一种用于冻土路基的热害防治系统

1.本发明涉及冻土防护技术领域，特别是涉及一种用于冻土路基的热害防治系统。


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季节冻土与多年冻土。我国是世界上多年冻土分布面积的第三大国，仅次于俄罗斯和加拿大。多年冻土主要分布于我国的东北地区与青藏高原地区。
3.多年冻土作为气候与地质条件长期作用的产物，自身对温度较为敏感，冻土的物理力学性能与工程稳定性质受温度变化影响显著。就路基工程而言，由于修建路基改变了原始地表与大气间的换热条件，打破了路基下覆多年冻土的水热平衡状态，导致多年冻土局部退化严重，容易引起路基路面的不均匀沉降，严重影响道路的平顺性，给工程建设与后期运维造成巨大困难。青藏公路、青藏铁路也因为多年冻土路段常出现不同等级的破坏，导致道路通行速度难以达到设计时速。此外，多年冻土退化容易诱发热融湖塘、热融滑塌等冻融灾害，也将威胁道路通行安全。
4.研究人员提出了不同的冷却措施保护下覆多年冻土，主要包括被动冷却措施和主动冷却措施。被动措施以保持地温的初始状况或减缓冻土退化为主，如高填方路基、保温板等；主动措施以采取积极改造冻土热状况的工程措施为主，使其提高冻土的热惰性和降低冻土的热敏感性，如通风管路基、片石路基、热棒路基等。虽然传统的路基冷却措施能够延缓多年冻土退化，但仍存在一定的局限性，并不能实现对多年冻土的实时保护，难以满足多年冻土区高速公路、高速铁路等对路基变形的要求。要想实现对多年冻土的实时保护，就要完成由低温冻土向高温空气的传热，即制冷过程，需要有外力做功。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的问题在于，提供一种用于冻土路基的热害防治系统，能够满足不同路基宽度需求，通过人工制冷增加冷储量，防止多年冻土退化，保持多年冻土地区道路的平顺性。
6.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于冻土路基的热害防治系统，包括供电装置、制冷装置和保温板，所述制冷装置包括制冷驱动器、冷凝器、节流器和制冷管，所述制冷驱动器的输出端依次通过所述冷凝器和所述节流器与所述制冷管的输入端连接，所述制冷管的输出端与所述制冷驱动器的输入端连接，所述制冷管包括多个制冷单元管，所述保温板铺设在路基内，所述保温板包括多个相互拼接的保温单元板，所述制冷单元管设置在所述保温单元板的底部；相邻的所述保温单元板拼接时，相邻的所述制冷单元管通过连接头连接；所述供电装置为所述制冷装置供电。
7.作为本发明优选的方案，相邻的两个所述保温单元板之间设有连接板，所述保温单元板上设有与所述连接板的一端配合的缺口，所述连接板的两端分别与相邻的两个所述保温单元板上的缺口连接。
8.作为本发明优选的方案，所述制冷单元管的端部伸出至所述保温单元板的缺口，所述连接头位于所述连接板的下方。
9.作为本发明优选的方案，所述连接板的材质与所述保温单元板的材质相同，且所述连接板的厚度与所述保温单元板的厚度相同。
10.作为本发明优选的方案，所述保温单元板的底部设有导热管，所述导热管为密封管道，所述导热管内填充有导热液，所述导热管与所述制冷单元管连接且不连通。
11.作为本发明优选的方案，所述导热管为扁平铜管；所述制冷单元管为圆形铜管。
12.作为本发明优选的方案，所述保温板上设有多组所述制冷管，所述节流器的输出端设有分液接头，每一所述制冷管的输入端与所述分液接头的一个分液口连接，所述制冷驱动器的输入端设有集液接头，每一所述制冷管的输出端与所述集液接头的一个集液口连接。
13.作为本发明优选的方案，所述保温单元板的顶面与底面均开设有多个凹槽。
14.作为本发明优选的方案，所述供电装置为光伏发电装置、风力发电装置或风光混合发电装置。
15.作为本发明优选的方案，所述制冷驱动器为直流变频压缩机。
16.本发明实施例一种用于冻土路基的热害防治系统与现有技术相比，其有益效果在于：
