阅读说明：本技术 高速公路防路面结冰结构、融冰装置及其方法 (Highway anti-icing structure, ice melting device and method ) 是由 王海越 冯帅 于 2020-04-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及高速公路防路面结冰结构、融冰装置及其方法,本包括防路面结冰结构,融冰装置,所述防路面结冰结构设置在高速公路结冰段,其沿高速公路线路走向的两端皆与普通高速公路段连通,所述融冰装置设置在所述防路面结冰结构中；使用上述融冰装置对结冰路面机械除冰的方法,包括如下步骤：S1、温度传感器监测并发现路面已经结冰；S2、若判断出路面已经结冰,进一步地,通过处理器控制蓄电池对发热电缆通电；S3、发热电缆将电能转换为热能；S4、热能对发热体进行加热；S5、发热体产生的热量传递至路面并对路面的冰层进行热融；通过上述方案实现了对高速公路结冰路面的冰雪进行融化的技术,同时通过相关结构的改进提升了融冰效率。(The invention relates to an anti-icing structure of a highway, an ice melting device and a method thereof, wherein the anti-icing structure of the highway and the ice melting device are arranged in the anti-icing section of the highway, both ends of the anti-icing structure along the route of the highway are communicated with a common highway section, and the ice melting device is arranged in the anti-icing structure of the highway; the method for mechanically deicing the iced road surface by using the deicing device comprises the following steps: s1, monitoring and finding that the road surface is frozen by a temperature sensor; s2, if the road surface is judged to be frozen, further controlling the storage battery to electrify the heating cable through the processor; s3, converting the electric energy into heat energy by the heating cable; s4, heating the heating element by heat energy; s5, transferring heat generated by the heating element to the road surface and carrying out hot melting on the ice layer of the road surface; the ice and snow melting technology for the frozen road surface of the expressway is realized through the scheme, and meanwhile, the ice melting efficiency is improved through the improvement of the related structure.)

高速公路防路面结冰结构、融冰装置及其方法

技术领域

本发明涉及高速公路发热除冰技术领域，尤其涉及用于在高速公路结冰路面利用电缆发热进行除冰的技术领域，具体地说，是高速公路防路面结冰结构、融冰装置及其方法。

背景技术

道路冰雪灾害给全球多个国家每年带来重大损失。世界各国长期以来均非常重视道路路面积雪结冰的处理问题，开展了大量的相关试验研究，探索出多种治理路面积雪结冰的技术方法。总结而言，治理道路路面积雪结冰方法主要有清除法和融化法两大类：

1）清除法可分为人工清除和机械清除；

2）融化法则分为化学法和热融化法。

目前，应用最多的还是人工清除法和机械清除法，但是成本高且会对路面造成较大损伤。融雪剂也是目前研究的主要方向，现在使用最多的为氯化盐，成本较高而且对路面有较大损伤。热融化法主要利用地热、电热、燃气等产生的热量使道路路面积雪结冰融化。高等级道路的重要路段、高速服务区加油站、机场起降跑道等均会采用多种不同的方法融化雪冰，常见的为大量使用融雪剂。然而，化学融雪剂使用量逐年增加，其对路面结构和生态环境的负面影响已日益凸现，如：钢筋锈蚀、路面及路面剥蚀破坏、土壤板结、地下水污染、植被破坏等，对人类生活造成了一定危害。随着技术的不断发展，新型融雪化冰技术不断涌现，现在更多的研究采用电热转化方法进行融雪化冰，该项技术可以提高能源利用率，而且清洁环保，适合机场路面和高速公路等局部路段的融雪化冰。

现有技术公开的方案中存在以下技术问题：

现有热融除冰技术常用的方法是微波热融法或者电力热融法，但是大量的技术都是提出的方法，并没有考虑技术应用的效果，虽然也有中国专利技术公开了电力融冰的技术，但是公开的技术中并没有考虑发热电缆的发热技术对材料的影响。

