CN111926651A - 一种道路用电加热防冰融雪系统及其铺设方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种道路用电加热防冰融雪系统及其铺设方法，包括若干发热系统，发热系统包括路段、路面湿滑状态传感器、温度传感器和若干加热电缆，路段的两侧间隔设置有若干路灯，每个发热系统中所有的加热电缆和路灯的电线汇总后接入控制箱，控制箱内设置有为各个加热电缆和路灯提供动力的电源及控制模块。本发明通过加热电缆替代了传统的喷淋形式，可以实时监控路面情况进行自动加热除冰，使用周期长，后期维护简单，除冰速度快，效率高，提高了道路的行车安全，同时合理调整用电高峰期的工作状态，在合理分配电能的情况下，保证了加热电缆的工作正常运转。

Description

一种道路用电加热防冰融雪系统及其铺设方法

技术领域

本发明涉及道路施工领域，尤其是涉及一种道路用电加热防冰融雪系统及其铺设方法。

背景技术

目前，在我国大部分地区冬季除冰除雪作业还是通过人工或机械撒布颗粒融雪剂的方式进行，不仅需要投入较多的人员和车辆，而且往往是在下雪或结冰之后才去施行，具有明显的被动性、滞后性。这种被动性和滞后性，会造成严重的交通拥堵问题，尤其是一些某些特殊关键路段（如特大桥梁、长上坡、长下坡、桥面、迎风面和风口路段），除冰不及时很可能已经引发交通事故。同时结冰与降雪常发生在凌晨时间段，由于光线不足，工作人员易于疲惫，使得除冰除雪的困难度进一步提升。因此，采用先进的技术手段实现主动防冰、除雪，保障冰雪恶劣天气下道路通行安全，已成为迫切需要解决的现实问题。

为了实现道路高效的除冰除雪，在一些城市的立交桥或高速公路段建立了一些固定式自动喷淋系统，如在专利“公路桥梁环保型智能防冰除冰系统”（专利号CN 203684090U）、和“公路桥梁环保型智能防冰除冰系统的控制子系统”（专利号CN203689086U）以及“一种隧道口路面自动除冰防冰系统” （专利号CN 204039869 U）中，提出了一种适用于高速公路桥梁和隧道口的固定式智能除冰、防冰系统，包括路面气象信息采集子系统、喷淋子系统和处理控制子系统等几部分。上述专利在理念上有了显著改变，由被动式除冰转变为主动除冰；在技术上有了显著的进步，由自动除冰系统代替了人工劳作，大大地提高了除冰融雪的效率，实现了特殊路段除冰除雪的及时快速处理。但是上述系统也存在一些问题：

（1）喷洒的除冰液一般含有氯离子化学物质，不仅对周围环境会造成很大的影响，而且会损伤路面，腐蚀钢筋和混凝土制品，缩短桥梁寿命；

（2）每年需要维护清洗管道，维护工作量大；

（3）除冰液的用量不能确定，若冬季雨雪天气多，需要经常灌装除冰液，工作量较大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种防止道路用的加热电缆防冰融雪系统及其铺设方法，解决传统喷淋式除冰效率低，维护工作量大的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种道路用电加热防冰融雪系统，包括将道路分割为若干单元的发热系统，发热系统分割过程中是以单根加热电缆的长度不能超过100m来进行划分的，发热系统包括将道路划分为若干段的路段、路面湿滑状态传感器、温度传感器和若干加热电缆，路段的两侧间隔设置有若干路灯，路灯上安装有光感传感器，路段内设置有多个车道，每个车道均由从上至下的沥青砼上面层、中间隔热层和沥青砼下面层组成，在沥青砼下面层内植入有两条间隔设置的发热带，每个发热带由若干平行间隔设置的加热电缆铺设在沥青内组成，中间隔热层支撑在每根加热电缆的下方，温度传感器埋设在发热带正上方的沥青砼上面层内，每个发热系统中所有的加热电缆和路灯的电线汇总后接入控制箱，控制箱内设置有为各个加热电缆、传感器和路灯提供动力的电源以及控制各个部件工作的控制模块，路面湿滑状态传感器埋设在任意一条发热带上方的沥青砼上面层内，路面湿滑状态传感器将检测到的路面信息传递给控制模块，控制模块根据检测的路面湿滑信息与设置的阈值进行对比，当路面湿滑状态达到设定阈值时，控制模块控制加热电缆开始加热，具体的是检测路面温度、水膜厚度、路面冰点、路面湿滑系数、是否结霜等信息以及空气温、湿度等，将监测的信息进行分析和判断，若预测到将要结冰，或者降雪达到一定阈值，主动控制路面发热系统开始工作，提高路面温度，消除冰雪灾害对道路的影响，提高道路的行车安全温度传感器将检测的温度信息传递给控制模块，控制模块将温度信息与设定的阈值进行比对，当温度达到设定的阈值时则调整加热电缆降低其加热功率进入保温状态，光感传感器检测的光感信号传递给控制模块，当光感信号检测达到设定阈值时则控制模块控制路灯打开，同时控制发热系统中最右侧的车道内的电缆持续工作，其余车道内的加热电缆全部停止工作，同时控制交通信号灯显示最右侧车道通行，其他车道禁行，在路灯用电时发热系统转入低功率运行（仅有1个车道保持加热），当白天或者光亮度达到不需要开灯时候发热系统转入全功率运行，控制模块通过网络将控制模块内的数据信息传递给网络服务器，网络服务器将数据信息传递给远程监控设备实时远程监控控制模块信息。

