CN107059542B - 一种基于发热电缆的融冰雪路面及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于发热电缆的融冰雪路面及其施工方法，其特征是：将发热电缆按车道轮迹带所在位置进行铺设，包括：直行车道上，发热电缆沿纵向铺设在直行车道轮迹带所在位置，铺设宽度与直行车道轮迹带等宽，形成等宽融冰雪轮迹，车辆保持行驶在等宽融冰雪轮迹上；转弯车道上，发热电缆沿纵向铺设在转弯车道轮迹带所在位置，并且在转弯车道轮迹带的内侧加宽铺设，形成加宽融冰雪轮迹，车辆保持行驶在加宽融冰雪轮迹上。本发明有效实现了路面快速融雪化冰，能减少能量损失，防止路面二次结冰，极大地降低了电缆铺设成本。

Description

一种基于发热电缆的融冰雪路面及其施工方法

技术领域

本发明涉及城市道路，更具体地说是一种基于发热电缆的融冰雪路面及其施工方法。

背景技术

大量的调查和研究表明，路面状况的好坏是影响道路交通的重要因素。在寒冷的冬季,当路面因降雪而积雪结冰时,给道路畅通和行车安全带来了严重的影响，在冰、雪天气中，路面附着能力大大降低，对车辆行驶的动力性及安全性极为不利。据分析：冰雪使汽车刹车失灵、方向失控，交通事故频繁发生，连续追尾撞车事故也屡见不鲜。冰雪天交通事故成倍增长。而当在转弯路面发生路面积雪时，路面行车变得更加危险。

现有技术中，对于路面冰雪的处理有清除法和融化法。清除法包括人工清除法和机械除雪法，其中，人工法是通过人力用劳动工具清除积雪，劳动强度大、效率低，耗费大量人力、物力和时间；机械法受季节影响较强，机械使用效率低，铲雪不彻底；融化法包括化学融化法和加热融化法，化学融化法由于融化剂的大量使用会产生大量危害环境物质，不利于环保；而热融化法对环境的危害几乎不存在，且融雪效果显著。

20世纪20年代初期，国外电热技术大量引入国内，电加热膜、发热电缆等大量用于石油输运管道、消防以及排水管道防冻、地板辐射采暖、冬季草坪防冻等。发热电缆用于路面融雪化冰在北欧国家已有应用，但对工程应用中的一些具体问题缺乏相关技术，包括：

1、针对我国现有道路条件，对于整个路面铺设发热电缆成本太高，经济性差，难以实现。

2、实际施工中，电缆层与路面层之间容易发生层间脱离，造成路面结构的不稳定，极大地影响了路面质量。

3、发热电缆的热量传递定向性差，导致能量利用率低，融雪效果不明显。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种基于发热电缆的融冰雪路面及其施工方法，使得发热电缆在路面融冰雪中提高经济性，保证路面结构安全性，提高能量利用率。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明基于发热电缆的融冰雪路面的结构特点是：将发热电缆按车道轮迹带所在位置进行铺设，包括：直行车道上，发热电缆沿纵向铺设在直行车道轮迹带所在位置，铺设宽度与直行车道轮迹带等宽，形成等宽融冰雪轮迹，车辆保持行驶在所述等宽融冰雪轮迹上；转弯车道上，发热电缆沿纵向铺设在转弯车道轮迹带所在位置，并且在转弯车道轮迹带的内侧加宽铺设，形成加宽融冰雪轮迹，车辆保持行驶在加宽融冰雪轮迹上；所述纵向是指车辆行进方向，所述车道轮迹带的内侧是指朝向转弯中心的一侧。

本发明基于发热电缆的融冰雪路面的结构特点也在于：在所述转弯车道上，由道路外侧朝向道路内侧的各道加宽融冰雪轮迹的宽度逐渐递增。

本发明基于发热电缆的融冰雪路面的结构特点也在于：在所述转弯车道上，由道路外侧朝向道路内侧的各道加宽融冰雪轮迹中的各根发热电缆的加热时长逐渐递增。

本发明基于发热电缆的融冰雪路面的结构特点也在于：处在等宽融冰雪轮迹中的发热电缆采用单导发热电缆，处在加宽融冰雪轮迹中的发热电缆采用双导发热电缆。

本发明基于发热电缆的融冰雪路面的结构特点也在于：所述发热电缆是以微金属纤维芳纶纤维作为发热体，在所述发热体的外部，由内向外依次设置有绝缘层、内护套层和外护套层，所述绝缘层是以EP橡胶为材质，所述内护套层是以耐热聚氯乙烯为材质、所述外护套层是以聚酯为材质，所述发热电缆20℃的电阻率为12～14uΩ·m。