17.本发明通过将保温单元板与制冷单元管预制成复合结构，一方面通过保温单元板相互连接形成的保温板能够减少路面热流向下传导，另一方面通过制冷单元管相互连接形成的制冷管实现增加保温板下覆地层的冷储量，提高多年冻土层上限，进而减少活动层厚度，同时有效避免路基出现融沉，保证路基整体结构的稳定性与安全性；而且保温板为拼接式结构，保温单元板能够根据不同路基宽度进行拼接，实用性强；可见，本发明能够满足不同路基宽度需求，通过人工制冷增加冷储量，防止多年冻土退化，保持多年冻土地区道路的平顺性。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。
19.图1是本发明提供的一种用于冻土路基的热害防治系统的结构示意图；
20.图2是保温单元板的结构示意图；
21.图3是保温单元板的侧视图；
22.图4是制冷装置的结构示意图；
23.图中，1为供电装置；11为电能控制器；12为光伏板；13为风机；14为蓄电池；2为制冷装置；制冷驱动器；22为冷凝器；23为节流器；24为制冷管；241为制冷单元管；242为连接头；25为导热管；26为分液接头；27为集液接头；28为高压阀；29为低压阀；30为制冷控制器；3为保温板；31为保温单元板；32为连接板；311为缺口。
具体实施方式
24.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施
例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
25.在本发明的描述中，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发明和简化描述，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发明的限制。应当理解的是，本发明中采用术语“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，在不脱离本发明范围的情况下，“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。
26.如图1～图4所示，本发明实施例优选实施例的一种用于冻土路基的热害防治系统，包括供电装置1、制冷装置2和保温板3，所述制冷装置2包括制冷驱动器21、冷凝器22、节流器23和制冷管24，所述制冷驱动器21的输出端依次通过所述冷凝器22和所述节流器23与所述制冷管24的输入端连接，所述制冷管24的输出端与所述制冷驱动器21的输入端连接，制冷驱动器21、冷凝器22、节流器23与制冷管24依次连接形成循环回路，同时该循环回路内填充有制冷剂，所述制冷剂优选为r410a制冷剂；所述制冷管24包括多个制冷单元管241，所述保温板3铺设在路基内，所述保温板3包括多个相互拼接的保温单元板31，所述制冷单元管241设置在所述保温单元板31的底部；相邻的所述保温单元板31拼接时，相邻的所述制冷单元管241通过连接头242连接；所述供电装置1为所述制冷装置2供电。
27.具体的，所述制冷驱动器21、冷凝器22、节流器23均被封装在制冷主机箱内部，同时制冷主机箱内设有制冷控制器30，制冷主机箱上设有外壁上设有镂空的散热孔，能够满足制冷装置2的冷凝散热要求；制冷控制器30与制冷驱动器21连接，制冷主机箱的外部预留有与所述节流器23的输出端连接的高压阀28和与所述制冷驱动器21的输入端连接的低压阀29，所述高压阀28与所述制冷管24的输入端连接，所述低压阀29与所述制冷管24的输出端连接；而且通过制冷控制器30能够调控制冷温度、启停时间。冷凝器22优选为风冷式冷凝器22，节流器23优选为毛细管或电子节流阀。
28.示例性的，相邻的两个所述保温单元板31之间设有连接板32，所述保温单元板31上设有与所述连接板32的一端配合的缺口311，所述连接板32的两端分别与相邻的两个所述保温单元板31上的缺口311连接，通过连接板32有效将相邻的两个保温单元板31实现连接。具体的，所述连接板32的材质与所述保温单元板31的材质相同，且连接板32的厚度与保温单元板31的厚度相同，保证连接板32与保温单元板31之间的连接稳定性，保证效果好；连接板32为几何对称结构，连接板32的两端为圆形、中间为矩形，方便连接板32与保温单元板31之间的连接。
