CN108709328A - 静钻根植工法地热能源桩及其传热管埋设方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种静钻根植工法地热能源桩，其包括：预制桩，在预制桩外侧壁上设有多圈固定卡扣，各圈上的固定卡扣数量相同，各圈上的固定卡扣位置分别和附近圈的固定卡扣位置上下对应，且位置上下对应的多个固定卡扣呈竖直的一列排布，所述固定卡扣在竖直方向上设有中空的通道，各固定卡扣的通道与上方/下方对应位置的固定卡扣的通道连通；传热管，设置为环绕分布在预制桩四周的多个，所述传热管的数量设置为少于或等于单圈的固定卡扣数量，单个传热管通过上述一列固定卡扣固定在预制桩外侧，所述传热管沿竖直方向由上至下依次穿过对应固定卡扣的通道。本静钻根植工法地热能源桩具有经济高效的优点。

Description

静钻根植工法地热能源桩及其传热管埋设方法

技术领域

本发明属于建筑物桩基础和地源热泵技术领域，涉及一种静钻根植工法地热能源桩，特别是一种静钻根植工法地热能源桩及其传热管埋设方法。

背景技术

近年来，环境污染问题越来越受到社会的关注，地热能作为一种高效清洁的能源成为研究热点。地热能源桩是将地源热泵技术和建筑物桩基础结合起来的一种新技术，它除了承受上部荷载作用，还要具有传热功能。

根据桩基施工和埋管工艺的不同，常见的地热能源桩有在灌注桩内埋设传热管，该技术绑扎管道复杂，传热管容易堵塞，传热效率低；有在预制管桩桩内埋设传热管，但是该技术传热管无法有效布置到设计深度，且传热管易受力损坏，同时桩芯回填土密实度不易控制，影响传热效率；也有一种现浇大直径管桩内部空腔内注满导热液体的能量桩，但该技术工作量大，成本高，使用条件有限。

综上所述，开发一种设计合理、经济高效的地热能源桩显得尤为必要。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种设计合理、经济高效的静钻根植工法地热能源桩。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种静钻根植工法地热能源桩，包括：

预制桩，在预制桩外侧壁上设有多圈固定卡扣，各圈上的固定卡扣数量相同，各圈上的固定卡扣位置分别和附近圈的固定卡扣位置上下对应，且位置上下对应的多个固定卡扣呈竖直的一列排布，所述固定卡扣在竖直方向上设有中空的通道，各固定卡扣的通道与上方/下方对应位置的固定卡扣的通道连通；

传热管，设置为环绕分布在预制桩四周的多个，所述传热管的数量设置为少于或等于单圈的固定卡扣数量，单个传热管通过上述一列固定卡扣固定在预制桩外侧，所述传热管沿竖直方向由上至下依次穿过对应固定卡扣的通道。

作为本发明的进一步改进，所述传热管的数量与单圈固定卡扣的数量相同，各传热管均通过对应的一列固定卡扣固定在预制桩外侧。

作为本发明的进一步改进，每圈固定卡扣由均匀环绕预制桩分布的四个固定卡扣组成。

作为本发明的进一步改进，在预制桩的底部、中部及顶部分别设有一圈固定卡扣。

作为本发明的进一步改进，所述预制桩包括上下分布且首尾相连的多节竹节桩。

作为本发明的进一步改进，在预制桩预设位置设有用于固定固定卡扣的预设固定筋。

作为本发明的进一步改进，在固定卡扣内设有依靠自身回弹力将对应传热管锁定在该固定卡扣内的弹簧。

作为本发明的进一步改进，该静钻根植工法地热能源桩还包括泵机组，所述传热管的底部通过接头连通，传热管的顶部分别和泵机组相连。

作为本发明的更进一步改进，所述泵机组还连接有热交换器。

上述静钻根植工法地热能源桩的传热管埋设方法，包括以下步骤：

施工准备：预先对场地进行处理，其中，影响施工的高压架空线、地下电缆、位于桩位处的旧建筑基础、地下管线和杂填土中的石块等障碍物在施工前清除或妥善处理；

钻孔：根据钻进速度和地质情况调整水的用量；

注浆；

传热管固定：注浆完成后，传热管根据设计形式做成单U形、双U形、W形等形状，在第一节竹节桩预设固定筋处安装好固定卡扣，待对应固定卡扣安装好后，将传热管锁定在固定卡扣内；