本发明基于发热电缆的融冰雪路面的结构特点也在于：融冰雪路面的路面结构层由上而下依次为上面层、中面层、下面层和基层；在所述中面层的上表面沿纵向设置用于嵌装发热电缆的凹槽，所述凹槽的横截面呈矩形，边长为20mm；相邻凹槽的中心距d为：d＝P1/P；其中P1为发热电缆的每米功率，P为敷设功率，P＝250-400W/m²。

本发明基于发热电缆的融冰雪路面的结构特点也在于：在凹槽的底部铺设隔热材料，发热电缆是以隔热材料为垫层，发热电缆的下半部埋置在隔热材料中，在所述发热电缆的上半部覆盖导热材料，所述隔热材料为隔热棉或石棉，所述导热材料为防水性导热胶泥或石墨片。

本发明基于发热电缆的融冰雪路面的结构特点也在于：

各道加宽融冰雪轮迹的宽度按如下方法确定：

所述各道加宽融冰雪轮迹在对应圆曲线处定值加宽，由道路外侧朝向道路内侧的各道加宽融冰雪轮迹在对应圆曲线外的加宽值为e_k，k＝1,2,3…：其中e为转弯车道的路面加宽值，按照《公路路线设计规范》获得e的取值，b为路幅宽度，x_k为自道路外侧朝向道路内侧第k条等宽融冰雪轮迹的中心线据道路外侧边缘的距离；

所述各道加宽融冰雪轮迹在对应缓和曲线处自加宽融冰雪轮迹的起点到圆曲线处的平滑过渡。

本发明基于发热电缆的融冰雪路面的结构特点也在于：

在转弯车道的路段横断面上形成有外侧高于内侧的单向横坡，其为超高。

对应于加宽融冰雪轮迹所在位置的任意一根电缆A，为防止路面二次结冰，设置所述电缆A的加热时长T为：

其中，t为融化路面冰雪所需时长，i为转弯车道的超高值，g为重力加速度9.8m/s²，l为电缆A距道路外侧边缘的距离。

本发明基于发热电缆的融冰雪路面的施工方法的特点是按如下步骤进行：

步骤1：在完成摊铺压实之后的中面层上设置纵向凹槽，且每隔100m设置一道横向凹槽，利用横向凹槽使各道纵向凹槽形成横向贯通，在所述纵向凹槽中铺垫隔热材料，隔热材料上铺装发热电缆，发热电缆的连接导线铺设在各道横向凹槽中，并自横向凹槽中引出路面，与外部控制系统电连接；

步骤2：在各道纵向凹槽及横向凹槽所在位置的表面使用防水导热胶泥封压实抹平，完成封槽；随后，利用沥青撒布车在纵向凹槽及横向凹槽所在位置喷洒乳化沥青粘层油，喷洒量为0.4～0.7L/m²；

步骤3：摊铺上面层：

在直行车道上，利用胶轮摊铺机沿纵向摊铺上面层，胶轮摊铺机的摊铺速度控制为1m/min～3m/min，胶轮摊铺机的胶轮避开等宽融冰雪轮迹所在位置；在转弯车道上，沿纵向人工摊铺上面层；

步骤4：实施阶梯式碾压：

利用至少两台压路机同时作业，靠弯道内侧的压路机先于弯道外侧的压路机进行作业；

步骤5：按《公路沥青路面养护技术规范》进行养护。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明将发热电缆设置在车道轮迹带所在位置上，保证车道轮迹带所在位置快速高效地实现融冰雪，是一种经济、有效的路面融冰雪方式。

