CN105887604B - 一种运营路基病害处置装置及处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种运营路基病害处置装置及处理方法，包括路基、加热装置、湿度计、湿度感应控制装置和太阳能板，路基之中设置有若干个加热装置和若干个湿度计，加热装置与湿度感应控制装置通过加热系统外连接导线电连接，湿度计与湿度感应控制装置通过湿度计外连接导线电连接，湿度感应控制装置与太阳能板电连接。本发明根据湿度计检测的实时湿度情况反馈至湿度感应控制装置，通过湿度感应控制装置触发加热装置对路基进行加热，可以有效降低了路基土体的含水率，使路基保持一种理想的干燥状态；显著提升了路基土体的强度和承载力，保障了路面行车安全。

Description

一种运营路基病害处置装置及处理方法

技术领域

本发明涉及土木工程地基处理领域，尤其涉及一种运营路基病害长期处置装置及处理方法。

背景技术

近年来公路交通运输业迅猛发展，尤其是在中西部地区，出现了大量的黄土公路，显著提升了区域的经济发展水平。然而黄土路基由于显著的结构性和强烈的水敏性，使得黄土路基修筑难度大、质量难以长期保证，出现了诸如路面开裂、车辙、路基沉陷、路基不均匀沉降等一系列病害，造成了巨大经济财产损失。

目前对于路基病害处置的技术主要有桩基加固、换填、注浆等。其中桩基加固技术主要适用于处置路基含水率整体偏大、路基病害区域范围较大、路面交通量较少的公路；换填技术主要适用于处置路基局部整体被水浸泡、含水率接近饱和、无法满足路基承载力要求的公路；注浆技术主要适用于处置路基局部小范围出现土体松动、空洞、不密实等病害的公路。上述路基加固技术加固效果良好，短期内都经得起检验。但是，随着时间的推移，加固区的路基又出现了新的问题，如路面二次开裂、路基不均匀沉降等，使得路基的修复难上加难，同时费用上也会造成巨大的浪费，严重影响行车的舒适性和安全性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有路基加固技术加固效果不持久、次生病害频发且难以根治等缺点，提供一种绿色环保、节约能源的运营路基病害长期处置装置及处理方法，其装置组合结构合理，节能环保，其方法操作简便且效果显著。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种运营路基病害长期处置装置，包括路基、加热装置、湿度计、湿度感应控制装置和太阳能板，所述路基之中设置有若干个加热装置和若干个湿度计，所述加热装置与湿度感应控制装置通过加热系统外连接导线电连接，所述湿度计与湿度感应控制装置通过湿度计外连接导线电连接，所述湿度感应控制装置与太阳能板电连接；各个湿度计用于检测路基中各个检测位置处的湿度值并将该湿度值传输给湿度感应控制装置，湿度感应控制装置内部具有湿度阈值模块，湿度感应控制装置用于根据湿度计所检测到的湿度值而触发加热装置对路基进行加热加固处理，所述太阳能板用于给湿度感应控制装置、湿度计、加热装置提供所需电能。

本运营路基病害长期处置装置还包括埋藏于路基中的地埋箱，所述地埋箱为蓄电装置，所述地埋箱电连接于湿度感应控制装置和太阳能板之间。

本发明优选的加热装置结构技术方案是：所述加热装置包括加热丝、导热管和水蒸气散热管，所述加热丝与湿度感应控制装置电连接，加热丝设置于导热管之中，在导热管外部设有完全容纳导热管的水蒸气散热管。

作为优选，所有湿度计在路基中从上至下依次均匀分成若干层湿度计层，每层湿度计层由横向方向、纵向方向均匀间隔排列的湿度计构成；所述路基顶部设有加热系统固定端头，所有加热装置的顶部均固定于加热系统固定端头上，所有加热装置的底部垂直插入路基中，所有加热装置在路基中均匀排列且加热装置与湿度计对应设置。

作为优选，所述湿度感应控制装置中设有报警指示灯，该报警指示灯与湿度感应控制装置的湿度阈值模块电连接；所述湿度感应控制装置上设有湿度设置按钮，湿度设置按钮用于设定或调整湿度感应控制装置的湿度阈值模块中最大湿度阈值与最小湿度阈值。

