多出水口排水挡冰系统.pdf

本发明涉及一种多出水口排水挡冰系统，由出水口，收排水管，路基，挡冰堤坝，聚冰沟，钢筋水泥管构成。路基下铺设钢筋水泥管，穿越路基的地下收排水管通过钢筋水泥管被掩埋在天然流水线路上的沟槽中，收排水管上设有出水口；出水口的出水位置高出地面，在路基上坡位置的出水口下方设置聚冰沟和挡冰堤坝。本发明结构简单，易施工，利于排水，减少了冬季因排水不畅而引起的工程冻害，有效地解决寒区道路涎流冰这一问题，在寒冷地区有广泛的应用前景。

1、  一种多出水口排水挡冰系统，由出水口(1)，收排水管(2)，路基(3)，挡冰堤坝(4)，聚冰沟(5)，钢筋水泥管(6)构成，其特征是：路基(3)下铺设钢筋水泥管(6)，穿越路基(3)的地下收排水管(2)通过钢筋水泥管(6)被掩埋在天然流水线路上的沟槽中，收排水管(2)上设有出水口(1)，出水口(1)的出水位置高出地面，路基上坡位置的出水口(1)下方设置聚冰沟(5)和挡冰堤坝(4)。

2、  根据权利要求1所述的一种多出水口排水挡冰系统，其特征是：收排水管(2)为软式透水管，外包裹透水土工布，直径10～20cm。

多出水口排水挡冰系统
技术领域
本发明涉及一种寒区道路涎流冰病害防治技术。适合寒冷地区冬季公路、铁路涎流冰防治的排水系统使用。
背景技术
涎流冰是寒冷地区独特的冷生现象。冬季涎流冰从山坡、路基边坡倾泄而下，蔓延至路面、拥堵涵洞、排水沟渠，春季冰雪融化，由于排水通道被冰堵塞，造成融水冲刷道路，公路被阻断，这些现象给道路及附属构筑物造成破坏，给交通安全带来隐患，常有车辆在涎流冰地段发生翻车事故，造成了生命和财产的损失。另外，我国东北、西北地区，因边防公路常年遭受涎流冰引起的危害，道路被阻塞，军需物质的输送受到很大影响。
传统的道路涎流冰防治技术有排水沟、挡冰墙、渗沟，抬高路基等。这些措施在一定程度上能够起到防治涎流冰的作用，但遇到涎流冰规模大的地段和气候变化异常的年份，这些措施就不能达到满意的效果。大规模的涎流冰往往翻越或绕过挡冰墙、挡冰栅栏而危及道路。气候异常寒冷的年份排水管路的出口、涵洞出口被堵死，地下水在路基上方不同地方受迫挤出，继而结冰，逼近公路。因此，研发一种新型有效的措施对解决道路涎流冰这一问题具有重要意义。
发明内容
为了克服传统涎流冰防治措施的缺陷，本发明的目的在于提供一种多出水口排水挡冰系统。本发明的主指导思想是：因势利导，顺其自然，就是顺应水流冻结的自然规律，在地下收排水管上设置多个出水口进行排水。寒区冬季排水管冻结都是从最下方的出口开始冻结，另外，整个冬季的地下潜水流量是随着时间变化而逐渐减少的，根据这一规律设置的多出水口系统可以有效排水，防治道路涎流冰的发生。
本发明的目的是采用以下技术方案来实现：
一种多出水口排水挡冰系统，由出水口，收排水管，路基，挡冰堤坝，聚冰沟，钢筋水泥管构成。路基下铺设钢筋水泥管，穿越路基的地下收排水管通过钢筋水泥管被掩埋在天然流水线路上的沟槽中，收排水管上设有出水口；出水口的出水位置高出地面，在路基上坡位置的出水口下方设置聚冰沟和挡冰堤坝。
上述的收排水管为软式透水管，外包裹透水土工布，直径10～20cm。
多出水口排水挡冰系统的工作原理是：
初冬时节，气温较高，水量较大，水流比较顺畅，地下水从路基下方最远的出水口排出，随着气温降低，路基下方最远端的出水口开始冻结，水流开始从路基下靠近路基位置的出水口流出。当进入深冬时节，气温进一步降低，水量开始减少，路基下方的出水口全部冻结，不能排水。此时，路基上方靠近路基的出水口开始出水，流水沿坡而下，结冰，被其下方的聚冰沟和挡冰堤坝拦截，如果这个出水口也被冻结，水流就从该出水口上方位置的出水口流出，流冰被其下方的聚冰沟和挡冰堤坝拦截，由于此时水流量小，结冰量小，对路基不会产生安全威胁。春季来临时，气温回暖，冰雪融化，下一个冬季来临时，系统开始重复上述工作过程。
集排水管内的水力计算采用如下公式：
Q＝ω·υ      ω = π 4 d 2 ]]>    υ = 1 1 + Σf 2 gH - - - ( 1 ) ]]>
其中：d为管径，m；g重力加速度，9.81m/s²；H水头差，m；∑f总能量损失
采用如下模型计算流冰体积：

