CN108775010A - 一种pcc能量桩及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种PCC能量桩及其施工方法，包括PCC桩、导热管与集热器，PCC桩内部设有预制封底空心管，预制封底空心管与PCC桩的孔壁之间设有导热管，导热管插入PCC桩底部的混凝土中，导热管内装有导热液体，导热管伸出PCC桩的末端插入集热器中，本发明的施工方法为：在钻孔开挖完成后，将绑扎好导热管的钢筋笼吊放至孔中，浇筑部分混凝土；在混凝土初凝之前，下插内壁刷涂有负膨胀改性沥青的预制封底空心管，将混凝土挤至预制封底空心管与孔壁之间，混凝土养护成型后形成封底的PCC桩；将导热管与集热器相连形成导热回路，即形成PCC能量桩。本发明设计的PCC能量桩可以减少混凝土的用量，造价低，应用范围广，简单易行，能有效减少热胀冷缩引起的桩体变形。

Description

一种PCC能量桩及其施工方法

技术领域

本发明属于土木建筑工程领域，尤其涉及一种PCC能量桩及其施工方法。

背景技术

浅层地温能是一种清洁能源，且分布广泛、造价低、使用方便，具有广阔的开发和应用前景。地源热泵技术，是利用地下的土壤、地表水、地下水温相对稳定的特性，在冬天把地层热源中的热量转移到需要供热的地方，在夏天将室内的余热转移到地层中，达到降温或制冷的目的。地源热泵不需要人工的冷热源，可以替代锅炉等传统供暖方式和中央空调系统。但是，地源热泵埋设需要占用相对较大的土地面积，且初期埋设成本高。

在本发明之前，中国发明专利(申请号200610016545.7)公开了一种浅层地温能转换和预制钢筋混凝土方桩相结合的技术方法，通过在预制钢筋混凝土方桩中埋设各种形状的换热器装置，进行浅层地温能转换；起到承担上部建筑荷载和利用地源热泵预成孔直接埋设管状换热器的双重作用。中国发明专利(专利号CN201210298385.5)公开了一种基于PCC桩施工工艺的PCC能量桩及其制作方法，通过PCC桩施工机械施工成桩、挖空桩芯土，并在桩端浇筑混凝土以封住底口，在空心腔体内布置换热管，形成PCC能量桩。中国发明专利(专利号CN201510504125.2)公开了一种负膨胀改性沥青填缝材料及其应用方法。该技术方法中的填缝材料可以有效控制由材料热胀冷缩导致的裂缝扩展问题，有效填充旧水泥混凝土路面的裂缝，起到防水作用。

能量桩技术的推广应用中，遇到的两大岩土工程相关技术问题为长期循环温度作用下桩基的承载力和变形问题。当在松软土地区应用能量桩技术时，能量桩的桩顶变形问题是土木工程师们需要关注的首要技术问题。因此，如何降低循环温度作用下桩基的变形问题，是广大工程技术人员有待解决的重要问题。

发明内容

发明目的：本发明目的是在克服传统能量桩技术施工中存在的一些缺陷与不足，减少长期循环温度作用下的桩顶变形量，提出一种PCC能量桩及其施工方法。

技术方案：本发明包括PCC桩、导热管与集热器，其特征在于，所述的PCC桩内部设有预制封底空心管，所述的预制封底空心管与PCC桩的孔壁之间设有导热管，所述的导热管插入PCC桩底部的混凝土中，导热管内装有导热液体，所述导热管伸出PCC桩的末端插入集热器中。

