我国地域宽广，高纬度或高海拔地区道路，冬季寒冷气候条件下面临路面严重结冰或积雪问题，极易发生交通事故。桥梁属于道路交通中的重要部分，冬季降温时桥梁由表面和底部共同散热，桥面一般比路面温度更低、更易结冰。因此，快速实现桥面融雪除冰，关系到改善我国交通状况，提升交通品质，甚至交通强国的实现。接下来，我们一起来了解一项节能减碳新技术：能量桩桥面融雪除冰系数。

能量桩桥面融雪除冰系统示意图

1. 地下有热能？由于受地核散热和太阳辐射作用，地表以下约200m范围内储存着大量的浅层地温能，全年基本维持地温恒定。

2. 怎么利用这些热量呢？可以通过钻孔埋管或者桩基埋管提取地热能。能量桩技术将换热管预埋在桩基础中，通过换热液在换热管内循环，提取地热能加以利用。与钻孔埋管形式的常规地源热泵技术相比，能量桩技术具有减少额外钻孔费用、传热性能好及节省地下空间资源等优点。

3. 何为能量桩融雪除冰技术？能量桩桥面融雪除冰技术将换热管分别预埋在桥面板铺装层和桩基础内部，通过液体在换热管内循环，提取浅层地温能加热桥面板，实现融雪除冰的效果。

4. 能量桩除冰系统如何施工的呢？下面我们结合江阴市“观风桥”现场施工和试验照片，一起来了解一下。“观风桥”为空心板简支梁桥，桥面板自下至上分别由预制空心水泥混凝土板、现浇钢筋水泥混凝土层和沥青混凝土层组成。桥面板换热管绑扎在现浇混凝土层的钢筋网上；桩基础为钻孔灌注桩，能量桩换热管绑扎在钢筋笼上。

（1）能量桩的施工过程。

第一步，钻机钻孔

（1）桩点定位 （2）钻孔

第二部，换热管与传感器绑扎

（1）转接头焊接 （2）换热管绑扎

（3）传感器绑扎 （4）5U型布管

第三步，下放钢筋笼

起吊钢筋笼 下放钢筋笼

第四步，浇筑混凝土与截桩

浇筑混凝土 截桩后能量桩

（2）桥面板的施工过程。

第一步，预制空心板吊装

吊起空心板 下放空心板

第二步，绑扎换热管

桥面板换热管绑扎 桥面板换热管进出口布置

第三步，浇筑混凝土

浇筑混凝土

（3）循环系统布置。桥面板和能量桩的换热管进/出口均集中到桥梁一侧，按照设计要求进行连接。循环系统包括保温水箱、水泵、流量计、温度计、流量调节阀等部件，桥面板换热管出口连接能量桩换热管入口，能量桩换热管出口连接水箱、水泵等部件后与桥面板换热管入口连接。水箱内装满换热液，打开水泵，换热液在循环系统内循环。

循环系统布置图

5. 融雪除冰效果如何？

2018年1月25日~26日，江阴大雪，环境温度约-5℃。降雪初期开启循环系统，通过能量桩向桥面板供热，桥面融雪效果明显。

能量桩桥面融雪效果

6. 其他季节有用吗？

夏季高温期，沥青路面温度可达60℃以上。过高的路面温度容易引起沥青变形，出现车辙、裂缝等病害，更易引起轮胎内气压升高而产生爆胎，危机行车安全，影响人们的出行。夏季高温期系统运行，可有效降低桥面温度，同时向土体集热。因此，能量桩桥面融雪除冰技术在节约能源和改善交通方面具有重要的意义。

（供稿：陈鑫，孔纲强）

排版：陈奕恺

来源: 科普岩石力学与工程