一种适用于高寒地区可自动电融冰的桥梁泄水管系统的制作方法

本发明涉及桥梁融冰领域，特别是一种适用于高寒地区可自动电融冰的桥梁泄水管系统。

背景技术：

乌鲁木齐等高寒地区冬季漫长，降雪量大，积雪期最长可从每年的10月中旬起至次年的4月中旬，长达半年时间，最大积雪深度可达48cm。降雪后气温骤降，桥面形成冰膜或积冰状态，同时桥面泄水管中的排水易结冰，导致桥面排水受阻，加剧了桥面积水结冰的情况。积水反复结冰不仅会使桥梁结构受损，而且会使桥面抗滑能力急剧下降，使车辆在行驶时轮胎与路面的正常接触状态受到影响，极易发生车轮打滑、侧移，从而诱发交通事故。

目前有多种方法解决桥面积雪结冰，包括机械除冰、使用融雪剂、电融法等，但针对桥梁泄水管结冰的问题尚无很好的解决方法。

基于上述问题，本发明拟采用电加热融冰的方法，解决桥面泄水管冬季排水结冰的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种适用于高寒地区可自动电融冰的桥梁泄水管系统，能够及时清除桥梁泄水管结冰，有效防止桥梁排水受阻和桥梁结构结冰受损，保障桥梁冬季行车安全。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种适用于高寒地区可自动电融冰的桥梁泄水管系统，其特征在于它包括检测系统、控制系统、泄水管道电融冰系统和雨水井电融冰系统；

所述检测系统包括设置于桥面雨水井的温度传感器及桥上露天的雪花传感器，温度传感器检测温度状况，雪花传感器通过探头被覆盖面积和湿度综合判断雨雪状况；

所述泄水管道电融冰系统由内至外依次设置在泄水管外侧的泄水管处发热电缆、泄水管处保温隔热材料和金属保护层组成；

所述雨水井电融冰系统包括铺设在雨水井的外侧的雨水井处发热电缆，以及铺设在雨水井处发热电缆下层的雨水井处隔热材料；

所述控制系统根据检测系统综合判断的信息，判断结冰与否，如结冰则控制泄水管处发热电缆与雨水井处发热电缆工作。

根据本发明的优选实施例，发热电缆蛇形缠绕于泄水管外侧，缠绕间距根据经验计算为泄水管直径0.9~1.2倍，既能有效发热又施工方便，电缆和泄水管之间通过环氧树脂粘结。

根据本发明的优选实施例，所述泄水管处保温隔热材料采用岩棉管壳，厚度50mm~100mm，厚度h经验计算与平均环境温度t相关，h=40-2t（±10mm），岩棉用镀锌铁丝绑扎于泄水管外侧。

根据本发明的优选实施例，泄水管水平段岩棉用16#镀锌铁丝捆扎，捆扎间距不应大于20cm，每块岩棉上至少捆扎两道铁丝；泄水管竖直段岩棉应从支撑件开始自下而上环向捆扎岩棉，无固定件部分用8#镀锌铁丝，在管壁上拧成扭瓣箍环，利用扭瓣索挂镀锌铁丝固定岩棉。

根据本发明的优选实施例，所述金属保护层采用铝合金板、镀锌板或不锈钢钢板，厚度应为0.5mm~1.0mm，所述铝合金板、镀锌板或不锈钢钢板之间的纵向及环向接缝采用搭接或插接，搭接时纵向尺寸不得少于30mm，环向不得少于50mm，插接时用自攻螺钉或抽芯锚钉，钉间距纵向应为150mm~200mm，环向应为200mm，每道缝不得少于4个钉，金属保护层嵌填密封剂或胶泥严峰，钉孔处应采用环氧树脂封堵，所述金属保护层有整体防水功能。

根据本发明的优选实施例，雨水井处发热电缆埋设不小于两道，间距优选为8~10cm，发热电缆优选为贴于雨水井侧壁上。间距d（cm）根据路表控制温度t（℃）计算，既要保证不因间距过大使部分路面传热效率过低，也要避免间距过小致使热量集中造成浪费，根据室内试验经验公式为t=3.3-0.16d（本优选实施例路表控制温度取1.7~2.1℃）。

根据本发明的优选实施例，所述雨水井处隔热材料铺设于发热电缆下层，使散热方向尽可能向上及向雨水井方向，隔热材料选用聚酯玻纤布或岩棉，铺设范围为外侧发热电缆向外辐射不小于10cm范围内。

