CN103383018B - 一种地源热泵灌注桩钢筋笼内埋管的施工方法 - Google Patents

Abstract

一种地源热泵灌注桩钢筋笼内埋管的施工方法，利用钢管替代实心钢筋作为灌注桩钢筋笼主筋，将传热管埋设在钢管内，从而解决传热管与钢筋笼绑扎埋设所造成的相互干扰、易引起钢筋腐蚀、以及影响桩基整体承载力等问题。与传统传热管与钢筋笼绑扎埋管方式相比，本发明技术埋管存活率更高，混凝土密实度高，可以确保传热管埋设不降低桩基整体承载力；与传统钻孔埋管方式相比，本发明技术大大缩短了施工工期、节约了地下空间和工程造价。该方法施工工艺简单、可操作性强，便于质量控制，经济效益明显，传热效果显著。

Description

一种地源热泵灌注桩钢筋笼内埋管的施工方法

技术领域

本发明涉及地源热泵系统桩埋管的技术领域，尤其涉及一种地源热泵灌注桩钢筋笼内埋管的施工方法。主要适用于建筑桩基础和地源热泵技术领域。

背景技术

地源热泵技术，是一种利用地下的土壤、地表水、地下水等温度相对稳定的特性，通过以大地为储能体进行热量交换（夏季将上部热量储存于地下；冬季将地下热量传递到上部建筑内）的可再生能源的空调系统，替代传统空调技术，达到节能减排的目的。地下埋设换热器，是地源热泵空调系统的施工难点和投资重点。相关工程实例应用和研究表明，下管是安装地源热泵系统的一个非常关键的步骤，下管的成功与否决定了系统是否能够顺利安装的第一步。将换热器埋管与建筑桩基础相结合的模式，可以有效解决专门埋管的施工步骤和地埋管占用地下空间问题，从而大大节省工程造价，从而近年来逐渐得到工程技术人员的关注。桩埋管地源热泵技术，根据桩基施工工艺的不同，主要分为灌注桩内埋设和预制管桩中埋设两种，且灌注桩中埋管的应用相对较多。

在本发明之前，中国发明专利“桩埋螺旋管式地源热泵系统的地热换热器的传热方法”（专利号：ZL200810159583.7）和中国申请发明专利“地源热泵竖直螺旋式埋管施工方法”（申请号：201210494997.1），公开了一种在建筑物基础钻孔灌注桩钢筋笼上绑扎埋设螺旋管式传热管，地源热泵传热管埋设与建筑物桩基础打设同时进行的技术方案。该技术方案同时施工传热管埋设和钻孔灌注桩，将地源热泵施工与常规建筑桩基础施工结合在一起，省去了专门的钻孔埋设传热管，降低了地源热泵系统的初始投资，提高了施工效率、且施工方便便捷。但是，该技术方案将传热管绑扎在钢筋笼侧壁，占用了原本钢筋笼周围混凝土的体积，若传热管体积较大，将降低灌注桩中混凝土体积，从而影响桩基础的整体承载力；绑扎式的螺旋管式埋设对钢筋笼周边混凝土的振捣密实控制影响较大，容易引起钢筋笼附近区域空隙，在传热管冷热循环作用下，导致钢筋笼的腐蚀机会增加，最终导致灌注桩承载力的降低；同时钢筋笼侧壁绑扎的传热管容易在混凝土振捣密实过程中损坏，而降低传热管埋设的存活率。中国实用新型专利“管桩环壁内埋式的地源热泵地埋管系统”（专利号：ZL201220264809.1）公开了一种在预制管桩中埋设地源热泵传热管的技术方案。该技术方案解决了钻孔埋管的施工费用高的问题；但是也存在由于管桩中土塞高度影响埋管深度不确定，传热管与周围介质密实度不高等问题，从而降低传热效率；打完管桩之后埋传热管，也在一定程度上，增加了工期。

