JP2005226937A

JP2005226937A - 地熱熱交換パイプユニットの施工方法

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Publication number: JP2005226937A
Application number: JP2004036786A
Authority: JP
Inventors: Eisuke Kondo; 英輔近藤
Original assignee: NAKAMURA DOBOKU KK
Current assignee: NAKAMURA DOBOKU KK
Priority date: 2004-02-13
Filing date: 2004-02-13
Publication date: 2005-08-25
Anticipated expiration: 2024-02-13
Also published as: JP3935887B2

Abstract

【課題】工期の短縮やコストの低減が容易な地熱熱交換パイプユニットの施工方法を提供する。
【解決手段】地表面ＧＬから地中に構築される土留壁１０は、ソイルセメント体１１と、このソイルセメント体１１内に同ソイルセメント体１１の未硬化時に立て込まれるＨ鋼１２を備えている。Ｈ鋼１２が未硬化のソイルセメント体１１に立て込まれる前に、地熱熱交換パイプユニット２０はＨ鋼１２に保持具３０を用いて固定されていて、Ｈ鋼１２が未硬化のソイルセメント体１１に立て込まれるときに、地熱熱交換パイプユニット２０はＨ鋼１２と共に未硬化のソイルセメント体１１に立て込まれる。土留壁１０の構築工程完了時には地熱熱交換パイプユニット２０がその端部開口２１を地表面ＧＬに向けて露出させた状態で土留壁１０に埋設される。
【選択図】図２

Description

本発明は、地熱熱交換パイプユニットの施工方法、すなわち、内部を循環する媒体を介して地中から熱を吸収したり放出することが可能な地熱熱交換パイプユニットを地中に埋設するための施工方法に関する。

地熱熱交換パイプユニットを地中に埋設する場合、一般には、地表面から地中に所定の深さまで掘削機等にて掘削穴を設けて、この掘削穴に地熱熱交換パイプユニットを立て込んだ後に、掘削穴を埋め戻すようにしている。なお、出願人は、先行技術文献の調査を行っていないため、先行技術文献を知らない。

ところで、上記した従来の一般的な地熱熱交換パイプユニットの施工方法は、基礎工事等とは別個で単独に実施されるものであるため、それ自体の工期やコストが必要であり、工期の短縮やコストの低減は難しいものである。

本発明は、上記した実状に対処すべくなされたものであり、工期の短縮やコストの低減が容易な地熱熱交換パイプユニットの施工方法を提供することを目的としている。

かかる目的を達成するために、本発明による地熱熱交換パイプユニットの施工方法では、地表面から地中に地中構造体を構築する構築工程中に、内部を循環する媒体を介して地中から熱を吸収したり放出することが可能な地熱熱交換パイプユニットが設置され、前記地中構造体の構築工程完了時には、前記地熱熱交換パイプユニットが前記地中構造体に埋設されるようにした。

本発明による地熱熱交換パイプユニットの施工方法によれば、地表面から地中に地中構造体を構築する構築工程中に、地熱熱交換パイプユニットを設置することで、地中構造体の構築と同時に地熱熱交換パイプユニットを地中に埋設することが可能であるため、従来の一般的な地熱熱交換パイプユニットの施工方法に比して、地熱熱交換パイプユニットの施工に要する工期の短縮やコストの低減が容易であり、地熱熱交換パイプユニットを短期間に低コストにて地中に埋設することが可能である。

また、本発明による地熱熱交換パイプユニットの施工方法では、地熱熱交換パイプユニットが地中構造体に埋設された状態にて地中に埋設されるため、地熱熱交換パイプユニットが地中構造体の応力負担材としても機能して、地中構造体の強度を高めることが可能であるとともに、地熱熱交換パイプユニットが地中構造体によって保護されてその耐久性が向上する。

また、本発明の実施に際して、前記地熱熱交換パイプユニットはその端部開口が地表面に露出するように設置され、前記地中構造体の構築工程完了時には前記地熱熱交換パイプユニットがその端部開口を地表面に向けて露出させた状態で前記地中構造体に埋設されることも可能である。この場合には、地熱熱交換パイプユニットがその端部開口を地表面に向けて露出させた状態で地中構造体に埋設されるため、地中構造体の構築後に実施される地熱熱交換パイプユニットの接続作業を容易に実施することが可能である。

