CN108914869A - 一种基于路桥地下水的融雪化冰系统及方法 - Google Patents

一种基于路桥地下水的融雪化冰系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于道路安全技术领域，涉及一种基于路桥地下水的融雪化冰系统及方法，包括透水管桩以及抽水设备；透水管桩从路桥表面伸向地下；透水管桩的管壁上设置有透水孔；路桥地下水经过透水管桩管壁上的透水孔进入透水管桩中；抽水设备置于透水管桩中并安装在透水管桩中地下水标高以下；抽水设备将透水管桩中的地下水泵送至路桥表面。本发明提供了一种自然环保、便于操作、成本低廉以及有效确保道路安全的基于路桥地下水的融雪化冰系统及方法。

Description

一种基于路桥地下水的融雪化冰系统及方法
技术领域
本发明涉及道路安全技术领域，涉及一种融雪化冰系统及方法，尤其涉及一种基于路桥地下水的融雪化冰系统及方法。
背景技术
地面温度如果低于0℃，道路上就会出现积雪或结冰现象。在我国北方地区，尤其是东北地区和内蒙古北部地区，常常出现道路结冰现象。而我国南方地区，降雪一般为湿雪，往往属于0～4℃的混合态水，落地便成冰水浆糊状，一到夜间气温下降，就会凝固成大片冰块，只要当地冬季最低温度低于0℃，就有可能出现道路结冰现象，只要温度不回升到足以使冰层解冻，就将一直坚如磐石。一般来说，寒冬腊月，当出现大范围强冷空气活动引起气温下降的天气(气象上称为寒潮)时，如果伴有雨雪，最容易发生道路结冰现象。
车辆在雨雪天行驶，由于冰雪路面附着系数很低，所以车轮在这样的路况下行驶时会导致车轮打滑甚至失控，危险性很高。一般而言，遇到冰雪等恶劣天气，高速公路将会临时封闭、喷洒盐水或者使用融雪剂，但是融雪化冰效果也不是很理想，有时甚至破坏生态环境造成严重危害并带来巨大经济损失，在我国的危害也已逐渐显现。
发明内容
为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种自然环保、便于操作、成本低廉以及有效确保道路安全的基于路桥地下水的融雪化冰系统及方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于路桥地下水的融雪化冰系统，其特征在于：所述基于路桥地下水的融雪化冰系统包括第一透水管桩以及抽水设备；所述第一透水管桩从路桥表面伸向地下；所述第一透水管桩的管壁上设置有透水孔；路桥地下水经过第一透水管桩管壁上的透水孔进入第一透水管桩中；所述抽水设备置于第一透水管桩中并安装在第一透水管桩中地下水标高以下；所述抽水设备将第一透水管桩中的地下水泵送至路桥表面。
作为优选，本发明所采用的第一透水管桩是多个，多个第一透水管桩分布在道路两侧的排水边沟和道路中线分割带下方；所述第一透水管桩的间距不小于2米。
作为优选，本发明所采用的第一透水管桩管壁上的透水孔设置在距离桩底端1/10的桩长范围内；所述第一透水管桩管壁上透水孔的疏密布置及孔径大小可根据相应地质条件具体设置；所述第一透水管桩管壁上的透水孔是将温度较高的地下水透入到透水管桩中。
作为优选，本发明所采用的基于路桥地下水的融雪化冰系统还包括设置在路桥路肩外部的边沟以及设置在边沟底部并与边沟相贯通的第二透水管桩；所述第二透水管桩的管壁上设置有透水孔；流至边沟的水分经第二透水管桩以及第二透水管桩管壁上的透水孔渗透到地底层中；所述第二透水管桩是多个，相邻两个第二透水管桩的间距不低于2米；所述第二透水管桩管壁上的透水孔设置在距离桩底端1/10的桩长范围内。
