CN111287084B - 一种智能防冻桥面结构及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能防冻桥面结构及施工方法，智能防冻桥面结构由桥面铺装层、钢筋‑钢管网、发热丝、组合路缘石以及智能温度控制系统组成，钢筋‑钢管网设置在桥面铺装层厚度中间，在钢筋‑钢管网的钢管中呈Z字型穿入发热丝，在组合路缘石端部下部凹形空腔内设置桥面内温度传感器和智能温控器，在人行道外侧设置环境温感器，组成智能温度控制系统，根据设定的控制温度，智能温控器开启或关闭发热丝工作。本发明利用原有的钢筋网和路缘石进行改造，成本较低，便于维护检修，不需要人员操控，利用智能感温系统能够自动启闭加热装置的开关，能实现桥梁全天候的正常使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种防冻防结冰的桥面结构及施工方法。
背景技术
随着我国国民经济的日益发展，我国的道路交通系统日益完善，路网中的桥梁也越来越多。道路是一个国家的经济命脉，道路的畅通与经济发展和人们的基本生活密不可分，而桥梁是道路的咽喉。寒冷的雨雪天气容易导致路面冰冻，特别是桥面，因桥面下是水域或者悬空，比道路的温度通常低些。特别是桥面结冰冻滑的交通事故给道路畅通和行车安全带来了严重的影响，据统计，15％左右的交通事故与道路积雪有关，不仅人员伤亡损失惨重，而且造成交通堵塞，加重交通负担；高速公路关闭，人们出行受到影响，商品货物无法正常运输，造成巨大的经济损失。为了避免或减少冰冻灾害造成的此类严重影响，急需采取有效的应对措施。目前广泛采用的化学融雪方法(即撤盐或者其他化合物)有许多负面效应：需要耗费大量人力物力；混凝土受到盐的侵蚀，冻融循环次数不多的情况下极易造成混凝土剥落；钢筋锈蚀、剥蚀桥面及隔离墩.融雪盐的使用已在世界范围内造成严重危害并带来巨大经济损失，而且撒盐主要是针对冰雪路面，为路面除冰。但是，由于路面特别是桥面结冰冻滑的交通事故大多数发生在路面结冰初期，撒盐是在路面结冰之后进行的补救措施。因此寻求其他形式的融雪化冰方法具有非常重要的现实意义。热力学融雪法原理简单而且不会造成污染，成为路面融雪化冰措施之一。热力学法用于路面融雪化冰的研究先后经历了采用地热、太阳能蓄热系统等技术；但地热法安装和建造加热管道比较复杂，而且受到地域条件的限制，太阳能蓄热系统成本过高，使这几种融雪技术在实际工程应用中受到限制，况且对桥面来说，因桥下是悬空的，采用地热或太阳能蓄热更难以实现。寻找安全、理想以及工程适用的热源成为热力学融雪方法的关键。利用发热电缆进行融雪化冰热量可以保证，是一种安全、可靠的融雪化冰手段。但目前的发热电缆都是进口的，价格昂贵，维护不便，国产的质量尚未完全过关，并且加热电缆之间绝不能在任何地方有相互接触，交叉或者重叠的情况，这将造成加热电缆产生过热造成损坏，另外电缆铺设桥面之下，随着桥面的破损，电缆容易断，单独设立变压器供电，变压器的利用率不高，大部分时间处于闲置状态，工程造价太高。目前还提出了一种电热除冰化雪的新材料-导电混凝土，但导电混凝土的研究和应用存在以下两个关键问题，需要进一步研究解决：1)对颗粒状或粉末状的石墨粉、碳粉、焦碳及钢屑等导电材料，由于其长径比小，当掺量较小时，导电材料难以相互接触，不能形成良好的导电网络，故其导电性能差；当掺量较大时，一方面由于碳黑、焦碳等自身强度较低，另一方面由于导电材料的吸水性，将加大混凝土拌和时的需水量，使混凝土的强度大幅降低，难以满足土木工程对力学强度的需要。对碳纤维，虽然掺量较低时即可形成导电网络，但由于纤维搭接的接触面较小，因此其电导率低，需加大纤维的掺量才能改善其导电性能。而过高的纤维含量将使纤维在搅拌时结团成束，难以分散；在成型时易引入大量的气泡，使混凝土强度降低。