所述的路段的边缘还设置有护栏，护栏上设置有穿线孔，汇总后的加热电缆通过护栏上的接线孔引出后装入设置在护栏外侧的电缆桥架。

所述的中间隔热层由环氧树脂组成。

利用所述的一种道路用电加热防冰融雪系统的铺设方法，包括如下步骤：

步骤一、在路面上铺设沥青砼下面层，并冷却至常温；

步骤二、在沥青砼下面层上开挖若干间隔设置的加热电缆安装槽，并将挖设出来的沥青回收，先在沥青砼下面层位于加热电缆安装槽底部涂抹环氧树脂形成中间隔热层，隔热层凝固后，将加热电缆铺设在加热电缆安装槽内并在电缆安装槽内间隔涂抹环氧树脂胶粘剂，通过间隔涂抹的环氧树脂胶将加热电缆粘接固定在加热电缆安装槽内，并在加热电缆表面间隔放置若干压重砌块，静置至环氧树脂胶凝固后取走压重砌块；

步骤三、在加热电缆安装槽上铺设与加热传感器和路面湿滑状态传感器连接的数据线，控制数据线的一端引致传感器位置并用保护带包裹数据线接头，另一端引致路面之外与控制模块连接，在加热电缆安装槽内用沥青油膏回填并在表面撒布粒径3.5mm-5mm的砂，达到沥青砼下面层的高度，静置至沥青油膏凝固；

步骤四、铺设沥青砼上面层，在沥青砼上面层上挖设传感器安装孔并将步骤三中通过保护带包裹的数据线接头引出后拆除保护带，然后将温度传感器与数据线连接后安装在传感器安装孔中，通过步骤二中回收的沥青将温度传感器固定在传感器安装孔中，且传感器安装孔填充后的顶面低于沥青砼上面层顶面，路面状态传感器与数据线连接后通过环氧树脂胶粘固定在传感器安装孔中，

步骤五、在路段两侧安装路灯和光感传感器并与控制箱连接，施工完成。

所述的加热电缆间距的安装误差不大于10mm。

所述的加热电缆安装槽通过在沥青砼下面层上放置若干直径等于加热电缆安装槽的钢筋，通过压路机的碾压作用下，钢筋被压入路面形成断面规整的加热电缆安装槽，加热电缆安装槽开挖好之后清扫修复电缆安装槽。

本发明的有益效果是：本发明通过加热电缆替代了传统的喷淋形式，可以实时监控路面情况进行自动加热除冰，使用周期长，后期维护简单，除冰速度快，效率高，提高了道路的行车安全，同时通过路面温度监控调整加热电缆的工作功率可以实现能源的充分利用，避免资源浪费，同时合理调整用电高峰期的工作状态，在合理分配电能的情况下，保证了加热电缆的工作正常运转。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明中一个路段内一个车道的截面图。

图示标记：1、发热系统，2、路段，201、沥青砼下面层，202、中间隔热层，203、加热电缆，204、温度传感器，205、发热带，206、沥青砼上面层，3、路灯，4、路面湿滑状态传感器，5、控制箱，6、光感传感器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围 。

一种道路用电加热防冰融雪系统，包括将道路分割为若干单元的发热系统1，发热系统包括将道路划分为若干段的路段2、路面湿滑状态传感器4、温度传感器204和若干加热电缆203，路段的两侧间隔设置有若干路灯3，路灯3上安装有光感传感器6，路段2内设置有多个车道，每个车道均由从上至下的沥青砼上面层206、中间隔热层202和沥青砼下面层201组成，在沥青砼下面层201内植入有两条间隔设置的发热带205，每个发热带205由若干平行间隔设置的加热电缆203铺设在沥青内组成，中间隔热层202支撑在每根加热电缆的正下方，具体同方向的路段划分三个车道，一个超车道和两个行车道，