作为优选，所述湿度感应控制装置上设有湿度值显示表盘，所述湿度值显示表盘用于显示所述湿度计所检测到的湿度值信息；所述湿度感应控制装置上设有检修强停按钮，所述检修强停按钮分别与所有湿度计、所有加热装置电连接，检修强停按钮用于切断路基中所有湿度计以及所有加热装置的电能供给。

作为优选，所述水蒸气散热管的外壁开有镂空结构，且镂空结构中各个孔径的大小为2cm；所述湿度感应控制装置上设有温度表，所述路基中设有若干个与湿度感应控制装置电连接的温度传感器。

作为优选，所述导热管采用碳化硅材料制成。

一种运营路基病害长期处置装置的施工方法，其步骤如下：

A、对病害发生区域进行分析，确定预处置病害的路基范围，结合地勘报告，查明病害处路基的地下水埋藏深度，确定加热装置的入土深度(选取在距离地下水位线0.5米至1米范围内)。

B、根据病害区域大小制定加热装置和湿度计布设方案，优选采用“梅花桩”断面的布设型式，加热装置间距以2米～3米为宜，每个湿度计布设于四个加热装置中部，具体型式参见图3所示，湿度计沿深度方向布设逐渐稀疏。

C、根据孔位布设方案在病害处置区域钻孔，完成后将加热装置和湿度计依次埋入孔位。其中加热装置在埋设时外壁与孔位间隙用碎石填充，以保证足够的孔隙，使水蒸气散热管的水蒸气能顺利排除；湿度计在埋设时用散土填充孔位，不同层位分层填充。最后将每一排的加热装置和湿度计通过各自所对应的外部连接导线引出地表，即加热装置通过加热系统外连接导线引出地表，湿度计通过湿度计外连接导线引出地表；沿路面方向刻槽，将每一排的所有导线(即加热系统外连接导线和湿度计外连接导线)埋入槽内并恢复路面完整，将导线(即加热系统外连接导线和湿度计外连接导线)接头最终引出路面至路基坡脚处(主要根据太阳能板架设位置决定)。

D、将加热装置和湿度计通过各自所对应的外部连接导线分别连接至湿度感应控制装置，在湿度感应控制装置上设置湿度上限和下限(湿度上限和下限结合地勘报告中土体参数和路基具体承载力要求而定)，目的是当路基中土体湿度达到上限值时加热装置自动开启，使路基土体湿度下降，当湿度值达到下限时加热装置自动关闭。

E、选择合适场地埋入配有蓄电功能的地埋箱，架设太阳能板，其中太阳能板朝向尽可能以公路阳面为主，同时应结合周围是否有遮挡物等情况综合决定。

F、将湿度感应控制装置、地埋箱和太阳能板依次电连接，设定湿度上下限，让太阳能板吸收光能，使地埋箱储备电能。当地埋箱蓄电装置指示灯绿灯亮时表示蓄电已满，使加热装置开始工作，当路基土体中的湿度达到预设的湿度下限时，报警指示灯不亮，加热装置自动关闭停止工作。历经一段时间后，若遇降雨或毛细水现象等使得路基湿度增大，达到路基湿度上限时报警指示灯亮，加热装置自动开启，工作一定时间后路基土体湿度达到预设下限值，停止工作。如此循环往复，可保证路基土体长期处于较干燥的状态，此时的土体强度较高、承载力较大，路基病害较少。

一种运营路基病害长期处理方法，

A、确定病害处路基范围，探测病害处路基的地下水埋藏深度h，确定加热装置的入土深度H，加热装置选取在距离地下水位线0.5米至1米范围内，即入土深度H-地下水埋藏深度h所得到的值在0.5米至1米范围内；

B、将加热装置和湿度计均匀布设于路基之中，各个加热装置之间的间距为2米～3米，每四个加热装置中心布置一个湿度计；

C、在病害处路基位于加热装置和湿度计对应位置处布置所需的孔位，在病害处路基的孔位处钻孔，加热装置和湿度计分别依次埋入相应的孔位中，加热装置埋设时在孔位中具有孔隙以使得加热装置中水蒸气散热管的水蒸气顺利排放；所述湿度计在埋设时用散土填充孔位，将所有加热装置和所有湿度计通过导线与湿度感应控制装置电连接；