作为优选，本发明所采用的基于路桥地下水的融雪化冰系统还包括设置在边沟底部的落水洞；所述落水洞的洞口处设置有下渗网片；所述边沟通过落水洞与第二透水管桩相贯通。
作为优选，本发明所采用的基于路桥地下水的融雪化冰系统还包括与透水管桩相连并与透水管桩交错设置的融雪剂喷灌系统。
作为优选，本发明所采用的融雪剂喷灌系统是多个，相邻两个融雪剂喷灌系统的间距不大于4米。
作为优选，本发明所采用的抽水设备是潜水泵或循环泵。
一种基于如前所述的基于路桥地下水的融雪化冰系统的融雪化冰方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
1)判断路桥路面是否存在冰雪，若是，则进行步骤2)以及步骤3)直至路桥路面的冰雪融化完成；若否，则退出融雪化冰过程；
2)启动抽水设备，抽取地下水位10m以下且水温在14℃-18℃的地下水，并将该地下水通过第一透水管桩引至冰冻路桥路面；
3)引至冰冻路桥路面的地下水利用路桥路面的坡度缓缓流向道路两侧的排水的边沟中，通过14℃-18℃的地下水对路桥路面上的冰雪进行融雪化冰，融雪化冰后的液体经边沟、落水洞以及第二透水管桩排出或渗透至地下。
作为优选，本发明所采用的融雪化冰方法在步骤3)之后还包括：
4)判断路桥表面是否需要融雪剂辅助融雪化冰，若是，则通过融雪剂喷灌系统向路桥路面喷洒融雪剂；若否，则返回步骤1)。
作为优选，本发明所采用的融雪剂喷灌系统所喷洒的融雪剂是环保型融雪剂。
本发明的优点是：
本发明提供了一种基于路桥地下水的融雪化冰系统及方法，该基于路桥地下水的融雪化冰系统包括第一透水管桩以及抽水设备；第一透水管桩从路桥表面伸向地下；第一透水管桩的管壁上设置有透水孔；路桥地下水经过第一透水管桩管壁上的透水孔进入第一透水管桩中；抽水设备置于第一透水管桩中并安装在第一透水管桩中地下水标高以下；抽水设备将第一透水管桩中的地下水泵送至路桥表面。本发明提出利用地下温度较高的地下水，通过第一透水管桩内设置的抽水设备，并结合道路中线分隔带中设置的含融雪剂的喷灌系统一起工作，从而进行自然环保的道路面融雪化冰。在花费较小的人力物力的基础上，达到较普通方法更加快捷、有效地道路面融雪化冰的效果。本发明通过对普通桩的替换以及设置抽水设备，对地下水进行了有效利用，制作成本更低，操作性更简便和更容易推广。对于现在雨雪天气道路结冰问题提供了一种实质性的解决方案，且本发明自然环保、施工简单、易操作、成本低、易于较大范围的推广，达到较普通方法更加快捷、有效地道路面融雪化冰的效果，为加快我国基础建设和经济发展提供了一个行之有效的方案。
附图说明
图1是本发明所提供的基于路桥地下水的融雪化冰系统的俯视结构示意图；
图2是本发明所提供的基于路桥地下水的融雪化冰系统的路堤下透水管桩布置图；
图3是本发明所提供的基于路桥地下水的融雪化冰系统的工作立面示意图；
图4是抽水设备在透水管桩的内部结构示意图；
图5是本发明所提供的透水管桩的透水孔的结构示意图；
图中标记：
1-道路中线分隔带；2-第一透水管桩；3-边沟；4-落水洞；5-地下水抽到地表后的顺流方向；6-抽水设备；7-透水孔；8-喷灌系统；9-第二透水管桩。
具体实施方式
