CN103161162A - 可采集地源热能的抗浮锚杆及施工方法 - Google Patents
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Abstract
一种可采集地源热能的抗浮锚杆，包括沿竖直方向设置的杆体，杆体内的底端设有承载体，承载体与无粘结钢绞线或带套管钢筋固定相连，杆体内沿竖直方向并列设有进液管和出液管，进液管和出液管的顶端从杆体的上部穿出，进液管的出液口与换热管的进液口相连，出液管的进液口与换热管的出液口相连，杆体内自上而下间隔设有多个隔离定位架，无粘结钢绞线或带套管钢筋、进液管和出液管分别与每个隔离定位架固定相连，杆体的底端与换热杆的顶端相连为一体，换热管位于杆体内的里端和/或换热杆内。其目的在于提供一种可降低地源热泵钻孔埋设成本，节约用地面积，提高施工效率和换热效率的可采集地源热能的抗浮锚杆及施工方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种可采集地源热能的抗浮锚杆及施工方法。
背景技术
地源热泵系统将换热管路埋于地下提取地源热能，然后将地源热能提供给建筑物，这种既环保、又节能的方式正被广泛使用。地源热泵的埋管形式有水平埋管和竖直埋管两种。水平埋管通常在浅层埋设，占地面积、开挖工程量大，传热效果不稳定，目前在工程中已很少应用。竖直埋管地源热泵系统占地面积小，恒温效果好，在工程中应用较多，发展较快。但竖直埋管方式的初期钻孔费用很高，一般占总投资一半以上，且在钻孔内埋入换热管的工艺很复杂，这都给地源热泵技术的推广造成困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可降低地源热泵钻孔埋设成本，节约用地面积，提高施工效率和换热效率的可采集地源热能的抗浮锚杆及施工方法。
本发明的可采集地源热能的抗浮锚杆，包括沿竖直方向设置的杆体，杆体内沿竖直方向设有一根以上的无粘结钢绞线或带套管钢筋，杆体内的底端设有承载体，承载体与无粘结钢绞线或带套管钢筋固定相连，所述杆体内沿竖直方向并列设有进液管和出液管，进液管和出液管的顶端从杆体的上部穿出，进液管的出液口与换热管的进液口相连，所述出液管的进液口与换热管的出液口相连，所述杆体内自上而下间隔设有多个隔离定位架，所述无粘结钢绞线或带套管钢筋、所述进液管和所述出液管分别与每个隔离定位架固定相连，所述杆体的底端与换热杆的顶端相连为一体，所述换热管位于所述杆体内的里端和/或换热杆内，换热杆内设有一个以上的对中支架，所述换热管固定在对中支架上。
本发明可采集地源热能的抗浮锚杆，其中所述杆体内沿竖直方向设有注浆管，注浆管延伸到换热杆的底端，位于所述杆体顶端周边的地面上铺设有垫层，垫层的顶端铺设有底板，底板的顶端铺设有锚板，锚板的顶端设有锁紧装置，所述无粘结钢绞线或所述带套管钢筋向上穿过所述垫层、所述底板和所述锚板后与锁紧装置相连，所述注浆管向上穿过垫层、底板和锚板。
本发明可采集地源热能的抗浮锚杆，其中所述进液管的进口与水平进液管的出口相连，水平进液管沿水平方向穿过所述垫层后与外管路相连，所述出液管的出口与水平出液管的进口相连，水平出液管沿水平方向穿过所述垫层后与外管路相连，水平进液管和水平出液管的外侧壁上包覆有保温层，保温层外套装有金属护套管。
本发明可采集地源热能的抗浮锚杆，其中所述进液管和所述出液管分别向上穿过所述垫层、所述底板和所述锚板后与外管路相连，进液管和出液管的外侧壁上套装有多节金属套管，金属套管的内侧壁与进液管的外侧壁和出液管的外侧壁之间设有多个橡胶止水环，在金属套管内侧壁与进液管外侧壁中的橡胶止水环之间填充有膨胀水泥。
本发明可采集地源热能的抗浮锚杆，其中所述换热管包括二个并列设置的直立管，二个直立管的底端与半圆弧形的弯管相连，弯管的弧形面位于杆体的轴线方向。
本发明可采集地源热能的抗浮锚杆，其中相邻的所述隔离定位架之间的距离为1-2米，所述换热管采用工程塑料制成，换热管的外侧壁上套装有多节钢套管。
