CN105803895A - 利用地源热泵冷却及融化冰冻机场路面系统及施工方法 - Google Patents

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李志毅
刘兴华
孙映霞
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    • E01C11/00—Details of pavings
    • E01C11/24—Methods or arrangements for preventing slipperiness or protecting against influences of the weather
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Abstract

一种利用地源热泵冷却及融化冰冻机场路面系统，包括基础，基础周边设有止水帷幕，止水帷幕深度穿过软弱土层，基础中设有多个砂井，砂井的孔径大于120mm，砂井的深度大于6m，每个砂井内分别插装有聚丙烯编织成的砂袋，每个砂袋内分别填满粗砂，每个砂袋的外侧壁分别与对应的砂井的内壁相贴，每个砂袋的上部分别伸出对应的砂井的井口，所述基础上部有粗砂构成的砂垫层，砂垫层内沿水平方向埋设有水平排水支管、水平排水主管和水平换热管。其目的在于提供一种可在寒冷冰冻时期融化机场路面的冰雪，在炎热时期将地表面的热量传递到土体内部，冷却机场路面，避免路面结构损坏的利用地源热泵冷却及融化冰冻机场路面系统及施工方法。

Description

利用地源热泵冷却及融化冰冻机场路面系统及施工方法
技术领域
本发明涉及一种利用地源热泵冷却及融化冰冻机场路面系统及施工方法。
背景技术
机场路面在使用过程中，会受到外界环境温度变化的影响，环境温度的大幅度变化造成机场路面热胀冷缩较大时，会造成机场路面结构出现裂纹等损坏，进而造成机场路面无法使用。此外，在寒冷的冬季，机场路面上如果覆盖有冰雪，也会严重影响机场的使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可在寒冷冰冻时期融化机场路面的冰雪，在炎热时期将地表面的热量传递到土体内部，冷却机场路面，避免路面结构损坏的利用地源热泵冷却及融化冰冻机场路面系统及施工方法。
本发明的利用地源热泵冷却及融化冰冻机场路面系统，包括基础，基础周边设有止水帷幕，止水帷幕深度穿过软弱土层，基础中设有多个砂井，砂井的孔径大于120mm，砂井的深度大于6m，每个砂井内分别插装有聚丙烯编织成的砂袋，每个砂袋内分别填满粗砂，每个砂袋的外侧壁分别与对应的砂井的内壁相贴，每个砂袋的上部分别伸出对应的砂井的井口，所述基础上部有粗砂构成的砂垫层，砂垫层内沿水平方向埋设有水平排水支管、水平排水主管和水平换热管，砂垫层的顶部覆盖有土工布，土工布的上方覆盖有土工膜；
每个所述砂袋内分别设有1或2组竖向换热管，竖向换热管与砂垫层中的水平换热管相连构成路面循环换热管路，路面循环换热管路与地源热泵站相连；
每个所述砂袋内设有1-4个竖向排水滤管，竖向排水滤管通过三通或直通与砂垫层中的水平排水支管相连，水平排水支管在基础两边与水平排水主管相连，水平排水主管通过管路连接真空离心泵；
所述砂袋内自上而下间隔设有多个隔离定位架，所述竖向换热管和竖向排水管分别与每个隔离定位架固定相连。
优选地，所述砂井的孔径为130mm-350mm，相邻的砂井之间的距离为100mm-2000mm，所述止水帷幕为高压喷射注浆防渗帷幕、灌浆防渗帷幕、混凝土连续墙或粘土芯墙。
优选地，相邻的所述隔离定位架之间的距离为1-2米，隔离定位架由钢、塑料、混凝土或其他对换热管无害的材料组成。
本发明的利用地源热泵冷却及融化冰冻机场路面系统的施工方法，包括如下步骤：
A、平整场地，确定基础范围，在场地周边施做止水帷幕，止水帷幕的深度穿过场地下方的软弱土层；
B、在多个聚丙烯编织成的砂袋中布设1-4个竖向排水滤管和1-2组竖向换热管，所述砂袋内自上而下间隔设有多个隔离定位架，所述竖向排水滤管、竖向换热管分别与每个隔离定位架固定相连，通过隔离定位架保持竖向换热管和竖向排水滤管的位置，随后向砂袋中填充粗砂并振密，制作成多个带竖向换热管及竖向排水滤管的砂袋；
