CN105350522A - 预制钢筋混凝土能量桩系统的制作及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预制钢筋混凝土能量桩系统的制作及使用方法，该能量桩系统包括预制钢筋混凝土管桩、换热器装置和水箱。该方法是先将预制钢筋混凝土管桩打入地基中，再将导管以螺旋状缠绕于PVC管上组成桩芯，将桩芯插入空心混凝土桩中，桩芯上导管的两端伸出桩身，一端作为进水口，通过导管与水箱相连，另一端作为出水口，与下一根桩的进水口相连。使用时水由水箱进入导管，在群桩中来回循环流动，从而将地下恒温层的温度传递到上层结构，充分利用地热资源，使上层结构达到“冬暖夏凉”的效果。此装置材料简单，安装方便，易于控制，节约能源，具有广泛的应用前景。

Description

预制钢筋混凝土能量桩系统的制作及使用方法

技术领域

本发明涉及一种桩基系统的制作及使用方法，具体涉及一种预制钢筋混凝土能量桩系统的制作及使用方法。

背景技术

基于对地下空间利用的考虑，工程技术人员将地源热泵与建筑桩基础结合起来，提出一种能量桩（energypiles）的技术方案。通过在桩基础中埋设各种形状的换热器装置，进行浅层低温地热能转换，在满足常规桩基力学功能的同时还能通过桩体实现与浅层地能的热交换，起到桩基和地源热泵预成孔直接敷设埋管换热器的双重作用。出于造价的考虑，混凝土桩比钢管桩更为经济；出于施工质量的考虑，预制桩比现浇桩的成桩质量好；出于受力的考虑，空心管桩比实心桩的受力更为合理。预制混凝土能量桩与普通能量桩相比，具有施工适用性强、成桩质量高、桩基检测方便、造价低、承载力高、热交换效果好等显著特点。同时其设计理念符合当今土木工程节能减排、环保施工的发展趋势，具有广泛的应用前景和很高的推广价值。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种预制钢筋混凝土能量桩系统的制作和使用方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提出的预制钢筋混凝土能量桩系统包括：预制钢筋混凝土管桩、换热器、水箱和水泵，所述换热器通过水泵与水箱相连接，所述预制钢筋混凝土管桩的桩端为锥体，桩身为管状；所述换热器包括空心管芯和导管，所述空心管芯放置于桩身内，所述导管螺旋缠绕于空心管芯上，所述导管的两端从桩顶伸出桩身外，所述水箱的顶部安装有换热箱盖。

具体地，所述锥体是锥角120⁰的实心锥体，所述桩顶设有钢板，所述导管的两端通过钢板上的开口伸出桩外，开口设计为类似砝码缺口的长条形，方便导管的伸出。

具体地，所述导管是金属导热管或塑料导热管。

具体地，所述换热箱盖的正面为吸热层，反面为散热层。

本发明同时提出上述预制钢筋混凝土能量桩系统的制作及使用方法，包括以下步骤：

1）根据工程现场所在地恒温层的地下位置设计桩长，一般为25-35m，根据上部荷载和受力要求设计管径，一般设计内径为40-60cm，壁厚为10-15cm；

2）根据导热需求设计导管管径，一般为5-15cm，根据桩长设计缠绕圈数，缠绕间隔一般为15-20cm，导管为双层缠绕，下部靠近底座处以插销装置固定，上部导管向相反方向延伸，用于群桩的连接；

3）打桩时注意相邻桩基同步下沉，防止发生挤土效应破坏桩基，桩打入后，将换热器放置到桩身内，盖好盖板，盖板直径与桩基外径相同，厚度为2-3cm，所开缺口宽度与导管直径相同，长度为10-15cm，连接导管形成能量桩群桩基础；

4）使用时在水泵的作用下由水箱供水，水经导管流过地下恒温层，水温发生变化，温度自下而上传递，平衡桩身上下的温差，使桩基础上部结构达到“冬暖夏凉”的效果

使用时，该预制钢筋混凝土管桩的桩体为钢筋混凝土空心管桩，桩端为锥角120⁰的实心圆锥体，桩上部覆盖有一定厚度的开孔钢板；

换热器装置由固定成型的金属（或塑料）导管缠绕PVC管而成，导管两端伸出桩体外；

水箱的箱体由钢板焊接而成，箱盖正面具有吸热功能，反面具有散热功能，根据外界温度适时调整箱盖。外界温度高时反面朝上，外界温度低时正面朝上。在水箱与桩基之间由水泵输水。