本发明的可采集地源热能的抗浮锚杆的施工方法包括以下步骤：
A、将钻机就位，并将钻杆定位于锚孔位置处，在锚孔位置处施打设计深度的钻孔；
B、将进液管的出液口与换热管的进液口相连，出液管的进液口与换热管的出液口相连，再将注浆管、无粘结钢绞线或带套管钢筋、进液管与出液管利用隔离定位架进行安装连接，将换热管固定在对中支架上，形成一个锚孔插件；
C、将锚孔插件顺着锚孔插入至锚孔浆液中的设计位置，
D、对换热管进行密闭打压试验，打压试验合格后，对进液管、出液管两端的进行封堵，以防止泥浆进入管内，同时保持进液管、出液管和换热管内存水，以保证注浆时进液管、出液管和换热管不变形；
E、用注浆泵或泥浆泵通过注浆管将回填物从锚孔底部自下而上压入锚孔内，进行锚孔内注浆，直到注满整个锚孔。
本发明的可采集地源热能的抗浮锚杆的施工方法，其中所述步骤A中成孔深度由锚杆基体段及换热管埋置加长段两部分构成；所述锚孔的孔径为120-300mm；所述步骤E中注浆管一边注浆一边对其进行提升；所述步骤E中还包括在垫层内设置水平进液管和水平出液管，所述进液管的进口与水平进液管的出口相连，所述出液管的出口与水平出液管的进口相连。
本发明的可采集地源热能的抗浮锚杆及施工方法，其杆体内沿竖直方向并列设有进液管和出液管，进液管和出液管的顶端从杆体的上部穿出，进液管的出液口与换热管的进液口相连，出液管的进液口与换热管的出液口相连，杆体内自上而下间隔设有多个隔离定位架，无粘结钢绞线或带套管钢筋、进液管和出液管分别与每个隔离定位架固定相连，杆体的底端与换热杆的顶端相连为一体，换热管位于杆体内的里端和/或换热杆内。由于采取抗浮锚杆施工和地源热泵钻孔埋管施工一体化，大大降低了成本，节约了用地面积，减少了施工对换热器的扰动、破坏，保证了换热器的安全性能，而换热杆的存在则保证了本发明具有很高的换热效率，本发明的可采集地源热能的抗浮锚杆不仅能起到抗浮的目的，又可利用地源温度与外界温度的差异进行热交换，以达到节能环保的目标。因此，本发明的可采集地源热能的抗浮锚杆及施工方法具有可降低地源热泵钻孔埋设成本，节约用地面积，提高施工效率和换热效率的特点。
下面结合附图及实施例详述本发明。
附图说明
图1为本发明的可采集地源热能的抗浮锚杆的结构示意图的主视剖面图；
图2为图1的A-A截面的剖面图；
图3为图1的C-C截面的剖面图；
图4为本发明的可采集地源热能的抗浮锚杆的地面部分的一种实施方式的结构示意图的主视剖面图；
图5为本发明的可采集地源热能的抗浮锚杆的地面部分的另一种实施方式的结构示意图的主视剖面图。
具体实施方式
抗浮锚杆是锚固在地下土层中抵抗地下水给基础底板浮力的一种竖直锚杆，由于其常借助无粘结钢绞线或带套管钢筋使之与灌浆体隔开，将预应力通过无黏结钢绞线传递给承载体，使得锚杆锚固体在全长范围内受压，注浆体不易开裂腐蚀，被广泛应用于基坑抗浮、高边坡等永久性锚固工程中。本发明人经过研究实践发现，将压力分散型抗浮锚杆作为地下埋管的载体，并对其进行改进，使得压力分散型抗浮锚杆在起到抵抗地下水浮力的同时，还解决了上述地源热泵竖直埋管成孔造价高的缺陷。
如图1、图2和图3所示，本发明的可采集地源热能的抗浮锚杆，包括沿竖直方向设置的杆体1，杆体1可采用水泥砂浆浇筑制成，杆体1内沿竖直方向设有注浆管2和1根或2根或4根或6根或8根无粘结钢绞线3，或者是设有1根或2根或4根或6根或8根带套管钢筋，杆体1内的底端设有1个或多个承载体4，承载体4与无粘结钢绞线3或带套管钢筋固定相连，杆体1内沿竖直方向并列设有进液管5和出液管6，进液管5和出液管6的顶端从杆体1的上部穿出，进液管5的出液口与换热管7的进液口相连，出液管6的进液口与换热管7的出液口相连，杆体1内自上而下间隔设有多个隔离定位架8，无粘结钢绞线3或带套管钢筋、进液管5和出液管6分别与每个隔离定位架8固定相连，杆体1的底端与换热杆9的顶端相连为一体，换热管7位于杆体1内的里端和/或换热杆9内，换热杆9部分可采用水泥砂浆浇筑制成，这种情况下需要注浆管2延伸到换热杆9的底端，换热杆9内设有一个以上的对中支架10，换热管7固定在对中支架10上。
