CN103061230A - 一种利用地源热泵冷却及融冰冻路面技术的施工方法及施工用排水板 - Google Patents

一种利用地源热泵冷却及融冰冻路面技术的施工方法及施工用排水板 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种与真空预压软土地基处理方法相结合的利用地热热泵冷却及融冰冻路面技术的施工方法及施工用排水板，在埋设排水板的同时，将设在排水板上的竖向传热管埋设到软土地基中并与在路堤底部和路面底部预埋的横向传热管通过地源热泵站连接，形成密闭的循环传热系统；在炎热或寒冷冰冻时期，开启地源热泵站，实现热量交换，起到冷却或融冰冻路面的作用，本发明减少了专门钻孔埋设竖向传热管施工工序，缩短了施工工期，节省了工程造价；且该方法施工工艺简单，可操作性强，便于质量控制。

Description

一种利用地源热泵冷却及融冰冻路面技术的施工方法及施工用排水板
技术领域
本发明涉及一种道路的施工和维护方法，具体地是一种软土地基上道路工程的地基处理施工和路面维护方法，特别是涉及一种利用地源热泵冷却及融冰冻路面技术的施工方法及施工用排水板。
背景技术
道路工程为线性工程，穿越复杂的气候环境，包括寒冷地区和炎热地区；气候变化给道路的养护带来了许多问题。寒冷地区道路冬季融雪除冰冻，以及炎热地区夏季防止高温对路基路面结构的破坏等，成了广大工程技术人员需要解决的技术难题。我国道路除冰雪常用的化学法容易造成路面结构，尤其是钢筋结构，腐蚀和水污染，机械除冰雪方法投资大且不适用于结冰厚度较小的情况，电加热技术方法耗能大且能源利用率低；我国道路冷却常用的洒水降温法浪费大量水资源且效果不佳。地热资源是一种清洁能源，且分布广、造价低、使用方便，具有广阔的开发和应用前景。地源热泵技术，是利用地下的土壤、地表水、地下水等温度相对稳定的特性，通过消耗少量电能，在冬天把低位热源中的热量转移到需要供热或加温的地方，在夏天将室内的余热转移到低位热源中，达到降温或制冷的目的。
专利号为200610151004.5，发明名称为利用地下自然能源的路桥面冷却及融冰雪装置的专利公开了一种利用地源热泵技术向桥面供暖，以达到融冰雪目的的技术方法。与传统化学除雪法和机械除雪法等相比，该技术方案环保、经济，且低噪音，运行及维护费用低、设备使用周期长等优点。但是，该技术方案地热传热管需要额外钻孔埋设，与常规地基处理技术方法相互脱离，钻孔施工费用引起初期建设投资和施工工期增加，从而在一定程度上限制了其广泛推广应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种与真空预压软土地基处理方法相结合的利用地热热泵冷却及融冰冻路面技术的施工方法及施工用排水板。它克服传统地热管埋设钻孔施工费用高，专门埋设地热管增加施工工期和工程初期投资成本的缺陷，提供一种在软土地基中施工便捷、经济性好、使用方便的新型地热管埋设方法，以有效利用地源热泵冷却及融冰冻路面的技术。
本发明是采用如下技术方案实现其发明目的的，在真空预压法处理软土地基施工中，在埋设排水板的同时，将附在排水板侧面的竖向传热管埋设到土层中；在路床底部和路面底部预埋横向传热管，并将横向传热管与竖向传热管通过地源热泵站连接成一个封闭管路，在管路中灌入导热液体，形成密闭的循环传热系统。
一种利用地源热泵冷却及融冰冻路面技术的施工方法，它包括以下步骤：
⑴预埋管线：平整场地，在设计位置布置插板机，通过插板机将带有竖向传热管的排水板打入软土地基至设计深度；
⑵管线连接：在地表层铺设砂垫层，在砂垫层内布置横向排水管和横向传热管，并分别与排水板和竖向传热管连接；在预压场地两侧挖密封沟，横向排水管的出口通向密封沟，排水板、横向排水管和砂垫层组成排水系统通道；
⑶真空预压：在砂垫层上部铺设土工布和土工膜，将横向传热管伸出土工布和土工膜，并做好穿出部位的密封处理工作；将横向排水管与真空泵连接，对软土地基抽真空进行真空预压3～4个月至完成真空预压法处治软土地基施工；
⑷路堤填筑：在土工布和土工膜上部直接填筑路堤至设计高度，形成路床与路面；
⑸建立循环传热系统：在路床顶面、路面底下铺设横向传热管，通过地源热泵站与路床底部位于砂垫层中的横向传热管连接，竖向传热管和位于路床顶面、底部的横向传热管组成一个封闭管路，在管路中灌入导热液体，形成密闭的循环传热系统；
⑹路面维护：在寒冷冰冻时期，开启地源热泵站，使横向传热管和竖向传热管内的液体循环流动，将地热传递到路面底部的横向传热管，融化路面冰冻；在炎热时期，开启地源热泵站，使横向传热管和竖向传热管内的液体循环流动，将地表面的热量传递到土体内部，冷却路面，避免路面结构损坏。
本发明所述竖向传热管的直径为5 ㎜～20 ㎜的柔性聚乙烯管。
本发明所述的竖向传热管安装在排水板的侧面。
为防止排水板打入土层时，损坏竖向传热管，本发明排水板的先入土端设有用于保护竖向传热管的传热管保护头。
