，所述电能供给装置3为所述温度传感器供电，能够通过主控器预先设定制冷温度与回差温度，当温度传感器反馈的实测温度小于设定制冷温度与回差温度之差时，制冷装置2停止工作；反之制冷装置2启动进行主动制冷；此外，通过主控器能够控制制冷装置2的启动与停止时间；冻土路基防护结构能够实现对冻土路基1的精确补冷，避免多年冻土路基1因供冷过多或过少出现冻融病害。
27.示例性的，所述电能供给装置3为光伏发电装置、风力发电装置或光伏风力发电装置；所述制冷驱动器为直流压缩机；所述电能供给装置3的发电机组(光伏板、风力发电机等)通过金属支架固定于地表；通过太阳能、风力发电绿色环保，采用离网发电，解决了多年冻土区域市电供应难题；采用直流压缩机，能够直接应用电能供给装置3产生的直流电，无需经过逆变器，一方面可以减少逆变过程中的电量损失，另一方面也降低了设备成本。优选的的，本实施例中，电能供给装置3优选为光伏发电装置，光伏发电装置包括光伏发电板和光伏控制器，所述光伏控制器与主控器连接，所述光伏发电板通过金属支架固定于距地表一定高度处，可以避免地面环境因素与人为因素对发电效率的影响；光伏发电板的输出电流为直流电，单块光伏发电板的输出电压一般为18v～36v，通过将多块光伏发电板串联，可以将输出电压控制在80v～380v，以满足制冷装置2的直流电压条件。
28.示例性的，所述冷凝器与制冷管21之间设有节流器；压缩机、冷凝器、节流阀与制冷管21之间形成闭环制冷回路，该闭环制冷回路内填充有制冷剂，所述制冷管21优选为铜管；具体的，所述压缩机为蒸汽式直流压缩机；在实际应用中，青藏地区、西北地区等典型多年冻土区，往往气候严寒、多烈风，所述冷凝器优选为风冷式冷凝器，有效提高冷凝器的散热效果；所述节流器为毛细管或电子节流阀。
29.示例性的，所述冻土路基防护结构还包括保护壳5，所述直流压缩机、冷凝器、节流器和主控器设置在所述保护壳5内，方便整体运输搬运与固定安装，保护壳5前后面镂空，能够满足冷凝散热要求。
30.示例性的，所述制冷管21设有多条且均沿所述路基1的宽度方向布置，节流器的输出口设有与多条制冷输送段211连接的分液头，方便制冷输送段211的布置，所述制冷输送段211通过多个y型三通或变径三通与回送段212相连；其中，制冷输送段211的应用形式可以是直管，也可以是螺旋管；回送段212的应用形式优选为直管。
31.示例性的，所述保温板4为挤塑聚苯板(xps)、可发性聚苯乙烯保温板(eps)、聚氨酯保温板(pu)中的任一种，其具有良好的保温性与疏水性，起到有效的保温隔热作用。
32.示例性的，所述制冷输送段211和回送段212暴露于空气中的部分包裹保温材料，减少制冷管21的冷量散失。
33.示例性的，所述冻土路基防护结构还包括与所述主控器连接的无线传输器，通过无线传输器能够通过无线网络与远程终端连接，反馈冻土路基防护结构的实时状况。
34.由此，本实用新型通过制冷装置2能够为路基1与下覆的季节冻土层6、多年冻土层7实时补冷，避免季节冻土层6融化影响路基1结构，提高路基1下覆多年冻土层7冷储量；而且回送段212、制冷输送段211分别布置于保温板4的上下两侧，保温板4一方面可以阻隔地表与边坡的热流入侵，另一方面可以减少制冷输送段211的冷量散失，回送段212置于保温板4的上方，避免回送段212的温度影响冷输送段的温度；可见，本实用新型能够主动制冷为冻土层实时补冷，保证路基的结构稳定，防止多年冻土层7退化。
35.综上，在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
36.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。