而对于钢纤维，由于其直径较粗，当纤维掺量较低时，难以形成相互搭接的导电网络，导电性能差；但纤维掺量高时，其工作性又差，采用常规方法很难施工。因此，目前研究的导电混凝土难以较好地兼顾力学与导电这两方面性能的要求。2)导电混凝土的造价普遍较高。特别是石墨、碳纤维等导电组分材料价格昂贵，使其造价远远高于普通混凝土，将近普通混凝土的5倍。上述两个因素严重制约了导电混凝土在实际工程中的大量推广应用。因此寻求一种经济的、环保无污染的、热稳定性好、控制方便、工程上可行的、适合桥面预防积雪结冰的方法具有非常重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种智能防冻桥面结构及施工方法。
本发明的目的是通过如下方式实现的：桥面铺装层内一般配置有钢筋网，本发明巧妙地利用原有的钢筋网，将原设计铺设在桥面板上的钢筋网设置成钢筋-钢管网，钢筋-钢管网还设置在桥面铺装层厚度中间，钢筋-钢管网的纵向为实芯的钢筋，横向为空心的钢管，横向钢管在纵向钢筋之上，钢管直径大于发热丝环圈直径，钢管长度为两端伸入两侧路缘石下部凹形空腔中间为准，为避免浇筑下层混凝土时有混凝土漏入两侧路缘石空腔，在钢管两端设防漏垫片。桥面板和人行道之间的路缘石通常为实芯的水泥混凝土或花岗岩长方体，本发明将它改造为组合结构，组合路缘石由下部凹形空腔和上部倒凸型盖板组成，组合路缘石下部凹形空腔和上部倒凸型盖板均为混凝土或花岗岩预制构件，下部凹形空腔一侧面设置与钢筋-钢管网的横向钢管同间距的插孔，下部凹形空腔插孔的高度与下层混凝土一致，插孔孔径约大于横向钢管外径，上部凸型盖板的凸头与插孔保留一定间距。为了能预防雨雪冰冻天气对交通产生的影响，以及减少人工的工作量，设置智能温度控制系统，智能温度控制系统由环境温感器、桥面内温度传感器及智能温控器组成，环境温感器设置在人行道端部外侧，桥面内温度传感器和智能温控器设置在组合路缘石端部的下部凹形空腔内，环境温感器与桥面内温度传感器均与智能温控器连接，智能温控器连接桥上的电源，这样智能防冻桥面结构由桥面铺装层、钢筋-钢管网、发热丝、组合路缘石以及智能温度控制系统组成，发热丝呈Z字型穿梭于钢管中，并在组合路缘石下部凹形空腔内直角转向，发热丝一端与智能温度控制系统串联于组合路缘石端部下部凹形空腔内，发热丝、桥面内温度传感器、环境温感器都与智能温控器连接，智能温度控制系统根据设定的环境温度和桥面内温度分别控制发热丝的开启和关闭工作状态，当环境温感器的温度低于设定的温度时智能温控器开启发热丝工作，当加热到设定的保温温度时，桥面内温度传感器指示智能温控器停止发热丝工作。
在进行桥面铺装前，先把两侧组合路缘石下部凹形空腔安装好，并把插孔堵住，以免浇筑下层混凝土时有混凝土漏入，然后浇筑下层混凝土，待成型后拆去插孔堵物，在下层混凝土上铺设钢筋-钢管网，钢筋-钢管网可现场绑扎也可工厂预制，如现场绑扎，则先按设计要求间距放置纵向钢筋，再在纵向钢筋向放置等间距的横向钢管，交叉点用抓丝绑扎；如由工厂预制成片的钢筋-钢管网，则只要一片片铺好钢筋网，相邻钢筋网绑扎好即可。钢筋-钢管网铺好后，在钢管两端套上垫片，然后钢管两端插入组合路缘石下部凹形空腔的插孔内，因插孔直径稍大于钢管，可先伸入一侧再调整钢管使之两端伸入组合路缘石下部凹形空腔的中间，将发热丝从钢筋-钢管网一端往返穿入钢管中，然后安装智能温度控制系统，桥面内温度传感器和智能温控器放置在组合路缘石端部的下部凹形空腔内，环境温感器安置在人行道端部外侧，发热丝、桥面内温度传感器、环境温感器都与智能温控器连接，智能温控器与桥梁上的电源连接，再盖上组合路缘石上部倒凸型盖板，倒凸型盖板的拼接处设在未串联发热丝的相邻横向钢管中间，这样若有渗水不会落在发热丝上，最后摊铺上层混凝土。
