一種UHPC路面鋪裝結構及路面管理系統的製作方法

2024-04-14 18:32:05

一種uhpc路面鋪裝結構及路面管理系統
技術領域
1.本發明涉及路面結構技術領域，特別涉及一種uhpc(ultra-high performance concrete，超高性能混凝土)路面鋪裝結構及路面管理系統。


背景技術：

2.超高性能混凝土，即uhpc，是一種摻有亂向分布的短鋼纖維的新型水泥基複合材料，鋼纖維能夠有效地阻礙混凝土內部微裂縫的擴展及宏觀裂縫的形成，顯著地改善了混凝土的抗拉、抗彎、抗衝擊及抗疲勞性能，具有較好的延性。目前已大量應用於公路、鐵路橋梁等路面鋪裝。
3.我國面積56％以上地區被冰雪覆蓋，冬春季節路面上都會出現積雪或冰凍現象，嚴重影響車輛行駛，造成較大安全隱患，傳統的人工、機械或化學試劑融雪化冰方式，均屬於被動式，具有效率低、難度大、勞動強度大、不安全、不徹底、成本高、易損傷路面、汙染環境等缺點，已經不能滿足社會經濟發展的需求。


技術實現要素：

4.為了解決現有技術中存在的問題，本技術實施例提供一種具有融雪化冰系統的uhpc路面鋪裝結構及路面管理系統，能夠根據道路環境條件配置路面結構，並通過智能監控系統中各傳感器精準探測路面積雪結冰情況，進而精確控制加熱系統的開啟和關閉，保證融雪化冰系統安全高效運行，有效防止路面積雪結冰，保障交通暢通，降低運營成本。
5.第一方面，提供了一種uhpc路面鋪裝結構，包括：
6.上下設置的瀝青鋪裝層和uhpc鋪裝層，uhpc層鋪裝層內部設有加熱系統，加熱系統連接智能監控系統，加熱系統用於根據智能監控系統發送的加熱指令發熱；
7.智能監控系統包括傳感器組件、視頻採集組件、以及控制組件，傳感器組件和視頻採集組件分別用於採集冰雪相關信息和環境圖像信息，控制組件用於根據冰雪相關信息和環境圖像信息判斷是否啟動路面加熱，並在判斷結果為是時，發送所述加熱指令。
8.一些實施例中，所述瀝青鋪裝層和所述uhpc鋪裝層之間設有環氧粘結劑。
9.一些實施例中，所述uhpc鋪裝層包括uhpc層和鋪設在uhpc層內部的鋼筋網片；
10.所述加熱系統設置鋪設在鋼筋網片上方。
11.一些實施例中，所述瀝青鋪裝層鋪設在加熱系統上方。
12.一些實施例中，所述加熱系統採用碳纖維發熱線纜，並以預設方式鋪設在uhpc層中；
13.所述碳纖維發熱線纜包括由外至內依次設置的不鏽鋼編織網保護層、特製護套外絕緣層、特氟龍內絕緣層、以及碳纖維層。
14.一些實施例中，所述加熱系統的鋪設方式包括連續直列u型、往復型、以及旋轉型；
15.採用連續直列u型方式鋪設的加熱系統包括連續設置的多個單層u型線纜，相鄰兩個單層u型線纜開口方向相反且共用同一u型邊；
16.採用往復型方式鋪設的加熱系統包括連續設置的多個雙層u型線纜，雙層u型線纜內包括平行設置的兩個單層u型線纜，相鄰兩個雙層u型線纜開口方向相反且共用同一u型邊；
17.採用旋轉型方式鋪設的加熱系統包括螺旋設置的雙層線纜。
18.一些實施例中，所述傳感器組件包括溫度傳感器、溼度傳感器、以及冰雪傳感器；
19.所述冰雪相關信息包括溫度傳感器採集的溫度信息、溼度傳感器採集的溼度信息、以及冰雪傳感器採集的雪量和結冰信息；
20.所述視頻採集組件包括多個攝像頭；
21.所述環境圖像信息包括多個攝像頭採集的環境圖像信息。
22.一些實施例中，所述控制組件包括決策終端、遠程操控平臺、以及中心伺服器；
23.決策終端用於根據所述冰雪相關信息和所述環境圖像信息判斷是否存在降雪、以及路面上是否結冰，在判斷存在降雪、且路面上結冰時，發送所述加熱指令；
24.遠程操控平臺用於從決策終端獲取所述冰雪相關信息和所述環境圖像信息，並根據用戶指令控制決策終端發送所述加熱指令；還用於從中心伺服器獲取氣象數據；
25.中心伺服器用於發送氣象數據，還用於存儲遠程操控平臺上傳的操作相關信息。
26.第二方面，提供了一種路面管理系統，包括：
27.信息採集模塊，其用於獲取道路交通量信息、道路建成時長、以及道路年均降雪量信息；
