CN109458757B - 一种静钻根植能源桩及其生产方法、施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种静钻根植能源桩及其生产方法、施工方法,该静钻根植能源桩包括桩本体,在桩本体的混凝土管壁中预埋有换热管,且换热管靠近桩本体两端处预留有接头,所述桩本体与桩本体之间通过套筒实现接桩连接,接桩时,所述套筒同时套设在两个桩本体外,位于桩本体端部的换热管接头与另一个桩本体端部对应的换热管接头连接,且二者的连接结构位于桩本体外侧。本静钻根植能源桩具有能提高换热管耐久性和施工效率,桩与桩之间连接可靠,保证能源桩承载力,工作稳定的优点。

Description

一种静钻根植能源桩及其生产方法、施工方法
技术领域
本发明属于地源热泵桩基埋管技术领域,涉及一种静钻根植能源桩及其生产方法、施工方法。
背景技术
随着人类社会的快速发展,能源的消耗也越来越大,发展新的能源势在必行。地热能因其环境友好特性在建筑采暖和制冷方面正通过地源热泵技术逐步替代传统能源。地表下一定深度的地热能温度常年保持不变,夏季低于室外温度冬季高于室外温度,地源热泵夏季通过交换介质将建筑物内产生的热量转移到土壤中,冬季通过交换介质将土壤中的热量转移到室内从而达到夏季制冷、冬季采暖的目的。
传统的地埋管地源热泵系统是利用钻井机钻孔成换热井将换热管埋置在换热井中,然后将其回填,形成地埋管换热器,其缺点是占用地下空间,需要额外钻孔,钻孔费用较高,优点是埋置深,换热效率高;能源桩技术是将换热管埋置在桩基中,两者形成一个整体作为换热器,这样就节省了额外的钻孔费用,其缺点是埋置浅,换热量不大,受地表环境温度影响较大,不过随着预制桩技术的发展和桩基埋置深度的增加,这个问题也得以改善,相比传统额外钻孔埋管,能源桩技术因其前期投资少、工期短等优势逐渐受到国家政策的青睐。
桩基埋管地源热泵技术,根据桩基施工工艺的不同,主要分为灌注桩内埋管和预制管桩中埋管两种。前者在现场灌注桩钢筋笼上绑扎传热管和接头后再下沉钻孔中,在向钻孔内连续灌注混凝土时,振捣管内混凝土往往会造成传热管弯曲变形甚至破裂,而且换热管的存在又影响了注浆效率和桩内混凝土的密实性,还存在接头漏水造成钢筋笼腐蚀等问题都可能影响桩基的承载力与耐久性。
而目前的预制管桩中埋管方法按照施工顺序又可分为两类。一类是预制管桩在现场打桩完成后在管桩空腔内埋设换热管并回填充填材料,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,而打桩后埋管也增加了一些工期。另一类是有人设计公开的预制管桩制作过程中就预埋换热管在管壁混凝土中,再在现场打桩至预期深度,相对而言能较好克服换热管易损伤、埋管施工复杂等问题,但因管桩管壁一般厚度不太大,其所采用的高密度聚乙烯HDPE材质的换热管,侵占了管桩一定的混凝土体积,削弱了预制管桩的承载力;且对于桩基连接处,因桩与桩之间一般采用电焊焊接,上下段桩桩端处垂直热熔连接换热管的方式实际上施工难度较大,且仅仅以预制管桩作为地源热泵载体承载力可能不够,比如对于东南地区广泛分布的软土地层。
静钻根植桩是一种新研发出的桩型,于2010年开始在国内出现,其成桩工艺为用螺旋钻头钻孔并先旋喷砼料并与孔内土体搅拌形成一定深度的水泥土,接着将预制管桩沉入钻孔中未干涸的水泥土内,以形成外水泥土保护层、内预制管桩的组合式桩型。静钻根植桩由于具备低震动、低噪音、无挤土、不排泥、承载力高等优点,其施工成本、工期及质量控制均优于传统的钻孔灌注桩和预制管桩,故在地源热泵桩基埋管技术方面具备广阔的应用前景。
国内已有的针对静钻根植桩的热力响应现场试验研究中,是将不同布置形式的换热管绑扎固定在预制管桩侧壁然后随桩一起在水泥土中下沉,接桩时外侧热熔连接换热管,施工较为简单,但桩侧换热管和接头同样在现场施工过程中易变形受损影响整个地源热泵系统的工作质量,且施工效率不高。