本发明具有如下的有益效果：
1)它是一种主动预防措施，在积雪结冰之前就启动加热装置，使桥面保持0℃以上，而不是等积雪结冰后被动的去化雪除冰，可以减少大量的能耗。
2)发热丝可以是直丝或螺旋状，发热丝来回穿行于钢管和路缘石中，可防止混凝土在铺筑、振捣、碾压以及桥梁运营过程中重载车辆的振动、桥面维修养护对发热丝的损坏，全程保护发热丝。
3)温感器可分别感应桥面内和环境中的温度，由智能温控器根据桥面铺装层间和环境中所设定的温度自动开启和关闭，使桥面不积雪不结冰。
4)成本较低，只需改变原有设计中的钢筋网型式及路缘石结构，仅需购买发热丝，而发热丝的价格较低。
5)整个系统如出现问题便于检查维修，只需揭开路缘石的上部即可方便地检查维修任何地方的发热丝，而且不影响正常交通运营。
6)本发明无需增加新的施工机械及施工工艺，操作简单。
附图说明
图1是本发明智能防冻桥面结构的横剖面图。
图2是本发明智能防冻桥面结构的平剖面图。
图3是本发明智能防冻桥面结构的钢筋-钢管网节段平面图。
图4是本发明智能防冻桥面结构的组合路缘石节段立面图。
图5是本发明智能防冻桥面结构的组合路缘石横剖面图。
图6是本发明 智能防冻桥面结构的智能温度控制系统示意图。
图7是本发明智能防冻桥面结构的组合路缘石上部安装示意图。
图中：1.桥面板 2.人行道 3.桥面铺装层 4.钢筋-钢管网 41.钢筋 42.钢管 43.垫片 5.发热丝 6.组合路缘石 61.凹形空腔 62.倒凸型盖板 63.插孔 7.智能温度控制系统 71.环境温感器 72.桥面内温度传感器 73.智能温控器
具体实施方式
桥梁的桥面铺装可采用水泥混凝土或沥青混凝土，水泥混凝土桥面铺装直接铺设在防水层或桥面板上，铺装层内应配置钢筋网；沥青混凝土桥面铺装由粘层、防水层、保护层及沥青面层组成，保护层通常为水泥混凝土，高等级道路在保护层与沥青面层之间也设置钢筋网。如图1、图2所示，本发明 巧妙地将原有的桥面铺装结构稍作改变，将铺设在桥面板1上的钢筋网设置成钢筋-钢管网4，再在钢管42里设置发热丝5，将实体的路缘石改成组合路缘石6，这样桥面结构改造由桥面铺装层2、钢筋 -钢管网4、发热丝5、组合路缘石6以及智能温度控制系统7组成，钢筋-钢管网4 还是设置在桥面铺装层2厚度中间。如图3所示，钢筋-钢管网4的纵向为实芯的钢筋 41，横向为空心的钢管42，钢管42的直径大于发热丝5的直径，钢管42的长度为两端伸入两侧组合路缘石6的凹形空腔61中间为准，为了避免浇筑混凝土时有混凝土漏入凹形空腔61，钢管42两端还设有防漏垫片43。如图4、图5所示，组合路缘石6由下部凹形空腔61和上部倒凸型盖板62组成，下部凹形空腔61面向车行道的侧面设置与钢筋-钢管网4的横向钢管42同间距的插孔63，插孔63的孔径约大于横向钢管42的外径，上部凸型盖板62的凸头与插孔63保留一定间距。发热丝5呈Z 字型穿梭于钢管42中，两端的发热丝5在组合路缘石6下部凹形空腔61内直角转向。如图6所示，智能温度控制系统7由环境温感器71、桥面内温度传感器72及智能温控器73组成，桥面内温度传感器72和智能温控器73设置在组合路缘石6端部的下部凹形空腔61内，环境温感器71设置在人行道2底端外侧，发热丝5、环境温感器71、桥面内温度传感器72都与智能温控器73连接，智能温控器73与桥上的电源连接，智能温度控制系统7根据设定的环境温度和桥面内温度分别控制发热丝5的开启和关闭工作状态，当环境温感器71的温度低于设定的温度时智能温控器73开启发热丝5工作，当加热到设定的保温温度时，桥面内温度传感器72指示智能温控器 73关闭发热丝5工作。