C、在场地设计的砂井分布点位用套管钻机打孔到设计深度，然后通过套管将带有竖向换热管(5)及竖向排水滤管的砂袋放入钻孔至设计深度，让每个砂袋的外侧壁分别与对应的砂井的内壁相贴，每个砂袋的上部分别伸出对应的砂井的井口，形成地源热泵袋装砂井；砂井的孔径大于120mm，砂井的深度大于6000mm；
D、在地表层铺设砂垫层，在砂垫层内布置水平排水主管和水平排水支管，水平排水主管布置于场地两侧，水平排水支管垂直于水平排水主管布置，将每个砂袋内沿竖直方向的竖向排水滤管与水平排水支管相连，水平排水支管的一端与水平排水主管相通，水平排水主管放置于场地周边，水平排水主管上连接有真空离心泵，组成排水系统通道；
E、在砂垫层中布置水平换热管，水平换热管与砂井中的竖向换热管连接，并将水平换热管与地源热泵站相连，使得水平换热管、竖向换热管组成一个封闭循环管路；
F、在砂垫层的顶部覆盖土工布，土工布的上方覆盖土工膜；让水平排水主管从侧面伸出土工布和土工膜，并做好穿出部位的密封处理；
G、在场地的周边开挖密封沟，将土工膜的周边置于密封沟内进行密封填埋；
H、启动真空离心泵进行抽真空，对场地的软土地基进行真空预压3-4个月，完成真空预压法处治软土地基施工；
I、在土工膜上部填筑路面至设计高度。
本发明的利用地源热泵冷却及融化冰冻机场路面系统的施工方法，其中所述地井的孔径为130mm-350mm，相邻的地井之间的距离为100mm-2000mm，所述止水帷幕为高压喷射注浆防渗帷幕、灌浆防渗帷幕、混凝土连续墙或粘土芯墙。
本发明的利用地源热泵冷却及融化冰冻机场路面系统的施工方法，其中相邻的所述隔离定位架之间的距离为1-2米。
本发明的利用地源热泵冷却及融化冰冻机场路面系统及施工方法，可用于机场路面维护，即在寒冷冰冻时期，开启地源热泵，使路面循环加热管路内的用作导热介质的水流动起来，当水经由换热管经过砂袋时，会将地热能带出砂井，并通过砂垫层将热量传递到机场路面，令机场路面上的积雪融化，并可提升机场路面的温度，防止其出现过度的冷缩。而在炎热的夏季，开启地源热泵，使路面循环加热管路内的用作导热介质的水流动起来，当水由换热管经过砂井时，就会将机场路面的热能带进砂井，并通过砂垫层将冷能量传递到机场路面，令机场路面的温度降低，防止其出现过度的热膨胀。因此，本发明的利用地源热泵冷却及融化冰冻机场路面系统及施工方法具有可在寒冷冰冻时期融化机场路面的冰雪，在炎热时期将地表面的热量传递到土体内部，冷却机场路面，避免路面结构损坏的特点。
下面结合附图及实施例详述本发明。
附图说明
图1为本发明利用地源热泵冷却及融化冰冻机场路面系统的竖直方向的结构示意图；
图2为本发明利用地源热泵冷却及融化冰冻机场路面系统的水平方向的结构示意图；
图3为本发明利用地源热泵冷却及融化冰冻机场路面系统的地井部分的主视剖面图；
图4为本发明利用地源热泵冷却及融化冰冻机场路面系统地井部分放大的水平截面图。
具体实施方式
如图1、图2、图3和图4所示，本发明的利用地源热泵冷却及融化冰冻机场路面系统，包括基础，基础周边设有止水帷幕1，止水帷幕1深度穿过软弱土层，基础中设有多个砂井2，砂井2的孔径大于120mm，砂井2的深度大于6m，每个砂井2内分别插装有聚丙烯编织成的砂袋3，每个砂袋3内分别填满粗砂，每个砂袋3的外侧壁分别与对应的砂井2的内壁相贴，每个砂袋3的上部分别伸出对应的砂井2的井口，基础上部有粗砂构成的砂垫层4，砂垫层4内沿水平方向埋设有水平排水支管13、水平排水主管14和水平换热管11，砂垫层4的顶部覆盖有土工布，土工布的上方覆盖有土工膜；
每个砂袋3内分别设有1或2组竖向换热管5，竖向换热管5与砂垫层4中的水平换热管11相连构成路面循环换热管路，路面循环换热管路与地源热泵站相连；
每个砂袋3内设有1或2或3或4个竖向排水滤管12，竖向排水滤管12通过三通或直通与砂垫层4中的水平排水支管13相连，水平排水支管13在基础两边与水平排水主管14相连，水平排水主管14通过管路连接真空离心泵15；
砂袋3内自上而下间隔设有多个隔离定位架8，竖向换热管5和竖向排水管12分别与每个隔离定位架8固定相连。
作为本发明的进一步改进，上述砂井2的孔径为130mm-350mm，相邻的砂井2之间的距离为100mm-2000mm，止水帷幕1为高压喷射注浆防渗帷幕、灌浆防渗帷幕、混凝土连续墙或粘土芯墙。
