CN102587365B - 旋进式壁后注浆地源热能转换预制桩装置埋入地层的方法 - Google Patents

Abstract

一种旋进式壁后注浆地源热能转换预制桩装置埋入地层的方法，首先由桩机动力头带动旋进式壁后注浆预制螺旋桩旋转钻入桩基预定深度，然后根据实际热负荷需要及桩芯桩径大小，在桩芯内放置垂直换热器，沿垂直换热器的长度方向每隔1－3m设置一个对中支架，在对中支架的灌浆孔中放置注浆管，再进行桩内回填工序，桩内回填完毕后，对桩芯外壁中上部与桩孔之间的空隙进行后压浆，形成后注浆加固层，最后在承台或垫层内设置水平进液集管、水平出液集管，将预埋于预制桩内的垂直换热器的进口端、出口端分别与水平进液集管、水平出液集管连接。本发明方法避免了现有桩基埋管与桩基施工同步进行而造成的对垂直换热器的扰动与破坏，提高了施工效率。

Description

旋进式壁后注浆地源热能转换预制桩装置埋入地层的方法

技术领域

本发明涉及地源热能预制桩技术领域，具体说涉及一种旋进式壁后注浆地源热能转换预制桩装置埋入地层的方法。

背景技术

地源热泵可以将地源热能提供给建筑物，这种既环保又节能的方式正被广泛使用，但是，地源热泵是通过“钻孔直埋式”方法，即通过预先在地下埋入换热管的方式，将地下热能转换到地上的，而预钻孔的费用很高，一般占总投资一半以上，且在钻孔内埋入换热管的工艺很复杂。这都给地源热泵技术的发展造成困难。桩基础是建筑物常用的基础形式，通常桩直径从0.5～2.0m，桩长十米，甚至达百米，被埋入深层土中。发明人经过研究实践发现，将改进后的旋进式预制桩作为地下埋管的载体，并对其进行壁后注浆，不但解决了上述地源热泵前期埋管技术的缺陷，还提高了桩基承载力。

发明内容

本发明的目的是提供一种旋进式壁后注浆地源热能转换预制桩装置埋入地层的方法，使桩基施工和地源热泵埋管施工一体化，不但可避免在地面上挖许多20～100m的深孔，大大降低钻孔埋设成本，节约了用地面积，也提高了施工效率。

为了解决上述问题，本发明的技术解决方案为：

一种旋进式壁后注浆地源热能转换预制桩装置，包括分别埋入桩孔内的若干个旋进式预制螺旋桩，各螺旋桩内埋设有垂直换热器，各垂直换热器的进口端和出口端分别伸出螺旋桩上端开口，分别与承台或垫层内的水平进液集管、水平出液集管连接，沿垂直换热器的长度方向每隔1－3m设置的对中支架，旋进式壁后注浆预制螺旋桩包括空心桩芯，桩芯底部设置圆锥形桩头，桩芯外壁下部1-3m位置处设置螺旋叶片，桩芯外壁中上部与桩孔壁之间浇注后形成的注浆加固层。

本发明的旋进式壁后注浆地源热能转换预制桩装置，其中所述对中支架包括板体，板体的外侧设有开口，开口的个数与放置的垂直换热管的组数对应，该开口孔的直径略大于垂直换热管的外径，板体的中心设置灌浆孔，注浆管放置在灌浆孔中。

本发明的旋进式壁后注浆地源热能转换预制桩装置，其中所述对中支架采用钢、塑料或混凝土制成。

本发明的旋进式壁后注浆地源热能转换预制桩装置，其中所述承台或垫层内的水平进液集管、水平出液集管外部分别设置带弯脚的进液金属套管、出液金属套管，进、出液金属套管分别与水平进液集管、水平出液集管之间填充保温材料。

本发明的旋进式壁后注浆地源热能转换预制桩装置，其中所述垂直换热器为U型垂直换热管。

本发明的旋进式壁后注浆地源热能转换预制桩装置，其中所述垂直换热管为高强度聚乙烯或PVC或PPR材质的换热管。

本发明上述旋进式壁后注浆地源热能转换预制桩装置埋入地层的方法，包括如下步骤：

(1)由桩机动力头带动旋进式壁后注浆预制螺旋桩旋转钻入桩基预定深度，

(2)沉桩结束后，根据实际热负荷需要及桩芯桩径大小，在桩芯内放置一组或多组垂直换热器，沿垂直换热器的长度方向每隔1－3m设置一个对中支架，在对中支架的灌浆孔中放置注浆管，