综上所述,为解决传统的桩与桩之间连接、换热管埋设、接头易受损和能源桩承载力等问题,需要设计一种能提高换热管耐久性和施工效率,桩与桩之间连接可靠,保证能源桩承载力,工作稳定的新型能源桩。
发明内容
本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题,提出了一种能提高换热管耐久性和施工效率,桩与桩之间连接可靠,保证能源桩承载力,工作稳定的静钻根植能源桩及其生产方法、施工方法。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现:一种静钻根植能源桩,包括桩本体,在桩本体的混凝土管壁中预埋有换热管,且换热管靠近桩本体两端处预留有接头,所述桩本体与桩本体之间通过套筒实现接桩连接,接桩时,所述套筒同时套设在两个桩本体外,位于桩本体端部的换热管接头与另一个桩本体端部对应的换热管接头连接,且二者的连接结构位于桩本体外侧。
作为本发明的进一步改进,所述换热管设置为金属换热管。
作为本发明的进一步改进,所述换热管设置为弯折结构。
作为本发明的进一步改进,所述桩本体上设有多根换热管,至少一根换热管为热交换介质流入线路,至少一根换热管为热交换介质流出线路。
作为本发明的进一步改进,所述套筒设置为金属套筒。
作为本发明的进一步改进,在套筒上开设有保护孔,接桩时,所述保护孔位于桩本体外侧,所述换热管接头与另一对应换热管接头之间通过连接管连接,所述连接管穿过保护孔。
作为本发明的更进一步改进,所述套筒外壁向外延伸形成有凸出的支耳结构,所述保护孔开设于支耳结构上。
作为本发明的更进一步改进,所述换热管、接头、连接管相互连接时,其拐弯处通过连接弯头连接。
上述静钻根植能源桩的生产方法,至少包括以下步骤:
制作包含主筋和箍筋的钢筋笼;
在钢筋笼上布置换热管,其中,沿着预设位置的几根主筋长度方向用细铁丝按预设形状固定换热管;
将绑有预设形状换热管的钢筋笼放入特制管桩模板合模,模板上预留换热管伸出孔;
对钢筋笼施加预应力张拉的同时浇筑混凝土成型;
养护标准时间后成型为桩。
上述静钻根植能源桩的施工方法,至少包括以下步骤:
在施工现场利用螺旋钻头钻孔;
对孔底进行扩孔并注浆置换出泥浆;
对钻孔其他部分进行旋喷注浆,与孔内土体搅拌形成预设深度的水泥土保护层;
将预埋有换热管的静钻根植能源桩的下段桩利用自重沉入钻孔中未干涸的水泥土内;
逐段接桩和连接桩外侧伸出的换热管接头;
最后一段沉桩完成后,靠近桩顶的换热管伸出,与地源热泵系统上部换热管连接。
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:本静钻根植能源桩整体结构设计合理,能提高换热管耐久性和施工效率,在生产时即将换热管预埋在管壁混凝土中,并且通过套筒实现两个桩的接桩,区别于目前桩和桩之间焊接的连接方式,桩与桩之间连接可靠,保证能源桩承载力,工作稳定,而且换热管和桩本体配合紧密,接桩时两个桩换热管的连接位置在外侧,以组合形成外水泥土保护层、内含换热管预制竹节管桩的地热能源桩系统。
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能源桩系统整体示意图。
图2是本发明一较佳实施例中静钻根植能源桩生产流程示意图。
图3是本发明一较佳实施例中桩本体上段预埋换热管的结构示意图。
图4是本发明一较佳实施例中桩本体下段预埋换热管的结构示意图。
图5是本发明一较佳实施例中静钻根植能源桩接桩部位的结构示意图。
图6是图5中B-B向的剖视图。
图7是图6中A-A向的剖视图。
图8是本发明一较佳实施例中静钻根植能源桩的施工流程示意图。
