寒冷地区基层冬期施工加热养护方法与流程

1.本发明属于建筑工程技术领域，具体涉及一种寒冷地区基层冬期施工加热养护方法。


背景技术：

2.在道路工程的冬期施工中，常常需要对路面进行保温，避免低温对已施工部位的质量影响。如《城镇道路工程施工与质量验收规范》cjj1-2008中，冬期施工的水泥混凝土路面应加强养护，保湿覆盖，混凝土面层最低温度不应低于5℃。
3.寒冷地区冬季温度较低，水化作用的自发热不能保证在加强保温下达到温度要求，为保证规范要求的温度，常常需要使用加热设备。
4.目前关于寒冷地区基层加热养护方法还没有统一的标准，寒冷地区日平均气温低，常规加热效果适配性不强，成本较高，针对具体条件制定切实可行的加热养护工艺是保证工程质量的先决条件。


技术实现要素：

5.针对上述问题，本发明提供了一种寒冷地区基层冬期施工加热养护方法，以解决寒冷环境养护问题，确保养护效果，使基层强度能够自然增长，达到设定的强度，提高基层施工质量。
6.本发明通过下述技术方案实现。
7.寒冷地区基层冬期施工加热养护方法，其特征在于包括如下步骤：
8.s1、热量损失值测算
9.以待加热养护基层所处地区在待加热养护施工周期内的最低日均气温t1为标准，以养护温度t0与该最低日均气温t1之差作为设定环境温差t2，测算待加热养护基层表面在覆盖一层保温层时，待加热养护基层在设定环境温差t2下的单位时间单位面积的热损失值q；
10.s2、拼接三阶希尔伯特单元管
11.将水管按三阶希尔伯特曲线拼接形成三阶希尔伯特单元管；其中，控制三阶希尔伯特单元管的参数，即水管直径和单块三阶希尔伯特单元管的尺寸s1，以满足三阶希尔伯特单元管可通过低环境温度下的保温试验；
12.s3、基层薄膜覆盖
13.待加热养护基层碾压完成后，立刻在待加热养护基层表面覆盖一层薄膜；
14.s4、水循环层铺设
15.在薄膜上将若干块步骤s2获得的、且通过保温试验的三阶希尔伯特单元管进一步进行组管以形成水循环层，之后于水循环层中加水进行闭水试验；
16.s5、顶部保温层覆盖
17.闭水试验合格后，在水循环层上方覆盖一层保温层，覆盖厚度不小于步骤s1中保
温层的厚度；
18.s6、加热设备安装
19.于水循环层的进水口和出水口之间连接加热设备，以对水循环层内的循环水进行加热，循环水加热功率p按下式计算：
20.p＝q
×
s2×k21.其中，q为步骤s1测算得到的热量损失值，s2为待加热养护基层的面积，k为保障系数，k＞1；
22.s7、加热养护监控
23.对水循环层空腔中心温度进行监测，若水循环层空腔中心温度小于养护温度t0，则调整保障系数k，改变循环水加热功率p，直至水循环层空腔中心温度不小于养护温度t0。
24.作为具体技术方案，所述步骤s2中的保温试验采用下述方式进行：
25.在环境温度低于养护温度t0的环境温度下，取n块三阶希尔伯特单元管进行组管，在组管后的三阶希尔伯特单元管的上下表面均覆盖一层保温层，并于组管后的三阶希尔伯特单元管的进水口和出水口之间连接加热设备，以对组管后的三阶希尔伯特单元管内的循环水进行加热，循环水加热功率p按下式计算：p＝q
×
s3×
k；其中，q为步骤s1测算得到的热量损失值；s3为组管后的三阶希尔伯特单元管的总面积，s3＝n
×
s1；k为保障系数，k＞1；一段时间之后，测定三阶希尔伯特单元管组管后的空腔中心温度t3，若t3＞t0则三阶希尔伯特单元通过低环境温度下的保温试验。
26.作为具体技术方案，所述n的取值满足以下条件：即n块三阶希尔伯特单元管组管后的总面积s2为待加热养护基层(1)总面积s0的0.1～0.15倍。