2、本发明在转弯车道上针对转弯时车辆行驶状态的特殊性设置加宽融冰雪轮迹，通过在加宽位置上有效地进行融冰雪，极大地提高了转弯车辆的行车安全。

3、本发明在转弯车道上，由道路外侧朝向道路内侧的各道加宽融冰雪轮迹的宽度逐渐递增，有效增加了行车视距，使车辆在弯道处的行驶更加安全，并能使车道轮迹带上的融雪更加高效。

4、本发明根据转弯车道外侧和内侧的高差设置差异加热时长，能有效避免融冰水从外侧流向内侧时造成路面二次结冰，避免了冰雪水在内侧聚集。

5、本发明针对直行车道采用单导发热电缆，可以在保证铺装的同时降低成本，提高经济性；在转弯车道中采用双导发热电缆可以受限的宽度上极大地提高发热电缆的铺设便捷性。

6、本发明在凹槽中利用隔热材料阻隔热量下向的无效传递，并利用导热材料将热量有效传导至路面，其在结构使发热电缆得到有效保护，更能大大提高能量的利用率。

7、本发明在施工过程中能有避免凹槽及发热电缆被摊铺机压损；阶梯式碾压的方式保证了路面坡度的有效成型。

附图说明

图1为本发明中基于发热电缆的融冰雪路面平面示意图；

图2为本发明中基于发热电缆的融冰雪路面俯视图；

图3为本发明中基于发热电缆的融冰雪路面立体示意图；

图4为本发明中发热电缆安装示意图；

图中标号：1等宽融冰雪轮迹，2加宽融冰雪轮迹，3上面层，4发热电缆，5中面层，6下面层，7基层，8隔热材料，9导热材料。

具体实施方式

参见图1和图2，本实施例中基于发热电缆的融冰雪路面的结构特点是：将发热电缆按车道轮迹带所在位置进行铺设，包括：

直行车道上，发热电缆沿纵向铺设在直行车道轮迹带所在位置，铺设宽度与直行车道轮迹带等宽，形成等宽融冰雪轮迹1，车辆保持行驶在等宽融冰雪轮迹1上。

转弯车道上，发热电缆沿纵向铺设在转弯车道轮迹带所在位置，并且在转弯车道轮迹带的内侧加宽铺设，形成加宽融冰雪轮迹2，车辆保持行驶在加宽融冰雪轮迹2上。

纵向是指车辆行进方向，车道轮迹带的内侧是指朝向转弯中心的一侧。

参见图3和图4，本实施例中融冰雪路面的路面结构层由上而下依次为上面层3、中面层5、下面层6和基层7；在中面层5的上表面沿纵向设置用于嵌装发热电缆的凹槽，凹槽的横截面呈矩形，边长为20mm；相邻凹槽的中心距d为：d＝P1/P；其中P1为发热电缆的每米功率，P为敷设功率，P＝250-400W/m²；在凹槽的底部铺设隔热材料8，发热电缆4是以隔热材料8为垫层，发热电缆4的下半部埋置在隔热材料8中，在发热电缆4的上半部覆盖导热材料9，隔热材料8为隔热棉或石棉，导热材料9为防水性导热胶泥或石墨片。

为了使能量进行单向传递，减少能量损失，提高能量利用率，针对转弯车道的路段横断面上形成有外侧高于内侧的单向横坡，即超高，本实施例中对于各道加宽融冰雪轮迹2按如下形式设置：

在转弯车道上，由道路外侧朝向道路内侧的各道加宽融冰雪轮迹2的宽度逐渐递增，各道加宽融冰雪轮迹2的宽度按如下方法确定：各道加宽融冰雪轮迹2在对应圆曲线处定值加宽，由道路外侧朝向道路内侧的各道加宽融冰雪轮迹2在对应圆曲线外的加宽值为e_k，k＝1,2,3…：其中e为转弯车道的路面加宽值，按照《公路路线设计规范》获得e的取值，b为路幅宽度，x_k为自道路外侧朝向道路内侧第k条等宽融冰雪轮迹1的中心线据道路外侧边缘的距离；各道加宽融冰雪轮迹2在对应缓和曲线处自加宽融冰雪轮迹2的起点到圆曲线处的平滑过渡。