また、本発明の実施に際して、前記地中構造体がソイルセメント体とこのソイルセメント体内に同ソイルセメント体の未硬化時に立て込まれるＨ鋼を備えた土留壁である場合には、前記Ｈ鋼が未硬化の前記ソイルセメント体に立て込まれる前に、前記地熱熱交換パイプユニットは前記Ｈ鋼に固定されていて、前記Ｈ鋼が未硬化の前記ソイルセメント体に立て込まれるときに、前記地熱熱交換パイプユニットは前記Ｈ鋼と共に未硬化の前記ソイルセメント体に立て込まれることも可能である。この場合には、土留壁に使用されるＨ鋼の数に相当する数の地熱熱交換パイプユニットを地中に埋設することが可能であり、多数の地熱熱交換パイプユニットを容易かつ安価に施工することが可能である。なお、地熱熱交換パイプユニットは、土留壁に使用される全てのＨ鋼に固定する必要はない。

以下に、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。図１〜図４は本発明による地熱熱交換パイプユニットの施工方法の第１実施形態を示していて、この第１実施形態においては、地表面ＧＬから地中に構築される地中構造体が土留壁１０である。土留壁１０は、公知の掘削混練機を用いて掘削土とセメントミルクを混練することで構築される壁状のソイルセメント体１１と、このソイルセメント体１１内に同ソイルセメント体１１の未硬化時に立て込まれる多数のＨ鋼１２を備えている。なお、図１は、土留壁１０が地表面ＧＬから地中に構築された後に、同土留壁１０の上部右側が掘削機にて地表面ＧＬから所定量掘削されて、土留壁１０の上部右側が露呈した状態を示している。

各Ｈ鋼１２は、それ自体周知のものであって、所定の長さを有しており、その中央部には地熱熱交換パイプユニット２０が保持具３０を用いて固定されている。また、各Ｈ鋼１２には、地熱熱交換パイプユニット２０を取付けるための切欠１２ａが下端部に形成されるとともに、切欠１２ａから上端部までの間に各一対の保持具３０を連結するための取付孔１２ｂ（図４参照）が適宜間隔にて形成されている。なお、下端が開放している切欠１２ａに代えて、パイプ挿通孔を設けて実施することも可能である。

各地熱熱交換パイプユニット２０は、内部を循環する媒体を介して地中から熱を吸収したり放出することが可能なものであり、Ｕ字状に形成されていて、Ｈ鋼１２が未硬化のソイルセメント体１１に立て込まれる前に、Ｈ鋼１２に保持具３０を用いて固定されている。また、各地熱熱交換パイプユニット２０は、Ｈ鋼１２の下端部を除いてＨ鋼１２の長手方向に沿って延在していて、その端部開口２１を地表面ＧＬに露出させた状態でソイルセメント体１１に埋設されている。なお、各地熱熱交換パイプユニット２０の端部開口２１には、キャップ２２（図１および図２の仮想線参照）が脱着可能に取付けられている。

各保持具３０は、図４にて詳細に示したように、Ｈ鋼１２に複数個のボルト４１とナット４２を用いて固定されるプレート３１と、このプレート３１に基端にて固着されてプレート３１に対して略直交するように延びるアーム３２と、このアーム３２の先端に固着された固定クランプ３３（アーム３２と一体的に形成することも可能である）と、この固定クランプ３３に回動可能に組付けられてボルト４３とナット４４を用いて固定されることにより地熱熱交換パイプユニット２０を固定クランプ３３とにより挟持する可動クランプ３４によって構成されている。

なお、各保持具３０のＨ鋼１２および地熱熱交換パイプユニット２０への組付順は適宜変更可能であり、各保持具３０をＨ鋼１２に予め組付けておいて、各保持具３０に地熱熱交換パイプユニット２０が組付けられるようにしてもよく、各保持具３０を地熱熱交換パイプユニット２０に予め組付けておいて、各保持具３０がＨ鋼１２に組付けられるようにしてもよい。