D、通过湿度设置按钮设定或调整湿度感应控制装置的湿度阈值模块中的最大湿度阈值与最小湿度阈值；

E、选择合适场地埋入配有蓄电功能的地埋箱，并架设太阳能板，其中太阳能板朝向以公路阳面为主，太阳能板与地埋箱电连接，地埋箱与湿度感应控制装置电连接，太阳能板吸收太阳能而产生电能并将电能传输给地埋箱，地埋箱为湿度感应控制装置、湿度计、加热装置提供所需的电能；

F、各个湿度计检测路基中各个检测位置处的湿度值并将该湿度值传输给湿度感应控制装置，湿度感应控制装置收到湿度计所检测到的实时湿度值后，将实时湿度值与湿度感应控制装置的湿度阈值模块中的最大湿度阈值与最小湿度阈值进行比较，当实时湿度值大于最大湿度阈值时，湿度感应控制装置触发加热装置中的加热丝、导热管、水蒸气散热管共同对路基进行加热、加固处理；当实时湿度值小于最小湿度阈值时，湿度感应控制装置触发加热装置关闭加热、加固处理。

本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本发明根据湿度计检测的实时湿度情况反馈至湿度感应控制装置，通过湿度感应控制装置触发加热装置对路基进行加热，可以有效降低了路基土体的含水率，使路基较长时间内保持一种理想的干燥状态；显著提升了路基土体的强度和承载力，保障了路面行车安全。

(2)本发明实现了循环往复控制加热装置的启动和关闭，与湿度感应控制装置的配合，实现了对路基土体湿度的实时监测与处置；

(3)本发明采用太阳能板供热技术，有效解决了路基病害长期处置野外能源供给的难题。

附图说明

图1为本发明运营路基病害长期处置装置的整体结构图；

图2为图1中加热装置的局部放大示意图；

图3为本发明加热装置和湿度计的水平断面布设图。

其中，附图中的附图标记所对应的名称为：

1－加热系统固定端头，2－沟槽，3－湿度计，4－加热丝，5－导热管，6－水蒸气散热管，7－湿度感应控制装置，8－湿度值显示表盘，9－温度表，10－太阳能板，11－加热系统外连接导线，12－湿度计外连接导线，13－报警指示灯，14－湿度设置按钮，15－检修强停按钮，16－地埋箱，17-加热装置。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明：

实施例

如图1～图3所示，一种运营路基病害长期处置装置，包括路基、加热装置17、湿度计3、湿度感应控制装置7和太阳能板10，在路基中设有沟槽2，路基之中设置有若干个加热装置17和若干个湿度计3，加热装置17与湿度感应控制装置7通过加热系统外连接导线11电连接，湿度计3与湿度感应控制装置7通过湿度计外连接导线12电连接，湿度感应控制装置7与太阳能板10电连接；各个湿度计3用于检测路基中各个检测位置处的湿度值并将该湿度值传输给湿度感应控制装置7，湿度感应控制装置7内部具有湿度阈值模块，湿度感应控制装置7用于根据湿度计3所检测到的湿度值而触发加热装置17对路基进行加热加固处理，太阳能板10用于给湿度感应控制装置7、湿度计3、加热装置17提供所需电能。

本运营路基病害长期处置装置还包括埋藏于路基中的地埋箱16，地埋箱16为蓄电装置，地埋箱16电连接于湿度感应控制装置7和太阳能板10之间。

本发明优选的加热装置17包括加热丝4、导热管5和水蒸气散热管6，加热丝4与湿度感应控制装置7电连接，加热丝4设置于导热管5之中，在导热管5外部设有完全容纳导热管5的水蒸气散热管6。