图中,100、桩本体;200、换热管;210、接头;300、套筒;310、保护孔;320、支耳结构;400、连接管;500、连接弯头;610、主筋;620、箍筋;710、水泥土;720、土层;810、地表空调系统;820、地源热泵机组;910、连接螺栓;920、连接销钉。
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8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8所示,本静钻根植能源桩包括桩本体100,在桩本体100的混凝土管壁中预埋有换热管200,且换热管200靠近桩本体100两端处预留有接头210,所述桩本体100与桩本体100之间通过套筒300实现接桩连接,接桩时,所述套筒300同时套设在两个桩本体100外,位于桩本体100端部的换热管200接头210与另一个桩本体100端部对应的换热管200接头210连接,且二者的连接结构位于桩本体100外侧。
在本案中,上述套筒300可优选为双半模套筒结构,即为两半完全对称结构,接桩时在上下两根桩连接部合拢,并优选用螺栓和销钉将上下桩连接固定,使得安装和拆卸更加方便,固定牢靠。
本发明保护一种静钻根植能源桩,是在预制桩(竹节桩)管壁混凝土中预埋地源热泵管状换热器及多段桩施工连接的技术。本静钻根植能源桩整体结构设计合理,能提高换热管耐久性和施工效率,在生产时即将换热管预埋在管壁混凝土中,并且通过套筒300实现两个桩的接桩,区别于目前桩和桩之间焊接的连接方式,桩与桩之间连接可靠,保证能源桩承载力,工作稳定,而且换热管和桩本体100配合紧密,接桩时两个桩换热管的连接位置在外侧,以组合形成外水泥土710保护层、内含换热管预制竹节管桩的地热能源桩系统。
进一步的,优选换热管200设置为金属换热管,不易损坏,使用寿命长且换热效率高。更进一步的,所述套筒300设置为金属套筒300,采用特制桩-桩连接金属套筒300和金属换热管配合,并且实现接桩,可以保证能源桩换热管的耐久性和整体施工效率,而且能源桩承载力高,工作更加稳定。
配套桩-桩连接套筒300优选不锈钢材料,按照设计图纸标准化生产,使用连接螺栓910和连接销钉920进行连接加固,具体尺寸需要相匹配。
优选地,为保证换热效率以及工作时的支撑可靠性,换热管200设置为弯折结构,具体优选为一个U型开口朝上一个U型开口朝下的双U型弯折结构,换热管200的两个接头210分别对应桩本体100的上端、下端,即本案优选保护在预制桩(竹节桩)管壁混凝土中预埋双U型地源热泵管状换热器及多段桩施工连接的技术。
双U型换热管优选耐腐蚀金属材料,在不影响管桩的强度前提下,管径根据预制管桩壁厚确定。
作为一种优选或可选的实施方式,在套筒300上开设有保护孔310,接桩时,所述保护孔310位于桩本体100外侧,所述换热管接头210与另一对应换热管接头210之间通过连接管400连接,所述连接管400穿过保护孔310。
本案在桩和桩连接套筒300预留竖直保护孔310,支撑和保护换热管外侧部分,特别是保护金属换热管伸出管桩部分。
在本案中,桩本体100上设有多根换热管,至少一根换热管为热交换介质流入线路,至少一根换热管为热交换介质流出线路。进一步的,优选一个桩上预埋相对分布的两根换热管,其中一根为热交换介质流入线路,另一根为热交换介质流出线路,与外界对接顺畅,且保证工作效率和回路对接。
进一步的,为保证对接的可靠性以及空间布局的合理性,保证整体承载力,优选换热管200、接头210、连接管400相互连接时,其拐弯处通过连接弯头500连接。
换热管连接弯头500优选不锈钢材质,两端攻内螺纹。
在本案中,优选桩本体100为竹节桩,更优选套筒300外壁向外延伸形成有凸出的支耳结构320,所述保护孔310开设于支耳结构320上,接桩时所述支耳结构的预留保护孔位置与本体外伸出换热管接头位置对应。