27.作为具体技术方案，所述步骤s5中，顶部保温层的边缘处做加强处理，即在保温层的边缘处搭接棉被或草席，且所搭接的棉被或草席超出保温层边缘处0.8～1.2m，搭接处厚度不小于2倍保温层的厚度。
28.作为具体技术方案，所述步骤s2中的水管采用易于弯管成型的金属材料制作。
29.作为具体技术方案，所述步骤s5中，顶部保温层为草席或棉被。
30.作为具体技术方案，所述步骤s6中，加热设备包括冷却区，加热区，发电机，依次设置于冷却区、加热区上的加热盘管，设置于加热盘管进水端上的水泵；所述中部水循环层的出水口与加热盘管的进水端连接，所述中部水循环层的进水口与加热盘管的出水端连接；所述发电机的冷却系统所产生的高温冷却水进入冷却区后对循环水加热盘管中的循环水进行第一次加热，冷却后的冷却水从冷却区流出再次进入发电机的冷却系统对发电机降温；所述发电机为加热区提供电能以对加热区上的加热盘管进行加热，从而对循环水进行第二次加热。
31.作为具体技术方案，所述加热盘管的出水端设置有测温点。
32.作为具体技术方案，所述养护温度t0为3～7℃。
33.作为具体技术方案，所述步骤s2中，三阶希尔伯特单元管采用下述方式制成：将水管按一阶希尔伯特曲线进行弯管成型制成一阶希尔伯特单元管，之后将4个一阶希尔伯特单元管与转接管按二阶希尔伯特曲线进行组管即制成二阶希尔伯特单元管，然后将4个二阶希尔伯特单元管与转接管按三阶希尔伯特曲线进行组管即制成三阶希尔伯特单元管。
34.本发明有益效果：
35.1)本发明方法利用希尔伯特曲线可均匀满铺平面的特点，通过合理方案设计，以三阶希尔伯特单元管作为模块基础，并结合一阶希尔伯特单元管、二阶希尔伯特单元管、转接管和直管可以满铺任何尺寸的路面，对不同形状的待养护基层的适用性好。
36.2)本发明方法效果优良，利用水的比热容是空气的三倍和相比常规保温方法增加了一定的保温层空间，水循环加热可以抵消系统散失的温度，保证整改保温层温度恒定。
37.3)本发明方法通过监控水温和加热方式及功率的调整，可调节保温层温度满足最佳养护温度。
38.4)本发明方法经济合理，组管、加热设备、保温材料均可循环利用。本发明中，水循环层中的冷却水可利用发电机中冷却系统的热水进行第一加热，然后利用发电机提供的电能进行二次加热，同时水循环层中的冷却水也可为发电机中冷却系统中的循环水降温，能量利用率高。
附图说明
39.下面参照图对本发明专利作进一步详细的说明。本发明专利的示意性实施例及其说明用于解释本发明专利，并不构成对本发明专利的不当限定。
40.图1为本发明的施工示意图；
41.图2是一阶希尔伯特单元管的结构示意图；
42.图3是二阶希尔伯特单元管的结构示意图；
43.图4是三阶希尔伯特单元管的结构示意图；
44.图5为本发明中保温试验的示意图；
45.图6是2
×
2的三阶希尔伯特单元管进行组管的示意图；
46.图7是4
×
4的三阶希尔伯特单元管进行组管的示意图；
47.图8是本发明中加热设备的结构示意图；
48.上述图中各标识的含义为：1-待加热养护基层，2-薄膜，3-水循环层，4-保温层，5-加热设备，6-转接管，7-直管，8-水泵，9-测温点，10-冷却区，11-加热区，12-发电机，13-加热盘管。
具体实施方式
49.以下结合附图对对本发明实施例中的技术方案进行清除、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其他实施例，都属于本发明保护的范围。
50.实施例1
51.寒冷地区基层冬期施工加热养护方法，其包括如下步骤：
52.s1、热量损失值测算