如图3所示，所有湿度计3在路基中从上至下依次均匀分成若干层湿度计层，每层湿度计层由横向方向、纵向方向均匀间隔排列的湿度计构成；如图1所示，路基顶部设有加热系统固定端头1，所有加热装置17的顶部均固定于加热系统固定端头1上，所有加热装置17的底部垂直插入路基中，所有加热装置17在路基中均匀排列且加热装置17与湿度计3对应设置。

本发明优选的湿度感应控制装置7中设有报警指示灯13，该报警指示灯13与湿度感应控制装置7的湿度阈值模块电连接；当湿度计3所检测到湿度值大于或等于湿度阈值模块中设定的最大湿度阈值时，湿度感应控制装置7触发报警指示灯13打开，当湿度计3所检测到湿度值小于湿度阈值模块中设定的最小湿度阈值时，湿度感应控制装置7触发报警指示灯13关闭。湿度感应控制装置7上设有湿度设置按钮14，湿度设置按钮14用于设定或调整湿度感应控制装置7的湿度阈值模块中最大湿度阈值与最小湿度阈值。

本发明优选的湿度感应控制装置7上设有湿度值显示表盘8，湿度值显示表盘8用于显示湿度计3所检测到的湿度值信息；湿度感应控制装置7上设有检修强停按钮15，检修强停按钮15分别与所有湿度计3、所有加热装置17电连接，检修强停按钮15就相当一个急停断电开关，其用于切断路基中所有湿度计3以及所有加热装置17的电能供给。

本发明优选的水蒸气散热管6的外壁开有镂空结构，且镂空结构中各个孔径的大小为2cm；湿度感应控制装置7上设有温度表9，路基中设有若干个与湿度感应控制装置7电连接的温度传感器。

本发明优选的导热管5采用碳化硅材料制成。

一种运营路基病害长期处置装置的施工方法，其步骤如下：

A、对病害发生区域进行分析，确定预处置病害的路基范围，结合地勘报告，查明病害处路基的地下水埋藏深度，确定加热装置17的入土深度(选取在距离地下水位线0.5米至1米范围内)。

B、根据病害区域大小制定加热装置17和湿度计3布设方案，优选采用“梅花桩”断面的布设型式，加热装置17间距以2米～3米为宜，每个湿度计3布设于四个加热装置17中部，具体型式参见图3所示，湿度计3沿深度方向布设逐渐稀疏。

C、根据孔位布设方案在病害处置区域钻孔，完成后将加热装置17和湿度计3依次埋入孔位。其中加热装置17在埋设时外壁与孔位间隙用碎石填充，以保证足够的孔隙，使水蒸气散热管6的水蒸气能顺利排除；湿度计3在埋设时用散土填充孔位，不同层位分层填充。最后将每一排的加热装置17和湿度计3通过各自所对应的外部连接导线引出地表，即加热装置17通过加热系统外连接导线11引出地表，湿度计3通过湿度计外连接导线12引出地表；沿路面方向刻槽，将每一排的所有导线(即加热系统外连接导线11和湿度计外连接导线12)埋入槽内并恢复路面完整，将导线(即加热系统外连接导线11和湿度计外连接导线12)接头最终引出路面至路基坡脚处(主要根据太阳能板10架设位置决定)。

D、将加热装置17和湿度计3通过各自所对应的外部连接导线分别连接至湿度感应控制装置7，在湿度感应控制装置7上设置湿度上限和下限(湿度上限和下限结合地勘报告中土体参数和路基具体承载力要求而定)，目的是当路基中土体湿度达到上限值时加热装置17自动开启，使路基土体湿度下降，当湿度值达到下限时加热装置17自动关闭。

E、选择合适场地埋入配有蓄电功能的地埋箱16，架设太阳能板10，其中太阳能板10朝向尽可能以公路阳面为主，同时应结合周围是否有遮挡物等情况综合决定。

F、将湿度感应控制装置7、地埋箱16和太阳能板10依次电连接，设定湿度上下限，让太阳能板吸收光能，使地埋箱16储备电能。当地埋箱16蓄电装置指示灯绿灯亮时表示蓄电已满，使加热装置17开始工作，当路基土体中的湿度达到预设的湿度下限时，报警指示灯13不亮，加热装置17自动关闭停止工作。历经一段时间后，若遇降雨或毛细水现象等使得路基湿度增大，达到路基湿度上限时报警指示13灯亮，加热装置17自动开启，工作一定时间后路基土体湿度达到预设下限值，停止工作。如此循环往复，可保证路基土体长期处于较干燥的状态，此时的土体强度较高、承载力较大，路基病害较少。