其中：
Q₁：治理区冬季泉水流量， Q 1 = ∫ 0 i Q ( t ) dt , ]]>α₁：泉水成冰率，α₁＝f₁(t)
Q₂：治理区河水流量，α₂：河水成冰率，α₂＝f₂(t)
Q₃：治理区溪水流量，α₃：溪水成冰率，α₃＝f₃(t)
Q_潜：治理区潜水储量，b：潜水成冰率，b＝g(W，v)，W含水量，v冻结速率。
本发明的优点和产生的有益效果是：
1、多个出水口的设置，使得整个排水系统整个冬季都可以排水，减少了排水管内的压力，避免了由于压力过大，水流在路基上方无规律溢出产生的危害。
2、收排水管为软式透水管，具有集水和排水功能，为新型排水管材，其外用透水土工布包裹起过滤作用，防止泥沙堵塞排水管。
3、软式透水管既可收集潜水层的地下水，同时又可将水排走，使用寿命长，集排水性能稳定。
4、多出水口排水挡冰系统对防止大型规模的道路涎流冰有很好的效果，特别适合气候严寒、降水丰富的地区使用。本发明已于2004开始在东北大兴安岭林区公路涎流冰防治的排水系统中得到应用。工程实践表明：多出水口排水挡冰系统能有效防治涎流冰发生，保障交通安全。
5、排水线路可以是多个，然后将收排水管汇集在一起，便于收集整个地貌单元内的潜水，解决这一地区道路涎流冰的问题。
附图说明
图1多出水口排水挡冰系统纵剖面示意图
图2多出水口排水挡冰系统平面示意图
具体实施方式
为更好地理解本发明，通过以下实施实例予以进一步说明，但并非对本发明的限定。
以大兴安岭拉莫公路K106+146采用的多出水口排水挡冰系统为例。地理坐标：N50°55.734′，E120°01.563′，海拔高度738m，自然地表坡度3.2％。
如图1所示，在天然流水线路上挖一条长525m，深1.7m的沟槽，沟槽底部距离多年冻土层10cm；在穿越路基地段的天然地表下1.7m深度处铺设长8m，内径60cm，壁厚5cm的钢筋水泥管6；在直径为20cm的软式透水收排水管2外包裹透水土工布，然后将收排水管2管铺设在沟槽内，并穿越路基段钢筋水泥管6。在路基3下方距离路基中心线175m、100m和50m的收排水管上各设置一个出水口1，在路基上方距离路基中心线150m、200m和350m的收排水管2上设置出水口1，共设置六个出水口1；将沟槽回填；在路基上方距离路基中心线130的位置，即出水口1下方挖一个深50cm，宽50cm，长20m的聚冰沟5，同时在聚冰沟5下边修筑一道高50cm，宽50cm，长50cm的挡冰提坝4，以拦截上方流冰。
本实施例于2004年秋施工完成，经过3个冬季的实践验证，效果理想。以往大规模的涎流冰得到了有效防治。