ところで、上記した構成の第１実施形態においては、土留壁１０を構築する構築工程中、具体的には、ソイルセメント体１１が公知の掘削混練機を用いて掘削土とセメントミルクを混練することで構築されて、ソイルセメント体１１が硬化する前に、地熱熱交換パイプユニット２０がＨ鋼１２と共にソイルセメント体１１に立て込まれ、土留壁１０の構築工程完了時には地熱熱交換パイプユニット２０がその端部開口２１を地表面ＧＬに向けて露出させた状態で土留壁１０に埋設される。なお、地熱熱交換パイプユニット２０がＨ鋼１２と共に未硬化のソイルセメント体１１に立て込まれる際には、地熱熱交換パイプユニット２０とＨ鋼１２が支持体（図示省略）にて支持されて未硬化のソイルセメント体１１に無用に沈下するのを防止される。

したがって、上記した地熱熱交換パイプユニット２０の施工方法によれば、土留壁１０を構築する構築工程中に、Ｈ鋼１２と共に地熱熱交換パイプユニット２０をその端部開口２１が地表面ＧＬに露出するように設置することで、土留壁１０の構築と同時に地熱熱交換パイプユニット２０を地中に埋設することが可能である。このため、従来の一般的な地熱熱交換パイプユニットの施工方法に比して、地熱熱交換パイプユニット２０の施工に要する工期の短縮やコストの低減が容易であり、地熱熱交換パイプユニット２０を短期間に低コストにて地中に埋設することが可能である。

また、上記した地熱熱交換パイプユニット２０の施工方法によれば、地熱熱交換パイプユニット２０が土留壁１０に埋設された状態にて地中に埋設されるため、地熱熱交換パイプユニット２０が土留壁１０の応力負担材としても機能して、土留壁１０の強度を高めることが可能であるとともに、地熱熱交換パイプユニット２０が土留壁１０によって保護されてその耐久性が向上する。

また、上記した地熱熱交換パイプユニット２０の施工方法によれば、地熱熱交換パイプユニット２０がその端部開口２１を地表面ＧＬに露出させた状態で土留壁１０に埋設されるため、土留壁１０の構築後に実施される地熱熱交換パイプユニット２０の接続作業を容易に実施することが可能である。

また、上記した地熱熱交換パイプユニット２０の施工方法によれば、Ｈ鋼１２が未硬化のソイルセメント体１１に立て込まれる前に、地熱熱交換パイプユニット２０がＨ鋼１２に固定されていて、Ｈ鋼１２が未硬化のソイルセメント体１１に立て込まれるときに、地熱熱交換パイプユニット２０がＨ鋼１２と共に未硬化のソイルセメント体１１に立て込まれる。

このため、土留壁１０に使用されるＨ鋼１２の数に相当する数の地熱熱交換パイプユニット２０を地中に埋設することが可能であり、多数の地熱熱交換パイプユニット２０を容易かつ安価に施工することが可能である。なお、各地熱熱交換パイプユニット２０は、キャップ２２を外して各端部開口２１を適宜接続した状態で、内部を媒体が循環するように構成されて使用され、冬季には地中から熱を吸収し夏季には地中に熱を放出して、地熱を有効に活用することが可能である。

上記した第１実施形態においては、地中に構築される地中構造体が図１〜図３に示した土留壁１０である場合について説明したが、地中に構築される地中構造体が図５〜図７に示した第２実施形態の土留壁１１０または図８〜図１０に示した第３実施形態の土留壁２１０である場合にも、本発明は上記した第１実施形態と同様に実施することが可能である。なお、第１〜第３の実施形態において、地熱熱交換パイプユニット２０がＨ鋼の中央部より一側に偏移した位置に固定されるようにして実施することも可能である。