接桩：当桩与桩的预设连接条件许可时，在预埋孔处进行预拼接；

植入传热管和桩：传热管随第一节竹节桩一起植入，植入时应在桩端水泥浆浆液初凝前完成，植入过程中传热管始终紧贴桩身外侧壁，当最后一节竹节桩沉至地面附近时，传热管流有足够长度与泵机组相接；

安装泵机组和热交换器：泵机组和热交换器在建筑基础修筑完成后进行安装，可将多个桩上的多组传热管进行并联或串联安装。

基于上述技术方案，本发明实施例至少可以产生如下技术效果：本静钻根植工法地热能源桩整体结构设计合理，经济高效，传热管通过固定卡扣安装在预制桩桩身外侧，传热管和桩一起下沉，可有效的布置到设计深度；本发明中采用的是根植法进行沉桩，沉桩过程中桩周的水泥浆浆液对桩身和传热管的挤压力小，可有效的解决沉桩时桩身和传热管易损坏的工程难题；传热管布置在桩身外侧壁，可充分提高管桩传热效率，而且，采用固定卡扣固定传热管，不仅安装方便，且有效防止沉桩过程中传热管的脱落；本发明整体所需费用少，安装方便，且埋管存活率高。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：

图1是本发明一较佳实施例中静钻根植工法地热能源桩沉桩后的结构示意图。

图2是图1的横截面剖视图。

图3是图1的局部结构示意图。

图中，100、预制桩；110、预设固定筋；200、固定卡扣；210、通道；300、传热管；400、弹簧；500、导热液体流入口；600、导热液体流出口；700、水泥浆浆液；800、泵机组；900、热交换器。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

下面结合图1至图3对本发明提供的技术方案进行更为详细的阐述。

如图1至图3所示，本静钻根植工法地热能源桩包括：

预制桩100，在预制桩100外侧壁(即桩身外侧壁)上设有多圈固定卡扣200，各圈上的固定卡扣200数量相同，各圈上的固定卡扣200位置分别和附近圈的固定卡扣200位置上下对应，且位置上下对应的多个固定卡扣200呈竖直的一列排布，简单的讲，同一圈上的多个固定卡扣200环绕分布在竹节桩桩身的外侧壁上，且下方的固定卡扣200所在位置和其正上方的固定卡扣200所在位置处于同一竖直方向上，所述固定卡扣200在竖直方向上设有中空的通道210，各固定卡扣200的通道210与上方/下方对应位置的固定卡扣200的通道210连通；

传热管300，设置为环绕分布在预制桩100四周的多个，所述传热管300的数量设置为少于或等于单圈的固定卡扣200数量，单个传热管300通过上述一列固定卡扣200固定在预制桩100外侧，所述传热管300沿竖直方向由上至下依次穿过对应固定卡扣200的通道210。

本发明保护一种静钻根植工法地热能源桩，整体结构设计合理，经济高效，传热管300通过固定卡扣200安装在预制桩100桩身外侧，传热管300和桩一起下沉，可有效的布置到设计深度；本发明中采用的是根植法进行沉桩，沉桩过程中桩周的水泥浆浆液700对桩身和传热管300的挤压力小，可有效的解决沉桩时桩身和传热管300易损坏的工程难题；传热管300布置在桩身外侧壁，可充分提高管桩传热效率，而且，采用固定卡扣200固定传热管300，不仅安装方便，且有效防止沉桩过程中传热管300的脱落；本发明整体所需费用少，安装方便，且埋管存活率高。