这样的结构设计,通过预制竹节桩的桩周凸起以及套筒300凸出的耳部能增大预制桩与水泥土710之间的摩阻力,进而提高静钻根植桩的承载性能,多段桩连接亦能同时灵活满足桩基设计深度和地源热泵设计深度的要求,工程适用性强,应用前景广阔。
本发明还保护上述静钻根植能源桩的生产方法,其至少包括以下步骤:
制作包含主筋610和箍筋620的钢筋笼;
在钢筋笼上布置换热管,其中,沿着预设位置的几根主筋610长度方向用细铁丝按换热管预设形状绑扎固定换热管;
合模,具体的,将绑有预设形状换热管的钢筋笼放入特制管桩模板合模,注意模板上预留换热管伸出孔;
施加预应力张拉的同时浇筑混凝土成型;
养护标准时间后成型为桩。
本发明还保护上述静钻根植能源桩的施工方法,其至少包括以下步骤:
在施工现场利用螺旋钻头钻孔;
对孔底进行扩孔并注浆置换出泥浆;
对钻孔其他部分进行旋喷注浆,与孔内土体搅拌形成预设深度的水泥土710保护层;
将预埋有换热管的静钻根植能源桩的下段桩利用自重沉入钻孔中未干涸的水泥土710内;
逐段接桩和连接桩外侧伸出的换热管接头;
与地源热泵系统上部系统连接。
本发明的目的在于突破目前传统地源热泵技术钻孔成本高、桩埋管施工复杂和连接困难、换热管和接头易损坏等难题,提供一种预制钢筋混凝土竹节桩管壁内预埋双U型换热管的静钻根植工法能源桩,将桩基施工与地源热泵系统结合为一体的施工一体化、标准化,提高换热管的耐久性和施工效率,促进地热能源桩技术的发展。
具体的,预应力钢筋混凝土竹节管桩在桩厂制作过程中,在钢筋笼外侧按照双U型布置地源热泵金属换热管,并在靠近两端处预留接头,利用模板预制成预应力竹节管桩,然后施工现场钻孔扩底注浆形成直径大于桩径的水泥土钻孔,让预制管桩依靠自重沉入水泥土钻孔中,多段桩连接时,利用配套桩-桩连接金属套筒300接桩的同时,外侧连接换热管,以组合形成外水泥土保护层、内含换热管预制竹节管桩的地热能源桩系统。
在本发明中,结合图1所示,带有地源热泵金属换热管的静钻根植能源桩系统优选包括地源热泵系统上部系统(优选包括地表空调系统810、地源热泵机组820)、双U型换热管、预制竹节管桩(桩本体100)、水泥土外保护层、特制桩-桩连接金属套筒300、金属直角弯头等结构。
冬季时,埋设在预制管桩内壁中的双U型金属换热管中的热交换介质吸收土层720中热量,通过地源热泵机组传送给地上建筑空调系统提供部分热量供暖,达到制热效果;夏季时,地源热泵机组又将地上建筑中余热通过换热管中热交换介质交换到土层720中,达到制冷效果。
预应力竹节管桩生产时,先在钢筋笼主筋610上用细铁丝绑扎金属换热管,按双U型布置,布设长度范围略小于桩长,转折处使用金属直角弯头或者U型弯头连接,然后将绑有金属换热管的钢筋笼放入预制竹节桩模板内采用预应力张拉后注浆,浇筑在混凝土管壁内部形成预制竹节管桩,预制竹节管桩上下端靠近端部的桩外侧设有交换介质流体入口和出口,并预留一定长度的换热管,接桩时通过配套金属弯头在桩侧采用螺纹或电焊接管,然后利用桩-桩金属连接套筒300预留竖直孔,支撑和保护金属换热管桩外侧部分,其中每段预制桩内的换热管伸出口到桩端的距离则需要根据配套桩-桩连接金属套筒300的尺寸来定。
水泥土配比根据使用地地质条件按照静钻根植桩的施工要求确定。预制竹节管桩桩长、壁厚、凸起尺寸和分段桩数量,需根据使用地具体情况因地制宜设计和制作,且预制桩的设计、生产、施工和验收都应该符合相关行业规范。
另外,根据地源热泵换热深度需求,所述预制竹节管桩一般需要分多段连接才能达到设计深度要求,按照换热管的预埋布置方式可分为上段桩和下段桩,其中最上段管桩靠近桩顶两侧伸出的换热管可与地表建筑下水管等管线一起铺设,桩底端两侧伸出换热管接头与下一段桩上部伸出的接头连接;最下端预制管桩上部伸出换热管与上段桩下部伸出换热管连接,下端换热管在预制时便直接在桩内空孔处连接即可形成闭合回路。