一种运营路基病害长期处理方法，

A、确定病害处路基范围，在路基中设有沟槽2，探测病害处路基的地下水埋藏深度h，确定加热装置17的入土深度H，加热装置17选取在距离地下水位线0.5米至1米范围内，即入土深度H-地下水埋藏深度h所得到的值在0.5米至1米范围内；

B、将加热装置17和湿度计3均匀布设于路基之中，各个加热装置17之间的间距为2米～3米，每四个加热装置17中心布置一个湿度计3；

C、在病害处路基位于加热装置17和湿度计3对应位置处布置所需的孔位，在病害处路基的孔位处钻孔，加热装置17和湿度计分别依次埋入相应的孔位中，加热装置17埋设时在孔位中具有孔隙以使得加热装置17中水蒸气散热管6的水蒸气顺利排放；湿度计3在埋设时用散土填充孔位，将所有加热装置17和所有湿度计3通过导线与湿度感应控制装置7电连接；

D、通过湿度设置按钮14设定或调整湿度感应控制装置7的湿度阈值模块中的最大湿度阈值与最小湿度阈值；

E、选择合适场地埋入配有蓄电功能的地埋箱16，并架设太阳能板10，其中太阳能板朝向以公路阳面为主，太阳能板10与地埋箱16电连接，地埋箱16与湿度感应控制装置7电连接，太阳能板10吸收太阳能而产生电能并将电能传输给地埋箱16，地埋箱16为湿度感应控制装置7、湿度计3、加热装置17提供所需的电能；

F、各个湿度计3检测路基中各个检测位置处的湿度值并将该湿度值传输给湿度感应控制装置7，湿度感应控制装置7收到湿度计3所检测到的实时湿度值后，将实时湿度值与湿度感应控制装置7的湿度阈值模块中的最大湿度阈值与最小湿度阈值进行比较，当实时湿度值大于最大湿度阈值时，湿度感应控制装置7触发加热装置17中的加热丝4、导热管5、水蒸气散热管6共同对路基进行加热、加固处理；当实时湿度值小于最小湿度阈值时，湿度感应控制装置7触发加热装置17关闭加热、加固处理。

上述实施方式只是本发明的一个优选实施例，并不是用来限制本发明的实施与权利范围的，凡依据本发明申请专利保护范围所述的内容做出的等效变化和近似替换，均应落在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种运营路基病害处置装置，其特征在于：包括路基、加热装置、湿度计（3）、湿度感应控制装置（7）和太阳能板（10），所述路基之中设置有若干个加热装置和若干个湿度计（3），所述加热装置与湿度感应控制装置（7）通过加热系统外连接导线（11）电连接，所述湿度计（3）与湿度感应控制装置（7）通过湿度计外连接导线（12）电连接，所述湿度感应控制装置（7）与太阳能板（10）电连接；各个湿度计（3）用于检测路基中各个检测位置处的湿度值并将该湿度值传输给湿度感应控制装置（7），湿度感应控制装置（7）内部具有湿度阈值模块，湿度感应控制装置（7）用于根据湿度计（3）所检测到的湿度值而触发加热装置对路基进行加热加固处理，所述太阳能板（10）用于给湿度感应控制装置（7）、湿度计（3）、加热装置提供所需的电能。

2.按照权利要求1所述的一种运营路基病害处置装置，其特征在于：还包括埋藏于路基中的地埋箱（16），所述地埋箱（16）为蓄电装置，所述地埋箱（16）电连接于湿度感应控制装置（7）和太阳能板（10）之间。

3.按照权利要求1所述的一种运营路基病害处置装置，其特征在于：所述加热装置包括加热丝（4）、导热管（5）和水蒸气散热管（6），所述加热丝（4）与湿度感应控制装置（7）电连接，加热丝（4）设置于导热管（5）之中，在导热管（5）外部设有完全容纳导热管（5）的水蒸气散热管（6）。

