CN102032697A - 一种利用土钉实现浅层地热交换的工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用土钉实现浅层地热交换的工艺，第一步，在设置于立柱基础(3)上的墙面(1)上钻若干个横孔(4)；第二步，根据土钉(2)的直径和实际需要选用单管或U型管热交换器(5)；第三步，在热交换器(5)内注入添加有防冻剂的循环液(10)；第四步，向内部安装有热交换器(5)和钢筋(7)的横孔(4)中注入水泥浆(6)；第五步，在相连接在一起的土钉(2)末端和墙面(1)上喷射混凝土。本发明的有益效果：降低成本，节约了用地面积，施工安装方便，提高了施工效率。

Description

一种利用土钉实现浅层地热交换的工艺

技术领域

本发明涉及边坡工程、隧道工程和基坑工程当中一种实现浅层地热的交换和利用的新工艺，特别涉及一种利用土钉实现浅层地热交换的工艺。

背景技术

土钉是用来加固或同时锚固现场原位土体的细长杆件，在天然边坡或开挖形成的边坡、基坑原位岩土体中近于水平设置加筋杆件并沿坡面设置混凝土面层，使整体土工系统的力学性能得以改善从而提高边坡、基坑稳定性的原位加筋技术，通常采取土中钻孔、置入变形钢筋即带肋钢筋并沿孔全长注浆的方法做成。土钉也可用钢管、角钢等作为钉体，采用直接击入的方法置入土中。土钉依靠与土体之间的界面粘结力或摩擦力，在土体发生变形条件下被动受力，并主要承受拉力作用。

地表浅层(可称之为地表能、浅层地热)象一个巨大的太阳能集热器，收集了47％的太阳能，比人类每年利用能量的500倍还多。这种近乎无限、不受地域、资源限制的低焓热能，是人类可以利用的清洁可再生能源。并且浅层地热不象太阳能受气候影响，也不象深层地热受资源和地质结构的限制。地源热泵(Ground-source heat pump，简称GSHP)是利用浅层地热的特性，向大地要“冷暖”的一项环保技术。地源热泵利用地球表面浅层土壤或水源中的地热能作为冷(热)源，冬季通过热泵机组将低热能传递转移到需供暖的建筑物内，夏季通过热泵机组将建筑物内的热量散失转移到地球土壤或水源中，从而实现冬季供暖、夏季制冷，是一种高效、环保、节能的空调设备。土壤源热泵是地源热泵的一种，它是利用地下岩土中热量的闭路循环的地源热泵系统。它通过循环液(水或以水为主要成分的防冻液)在封闭地下埋管中的流动，实现系统与大地之间的传热。在冬季供热过程中，流体从地下收集热量，再通过系统把热量带到室内；夏季制冷时系统逆向运行，即从室内带走热量，再通过系统将热量送到地下岩土中。因此，地下耦合热泵系统保持了地源热泵利用大地作为冷热源的优点，同时又不需要抽取地下水作为传热的介质。但目前垂直埋管式地源热泵技术，因为垂直埋管式地源热泵技术用地面积较大，施工效率不高，施工安装麻烦，从而导致费用高，因此，垂直埋管式地源热泵技术的使用不是很广泛。

发明内容

针对目前垂直埋管式地源热泵技术的缺陷，本发明提供一种利用土钉实现浅层地热交换的工艺。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

一种利用土钉实现浅层地热交换的工艺，第一步，在设置于立柱基础上的墙面上钻若干个横孔，横孔与水平方向夹角在15-20°；第二步，根据土钉的直径和实际需要选用单管或U型管热交换器；第三步，在热交换器内注入添加有防冻剂的循环液；第四步，向内部安装有热交换器和钢筋的横孔中注入水泥浆；第五步，在相连接在一起的土钉末端和墙面上喷射混凝土；

第三步所述的循环液为体积浓度为20％-30％的乙二醇溶液；

第四步所述的水泥浆是水灰比为0.5的水泥浆液，水泥为普通硅酸盐425#水泥；

第四步所述的水泥浆中加入了体积比为3％-5％的膨润土；

第一步所述的横孔的直径为100mm～200mm；

第三步所述的钢筋的直径为15mm～25mm；

第二步所述的U型管热交换器中上方的水管为进水管，下方的水管为出水管。

本发明的有益效果：将常规的土钉和浅层地热资源的利用联系起来，将常规的土钉作为地下埋管的载体，从而可避免在地面上挖许多20-100米的深孔，大大降低成本，节约了用地面积，也提高了施工效率，而且可以使土钉施工和地源热泵施工一体化，施工安装方便、施工工期短及施工成本低等优点，可广泛应用于地源热泵系统中的闭环系统管路。