发明内容

本发明的目的在于：提供高速公路防路面结冰结构、融冰装置及其方法，用于实现在对高速公路结冰路面进行融冰的技术。本发明通过防路面结冰结构，融冰装置等结构，实现了对高速公路结冰路面的冰雪进行融化的技术，同时通过相关结构的改进提升了融冰效率。采用本发明后可以实现对高速公路结冰路面的冰雪进行融化的技术，同时通过相关结构的改进提升了融冰效率。

为实现上述技术方案，本发明通过以下技术方案实现：

高速公路防路面结冰结构，包括防路面结冰结构，融冰装置，所述防路面结冰结构设置在高速公路结冰段，其沿高速公路线路走向的两端皆与普通高速公路段连通，所述融冰装置设置在所述防路面结冰结构中；

所述防路面结冰结构包括路基填土层，基础层，漂石渗水层，过滤层，硬化层，发热层，路面，若干车道线，挡墙，排水沟，所述路基填土层设置在路基上，所述基础层设置在所述路基填土层上，其采用现浇混凝土进行硬化，且其顶部沿道路中心线呈一定夹角向道路边线下降，所述漂石渗水层设置在所述基础层上，所述过滤层设置在所述渗水层上，所述硬化层设置在过滤层上，所述发热层设置在硬化层上，所述路面设置在发热层的上部，所述车道线均布在路面上，所述挡墙沿高速公路线路对称设置在路基填土层的两侧，且其顶部与路面对齐，所述排水沟设置在挡墙的外侧；

所述融冰装置包括若干发热电缆，太阳能电池板，蓄电池，温度传感器，控制单元，所述发热电缆呈树根状延伸设置在所述发热层内， 所述温度传感器设置在公路路面与发热层之间，其与控制单元的输入端电性连通，所述控制单元通过导线与发热电缆电性连通，所述蓄电池为发热电缆、温度传感器以及控制单元供电，所述蓄电池通过导线与太阳能电池板电性连通，所述太阳能电池板设置在排水沟的外侧；

所述控制单元包括存储器，处理器，驱动电路，所述处理器与存储器电性连通，且其还与温度传感器电性连通，所述驱动电路的一端与处理器电性连通，另一端与发热电缆电性连通；

当路面结冰时，所述发热电缆产生热量并对发热层进行加热，所述发热层产生的热量对冰层进行热融。

为更好地实现本发明，作为上述技术方案的进一步描述，所述漂石渗水层采用粒径为200-800mm、干抗压强度在90兆帕以上的漂石，并且漂石之间的缝隙采用干抗压强度在98兆帕以上的石料填充。

作为上述技术方案的进一步描述，所述挡墙包括墙体，若干排水孔，过滤网，所述挡墙为钢筋混凝土挡墙，所述排水孔横向均布在挡墙上，其孔径为1-20mm，且其位于漂石渗水层所在位置，所述过滤网设置在挡墙相对的面上，其用于阻挡漂石之间填充的石料。

作为上述技术方案的进一步描述，所述发热层采用钢渣混凝土现场压制形成，并且所述发热层上竖向设置有若干孔径为1-20mm的过水孔。

作为上述技术方案的进一步描述，所述路面层由多孔沥青混凝土形成。

作为上述技术方案的进一步描述，所述发热电缆的发热温度不高于80℃。

高速公路防路面结冰结构的施工方法，包括如下步骤：

S1、施作路基填土层；

施作路基填土层时首先对待施工路段路基的腐殖土、淤泥质土等进行挖除，在挖除完成之后，采用分层填筑方法，并且保证每层的填筑厚度不宜大于0.5m，采用工作质量18t以上的重型振动压路机进行碾压。用于填筑的骨料强度不小于30Mpa,石料最大粒径不宜超过层厚的2/3。

S2、施作基础层；

施作基础层时，首先进行换填土层的面层清理，进一步地，在两侧进行支模，进一步地，支模结束之后利用混凝土进行浇筑，混凝土强度为C10-C25，浇筑时需进行连续振捣并且顶部找平，在找平时需对基础层的顶部设置人字坡，人字坡坡度范围0.1%-10%。

