JPH04194203A - 凍上防止方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は積雪地、寒冷地や高所山岳地及び臨海工業地の
道路、空港の滑走路、駐車場、鉄道線路、テニスコート
、圃場等の地表面や路面に発生する凍上被害を未然に防
止する方法及びその装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、凍上は寒冷地でよくみられる現象であり、冬期に
気温が０℃以下になると、地表面付近の土中の間隙水が
凍結しはじめ、凍結面が時間と共に土中に向かって下方
に進行し、その際、土質や土壌水分等の条件によって凍
結面に水が移動したり、凍結することによって氷層が地
表面に水平に形成され、未凍結部分から凍結面に水分が
吸収されたり、土壌中の水が凍結することにより地盤の
膨れ上がる現象が凍上である。

このため道路等の舗装面に亀裂が入り、この亀裂に日中
の雪融水が浸み込み、夜間にこの水が凍結して体積が膨
れ、亀裂をさらに大きく広く拡大し、ついには路面に亀
甲状の亀裂がひろがり路面が破損されるようになる。

しかし、近年道路の消雪除雪技術がすすみ、完全消雪や
完全除雪がゆきとどいてきたために積雪地帯の道路にお
いても冬でもほとんど雪が無く、路面は常に冷たい外気
にさらされているため、路面から常に熱が奪われて凍上
による被害が積雪地域や高所山岳地域の随所で見られる
ようになってきた。

このような被害に対して、これまでに行われてきた凍上
防止対策としては当該地域の凍結深度までの深さの在来
上を含水比の小さい砂や粒状材料に置き換え、地中ある
いは路盤の下部に凍上抑制層を設ける置換工法や、路盤
と路床の間に複数の断熱材をいれて路床の熱が地表面に
奪われることを防止したり、さらには路盤材を格子状の
高分子樹脂製のネットで覆い路盤材とネットが一体とな
って凍上刃に抵抗し、凍上を均一的に行わせて路面の局
所的な盛り上がりを防ぎ、路面に発生する亀甲状の亀裂
の発生を防止しようとの試みが行われてきたが、完全に
凍上を防止するまでには至っていない。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであす、路床
の熱が地表から奪われ、路床が冷却されて凍結し、凍上
現象が起って路面が盛り上がり路面に亀裂が生じて次第
々々に拡大し、亀甲状の亀裂が路面に広がって、ついに
は道路の破損にいたるのを防止し、凍上による地表面や
路面の破損を防止し、安全で維持管理が容易で、かつ耐
久性のある地表面や路面をつくることをめざした凍上防
止方法及びその装置を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は前記目的を達成するための凍上防止方法及びそ
の装置であり、路面上に第一送水枝管と接続したヒート
パイプを埋設し、かつ路床内には第二送水メ管と接続し
た加熱管を埋設して、降雪時に前記第一送水枝管に温水
または熱交換後の不凍液を通して該送水枝管内に挿入し
た前記ヒートパイプの蒸発器部分を加熱してヒートパイ
プの凝縮器部分に熱を伝え、該凝縮器部分が路面を温め
て該路面に蓄熱し、該熱の放熱により路面に降る雪の消
雪を行うと共に凍結防止も行い、無降雪時には路床の温
度が０℃以下に低下した場合に前記第二送水枝管の中に
温水または熱交換後の不凍液を通し、該第二送水枝管と
接続して路床内に埋設した前記加熱管の中に温水または
熱交換後の不凍液を通し、冷たい外気により路面が冷却
されて地表面から熱が奪われる際に前記加熱管内を流れ
る温水または熱交換後の不凍液が路床を温めて蓄熱する
と共に地表面から受ける路床の冷却作用に抗して路床の
凍結を防ぎ、路床の凍上により路面に発生する亀裂を防
止し、さらに前記第一送水枝管への通水は外気温度と降
雪の有無、または路床温度に応じて適宜切り替えるよう
にしたことを特徴とする凍上防止方法及びその装置であ
る。

〔作用〕

本発明の凍上防止方法及びその装置は地上に設けた降雪
検知器が降雪の有無、および外気温度を検知し、路面内
に埋設してヒーパイプと接続した第一送水枝管の温水ま
たは熱交換後の不凍液を通してヒートパイプ内の作動流
体に温水または熱交換後の不凍液の熱を伝えて路面内に
蓄熱し、その熱の放熱により路面上に降る雪を溶かすと
共に凍結防止も行ない、路面の雪が消雪されると第一送
水枝管内への通水を停止する。

