CN111750551B - 一种基于多功能袖阀管的能源桩预埋管路系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于多功能袖阀管的能源桩预埋管路系统和方法，包括：袖阀管，周围开设有多个注浆孔，注浆孔外部套有橡胶套，其顶部安装有回水管，所述回水管上端设置有进水限位孔，下端设置有回水限位孔，侧面开有回水收集接头，所述回水管通过回水限位孔安装在袖阀管的顶部，所述进水管通过回水管上端设置的进水限位孔插入袖阀管中，与袖阀管保持同轴，所述进水管通过定位环支撑在袖阀管内壁，进水管与袖阀管形成进水换热通路。本发明实现了“声波检测‑桩侧注浆‑地热循环”的一管三用，提高了材料利用效率，精简了桩内管路数量，施工方便，成本低，同时将传统的U型双管回路改进为同轴内外双管回路，节省了桩截面空间，有利于桩基承载，也便于桩内布置其他设备。

Description

一种基于多功能袖阀管的能源桩预埋管路系统和方法

技术领域

本发明涉及一种可用于低温地热能利用的袖阀管桩侧后注浆、超声波检测和桩-土热力交换的能源桩埋管技术，适用于建筑桩基础和地源热泵技术领域。

背景技术

我国地热能资源丰富，开发利用潜力巨大。随着不可再生资源的日益枯竭，以及绿色、节能、环保理念的深入人心，地热能的利用越来越受到重视。地源热泵技术是利用浅层地温相对稳定的特性，夏天将室内余热传递到低位热源中，冬天把低位热源中的能量传递到需要供热或升温的地方，以实现利用浅层地热能调节室温的目的。能源桩是一种地埋管地源热泵技术，将桩基础与地源热泵相结合，在承载建筑结构的同时，通过在桩基础中埋设各种形状的换热装置，实现桩体与浅层地热能的热交换，节省传统竖直钻孔埋管的施工费用，降低地源热泵系统的占地面积，提高地下空间利用率。

能源桩通常是在钻孔灌注桩内预埋换热管，绑扎在钢筋笼上随其一同下到孔内，再浇筑混凝土而成。换热管一般为塑料管，布置成U型、W型或单螺旋型。桩基施工过程中本身就会预埋多种管路，比如超声波检测管、后注浆管，这些管路一般也是绑扎在钢筋笼上，多种管路同时绑扎在钢筋笼给施工带来极大不方便，特别是对于桩径较小的桩，多重管路的密集附着势必会造成相互影响，也加大了钢筋笼的锈蚀风险，且后注浆管在完成注浆后通常用水泥浆进行封堵，仅使用一次，利用率低。如何合理优化换热管、超声波检测管、后注浆管的布置和功能，尽可能减少钢筋笼上绑扎的管路是一大问题。

发明内容

针对能源桩埋管较多的问题，本发明的目的是提供一种基于多功能袖阀管的能源桩预埋管路系统，将袖阀管注浆技术应用于桩侧后注浆，同时前期兼做超声波检测、后期兼做桩-土热力交换，从而减少桩内预埋管数量。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于多功能袖阀管的能源桩预埋管路系统，包括：

袖阀管，周围开设有多个注浆孔，注浆孔外部套有橡胶套，其顶部安装有回水管，所述回水管上端设置有进水限位孔，下端设置有回水限位孔，侧面开有回水收集接头，所述回水管通过回水限位孔安装在袖阀管的顶部，所述进水管通过回水管上端设置的进水限位孔插入袖阀管中，与袖阀管保持同轴，所述进水管通过定位环支撑在袖阀管内壁，所述定位环包括定位内环、定位外环和连件，定位内环通过连件连接定位外环；所述进水管底部高出袖阀管底部预定距离，进水管顶部高出袖阀管顶部，进水管与环绕在其外围的袖阀管形成进水换热通路。