29.在本实施例中，保温单元板31设有两种型号，一种为：保温单元板31的四边均设有缺口311，在保温单元板31底部连接有两个平行横向布置的平直状的制冷单元管241，另一种为：保温单元板31的三边设有缺口311，在保温单元板31底部连接有一个呈u形的制冷单元管241，u形的制冷单元管241的两个端口分别与相邻的保温单元板31上的两个平直状的制冷单元管241连接。
30.示例性的，所述制冷单元管241的端部伸出至所述保温单元板31的缺口311，所述连接头242位于所述连接板32的下方，所述连接头242位于相邻的两个缺口311形成的位置上，使制冷单元管241的端部暴露于缺口311位置，以便于制冷单元管241与连接头242的连
接，制冷单元管241与连接头242能够通过铜钠子连接或焊接连接。
31.示例性的，所述保温单元板31的底部设有导热管25，所述导热管25为密封管道，所述导热管25内填充有导热液，所述导热管25与所述制冷单元管241连接且不连通，所述导热管25优选为扁平铜管，使导热管25与保温单元板31的接触面积更加，提高传导冷量；所述制冷单元管241优选为圆形紫铜管；优选的，导热管25固定连接在制冷单元管241，导热管25与制冷单元管241垂直设置，通过导热管25能够加速制冷单元管241的冷量沿纵向传导，提升制冷效果。
32.示例性的，所述保温板3上设有多组所述制冷管24，所述节流器23的输出端设有分液接头26，通过分液接头26能够有效将节流器23输出端输出的制冷剂进行均匀分液，每一所述制冷管24的输入端与所述分液接头26的一个分液口连接；所述制冷驱动器21的输入端设有集液接头27，每一所述制冷管24的输出端与所述集液接头27的一个集液口连接；同时每组制冷管24内的制冷单元管241根据满足不同路基宽度的要求进行串联或并联，并联时，制冷单元管241通过分液头或三通接头进行连接。当然在其他实施例中，保温板3上设有一组所述制冷管24，即制冷管24中的制冷单元管241串联，整个制冷管24呈蛇形布置。
33.示例性的，所述保温单元板31的顶面与底面均开设有多个等间距布置的凹槽，能够保证保温单元板31的顶面与保温单元板31的底面均增大与路基土体的接触面积，增强保温板3与路基的连接稳固性。
34.示例性的，所述供电装置1为光伏发电装置、风力发电装置或风光混合发电装置，供电装置1内置有电能控制器11；供电装置1优选为风光混合发电装置，风光混合发电装置包括光伏板12、风机13、电能控制器11和蓄电池14，电能控制器11分别与蓄电池14、制冷装置2电连接，电能控制器11能够用于控制蓄电池14的充放电过程，防止蓄电池14馈电或过充。
35.示例性的，所述制冷驱动器21为直流变频压缩机；这样供电装置1生成的直流电能够直接供给直流变频压缩机工作，电能无需逆变，减少电量损耗，且直流变频压缩机能够根据实际电能供应情况自动变频，有效保证制冷装置2的连续运行状态。
36.示例性的，保温单元板31与连接板32的材质为xps(挤塑聚苯板)、eps(可发性聚苯乙烯保温板)或pu(聚氨酯保温板)中的任一种，或由上述材质复合形成，保证保温板3的保温性能好。
37.示例性的，制冷管24中外露在空气中的部分包覆有保温层，有效避免冷量损失。
38.示例性的，在本实施例中，所述保温板3设置在路基的底部且位于多年冻土的上限处，有效对多年冻土起到补充冷量与防止冻土退化。而在其他实施例中，为了施工方便，所述保温板3设置在路基的底部且位于天然地表界面上。
39.本发明具体应用方法如下：
①
按照路基基体的施工顺序，进行路基基体位置放样与场地平整；
②
根据路基、路面的宽度，确定保温板3的用量与排布方式；
③
将保温单元板31按照顺序进行拼接，通过连接头242焊接或铜钠子将相邻的制冷单元管241进行连接；
④
路基进行分层填筑、碾压后铺设路面；
⑤
将制冷装置2、供电装置1设置在路基的两侧，制冷管24的两端通过连接铜管连接分别与制冷驱动器21的输出端和冷凝器22的输出端连接；