S3、施作两侧挡墙；

施作两侧挡墙时，首先进行成槽，在成槽时需注意成槽深度以及槽壁坡度，槽壁坡度范围0.1%-5%。成槽完成之后再进行清槽，钢筋网绑扎与放置，进一步地，进行混凝土浇筑，混凝土强度为C25-C40,并且采用毛石或者片石混凝土。

S4、施作漂石渗水层；

施作漂石渗水层时，首先对漂石进行打磨，打磨时主要打磨漂石上中风化、强风化以及全风化的石块，然后进行安装，在安装时，需将漂石进行一次排列，并且利用骨料对漂石之间的空隙进行填充，漂石粒径为200～800mm，干抗压强度在90兆帕以上的漂石，并且漂石之间的缝隙采用干抗压强度在98兆帕以上的石料填充。

S5、施作过滤层；

施作过滤层时，首先铺设至少一层土工布。

S6、施作硬化层；

施作硬化层时，首先安装排水管，排水管选用管径为5-35mm的PVC管，然后浇筑混凝土，混凝土强度采用C10-C25的细石混凝土，浇筑完成之后进行找平，在找平时需对基础层的顶部设置人字坡，人字坡坡度范围0.1%-10%。

S7、施作发热层；

施作发热层时，首先进行底层发热层浇筑，在浇筑完成之后便安装融冰装置的发热电缆，进一步地浇筑上部混凝土，混凝土采用C25-C45的钢渣混凝土，待浇筑完成之后利用导线将发热电缆与蓄电池进行电性连通。

S8、施作路面、车道线以及排水沟。

作为上述施工方法的进一步描述，步骤S4中，施作漂石层时，首先对漂石进行选料并且对选择好的漂石进行处理，主要处理的时漂石表面的风化层，并且将处理之后的漂石处理为较规则的立体结构，待处理完成之后，安放漂石，接下来将石料填充至漂石之间的缝隙中。

作为上述施工方法的进一步描述，步骤S7中，施作发热层时，需安装排水钢管，钢管进行竖向安装，钢管选用管径大小为5-25mm，管间距为0.5-5m。

利用高速公路防路面结冰结构，融冰装置对高速公路结冰路面进行除冰的方法，包括如下步骤：

S1、温度传感器监测路面的温度已经结冰；

S2、若判断出路面已经结冰，进一步地，通过处理器控制蓄电池对发热电缆通电；

S3、发热电缆将电能转换为热能；

S4、热能对发热体进行加热；

S5、发热体产生的热量传递至路面并对路面的冰层进行热融。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

本发明通过防路面结冰结构，融冰装置等结构，实现了对高速公路结冰路面的冰雪进行融化的技术，同时通过相关结构的改进提升了融冰效率。

附图说明

图1为本发明的防路面结冰结构三维结构示意图；

图2为本发明的防路面结冰结构的平面结构示意图；

图3为本发明的融冰装置平面结构示意图；

图4为本发明的挡墙三维结构示意图；

图5为本发明的融冰流程示意图。

其中1-防路面结冰结构，2-融冰装置，11-路基填土层，12-基础层，13-漂石渗水层，14-过滤层，15-硬化层，16-发热层，17-路面，18-挡墙，19-排水沟，21-发热电缆，22-太阳能电池板，23-蓄电池，24-温度传感器，181-墙体，182-排水孔，183-过滤网。

具体实施方式

下面结合本发明的优选实施例对本发明做进一步地详细、准确说明，但本发明的实施方式不限于此。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，“垂直”等术语并不表示要求部件之间绝对垂直，而是可以稍微倾斜。如“垂直”仅仅是指其方向相对而言更加垂直，并不是表示该结构一定要完全垂直，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”等应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例：