桩埋管地源热泵技术，是一种有效利用地热能源、降低专门钻孔埋管施工费用、以及合理布置和利用地下空间的技术方法。但是，灌注桩中在钢筋笼上绑扎传热管的埋设方式，不仅影响灌注桩中混凝土体积，而且增大了钢筋笼被腐蚀的风险，从而影响桩基承载力和耐久性。正是这些技术不足和问题，影响了桩基础设计工程师们对桩埋管地源热泵技术使用的疑虑，最终影响桩埋管地源热泵技术的推广应用。因此，结合工程建设实际情况，开发技术合理、经济高效的灌注桩内埋设传热管技术成了一项迫在眉睫的任务。

发明内容

本发明的目的就在于克服灌注桩钢筋笼侧壁绑扎传热管影响混凝土振捣密实，传热管与钢筋笼之间容易留空隙而引起钢筋腐蚀，且绑扎在钢筋笼侧壁的传热管在混凝土振捣密实过程中存活率低等技术问题，开发一种施工干扰小、技术合理的地源热泵灌注桩钢筋笼内埋管的施工方法，有效解决传热管与钢筋笼之间的互相影响，避免传热管的埋设对减少桩基整体承载力影响等技术难题。

一种地源热泵灌注桩钢筋笼内埋管的技术方案，由钢管替代传统的实心钢筋作为钢筋笼主筋，传热管埋设在钢管内；桩埋管形式可采用单U形埋管、双U形埋管和W形埋管形式。其特征在于：传热管埋设在钢管内，钢管替代传统实心钢筋作为钢筋笼主筋；当桩埋管为单U形时，联合钢管和实心钢筋作为主筋，钢管内的传热管用双接头聚乙烯弯管连接；当桩埋管为双U形时，全部用钢管替代实心钢筋，钢管内的传热管用双接头聚乙烯弯管连接；当桩埋管为W形时，全部用钢管替代实心钢筋，钢管内的传热管用一端双接头、一端三接头的聚乙烯弯管连接；传热管的上部设置开关，控制传热管内的传热液体的流量、流速以及流动方向等。

本发明一种地源热泵灌注桩钢筋笼内埋管的施工方法，包括以下技术步骤：

（1）探明拟打设桩基础和埋设地源热泵地下传热管的地层情况，包括施工范围内土层分布及力学特性、土层热能储存量等地层热特性等，设计桩埋管形式、桩埋管深度以及钢管直径、传热管直径等参数；

（2）根据设计要求，制作钢筋笼，并在钢筋笼钢管中预埋传热管；

（3）将传热管的下端通过传热管接头连接，并进行通水测试整体传热管的密封性；

（4）平整场地、测量放线，确定桩基础施工位置，桩基定位偏差不超过1%；

（5）开始钻孔沉管或者泥浆护壁沉孔，续而，下放带传热管的钢筋笼至设计深度；

（6）浇注混凝土完成灌注桩桩身施工，然后，在桩头上面布置桩帽构造钢筋网，并与灌注桩桩身的钢筋笼主筋绑扎连接；

（7）浇注混凝土桩帽，完成单根地源热泵灌注桩钢筋笼内埋管的能量桩的施工；

（8）重复（2）-（7）步骤，完成其它地源热泵灌注桩钢筋笼内埋管的能量桩的施工，并将传热管汇集连接在转换器上，与设置在上部建筑物内的空调传热系统连接；最后完成地源热泵灌注桩钢筋笼内埋管的整体施工。

本发明所述的灌注桩，其桩体直径为600-1200 mm，桩长为15-40 m，桩间距为2-6 m。

本发明所述的灌注桩桩帽，设置在灌注桩的顶部，其桩帽的长为1-2.5 m，桩帽的宽为1-2.5 m，桩帽的厚度为0.3-0.6 m，桩帽内设置1-2排构造钢筋网，构造钢筋网与灌注桩的钢筋笼主筋上部连接，使桩帽和灌注桩桩身通过构造钢筋和主筋连接在一起。