加热电缆203的直径6~8mm、线功率25~35w/m，且具有如下特点：

1）高热传导效率（驱热），高效热转化效率。从0℃到10℃升温时间不长于40分钟；

2）耐碾压程度：能承路面60吨重载卡车碾压发热钢缆不损坏，不变形，不损耗热能。

3）具有一定韧性。不因沥青路面使用过程中产生的局部沉降、车辙和裂纹而破损。

4）产品耐腐蚀，防火，防爆，耐严寒，耐高温。

5）使用寿命大于10年。

因此铺设时发热带宽度控制在1000mm，同一车道内的两个发热带间距控制在1050mm，三车道的具体电缆如下：

车道①的每个发热带：加热电缆采用6mm功率25w/m、电缆间距200mm、电缆4根，则车道①的总根数为8，长度为50×8=400m，总功率为12.1Kw，

车道②的每个发热带：加热电缆采用7mm功率30w/m 、电缆间距250mm、电缆3根，车道②内总共是6根，长度为50×6=300m，总功率为9.81Kw；

车道③的每个发热带：加热电缆采用7mm功率35w/m 、电缆间距250mm、电缆3根，车道③内总共是6根，长度为50×6=300m，总功率为10.395Kw

温度传感器204埋设在发热带正上方的沥青砼上面层206内，每个发热系统中所有的加热电缆和路灯的电线汇总后接入控制箱5，控制箱5内设置有为各个加热电缆、传感器和路灯提供动力的电源以及控制各个部件工作的控制模块，路面湿滑状态传感器4埋设在任意一条发热带上方的沥青砼上面层内，路面湿滑状态传感器4将检测到的路面信息传递给控制模块，控制模块根据检测的路面湿滑信息与设置的阈值进行对比，当路面湿滑状态达到设定阈值时，控制模块控制加热电缆203开始加热，温度传感器204将检测的温度信息传递给控制模块，控制模块将温度信息与设定的阈值进行比对，当温度达到设定的阈值时则调整加热电缆降低其加热功率进入保温状态，光感传感器6检测的光感信号传递给控制模块，当光感信号检测达到设定阈值时则控制模块控制路灯打开，同时控制发热系统中最右侧的车道内的电缆持续工作，其余车道内的加热电缆全部停止工作，同时控制交通信号灯显示最右侧车道通行，其他车道禁行，控制模块通过网络将控制模块内的数据信息传递给网络服务器，网络服务器将数据信息传递给远程监控设备实时远程监控控制模块信息。

所述的路段的边缘还设置有桥墩，桥墩上设置有穿线孔，汇总后的加热电缆通过桥墩上的接线孔引出。

所述的中间隔热层202由环氧树脂组成。

利用一种道路用电加热防冰融雪系统的铺设方法，包括如下步骤：

步骤一、在路面上铺设沥青砼下面层，并冷却至常温；

步骤二、在沥青砼下面层上开挖若干间隔设置的加热电缆安装槽，并将挖设出来的沥青回收，先在沥青砼下面层位于加热电缆安装槽底部涂抹环氧树脂形成中间隔热层，隔热层凝固后，将加热电缆铺设在加热电缆安装槽内并在电缆安装槽内间隔涂抹环氧树脂胶粘剂，通过间隔涂抹的环氧树脂胶将加热电缆粘接固定在加热电缆安装槽内，并在加热电缆表面间隔放置若干压重砌块放置在环氧树脂胶凝固前加热电缆脱离中间隔热层，静置至环氧树脂胶凝固后取走压重砌块，线槽的走向一定要先沿传感器接头光缆方向走至少5cm，以免使光缆出现小半径圆弧，阻碍光的传递。然后才能根据需要，所有传感器光缆逐步归并到总的线槽之中并导出路面之外，这是由于汽车启动或刹车过程或其他外界因素作用下会引起路面结构挫动，这为了避免因这种挫动牵扯数据线而引起的传感器失灵或输出错误信号。

沥青中面层线槽开挖时，若在施工完毕后手动开挖，由于混合料的胶结及强度的形成，此种方式费时费力，且线槽不规整，试验中所用方法为：在压路机碾压三四遍后至路面不出现较大的推移时，在要开挖线槽的位置放置一根直径与线槽大小相当的钢筋，在压路机的碾压作用下，钢筋被压入路面形成断面规整的线槽，线槽开挖好之后一定要仔细清扫传感器槽和线槽，扫除大颗粒和尖锐颗粒，防止这些颗粒刮伤传感器和数据线；