参见图1、图3、图4以及图5，本发明提供了一种基于路桥地下水的融雪化冰系统，包括第一透水管桩2以及抽水设备6；第一透水管桩2从路桥表面道路中央分隔带1伸向地下；第一透水管桩2的管壁上设置有透水孔7；路桥地下水经过第一透水管桩2管壁上的透水孔7进入第一透水管桩2中；抽水设备6置于第一透水管桩2中并安装在第一透水管桩2中地下水标高以下；抽水设备6将第一透水管桩2中的地下水泵送至路桥表面。
参见图2，第一透水管桩2是多个，多个第一透水管桩2的间距不低于2米。第一透水管桩2管壁上的透水孔7设置在距离桩底端1/10的桩长范围内。
基于路桥地下水的融雪化冰系统还包括设置在路桥路肩外部的边沟3，基于路桥地下水的融雪化冰系统还包括设置在边沟3以及设置在边沟3底部并与边沟3相贯通的第二透水管桩9；第二透水管桩9的管壁上设置有透水孔7；流至边沟3的水分经第二透水管桩9以及第二透水管桩9管壁上的透水孔7渗透到地底层中；第二透水管桩9是多个，相邻两个第二透水管桩9的间距不低于2米；第二透水管桩管壁上的透水孔7设置在距离桩底端1/10的桩长范围内。同时，还包括设置在边沟3底部的落水洞4；落水洞4的洞口处设置有下渗网片，边沟3通过落水洞4与第二透水管桩9相贯通。
基于路桥地下水的融雪化冰系统还包括与第一透水管桩2相连并与第一透水管桩2交错设置的融雪剂喷灌系统8，融雪剂喷灌系统8是多个，相邻两个融雪剂喷灌系统8的间距不大于4米。
抽水设备6是潜水泵或循环泵。
本发明在提供上述融雪化冰系统的同时，还提供了一种基于如上所记载的基于路桥地下水的融雪化冰系统的融雪化冰方法，该方法包括以下步骤：
1)判断路桥路面是否存在冰雪，若是，则进行步骤2)以及步骤3)直至路桥路面的冰雪融化完成；若否，则退出融雪化冰过程；
2)启动抽水设备6，抽取地下水位10m以下且水温在14℃-18℃的地下水，并将该地下水通过第一透水管桩2引至冰冻路桥路面；
3)引至冰冻路桥路面的地下水利用路桥路面的坡度缓缓流向道路两侧的排水的边沟3中，通过14℃-18℃的地下水对路桥路面上的冰雪进行融雪化冰，融雪化冰后的液体经边沟3底部的落水洞4以及第二透水管桩9排出或渗透至地下。
4)判断路桥表面是否需要融雪剂辅助融雪化冰(即冰冻路桥表路面是否因为冰雪天气引起路面结冰或积雪过厚而被迫封闭甚至破坏)，若是，则通过融雪剂喷灌系统8向路桥路面喷洒融雪剂；若否，则返回步骤1)；融雪剂喷灌系统8所喷洒的融雪剂是环保型融雪剂。
本发明通过埋置于桩基内的抽水设备6对地下温度较高的地下水由下向上抽取到地上，通过预先已设置于道路中央分隔带1内的溢流管，以及设置在分隔带1内且位置不与第一透水管桩2重合的含融雪剂的喷灌系统8向路面一起进行自然环保的路面融雪化冰处理。由于道路中线分隔带1高于路面其他位置，故抽取上来的地下水能沿着一定坡度形成地下水抽到地表后的顺流方向5，缓缓流向道路两侧的排水边沟3以及第二透水管桩9内，形成地下水和化冰水的循环利用，实现一种自然环保、简单易操作以及适用范围广的路桥道路面融雪化冰系统。
本发明所采用的第一透水管桩2全部为既能满足工程实际承载需求，又能拥有优于普通桩透水性能的第一透水管桩2；第一透水管桩2为桩端开口桩底封闭的透水混凝土管桩；第一透水管桩2底部透水孔7可根据地质条件择优选择。如在软土地区，细粒土组成的孔隙比大(e≥1)且天然含水量高(ω≥ωL)，此时第一透水管桩2底部设置的透水孔7应适当增加数量以满足其透水要求。桩基布置方式(以桩径为400mm，桥面为4车道为例)，按照《刚性桩桩网路基设计与施工技术规程》第一透水管桩2分布在道路两侧的排水边沟3和道路中线分割带1下方，其间距不低于2米。当本发明系统应用于桥面化冰时，由于桥梁表面风速快，更易结冰。故在地基处理方式同路面融雪化冰系统的基础上，可利用原有桥墩，通过增加排水管道的方式，同样对桥面冰面进行化冰处理。第一透水管桩2抽取的地下水位于地下水位10m以下，水温大致在14℃-18℃。