本发明所述的灌注桩钢筋笼，由钢管、实心钢筋和箍筋组成，钢管的外径为30-60 mm，壁厚为5-10 mm，长度根据灌注桩桩长确定；实心钢筋直径为15-25 mm，长度根据灌注桩桩长确定；箍筋直径为6-10 mm，箍筋间距为200-500 mm。钢筋笼底端距离灌注桩桩底0.5-1.0 m。当桩埋管采用单U形埋管形式时，灌注桩钢筋笼由2根外径为30-60 mm、壁厚为5-10 mm的钢管，2根直径为15-25 mm的实心钢筋和直径为6-10 mm、箍筋间距为200-500 mm的箍筋组成；当桩埋管采用双U形埋管形式时，灌注桩钢筋笼由4根外径为30-60 mm、壁厚为5-10 mm的钢管和直径为6-10 mm、箍筋间距为200-500 mm的箍筋组成；当桩埋管采用W形埋管形式时，灌注桩钢筋笼由3根外径为30-60 mm、壁厚为5-10 mm的钢管和直径为6-10 mm、箍筋间距为200-500 mm的箍筋组成。

本发明所述的传热管，为聚乙烯管，其外径与钢管内径相切，为25-50 mm，壁厚为5-8 mm，长度根据桩长确定，为40-100 m。

本发明所述的传热管接头，为聚乙烯弯管，有双接头和三接头两种；当桩埋管采用单U形和双U形埋管形式时，传热管之间采用双接头，其接头弯管内径为25-50 mm、壁厚5-8 mm；当桩埋管采用W形埋管形式时，传热管接头一端为双接头，一端为由三通管连接的三接头，其接头弯管内径为25-50 mm、壁厚5-8 mm。

本发明的优点和效果在于：利用钢管替代实心钢筋作为灌注桩钢筋笼主筋，将传热管埋设在钢管内，从而解决传热管与钢筋笼绑扎埋设造成的相互干扰、钢筋腐蚀、以及影响桩基整体承载力等问题。与传统传热管与钢筋笼绑扎埋管方式相比，本发明技术提出的一种地源热泵灌注桩钢筋笼内埋管的施工方法，埋管存活率更高，钢筋笼周围混凝土密实度高，可以确保传热管埋设不降低桩基整体承载力；与传统钻孔埋管方式相比，本发明技术使桩基础施工和传热管埋设施工有机结合在一起，大大缩短了施工工期、节约了地下空间和工程造价。该方法施工工艺简单、可操作性强，便于质量控制，经济效益明显，传热效果显著。

本发明的优点和效果还将在具体实施方式中进一步描述。

附图说明：

图1——本发明结构U形布置纵向示意图。

图2——本发明结构W形布置纵向示意图。

图3——本发明单U形埋管结构布置平面示意图。

图4——本发明双U形埋管结构布置平面示意图。

图5——本发明W形埋管结构布置平面示意图。

图中：1为混凝土桩，2为钢管主筋，3为传热管，4为箍筋，5为传热管弯形接头，6为混凝土桩帽，7为桩帽构造钢筋网，8为三通管接头，9为实心钢筋主筋，10为开关。

具体实施方式

以下结合附图详细叙述本发明专利的具体实施方式。本发明专利的保护范围并不仅仅局限于本实施方式的描述。

如图1-图5所示，一种地源热泵灌注桩钢筋笼内埋管的技术方案，由钢管主筋2，实心钢筋主筋9和箍筋4组成钢筋笼，钢管2内预埋传热管3，传热管3由传热管弯形接头5或者通过三通管接头8连接，桩帽构造钢筋网7与管主筋2和实心主筋9连接，传热管3通过设置的开关10控制，最终组成钢筋笼内埋管的混凝土桩1和混凝土桩帽6。本实施方式的优点在于将传热管3预埋在钢管主筋2内，传热管埋设与桩基础施工同步进行，且传热管的埋设不影响灌注桩混凝土振捣密实，不降低桩基整体承载力，埋管存活率高。