进一步的，所述袖阀管管材宜采用PE80或PE100的聚乙烯管或PB聚丁烯管。

进一步的，所选用袖阀管注浆孔的孔位处紧套的橡胶套爆破压力大于或等于换热通路工作压力的2倍，且不小于1.0MPa。

进一步的，袖阀管紧贴在钢筋笼主筋内侧绑扎，下部距离最底部水平钢筋不小于200mm，上部高出钢筋笼顶部水平钢筋不小于500mm。

进一步的，下放钢筋笼和浇筑桩身混凝土时，袖阀管内填充压力水并密封保护。

进一步的，进水管材质与袖阀管相同，且进水管与袖阀管同轴布置，进水管内径满足进水管净截面面积与袖阀管内壁和进水管外壁所围截面面积相等；进水管底部高出袖阀管底部的高度根据进水管流量确定，进水管顶部高出袖阀管100-200mm。

进一步的，进水管外壁涂刷有绝热涂层。

进一步的，进水管从底部以上100mm开始，在长度方向每隔预定长度套入一个定位环，以保证进水管直立不偏心，所述定位环与进水管粘结固定。

进一步的，定位环材质选取遇水膨胀橡胶，所述定位环包括两个同心橡胶环，即定位内环与定位外环，两个橡胶环之间采用四根连件连接，四根连件构成十字形，定位内环内径与进水管外径相同，定位外环外径小于袖阀管内径3-5mm。

进一步的，回水管回水收集接头为空心套管接头，材质与袖阀管相同，上部进水限位孔，通过粘结剂套紧进水管，下部回水限位孔通过粘结剂套紧袖阀管，侧壁回水收集接头连接有回水管，用于将进水管与袖阀管之间的回水导流回地上管网。

根据本发明的另一个方面，还提出一种基于多功能袖阀管的能源桩预埋管路方法，包括如下步骤：

步骤1、将袖阀管绑扎在钢筋笼主筋内侧；随钢筋笼下放到桩孔内，下部距离最底部水平钢筋预定距离，上部高出水平钢筋预定距离，浇筑混凝土；

步骤2、浇筑完混凝土后，先用袖阀管作为声波检测管进行桩身完整性检测，再用袖阀管进行桩侧后注浆；

步骤3、后注浆完毕后冲洗袖阀管，在袖阀管内插入进水管；

步骤4、在进水管和袖阀管上端部套紧回水收集接头，完成换热管的改造，重新清洗水流回路并检测，合格后接入地上空调回路。

进一步的，还包括如下步骤：

将袖阀管绑扎在钢筋笼主筋内侧，随钢筋笼下放到桩孔孔前，进行第一次水压试验，满足预定试验条件，且袖阀管无泄漏现象，进行下一步施工；

袖阀管内保持压力水并密封保护，然后下放钢筋笼并浇筑桩身混凝土。

进一步的，所述步骤2还包括：

浇筑完混凝土后，桩身混凝土强度达到设计强度70％且达到15MPa后，将袖阀管内的压力水减为无压水，进行声波检测；

声波检测完毕后进行桩侧后注浆作业。

进一步的，所述步骤3还包括：

后注浆完毕后先采用压力水冲洗袖阀管至无泥沙等杂质后再进行水压试验，满足试验压力条件，且无泄漏现象，认定合格，合格后进行下一步施工；

在进水管外壁涂刷一层绝热涂层，并从底部以上预定距离开始，通长每隔预定长度套入一个定位环；

将进水管插入到袖阀管，并保证两管同轴。

进一步的，所述步骤4包括：

将回水收集接头从进水管套入袖阀管顶部，将进水限位孔用粘结剂与进水管套紧粘接，将回水限位孔用粘结剂与袖阀管套紧，并通过侧壁回水管将进水管与袖阀管之间的回水导流回地上管网，其中，袖阀管1和进水管2组成换热管路；

换热管路改装完毕后重新清洗管路并进行第三次水压试验，满足试验条件，且无泄漏现象，认定合格。

优选地，为了确保后注浆效果，可以在同一注浆段重复施工。

优选地，根据桩基地热能利用系统计算，还可以在桩内布置多个常规换热管。

有益效果

与现有技术相比本发明基于多功能袖阀管的能源桩预埋管路系统充分利用袖阀管，实现了“声波检测-桩侧注浆-地热循环”的一管三用，提高了材料利用效率，精简了桩内管路数量，方法简单，施工费用较低。同时将传统的U型双管回路改进为同轴内外双管回路，节省了桩截面空间，有利于桩基承载，也便于桩内布置其他设备。具体有如下优点：

