一種多年凍土區輸電塔基制冷結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明專利涉及一種利用多孔介質層的隔熱降溫性能與排水作用的輸電塔基基礎結構。適合用于維持多年凍土區塔基基礎的穩定。
[0002]
【背景技術】
[0003]隨著國家經濟發展，在多年凍土區的輸電工程逐漸增加。多年凍土區塔基在修建運營過程中，地層溫度升高，從而造成凍土的融化，基礎下沉，塔基上部構筑物的穩定性能及服役性能受到威脅。現采用制冷措施為熱棒技術，其成本較高，施工復雜。因此，研發一種結構簡便，成本低廉的輸電塔基制冷結構，維持塔基上部構筑物的穩定具有重要意義。
[0004]自1998年Harris在野外發現塊碎石層具有制冷作用后，這一功能被廣泛應用到多年凍土區的路基結構中。目前有關利用塊碎石層降溫的專利有:“塊碎石聚冷路基”(專利號:200520079261.3，塊石層厚度0.9m~l.5m，粒徑15~30cm);“一種凍土區高速公路片塊石通風路基”(專利號:201120560303.0，塊石層厚度1.0m~2.0m，粒徑10~30cm);“一種防止寒區道路翻漿的新型路基結構”(專利號:201010272125，碎石層厚度為50cm-80cm，碎石粒徑為 5cm-20cm)o
[0005]目前，已有專利全是針對路基工程，對粒徑、厚度及材料類型進行了限制。已有專利將多孔介質材料限定為塊/碎石材料。凍土區輸電塔基與路基差異顯著，在利用多孔介質層的降溫功能時，其鋪設要求與路基完全不同。由于水平與豎直方向載荷較小，鋪設在塔基周圍的多孔介質層強度要求較低，對多孔介質的材料類型沒有限制，能滿足孔隙率要求即可，同時由于多孔介質層鋪設于地表以下，其能夠較快的消除工程擾動所帶來的熱影響效應。

【發明內容】

[0006]基于上述，本發明專利的目的在于提供一種多年凍土區輸電塔基制冷結構，利用多孔介質層的熱二極管效應和多孔介質隔熱性能對塔基執行制冷，配套其它附屬結構排水，達到維持塔基穩定的目的。本發明的創新性和新穎性體現在:(a)利用多孔介質的傳熱特性，而不是限定某一種特定材料；(b)為多年凍土塔基的穩定性控制提供了新技術；(C)給出了保障制冷效果的多孔介質孔隙率參數。
[0007]本發明專利的目的是通過以下措施來實現:
一種多年凍土區輸電塔基制冷結構，包括天然地表，塔基，多孔介質層，土工布。在天然地表開挖坑中，澆筑塔基周圍鋪設多孔介質材料，在多孔介質層上部鋪設土工布，土工布上方填埋天然地表層。
[0008]上述多孔介質至少為爐渣層、碎塊石層、木肩層的一種，其中爐渣，碎塊石，木肩孔隙率為 0.20-0.40。
[0009]上述多孔介質層水平方向寬度為塔基基礎底部寬度的1.5-2倍，豎直方向厚度為80cm?160cm。
[0010]本發明專利的優點和產生的有益效果是:
1、多孔介質層具有熱半導體效應，冷季發生自然對流與強迫對流，促使下部土體溫度降低；暖季有效導熱系數較低，起到熱傳導隔熱的作用。多孔介質層可以有效降低土體溫度，從而保證塔基的長期熱穩定。其次，多孔介質層還可以隔斷水分向上迀移，從而防止土體凍脹、塔基凍拔病害發生。
[0011]2、結構簡單，材料不受限制，有較好的推廣前景。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發明專利結構橫斷面圖。
[0013]圖2為本發明專利4月15日(冷季)的模擬多孔介質層內速度分布圖。
[0014]圖3為本發明專利7月15日(暖季)的模擬多孔介質層內速度分布圖。