図５〜図７に示した第２実施形態の土留壁１１０は、公知の掘削混練機を用いて掘削土とセメントミルクを混練することで構築される円柱状のソイルセメント体１１１Ａおよび壁状のソイルセメント体１１１Ｂと、各円柱状ソイルセメント体１１１Ａ内に同ソイルセメント体１１１Ａの未硬化時に立て込まれる多数のＨ鋼１１２を備えていて、各Ｈ鋼１１２には、上記した第１実施形態と同様に、地熱熱交換パイプユニット２０が保持具３０を用いて固定されている。

なお、各Ｈ鋼１１２には、上記したＨ鋼１２と同様に、下端部に切欠１１２ａが形成されるとともに、保持具３０のための取付孔（図示省略）が形成されている。また、この第２実施形態においては、特定のＨ鋼１１２にのみ地熱熱交換パイプユニット２０が保持具３０を用いて固定されている。その他の構成は、上記した第１実施形態と同じであるため、説明は省略する。また、この第２実施形態にて得られる作用効果は、上記した第１実施形態と同じであるため、説明は省略する。

図８〜図１０に示した第３実施形態の土留壁２１０は、公知の掘削混練機を用いて掘削土とセメントミルクを混練することで構築される多数の連続した円柱状ソイルセメント体からなる壁状のソイルセメント体２１１と、このソイルセメント体２１１内に同ソイルセメント体２１１の未硬化時に適宜間隔にて立て込まれる多数のＨ鋼２１２を備えていて、各Ｈ鋼２１２には、上記した第１実施形態と同様に、地熱熱交換パイプユニット２０が保持具３０を用いて固定されている。

なお、各Ｈ鋼２１２には、上記したＨ鋼１２と同様に、下端部に切欠２１２ａが形成されるとともに、保持具３０のための取付孔（図示省略）が形成されている。また、この第３実施形態においては、特定のＨ鋼２１２にのみ地熱熱交換パイプユニット２０が保持具３０を用いて固定されている。その他の構成は、上記した第１実施形態と同じであるため、説明は省略する。また、この第３実施形態にて得られる作用効果は、上記した第１実施形態と同じであるため、説明は省略する。

また、上記した各実施形態においては、地中に構築される地中構造体が土留壁１０、１１０または２１０である場合について説明したが、地中に構築される地中構造体が基礎構造体、具体的には、図１１〜図１３に示した第４実施形態の現場打鉄筋コンクリート杭３１０または図１４〜図１６に示した第５実施形態の柱状改良杭４１０である場合にも本発明は実施することが可能である。なお、土留壁１０、１１０または２１０は、地中に５〜２０ｍ程度で構築され、現場打鉄筋コンクリート杭３１０は地中に５〜３０ｍ程度で構築され、柱状改良杭４１０は地中に５〜１０ｍ程度で構築される。

図１１〜図１３に示した第４実施形態の現場打鉄筋コンクリート杭３１０は、掘削機にて掘削した大径で円柱状の縦穴Ａに構築された鉄筋かご３１１と、この鉄筋かご３１１が図１１の一点鎖線で示したように埋まるように、トレミー管等を用いて打設されたコンクリート３１２を備えていて、鉄筋かご３１１には一対の地熱熱交換パイプユニット３２０が各固定具３３０を用いて固定されている。なお、図１１は、現場打鉄筋コンクリート杭３１０が地表面ＧＬから地中に構築された後に、地盤が掘削機にて地表面ＧＬから所定量掘削されるとともに、打設されたコンクリート３１２の上端部が削り取られて鉄筋かご３１１と地熱熱交換パイプユニット３２０の上端部が露呈した状態、すなわち、現場打鉄筋コンクリート杭３１０の上に基礎が構築される前の状態を示している。

各地熱熱交換パイプユニット３２０は、内部を循環する媒体を介して地中から熱を吸収したり放出することが可能なものであり、Ｕ字状に形成されていて、コンクリート３１２が打設される前に、鉄筋かご３１１に固定具３３０を用いて固定されている。また、各地熱熱交換パイプユニット３２０は、鉄筋かご３１１の長手方向に沿って延在していて、その端部開口３２１を地表面ＧＬに向けた状態でコンクリート３１２に埋設されている。なお、各地熱熱交換パイプユニット３２０の端部開口３２１には、キャップ３２２（図１１の仮想線参照）が脱着可能に取付けられている。