⑥
检查整体电路与制冷回路，设置制冷参数。
40.综上，本发明通过将保温单元板31与制冷单元管241预制成复合结构，一方面通过
保温单元板31相互连接形成的保温板3能够减少路面热流向下传导，另一方面通过制冷单元管241相互连接形成的制冷管24实现增加保温板3下覆地层的冷储量，提高多年冻土层上限，进而减少活动层厚度，同时有效避免路基出现融沉，保证路基整体结构的稳定性与安全性；而且保温板3为拼接式结构，保温单元板31能够根据不同路基宽度进行拼接，实用性强；可见，本发明能够满足不同路基宽度需求，通过人工制冷增加冷储量，防止多年冻土退化，保持多年冻土地区道路的平顺性。
41.在本发明的描述中，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发明中的具体含义。
42.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种用于冻土路基的热害防治系统，其特征在于，包括供电装置、制冷装置和保温板，所述制冷装置包括制冷驱动器、冷凝器、节流器和制冷管，所述制冷驱动器的输出端依次通过所述冷凝器和所述节流器与所述制冷管的输入端连接，所述制冷管的输出端与所述制冷驱动器的输入端连接，所述制冷管包括多个制冷单元管，所述保温板铺设在路基内，所述保温板包括多个相互拼接的保温单元板，所述制冷单元管设置在所述保温单元板的底部；相邻的所述保温单元板拼接时，相邻的所述制冷单元管通过连接头连接；所述供电装置为所述制冷装置供电。2.如权利要求1所述的用于冻土路基的热害防治系统，其特征在于，相邻的两个所述保温单元板之间设有连接板，所述保温单元板上设有与所述连接板的一端配合的缺口，所述连接板的两端分别与相邻的两个所述保温单元板上的缺口连接。3.如权利要求2所述的用于冻土路基的热害防治系统，其特征在于，所述制冷单元管的端部伸出至所述保温单元板的缺口，所述连接头位于所述连接板的下方。4.如权利要求2所述的用于冻土路基的热害防治系统，其特征在于，所述连接板的材质与所述保温单元板的材质相同，且所述连接板的厚度与所述保温单元板的厚度相同。5.如权利要求1所述的用于冻土路基的热害防治系统，其特征在于，所述保温单元板的底部设有导热管，所述导热管为密封管道，所述导热管内填充有导热液，所述导热管与所述制冷单元管连接且不连通。6.如权利要求5所述的用于冻土路基的热害防治系统，其特征在于，所述导热管为扁平铜管；所述制冷单元管为圆形铜管。7.如权利要求1所述的用于冻土路基的热害防治系统，其特征在于，所述保温板上设有多组所述制冷管，所述节流器的输出端设有分液接头，每一所述制冷管的输入端与所述分液接头的一个分液口连接，所述制冷驱动器的输入端设有集液接头，每一所述制冷管的输出端与所述集液接头的一个集液口连接。8.如权利要求1所述的用于冻土路基的热害防治系统，其特征在于，所述保温单元板的顶面与底面均开设有多个凹槽。9.如权利要求1所述的用于冻土路基的热害防治系统，其特征在于，所述供电装置为光伏发电装置、风力发电装置或风光混合发电装置。10.如权利要求9所述的用于冻土路基的热害防治系统，其特征在于，所述制冷驱动器为直流变频压缩机。

技术总结
本发明涉及冻土防护技术领域，公开了一种用于冻土路基的热害防治系统，包括供电装置、制冷装置和保温板，制冷装置包括制冷驱动器、冷凝器、节流器和制冷管，制冷驱动器的输出端依次通过冷凝器和节流器与制冷管的输入端连接，制冷管的输出端与制冷驱动器的输入端连接，制冷管包括多个制冷单元管，保温板铺设在路基内，保温板包括多个相互拼接的保温单元板，制冷单元管设置在保温单元板的底部；相邻的保温单元板拼接时，相邻的制冷单元管通过连接头连接；供电装置为制冷装置供电。本发明能够满足不同路基宽度需求，通过人工制冷增加冷储量，防止多年冻土退化，保持多年冻土地区道路的平顺性。路的平顺性。路的平顺性。


技术研发人员：孙兆辉 刘建坤 游田 常丹 李学
受保护的技术使用者：中山大学
技术研发日：2021.12.28
技术公布日：2022/3/8