桩基是多年冻土区最为常见的基础形式之一，降低桩基工程热扰动和提高桩基长期稳定性是冻土工程研究的重点。该文将太阳能制冷技术引入多年冻土区桩基工程，并开展主动冷却桩基现场试验与数值模拟研究。试验结果表明：温控桩壁的制冷温度可降至负温以下，运行3、 10和30 d的制冷半径分别达到0.65、 1.24和1.5 m以上；通过理论分析与数值反演估算温控桩的有效制冷功率约180 W,制冷因数为0.9。模拟结果表明：制冷时长越大，桩壁温度振幅越大，稳定温度越低；制冷时长6、 9和12 h/d所对应的桩壁温度分别可降至-2.39、-3.48和-4.45℃; 10 a后的影响半径分别超出6.68、 8.34和9.46 m;温控桩服役10 a后停止运行，桩周冻土仍可以在2～4 a内处于低温稳定状态。

针对中国多年冻土区广泛面临的冻土退化和路基融沉问题,提出引入一种更具实时性和有效性的防治方法——制冷技术。应用理念为,通过制冷技术在暖季将热量由多年冻土逆向传递回大气环境,实时控制冻土的热量收支状态。对于制冷驱动源的分散供应,中国多年冻土区属于太阳能利用条件良好的Ⅰ类地区,太阳能制冷技术面向冻土保护具有季节匹配性、地域匹配性和技术匹配性等方面的适用性。设计与制作一种路基专用吸附式制冷管,包括集热/吸附段、冷凝段、蒸发制冷段等部分。装置工作原理为通过太阳能光热驱动吸附式制冷循环,以活性炭和甲醇为制冷工质对,利用太阳辐射的昼夜交替特征实现间歇式制冷。制冷性能试验表明,装置的制冷温度可达-2.9℃,平均温度为-1.5℃,可以有效地保护多年冻土。

冻土退化及路基融沉病害是中国多年冻土区交通工程面临的关键障碍。基于制冷技术,提出一种更具实时性和有效性的多年冻土保护方法。通过多年冻土制冷需求分析、制冷方法对比、驱动源供应方法分析,提出太阳能光伏驱动压缩式制冷的节能方案。设计一款路基专用的一体化制冷系统,并从资源性、技术性、经济性等角度论证其实用性。研究结果表明:压缩式制冷系统的输出性能与结构形式可以有效应对多年冻土退化的大深度分布特征和冷负荷要求。青藏高原等多年冻土区的太阳辐照量充足,基于光伏发电技术可以解决路基沿线制冷驱动力的分散供应难题,太阳能制冷具有地域、季节匹配性好的优势。制冷组件包括压缩机、蒸发器、冷凝器和节流器等,其中功能部件蒸发器的结构形式为立式柱状螺旋形盘管。制冷系统可以预设不同的制冷温度和启停间隔,技术性和经济性条件良好。试验结果表明:装置在正温环境下的制冷温度约为-14℃,地层冷却半径在3.0 m以上;有效制冷系数随着周围土体温度的减小而逐渐降低,平均值在0.41以上。所提出的太阳能光伏压缩式制冷系统可为多年冻土区路基建设和运营保障提供一种新方法。

针对中国多年冻土区广泛面临的冻土退化和路基热稳定性问题,基于压缩式制冷技术,提出一种新型多年冻土保护装置。首先,分析压缩式制冷技术面向多年冻土区路基工程的适用性。然后,设计与制作一款路基专用制冷装置—自动化压缩式制冷管,包括制冷单元和自动化控制单元。制冷单元为压缩机、节流器、蒸发器和冷凝器顺次连接而成的闭合循环回路,自动化控制单元为基于位式控制原理的微电脑控制器。装置制冷性能试验表明,制冷温度在正温环境中也一直保持在0℃以下,且可以自动地维持在-5,-10和-15℃等恒定范围内,制冷系数随着制冷温度的升高而增大。压缩式制冷管具有季节匹配性好和自动化程度高的技术优势,可以为多年冻土区路基工程提供一种有效的冻土退化防治方法。

针对我国多年冻土区交通工程普遍面临的冻土退化和路基融沉问题,基于新能源制冷技术,开发路基专用主动型制冷装置,实现在暖季实时控制路基热量收支平衡。根据冻土退化防治技术要求,结合多年冻土区新能源分布条件,并对比制冷方法,采用太阳能光伏驱动压缩式制冷技术进行制冷。针对冻土退化的大深度和分散性特征,制作用于路基工程的由压缩机、冷凝器、蒸发器、毛细管组成的压缩式制冷管,其中蒸发器型式为立式柱状的螺旋形铜管。应用该主动型压缩式制冷装置的制冷试验结果表明:在0～5℃正温环境下,装置蒸发器制冷温度整体呈先降低、后稳定的规律,在竖直方向由上至下逐渐降低,平均值可达-20℃,且不受环境温度影响;在制冷作用下试验箱土体温度逐渐降低,降温幅度随着与蒸发器距离的增大而减小,装置起到有利的"冷源"作用。可见,主动型压缩式制冷装置具有季节匹配性好和制冷温度低的技术优势。

结合前嫩公路工程施工,分析了热棒制冷的工作原理,详细地介绍了热棒安装的施工技术及工艺要求,提出了热棒安装的注意事项,最大限度地降低了因施工而造成的对多年冻的热扰动,从而确保冻土路基工程的稳定。

结合青藏铁路格—拉段工程施工,分析了热棒制冷的工作原理,详细介绍了热棒安装的施工技术及工艺要求,提出了热棒安装的注意事项,最大限度地降低了因施工而造成的对多年冻土的热扰动,从而确保冻土路基工程的稳定。