作为优选实施例，本实施例以双向六车道，高速公路为路堤式的结构且本发明安装在易结冰路段的弯道区为例，结合图1～5所示，

高速公路防路面结冰结构1，包括防路面结冰结构1，融冰装置2，所述防路面结冰结构1设置在高速公路结冰段，其沿高速公路线路走向的两端皆与普通高速公路段连通，所述融冰装置2设置在所述防路面结冰结构1中；

所述防路面结冰结构1包括路基填土层11，基础层12，漂石渗水层13，过滤层14，硬化层15，发热层16，路面17，若干车道线，挡墙18，排水沟19，所述路基填土层11设置在路基上，所述基础层12设置在所述路基填土层11上，其采用现浇混凝土进行硬化，且其顶部沿道路中心线呈一定夹角向道路边线下降，所述漂石渗水层13设置在所述基础层12上，所述过滤层14设置在所述渗水层上，所述硬化层15设置在过滤层14上，所述发热层16设置在硬化层15上，所述路面17设置在发热层16的上部，所述车道线均布在路面17上，所述挡墙18沿高速公路线路对称设置在路基填土层11的两侧，且其顶部与路面17对齐，所述排水沟19设置在挡墙18的外侧；

所述融冰装置2包括若干发热电缆21，太阳能电池板22，蓄电池23，温度传感器24，控制单元，所述发热电缆21呈树根状延伸设置在所述发热层16内， 所述温度传感器24设置在公路路面17与发热层16之间，其与控制单元的输入端电性连通，所述控制单元通过导线与发热电缆21电性连通，所述蓄电池23为发热电缆21、温度传感器24以及控制单元供电，所述蓄电池23通过导线与太阳能电池板22电性连通，所述太阳能电池板22设置在排水沟19的外侧；

所述控制单元包括存储器，处理器，驱动电路，所述处理器与存储器电性连通，且其还与温度传感器24电性连通，所述驱动电路的一端与处理器电性连通，另一端与发热电缆21电性连通；

当路面17结冰时，所述发热电缆21产生热量并对发热层16进行加热，所述发热层16产生的热量对冰层进行热融。

为了更清晰和明确的阐述本发明，作为优选实施方式，本实施例中所述的温度传感器24采用PT100或者NTC系列的传感器，其主要用于检测路面17的温度，通过温度判断并控制发热电缆21工作。

为了更清晰和明确的阐述本发明，作为优选实施方式，本实施例中所述的融冰装置2的具体工作流程为：首先，太阳能电池板22吸收太阳能并将其转化电能，同时通过导线将产生的电能传递至蓄电池23中并储存，进一步地，温度传感器24实时检测其所在区域的外界环境温度并将收集的数据实时传递至处理器中，进一步地，处理器实时读取存储器中的数据并将其与温度传感器24收集的温度进行实时处理比对，进一步地，通过比对得知该区域的路面温度已达到0℃以下，进一步地，处理器控制驱动电路为发热电缆21通电，进一步地，发热电缆21开始发热。

为了更清晰和明确的阐述本发明，作为优选实施方式，尤其值得注意的是，本发明中所述的温度传感器24，存储器，处理器，驱动电路均为现有常规技术，并非本发明的发明创造点，故而此处不再一一赘述。

为了更清晰和明确的阐述本发明，作为优选实施方式，本实施例中通过对高速公路的结构进行改造，使得其可以实现对结冰区道路的融冰技术，通过设置漂石渗水层13，即实现了对漂石的运用，也解决了水流的排放问题。在本发明中，通过对发热电缆21技术的运用，即实现了对公路路面17的冰层进行熔化的技术，也实现了对路面17中的暗冰层进行熔化的技术，通过这一技术有效保证了易结冰路面17弯道区的行车安全。

为更好地实现本发明，作为上述技术方案的进一步描述，所述漂石渗水层13采用粒径为200-800mm、干抗压强度在90兆帕以上的漂石，并且漂石之间的缝隙采用干抗压强度在98兆帕以上的石料填充。