根据本发明的优选实施例，发热电缆功率w应根据所处地区由下式计算：

融冰热q0包括融冰所需热量q1、冰变为水所需热量q2以及空气对流传质散热量q3，由下式确定：

q0=（q1+q2+q3）ka

q0：泄水管融冰需要的总热量，kj/m³；

q1：单位体积的冰由空气温度到0℃所需要的热量，kj/m³；

q2：单位体积的冰由0℃升温变成2℃的水所需要的融解热量，kj/m³；

q3：空气对流传质散热量，kj/m²；

ka：安全系数，无量纲（ka=1.1）。

单位体积的冰在t℃的环境下升温至0℃，所需要热量根据焦耳定律，按下式计算：

q1=cbm△t=cbpb×v0×（t0-t1）=-1890t1

q1：单位体积的冰由空气温度到0℃所需要的热量，kj；

cb：冰的比热，kj/kg℃（cb=2.1kj/kg℃）；

pb：冰的密度，kg/m³（pb=900kg/m³）；

v0：单位体积冰，m³（v0=1m³）；

t1：空气温度，℃；

t0：雪的融点，℃（t0=0℃）。

单位体积的冰由0℃升温变成2℃的水，需要经过两个过程：一是0℃的冰吸热变成0℃的水；二是0℃的水变成2℃的水。因此，q2按下式计算。

q2=cr×m+c×m（t2-t0）=308160

q2：单位体积的冰由0℃升温变成2℃的水所需要的融解热量，kj；

cr：冰的熔解热，kj/kg（cr=334kj/kg）；

c：水的比热，kj/kg℃（c=4.2kj/kg℃）；

t2：路面加热稳定后的温度，℃（t2=2℃）；

t0：雪的融点，℃（t0=0℃）

设计中存在隔热层，空气对流传质散热量q3可忽略不计。

考虑10h内泄水管中结冰应完全融化，保证无积冰。则发热电缆功率：

w=q0×d×h/（36×4）

w：发热电缆功率，w/m；

d：泄水管直径，m；

h：发热电缆缠绕间距，m。

雨水井处发热电缆上方无隔热，考虑到热散失，发热电缆功率可以适当提高。

本发明提供了一种适用于高寒地区可自动电融冰的桥梁泄水管系统的施工方法，其施工的桥梁泄水管系统能够及时清除桥梁泄水管结冰，有效防止桥梁排水受阻和桥梁结构结冰受损，保障桥梁冬季行车安全。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案来实现：一种适用于高寒地区可自动电融冰的桥梁泄水管系统的施工方法，其特征在于包括以下步骤：

a、泄水管道电融冰系统施工：首先用环氧树脂将发热电缆按照蛇形缠绕的方式粘结于桥梁泄水管外侧，发热电缆预留接控制系统的外接接头；然后用镀锌铁丝将保温隔热材料岩棉管壳绑扎于缠有发热电缆的泄水管外侧，竖直段岩棉从支撑件开始自下而上环向捆扎岩棉；最后包裹金属保护层，采用铝合金板，纵向及环向接缝采用搭接，纵向搭接尺寸30mm，环向搭接尺寸50mm，固定结束后嵌填密封剂或胶泥严峰；

b、雨水井电融冰系统施工：在雨水井处铺设隔热材料，隔热材料选用聚酯纤维布，贴雨水井环向布置，距雨水井20cm范围内完全布置；然后将一根发热电缆缠绕于雨水井外侧壁，一根发热电缆环向布置于距雨水井10cm处，发热电缆预留接控制系统的外接接头；最后浇筑铺装层；

c、桥面雨水井附近设置温度传感器，桥梁外侧设置雪花传感器，将泄水管道电融冰系统、雨水井电融冰系统的发热电缆和控制系统连接，将温度传感器、雪花传感器和控制系统连接，并将控制系统固定装置于桥梁外侧。

本发明适用于高寒地区，可以实时监测桥梁泄水管是否结冰，并及时清除结冰，能够及时清除或防止泄水管结冰，有效防止桥梁排水受阻和桥梁结构结冰受损，并保障桥梁冬季行车安全，并且具有无须人工操作、使用寿命长、以及除冰效率高的优点。

附图说明

图1桥梁泄水管电融冰系统图。

图2泄水管处布置图。

图3泄水管发热电缆缠绕方式图。

图4雨水井处布置图。

其中：1、检测系统，2、控制系统，3、泄水管道电融冰系统，4、雨水井电融冰系统，5、泄水管，6、泄水管处发热电缆，7、泄水管处保温隔热材料，8、金属保护层，9、雨水井，10、雨水井处发热电缆，11、雨水井处隔热材料。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

一种适用于高寒地区可自动电融冰的桥梁泄水管系统，其特征在于它包括检测系统1、控制系统2、泄水管道电融冰系统3和雨水井电融冰系统4；

所述检测系统1包括设置于桥面雨水井的温度传感器及桥上露天的雪花传感器，温度传感器检测温度状况，雪花传感器通过探头被覆盖面积和湿度综合判断雨雪状况；

所述泄水管道电融冰系统3由内至外依次设置在泄水管5外侧的泄水管处发热电缆6、泄水管处保温隔热材料7和金属保护层8组成；

所述雨水井电融冰系统4包括铺设在雨水井9的外侧的雨水井处发热电缆10，以及铺设在雨水井处发热电缆下层的雨水井处隔热材料11；

所述控制系统根据检测系统判断的信息，判断结冰与否，实施例中设置温度阈值为0℃，相对湿度阈值为100%，雪花探测器探头覆盖面积阈值为95%，三者共同低于阈值时判定结冰，则控制泄水管处发热电缆与雨水井处发热电缆工作。