1、充分利用袖阀管，既能用作传统的超声波检测、桩侧后注浆，还能用于土层地热资源利用，提高了袖阀管利用效率，精简了桩内管路数量，方法简单，施工费用较低。

3、将传统的U型双管回路改进为同轴内外双管回路，节省了桩截面空间，有利于桩基承载，也便于桩内布置其他设备。

3、采用袖阀管后注浆技术，可根据需要在任一注浆段进行桩侧注浆，也可以在同一注浆段重复注浆，注浆效果比普通的钢管注浆好，桩身承载能力提高显著。

附图说明

图1是本发明的能源桩多功能袖阀管的能源桩预埋管路系统结构示意图。

图2是本发明图1中的1-1剖面图。

图3是本发明图1中的2-2剖面图。

图4是本发明的回水收集接头横截面图。

图5是本发明的定位环结构图。

附图标记：1－袖阀管、2－进水管、3-回水收集接头、4－定位环、5－进水限位孔、6－回水限位孔、7－绝热涂层、8－橡胶套、9－注浆孔、10－回水管、11－定位内环、12－定位外环、13－连件、14－水流方向。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

袖阀管注浆法是注浆加固的一种，通过孔内封闭泥浆、单向密封阀管、注浆芯管上的上下双向密封装置可以减小不同注浆段之间的相互干扰，降低注浆时冒浆、串浆的可能性。单向密封阀管内壁光滑，接头有螺扣，端部有斜口，在阀管首尾相接时保证接头部位光滑，使注浆芯管在管内上下移动方便无阻，其外壁有加强筋以提高抗折能力，加固范围内孔部位外部紧套橡胶套覆盖住注浆孔，这样就可保证浆液的单方向运动。

根据本发明的一个实施例，如图1所示，提出一种多功能袖阀管的能源桩预埋管路系统，包括：袖阀管1，周围开设有多个注浆孔9，注浆孔9外部套有橡胶套8，其顶部安装有回水管10，所述回水管10上端设有进水限位孔5，下端设有回水限位孔6，侧面开有回水收集接头3，回水管10通过回水限位孔6安装在袖阀管1的顶部，进水管2通过回水管10上端设置的进水限位孔5插入袖阀管1中，与袖阀管1保持同轴，进水管2通过定位环4支撑在袖阀管1内壁，所述定位环4包括定位内环11、定位外环12、连件13，定位内环11通过连件13连接定位外环12；可选的，进水管2外部涂有绝热涂层7。

优选的，所述的袖阀管1材质为PE80聚乙烯管，外径63mm、壁厚4.7mm；

注浆内管为6分镀锌注浆管；所述注浆内管是袖阀管施工需要的一个注浆管，提供高压水泥浆，通过袖阀管1侧壁孔注入地层，注浆完毕后将注浆内管抽出，能源桩转换的时候插入另一种内管，即本发明的进水管2；

所述进水管2材质为PE80聚乙烯管，外径40mm、壁厚3mm；

能源桩采用钻孔灌注桩，桩径800mm；循环水工作压力0.3MPa。

在袖阀管1上每隔33cm钻一组4个直径Φ6mm的注浆孔，所述注浆孔在袖阀管1横截面的圆周上均匀分布，并在注浆孔9外部包裹一层橡胶套8，两端固定，橡胶套8长5cm，壁厚2mm。如图3所示，是本发明图1中的2-2剖面图。

采用钻机进行桩基成孔。制作钢筋笼时，将袖阀管1紧贴在钢筋笼主筋内侧绑扎，下部距离最底部水平钢筋200mm，上部高出水平钢筋500mm。

袖阀管绑扎完毕，整体钢筋笼下入桩孔前，进行第一次水压试验，试验压力0.6MPa，稳压时间15min以上，稳压后压力降不大于3％，且袖阀管1无泄漏现象，进行下一步施工。

