專利名稱：一種適用于多年凍土區的保溫盲溝設施及施工方法
技術領域：
本發明屬于多年凍土區工程技術領域，涉及一種適用于多年凍土區地表水及凍結層上水的截排水設施，特別涉及一種適用于多年凍土區的保溫盲溝設施，可以廣泛應用于多年凍土區工程領域中的凍結層上水的截流和疏通排泄；本發明還涉及一種建設該保溫盲溝設施的施工方法。
背景技術：
凍結層上水是指多年凍土層上部融凍層中的地下水，俗稱浮水。寒冷季節常凍結成冰，溫暖季節融化成水；當浮水全呈液態時，具有自由水面，并以多年凍結層為隔水底板，構成潛水。冬季其上部凍結時，凍結的部分成為連續的隔水頂板，下部未凍結部分的水就具有承壓水的性質。凍結層上水常分布于多年凍土區地形低洼處或寬廣平緩的分水嶺地區， 埋藏較淺(一般O. 5米左右)，水量不大，常為淡水。凍結層上水對工程建筑的熱侵蝕作用是危害工程建筑穩定的一個主要原因。目前常用排水溝和擋土埝阻止凍結層上水。但這兩種設施主要用于阻止地表水對工程建筑的熱侵蝕作用，對于地表以下土體中的凍結層上水無法阻止，且在寒季容易凍結形成冰椎等危害工程建筑的安全。我國多年凍土區主要分布在東北高緯度地區的大、小興安嶺和松嫩平原北部及西部高山和青藏高原。近年來為了發展這些地區的經濟、民生，國家逐年加大對該區域的工程建設力度，興建了一大批包括公路、鐵路等在內的基礎建設。對在建和已建成的工程建筑，如何阻止凍結層上水的熱侵蝕作用，保證工程建設的順利進行和運營期間維護，是一個十分重要的問題。
發明內容
本發明的目的是提供一種適用于多年凍土區的保溫盲溝設施，能夠阻止凍結層上水的熱侵蝕作用，保證工程建設的順利進行和運營期間維護。本發明的另一個目的是提供一種上述保溫盲溝設施的施工方法。為實現上述目的，本發明所采用的技術方案是一種適用于多年凍土區的保溫盲溝設施，包括平放的桶形的反濾層，反濾層內、從下往上依次鋪砌有集排水層和碎石層，反濾層上設有保溫層，保溫層上覆蓋有黏土層，黏土層上覆蓋有地表植被層。本發明所采用的另一個技術方案是一種建設上述適用于多年凍土區的保溫盲溝設施的施工方法，具體按以下步驟進行
步驟I:在多年凍土區開挖有一定順坡的溝渠，該溝渠的出口位于易于排水的河流處或遠離工程建筑處；
步驟2 :在溝渠底部和側壁鋪設反濾土工布，使溝渠側壁鋪設的反濾土工布頂面與地表的距離為I I. 2m ;
步驟3:在鋪設的反濾土工布圍成的空間內鋪設集排水層，然后在集排水層上鋪砌厚度為10 20cm的碎石層進行找平，找平后，在碎石層上鋪設反濾土工布，碎石層上鋪設的反濾土工布與溝渠底部和溝渠側壁鋪設的反濾土工布共同構成平放的桶形的反濾層，再在反濾層頂面上鋪設保溫層；
步驟4 :在保溫層上回填黏性土，壓實，形成與地表相平的、密實度達到93%以上的黏土
層；
步驟5 :在黏土層上植草，形成地表植被層，從而建成適用于多年凍土區的保溫盲溝設施。本發明保溫盲溝設施的有益效果
I)適用于多年凍土區的阻排水設施，效果明顯，施工方便。·
2)采用的材料及構件均為標準材料，成本低廉且易于購買。3)施工工藝簡單易操作。4)反濾層能讓凍結層上水向盲溝內匯聚同時又隔絕了周圍土粒滲進集排水層。5)保溫層能夠起到良好的保溫作用，使得溝渠內匯聚的凍結層上水不會凍結而能夠順利排走。6)地表植被層考慮了環保要求，有利于維護多年凍土區的生態平衡。
圖I是本發明保溫盲溝設施的結構示意圖。圖2是圖I所示保溫盲溝設施的施工工藝流程圖。圖中1.反濾層，2.集排水層，3.碎石層，4.保溫層，5.黏土層，6.地表植被層。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明進行詳細說明。針對如何阻截和排走凍結層上水，本發明提出了一種結構如圖I所示的適用于多年凍土區的保溫盲溝設施，包括平放的桶形的反濾層1，反濾層I內、從下往上依次鋪砌有集排水層2和碎石層3，反濾層I上設有保溫層4，保溫層4上覆蓋有黏土層5，黏土層5上覆蓋有地表植被層6。本發明還提供了一種上述保溫盲溝設施的施工方法，其施工工藝流程圖如圖2所示，具體按以下步驟進行