根据本发明的优选实施例，泄水管处发热电缆6采用蛇形缠绕的方式缠绕在泄水管5外，泄水管处发热电缆6与泄水管之间宜通过环氧树脂粘结，泄水管直径10cm，缠绕间距优选为8~10cm。发热功率优选为25~35w/m，发热电缆工作时表面最高温度应小于120℃，最高承受温度应大于200℃。

根据本发明的优选实施例，雪花传感器外置直径10cm圆形探头，向上放置，通过探头被覆盖面积和湿度综合判断雨雪状况，本发明的雪花传感器由湿度和雪花探头集成，统称为雪花传感器。其感应判断是通过探头的被覆盖面积。所述检测系统1判断结冰是根据温度低于结冰点0℃、空气湿度高于100%（即空气中水蒸气实现饱和）并且雪花探测器探头有被雨雪覆盖情况，即可判定为结冰。

根据本发明的优选实施例，所述泄水管处保温隔热材料7采用岩棉管壳，厚度50mm~100mm。泄水管水平段岩棉用16#镀锌铁丝捆扎，捆扎间距不应大于20cm，每块岩棉上至少捆扎两道铁丝；泄水管竖直段岩棉应从支撑件开始自下而上环向捆扎岩棉，无固定件部分用8#镀锌铁丝，在管壁上拧成扭瓣箍环，利用扭瓣索挂镀锌铁丝固定岩棉。

根据本发明的优选实施例，所述金属保护层8采用铝合金板、镀锌板或不锈钢钢板，厚度应为0.5mm~1.0mm，所述铝合金板、镀锌板或不锈钢钢板之间的纵向及环向接缝采用搭接或插接，搭接时纵向尺寸不得少于30mm，环向不得少于50mm，插接时用自攻螺钉或抽芯锚钉，钉间距纵向应为150mm~200mm，环向应为200mm，每道缝不得少于4个钉，金属保护层嵌填密封剂或胶泥严峰，钉孔处应采用环氧树脂封堵，所述金属保护层有整体防水功能。

根据本发明的优选实施例，雨水井处发热电缆10埋设不小于两道，间距优选为8~10cm，发热电缆优选为贴于雨水井侧壁上。发热功率优选为30~40w/m，发热电缆工作时表面最高温度应小于120℃，最高承受温度应大于200℃。

根据本发明的优选实施例，所述雨水井处隔热材料11铺设于发热电缆下层，使散热方向尽可能向上及向雨水井方向，隔热材料选用聚酯玻纤布或岩棉，铺设范围为外侧发热电缆向外辐射不小于10cm范围内。

所述泄水管处发热电缆6和雨水井处发热电缆10均采用相同结构的发热电缆，包括发热体、绝缘体、接地导线、金属屏蔽层、防水护套。

施工时首先完成泄水管道电融冰系统3和雨水井电融冰系统4，然后接线连入监测系统1和控制系统2，检测系统包括温度传感器和雪花传感器，置于雨水井附近桥梁外侧，控制系统置于桥梁外侧。

泄水管道电融冰系统3施工：首先用环氧树脂将发热电缆5按照蛇形缠绕的方式粘结于桥梁泄水管6外侧，间距10cm，发热电缆功率30w/m，发热电缆留接头接控制系统；然后用镀锌铁丝将保温隔热材料岩棉管壳7绑扎于缠有发热电缆的泄水管外侧，岩棉厚度80mm，捆扎间距为20cm，每块岩棉上至少捆扎两道铁丝，竖直段岩棉从支撑件开始自下而上环向捆扎岩棉；最后包裹金属保护层8，采用铝合金板，厚度为0.5mm，纵向及环向接缝采用搭接，纵向搭接尺寸30mm，环向搭接尺寸50mm，固定结束后嵌填密封剂或胶泥严峰。

雨水井电融冰系统4施工：首先在雨水井9处铺设隔热材料11，隔热材料选用聚酯纤维布，贴雨水井环向布置，距雨水井20cm范围内完全布置；然后将发热电缆10一根缠绕于雨水井外侧壁，一根环向布置于距雨水井10cm处，发热电缆功率35w/m，留接头接控制系统；最后浇筑铺装层。

接线，将泄水管道电融冰系统3、雨水井电融冰系统4和控制系统2连接，将监测系统1和控制系统2连接，固定装置于桥梁外侧。监测系统1会采集天气信息，如出现结冰会通过控制系统2启动泄水管道电融冰系统3和雨水井电融冰系统4，使发热电缆6、10通过发热融化结冰。

尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。