作为本发明的进一步改进，上述相邻的隔离定位架8之间的距离为1-2米，隔离定位架8由钢、塑料、混凝土或其他对换热管无害的材料组成。
如图1、图2、图3和图4所示，本发明的利用地源热泵冷却及融化冰冻机场路面系统的施工方法，包括如下步骤：
A、平整场地，确定基础范围，在场地周边施做止水帷幕1，止水帷幕1的深度穿过场地下方的软弱土层；
B、在多个聚丙烯编织成的砂袋3中布设1-4个竖向排水滤管12和1-2组竖向换热管5，砂袋3内自上而下间隔设有多个隔离定位架8，竖向排水滤管12、竖向换热管5分别与每个隔离定位架8固定相连，通过隔离定位架8保持竖向换热管5和竖向排水滤管12的位置，随后向砂袋3中填充粗砂并振密，制作成多个带竖向换热管5及竖向排水滤管12的砂袋3；
C、在场地设计的砂井2分布点位用套管钻机打孔到设计深度，然后通过套管将带有竖向换热管5及竖向排水滤管12的砂袋3放入钻孔至设计深度，让每个砂袋3的外侧壁分别与对应的砂井2的内壁相贴，每个砂袋3的上部分别伸出对应的砂井2的井口，形成地源热泵袋装砂井；砂井2的孔径大于120mm，砂井2的深度大于6000mm；
D、在地表层铺设砂垫层4，在砂垫层内布置水平排水主管14和水平排水支管13，水平排水主管14布置于场地两侧，水平排水支管13垂直于水平排水主管14布置，将每个砂袋3内沿竖直方向的竖向排水滤管12与水平排水支管13相连，水平排水支管13的一端与水平排水主管14相通，水平排水主管14放置于场地周边，水平排水主管14上连接有真空离心泵15，组成排水系统通道；
E、在砂垫层4中布置水平换热管11，水平换热管11与砂井3中的竖向换热管5连接，并将水平换热管11与地源热泵站相连，使得水平换热管11、竖向换热管5组成一个封闭循环管路；
F、在砂垫层4的顶部覆盖土工布，土工布的上方覆盖土工膜；让水平排水主管14从侧面伸出土工布和土工膜，并做好穿出部位的密封处理；
G、在场地的周边开挖密封沟，将土工膜的周边置于密封沟内进行密封填埋；
H、启动真空离心泵15进行抽真空，对场地的软土地基进行真空预压3-4个月，完成真空预压法处治软土地基施工；
I、在土工膜上部填筑路面至设计高度。
本发明的利用地源热泵冷却及融化冰冻机场路面系统在寒冷冰冻时期，开启地源热泵站，使水平向换热管11和竖向换热管5内的液体循环流动，将地热传递到路面底部的水平传热管，融化路面冰冻；在炎热时期，开启地源热泵站，使水平向换热管11和竖向换热管5内的液体循环流动，将地表面的热量传递到土体内部，冷却路面，避免路面结构损坏。
作为本发明的进一步改进，上述地井2的孔径为130mm-350mm，相邻的地井2之间的距离为100mm-2000mm，止水帷幕1为高压喷射注浆防渗帷幕、灌浆防渗帷幕、混凝土连续墙或粘土芯墙。
作为本发明的进一步改进，上述相邻的隔离定位架8之间的距离为1-2米。
本发明的利用地源热泵冷却及融化冰冻机场路面系统，可用于机场路面维护，即在寒冷冰冻时期，开启地源热泵，使路面循环加热管路11内的用作导热介质的水流动起来，当水经由竖向换热管5流进、再流出每个地井2中的砂袋3时，就会将地热能带出地井2，并通过砂垫层4将热量传递到机场路面，令机场路面上的积雪融化，并可提升机场路面的温度，防止其出现过度的冷缩。而在炎热的夏季，开启地源热泵，使路面循环加热管路11内的用作导热介质的水流动起来，当水经由竖向换热管5流进、再流出每个地井2中的砂袋3时，就会将机场路面的热能带进地井2，并通过砂垫层4将冷能量传递到机场路面，令机场路面的温度降低，防止其出现过度的热膨胀。因此，本发明的利用地源热泵冷却及融化冰冻机场路面系统具有可在寒冷冰冻时期融化机场路面的冰雪，在炎热时期将地表面的热量传递到土体内部，冷却机场路面，避免路面结构损坏的特点。

Claims (6)

1.利用地源热泵冷却及融化冰冻机场路面系统，其特征是：包括基础，基础周边设有止水帷幕(1)，止水帷幕(1)深度穿过软弱土层，基础中设有多个砂井(2)，砂井(2)的孔径大于120mm，砂井(2)的深度大于6m，每个砂井(2)内分别插装有聚丙烯编织成的砂袋(3)，每个砂袋(3)内分别填满粗砂，每个砂袋(3)的外侧壁分别与对应的砂井(2)的内壁相贴，每个砂袋(3)的上部分别伸出对应的砂井(2)的井口，所述基础上部有粗砂构成的砂垫层(4)，砂垫层(4)内沿水平方向埋设有水平排水支管(13)、水平排水主管(14)和水平换热管(11)，砂垫层(4)的顶部覆盖有土工布，土工布的上方覆盖有土工膜；