步驟I :在多年凍土區開挖寬度為I I. 2m、下部深入凍土上限I I. 5m的溝渠，開挖的溝渠保證有一定的順坡，出口位于易于排水的河流處或遠離工程建筑處。開挖可采用機械開挖，凍土上限可通過查閱當地地質資料或鉆孔進行確認，開挖前應對現場進行調查，查清附件的輸油管道、光纜、電纜等設施的位置，在施工中注意保護，確保以上設施的安全，施工完成后標志外露可辨識；
步驟2 :在溝渠底部和側壁鋪設反濾土工布，使溝渠側壁鋪設的反濾土工布頂面與地表的距離為I I. 2m ;
反濾土工布采用符合國家相關標準的由合成纖維通過針刺或編織而成的透水性土工合成材料。使用該反濾土工布具有減少工程量、施工方便、速度快等優點。溝渠側壁鋪設的反濾土工布頂面與地表的距離為I I. 2m,是用于鋪設保溫層和回填黏土層，保證達到保溫作用。步驟3 :在鋪設的反濾土工布圍成的空間內鋪設集排水層2，然后在集排水層2上鋪砌厚度為10 20cm的碎石層3進行找平，找平完成后，在碎石層3上鋪設反濾土工布，碎石層3上鋪設的反濾土工布與溝渠底部和溝渠側壁鋪設的反濾土工布共同構成平放的桶形的反濾層1，再在反濾層I頂面上鋪設保溫板，形成保溫層4，使得集排水層2、碎石層
3、保溫層4和反濾層I頂層的高度之和與反濾層I側壁的高度相等；
集排水層2表面需堆砌整平，集排水層2采用大孔隙材料鋪設而成，其內部具有較大的孔隙率，保證儲水及水體的流通。為了降低成本優選塊徑為200 300mm、單軸極限抗壓強度不小于30Mpa的塊石鋪砌集排水層2，嚴禁采用強風化塊石，塊石石質應均勻、不易風化、無裂縫。
碎石層3由粒徑均一、不易風化、粒徑5 20mm的碎石鋪砌而成，鋪設時下部鋪設粒徑較大的碎石，往上變為粒徑小的碎石，便于碎石層3表面整平。保溫板采用厚度50 60mm的保溫板，優選XPS (絕熱用擠塑聚苯乙烯泡沫塑料)保溫板，上下交錯鋪設兩層，形成保溫層4。采用厚度50 60mm厚的保溫板能夠起到足夠的保溫作用。步驟4 :在保溫層4上回填黏性土，并用機械進行壓實，確保密實度達到93%以上，形成與地表相平的黏土層5 ;黏性土采用符合國家相關規范的純黏土 ；
壓實的黏土層5的密實度達到93%以上，能夠起到有效的隔水作用，更好地保護在建和已建成的工程建筑。步驟5 :在黏土層5上植草，形成地表植被層6，從而建成保溫盲溝設施。植草時所用的草種采用易于在多年凍土區生長的耐旱耐低溫植物。本設施完工后，凍結層上水可透過反濾層I在盲溝內匯聚，通過反濾層I上部的保溫層4保證盲溝內匯聚的水體不會凍結，使其呈現流體狀態，沿著溝渠順坡通過出口處排出至河流或遠離工程建筑位置。該設施通過地表植被層對由于施工造成的生態破壞進行了修復，因此不會破壞多年凍土區的生態平衡。同時，保溫層4對盲溝內水體保溫效果良好，植被層也對多年凍土起到一定的保溫作用。本保溫盲溝設施不僅能夠有效地阻截凍結層上水和地表水，防止凍結層上水在地表凍結形成凍脹丘等地質病害影響工程建筑的穩定，保溫效果良好，截排水性能強；而且能根據工程現場情況將凍結層上水排放到指定地點，施工快捷方便；同時，充分考慮了多年凍土區的環保問題，不會破壞多年凍土區的生態平衡，符合國家環保要求。
權利要求
1.一種適用于多年凍土區的保溫盲溝設施，其特征在于，包括平放的桶形的反濾層(I)，反濾層(I)內、從下往上依次鋪砌有集排水層(2 )和碎石層(3 )，反濾層(I)上設有保溫層(4 )，保溫層(4 )上覆蓋有黏土層(5 )，黏土層(5 )上覆蓋有地表植被層(6 )。