28.信息處理模塊，其用於根據道路交通量信息、道路建成時長、以及道路年均降雪量信息處理得到加熱系統在路面中的鋪設方式。
29.一些實施例中，所述信息處理模塊判斷道路冬季平均日交通量小於2000輛時，在車轍斷面處鋪設加熱系統；
30.所述信息處理模塊判斷道路冬季平均日交通量在2000輛和10000輛之間時，在車道中心線兩側1.5m範圍內鋪設加熱系統；
31.所述信息處理模塊判斷道路冬季平均日交通量在大於10000輛時，在道路全斷面鋪設加熱系統；
32.所述信息處理模塊判斷道路建成時長超出預設閾值時，採用連續直列u型的鋪設方式鋪設加熱系統；
33.所述信息處理模塊判斷道路建成時長不超出預設閾值時，採用直列u型、往復型、或旋轉型的鋪設方式鋪設加熱系統；
34.所述信息處理模塊判斷道路年均降雪天數不超出預設閾值時，以設計發熱量鋪設加熱系統；
35.所述信息處理模塊判斷道路年均降雪天數超出預設閾值時，以超出設計發熱量鋪設加熱系統。
36.本技術提供的技術方案帶來的有益效果包括：
37.採用電熱法，將加熱系統預埋在路面結構內，形成具有融雪化冰功能的uhpc路面鋪裝結構，通過智能監控系統獲取路面和環境信息，在判斷出現降雪和結冰時，自主開啟加熱系統，從而提高路面溫度，實現下雪時路面不積雪、不結冰，雪停則地幹，最大化保障過往車輛行駛安全。
38.根據路段的特點，採用不同的鋪裝方式和結構設計，最大化提高發熱效率，降低發熱成本。
附圖說明
39.為了更清楚地說明本發明的技術方案，下面將對發明內容描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
40.圖1是本發明實施例中uhpc路面鋪裝結構的結構示意圖。
41.圖2是本發明實施例中uhpc路面鋪裝結構的系統示意圖。
42.圖3是本發明實施例中加熱系統的鋪裝方式示意圖。
43.圖4是本發明實施例中加熱系統的結構示意圖。
44.圖5是本發明實施例提供中加熱系統在uhpc鋪裝層內的連續直列u型鋪設方式示意圖。
45.圖6是本發明實施例提供中加熱系統在uhpc鋪裝層內的往復型鋪設方式示意圖。
46.圖7是本發明實施例提供中加熱系統在uhpc鋪裝層內的旋轉型鋪設方式示意圖。
47.圖8是本發明實施例提供中路面管理系統的系統示意圖。
48.圖中所示：
49.1-智能監控系統；2-加熱系統；3-uhpc鋪裝層；4-瀝青鋪裝層；1.1-決策終端；1.2-遠程操控平臺；1.3-中心伺服器；1.4-傳感器組件；1.5-視頻採集組件；2.1-不鏽鋼編織網保護層；2.2-特製護套外絕緣層；2.3-特氟龍內絕緣層；2.4-碳纖維層；3.1-鋼筋網片；3.2-uhpc層；4.1-改性瀝青混凝土；4.2-環氧粘結劑；5-信息採集模塊；6-信息處理模塊。
具體實施方式
50.為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，附圖所描述的僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
51.基於現有技術中存在的問題，本發明提出一種uhpc路面鋪裝結構，如圖1和圖2所示，包括上下設置的瀝青鋪裝層4和uhpc鋪裝層3，uhpc層3.2鋪裝層內部設有加熱系統2，加熱系統2連接智能監控系統1。加熱系統2用於根據智能監控系統1發送的加熱指令發熱。智能監控系統1用於獲取路面和環境信息，在判斷出現降雪和結冰時，自主開啟加熱系統。
52.具體的，智能監控系統1包括傳感器組件、視頻採集組件、以及控制組件，傳感器組件和視頻採集組件分別用於採集冰雪相關信息和環境圖像信息，控制組件用於根據冰雪相關信息和環境圖像信息判斷是否啟動路面加熱，並在判斷結果為是時，發送加熱指令。
53.在本實施例中，採用電熱法，將加熱系統預埋在路面結構內，形成具有融雪化冰功能的uhpc路面鋪裝結構，通過智能監控系統1獲取路面和環境信息，在判斷出現降雪和結冰時，自主開啟加熱系統，從而提高路面溫度，實現下雪時路面不積雪、不結冰，雪停則地幹，最大化保障過往車輛行駛安全。