为防止路面二次结冰，在转弯车道上，由道路外侧朝向道路内侧的各道加宽融冰雪轮迹2中的各根发热电缆的加热时长逐渐递增；对应于加宽融冰雪轮迹2所在位置的任意一根电缆A，设置电缆A的加热时长T为：其中，t为融化路面冰雪所需时长，i为转弯车道的超高值，g为重力加速度9.8m/s²，l为电缆A距道路外侧边缘的距离。

为了简化结构，将处在等宽融冰雪轮迹1中的发热电缆采用为单导发热电缆，将处在加宽融冰雪轮迹2中的发热电缆采用为双导发热电缆。单导发热电缆成本低，但在电缆铺设中需要呈回路铺设；双导发热电缆在内部自成回路，在施工中，只要在接线端连接供电电源即可，不存在另一端的导线接线，因而可根据具体情况任意放置，其与单导发热电缆相比，大大降低了施工难度。发热电缆是以微金属纤维芳纶纤维作为发热体，在发热体的外部，由内向外依次设置有绝缘层、内护套层和外护套层，绝缘层是以EP橡胶为材质，内护套层是以耐热聚氯乙烯为材质、外护套层是以聚酯为材质，发热电缆20℃的电阻率为12～14uΩ·m。

本实施例中基于发热电缆的融冰雪路面的施工是按如下步骤进行：

步骤1：在完成摊铺压实之后的中面层5上设置纵向凹槽，且每隔100m设置一道横向凹槽，利用横向凹槽使各道纵向凹槽形成横向贯通，在纵向凹槽中辅垫隔热材料8，隔热材料8上辅装发热电缆4，发热电缆4的连接导线铺设在各道横向凹槽中，并自横向凹槽中引出路面，与外部控制系统电连接。

步骤2：在各道纵向凹槽及横向凹槽所在位置的表面使用防水导热胶泥封压实抹平，完成封槽；随后，利用沥青撒布车在纵向凹槽及横向凹槽所在位置喷洒乳化沥青粘层油，喷洒量为0.4～0.7L/m²。

步骤3：摊铺上面层3：在直行车道上，利用胶轮摊铺机沿纵向摊铺上面层3，胶轮摊铺机的摊铺速度控制为1m/min～3m/min，胶轮摊铺机的胶轮避开等宽融冰雪轮迹1所在位置；在转弯车道上，沿纵向人工摊铺上面层3。

步骤4：实施阶梯式碾压：利用至少两台压路机同时作业，靠弯道内侧的压路机先于弯道外侧的压路机进行作业；

步骤5：按《公路沥青路面养护技术规范》进行养护。

Claims (10)

1.一种基于发热电缆的融冰雪路面，其特征是：将发热电缆按车道轮迹带所在位置进行铺设，包括：

直行车道上，发热电缆沿纵向铺设在直行车道轮迹带所在位置，铺设宽度与直行车道轮迹带等宽，形成等宽融冰雪轮迹(1)，车辆保持行驶在所述等宽融冰雪轮迹(1)上；

转弯车道上，发热电缆沿纵向铺设在转弯车道轮迹带所在位置，并且在转弯车道轮迹带的内侧加宽铺设，形成加宽融冰雪轮迹(2)，车辆保持行驶在加宽融冰雪轮迹(2)上；

所述纵向是指车辆行进方向，所述车道轮迹带的内侧是指朝向转弯中心的一侧。

2.根据权利要求1所述的基于发热电缆的融冰雪路面，其特征是：在所述转弯车道上，由道路外侧朝向道路内侧的各道加宽融冰雪轮迹(2)的宽度逐渐递增。

3.根据权利要求1所述的基于发热电缆的融冰雪路面，其特征是：在所述转弯车道上，由道路外侧朝向道路内侧的各道加宽融冰雪轮迹(2)中的各根发热电缆的加热时长逐渐递增。

4.根据权利要求1所述的基于发热电缆的融冰雪路面，其特征是：处在等宽融冰雪轮迹(1)中的发热电缆采用单导发热电缆，处在加宽融冰雪轮迹(2)中的发热电缆采用双导发热电缆。