(3)进行桩内回填工序，用注浆泵或泥浆泵通过注浆管将回填物高压从桩芯底部自下而上封入，

(4)桩内回填完毕后，对桩芯外壁中上部与桩孔之间的空隙进行后压浆，形成后注浆加固层，

(5)在承台或垫层内设置水平进液集管、水平出液集管，将预埋于预制桩内的垂直换热器的进口端、出口端分别与水平进液集管、水平出液集管连接。

本发明旋进式壁后注浆地源热能转换预制桩装置，包括若干个旋进式壁后注浆预制螺旋桩，各螺旋桩内埋设有垂直换热器及对中支架，使桩基施工和地源热泵钻孔埋管施工一体化，避免了在地面上挖许多20～100m的深孔，大大降低了成本，节约了用地面积，将垂直换热器埋设在螺旋桩内，施工安装方便，提高了施工效率，施工成本低。螺旋桩的桩芯外壁下部1-3m位置处设置螺旋叶片，将螺旋桩旋入地基，避免了锤击施工对桩端部的破坏，避免了挖孔施工回填土不够密实、影响热传导的问题。桩芯外壁中上部与桩孔壁之间浇注后注浆加固层，既加大了热传导面积，且由于水泥传热性能比土壤好，也提高了热传导性能，同时提高了桩体承载力。该桩不仅能够提高桩基本身的承载力，起到承载、挡土、地基加固的目的，且能有效扩大换热管与土壤的热交换接触面积，提高热交换效率，方便进行地源热能的封闭循环转换。因此该旋进式壁后注浆地源热能转换预制桩装置既能为建筑物传递荷载，又可利用地源温度与外界温度的差异进行热交换，以达到节能环保的目标。

本发明的可旋进式壁后注浆地源热能转换预制桩装置，沿垂直换热管的长度方向设置对中支架，对中支架可将垂直换热管分开，避免多个换热管贴靠在一起，导致热量回流，同时也保证了桩芯内多组垂直换热管的准确安放。

本发明旋进式壁后注浆地源热能转换预制桩装置埋入地层的方法，将旋进式预制螺旋桩旋入桩基预定深度后，再放置垂直换热器，避免了现有桩基埋管与桩基施工同步进行而造成的对垂直换热器的扰动与破坏，提高了施工效率。

本发明旋进式壁后注浆地源热能转换预制桩装置埋入地层的方法，桩内回填完毕后，对桩体上部桩芯外壁与桩孔之间的空隙进行注浆，加固桩周土体，不但提高了桩周侧阻力，同时也扩大了桩体与桩周土的接触面积，即扩大了热能交换的面积，同时，由于水泥浆加固体的热传导性能大于土壤，也在另一方面提高了换热效率。

附图说明

图1是本发明旋进式壁后注浆地源热能转换预制桩装置的结构示意图。

图2是本发明旋进式壁后注浆地源热能转换预制桩的剖视图；

图3为图2的B-B剖面图。

图4为本发明旋进式壁后注浆地源热能转换预制桩装置中桩芯内填充回填物的剖视图；

图5为图4的A-A剖面图。

图6为本发明旋进式壁后注浆地源热能转换预制桩装置埋入地层的结构示意图；

图7为图6中C-C剖面图。

具体实施方式

如图1所示，本发明旋进式壁后注浆地源热能转换预制桩装置，包括分别埋入桩孔内的若干个旋进式壁后注浆预制螺旋桩1，各螺旋桩1内埋设有垂直换热器2，垂直换热器2为U型垂直换热管，各垂直换热管的进口端和出口端分别伸出螺旋桩1上端开口，分别与水平进液集管3、水平出液集管4连接。

结合图2、3所示，旋进式壁后注浆预制螺旋桩1包括圆柱形空心桩芯11，桩芯11底部设置圆锥形桩头12，桩芯11外壁下部1-3m位置处设置螺旋叶片13。旋进式壁后注浆预制螺旋桩1可为整根也可分段连接，当为分段连接时，每段长度宜为3-6m，段与段之间采用焊接或法兰联接。

垂直换热管可为高强度聚乙烯或PVC或PPR材质的换热管。为防止垂直换热管出现短路，沿垂直换热管的长度方向每隔1－3m设置一个对中支架5，对中支架5采用由钢、塑料、混凝土或其他对垂直换热管无害的材料制成，包括板体51，板体51的外侧设有开口52，开口52的个数与放置的垂直换热管的组数对应，该开口52孔的直径略大于垂直换热管的外径。板体51的中心设置灌浆孔53，灌浆孔53中放置注浆管6。

