JPH0430005A - 路面の凍上防止方法 - 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〕 本発明は積雪寒冷地や高所山岳地及び臨海工業地の道路
、駐車場、精密機械工場、冷凍庫、液化天然ガス基地等
の路面や床面に発生する凍上被害を防止する方法に関す
る。

〔従来の技術〕

従来、凍上は寒冷地でよくみられた現象であり。

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、土質や土壌水分等め条件によ
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、近年道路の消雷除雪技術がすすみ完全消雷や完
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。しかもこのような凍上による被害は積
雪寒冷地の道路だけでなく、高所山岳地域に立地する精
密機械工場の床面や臨海地域の大型冷凍庫、または液化
天然ガスの貯蔵タンク等の地下でも起こり早急な対策が
望まれていた。

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の材料に置き換え、路盤の
下部には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
ことを防いだり、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り、路床の
熱が地表から奪われ、路床が冷却さ九で凍結し、凍上現
象が起こ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、凍上による路面や床面
の破損を防止し、安全で維持管理が容易で、かつ謝久性
のある路面をつくることをめざした凍上防止方法を提供
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路面の凍上防止方法
であり、路床内に加熱管を埋設し、該路床の温度が０℃
以下に低下すると該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、凍上により路面に発生する亀裂を防止する方法であ
る。

また、路面内に放熱管を埋設し、路床内に加熱管を埋設
して、降雪時は前記放熱管内に温水または熱交換後の不
凍液を通して路面上に降る雪を融かすと共に路面の凍結
防止を行い、無降雪時に路床の温度が０℃以下に低下す
ると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ぐと共に、
路面または床面に発生する亀裂を防止し、前記放熱管と
加熱管への通水は路面温度または路床温度に応じて適宜
切り替えられるようにすることを特徴とする路面の凍上
防止方法である。

〔作用〕

本発明に係る路面の凍上防止方法は長時間にわたって外
気が０℃以下に冷えたり、冷たい風が吹いて路面から熱
が奪われつづけたりすると地中の熱が地表面から奪われ
続け、ついに所定深さに設けである路床まで冷やされＯ
’Ｃに達してしまう。

この際路床内に設置した加熱管の中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と、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することにな
り、路床の凍結による凍上被害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。

また、路面内に放熱管を埋設し、路床内には加熱管を設
置する場合には地上に設けた降雪検知器が降雪の有無、
および路面温度検知器が路面温度を検知して前記放熱管
内に温水または熱交換後の不凍液を通して路面の消雷を
行うと共に路面の凍結防止も行い、路面の雪が消雷され
て路面が乾燥すると放熱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、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
温めて蓄熱することになり、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。

さらに、春夏状には路面の温度が所定温度以上に上昇し
た際には路面温度を検知し、路面内に埋設した放熱管の
中に冷水を通して太陽熱を集め前記放熱管を集熱管とし
て用いて温水をつくり、該温水を地下深部の帯水層の中
に、帯水層の保温効果を利用して保存しておく、つづい
て次の冬期には、地上に設けた降雪検知器が降雪の有無
、および路面温度検知器が路面温度を検知して、路面内
に埋設した放熱管内に、前記地下深部の帯水層内に蓄え
ておいた温水、または、熱交換後の不凍液を通して路面
の消雷を行うと共に路面の凍結防止も行い、路面の雪が
消されて路面が乾燥すると放熱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。

路床内に設けた加熱管の方向に前記地下深部に蓄えてお
いた温水、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、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。この太陽熱の集熱と帯水層への蓄
熱および路面の消雷と凍結防止、さらには路床の凍結防
止による路面の凍上防止は毎年々々繰り返して行うもの
である。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面によって説明する。

（第１実施例） 第１図はこの発明の第１実施例を示す模式断面図であり
、図において路面はアスファルトやコンクリート等の舗
装体１からなり、その下部に粒状材料からなる路盤２が
あり路盤の下面は路床３と接し、路盤と路床の境界面ま
たは路床内には加熱管４と、自動操作盤５に接続した路
床温度検知器６が設置しである。

このように構成された第１実施例において、冬期に路床
の温度が０℃に低下すると路床温度検知器６が路床３の
温度を検知し、自動操作盤５が働いて１図示しない熱源
のポンプを運転して加熱管４の中に温水または熱交換後
の不凍液を通し、路床３を温めて蓄熱し路床の凍結を防
止する。つづいて路床の温度が経済性および省エネルギ
ー性を考慮した所定温度に上昇すると前記路床温度検知
器６と自動操作盤５の働きにより施設の運転が停止する
。また、加熱管内を流れる温水または熱交換後の不凍液
による路床の加熱の際は、路盤は粒状材料の充填層から
なっており空隙が多いので熱伝導率が低く、そのため加
熱管内を流れる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、路床を効果的に温めて蓄熱し、路床
の凍結による路面または床面の凍上による被害を未然に
防止することができる。

また、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徴とする特許ではなく、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
性等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ても
よく、加熱管の設置位置は、好ましくは路床内であるが
、路盤内でも舗装体内でもよい。