54.在較佳的實施例中，如圖3和圖4所示，瀝青鋪裝層4和uhpc鋪裝層3之間設有環氧
粘結劑4.2。瀝青鋪裝層4包括改性瀝青混凝土4.1。
55.uhpc鋪裝層3包括uhpc層3.2和鋪設在uhpc層3.2內部的鋼筋網片3.1。加熱系統2設置鋪設在鋼筋網片3.1上方。瀝青鋪裝層4鋪設在加熱系統2上方。
56.加熱系統2採用碳纖維發熱線纜，並以預設方式鋪設在uhpc層3.2中。碳纖維發熱線纜包括由外至內依次設置的不鏽鋼編織網保護層2.1、特製護套外絕緣層2.2、特氟龍內絕緣層2.3、以及碳纖維層2.4。
57.在本實施例中，改性瀝青混凝土4.1應符合公路瀝青路面施工規範的技術要求，配合比檢驗遵循公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程的規定進行，瀝青面層攤鋪前應噴灑粘層油，粘層油宜採用改性乳化瀝青、水性環氧瀝青等。
58.環氧粘接劑4.2為雙組份環氧樹脂，粘結層施工前，需對uhpc層3.2表面進行拋丸施工，以清除混凝土表面的浮漿，同時在混凝土表面形成一定的構造深度，確保瀝青層與混凝土面粘結牢固。
59.uhpc層由幹混料、拌合水和體積分數2.5％的鋼纖維組成，鋼纖維為直徑0.2mm、長度13mm的鍍銅直纖維。攪拌時攪拌量不超過攪拌機額定容量的80％，先將uhpc幹混料和鋼纖維按比例投入攪拌機內，幹拌2分鐘，再按比例加入拌合水，溼拌4～6分鐘。uhpc養護採用薄膜、土工布覆蓋養護，抹平的工作面在養護期間需定期噴水，保證表面處於溼潤狀態，養護時間不低於7天。
60.鋼筋網片3.1由縱向和橫向熱軋帶肋鋼筋綁紮而成，在綁紮過程中，同向鋼筋接頭按照50％比列錯開，搭接長度需滿足設計圖紙和規範的要求，並且預留足夠的保護層。
61.現有技術中缺少具有融雪化冰功能的智能uhpc路面鋪裝結構的案例和方案，本發明能夠有效解決冬春季節uhpc鋪裝路面融雪化冰問題。
62.本發明的碳纖維發熱線纜進行鋪設時，以道路每延米為一個節段(或根據實際道路施工需求確定模塊化尺寸)進行模塊化鋪設，此方式對道路這種寬度小、長度大的結構適用性強，施工便捷，後期維護簡單。
63.本發明的uhpc路面鋪裝結構剛度大、耐久性好、強度高，對施工環境要求不高，全壽命經濟性好，可解決瀝青混合料面層的滑移、脫層、擁包和車轍等問題，磨耗層維修方便。
64.加熱系統與uhpc路面鋪裝結構形成整體，安全可靠，極難損壞，後期路面翻新、更換瀝青也不會受到影響，採用碳纖維發熱線纜，具有加熱快、受熱均勻等優點，性能卓越，使用年限長達70年以上。
65.在較佳的實施例中，加熱系統2的鋪設方式包括連續直列u型、往復型、以及旋轉型。
66.如圖5所示，採用直列u型方式鋪設的加熱系統2包括連續設置的多個單層u型線纜，相鄰兩個單層u型線纜開口方向相反且共用同一u型邊。
67.如圖6所示，採用往復型方式鋪設的加熱系統2包括連續設置的多個雙層u型線纜，雙層u型線纜內包括平行設置的兩個單層u型線纜，相鄰兩個雙層u型線纜開口方向相反且共用同一u型邊。
68.如圖7所示，採用旋轉型方式鋪設的加熱系統2包括螺旋設置的雙層線纜。
69.在本實施例中，根據路段交通量的差異，採用不同的鋪裝方式。
70.當道路冬季平均日交通量小於2000輛時，發熱線纜僅在車轍斷面進行鋪設。
71.當道路冬季平均日交通量在2000至10000輛之間時，發熱線纜在車道中心線兩側1.5m範圍內進行鋪設。
72.當道路冬季平均日交通量大於10000輛時，在道路全斷面鋪設發熱線纜。
73.根據道路建設的新舊，採用不同的發熱線纜鋪設形態。
74.對於已建路面進行改造時，發熱線纜鋪設形態宜採用連續直線u型。
75.對於新建路面，可以採用連續直列u型、往復型、旋轉型等方式。
76.根據道路地理位置的不同，採用不同的融雪化冰策略。
77.道路所在地年均降雪日數不超過15天時，可按照設計發熱量進行發熱線纜鋪設。
78.道路所在地年均降雪日數超過15天時，在設計發熱量的基礎上增加50w/m2。
79.當傳感器採集到12小時降雪量小於1mm時，加熱系統以較低功率運行。