在本案中，优选传热管300的数量与单圈固定卡扣200的数量相同，各传热管300均通过对应的一列固定卡扣200固定在预制桩100外侧，而且传热管300的底部可以连通形成U型传热管300，U型传热管300的单管长度大于预制桩100的总长度。

优选地，每圈固定卡扣200由均匀环绕预制桩100分布的四个固定卡扣200组成。在预制桩100的底部、中部及顶部分别设有一圈固定卡扣200，即图1中所述A、B、C三处位置，这样根据传热管300的类型，对称面也采用同样的位置布置。

作为优选，预制桩100包括上下分布且首尾相连的多节竹节桩，且竹节桩优选为预应力高强混凝土竹节桩；预应力高强混凝土竹节桩是通过在桩身等间距设置竹节状突起的异型预制桩产品，竹节状部位外径比桩身外径大150mm-200mm，可大幅度提高桩与周围土体的摩阻力。

作为一种优选或可选的实施方式，传热管300为聚乙烯制管，外径为20-50mm，壁厚为5-8mm，为了保证传热管不被拉断，优选传热管只在底端处设有U型接头，并形成上述U型传热管，其他部位不设接头。

优选地，固定卡扣200由钢材制得，在预制桩100预设位置设有用于固定固定卡扣200的预设固定筋110。

具体的，桩的底部、中部和顶部设有A、B和C三个固定处，根据传热管的类型对称面也采用同样的位置布置，固定处预设钢筋，用来固定卡扣。U型传热管的单管长度大于竹节桩的总长度，将传热管底端固定在第一节桩的固定卡扣处，并随着第一节桩一起下沉至设计深度。

进一步的，在固定卡扣200内设有依靠自身回弹力将对应传热管300锁定在该固定卡扣200内的弹簧400，卡扣的大小视传热管的直径而定。

本发明的静钻根植工法地热能源桩还优选包括泵机组800，所述传热管300的底部通过接头连通，上述U型传热管即通过接头连通后形成的一种形式，传热管300的顶部分别和泵机组800相连，这样如图2所示，形成了传热管的导热液体流入口500和导热液体流出口600，且导热液体流入口和导热液体流出口二者的位置可切换。

传热管底部单U形幅度的大小可视现场施工条件而定，同时传热管的布置形式也不局限于单U形，可根据要求设计为双U形、W形以及其他形式。

进一步的，所述泵机组800还连接有热交换器900，桩顶两端的传热管与泵机组相连，导热液体完成热交换后重新流入到地下传热管，如此反复循环，一个桩身四周可采用同样的方法设置几组传热管。

综上所述，本发明公开了静钻根植工法地热能源桩，包括若干节预应力高强混凝土竹节桩、固定卡扣、传热组件和泵机组，所述的传热组件包括传热管、热交换器；预应力高强混凝土竹节桩桩身外侧壁设有固定卡扣，传热管固定在桩侧的固定卡扣处，并随着第一节竹节桩一起下沉至设计深度，桩顶两端的传热管与泵机组相连，导热液体完成热交换后重新流入到地下传热管，如此反复循环，一个桩身四周可采用同样的方法设置几组传热管。

本发明还保护上述静钻根植工法地热能源桩的传热管埋设方法，包括以下步骤：

步骤一、施工准备：预先对场地进行处理，以满足大型施工设备的安全施工要求，影响施工的高压架空线、地下电缆、位于桩位处的旧建筑基础、地下管线和杂填土中的石块等障碍物应在施工前清除或妥善处理；

步骤二、钻孔：钻孔位置偏差和钻杆垂直度应在误差允许范围内，根据钻进速度和地质情况调整水的用量；

步骤三、注浆：注浆量的大小和注浆速度等，应满足静钻根植桩施工工艺要求；

步骤四、传热管固定：注浆完成后，传热管根据设计形式做成单U形、双U形、W形等，在第一节桩预设固定筋处安装好固定卡扣，待固定卡扣安装好后，将传热管锁定在卡扣内；

步骤五、接桩：桩与桩的连接条件许可时在预埋孔处进行预拼接，一般采用焊接法进行连接，焊接过程中，注意焊接火花的飞溅，避免损坏传热管。

步骤六、植入传热管和桩：传热管随第一节桩一起植入，植入时应在桩端水泥浆初凝前完成，植入过程中传热管应始终紧贴桩身外侧壁，必要时可用细绳将传热管与桩身捆绑在一起，当最后一节桩沉至地面附近时，传热管仍有足够的长度与泵机组相接；