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
場部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
わせればよい。

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、雪熱、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、凍結防止に寄与しろる所望温度ま
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加熱管に送
ってもよく、この場合には加熱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、これらのこと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よい、
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、外気による冷却がおこ
らず設置スペースも不要となり効果的である。

さらに、舗装体内には鉄網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
飛行場の滑走路や埠頭、テニスコート、プラットボーム
、アイススケートリンクに設置可能であり、特にアイス
スケートリンクの場合にはリンク面の製氷後の廃熱を熱
源として地中を温め、凍上によるアイススケートリンク
面の亀裂発生防止も可能である。

以上、詳述したように加熱管、熱源、熱交換器、ヒート
ポンプ、不凍液、加熱空気、鉄網及び設置箇所等の点は
以下に述べる第２実施例及び第３実施例においても同様
である。

（第２実施例） 第２図はこの発明の第２実施例を示す模式断面図であり
、図において路面は舗装体１からなり内部に放熱管７と
、降雪検知器８に接続した路面温度検知器９が埋設して
あり、その下部に粒状材料からなる路盤２があり路盤の
下面は路床３と接し、路盤と路床の境界面または路床内
には加熱管４と、降雪検知器８に接続した路床温度検知
器６が設置しである。また、前記降雪検知器８は自動操
作盤５とも接続して通水制御弁１０の切り替えや図示し
ないポンプの運転を操作するように接続しである。

このように構成された第２実施例において冬期に路面の
温度が０℃に低下し、降雪検知器が降雪を検知すると自
動操作盤が働き、通水制御弁を切り替えて路面内に埋設
した放熱管内に温水または熱交換後の不凍液が流れるよ
うにし、図示しないポンプが作動して前記放熱管内に温
水または熱交換後の不凍液が送られ、路面上の雪を融か
すと共に路面の凍結防止も行う。このようにして路面上
の雪が消雷され、路面が乾燥すると路面温度検知器と降
雪検知器の発する信号により自動操作盤が働いて熱源の
ポンプの運転が停止される。

このような状態では路面が露出しており冷たい外気や冷
風により地表面から熱が奪われ、０℃の凍結温度面が次
第々々に下降して、ついに路床の温度がＯ”Ｃに達する
と、路床温度検知器が降雪検知器を経由するか、または
直接自動操作盤に信号を送って通水制御弁を切り替え、
加熱管の方に温水または熱交換後の不凍液が流れるよう
にし、図示しないポンプが作動して前記加熱管の中に温
水または熱交換後の不凍液を送り込み、路床を温めて蓄
熱し、路床の凍結を防止する。つづいて路床が経済性及
び省エネルギー性を考慮した所定温度に上昇すると前記
路床温度検知器と自動操作盤の働きにより施設の運転が
停止する。

上記加熱管内を流れる温水または熱交換後の不凍液によ
る路床の加熱の際は、路盤は粒状材料の充填層からなっ
ており空隙が多いので熱伝導率が低く、そのため加熱管
内を流れる温水または熱交換後の不凍液の熱は上方に伝
わりにくく路床を効果的に温めて蓄熱し、路床の凍結に
よる路面の凍上被害を未然に防止できる。

（第３実施例） 第３図はこの発明の第３実施例を示す模式断面図であり
、図において路面は舗装体１からなり内部に放熱管７と
、降雪検知器８に接続した路面温度検知器９が埋設して
あり、その下部に粒状材料からなる路盤２があり路盤の
下面は路床３と接し、路盤と路床の境界面または路床内
には加熱管４と、降雪検知器８に接続した路床温度検知
器６が設置しである。また、前記降雪検知器８は自動操
作盤５とも接続して通水制御弁１０．１０’の切り替え
や揚水ポンプ１１．１１’の運転を制御するようにも接
続しである。さらに通水制御弁１０゜１０’はそれぞれ
管路を延長して揚水管１２゜１２′が延び、その先端に
はそれぞれ揚水ポンプ１１．１１’が接続され、また、
前記管路の一方にはそれぞれ注入管１３．１３’が接続
されてそれぞれが井戸Ａ及び井戸Ｂ内の水中に設置され
ている。

このように構成された第３実施例において春期、夏期、
秋期に路面が太陽熱で温められ、路面の温度が当該地域
の地下水の揚水温度より高くなった場合には、自動操作
盤が働いて井戸Ａから揚水ポンプ１１により地下水が汲
み上げられ、路面内に埋設した放熱管の中にこの地下水
か、または図示しない熱交換器の二次側を循環する不凍
液が送られて太陽熱を集めて温水をつくる。この際、路
面内に埋設した放熱管は太陽熱の集熱管として作用する
。このようにしてつくられた温水は注入管１３′を通っ
て井戸Ｂから地下深部の帯水層１４′に注入還元され、
帯水層内に温水領域を次第々々に拡大し、帯水層の保温
効果を利用して地下深部に蓄熱保存される。つづいて次
の冬期に路面の温度が０℃に低下し、降雪検知器８が降
雪を検知すると自動操作盤５が働き、通水制御弁１０゜
１０′を切り替え、井戸Ｂから揚水ポンプ１１′により
、通常の地下水温度より高い温度の地下水が汲みあげら
れ、路面内に埋設した放熱管内に温水、または図示しな
い熱交換器による熱交換後の不凍液が送られ、路面上の
雪を融かすと共に凍結防止も行う。