80.當傳感器採集到12小時降雪量大於1mm，小於6mm時，加熱系統以較高功率運行。
81.當傳感器採集到12小時降雪量大於6mm時，加熱系統以全功率運行。
82.根據道路交通量、路面新舊以及地理位置天氣情況，採用不同的發熱線纜鋪設方式，達到綠色節能的使用目的。
83.在較佳的實施例中，傳感器組件包括溫度傳感器、溼度傳感器、以及冰雪傳感器。冰雪相關信息包括溫度傳感器採集的溫度信息、溼度傳感器採集的溼度信息、以及冰雪傳感器採集的雪量和結冰信息；
84.視頻採集組件包括多個攝像頭，環境圖像信息包括多個攝像頭採集的環境圖像信息。
85.在較佳的實施例中，控制組件包括決策終端1.1、遠程操控平臺1.2、以及中心伺服器1.3。
86.決策終端1.1用於根據冰雪相關信息和環境圖像信息判斷是否存在降雪、以及路面上是否結冰，在判斷存在降雪、且路面上結冰時，發送加熱指令。
87.遠程操控平臺1.2用於從決策終端1.1獲取冰雪相關信息和環境圖像信息，並根據用戶指令控制決策終端1.1發送加熱指令；還用於從中心伺服器1.3獲取氣象數據。
88.中心伺服器1.3用於發送氣象數據，還用於存儲遠程操控平臺1.2上傳的操作相關信息。
89.在本實施例中，控制組件還包括用於為加熱系統供電的太陽能電池板、鋰電池、以及電源管理模塊。
90.採用了先進智能化自動控制裝備，無需任何人工操作，系統可根據路面積雪結冰情況，自動控制開啟或關閉，操作精準，道路維護方便。
91.遠程可視化控制，能夠通過電腦和手機客戶端隨時監控路面積雪結冰情況，從而遠程控制開啟和關閉融雪化冰系統，安全高效。
92.通過智能決策終端1.1實時分析路面狀況，可在道路出現積雪結冰前開啟系統，對路面進行預加熱，提升路面溫度，從而使雪落地即化，確保路面不出現結冰現象，區別於被動處理，預處理方式能夠最大限度的降低積雪結冰可能造成的交通事故。
93.uhpc路面鋪裝結構以先進信息技術深度賦能交通基礎設施，提升智能化水平，響應中央智慧交通建設、為建設交通強國提供有力支撐。
94.本發明提出一種路面管理系統，如圖8所示，包括信息採集模塊5和信息處理模塊
6。信息採集模塊5用於獲取道路交通量信息、道路建成時長、以及道路年均降雪量信息。信息處理模塊6用於根據道路交通量信息、道路建成時長、以及道路年均降雪量信息處理得到加熱系統在路面中的鋪設方式。
95.信息處理模塊6判斷道路冬季平均日交通量小於2000輛時，在車轍斷面處鋪設加熱系統。
96.信息處理模塊6判斷道路冬季平均日交通量在2000輛和10000輛之間時，在車道中心線兩側1.5m範圍內鋪設加熱系統。
97.信息處理模塊6判斷道路冬季平均日交通量在大於10000輛時，在道路全斷面鋪設加熱系統。
98.信息處理模塊6判斷道路建成時長超出預設閾值時，採用連續直列u型的鋪設方式鋪設加熱系統。
99.信息處理模塊6判斷道路建成時長不超出預設閾值時，採用直列u型、往復型、或旋轉型的鋪設方式鋪設加熱系統。
100.信息處理模塊6判斷道路年均降雪天數不超出預設閾值(例如15天)時，以設計發熱量鋪設加熱系統；
101.信息處理模塊6判斷道路年均降雪天數超出預設閾值(例如15天)時，以超出設計發熱量(例如超出設計發熱量50w/m2)鋪設加熱系統。
102.根據路段的特點，採用不同的鋪裝方式和結構設計。該智能uhpc路面鋪裝結構通過在路面uhpc鋪裝層3適當深度埋設碳纖維發熱材料，以及在周邊布置環境感應裝備，能夠實時監測路面溫度、溼度、結冰、降雪等環境數據，然後利用通訊設施將數據傳輸至系統中心進行篩選，對路面結冰、積雪情況進行判定，最終確定是否開啟加熱系統2。系統通電後，碳纖維發熱材料釋放出大量熱能，融化道路上的積雪和冰塊。
103.以上上述僅是本發明的具體實施方式，使本領域技術人員能夠理解或實現本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所申請的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。