5.根据权利要求4所述的基于发热电缆的融冰雪路面，其特征是：所述发热电缆是以微金属纤维芳纶纤维作为发热体，在所述发热体的外部，由内向外依次设置有绝缘层、内护套层和外护套层，所述绝缘层是以EP橡胶为材质，所述内护套层是以耐热聚氯乙烯为材质、所述外护套层是以聚酯为材质，所述发热电缆20℃的电阻率为12～14uΩ·m。

6.根据权利要求1所述的基于发热电缆的融冰雪路面，其特征是：融冰雪路面的路面结构层由上而下依次为上面层(3)、中面层(5)、下面层(6)和基层(7)；在所述中面层(5)的上表面沿纵向设置用于嵌装发热电缆的凹槽，所述凹槽的横截面呈矩形，边长为20mm；相邻凹槽的中心距d为：d＝P1/P；其中P1为发热电缆的每米功率，P为敷设功率，P＝250-400W/m²。

7.根据权利要求6所述的基于发热电缆的融冰雪路面，其特征是：在所述凹槽的底部铺设隔热材料(8)，发热电缆(4)是以隔热材料(8)为垫层，发热电缆(4)的下半部埋置在隔热材料(8)中，在所述发热电缆(4)的上半部覆盖导热材料(9)，所述隔热材料(8)为隔热棉或石棉，所述导热材料(9)为防水性导热胶泥或石墨片。

8.根据权利要求2所述的基于发热电缆的融冰雪路面，其特征是：

各道加宽融冰雪轮迹(2)的宽度按如下方法确定：

所述各道加宽融冰雪轮迹(2)在对应圆曲线处定值加宽，由道路外侧朝向道路内侧的各道加宽融冰雪轮迹(2)在对应圆曲线外的加宽值为e_k，k＝1,2,3…：其中e为转弯车道的路面加宽值，按照《公路路线设计规范》获得e的取值，b为路幅宽度，x_k为自道路外侧朝向道路内侧第k条等宽融冰雪轮迹(1)的中心线据道路外侧边缘的距离；

所述各道加宽融冰雪轮迹(2)在对应缓和曲线处自加宽融冰雪轮迹(2)的起点到圆曲线处的平滑过渡。

9.根据权利要求3所述的基于发热电缆的融冰雪路面，其特征是：

在转弯车道的路段横断面上形成有外侧高于内侧的单向横坡，其为超高；

对应于加宽融冰雪轮迹(2)所在位置的任意一根电缆A，为防止路面二次结冰，设置所述电缆A的加热时长T为：

其中，t为融化路面冰雪所需时长，i为转弯车道的超高值，g为重力加速度9.8m/s²，l为电缆A距道路外侧边缘的距离。

10.一种权利要求1-9任一基于发热电缆的融冰雪路面的施工方法，其特征是按如下步骤进行：

步骤1：在完成摊铺压实之后的中面层(5)上设置纵向凹槽，且每隔100m设置一道横向凹槽，利用横向凹槽使各道纵向凹槽形成横向贯通，在所述纵向凹槽中铺垫隔热材料(8)，隔热材料(8)上铺装发热电缆(4)，发热电缆(4)的连接导线铺设在各道横向凹槽中，并自横向凹槽中引出路面，与外部控制系统电连接；

步骤2：在各道纵向凹槽及横向凹槽所在位置的表面使用防水导热胶泥封压实抹平，完成封槽；随后，利用沥青撒布车在纵向凹槽及横向凹槽所在位置喷洒乳化沥青粘层油，喷洒量为0.4～0.7L/m²；

步骤3：摊铺上面层(3)：

在直行车道上，利用胶轮摊铺机沿纵向摊铺上面层(3)，胶轮摊铺机的摊铺速度控制为1m/min～3m/min，胶轮摊铺机的胶轮避开等宽融冰雪轮迹(1)所在位置；在转弯车道上，沿纵向人工摊铺上面层(3)；

步骤4：实施阶梯式碾压：

利用至少两台压路机同时作业，靠弯道内侧的压路机先于弯道外侧的压路机进行作业；

步骤5：按《公路沥青路面养护技术规范》进行养护。