如果换热杆9采用膨润土填充制成，则不需要注浆管2延伸到换热杆9的底端。采用膨润土填充可提高装置的换热效率。
如图4和图5所示，位于杆体1顶端周边的地面上铺设有垫层11，垫层11的顶端铺设有底板12，底板12的顶端铺设有锚板13，锚板13的顶端设有锁紧装置14，无粘结钢绞线3或带套管钢筋向上穿过垫层11、底板12和锚板13后与锁紧装置14相连，注浆管2向上穿过垫层11、底板12和锚板13。
如图4所示，上述进液管5的进口与水平进液管15的出口相连，水平进液管15沿水平方向穿过垫层11后与外管路相连，出液管6的出口与水平出液管16的进口相连，水平出液管16沿水平方向穿过垫层11后与外管路相连，水平进液管15和水平出液管16的外侧壁上包覆有保温层，以防止水平进液管15和水平出液管16中的水被冻住，保温层外套装有金属护套管(图中未画出)。
如图5所示，上述进液管5和出液管6也可以是分别向上穿过垫层11、底板12和锚板13后与外管路相连，进液管5和出液管6的外侧壁上套装有多节金属套管(图中未画出)，金属套管的内侧壁与进液管5的外侧壁和出液管6的外侧壁之间设有多个橡胶止水环17，在金属套管内侧壁与进液管5外侧壁中的橡胶止水环17之间填充有膨胀水泥18。
上述换热管7包括二个并列设置的直立管，二个直立管的底端与半圆弧形的弯管相连，弯管的弧形面位于杆体1的轴线方向。
上述相邻的隔离定位架8之间的距离为1-2米，换热管7采用工程塑料制成，换热管7的外侧壁上套装有多节钢套管。
本发明的可采集地源热能的抗浮锚杆的施工方法，其包括以下步骤：
A、将钻机就位，并将钻杆定位于锚孔位置处，在锚孔位置处施打设计深度的钻孔；
B、将进液管5的出液口与换热管7的进液口相连，出液管6的进液口与换热管7的出液口相连，再将注浆管2、无粘结钢绞线3或带套管钢筋、进液管5与出液管6利用隔离定位架8进行安装连接，将换热管7固定在对中支架10上，形成一个锚孔插件；
C、将锚孔插件顺着锚孔插入至锚孔浆液中的设计位置，
D、对换热管7进行密闭打压试验，打压试验合格后，对进液管5、出液管6两端的进行封堵，以防止泥浆进入管内，同时保持进液管5、出液管6和换热管7内存水，以保证注浆时进液管5、出液管6和换热管7不变形；
E、用注浆泵或泥浆泵通过注浆管2将回填物从锚孔底部自下而上压入锚孔内，进行锚孔内注浆，直到注满整个锚孔。
上述步骤A中成孔深度由锚杆基体段及换热管埋置加长段两部分构成；上述锚孔的孔径为120-300mm；上述步骤E中注浆管2一边注浆一边对其进行提升；上述步骤E中还包括在垫层11内设置水平进液管15和水平出液管16，进液管5的进口与水平进液管15的出口相连，出液管6的出口与水平出液管16的进口相连。
本发明的可采集地源热能的抗浮锚杆在使用时，可将空调系统或供暖系统的循环水通过进液管5输送至换热管7内，在地下提取热能后，再通过出液管6被送回空调系统或供暖系统。由于采取抗浮锚杆施工和地源热泵钻孔埋管施工一体化，大大降低了成本，节约了用地面积，减少了施工对换热器的扰动、破坏，保证了换热器的安全性能，而换热杆的存在，则提高了换热效率，本发明的可采集地源热能的抗浮锚杆不仅能起到抗浮的目的，又可利用地源温度与外界温度的差异进行热交换，以达到节能环保的目标。因此，本发明的可采集地源热能的抗浮锚杆及施工方法具有可降低地源热泵钻孔埋设成本，节约用地面积，提高施工效率和换热效率的特点。
上面所述的实施例仅仅是对本发明优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (8)