[0015]圖4是本發明專利模擬第10年10月15日塔基基礎的溫度等值線圖。
[0016]圖5是本發明專利模擬第10年10月15日多孔介質層+塔基基礎的溫度等值線圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖，通過以下實施例對本發明專利的技術方案予以進一步說明: 本實施例中多孔介質3采用爐渣。爐渣內部孔隙度較大，孔隙度為0.35。空氣彌散在其中，各空隙相互連通。冷季爐渣層發生自然對流與強迫對流，促使下部土體溫度降低；暖季爐渣層有效導熱系數較低，起到熱傳導隔熱的作用。
[0018]如圖1所示，一種多年凍土區輸電塔基制冷結構，包括天然地表1，塔基2，多孔介質層3和土工布4。塔基2為灌注錐柱式基礎。在天然地表I開挖輸電塔基坑中，澆筑塔基2的周圍鋪設多孔介質層3，多孔介質層寬度為塔基基礎底部寬度的1.5-2倍，并且壓實多孔介質層3，厚度為80cm~160cm，用于降低塔基2周圍土體溫度。在多孔介質層3上部鋪設土工布4，土工布4鋪設范圍為300cmX300cm。土工布4上方填埋天然地表層I。
[0019]本發明通過數值模擬仿真的方法對塔基基礎、多孔介質層+塔基基礎的溫度場進行對比分析，圖2是01月15日(冷季)，圖3是7月15日(暖季)的模擬多孔介質層內速度分布圖，由圖2可知:冷季多孔介質層內部對流較強，在塔基基礎附近形成向下的對流漩渦，有利于外部“冷能”的傳入，內部熱量的傳出；由圖3可知:暖季多孔介質層內部對流較弱，在塔基基礎附近形成向上的對流漩渦，有利于阻止外部熱量的傳入。圖4是模擬第10年10月15日塔基基礎，圖5是多孔介質層+塔基基礎的溫度等值線圖，對比分析圖4、圖5可知:塔基運營10年后，多孔介質層有效的提高塔基周圍的凍土上限，較未設置多孔介質層的塔基，上限抬高約0.3m，使塔基底部周圍的土質始終處于凍結狀態。通過圖5分析可知:多孔介質層+輸電塔基基礎結構能有效的降低塔基基礎周圍土體的溫度，對于主要考慮融沉變形的塔基基礎而言十分有利，提高了輸電塔基熱穩定性，有利于輸電塔基下部凍土的保護。
【主權項】
1.一種多年凍土區輸電塔基制冷結構，包括天然地表(1)，塔基(2)，多孔介質層(3)，土工布(4)，其特征是在開挖天然地表(I)坑中，澆筑塔基(2)周圍鋪設多孔介質層(3)，在多孔介質層(3 )上部鋪設土工布(4 )，土工布(4 )上方填埋天然地表層(I)。
2.根據權利要求1所述一種多年凍土區輸電塔基制冷結構，其特征是多孔介質層(3)至少為爐渣層、碎塊石層、木肩層中的一種，其中爐渣，碎塊石，木肩孔隙率為0.20-0.40。
3.根據權利要求1所述一種多年凍土區輸電塔基制冷結構，其特征是多孔介質層(3)水平方向寬度為塔基基礎底部寬度的1.5-2倍，豎直方向厚度為80cm~160cm。
【專利摘要】本發明涉及一種多年凍土區輸電塔基制冷結構，包括天然地表，塔基，多孔介質層，土工布。在開挖天然地表坑中，澆筑塔基周圍鋪設多孔介質層，在多孔介質層上部鋪設土工布，土工布上方填埋天然地表層。本發明采用多孔介質層降低土體溫度，阻隔水分遷移、排泄積水，可防止土體凍脹、塔基融沉與凍拔等病害發生，此外，由于多孔介質層埋設與塔基周圍，天然地表以下，能夠較快的消除工程擾動所帶來的熱影響效應。
【IPC分類】E02D3-115
【公開號】CN104532826
【申請號】CN201410200015
【發明人】陳琳, 喻文兵, 易鑫, 劉偉博
【申請人】中國科學院寒區旱區環境與工程研究所
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年7月7日