つづいて路面の露出状態が持続し、冷たい外気や冷風に
より路面から地中の熱が奪われ０℃の凍結温度面が次第
々々に下降して、ついに路床まで達すると路床内に設け
た温度検知器が作動して通水制御弁を切り替えて第二送
水枝管に温水または熱交換後の不凍液を通して路床内に
設けた加熱管の方に温水または熱交換後の不凍液を通し
て路床を温めて蓄熱する。

その際、路床上部には熱伝導率の低い路盤があるため、
加熱管内の温水または熱交換後の不凍液の熱は上方には
伝わりにくく、効果的に路床を温めて蓄熱し、路床をｏ
′Ｃ以上の一定温度に温めるため路床の凍結による凍上
を未然に防ぐことができ、路面に発生する亀裂を防止す
る。

〔実施例〕

第一図は本発明の一実施例を示す一部断面斜視図であり
、図において路面１はアスファルトやコンクリートなど
の舖装体からなり、その下部に粒状材料からなる路盤２
があり、路盤２の下面は路床３と接している。また前記
路面ｌ内には第一送水枝管４と接続したヒートパイプ５
を埋設し、路床３内には第二送水枝管６と接続した加熱
管７を埋設し、路床３内には路床温度検知器８が設置し
て地上に設けた降雪検知器９を経由して自動操作盤１０
と接続している。

また、前記第一送水枝管４および第二送水枝管６は通水
制御弁１１を介して送水本管１２から分岐し、自動操作
盤１ｏの発する信号により前記通水制御弁１１が開閉す
るように接続しである。

このように構成された本実施例において、地上用に設け
た降雪検知器９が降雪の有無と外気温度を検知し、降雪
時で、かつ気温が所定温度以下、好ましくは＋０．５℃
以下のときに自動操作盤１０に信号を送って図示しない
ポンプを作動し。

送水本管１２から通水制御弁１１を切り換えて路面１内
に埋設したヒートパイプ５と接続した第一送水枝管４に
温水または熱交換後の不凍液を通してヒートパイプ５に
熱を伝え、路面１内に蓄熱して路面１を温め、その熱の
放熱により路面１上に降る雪を融かすと共に凍結防止も
行い、雪が止むかまたは気温が所定温度以上に上昇する
と第一送水枝管４への温水または熱交換後の不凍液の通
水を停止する。

つづいて路面１の露出状態が持続し、冷たい外気や冷風
により路面から地中の熱が奪われ０℃の凍結温度面が次
第々々に下降してついに路床３まで達すると路床３内に
設けた温度検知器８が路床の温度を検知して自動操作盤
１０に信号を送りその自動操作盤の指令によって図示し
ないポンプが作動して送水本管１２から通水制御弁１１
を切り替え、第二送水枝管６に温水または熱交換後の不
凍液を通して路床３内に設けた加熱管７の方に温水また
は熱交換後の不凍液を通して路床３を温め蓄熱する。

その際、路床３の上部には熱伝導率の低い路盤２がある
ため、加熱管７内の温水または熱交換後の不凍液の熱は
上方には伝わりにくく、路床３の温度が所定温度に上昇
すると路床内に設けた路床温度検知器８の温度検知によ
り加熱管７内へ温水または熱交換後の不凍液を通すこと
を停止し、効果的に路床３を温めて蓄熱し、路床３の凍
結による凍上を未然に防ぐことができ、路面１に発生す
る亀裂を防止する。

本実施例においては、加熱管の材質、口径、設置形態、
設置間隔、地表面からの設置深さ等を特に限定するもの
ではなく、これらは当該地域の気象条件や路床の土質条
件、さらには経済性などを考慮して適宜選べばよく、ま
た特にパイプを用いなくとも内部に多数の通水孔を有し
た加熱板を用いたり、ヒートパイプを用いていもよく、
加熱管の設置位置は好ましくは路床内であるが、路盤内
でも舖装体内でもよい。

また、熱源としては地下水、トンネルからの湧水、温泉
水、温泉戻湯、ボイラーの燃焼による加温水、海水、工
場温廃水等を直接通水する場合にはこれらの熱源水の腐
食性と各種加熱管の耐食性を考慮して適宜選んで組み合
わせればよし１゜また、上述の熱源の問題に加うるにト
ンネル内の排気ガス熱、冷凍庫を冷凍した後の廃熱、電
熱、液化天然ガスの気化熱等を熱源とする場合には、そ
れぞれの熱源の温度レベルに応じて熱交換器を用いたり
、場合によってはヒートポンプを用い、凍結防止に寄与
しうる所望温度まで昇温しで不凍液に伝えればよく、不
凍液の種類や濃度も適宜選定すればよい。