线槽中铺一些过筛细料，用来保护数据线不被割破。把数据线沿线槽铺设，并引到路面结构之外，最后用沥青油膏回填槽缝并在表面撒布粒径3.5mm-5mm的砂，达到原来面层的高度,线缆埋设24小时后可以铺筑沥青混凝土上面层。在埋设过程中，传感器皆连接到采集仪上，进行状态监测。

铺装层表面应变传感器与铺装层间布设位置对应，在加载测试前进行安装，步骤为：位置标记、传感器粘贴、数据线布设。

（1）位置确定：根据先前标记确定测点位置，并清理表面平整。

（2）传感器粘贴：将传感器主体及两端用绝缘胶带包裹，用强力胶牢固粘贴于测点位置。

（3）数据线布设：用胶带将数据线固定于铺装层表面以减少车辆的揉搓推移，做好标记。

为保证发热线热量主要向上面层传递，在发热线缆槽清理后，用专用毛刷在槽底部粉刷一层环氧树脂基隔热粘结层，隔热层材料能够和下面层之间效粘结，并阻隔铠装电缆热量向下面层散失，在电缆铺设完成、上面层沥青摊铺前进行透层油撒布施工，透层沥青洒布后应不至流淌，不得在表面形成一层油膜。按设计的沥青用量一次洒布均匀，当有遗漏时，随时找补。浇洒透层沥青后，严禁车辆行人通过。在沥青混凝土摊铺前，若局部地方尚有多余的沥青透层油时，应予以清除。在透层洒布完成之后立即进行封闭交通，禁止任何车辆通行。

加热电缆应保持平直，电缆间距的安装误差不应大于10mm。敷设前应对照施工图纸核定型号，并应检查外观质量。

加热电缆出厂后严禁剪裁和拼接，有外伤或破损的加热电缆严禁敷设。加热电缆安装前后应测量加热电缆的标称电阻和绝缘电阻，并做自检记录。

加热电缆施工前，应确认加热电缆冷线预留管、温控器接线盒、地温传感器预留管、供暖配电箱等预留、预埋工作己完毕。

加热电缆的弯曲半径不应小于生产企业规定的限值，且不得小于6倍电缆直径。

加热电缆的热线部分严禁进入冷线预留管。

加热电缆的冷线与热线接头应暗装在填充层或预制沟槽保温板内，接头处150mm之内不应弯曲。

加热电缆供暖系统和温控系统的电气施工应符合现行国家标准《电气装置安装工程1KV及以下配线工程施工及验收规范》GB50254和《建筑电气工程施工质量验收规范》GB50303的规定。

发热电缆施工工艺详见厂家说明，本次主要根据厂家指导进行施工。发热电缆铺设后应再洒布一次粘结层，使得融雪系统和铺装层形成一个整体。

步骤三、在加热电缆安装槽上铺设与加热传感器和路面湿滑状态传感器连接的数据线，传感器的铺设位置可以选择路面层顶部、电缆附近以及路面铺装表面，为了准确监控路面的实时温度，本申请选择铺设在沥青砼上面层内避免接头上粘黏沥青影响传感器的数据传输。控制数据线的一端引致传感器位置并用保护带包裹数据线接头，另一端引致路面之外与控制模块连接，在加热电缆安装槽内用沥青油膏回填并在表面撒布粒径3.5mm-5mm的砂，达到沥青砼下面层的高度，静置至沥青油膏凝固；

步骤四、铺设沥青砼上面层，在沥青砼上面层上挖设传感器安装孔并将步骤三中通过保护带包裹的数据线接头引出后拆除保护带，然后将温度传感器与数据线连接后安装在传感器安装孔中，通过步骤二中回收的沥青将温度传感器固定在传感器安装孔中，且传感器安装孔填充后的顶面低于沥青砼上面层顶面，路面状态传感器与数据线连接后通过环氧树脂胶粘固定在传感器安装孔中，埋设于结构层中的温度传感器束要用沥青混合料裂缝灌缝材料充分裹覆，不要填满，要低于面层表面，整个过程要避免气泡的产生，因为气泡会影响温度的传递。然后把裹覆好的温度传感器束放入开挖好的温度传感器坑洞中，使其最高的热电阻敏感点稍微低于埋设点表面，整个过程中也要避免产生气泡。为了尽量跟现实的环境接近，用从电缆沟中开挖出来的材料洒在传感器洞之上，压实。最后把电缆放入电缆沟之中，先用树脂胶局部线粘结配合压重砌块进行固定，或者用路面冷补料填充、捣实进行电缆固定；