本发明通过在预制竹节管桩生产时在钢筋笼外侧按双U型绑扎金属换热管,成桩后形成管壁中预埋金属换热管、两端桩侧预留换热管接头的预制管桩,然后在施工现场利用螺旋钻头钻孔扩底并先旋喷砼料并与孔内土体搅拌形成一定深度的水泥土,接着将预制竹节管桩沉入钻孔中未干涸的水泥土内,分段接桩的同时桩外侧使用螺纹或电焊连接金属换热管,然后利用桩-桩金属连接套筒300栓固,金属连接套筒300同时起到接桩和支撑保护桩外换热管的作用,成桩至设计深度后形成外水泥土保护层、内预制管桩的组合式静钻根植能源桩,通过内埋管桩内换热管中的热交换介质与地下恒温层土体进行热交换,形成封闭的桩基埋管地源热泵循环系统,实现“冬暖夏凉”的地热能转换的效果,减少地上建筑的空调能耗,达到节能减排的目的。
综上所述,本发明至少具有以下优点和效果:
1、使用静钻根植桩作为地源热泵换热器载体,具备低震动、低噪音、无挤土、不排泥、承载力高等优点,其施工成本、工期及质量控制均优于传统的钻孔灌注桩和预制管桩,是作为桩基埋管地源热泵技术推广应用的优选桩型;
2、预制管桩中预埋双U型金属换热管,相比传统HDPE换热管,热交换效率较高,在管桩内还能起到一定承载作用;
3、本发明相对传统的灌注桩和预制桩埋管技术而言,更能解决换热管或接头因混凝土振捣而受损漏水的问题,换热管连接方便,施工相对复杂程度降低,工期缩短;
4、预制竹节桩的桩周凸起以及桩桩连接套筒300突出的耳部能增大预制桩与水泥土间侧摩阻力,进而增大静钻根植桩的承载性能,多段桩连接亦能同时灵活满足桩基设计深度和地源热泵设计深度的要求,工程适用性强,应用前景广阔;
5、本发明技术属于新型能源桩系统,相比传统钻孔地源热泵技术而言,节省额外钻孔空间和成本,同时实现桩基施工与地源热泵换热管埋设一体化、标准化,实现对环境友好的地热能的转换利用,对我国社会发展而言具有极其可观的经济效益和环境效益。
在本案中,上述施工方法可具体优化为:
a.首先是预制竹节管桩的生产。结合图2至图4所示,在桩厂生产过程中,先制作包含主筋610和箍筋620的钢筋笼,然后需要在钢筋笼上布置双U型金属换热管,主要沿着特定位置的几根主筋610长度方向用细铁丝按照双U型绑扎固定,之后将绑有双U型换热管的钢筋笼放入特制竹节管桩模板合模,注意模板上需要预留换热管伸出孔,再施加预应力张拉的同时浇筑混凝土成型,养护标准时间后成桩。金属换热管的连接采用直角弯头或电焊。此外,按照预制竹节管桩中换热管的布置方式,预制桩分成上段桩和下段桩两种类别生产,区别在于桩底端换热管接口是在桩外连接还是桩内闭合。生产预制竹节管桩的同时也生产一批配套的金属连接套筒300,主要构造由对称的两个有一定厚度的半圆形套筒300部件组成,其中需要加工出耳部预留换热管保护孔310、金属套筒300连接螺栓910孔、金属套筒300与管桩连接销钉孔和配套的螺栓及销钉。
b.然后是静钻根植能源桩的现场施工。结合图8所示,在施工现场利用螺旋钻头钻孔,钻孔直径大于预制管桩直径,然后对孔底进行扩孔并注浆置换出泥浆,接着对钻孔其他部分进行旋喷注浆,与孔内土体搅拌形成一定深度的水泥土保护层,接着将埋有双U型金属换热管的预制竹节管桩下段桩利用自重沉入钻孔中未干涸的水泥土内。
c.接着是接桩接管。一般地源热泵系统埋管深度较深,需要多段内含换热管的预制竹节管桩逐段连接至设计深度。结合图5至图7所示,接桩时,先初步将两段桩主筋610焊接,然后将预埋的金属换热管在桩与桩的连接处伸出的接头采用直角金属弯头与一段竖直金属换热管连接,然后接桩时连接套筒300两部分闭合,耳部预留的空孔刚好包住连接上下两段换热管弯头的竖直换热管,起到支撑保护作用,优选使用八个螺栓旋入螺栓孔固定连接套筒300,然后在销钉孔位置使用钻机向管桩内钻孔,将四根销钉打入销钉孔后焊牢固定,进一步连接上下两段桩,提高整体性和抗拔性能。注意金属连接套筒300的耳部宽度不宜超过预制竹节管桩的外凸出尺寸太多,减少沉桩过程中水泥土对弯头与换热管连接处的损伤。