本发明所述的传热管保护头为两块硬质塑料板，呈人字形布置，两块硬质塑料板的夹角为60°～120°；硬质塑料板的长度为10㎝～20㎝，宽度为10 ㎜～30㎜，厚度为5㎜～20㎜，传热管保护头的尖角端距竖向传热管底端2㎝～5㎝。
本发明所述的横向传热管的直径为10㎜～40 ㎜的聚乙烯管，横向传热管上布设有与竖向传热管连接的孔洞。
一种道路工程软土地基处理施工用排水板，在排水板的侧面安装有竖向传热管。
本发明所述竖向传热管的直径为5 ㎜～20 ㎜的柔性聚乙烯管。
本发明排水板的先入土端设有用于保护竖向传热管的传热管保护头。
本发明所述的传热管保护头为两块硬质塑料板，呈人字形布置，两块硬质塑料板的夹角为60°～120°；硬质塑料板的长度为10㎝～20㎝，宽度为10 ㎜～30㎜，厚度为5㎜～20㎜，传热管保护头的尖角端距竖向传热管底端2㎝～5㎝。
由于采用上述技术方案，本发明较好的实现了发明目的，与传统利用地源热泵技术融冰雪路面技术相比，本发明减少了专门钻孔埋设传热管施工工序，缩短了施工工期、节省了工程造价；施工工艺简单，可操作性强，便于质量控制，经济效益明显，处治效果显著。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明排水板1的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
由图1、图2可知，一种道路工程软土地基处理施工用排水板，在排水板1的侧面安装有竖向传热管2。
本发明所述竖向传热管2的直径为5 ㎜～20 ㎜的柔性聚乙烯管。
本发明排水板1的先入土端设有用于保护竖向传热管2的传热管保护头11。
本发明所述的传热管保护头11为两块硬质塑料板，呈人字形布置，两块硬质塑料板的夹角为60°～120°；硬质塑料板的长度为10㎝～20㎝，宽度为10 ㎜～30㎜，厚度为5㎜～20㎜，传热管保护头11的尖角端距竖向传热管2底端2㎝～5㎝。
一种利用地源热泵冷却及融冰冻路面技术的施工方法，它包括以下步骤：
⑴预埋管线：平整场地，在设计位置布置插板机，通过插板机将带有竖向传热管2的排水板1打入软土地基10至设计深度；
施工之前，预制带竖向传热管2的排水板1。所述竖向传热管2的直径为5 ㎜～20 ㎜（本实施例为15㎜）的柔性聚乙烯管，所述的竖向传热管2安装在排水板1的侧面，可以布置在排水板1的一侧或两侧，本实施例为一侧。
为防止排水板1打入土层时，损坏竖向传热管2，本发明排水板1的先入土端设有用于保护竖向传热管2的传热管保护头11。
本发明所述的传热管保护头11为两块硬质塑料板，呈人字形布置，两块硬质塑料板的夹角为60°～120°（本实施例为90°）；硬质塑料板的长度为10㎝～20㎝（本实施例为15㎝），宽度为10 ㎜～30㎜（本实施例为15㎜），厚度为5㎜～20㎜（本实施例为15㎜），传热管保护头11的尖角端距竖向传热管2底端2㎝～5㎝（本实施例为5㎝）。
通过插板机将带有竖向传热管2和传热管保护头11的排水板1打入软土地基10至设计深度，必要时实行排水板1的跳打。
⑵管线连接：在地表层铺设30㎝～50㎝厚的砂垫层，在砂垫层内布置横向排水管3和横向传热管6，并分别与排水板1和竖向传热管2连接；在预压场地两侧挖密封沟5，横向排水管3的出口通向密封沟5，排水板1、横向排水管3和砂垫层组成排水系统通道；
本发明所述的横向传热管6的直径为10㎜～40 ㎜（本实施例为30㎜）的聚乙烯管，横向传热管6上布设有与竖向传热管2连接的孔洞。
⑶真空预压：在砂垫层上部铺设土工布和土工膜4，将横向传热管6伸出土工布和土工膜4，并做好穿出部位的密封处理工作；将横向排水管3与真空泵连接，每隔100m～200m距离布设一台真空泵，使一台真空泵控制1000㎡～2000㎡面积，对软土地基10抽真空进行真空预压3～4个月至完成真空预压法处治软土地基施工；
⑷路堤填筑：在土工布和土工膜4上部直接填筑路堤至设计高度，形成路床8与路面9；
⑸建立循环传热系统：在路床8顶面、路面9底下铺设横向传热管6，通过地源热泵站7与路床8底部位于砂垫层中的横向传热管6连接，竖向传热管2和位于路床8顶面、底部的横向传热管6组成一个封闭管路，在管路中灌入导热液体，形成密闭的循环传热系统；所述的导热液体为水或者沸点相对较高的油，所述的地源热泵站每隔1㎞～2㎞ 设置一个。
⑹路面维护：在寒冷冰冻时期，开启地源热泵站7，使横向传热管6和竖向传热管2内的液体循环流动，将地热传递到路面9底部的横向传热管6，融化路面冰冻；在炎热时期，开启地源热泵站7，使横向传热管6和竖向传热管2内的液体循环流动，将地表面的热量传递到土体内部，冷却路面9，避免路面结构损坏。
本发明减少了专门钻孔埋设竖向传热管的施工工序，缩短了施工工期、节省了工程造价；且该方法施工工艺简单，可操作性强，便于质量控制。