1.可采集地源热能的抗浮锚杆，包括沿竖直方向设置的杆体(1)，杆体(1)内沿竖直方向设有一根以上的无粘结钢绞线(3)或带套管钢筋，杆体(1)内的底端设有承载体(4)，承载体(4)与无粘结钢绞线(3)或带套管钢筋固定相连，其特征是：所述杆体(1)内沿竖直方向并列设有进液管(5)和出液管(6)，进液管(5)和出液管(6)的顶端从杆体(1)的上部穿出，进液管(5)的出液口与换热管(7)的进液口相连，所述出液管(6)的进液口与换热管(7)的出液口相连，所述杆体(1)内自上而下间隔设有多个隔离定位架(8)，所述无粘结钢绞线(3)或带套管钢筋、所述进液管(5)和所述出液管(6)分别与每个隔离定位架(8)固定相连，所述杆体(1)的底端与换热杆(9)的顶端相连为一体，所述换热管(7)位于所述杆体(1)内的里端和/或换热杆(9)内，换热杆(9)内设有一个以上的对中支架(10)，所述换热管(7)固定在对中支架(10)上。
2.如权利要求1所述的可采集地源热能的抗浮锚杆，其特征是：所述杆体(1)内沿竖直方向设有注浆管(2)，注浆管(2)延伸到换热杆(9)的底端，位于所述杆体(1)顶端周边的地面上铺设有垫层(11)，垫层(11)的顶端铺设有底板(12)，底板(12)的顶端铺设有锚板(13)，锚板(13)的顶端设有锁紧装置(14)，所述无粘结钢绞线(3)或所述带套管钢筋向上穿过所述垫层(11)、所述底板(12)和所述锚板(13)后与锁紧装置(14)相连，所述注浆管(2)向上穿过垫层(11)、底板(12)和锚板(13)。
3.如权利要求2所述的可采集地源热能的抗浮锚杆，其特征是：所述进液管(5)的进口与水平进液管(15)的出口相连，水平进液管(15)沿水平方向穿过所述垫层(11)后与外管路相连，所述出液管(6)的出口与水平出液管(16)的进口相连，水平出液管(16)沿水平方向穿过所述垫层(11)后与外管路相连，水平进液管(15)和水平出液管(16)的外侧壁上包覆有保温层，保温层外套装有金属护套管。
4.如权利要求2所述的可采集地源热能的抗浮锚杆，其特征是：所述进液管(5)和所述出液管(6)分别向上穿过所述垫层(11)、所述底板(12)和所述锚板(13)后与外管路相连，进液管(5)和出液管(6)的外侧壁上套装有多节金属套管，金属套管的内侧壁与进液管(5)的外侧壁和出液管(6)的外侧壁之间设有多个橡胶止水环(17)，在金属套管内侧壁与进液管(5)外侧壁中的橡胶止水环(17)之间填充有膨胀水泥(18)。
5.如权利要求1至4中任何一项所述的可采集地源热能的抗浮锚杆，其特征是：所述换热管(7)包括二个并列设置的直立管，二个直立管的底端与半圆弧形的弯管相连，弯管的弧形面位于杆体(1)的轴线方向。
6.如权利要求5所述的可采集地源热能的抗浮锚杆，其特征是：相邻的所述隔离定位架(8)之间的距离为1-2米，所述换热管(7)采用工程塑料制成，换热管(7)的外侧壁上套装有多节钢套管。
7.可采集地源热能的抗浮锚杆的施工方法，其特征是：包括以下步骤：
A、将钻机就位，并将钻杆定位于锚孔位置处，在锚孔位置处施打设计深度的钻孔；
B、将进液管(5)的出液口与换热管(7)的进液口相连，出液管(6)的进液口与换热管(7)的出液口相连，再将注浆管(2)、无粘结钢绞线(3)或带套管钢筋、进液管(5)与出液管(6)利用隔离定位架(8)进行安装连接，将换热管(7)固定在对中支架(10)上，形成一个锚孔插件；
C、将锚孔插件顺着锚孔插入至锚孔浆液中的设计位置，
D、对换热管(7)进行密闭打压试验，打压试验合格后，对进液管(5)、出液管(6)两端的进行封堵，以防止泥浆进入管内，同时保持进液管(5)、出液管(6)和换热管(7)内存水，以保证注浆时进液管(5)、出液管(6)和换热管(7)不变形；
E、用注浆泵或泥浆泵通过注浆管(2)将回填物从锚孔底部自下而上压入锚孔内，进行锚孔内注浆，直到注满整个锚孔。
8.如权利要求7所述的可采集地源热能的抗浮锚杆的施工方法，其特征是：所述步骤A中成孔深度由锚杆基体段及换热管埋置加长段两部分构成；所述锚孔的孔径为120-300mm；所述步骤E中注浆管(2)一边注浆一边对其进行提升；所述步骤E中还包括在垫层(11)内设置水平进液管(15)和水平出液管(16)，所述进液管(5)的进口与水平进液管(15)的出口相连，所述出液管(6)的出口与水平出液管(16)的进口相连。
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