步骤七、安装泵机组和热交换器：泵机组和热交换器宜在建筑基础修筑完成后进行安装，可将多个桩上的多组传热管进行并联或串联安装。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种静钻根植工法地热能源桩，其特征在于：包括：

预制桩，在预制桩外侧壁上设有多圈固定卡扣，各圈上的固定卡扣数量相同，各圈上的固定卡扣位置分别和附近圈的固定卡扣位置上下对应，且位置上下对应的多个固定卡扣呈竖直的一列排布，所述固定卡扣在竖直方向上设有中空的通道，各固定卡扣的通道与上方/下方对应位置的固定卡扣的通道连通；

传热管，设置为环绕分布在预制桩四周的多个，所述传热管的数量设置为少于或等于单圈的固定卡扣数量，单个传热管通过上述一列固定卡扣固定在预制桩外侧，所述传热管沿竖直方向由上至下依次穿过对应固定卡扣的通道。

2.根据权利要求1所述的静钻根植工法地热能源桩，其特征在于：所述传热管的数量与单圈固定卡扣的数量相同，各传热管均通过对应的一列固定卡扣固定在预制桩外侧。

3.根据权利要求1所述的静钻根植工法地热能源桩，其特征在于：每圈固定卡扣由均匀环绕预制桩分布的四个固定卡扣组成。

4.根据权利要求1所述的静钻根植工法地热能源桩，其特征在于：在预制桩的底部、中部及顶部分别设有一圈固定卡扣。

5.根据权利要求1所述的静钻根植工法地热能源桩，其特征在于：所述预制桩包括上下分布且首尾相连的多节竹节桩。

6.根据权利要求1至5任一项所述的静钻根植工法地热能源桩，其特征在于：在预制桩预设位置设有用于固定固定卡扣的预设固定筋。

7.根据权利要求1至5任一项所述的静钻根植工法地热能源桩，其特征在于：在固定卡扣内设有依靠自身回弹力将对应传热管锁定在该固定卡扣内的弹簧。

8.根据权利要求5所述的静钻根植工法地热能源桩，其特征在于：该静钻根植工法地热能源桩还包括泵机组，所述传热管的底部通过接头连通，传热管的顶部分别和泵机组相连。

9.根据权利要求8所述的静钻根植工法地热能源桩，其特征在于：所述泵机组还连接有热交换器。

10.权利要求9所述的静钻根植工法地热能源桩的传热管埋设方法，其特征在于：包括以下步骤：

施工准备：预先对场地进行处理，其中，影响施工的高压架空线、地下电缆、位于桩位处的旧建筑基础、地下管线和杂填土中的石块等障碍物在施工前清除或妥善处理；

钻孔：根据钻进速度和地质情况调整水的用量；

注浆；

传热管固定：注浆完成后，传热管根据设计形式做成单U形、双U形、W形等形状，在第一节竹节桩预设固定筋处安装好固定卡扣，待对应固定卡扣安装好后，将传热管锁定在固定卡扣内；

接桩：当桩与桩的预设连接条件许可时，在预埋孔处进行预拼接；

植入传热管和桩：传热管随第一节竹节桩一起植入，植入时应在桩端水泥浆浆液初凝前完成，植入过程中传热管始终紧贴桩身外侧壁，当最后一节竹节桩沉至地面附近时，传热管流有足够长度与泵机组相接；

安装泵机组和热交换器：泵机组和热交换器在建筑基础修筑完成后进行安装，可将多个桩上的多组传热管进行并联或串联安装。