53.以待加热养护基层1所处地区在待加热养护施工周期内的最低日均气温t1为标准，以养护温度t0与该最低日均气温t1之差作为设定环境温差t2，测算待加热养护基层1表面在覆盖一层保温层4时，待加热养护基层1在设定环境温差t2下的单位时间单位面积的热损失值q；热量损失值测算时，保温层4的设置应与实际施工方案中的一致，通常保温层4通
常为棉被或草席铺设而成；在测算热损失值q时，棉被或草席在最低日均气温t1时的导热系数可通过查询获得；养护温度可根据施工需要设定，通常t0应控制为3～7℃；
54.s2、拼接三阶希尔伯特单元管
55.将水管按三阶希尔伯特曲线拼接形成三阶希尔伯特单元管4，水管采用易于弯管成型的金属材料制作；
56.三阶希尔伯特单元管4采用下述方式制成：如图2所示，将水管按一阶希尔伯特曲线进行弯管成型制成一阶希尔伯特单元管；如图3所示，之后将4个一阶希尔伯特单元管与转接管按二阶希尔伯特曲线进行组管即制成二阶希尔伯特单元管；如图4所示，最后将4个二阶希尔伯特单元管与转接管按三阶希尔伯特曲线进行组管即制成三阶希尔伯特单元管；
57.通常，三阶希尔伯特单元管是在工厂先生产好，然后再在施工现场组装，因此在三阶希尔伯特单元管生产时，应当控制三阶希尔伯特单元管的参数，使三阶希尔伯特单元管的满足相应的保温性能要求；当三阶希尔伯特单元管达到保温要求后，方能运输至施工现场使用；
58.其中，控制三阶希尔伯特单元管的参数，即水管直径和单块三阶希尔伯特单元管的尺寸s1，以满足三阶希尔伯特单元管可通过低环境温度下的保温试验；请参阅图5，保温试验采用下述方式进行：
59.在环境温度低于养护温度t0的环境温度下，取n块三阶希尔伯特单元管进行组管，在组管后的三阶希尔伯特单元管的上下表面均覆盖一层保温层4，并于组管后的三阶希尔伯特单元管的进水口和出水口之间连接加热设备，以对组管后的三阶希尔伯特单元管内的循环水进行加热，循环水加热功率p按下式计算：p＝q
×
s3×
k；其中，q为步骤s1测算得到的热量损失值；s3为组管后的三阶希尔伯特单元管的总面积，s3＝n
×
s1；k为保障系数，k＞1；一段时间之后(通常为15～30min)，测定三阶希尔伯特单元管组管后的空腔中心(空腔中心即靠近管网中心位置处管与管之间的间隙位置)温度t3，若t3＞t0则三阶希尔伯特单元通过低环境温度下的保温试验；
60.为了使保温试验尽量准确，能满足现场施工的要求，通常n的取值满足以下条件：即n块三阶希尔伯特单元管组管后的总面积s2为待加热养护基层1总面积s0的0.1～0.15倍；
61.s3、基层薄膜覆盖
62.待加热养护基层1碾压完成后，立刻在待加热养护基层1表面覆盖一层薄膜2，以减少基层与低温空气的接触时间，减少水分散失；薄膜层数、厚度、搭接宽度参考冬期施工水稳养护要求，满足保湿条件即可；
63.s4、水循环层铺设
64.在薄膜上将若干块步骤s2获得的、且通过保温试验的三阶希尔伯特单元管进一步进行组管以形成水循环层3，之后于水循环层3中加水进行闭水试验，以保证组管的严密性，提高保温效果；
65.图6和图7例举了2
×
2的三阶希尔伯特单元管进行组管、4
×
4的三阶希尔伯特单元管进行组管的示意图；实际上2
×
2的三阶希尔伯特单元管进行组管亦即是按步骤s2三阶希尔伯特单元管的类似方式进行弯管成型制成的四阶希尔伯特单元管，4
×
4的三阶希尔伯特单元管亦即是按步骤s2三阶希尔伯特单元管的类似方式进行弯管成型制成的五阶希尔伯特单元管；依次类推，即可以将三阶希尔伯特单元管作为基础模块组管成面积更大的m阶希
尔伯特单元管，以适用实际施工中不同加热养护基层的面积；在本发明中，之所以采用三阶希尔伯特单元管为基础模块，是由于三阶希尔伯特单元管的尺寸大小适中，不仅便于运输装卸，同时也便于施工现场的组管施工，可大幅提高安装效率；