所述的预制封底空心管为U型预应力管桩或钢管桩，其内壁刷涂有负膨胀改性沥青。

所述的导热管采用U型或W型的PE管。

所述的导热管采用扎丝或扎带绑扎在钢筋笼的主筋上，所述钢筋笼的顶部预留1～2m的导热管，方便后期连接集热器，形成导热回路。

所述的导热液体为水或含防冻液的水。

基于PCC能量桩的施工方法包括以下步骤：

1)钻孔：在桩位按照设计需求钻孔；

2)绑扎导热管：在钢筋笼主筋上绑扎导热管，并在钢筋笼顶端处预留1～2m的导热管；

3)吊放钢筋笼：将绑扎好导热管的钢筋笼吊放至孔内；

4)浇筑混凝土：浇筑部分混凝土至设计深度，混凝土的用量根据桩体混凝土计算用量来定；

5)下插预制封底空心管：在混凝土初凝之前，采用静压法将侧壁刷涂有负膨胀改性沥青材料的预制封底空心管下插至设计深度；

6)连接导热管：将露出桩体的导热管与集热器相连，且在形成导热回路前注入导热液体；

7)通过PCC桩桩身混凝土将土层中的浅层地温能传递到导热管，通过导热管传热给导热液体，在导热管回路中的导热液体将热量循环不断输送到集热器中。

有益效果：本发明设计的PCC能量桩可以减少混凝土的用量，造价低，应用范围广，简单易行，能够有效减少热胀冷缩引起的桩体变形。

附图说明

图1为本发明的施工顺序示意图；

图2为本发明的PCC能量桩示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1和图2所示，本发明包括PCC桩1、钢筋笼2、预制封底空心管4、导热管3与集热器6，PCC桩1内部设有预制封底空心管4，预制封底空心管4为U型预应力管桩或钢管桩，桩长为15～20m、外径为0.5～0.8m、壁厚为5～25cm。其内壁刷涂有负膨胀改性沥青5，，可以有效减小由于温度变化时热胀冷缩引起的桩体变形。负膨胀改性沥青5由40～62％基础沥青、4～10％负膨胀材料、3～5％膨胀协调剂、30～42％填料以及1～3％助剂组成。其中，基础沥青为SBS改性沥青，负膨胀材料为氰化锌、氰化镉，膨胀协调剂为磷酸锆钠，填料为钙粉，助剂为聚丙烯酸钠或聚氧丙烯聚氧乙烯共聚物。

预制封底空心管4与PCC桩1的孔壁之间设有导热管3，导热管3为PE管，外径为20～40mm，壁厚为2～5mm。导热管3采用扎丝或者扎带绑扎，导热管3的形式为U型或W型，导热管3绑扎在钢筋笼2的主筋上，同时在钢筋笼2顶部预留1～2m的导热管3，方便后期连接集热器6，形成导热回路。导热管3插入PCC桩1底部的混凝土中，导热管3内装有导热液体，导热液体为水或含防冻液的水。导热管3伸出PCC桩1的末端插入集热器6中。

如图1所示，PCC能量桩的施工方法包括以下步骤：

(1)钻孔：在桩位按照设计需求钻孔，开挖预定直径的钻孔至设计深度，并注意护壁，防止孔壁坍塌；

(2)绑扎导热管：在钢筋笼2主筋上绑扎导热管3，在钢筋笼2顶端处预留1～2m导热管3，方便后续循环回路接管，并做好封管处理防止堵塞；

(3)吊放钢筋笼：将绑扎好导热管3的钢筋笼2吊放至孔内，并注意对导热管3的保护；

(4)浇筑混凝土：浇筑部分混凝土至设计深度，混凝土的用量根据桩体混凝土计算用量情况来定，并控制好混凝土的和易性；

(5)下插预制封底空心管：在混凝土初凝之前，采用静压法将侧壁刷涂有负膨胀改性沥青5的预制封底空心管4下插至设计深度，钻孔内的混凝土挤压至预制封底空心管4与钻孔壁之间，预制封底空心管4底部距离钻孔底部30～50cm，混凝土养护成型后，形成PCC桩；

(6)连接导热管：将露出桩体的导热管3与集热器6相连，且在形成导热回路前注入导热液体，并检测其循环回路的密封性；

(7)通过PCC桩1桩身混凝土将土层中的浅层地温能传递到导热管3，通过导热管3传热给导热液体，在导热管3回路中的导热液体循环将热量不断输送到集热器6中，集热器6收集热量后不断输送给用户，从而实现了能量的传输，最终完成PCC能量桩的施工。

Claims (6)

1.一种PCC能量桩，包括PCC桩(1)、导热管(3)与集热器(6)，其特征在于，所述的PCC桩(1)内部设有预制封底空心管(4)，所述的预制封底空心管(4)与PCC桩(1)的孔壁之间设有导热管(3)，所述的导热管(3)插入PCC桩(1)底部的混凝土中，导热管(3)内装有导热液体，所述导热管(3)伸出PCC桩(1)的末端插入集热器(6)中。

2.根据权利要求1所述的一种PCC能量桩，其特征在于，所述的预制封底空心管(4)为U型预应力管桩或钢管桩，其内壁刷涂有负膨胀改性沥青(5)。

3.根据权利要求1所述的一种PCC能量桩，其特征在于，所述的导热管(3)采用U型或W型的PE管。

4.根据权利要求1或3所述的一种PCC能量桩，其特征在于，所述的导热管(3)采用扎丝或扎带绑扎在钢筋笼(2)的主筋上，所述钢筋笼(2)的顶部预留1～2m的导热管(3)。

5.根据权利要求1所述的一种PCC能量桩，其特征在于，所述的导热液体为水或含防冻液的水。

6.基于权利要求1所述的一种PCC能量桩的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)钻孔：在桩位按照设计需求钻孔；

2)绑扎导热管：在钢筋笼主筋上绑扎导热管，并在钢筋笼顶端处预留1～2m的导热管；

3)吊放钢筋笼：将绑扎好导热管的钢筋笼吊放至孔内；

4)浇筑混凝土：浇筑部分混凝土至设计深度，混凝土的用量根据桩体混凝土计算用量来定；

5)下插预制封底空心管：在混凝土初凝之前，采用静压法将侧壁刷涂有负膨胀改性沥青材料的预制封底空心管下插至设计深度；

6)连接导热管：将露出桩体的导热管与集热器相连，且在形成导热回路前注入导热液体；

7)通过PCC桩桩身混凝土将土层中的浅层地温能传递到导热管，通过导热管传热给导热液体，在导热管回路中的导热液体将热量循环不断输送到集热器中。