附图说明

图1本发明的侧面结构示意图；

图2本发明的整体结构示意图；

图3本发明的截面图。

具体实施方式

一种利用土钉实现浅层地热交换的工艺，第一步，在设置于立柱基础3上的墙面1上钻若干个横孔4，横孔4与水平方向夹角在15-20°；第二步，根据土钉2的直径和实际需要选用单管或U型管热交换器5，如果采用U型管热交换器5，上方的水管为进水管8，下方的水管为出水管9；第三步，在热交换器5内注入添加有防冻剂的循环液10；第四步，向内部安装有热交换器5和钢筋7的横孔4中注入水泥浆6；第五步，在相连接在一起的土钉2末端和墙面1上喷射混凝土，在土坡坡面设置与土钉2端部联结的联系构件，形成热交换整体构件，喷射混凝土组成土钉面层结构，从而构成一个具有自撑能力且能够支挡其后来加固体的加筋区域，并对热交换系统起到保护作用。第三步所述的循环液10为体积浓度为20％-30％的乙二醇溶液。第四步所述的水泥浆6是水灰比为0.5的水泥浆液，水泥为普通硅酸盐425#水泥。第四步所述的水泥浆6中加入了体积比为3-5％的膨润土。第一步所述的横孔4的直径为100mm～200mm。第三步所述的钢筋7的直径为15mm～25mm。

其中成孔误差控制如表1所示。

表1成孔误差控制

孔位偏差	倾斜度偏差	孔深偏差
			±5mm	±2°	±50mm

本发明的工作原理是：根据土钉2直径的大小在土钉里面装入热交换器5，热交换器5内部充满掺入防冻剂的循环液10，在地源热泵的作用，通过土钉2内部循环液10的作用，实现土体-土钉-热交换器和支护墙体的热交换，从而起到有效利用浅层地热和控制支护墙体温度的作用。

本发明的有益效果：将常规的土钉和浅层地热资源的利用联系起来，将常规的土钉作为地下热交换器埋管的载体，从而可避免在地面上挖许多20-100米的深孔，大大降低成本，节约了用地面积，也提高了施工效率，而且可以使土钉施工和地源热泵施工一体化，施工安装方便、施工工期短及施工成本低等优点，可广泛应用于地源热泵系统中的闭环系统管路。

本发明适合于采用钻孔注浆法施工的土钉。

本领域内普通的技术人员简单替换和更换都是本专利保护范围之内。

Claims (7)

1.一种利用土钉实现浅层地热交换的工艺，其特征在于：

第一步，在设置于立柱基础(3)上的墙面(1)上钻若干个横孔(4)，与水平方向夹角在15-20°；

第二步，根据土钉(2)的直径和实际需要选用单管或U型管热交换器(5)；

第三步，在热交换器(5)内注入添加有防冻剂的循环液(10)；

第四步，向内部安装有热交换器(5)和钢筋(7)的横孔(4)中注入水泥浆(6)；

第五步，在相连接在一起的土钉(2)末端和墙面(1)上喷射混凝土。

2.根据权利要求1所述的一种利用土钉实现浅层地热交换的工艺，其特征在于：第三步所述的循环液(10)为体积浓度为20％-30％的乙二醇溶液。

3.根据权利要求1或2所述的一种利用土钉实现浅层地热交换的工艺，其特征在于：第四步所述的水泥浆(6)是水灰比为0.5的水泥浆液，水泥为普通硅酸盐425#水泥。

4.根据权利要求3所述的一种利用土钉实现浅层地热交换的工艺，其特征在于：第四步所述的水泥浆(6)中加入了体积比为3-5％的膨润土。

5.根据权利要求4所述的一种利用土钉实现浅层地热交换的工艺，其特征在于：第一步所述的横孔(4)的直径为100mm～200mm。

6.根据权利要求5所述的一种利用土钉实现浅层地热交换的工艺，其特征在于：第三步所述的钢筋(7)的直径为15mm～25mm。

7.根据权利要求6所述的一种利用土钉实现浅层地热交换的工艺，其特征在于：第二步所述的U型管热交换器中上方的水管为进水管(8)，下方的水管为出水管(9)。

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