步骤五、在路段两侧安装路灯和光感传感器并与控制箱连接，施工完成。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种道路用电加热防冰融雪系统，其特征在于：包括将道路分割为若干单元的发热系统，发热系统包括将道路划分为若干段的路段、路面湿滑状态传感器、温度传感器和若干加热电缆，路段的两侧间隔设置有若干路灯，路灯上安装有光感传感器，路段内设置有多个车道，每个车道均由从上至下的沥青砼上面层、中间隔热层和沥青砼下面层组成，在沥青砼下面层内植入有两条间隔设置的发热带，每个发热带由若干平行间隔设置的加热电缆铺设在沥青内组成，中间隔热层支撑在每根加热电缆的下方，温度传感器埋设在发热带正上方的沥青砼上面层内，每个发热系统中所有的加热电缆和路灯的电线汇总后接入控制箱，控制箱内设置有为各个加热电缆、传感器和路灯提供动力的电源以及控制各个部件工作的控制模块，路面湿滑状态传感器埋设在任意一条发热带上方的沥青砼上面层内，路面湿滑状态传感器将检测到的路面信息传递给控制模块，控制模块根据检测的路面湿滑信息与设置的阈值进行对比，当路面湿滑状态达到设定阈值时，控制模块控制加热电缆开始加热，温度传感器将检测的温度信息传递给控制模块，控制模块将温度信息与设定的阈值进行比对，当温度达到设定的阈值时则调整加热电缆降低其加热功率进入保温状态，光感传感器检测的光感信号传递给控制模块，当光感信号检测达到设定阈值时则控制模块控制路灯打开，同时控制发热系统中最右侧的车道内的电缆持续工作，其余车道内的加热电缆全部停止工作，同时控制交通信号灯显示最右侧车道通行，其他车道禁行，控制模块通过网络将控制模块内的数据信息传递给网络服务器，网络服务器将数据信息传递给远程监控设备实时远程监控控制模块信息。

2.根据权利要求1所述的一种道路用电加热防冰融雪系统，其特征在于：所述的路段的边缘还设置有护栏，护栏上设置有穿线孔，汇总后的加热电缆通过护栏上的接线孔引出后装入设置在护栏外侧的电缆桥架内。

3.根据权利要求1所述的一种道路用电加热防冰融雪系统，其特征在于：所述的中间隔热层由环氧树脂组成。

4.利用权利要求1-3所述的一种道路用电加热防冰融雪系统的铺设方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、在路面上铺设沥青砼下面层，并冷却至常温；

步骤二、在沥青砼下面层上开挖若干间隔设置的加热电缆安装槽，并将挖设出来的沥青回收，先在沥青砼下面层位于加热电缆安装槽底部上涂抹环氧树脂形成中间隔热层，隔热层凝固后，将加热电缆铺设在加热电缆安装槽内并在电缆安装槽内间隔涂抹环氧树脂胶粘剂，通过间隔涂抹的环氧树脂胶将加热电缆粘接固定在加热电缆安装槽内，并在加热电缆表面间隔放置若干压重砌块，静置至环氧树脂胶凝固后取走压重砌块；

步骤三、在加热电缆安装槽上铺设与加热传感器和路面湿滑状态传感器连接的数据线，控制数据线的一端引致传感器位置并用保护带包裹数据线接头，另一端引致路面之外与控制模块连接，在加热电缆安装槽内用沥青油膏回填并在表面撒布粒径3.5mm-5mm的砂，达到沥青砼下面层的高度，静置至沥青油膏凝固；

步骤四、铺设沥青砼上面层，在沥青砼上面层上挖设传感器安装孔并将步骤三中通过保护带包裹的数据线接头引出后拆除保护带，然后将温度传感器与数据线连接后安装在传感器安装孔中，通过步骤二中回收的沥青将温度传感器固定在传感器安装孔中，且传感器安装孔填充后的顶面低于沥青砼上面层顶面，路面状态传感器与数据线连接后通过环氧树脂胶粘固定在传感器安装孔中，

步骤五、在路段两侧安装路灯和光感传感器并与控制箱连接，施工完成。

5.根据权利要求4所述的一种道路用电加热防冰融雪系统的铺设方法，其特征在于：所述的加热电缆间距的安装误差不大于10mm。

6.根据权利要求4所述的一种道路用电加热防冰融雪系统的铺设方法，其特征在于：所述的加热电缆安装槽通过在沥青砼下面层上放置若干直径等于加热电缆安装槽的钢筋，通过压路机的碾压作用下，钢筋被压入路面形成断面规整的加热电缆安装槽，加热电缆安装槽开挖好之后清扫修复电缆安装槽。

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