每个所述砂袋(3)内分别设有1或2组竖向换热管(5)，竖向换热管(5)与砂垫层(4)中的水平换热管(11)相连构成路面循环换热管路，路面循环换热管路与地源热泵站相连；
每个所述砂袋(3)内设有1-4个竖向排水滤管(12)，竖向排水滤管(12)通过三通或直通与砂垫层(4)中的水平排水支管(13)相连，水平排水支管(13)在基础两边与水平排水主管(14)相连，水平排水主管(14)通过管路连接真空离心泵(15)；
所述砂袋(3)内自上而下间隔设有多个隔离定位架(8)，所述竖向换热管(5)和竖向排水管(12)分别与每个隔离定位架(8)固定相连。
2.如权利要求1所述的利用地源热泵冷却及融化冰冻机场路面系统，其特征是：所述砂井(2)的孔径为130mm-350mm，相邻的砂井(2)之间的距离为100mm-2000mm，所述止水帷幕(1)为高压喷射注浆防渗帷幕、灌浆防渗帷幕、混凝土连续墙或粘土芯墙。
3.如权利要求2所述的利用地源热泵冷却及融化冰冻机场路面系统，其特征是：相邻的所述隔离定位架(8)之间的距离为1-2米，隔离定位架(8)由钢、塑料、混凝土或其他对换热管无害的材料组成。
4.利用地源热泵冷却及融化冰冻机场路面系统的施工方法，其特征是包括如下步骤：
A、平整场地，确定基础范围，在场地周边施做止水帷幕(1)，止水帷幕(1)的深度穿过场地下方的软弱土层；
B、在多个聚丙烯编织成的砂袋(3)中布设1-4个竖向排水滤管(12)和1-2组竖向换热管(5)，所述砂袋(3)内自上而下间隔设有多个隔离定位架(8)，所述竖向排水滤管(12)、竖向换热管(5)分别与每个隔离定位架(8)固定相连，通过隔离定位架(8)保持竖向换热管(5)和竖向排水滤管(12)的位置，随后向砂袋(3)中填充粗砂并振密，制作成多个带竖向换热管(5)及竖向排水滤管(12)的砂袋(3)；
C、在场地设计的砂井(2)分布点位用套管钻机打孔到设计深度，然后通过套管将带有竖向换热管(5)及竖向排水滤管(12)的砂袋(3)放入钻孔至设计深度，让每个砂袋(3)的外侧壁分别与对应的砂井(2)的内壁相贴，每个砂袋(3)的上部分别伸出对应的砂井(2)的井口，形成地源热泵袋装砂井；砂井(2)的孔径大于120mm，砂井(2)的深度大于6000mm；
D、在地表层铺设砂垫层(4)，在砂垫层内布置水平排水主管(14)和水平排水支管(13)，水平排水主管(14)布置于场地两侧，水平排水支管(13)垂直于水平排水主管(14)布置，将每个砂袋(3)内沿竖直方向的竖向排水滤管(12)与水平排水支管(13)相连，水平排水支管(13)的一端与水平排水主管(14)相通，水平排水主管(14)放置于场地周边，水平排水主管(14)上连接有真空离心泵(15)，组成排水系统通道；
E、在砂垫层(4)中布置水平换热管(11)，水平换热管(11)与砂井(3)中的竖向换热管(5)连接，并将水平换热管(11)与地源热泵站相连，使得水平换热管(11)、竖向换热管(5)组成一个封闭循环管路；
F、在砂垫层(4)的顶部覆盖土工布，土工布的上方覆盖土工膜；让水平排水主管(14)从侧面伸出土工布和土工膜，并做好穿出部位的密封处理；
G、在场地的周边开挖密封沟，将土工膜的周边置于密封沟内进行密封填埋；
H、启动真空离心泵(15)进行抽真空，对场地的软土地基进行真空预压3-4个月，完成真空预压法处治软土地基施工；
I、在土工膜上部填筑路面至设计高度。
5.如权利要求4所述的利用地源热泵冷却及融化冰冻机场路面系统的施工方法，其特征是：所述地井(2)的孔径为130mm-350mm，相邻的地井(2)之间的距离为100mm-2000mm，所述止水帷幕(1)为高压喷射注浆防渗帷幕、灌浆防渗帷幕、混凝土连续墙或粘土芯墙。
6.如权利要求5所述的利用地源热泵冷却及融化冰冻机场路面系统的施工方法，其特征是：相邻的所述隔离定位架(8)之间的距离为1-2米。
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