道路工程中,通過在路表面進行瀝青鋪設施工,實現表面換熱系數的改變,黑色瀝青吸熱量較大,增加路基內部熱量,導致多年凍土易發生變化,上限下降。
通過鋪設隔熱材料,能夠補償瀝青材料引起的上限下降,甚至會發生太高上限數值的狀況。對于隔熱材料而言,導熱系數越低,隔熱效果越好。
若土層上部溫度在一個周期(一般為一年)內,以正弦波動的形式進行溫度變化,則下部土層溫度對應發生隨深度波動而滯后的周期波動。
因此,多年凍土的溫度剖面圖一般為土層深度的條件下,高溫、低溫之間的動態溫度變化曲線,高溫為凍結溫度,多數為0℃,深度即為多年凍土上限數值。
據研究發現,未鋪設隔熱材料時,溫度剖面圖一般為較為平滑的曲線,而鋪設保溫層材料后,在太陽輻射熱量、外界水分場、應力等多方面作用的綜合效果下,導致保溫層上下溫差較大(原因在于隔熱材料的導熱系數相比于原路基材料而言較大,一般高于40倍)。
進而導致保溫層下部巖土的溫度高值和低值之間的差距減小,整體溫度波動曲線振幅明顯下降。
高溫度包絡線和深度數值的交叉點位于數值較高區域,即凍土上限數值增加。從熱傳導理論分析,介質不同,對應導熱系數不同;同一介質條件下,厚度不同,相應的換熱量不同。
凍土路基施工中,加入XPS隔熱材料層,可有效降低路基吸熱,進而降低路基層厚度,充分解決了增大熱阻與降低路基高度的矛盾。