可以在桩芯下连接一个圆形底座，增加桩芯稳定性。将金属（塑料）导管为双层缠绕，增加导热效果。

有益效果：本发明采用水作为导热液体，易于获得且导热效果好；水箱所用盖板充分利用太阳能，增强导热效果，节约能源；桩端为实心锥体，易于沉桩；桩上部为有一定厚度的开口钢板，便于导管的伸出和群桩基础的连接；所用导管为金属（塑料）导管，可塑强，导热效果好。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2是图1中预制钢筋混凝土管桩的详图；

图3是图2的俯视图；

图中:1-导热液体，2-水箱，3-水箱盖，4-导管，5-开口钢板盖，6-预制混凝土管桩，7-PVC管芯，8-导热管，9-桩芯底座，10-桩端，11-水泵。

具体实施方式

实施例：本实施例的预制钢筋混凝土能量桩系统如图1所示，主要包括预制混凝土管桩6、换热器和水箱2，是由钢板焊接而成的开口方形容器，其中装有导热液体1，可以选用水作为导热液体1；水箱2上部有太阳能箱盖3，箱盖正面吸热，反面散热。当外界温度高于桩身温度时散热层朝外，当外界温度低于桩身温度时吸热层朝外。导管4将换热器和水箱2相连接，并在导管2上串联有水泵11。

如图2和图3所示，换热器置于预制钢筋混凝土管桩6内，作为热交换装置，由固定成型的导热管8缠绕于PVC管芯7上制成，缠绕方式是将导管对折后沿管芯从下到上螺旋绕制。PVC管芯7的底部与桩端10之间垫有桩芯底座9，预制钢筋混凝土管桩6的桩端10为实心锥体，桩顶为开口钢板盖5。

使用时，本实施例的预制钢筋混凝土能量桩系统的制作和使用包括以下步骤：

1.按照施工现场具体条件设计桩的长度和半径，内壁直径为40-60cm，壁厚为10-15cm，一节桩长为10-12m，设计2-3节。钢筋混凝土管桩的制作同一般预制管桩的制作；

2.根据预期目标设计导管的管径和缠绕圈数，PVC管的直径为30cm,长度与桩长相仿，导管的直径依据内壁直径，设计为5-15cm，缠绕间隔为15-20cm，制作换热器；

3.根据地质条件，将桩打入地下恒温层一定深度，打桩时相临近的桩应注意同时击打，防止发生挤土效应，打桩完成后，放置换热器，连接导管形成能量桩群桩基础；

4.使用时由水箱供水，水在导管中经水泵作用流过地下恒温层，水温发生变化，温度自下而上传递，使桩基础上部结构达到“冬暖夏凉”的效果。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (5)

1.一种预制钢筋混凝土能量桩系统，其特征在于包括：预制钢筋混凝土管桩、换热器、水箱和水泵，所述换热器通过水泵与水箱相连接，所述预制钢筋混凝土管桩的桩端为锥体，桩身为管状；所述换热器包括空心管芯和导管，所述空心管芯放置于桩身内，所述导管螺旋缠绕于空心管芯上，所述导管的两端从桩顶伸出桩身外，所述水箱的顶部安装有换热箱盖。

2.根据权利要求1所述的预制钢筋混凝土能量桩系统，其特征在于：所述锥体是锥角120⁰的实心锥体，所述桩顶盖设有钢板，所述导管的两端通过钢板上的开口伸出桩外。

3.根据权利要求1所述的预制钢筋混凝土能量桩系统，其特征在于：所述导管是金属导热管或塑料导热管。

4.根据权利要求1所述的预制钢筋混凝土能量桩系统，其特征在于：所述换热箱盖的正面为吸热层，反面为散热层。

5.如权利要求1所述的预制钢筋混凝土能量桩系统的制作及使用方法，其特征在于包括以下步骤：

1）根据工程现场所在地恒温层的地下位置设计桩长，一般为25-35m，根据上部荷载和受力要求设计管径，一般设计内径为40-60cm，壁厚为10-15cm；

2）根据导热需求设计导管管径，一般为5-15cm，根据桩长设计缠绕圈数，缠绕间隔为15-20cm，导管为双层缠绕，下部靠近底座处以插销装置固定，上部导管向相反方向延伸，用于群桩的连接；

3）打桩时注意相邻桩基同步下沉，防止发生挤土效应破坏桩基，桩打入后，将换热器放置到桩身内，盖好钢板盖，连接导管形成能量桩群桩基础；

4）使用时在水泵的作用下由水箱供水，水经导管流过地下恒温层，水温发生变化，温度自下而上传递，平衡桩身上下的温差。