d.与地源热泵系统上部结构连接。最后一段桩沉桩完成后,靠近桩顶的换热管伸出,与地源热泵上部换热管连接后可与建筑基础中水管线路一起铺设,最后通过地表的地源热泵机组和空调系统,形成封闭的桩基埋管地源热泵循环系统,利用换热管内热交换介质实现地热能的利用。
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)

1.一种静钻根植能源桩,其特征在于:包括桩本体,在桩本体的混凝土管壁中预埋有换热管,且换热管靠近桩本体两端处预留有接头,所述桩本体与桩本体之间通过套筒实现接桩连接,接桩时,所述套筒同时套设在两个桩本体外,位于桩本体端部的换热管接头与另一个桩本体端部对应的换热管接头连接,且二者的连接结构位于桩本体外侧。
2.根据权利要求1所述的一种静钻根植能源桩,其特征在于:所述换热管设置为金属换热管。
3.根据权利要求1所述的一种静钻根植能源桩,其特征在于:所述换热管设置为弯折结构。
4.根据权利要求1所述的一种静钻根植能源桩,其特征在于:所述桩本体上设有多根换热管,至少一根换热管为热交换介质流入线路,至少一根换热管为热交换介质流出线路。
5.根据权利要求1所述的一种静钻根植能源桩,其特征在于:所述套筒设置为金属套筒。
6.根据权利要求1所述的一种静钻根植能源桩,其特征在于:在套筒上开设有保护孔,接桩时,所述保护孔位于桩本体外侧,所述换热管接头与另一对应换热管接头之间通过连接管连接,所述连接管穿过保护孔。
7.根据权利要求6所述的一种静钻根植能源桩,其特征在于:所述套筒外壁向外延伸形成有凸出的支耳结构,所述保护孔开设于支耳结构上。
8.根据权利要求6所述的一种静钻根植能源桩,其特征在于:所述换热管、接头、连接管相互连接时,连接的拐弯处通过连接弯头连接。
9.一种权利要求1至8任一项所述的静钻根植能源桩的制备方法,其特征在于:至少包括以下步骤:
制作包含主筋和箍筋的钢筋笼;
在钢筋笼上布置换热管,其中,沿着预设位置的几根主筋长度方向用细铁丝按预设形状固定换热管;
将绑有预设形状换热管的钢筋笼放入特制管桩模板合模,模板上预留换热管伸出孔;
对钢筋笼施加预应力张拉的同时浇筑混凝土成型;
养护标准时间后成型为桩。
10.一种权利要求1至8任一项所述的静钻根植能源桩的施工方法,其特征在于:至少包括以下步骤:
在施工现场利用螺旋钻头钻孔;
对孔底进行扩孔并注浆置换出泥浆;
对钻孔其他部分进行旋喷注浆,与孔内土体搅拌形成预设深度的水泥土保护层;
将预埋有换热管的静钻根植能源桩的下段桩利用自重沉入钻孔中未干涸的水泥土内;
逐段接桩和连接桩外侧伸出的换热管接头;
最后一段沉桩完成后,靠近桩顶的换热管伸出,与地源热泵系统上部换热管连接。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110158587A (zh) * 2019-06-24 2019-08-23 南京工业大学 预制能源管桩的连接接头及其连接方法
CN110389060A (zh) * 2019-07-01 2019-10-29 浙江大学 一种竹节桩-水泥土接触面制样装置以及接触面摩擦特性研究剪切试验装置和试验方法
CN113699979B (zh) * 2021-09-01 2022-10-14 中国安能集团第二工程局有限公司 一种静钻根植能量桩及其施工方法
CN115012404A (zh) * 2022-07-19 2022-09-06 青岛理工大学 一种传热增强型预制螺旋能量桩及其施工方法