由于道路中线分隔带1的标高高于两侧路面，以便抽取的地下水能沿着一定的坡度缓缓倾流向两侧路面的排水边沟3内，是根据道路设计规范要求规定的道路中央高度高于两侧路面设定的。道路中线分隔带1其下连通着第一透水管桩2；桥面中线分隔带里每隔4m设置一个含融雪剂的喷灌，当路面结冰严重时启动喷灌系统8可形成一个半径为4m的圆形喷射路径，辅助路面融雪化冰。
喷灌系统8中的融雪剂是使用由我国研制出的新型环保融雪剂。主要原料采用氯化钙并选择了高效缓蚀剂和益于植物生长的添加剂，避免了长期使用普通融雪剂后造成土壤板结、盐碱化等潜在危害，同时使用该融雪剂后可以增加土壤的肥力，补充了土壤中对生物有利的微量元素，实现了“融雪施肥”二合一。含融雪剂的喷灌系统8设置的位置不与第一透水管桩2重合，以防止其功能重叠。两侧道路边沿设有排水边沟3，并连接排水管网。所采用的边沟3落水洞4孔径为50-75mm；落水洞4上的下渗网片的网格尺寸为2-4mm。抽水设备6可选用小型潜水泵或者小型循环泵；抽水设备6仅设置于道路中线分隔带1下的一排桩内；抽水设备6并联连接，可根据道路结冰情况控制使用数量，其控制中心在地表。
下面将结合具体实施方式，对本发明所提供的技术方案进行详细说明：
参见图1，本发明提供了一种路桥地下水融雪化冰系统，包括路面中线分隔带1、第一透水管桩2、路面边沟3、抽水设备6、含融雪剂的喷灌系统8以及第二透水管桩9。
本发明融雪化冰系统中第一透水管桩2为桩端开口桩底封闭且桩底侧面设透水孔7的混凝土管桩，主要便于抽水设备6抽取地下水；抽水设备6设置在路面中线分隔带下1的第一透水管桩2内，一般安装在地下水标高以下1m处左右，其功能主要是将地下水位10m以下水温大致在14℃-18℃的地下水引至冰冻路面；并结合第一透水管桩2上部含融雪剂的喷灌系统8一起进行自然环保的路面融雪化冰处理，含融雪剂的喷灌系统8一般间隔4m设置一处，位于道路中线分割带1内，路面两侧边沿设有排水的边沟3，并连接第二透水管桩9，形成地下水和化冰水循环利用。
将本实施例的路桥地下水融雪化冰系统应用于某山区高速道路一处800m的高架桥，高架桥为钢筋混凝土拱式桥，桥高25m。正值寒冬，此路段冰雪覆盖严重，采用本发明路桥地下水融雪化冰系统处理后，经过半个小时左右桥面冰雪慢慢融化，持续作用两小时桥面冰雪消逝，实用效果非常明显。并在该高速邻近相似地层一处650m的同类型高架桥未采用本发明的路桥地下水融雪化冰系统处理，该桥面冰面最先融化的地方也是在温度有所回升后一天左右才有所变化。对两种工况分别进行了监测对比分析。监测结果表明，未采用本发明的路桥地下水融雪化冰系统处理桥面路段，由于冰雪融化速率较慢，冰雪沉积导致行车缓慢，交通事故率颇高。而采用本发明的路桥地下水融雪化冰系统能在冰雪覆盖后的两小时内有效的处理桥面冰雪沉积现象，并一直保持桥面不结冰，通畅高速公路，减少高速交通事故。

Claims (10)