水平进液集管3、水平出液集管4设置在地面上的垫层7或承台内。水平进液集管3、水平出液集管4外部分别设置带弯脚的进液金属套管31、出液金属套管41，进、出液金属套管31、41分别与水平进液集管3、水平出液集管4之间填充保温材料。

结合图4、5所示，桩芯11内填充回填物8，回填物8可为混凝土、水泥砂浆、水泥浆、碎石及粘土等建筑材料。

结合图6、7所示，桩芯外壁中上部与桩孔壁之间浇注后注浆加固层30。

本发明的旋进式壁后注浆地源热能转换预制桩装置中，垂直换热器为U型管，根据实际热负荷需要及桩芯桩径大小，可在桩芯内安置一组或多组垂直换热器。

本发明的旋进式地源热能转换预制桩装置埋入地层的方法，包括以下步骤：

(1)由桩机动力头带动旋进式壁后注浆预制螺旋桩1旋转钻入桩基9预定深度，

(2)沉桩结束后，根据实际热负荷需要及桩芯桩径大小，在桩芯11内放置一组或多组垂直换热器2，沿垂直换热器2的长度方向每隔1－3m设置一个对中支架5，在对中支架5的灌浆孔53中放置注浆管6，

(3)进行桩内回填工序，用注浆泵或泥浆泵通过注浆管6将回填物8高压从桩芯11底部自下而上封入，回填物8可为混凝土、水泥砂浆、水泥浆、碎石及粘土等建筑材料，

(4)桩内回填完毕后，对桩芯外壁中上部与桩孔之间的空隙进行后压浆，形成后注浆加固层30，加固桩周土体，见图6、7。

(5)在承台或垫层7内设置水平进液集管3、水平出液集管4，将预埋于预制桩内的垂直换热器2的进口端、出口端分别与水平进液集管3、水平出液集管4连接。

本发明的旋进式壁后注浆地源热能转换预制桩装置埋入地层后，如图1所示，将水平进液集管3、水平出液集管4分别与集分水器10连接，集分水器10与地源热泵机组20连接。垂直换热器2内充填热交换流体21，该流体21通常采用水、盐水或各种防冻剂溶液，形成封闭型低温地热能循环系统。通过垂直换热器2内的交换流体21、桩内回填物8、桩芯11、桩芯外壁的螺旋叶片13、桩体上部的桩周后注浆加固层30、桩周下部螺旋叶片之间的挤压土层23和浅层土水系统的恒温层进行循环热交换，并通过地源热泵机组达到能量转化的目的，起到中央空调的作用，若辅助以中央热水器等装置则可提供中央热水系统所需热量。

以上所述实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (1)

1.一种旋进式壁后注浆地源热能转换预制桩装置埋入地层的方法，其中，旋进式壁后注浆地源热能转换预制桩装置包括分别埋入桩孔内的若干个旋进式壁后注浆预制螺旋桩，各螺旋桩内埋设有垂直换热器，各垂直换热器的进口端和出口端分别伸出螺旋桩上端开口，分别与承台或垫层内的水平进液集管、水平出液集管连接，沿垂直换热器的长度方向每隔1－3m设置对中支架，旋进式壁后注浆预制螺旋桩包括空心桩芯，桩芯底部设置圆锥形桩头，桩芯外壁下部1-3m位置处设置螺旋叶片，桩芯外壁中上部与桩孔壁之间浇注后注浆加固层，对中支架包括板体，板体的外侧设有开口，开口的个数与放置的垂直换热器的组数对应，该开口孔的直径略大于垂直换热器的外径，板体的中心设置灌浆孔，灌浆孔中放置注浆管，其特征在于包括如下步骤：

(1)由桩机动力头带动旋进式壁后注浆预制螺旋桩旋转钻入桩基预定深度，

(2)沉桩结束后，根据实际热负荷需要及桩芯桩径大小，在桩芯内放置一组或多组垂直换热器，沿垂直换热器的长度方向每隔1－3m设置一个对中支架，在对中支架的灌浆孔中放置注浆管，

(3)进行桩内回填工序，用注浆泵或泥浆泵通过注浆管将回填物高压从桩芯底部自下而上封入，

(4)桩内回填完毕后，对桩芯外壁中上部与桩孔之间的空隙进行后压浆，形成后注浆加固层，

(5)在承台或垫层内设置水平进液集管、水平出液集管，将预埋于预制桩内的垂直换热器的进口端、出口端分别与水平进液集管、水平出液集管连接。