施工过程中，首先探明拟打设桩基础和埋设地源热泵地下传热管3的地层情况，包括施工范围内土层分布及力学特性、土层热能储存量等地层热特性等，设计桩埋管形式、桩埋管深度以及钢管2直径、传热管3直径等参数；一般情况下，桩埋管形式有单U形、双U形和W形三种形式，主要根据地层热能储存量和传热效率来确定，当桩基础直径在600-800 mm之间时，主要考虑选用单U形桩埋管形式；当桩基础直径在800-1200 mm之间时，主要考虑选用双U形或W形桩埋管形式；桩埋管深度，一般与桩长相近，也可根据实际地层热能情况确定；钢管2的外径为30-60 mm，壁厚为5-10 mm，长度根据灌注桩1桩长确定；实心钢筋9直径为15-25 mm，长度根据灌注桩1桩长确定；箍筋4直径为6-10 mm，箍筋4间距为200-500 mm。钢筋笼底端距离灌注桩1桩底0.5-1.0 m。当桩埋管采用单U形埋管形式时，灌注桩1钢筋笼由2根外径为30-60 mm、壁厚为5-10 mm的钢管2，2根直径为15-25 mm的实心钢筋钢筋9和直径为6-10 mm、箍筋4间距为200-500 mm的箍筋4组成；当桩埋管采用双U形埋管形式时，灌注桩1钢筋笼由4根外径为30-60 mm、壁厚为5-10 mm的钢管2和直径为6-10 mm、箍筋4间距为200-500 mm的箍筋4组成；当桩埋管采用W形埋管形式时，灌注桩1钢筋笼由3根外径为30-60 mm、壁厚为5-10 mm的钢管2和直径为6-10 mm、箍筋4间距为200-500 mm的箍筋4组成。传热管3为聚乙烯管，其外径与钢管2内径相切，一般在25-50 mm之间，壁厚一般在5-8 mm之间，传热管3长度根据桩长确定，一般在40-100 m之间。

接着，根据设计要求制作钢筋笼，并在钢筋笼钢管2中预埋传热管3；将传热管3的下端通过传热管接头5或者通过三通管8连接弯形接头5连接，并进行通水测试整体传热管3的密封性；传热管接头5一般为聚乙烯弯管，有双接头和三接头两种；当桩埋管采用单U形和双U形埋管形式时，传热管之间采用双接头，其接头弯管内径为25-50 mm、壁厚5-8 mm；当桩埋管采用W形埋管形式时，传热管接头一端为双接头，一端为由三通管连接的三接头，其接头弯管内径为25-50 mm、壁厚5-8 mm。对于W形埋管形式，当关闭一根传热管时，可以作为单U形埋管形式使用；一般情况下，三根传热管中，两根输入、一根输出；或者一个输入、两根输出。

再接着，平整场地、测量放线，确定灌注桩1桩基础施工位置，桩基定位偏差不超过1%；开始钻孔沉管或者泥浆护壁沉孔，下放带传热管3的钢筋笼至设计深度；浇注混凝土完成灌注桩1桩身施工，然后，在桩头上面布置桩帽6构造钢筋网7，并与灌注桩1桩身的钢筋笼主筋绑扎连接；灌注桩1的桩体直径为600-1200 mm，桩长为15-40 m，桩间距为2-6 m。

续而，浇注混凝土桩帽6，完成单根地源热泵灌注桩1钢筋笼内埋管的能量桩的施工；灌注桩桩帽6，设置在灌注桩1的顶部，其桩帽的长为1-2.5 m，宽为1-2.5 m，厚度为0.3-0.6 m，桩帽内设置1-2排构造钢筋网7，构造钢筋网7与灌注桩1的钢筋笼主筋上部连接，使桩帽6和灌注桩1桩身通过构造钢筋7和主筋连接在一起。