1.一种基于路桥地下水的融雪化冰系统，其特征在于：所述基于路桥地下水的融雪化冰系统包括第一透水管桩（2）以及抽水设备（6）；所述第一透水管桩（2）从路桥表面伸向地下；所述第一透水管桩（2）的管壁上设置有透水孔（7）；路桥地下水经过第一透水管桩（2）管壁上的透水孔（7）进入第一透水管桩（2）中；所述抽水设备（6）置于第一透水管桩（2）中并安装在第一透水管桩（2）中地下水标高以下；所述抽水设备（6）将第一透水管桩（2）中的地下水泵送至路桥表面。
2.根据权利要求1所述的基于路桥地下水的融雪化冰系统，其特征在于：所述第一透水管桩（2）是多个，相邻两个第一透水管桩（2）的间距不低于2米；所述第一透水管桩（2）管壁上的透水孔（7）设置在距离桩底端1/10的桩长范围内。
3.根据权利要求2所述的基于路桥地下水的融雪化冰系统，其特征在于：所述基于路桥地下水的融雪化冰系统还包括设置在路桥路肩外部的边沟（3）以及设置在边沟（3）底部并与边沟（3）相贯通的第二透水管桩（9）；所述第二透水管桩（9）的管壁上设置有透水孔（7）；流至边沟（3）的水分经第二透水管桩（9）以及第二透水管桩（9）管壁上的透水孔（7）渗透到地底层中；所述第二透水管桩是多个，相邻两个第二透水管桩的间距不低于2米；所述第二透水管桩管壁上的透水孔（7）设置在距离桩底端1/10的桩长范围内。
4.根据权利要求3所述的基于路桥地下水的融雪化冰系统，其特征在于：所述基于路桥地下水的融雪化冰系统还包括设置在边沟（3）底部的落水洞（4）；所述落水洞（4）的洞口处设置有下渗网片；所述边沟（3）通过落水洞（4）与第二透水管桩（9）相贯通。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的基于路桥地下水的融雪化冰系统，其特征在于：所述基于路桥地下水的融雪化冰系统还包括与第一透水管桩（2）相连并与第一透水管桩（2）交错设置的融雪剂喷灌系统（8）。
6.根据权利要求5所述的基于路桥地下水的融雪化冰系统，其特征在于：所述融雪剂喷灌系统（8）是多个，相邻两个融雪剂喷灌系统（8）的间距不大于4米。
7.根据权利要求6所述的基于路桥地下水的融雪化冰系统，其特征在于：所述抽水设备（6）是潜水泵或循环泵。
8.一种基于如权利要求7所述的基于路桥地下水的融雪化冰系统的融雪化冰方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
1）判断路桥路面是否存在冰雪，若是，则进行步骤2）以及步骤3）直至路桥路面的冰雪融化完成；若否，则退出融雪化冰过程；
2）启动抽水设备（6），抽取地下水位10m以下且水温在14℃-18℃的地下水，并将该地下水通过第一透水管桩（2）引至冰冻路桥路面；
3）引至冰冻路桥路面的地下水利用路桥路面的坡度缓缓流向道路两侧的排水的边沟（3）中，通过14℃-18℃的地下水对路桥路面上的冰雪进行融雪化冰，融雪化冰后的液体经边沟（3）、落水洞（4）以及第二透水管桩（9）排出或渗透至地下。
9.根据权利要求8所述的融雪化冰方法，其特征在于：所述融雪化冰方法在步骤3）之后还包括：
4）判断路桥表面是否需要融雪剂辅助融雪化冰，若是，则通过融雪剂喷灌系统（8）向路桥路面喷洒融雪剂；若否，则返回步骤1）。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于：所述融雪剂喷灌系统（8）所喷洒的融雪剂是环保型融雪剂。
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