2.如權利要求I所述的適用于多年凍土區的保溫盲溝設施，其特征在于，所述反濾層(I)側壁的高度等于集排水層(2)高度、反濾層(I)頂層厚度、碎石層(3)高度與保溫層(4)高度之和。
3.如權利要求I或2所述的適用于多年凍土區的保溫盲溝設施，其特征在于，所述的反濾層(I)采用反濾土工布鋪設而成。
4.如權利要求3所述的適用于多年凍土區的保溫盲溝設施，其特征在于，所述的反濾土工布是由合成纖維通過針刺或編織而成的透水性土工合成材料。
5.一種建設權利要求I所述適用于多年凍土區的保溫盲溝設施的施工方法，其特征在于，該施工方法具體按以下步驟進行 步驟I :在多年凍土區開挖有一定順坡的溝渠，該溝渠的出口位于易于排水的河流處或遠離工程建筑處； 步驟2 :在溝渠底部和側壁鋪設反濾土工布，使溝渠側壁鋪設的反濾土工布頂面與地表的距離為I I. 2m ; 步驟3:在鋪設的反濾土工布圍成的空間內鋪設集排水層(2)，然后在集排水層(2)上鋪砌厚度為10 20cm的碎石層(3)進行找平，找平后，在碎石層(3)上鋪設反濾土工布，碎石層(3)上鋪設的反濾土工布與溝渠底部和溝渠側壁鋪設的反濾土工布共同構成平放的桶形的反濾層(I )，再在反濾層(I)頂面上鋪設保溫層(4)； 步驟4 :在保溫層(4)上回填黏性土，壓實，形成與地表相平的、密實度達到93%以上的黏土層(5); 步驟5:在黏土層(5)上植草，形成地表植被層(6)，從而建成適用于多年凍土區的保溫盲溝設施。
6.如權利要求5所述的適用于多年凍土區的保溫盲溝設施的施工方法，其特征在于，所述步驟I中溝渠的寬度為I I. 2m、下部深入凍土上限I I. 5m。
7.如權利要求5所述的適用于多年凍土區的保溫盲溝設施的施工方法，其特征在于，所述步驟3中集排水層(2)采用塊徑200 300mm的塊石鋪砌而成，塊石單軸極限抗壓強度不小于30MPa。
8.如權利要求5所述的適用于多年凍土區的保溫盲溝設施的施工方法，其特征在于，所述步驟3中碎石層(3)采用粒徑5 20_、不易風化的碎石鋪砌而成,鋪砌時下部鋪設粒徑較大的碎石，往上用粒徑小的碎石。
9.如權利要求5所述的適用于多年凍土區的保溫盲溝設施的施工方法，其特征在于，所述步驟3中保溫層(4)由上下交錯鋪設的厚度為50 60mm的兩層保溫板組成。
10.如權利要求5所述的適用于多年凍土區的保溫盲溝設施的施工方法，其特征在于，所述步驟3中集排水層(2 )高度、碎石層(3 )高度、保溫層(4 )高度和反濾層(I)頂層的高度之和與反濾層(I)側壁的高度相等。
全文摘要
本發明提供了一種適用于多年凍土區的保溫盲溝設施及施工方法，該設施包括內部鋪砌集排水層和碎石層的反濾層，反濾層上設有保溫層、黏土層和地表植被層。施工時，在多年凍土區開挖有一定順坡的溝渠；溝渠底部和側壁鋪設反濾土工布；在反濾土工布圍成的空間內填充集排水層和碎石層后，再鋪設反濾土工布，與溝渠內鋪設的反濾土工布構成反濾層；在保溫層上回填黏性土，壓實后植草；建成適用于多年凍土區的保溫盲溝設施。本保溫盲溝設施通過反濾層和集排水層截排水，用保溫層保障反濾層內的凍結層上水不會被凍結而順利排走，阻止凍結層上水的熱侵蝕作用，保證工程建設的順利進行和運營期間維護。
文檔編號E03F5/04GK102877543SQ20121040887
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月24日 優先權日2012年10月24日
發明者程佳, 楊永鵬, 韓龍武, 唐彩梅, 趙相卿, 李奮, 蔡漢成, 劉錕, 熊治文, 牛東興 申請人:中鐵西北科學研究院有限公司