4.按照权利要求3所述的一种运营路基病害处置装置，其特征在于：所有湿度计（3）在路基中从上至下依次均匀分成若干层湿度计层，每层湿度计层由横向方向、纵向方向均匀间隔排列的湿度计构成；所述路基顶部设有加热系统固定端头（1），所有加热装置的顶部均固定于加热系统固定端头（1）上，所有加热装置的底部垂直插入路基中，所有加热装置在路基中均匀排列。

5.按照权利要求1所述的一种运营路基病害处置装置，其特征在于：所述湿度感应控制装置（7）中设有报警指示灯（13），该报警指示灯（13）与湿度感应控制装置（7）的湿度阈值模块电连接；所述湿度感应控制装置（7）上设有湿度设置按钮（14），湿度设置按钮（14）用于设定或调整湿度感应控制装置（7）的湿度阈值模块中最大湿度阈值与最小湿度阈值。

6.按照权利要求1或5所述的一种运营路基病害处置装置，其特征在于：所述湿度感应控制装置（7）上设有湿度值显示表盘（8），所述湿度值显示表盘（8）用于显示所述湿度计（3）所检测到的湿度值信息；所述湿度感应控制装置（7）上设有检修强停按钮（15），所述检修强停按钮（15）分别与所有湿度计（3）、所有加热装置电连接，检修强停按钮（15）用于切断路基中所有湿度计（3）以及所有加热装置的电能供给。

7.按照权利要求3所述的一种运营路基病害处置装置，其特征在于：所述水蒸气散热管（6）的外壁开有镂空结构，且镂空结构中各个孔径的大小为2cm；所述湿度感应控制装置（7）上设有温度表（9），所述路基中设有若干个与湿度感应控制装置（7）电连接的温度传感器。

8.按照权利要求3或7所述的一种运营路基病害处置装置，其特征在于：所述导热管（5）采用碳化硅材料制成。

9.一种运营路基病害处理方法，其特征在于：

A、确定病害处路基范围，探测病害处路基的地下水埋藏深度h，确定加热装置的入土深度H，加热装置选取在距离地下水位线0.5米至1米范围内；

B、将加热装置和湿度计（3）均匀布设于路基之中，各个加热装置之间的间距为2米～3米，每四个加热装置中心布置一个湿度计（3）；

C、在病害处路基位于加热装置和湿度计（3）对应位置处布置所需的孔位，在病害处路基的孔位处钻孔，加热装置和湿度计分别依次埋入相应的孔位中，加热装置埋设时在孔位中具有孔隙以使得加热装置中水蒸气散热管（6）的水蒸气顺利排放；所述湿度计（3）在埋设时用散土填充孔位，将所有加热装置和所有湿度计（3）通过导线与湿度感应控制装置（7）电连接；

D、通过湿度设置按钮（14）设定或调整湿度感应控制装置（7）的湿度阈值模块中的最大湿度阈值与最小湿度阈值；

E、选择合适场地埋入配有蓄电功能的地埋箱（16），并架设太阳能板（10），其中太阳能板朝向以公路阳面为主，太阳能板（10）与地埋箱（16）电连接，地埋箱（16）与湿度感应控制装置（7）电连接，太阳能板（10）吸收太阳能而产生电能并将电能传输给地埋箱（16），地埋箱（16）为湿度感应控制装置（7）、湿度计（3）、加热装置提供所需的电能；

F、各个湿度计（3）检测路基中各个检测位置处的湿度值并将该湿度值传输给湿度感应控制装置（7），湿度感应控制装置（7）收到湿度计（3）所检测到的实时湿度值后，将实时湿度值与湿度感应控制装置（7）的湿度阈值模块中的最大湿度阈值与最小湿度阈值进行比较，当实时湿度值大于最大湿度阈值时，湿度感应控制装置（7）触发加热装置中的加热丝（4）、导热管（5）、水蒸气散热管（6）共同对路基进行加热、加固处理；当实时湿度值小于最小湿度阈值时，湿度感应控制装置（7）触发加热装置关闭加热、加固处理。