为了更清晰和明确的阐述本发明，作为优选实施方式，本实施例中所述的漂石采用粒径为450-600mm，干抗压强度在150兆帕左右的漂石，这类漂石主要考虑使用岩浆岩或者花岗岩。在使用时，首先对漂石进行打磨，为了方便使用，将漂石打磨为六边体结构，打磨出的碎石经过清洗筛选之后，将粒径较大的碎石块作为填充骨料填充在漂石之间的空隙中，较小的碎石块则用作混凝土骨料。

为了更清晰和明确的阐述本发明，作为优选实施方式，本实施例中运用漂石作为填充渗水层的主要骨料，即实现了对漂石进行运用的技术，也在保证公路整体结构强度的前提下实现了渗水的技术，并且为漂石在公路结构中的运用提供了思路。

作为上述技术方案的进一步描述，所述挡墙18包括墙体181，若干排水孔182，过滤网183，所述挡墙18为钢筋混凝土挡墙18，所述排水孔182横向均布在挡墙18上，其孔径为1-20mm，且其位于漂石渗水层13所在位置，所述过滤网183设置在挡墙18相对的面上，其用于阻挡漂石之间填充的石料。

为了更清晰和明确的阐述本发明，作为优选实施方式，本实施例中通过设置钢筋混凝土挡墙18实现了对漂石渗水层13的固定，有效保证了道路结构的整体强度，进一步地保证了道路整体结构的不变形。

作为上述技术方案的进一步描述，所述发热层16采用钢渣混凝土现场压制形成，并且所述发热层16上竖向设置有若干孔径为1-20mm的过水孔。

中国专利CN201710548542.6公开了一种具有微波融冰除雪功能的钢渣沥青混合料，在该方案中详细介绍了钢渣混凝土沥青混合料的配置方法，根据该技术方案可知，钢渣混凝土沥青混合料的加热效果。

为了更清晰和明确的阐述本发明，作为优选实施方式，本实施例中运用钢渣混凝土作为加热层的材料，有效保证了加热效果。

作为上述技术方案的进一步描述，所述路面17层由多孔沥青混凝土形成。

为了更清晰和明确的阐述本发明，作为优选实施方式，本实施例中运用多孔沥青混凝土作为路面17结构的材料层，保证了路面17的渗水效果。

作为上述技术方案的进一步描述，所述发热电缆21的发热温度不高于80℃。

现行混凝土相关规范中，混凝土在300℃时也可以保证抗压强度基本不变，在100℃以下基本不会变形，故而在本发明中将发热电缆21的发热温度设置为不高于80℃。

为了更清晰和明确的阐述本发明，作为优选实施方式，本实施例中将发热电缆21的发热温度设置为不高于80℃，即有效保证了融冰效率，也保证了混凝土结构的使用寿命。

高速公路防路面结冰结构1的施工方法，包括如下步骤：

S1、施作路基填土层11；

施作路基填土层11时首先对待施工路段路基的腐殖土、淤泥质土等进行挖除，在挖除完成之后，采用分层填筑方法，并且保证每层的填筑厚度不宜大于0.5m，采用工作质量18t以上的重型振动压路机进行碾压。用于填筑的骨料强度不小于30Mpa,石料最大粒径不宜超过层厚的2/3。

S2、施作基础层12；

施作基础层12时，首先进行换填土层的面层清理，进一步地，在两侧进行支模，进一步地，支模结束之后利用混凝土进行浇筑，混凝土强度为C10-C25，浇筑时需进行连续振捣并且顶部找平，在找平时需对基础层12的顶部设置人字坡，人字坡坡度范围0.1%-10%。

S3、施作两侧挡墙18；

施作两侧挡墙18时，首先进行成槽，在成槽时需注意成槽深度以及槽壁坡度，槽壁坡度范围0.1%-5%。成槽完成之后再进行清槽，钢筋网绑扎与放置，进一步地，进行混凝土浇筑，混凝土强度为C25-C40,并且采用毛石或者片石混凝土。