このようにして路面上の雪が消雷され、路面が乾燥する
と路面温度検知器と降雪検知器の発する信号により自動
操作盤が働いて揚水ポンプ１１′の運転が停止される。

このような状態では路面が露呂しており、冷たい外気や
冷風により地表面から熱が奪われ、０℃の凍結温度面が
次第々々に下降して、ついに路床の温度が０℃に達する
と路床温度検知器が降雪検知器を経由するかまたは直接
自動操作盤に信号を送り、通水制御弁１０゜１０’を切
り替えて加熱管４の方に温水、または図示しない熱交換
器による熱交換後の不凍液を送り込み、路床を温めて路
床の凍結を防ぐ、つづいて路床が経済性及び省エネルギ
ー性を考慮した所定温度に上昇すると前記路床温度検知
器と自−動操作盤の働きにより施設の運転が停止する。

上記加熱管内を流れる温水または熱交換後の不凍液によ
る加熱の際は、路盤は粒状材料の充填層からなっており
空隙が多いので熱伝導率が低く、そのため加熱管内を流
れる温水または熱交換後の不凍液の熱は上方に伝わりに
＜＜、路床を効果的に温めて蓄熱し、路床の凍結による
路面の凍上被害を未然に防止できる。

なお、本実施例の春期、夏期、秋期における太陽熱の集
熱と帯水層への蓄熱、及び冬期における路面の消雷と凍
結防止、さらには凍上防止は毎年々々繰り返して行うも
のである。

〔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。

本発明に係る路面の凍上防止方法は路床の温度が所定温
度以下に下がると、路床内に設置した加熱管の中に温水
、または熱交換後の不凍液を通して路床を効果的に温め
路床内に蓄熱し、路床を一定温度に保つから、路床の凍
結を防いで凍上により路面に発生する亀裂を未然に防止
することができる。

この際、路面下の路盤は粒状材料の充填層からなり、空
隙が多くて熱伝導率が低いので、路盤の下部に位置する
路床の中に加熱管を設置することにより、地表からの冷
却作用が路床まで及びにくく、かつ、加熱管内を流れる
温水または熱交換後の不凍液の熱が効果的に蓄熱されて
、地表から受ける冷却作用に抗して路床を効果的に温め
て蓄熱し、路床を一定温度に保つから路床の凍結を防い
で凍上による路面の亀裂発生を未然に防止することがで
きる。

また、路面内に埋設した放熱管内と路床内に設置した加
熱管内に、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
る雪の消雷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、路面内に埋設した放熱管を春期、夏期、秋期には
太陽熱の集熱管として作用させて温水を地下深部に蓄え
、この温水を冬期に汲み上げて、路面内に埋設した放熱
管、及び路床内に設置した加熱管の中に降雪状況や路床
温度に応じて適宜切り替えて送るため、少ない水量で効
果的な路面の消雷を行うと共に路面の凍結防止も行い、
かつ路床の温度も一定に保つから、路床の凍結を防いで
凍上による路面に発生する亀裂も未然に防止することが
できる。

さらに、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図はこの発明の第１実施例を示す模式断面図、第２
図はこの発明の第２実施例を示す模式断面図、第３図は
この発明の第３実施例を示す模式断面図である。 １・・・ ３・・・ ５・・・ ６・・・ ７・・・ ８・・・ ９・・・ １０、１ １１、１ １２、１ ２・・・路盤。 ４・・・加熱管、 路面（舗装体）、 路床、 自動操作盤、 路床温度検知器、 放熱管、 降雪検知器、 路面温度検知器、 ０′・・・通水制御弁。 １′・・・揚水ポンプ、 ２′・・・揚水管、 １３゜ 注入管、 １４゜ １４　′　・・・ 帯水層。 代 理 人 阿 部 哲 朗

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）路床内に加熱管を埋設し、該路床の温度が０℃以
   下に低下した場合に該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する
   ことを特徴とする路面の凍上防止方法。
2. （２）路面内に放熱管を埋設し、かつ路床内には加熱管
   を埋設して、降雪時は前記放熱管内に温水または熱交換
   後の不凍液を通して路面上に降る雪を融かすと共に路面
   の凍結防止を行い、無降雪時に路床の温度が０℃以下に
   低下した場合に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、前
   記放熱管と加熱管への通水は路面温度または路床温度に
   応じて切り替えるようにしたことを特徴とする路面の凍
   上防止方法。
3. （３）夏期に集めた太陽熱を温水にして地下深部の帯水
   層に蓄熱して保温しておき、該温水を冬期に取り出すこ
   とを特徴とする請求項第１項乃至第２項記載の路面の凍
   上防止方法。