重复上述步骤，完成其它地源热泵灌注桩1钢筋笼内埋管的能量桩的施工，并将传热管3汇集连接在转换器上，与设置在上部建筑物内的空调传热系统连接；最后完成地源热泵灌注桩钢筋笼内埋管的整体施工。

Claims (6)

1.一种地源热泵灌注桩钢筋笼内埋管的施工方法，包括以下技术步骤：

(1)探明拟打设桩基础和埋设地源热泵地下传热管的地层情况，包括施工范围内土层分布及力学特性、土层热能储存量，设计桩埋管形式、桩埋管深度以及钢管直径、传热管直径参数；

其特征在于：还包括以下技术步骤：

(2)根据设计要求，制作钢筋笼，并在钢筋笼钢管中预埋传热管；

(3)将传热管的下端通过传热管接头连接，并进行通水测试整体传热管的密封性；

(4)平整场地、测量放线，确定桩基础施工位置；

(5)开始采用沉管的方法形成钻孔或者采用泥浆护壁的方法形成钻孔，下放带传热管的钢筋笼至设计深度；

(6)浇注混凝土完成灌注桩桩身施工，在桩头上面布置桩帽构造钢筋网，并与灌注桩桩身的钢筋笼主筋绑扎连接；

(7)浇注混凝土桩帽，完成单根地源热泵灌注桩钢筋笼内埋管的能量桩的施工；

(8)重复(2)-(7)步骤，完成其它地源热泵灌注桩钢筋笼内埋管的能量桩的施工，并将传热管汇集连接在转换器上，与设置在上部建筑物内的空调传热系统连接；最后完成地源热泵灌注桩钢筋笼内埋管的整体施工。

2.根据权利要求1所述的一种地源热泵灌注桩钢筋笼内埋管的施工方法，其特征在于：所述的灌注桩，其桩体直径为600-1200mm，桩长为15-40m，桩间距为2-6m。

3.根据权利要求1所述的一种地源热泵灌注桩钢筋笼内埋管的施工方法，其特征在于：所述的灌注桩桩帽，其桩帽的长为1-2.5m，宽为1-2.5m，厚度为0.3-0.6m，桩帽内设置1-2排构造钢筋网。

4.根据权利要求1所述的一种地源热泵灌注桩钢筋笼内埋管的施工方法，其特征在于：所述的灌注桩钢筋笼，当桩埋管采用单U形埋管形式时，灌注桩钢筋笼由2根外径为30-60mm、壁厚为5-10mm的钢管，2根直径为15-25mm的实心钢筋和直径为6-10mm、箍筋间距为200-500mm的箍筋组成；当桩埋管采用双U形埋管形式时，灌注桩钢筋笼由4根外径为30-60mm、壁厚为5-10mm的钢管和直径为6-10mm、箍筋间距为200-500mm的箍筋组成；当桩埋管采用W形埋管形式时，灌注桩钢筋笼由3根外径为30-60mm、壁厚为5-10mm的钢管和直径为6-10mm、箍筋间距为200-500mm的箍筋组成。

5.根据权利要求1所述的一种地源热泵灌注桩钢筋笼内埋管的施工方法，其特征在于：所述的传热管，为聚乙烯管，其外径与钢管内径相切，为25-50mm，壁厚为5-8mm，长度为40-100m。

6.根据权利要求1所述的一种地源热泵灌注桩钢筋笼内埋管的施工方法，其特征在于：所述的传热管接头，为聚乙烯弯管，有双接头和三接头两种；当桩埋管采用单U形和双U形埋管形式时，传热管之间采用双接头，其接头弯管内径为25-50mm、壁厚为5-8mm；当桩埋管采用W形埋管形式时，传热管接头一端为双接头，一端为由三通管连接的三接头，其接头弯管内径为25-50mm、壁厚为5-8mm。