S4、施作漂石渗水层13；

施作漂石渗水层13时，首先对漂石进行打磨，打磨时主要打磨漂石上中风化、强风化以及全风化的石块，然后进行安装，在安装时，需将漂石进行一次排列，并且利用骨料对漂石之间的空隙进行填充，漂石粒径为200～800mm，干抗压强度在90兆帕以上的漂石，并且漂石之间的缝隙采用干抗压强度在98兆帕以上的石料填充。

S5、施作过滤层14；

施作过滤层14时，首先铺设至少一层土工布。

S6、施作硬化层15；

施作硬化层15时，首先安装排水管，排水管选用管径为5-35mm的PVC管，然后浇筑混凝土，混凝土强度采用C10-C25的细石混凝土，浇筑完成之后进行找平，在找平时需对基础层12的顶部设置人字坡，人字坡坡度范围0.1%-10%。

S7、施作发热层16；

施作发热层16时，首先进行底层发热层16浇筑，在浇筑完成之后便安装融冰装置2的发热电缆21，进一步地浇筑上部混凝土，混凝土采用C25-C45的钢渣混凝土，待浇筑完成之后利用导线将发热电缆21与蓄电池23进行电性连通。

S8、施作路面17、车道线以及排水沟19。

作为上述施工方法的进一步描述，步骤S4中，施作漂石层时，首先对漂石进行选料并且对选择好的漂石进行处理，主要处理的时漂石表面的风化层，并且将处理之后的漂石处理为较规则的立体结构，待处理完成之后，安放漂石，接下来将石料填充至漂石之间的缝隙中。

作为上述施工方法的进一步描述，步骤S7中，施作发热层16时，需安装排水钢管，钢管进行竖向安装，钢管选用管径大小为5-25mm，管间距为0.5-5m。

利用高速公路防路面结冰结构1，融冰装置2对高速公路结冰路面17进行除冰的方法，包括如下步骤：

S1、温度传感器24监测路面17的温度已经结冰；

S2、若判断出路面已经结冰，进一步地，通过处理器控制蓄电池23对发热电缆21通电；

S3、发热电缆21将电能转换为热能；

S4、热能对发热体进行加热；

S5、发热体产生的热量传递至路面17并对路面17的冰层进行热融。为了更清晰和明确的阐述本发明，作为优选实施方式，本实施例中所述的蓄电池23的电源来源为，通过所述太阳能电池板22在阳光照射时吸收阳光，并且将阳光转换为电源，进一步地，通过导线将产生的电源输送至蓄电池23中存储，在需要电源时，再将电源通过导线传递至发热电缆21，进一步地，发热电缆21将电能转换为热能，进一步地，热能对发热体进行加热，进一步地发热层16内产生的热能传递至路面17并对路面17上的冰层进行热融。

为了更好的实现本发明，需要特别和明确说明的是，

为了更清晰和明确的阐述本发明，如图1-5所示，本发明的工作流程为：

温度传感器24检测并发现路面17已经结冰，进一步地，温度传感器24自带的控制器接通发热电缆21所需的电源，进一步地，发热电缆21开始发热，进一步地，发热电缆21产生的热量传递至发热层16中，进一步地，发热层16持续吸收发热电缆21产生的热量，进一步地，热量传递至路面17并对路面17以上的冰层已经路面17中的暗冰进行热融，进一步地，融化的水通过路面17上的孔隙下渗，进一步地，下渗的水依次经过发热层16，硬化层15，过滤层14，漂石渗水层13，然后通过设置在挡墙18上的排水孔182排放至排水沟19中，最终实现融冰的目的。

需要特别明确和说明的是，当温度传感器24检测并发现路面17的温度升高，并且路面17已经没有冰层时，本发明的融冰装置2停止工作；而当温度低于野外水分的结冰温度并且空气中的水分含量较高容易导致路面17结冰或者形成暗冰时，本发明的融冰装置2持续工作。

通过上述方案实现了对高速公路结冰路面的冰雪进行融化的技术，同时通过相关结构的改进提升了融冰效率。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。