各固定具３３０は、図１３にて示したように、鉄筋かご３１１にプレート固定バンド３３１を用いて固定されるプレート３３２と、このプレート３３２に地熱熱交換パイプユニット３２０を固定するためのパイプ固定バンド３３３、ボルト３３４およびナット３３５によって構成されている。なお、各固定具３３０の鉄筋かご３１１および地熱熱交換パイプユニット３２０への組付順は適宜変更可能である。

ところで、上記した構成の第４実施形態においては、現場打鉄筋コンクリート杭３１０を構築する構築工程中、具体的には、鉄筋かご３１１が縦穴Ａに構築されて、コンクリート３１２が打設される前に、地熱熱交換パイプユニット３２０が固定具３３０を用いて鉄筋かご３１１に固定されて、熱熱交換パイプユニット３２０の端部開口３２１が地表面ＧＬに向けて露出可能に設置され、その後にコンクリート３１２が縦穴Ａに打設される。

このため、図１１に示した現場打鉄筋コンクリート杭３１０の構築工程完了時には、地熱熱交換パイプユニット３２０がその端部開口３２１を地表面ＧＬに向けて露出させた状態で現場打鉄筋コンクリート杭３１０に埋設される。したがって、この第４実施形態の施工方法においても、上記した第１実施形態の施工方法と同様の作用効果が得られる。

図１４〜図１６に示した第５実施形態の柱状改良杭４１０は、公知の掘削混練機を用いて掘削土とセメントミルクを混練することで構築される円柱状のソイルセメント体であり、この柱状改良杭４１０には地熱熱交換パイプユニット４２０が埋設されている。なお、図１４は、柱状改良杭４１０が地表面ＧＬから地中に構築された後に、地盤が掘削機にて地表面ＧＬから所定量掘削されて、地熱熱交換パイプユニット４２０の上端部が露呈した状態、すなわち、柱状改良杭４１０の上に基礎が構築される前の状態を示している。

地熱熱交換パイプユニット４２０は、内部を循環する媒体を介して地中から熱を吸収したり放出することが可能なものであり、Ｕ字状に形成されていて、柱状改良杭４１０が未硬化であるときに柱状改良杭４１０に立て込まれている。また、地熱熱交換パイプユニット４２０は、上下方向にて所定間隔に設けた複数の形状保持具４３０にてその形状を保持されていて、その端部開口４２１を地表面ＧＬに向けて露出させた状態で柱状改良杭４１０に埋設されている。なお、地熱熱交換パイプユニット４２０の端部開口４２１には、キャップ４２２（図１４の仮想線参照）が脱着可能に取付けられている。

各形状保持具４３０は、地熱熱交換パイプユニット４２０が柱状改良杭４１０に立て込まれる前に、地熱熱交換パイプユニット４２０に組付けられていて、図１６にて示したように、一対のＵ字ボルト４３１と同Ｕ字ボルト４３１に組付けられるナット４３２を用いて地熱熱交換パイプユニット４２０に固定される連結プレート４３３を備えている。

ところで、上記した構成の第５実施形態においては、柱状改良杭４１０を構築する構築工程中、具体的には、柱状改良杭４１０が公知の掘削混練機を用いて掘削土とセメントミルクを混練することで構築されて、柱状改良杭４１０が硬化する前に、地熱熱交換パイプユニット４２０が各形状保持具４３０と共に柱状改良杭４１０に立て込まれ、柱状改良杭４１０の構築工程完了時には地熱熱交換パイプユニット４２０がその端部開口４２１を地表面ＧＬに向けて露出させた状態で柱状改良杭４１０に埋設される。したがって、この第５実施形態の施工方法においても、上記した第１実施形態の施工方法と同様の作用効果が得られる。