具体实施方法如下：在桥面板1上铺设防水层，然后在两侧人行道2的内侧铺设由路缘石6的凹形空腔61组成的凹形路缘带，在凹形空腔61里用塞子或挡板挡住插孔63，以免浇筑混凝土时漏进凹形空腔61内。如果桥面铺装层3为水泥混凝土，则先摊铺下层水泥混凝土，按要求间距先铺设纵向钢筋41，再铺设横向钢管42，或者铺设预制好的钢筋-钢管网4，然后在横向钢管42两端套入垫片43，再将横向钢管42 插入凹形空腔61的插孔63中，调整横向钢管42的位置，使横向钢管42两端伸入两侧路缘石凹形空腔61中间为准，将垫片43贴紧插孔63，然后浇筑上层水泥混凝土；如果桥面铺装层3为沥青混凝土，则先浇筑下层水泥混凝土，待其成型后，再按要求间距铺设纵向钢筋41，再铺设横向钢管42，或者铺设预制好的钢筋-钢管网4，然后在横向钢管42两端套入垫片43，再将横向钢管42插入凹形空腔61的插孔63中，调整横向钢管42的位置，使横向钢管42两端伸入两侧路缘石凹形空腔61中间为准，将垫片43贴紧插孔63，然后浇筑上层沥青混凝土。
不管桥面铺装层3的上层是水泥混凝土还是沥青混凝土，当下层水泥混凝土摊铺成型后，铺设好钢筋-钢管网4，再在钢筋-钢管网4的横向钢管42中穿入发热丝5，发热丝5穿到横向钢管42端头时在路缘石6的凹形空腔61内成直角转向，再穿入相邻的横向钢管42中，如此反复形成Z字型发热带。另外，在路缘石6的凹形空腔61端部设置桥面内温度传感器72和智能温控器73，在人行道2外侧设置环境温感器71，发热丝5、桥面内温度传感器72、环境温感器71都与智能温控器73相连，当环境温感器71的温度低于设定的温度时，比如1℃，智能温控器73自动开启发热丝5工作，当加热到设定的保温温度时，比如2℃，桥面内温度传感器72就会指示智能温控器73 操作发热丝5停止工作。最后盖上路缘石6的倒凸型盖板62，相邻倒凸型盖板62的拼接处设在未串联发热丝5的相邻横向钢管42中间，以免拼接缝隙处渗水对发热丝5 产生不利影响，如图7所示，最后浇筑桥面铺装层3上层的水泥混凝土或者沥青混凝土。
Claims (3)
1.一种智能防冻桥面结构，其特征在于：智能防冻桥面结构由桥面铺装层、钢筋-钢管网、发热丝、组合路缘石以及智能温度控制系统组成，钢筋-钢管网设置在桥面铺装上、下层混凝土之间，钢筋-钢管网的纵向为实芯的钢筋，横向为空心的钢管，横向钢管在纵向钢筋之上，钢管直径大于发热丝环圈直径，钢管长度为两端伸入两侧路缘石下部凹形空腔中间为准，钢管两端设垫片，钢筋-钢管网现场绑扎也可工厂预制，组合路缘石由下部凹形空腔和上部倒凸型盖板组成，均为混凝土或花岗岩预制构件，下部凹形空腔一侧面设置与钢筋-钢管网的横向钢管同间距的插孔，插孔孔径大于横向钢管外径，插孔的高度与下层混凝土一致，上部倒凸型盖板的凸头与插孔保留一定间距，倒凸型盖板的拼接处设在未串联发热丝的相邻横向钢管中间，发热丝呈Z字型穿梭于钢管中，并在组合路缘石下部空腔内直角转向，发热丝一端与智能温度控制系统串联于组合路缘石端部下部凹形空腔内，智能温度控制系统根据设定的环境温度和桥面内温度分别控制发热丝的开启和关闭工作状态。
2.根据权利要求1所述的一种智能防冻桥面结构，其特征在于：智能温度控制系统由环境温感器、桥面内温度传感器及智能温控器组成，环境温感器设置在人行道端部外侧，桥面内温度传感器和智能温控器设置在组合路缘石端部的下部凹形空腔内，环境温感器与桥面内温度传感器均与智能温控器连接，智能温控器连接桥上的电源。
3.根据权利要求1所述的一种智能防冻桥面结构施工方法，其特征在于：先把两侧组合路缘石下部凹形空腔安装好，并把插孔堵住，浇筑下层混凝土，然后铺设钢筋-钢管网，将发热丝从一端往返穿入钢管中，安装智能温度控制系统，盖上组合路缘石上部倒凸型盖板，再摊铺上层混凝土。
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