Claims (10)

1.一种利用地源热泵冷却及融冰冻路面技术的施工方法，其特征是它包括以下步骤：
⑴预埋管线：平整场地，在设计位置布置插板机，通过插板机将带有竖向传热管的排水板打入软土地基至设计深度；
⑵管线连接：在地表层铺设砂垫层，在砂垫层内布置横向排水管和横向传热管，并分别与排水板和竖向传热管连接；在预压场地两侧挖密封沟，横向排水管的出口通向密封沟，排水板、横向排水管和砂垫层组成排水系统通道；
⑶真空预压：在砂垫层上部铺设土工布和土工膜，将横向传热管伸出土工布和土工膜，并做好穿出部位的密封处理工作；将横向排水管与真空泵连接，对软土地基抽真空进行真空预压3～4个月至完成真空预压法处治软土地基施工；
⑷路堤填筑：在土工布和土工膜上部直接填筑路堤至设计高度，形成路床与路面；
⑸建立循环传热系统：在路床顶面、路面底下铺设横向传热管，通过地源热泵站与路床底部位于砂垫层中的横向传热管连接，竖向传热管和位于路床顶面、底部的横向传热管组成一个封闭管路，在管路中灌入导热液体，形成密闭的循环传热系统；
⑹路面维护：在寒冷冰冻时期，开启地源热泵站，使横向传热管和竖向传热管内的液体循环流动，将地热传递到路面底部的横向传热管，融化路面冰冻；在炎热时期，开启地源热泵站，使横向传热管和竖向传热管内的液体循环流动，将地表面的热量传递到土体内部，冷却路面，避免路面结构损坏。
2.根据权利要求1所述的一种利用地源热泵冷却及融冰冻路面技术的施工方法，其特征是竖向传热管的直径为5 ㎜～20 ㎜的柔性聚乙烯管。
3.根据权利要求1或2所述的一种利用地源热泵冷却及融冰冻路面技术的施工方法，其特征是所述的竖向传热管安装在排水板的侧面。
4.根据权利要求3所述的一种利用地源热泵冷却及融冰冻路面技术的施工方法，其特征是排水板的先入土端设有用于保护竖向传热管的传热管保护头。
5.根据权利要求4所述的一种利用地源热泵冷却及融冰冻路面技术的施工方法，其特征是所述的传热管保护头为两块硬质塑料板，呈人字形布置，两块硬质塑料板的夹角为60°～120°；硬质塑料板的长度为10㎝～20㎝，宽度为10 ㎜～30㎜，厚度为5㎜～20㎜，传热管保护头的尖角端距竖向传热管底端2㎝～5㎝。
6.根据权利要求1所述的一种利用地源热泵冷却及融冰冻路面技术的施工方法，其特征是所述的横向传热管为直径为10㎜～40 ㎜的聚乙烯管，横向传热管上布设有与竖向传热管连接的孔洞。
7.一种道路工程软土地基处理施工用排水板，其特征是在排水板的侧面安装有竖向传热管。
8.根据权利要求7所述的道路工程软土地基处理施工用排水板，其特征是所述竖向传热管的直径为5 ㎜～20 ㎜的柔性聚乙烯管。
9.根据权利要求7或8所述的道路工程软土地基处理施工用排水板，其特征是排水板的先入土端设有用于保护竖向传热管的传热管保护头。
10.根据权利要求9所述的道路工程软土地基处理施工用排水板，其特征是所述的传热管保护头为两块硬质塑料板，呈人字形布置，两块硬质塑料板的夹角为60°～120°；硬质塑料板的长度为10㎝～20㎝，宽度为10 ㎜～30㎜，厚度为5㎜～20㎜，传热管保护头的尖角端距竖向传热管底端2㎝～5㎝。
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