また、これまでは温水や熱交換後の不凍液等について述
べたが、加熱空気や圧縮された温かい空気を本管や枝管
に送ってもよく、この場合には本管や枝管からの漏水に
よるトラブルが発生せず効果的である。

また、特に地下水を熱源とする場合には、一般的に地下
１５ｍ近辺で当該地域の年平均気温を反映する温度の地
下水が得られ、それより１００ｍ深くなるにつれて約３
℃ずつ水温が上昇するため、所望される温度の地下水を
得るためには、これらの地下増湿率を考慮して地下水の
取水深度を決めればよい。

さらに、地下水や温泉水は貴重な天然資源であるために
、凍結防止を行った後の冷水は、好ましくは別に設けた
井戸から地下に還元することが望ましい。また、地下水
を熱源として熱交換器で採熱し、二次側の不凍液に熱を
伝える場合には、該熱交換器を井戸の内部に設置するこ
とにより、外気による冷却が起こらず設置スペースも不
要となり効果的である。

さらに、舖装体内に鉄鋼を入れることにより、凍上によ
る路面の亀裂発生防止効果は一層高まる。

また、本発明の設置場所としては、道路や駐車場の他に
空港の滑走路や埠頭、テニスコート、プラットホーム等
に設置可能である。

〔発明の効果〕

本発明は以上説明したとおりの構成を有しているから次
のような効果を奏する。

本発明に係る凍上防止方法及びその装置は路面内に埋設
したヒートパイプと路床内に設置した加熱管に、降雪状
況や路床温度に応じて自動的に温水や熱交換後の不凍液
の通水を切り替えるので、路面上に降る雪の消雪を行う
と共に、路面の凍結防止も行い、かつ、路床の凍結によ
る凍上を防ぎ路面に発生する亀裂を未然に防止できる。

また、従来積雪地域や高所山岳地域での道路等の建設の
際には、路盤の下にさらに人工的な凍上抑制層を設けて
いたが、路床内に加熱管を設置し、この加熱管の中に温
水や熱交換後の不凍液を通して路床を一定温度に保って
凍上を防ぐから、凍上抑制層が不要となり建設費の低減
と建設期間の短縮が可能となり、路面に亀裂が発生しな
いので施設の寿命延長が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す一部断面斜視図であ
る。 １・・・路面、　　　　２・・・路盤、３・・・路床、 ４・・・第一送水枝管、 ５・・・　ヒートパイプ、 ６・・・第二送水枝管、 ７・・・加熱管、 ８・・・路床温度検知器、 ９・・・降雪検知器、 １０・・・自動操作盤、 １１・・・通水制御弁、 １２・・・送水本管。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）路面内に第一送水枝管と接続したヒートパイプを
   埋設し、かつ路床内には第二送水枝管と接続した加熱管
   を埋設して、降雪時に前記第一送水枝管に温水または熱
   交換後の不凍液を通して該送水枝管内に挿入した前記ヒ
   ートパイプの蒸発器部分を加熱してヒートパイプの凝縮
   器部分に熱を伝え、該凝縮器部分が路面を温めて該路面
   に蓄熱し、該熱の放熱により路面に降る雪の消雪を行う
   と共に凍結防止も行い、無降雪時には路床の温度が０℃
   以下に低下した場合に前記第二送水枝管の中に温水また
   は熱交換後の不凍液を通し、該第二送水枝管と接続して
   路床内に埋設した前記加熱管の中に温水または熱交換後
   の不凍液を通し、冷たい外気により路面が冷却されて地
   表面から熱が奪われる際に前記加熱管内を流れる温水ま
   たは熱交換後の不凍液が路床を温めて蓄熱すると共に地
   表面から受ける路床の冷却作用に抗して路床の凍結を防
   ぎ、路床の凍上により路面に発生する亀裂を防止し、か
   つ前記第一送水枝管への通水は外気温度と降雪の有無、
   または路床温度に応じて適宜切り替えるようにしたこと
   を特徴とする凍上防止方法。
2. （２）舖装体からなる路面の下部に粒状材料からなる路
   盤を敷設し、該路盤の下面は路床と接して設け、前記路
   面内には第一送水枝管と接続したヒートパイプを埋設し
   、また前記路床内には第二送水枝管と接続した加熱管を
   埋設し、該路床内には路床温度検知器を設置して地上に
   設けた降雪検知器を経由して自動操作盤と接続し、かつ
   前記第一送水枝管および第二送水枝管は通水制御弁を介
   して送水本管から分岐して設け、前記自動操作盤の発す
   る信号により前記通水制御弁が開閉するように接続した
   ことを特徴とする凍上防止装置。