CN115059065B (zh) * 2022-07-19 2024-06-25 青岛理工大学 一种传热增强型现浇变径能量桩及其施工方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3121602A1 (de) * 1981-05-30 1982-12-23 Erwaeta Bohrtechnik GmbH, 2300 Kiel Muffenverbindung fuer die enden je zweier rohrschuess e
CN203782694U (zh) * 2014-01-10 2014-08-20 浙江垠桥能源科技发展有限公司 建筑静钻桩基根植桩连接易定位盲板
JP2016089568A (ja) * 2014-11-10 2016-05-23 三谷セキサン株式会社 熱交換用パイプを埋設したコンクリートパイル
CN105649073A (zh) * 2016-01-07 2016-06-08 中淳高科桩业股份有限公司 一种静钻根植桩的施工方法
JP2017129288A (ja) * 2016-01-18 2017-07-27 三谷セキサン株式会社 既製杭を使用した熱交換用パイプの埋設方法および支持装置
CN108570982A (zh) * 2018-05-30 2018-09-25 宁波大学 一种静钻根植能量桩及其施工方法
CN108612134A (zh) * 2018-04-26 2018-10-02 浙江大学宁波理工学院 静钻根植桩荷载传递机理模型试验的装置和方法
CN108709328A (zh) * 2018-05-30 2018-10-26 浙江大学宁波理工学院 静钻根植工法地热能源桩及其传热管埋设方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3121602A1 (de) * 1981-05-30 1982-12-23 Erwaeta Bohrtechnik GmbH, 2300 Kiel Muffenverbindung fuer die enden je zweier rohrschuess e
CN203782694U (zh) * 2014-01-10 2014-08-20 浙江垠桥能源科技发展有限公司 建筑静钻桩基根植桩连接易定位盲板
JP2016089568A (ja) * 2014-11-10 2016-05-23 三谷セキサン株式会社 熱交換用パイプを埋設したコンクリートパイル
CN105649073A (zh) * 2016-01-07 2016-06-08 中淳高科桩业股份有限公司 一种静钻根植桩的施工方法
JP2017129288A (ja) * 2016-01-18 2017-07-27 三谷セキサン株式会社 既製杭を使用した熱交換用パイプの埋設方法および支持装置
CN108612134A (zh) * 2018-04-26 2018-10-02 浙江大学宁波理工学院 静钻根植桩荷载传递机理模型试验的装置和方法
CN108570982A (zh) * 2018-05-30 2018-09-25 宁波大学 一种静钻根植能量桩及其施工方法
CN108709328A (zh) * 2018-05-30 2018-10-26 浙江大学宁波理工学院 静钻根植工法地热能源桩及其传热管埋设方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
地源热泵地埋管施工探讨;邓立军; 赵国林;《建筑施工》;20080825;702-704 *
基于静钻根植桩的地源热泵管埋设技术;黄吉永; 邓岳保; 郑荣跃;《浙江建筑》;20141225;33-39 *
夏热冬冷地区绿色建筑建造技术研究;高洪双;《宁波大学硕士学位论文》;20150616;42-47 *

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