上記した各実施形態においては、地熱熱交換パイプユニットがその端部開口を地表面に向けて露出させた状態で地中構造体（土留壁、現場打鉄筋コンクリート杭、柱状改良杭等）に埋設されるようにして実施したが、図１７に示した第６実施形態のように、地熱熱交換パイプユニット２０がその端部開口２１をキャップ２２にてカバーされた状態にて土留壁１０（地中構造体）中に埋設されるようにし、土留壁１０の構築後、すなわち、土留壁１０の上部右側が掘削機にて地表面ＧＬから所定量掘削された後に、キャップ２２が掘り出されて地熱熱交換パイプユニット２０がその端部開口２１にて接続されるように実施することも可能である。

また、上記した各実施形態においては、地熱熱交換パイプユニットが単にＵ字状に形成されてシンプルな構造の場合について説明したが、地熱熱交換パイプユニットの形状・構造は適宜変更可能であり、例えば、地熱熱交換パイプユニットの下端部に熱交換を良好とするためのフィン等を一体的に形成したものであってもよい。

本発明による地熱熱交換パイプユニットの施工方法の第１実施形態を概略的に示した縦断側面図である。図１のＬ１−Ｌ１線に沿った断面図である。図２のＬ２−Ｌ２線に沿った断面図である。図１〜図３に示したＨ鋼と地熱熱交換パイプユニットと保持具の関係を拡大して示す横断平面図である。本発明による地熱熱交換パイプユニットの施工方法の第２実施形態を概略的に示した縦断側面図である。図５のＬ３−Ｌ３線に沿った断面図である。図６のＬ４−Ｌ４線に沿った断面図である。本発明による地熱熱交換パイプユニットの施工方法の第３実施形態を概略的に示した縦断側面図である。図８のＬ５−Ｌ５線に沿った断面図である。図９のＬ６−Ｌ６線に沿った断面図である。本発明による地熱熱交換パイプユニットの施工方法の第４実施形態を概略的に示した縦断側面図である。図１１のＬ７−Ｌ７線に沿った断面図である。図１２の部分拡大図である。本発明による地熱熱交換パイプユニットの施工方法の第５実施形態を概略的に示した縦断側面図である。図１４のＬ８−Ｌ８線に沿った断面図である。図１４および図１５に示した地熱熱交換パイプユニットと形状保持具の関係を拡大して示す横断平面図である。本発明による地熱熱交換パイプユニットの施工方法の第６実施形態を概略的に示した縦断側面図である。

符号の説明

１０…土留壁（地中構造体）、１１…ソイルセメント体、１２…Ｈ鋼、２０…地熱熱交換パイプユニット、２１…端部開口、２２…キャップ、３０…保持具、ＧＬ…地表面

Claims

地表面から地中に地中構造体を構築する構築工程中に、内部を循環する媒体を介して地中から熱を吸収したり放出することが可能な地熱熱交換パイプユニットが設置され、前記地中構造体の構築工程完了時には、前記地熱熱交換パイプユニットが前記地中構造体に埋設されることを特徴とする地熱熱交換パイプユニットの施工方法。
請求項１に記載の地熱熱交換パイプユニットの施工方法において、前記地熱熱交換パイプユニットはその端部開口が地表面に向けて露出するように設置され、前記地中構造体の構築工程完了時には前記地熱熱交換パイプユニットがその端部開口を地表面に露出させた状態で前記地中構造体に埋設されることを特徴とする地熱熱交換パイプユニットの施工方法。
請求項１または２に記載の地熱熱交換パイプユニットの施工方法において、前記地中構造体はソイルセメント体とこのソイルセメント体内に同ソイルセメント体の未硬化時に立て込まれるＨ鋼を備えた土留壁であり、前記Ｈ鋼が未硬化の前記ソイルセメント体に立て込まれる前に、前記地熱熱交換パイプユニットは前記Ｈ鋼に固定されていて、前記Ｈ鋼が未硬化の前記ソイルセメント体に立て込まれるときに、前記地熱熱交換パイプユニットは前記Ｈ鋼と共に未硬化の前記ソイルセメント体に立て込まれることを特徴とする地熱熱交換パイプユニットの施工方法。