66.在具体的施工当中，在以三阶希尔伯特单元管进一步进行组管以形成水循环层3时，可以先将三阶希尔伯特单元管作为基础模块组管成面积更大的f个m1、m2、m3。。。。。。mn阶希尔伯特单元管，然后将该f个m1、m2、m3。。。。。。mn阶希尔伯特单元管进行组装，以适用不同面积和形状的待加热养护基层；实际上由于希尔伯特单元管为正方形的结构，因此以三阶希尔伯特单元管作为基础模块经常无法铺满形状不规则的待加热养护基层，那么对于边缘区域则可通过一阶希尔伯特单元管、一阶希尔伯特单元管、转接管6(180
°
转接管和90
°
转接管)和直管7进行组管调整，从而组管形成可基本铺满待加热养护基层的水循环层3；
67.s5、顶部保温层覆盖
68.闭水试验合格后，在水循环层3上方覆盖一层保温层4，覆盖厚度不小于步骤s1中保温层4的厚度；其中，保温层为草席或棉被铺设而成；保温层4的边缘处做加强处理，即在保温层的边缘处搭接棉被或草席，且所搭接的棉被或草席超出保温层边缘处0.8～1.2m，搭接处厚度不小于2倍保温层的厚度；
69.s6、加热设备安装
70.于水循环层3的进水口和出水口之间连接加热设备5，以对水循环层3内的循环水进行加热，循环水加热功率p按下式计算：
71.p＝q
×
s2×k72.其中，q为步骤s1测算得到的热量损失值，s2为待加热养护基层的面积，k为保障系数，k＞1；
73.请参阅图8，加热设备5包括冷却区10，加热区11，发电机12，依次设置于冷却区10、加热区11上的加热盘管13，设置于加热盘管13进水端上的水泵8；所述水循环层3的出水口与加热盘管13的进水端连接，所述中部水循环层3的进水口与加热盘管13的出水端连接；所述发电机12的冷却系统所产生的高温冷却水进入冷却区10后对循环水加热盘管13中的循环水进行第一次加热，冷却后的冷却水从冷却区10流出再次进入发电机12的冷却系统对发电机12降温；所述发电机12为加热区11提供电能以对加热区11上的加热盘管13进行加热，从而对循环水进行第二次加热。加热盘管13的出水端设置有测温点9。
74.s7、加热养护监控
75.对水循环层3空腔中心温度进行监测，若水循环层3空腔中心温度小于养护温度t0，则调整保障系数k，改变循环水加热功率p，直至水循环层3空腔中心温度不小于养护温度t0。
76.实施例2
77.本实施例例举了采用本发明方法在山西省高平市新建路(南内环-泫氏街)和南内环(玉井桥-建设路)道路工程进行水泥稳定碎石基层的冬期施工加热养护的效果，具体如下表。
78.养护日期当日环境温度范围(℃)空腔中心温度(℃)循环水温度(℃)基层强度12月22日-3～107.215/12月23日-3～56.515/
12月24日-1～36.115/12月25日-3～46.115/12月26日-6～35.515/12月27日-4～76.115/12月28日-4～107.315/12月29日-2～117.5153.2mpa
79.注：项目施工过程中养护温度设定为5℃；上述表格中，空腔中心温度为：环境实时温度低于5℃时，进行加热养护时空腔中心的平均温度；而当环境实时温度大于5℃时，则不需要进行加热养护。
80.由上表可知，在施工养护周期内，采用本发明方法可以较好解决寒冷环境下基层的养护问题，以确保养护效果，使基层强度能够自然增长，养护周期结束后基层强度达到了3.2mpa，符合图纸规范2.5～3.5mpa要求。
81.以上所述仅为本发明专利的优选实施例而已，并不用于限制本发明专利，对于本领域的技术人员来说，本发明专利可以由各种更改和变化。凡在本发明专利的精神和原则之内，所做得任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明专利的保护范围之内。