国庆假期,又一次自驾了青藏公路,走过青藏公路或者坐火车走过青藏铁路的都会发现,无论是公路还是铁路路基两侧,我们时不时就会发现一排排整齐树立的金属棒,这种金属棒叫“热棒”,它的主要作用是改善冻土区域的路基条件,通过控制热量的输入,控制冻土的解冻速度,最大限度地防止路基沉降、冻胀,提高路基的承载力和稳定性。
青藏线格拉段平均海拔4500米以上,沿线海拔高,自然环境恶劣,地质条件复杂,各种地质灾害发育,最为头疼就是冻土了,这是一个世界性的技术难题。关于冻土这里就不展开讲了,毕竟不是搞地质的,言归正传,还是说说热棒吧,主要从热棒的构造和工作原理两个方面来说吧。
热棒的构造:热棒全长大概有7米左右,约有2/3是埋在地底下的,一般我们能够看到的只是地上部分,也就是散热段,热棒自上而下共分为散热段、绝热段和吸热段,它是一种通过气液对流循环的导热装置。管道内会填充氮、氟利昂、二氧化碳等来维持多年冻土的稳定。
热棒的工作原理:当路基底下冻土范围和外部环境温差较大时,热棒的冷凝装置和蒸发装置之间同样也会存在温差,从而形成对流。在寒冬季节,底下温度往往会高于地表,热棒底部吸热段就可以把热量吸走,通过散热段的散热片散失。在炎热夏季,地下温度低于地表温度,又会形成对流,这是中间的绝热段就要开始发挥作用了,外界的高温无法传递到底层以下,对流停止,热棒停止工作。简单来说就是热棒是单项导热的,只会把底层底部高温传递到外部环境,不会把外界高温传递到地下冻土层,从而确保冻土层的稳定。
我们不得不佩服科学家们的智慧,热棒在解决了冻土问题,但是成本也是巨大的,据说每一根热棒的造价都是几十万。解决冻土区路基问题主要原则就是降温和保温,常用的方法还有采用通风管路基、片石路基、路基铺设隔热层、遮阳棚路基等或者桥梁通过冻土区域。