袖阀管1内保持压力水并密封保护，下放钢筋笼和浇筑桩身混凝土。

桩身混凝土强度达到设计强度70％且达到15MPa后，将袖阀管内的压力水减为无压水，进行声波检测。

声波检测完毕后进行桩侧后注浆作业。

后注浆完毕后先采用压力水冲洗袖阀管1至无泥沙等杂质后再进行水压试验，试验压力0.6MPa，稳压时间15min以上，稳压后压力降不大于3％，且无泄漏现象，认定合格，合格后进行下一步施工。

在进水管2外壁涂刷一层绝热涂层，并从底部以上100mm开始，通长每隔3-5米套入一个定位环4，以保证进水管直立不偏心，定位环4与进水管2粘结牢固。

如图2、5所示，定位环4材质选取遇水微膨胀橡胶，由两个同心橡胶环以及连接两个橡胶环之间的十字形(共四根)连件13组成，内环内径40mm，外环外径50mm，厚度1mm。

将进水管2插入到袖阀管，并保证两管同轴，进水管底部高出袖阀管底部10mm，进水管顶部高出袖阀管100mm。

将回水收集接头10从进水管2套入袖阀管1顶部，将进水限位孔5用粘结剂与进水管2套紧粘接，将回水限位孔6用粘结剂与袖阀管1套紧，并通过侧壁回水管10将进水管2与袖阀管1之间的回水导流回地上管网，其中，袖阀管1和进水管2组成换热管路。如图4所示，是本发明的回水收集接头横截面图。

换热管路改装完毕后重新清洗管路并进行第三次水压试验，稳压时间增长至30min以上，稳压后压力降不大于3％，且无泄漏现象，认定合格。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于多功能袖阀管的能源桩预埋管路方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、将袖阀管绑扎在钢筋笼主筋内侧；随钢筋笼下放到桩孔内，下部距离最底部水平钢筋预定距离，上部高出水平钢筋预定距离，浇筑混凝土；

步骤2、浇筑完混凝土后，先用袖阀管作为声波检测管进行桩身完整性检测，再用袖阀管进行桩侧后注浆；

步骤3、后注浆完毕后冲洗袖阀管，在袖阀管内插入进水管；

步骤4、在进水管和袖阀管上端部套紧回水收集接头，完成换热管的改造，重新清洗水流回路并检测，合格后接入地上空调回路。

2.根据权利要求1所述的一种基于多功能袖阀管的能源桩预埋管路方法，其特征在于，所述步骤1还包括：

将袖阀管绑扎在钢筋笼主筋内侧，随钢筋笼下放到桩孔孔前，进行第一次水压试验，满足预定试验条件，且袖阀管无泄漏现象，进行下一步施工；

袖阀管内保持压力水并密封保护，然后下放钢筋笼并浇筑桩身混凝土；

所述步骤2还包括：浇筑完混凝土后，桩身混凝土强度达到设计强度70％且达到15MPa后，将袖阀管内的压力水减为无压水，进行声波检测；声波检测完毕后进行桩侧后注浆作业。

3.根据权利要求1所述的一种基于多功能袖阀管的能源桩预埋管路方法，其特征在于，所述步骤3还包括：后注浆完毕后先采用压力水冲洗袖阀管至无泥沙杂质后再进行水压试验，满足试验压力条件，且无泄漏现象，认定合格，合格后进行下一步施工；

在进水管外壁涂刷一层绝热涂层，并从底部以上预定距离开始，通长每隔预定长度套入一个定位环；将进水管插入到袖阀管，并保证两管同轴；

所述步骤4还包括：将回水收集接头从进水管套入袖阀管顶部，将进水限位孔用粘结剂与进水管套紧粘接，将回水限位孔用粘结剂与袖阀管套紧，并通过侧壁回水管将进水管与袖阀管之间的回水导流回地上管网，其中，袖阀管和进水管组成换热管路；

换热管路改装完毕后重新清洗管路并进行第三次水压试验，满足试验条件，且无泄漏现象，认定合格。

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