CN111042112A - 一种新型布管形式的钻孔灌注能量桩及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于土木建筑工程技术领域，具体公开了一种新型布管形式的钻孔灌注能量桩及其施工方法，其中装置包括灌注桩，设置于灌注桩内的传热管，与传热管进口联通的水泵，以及与传热管出口联通的集热器，所述水泵和集热器均与换热结构联通，所述灌注桩由多个钢筋笼分段下放焊接而成，每个钢筋笼由顶部钢筋笼、底部钢筋笼和中间部钢筋笼三段组成，每段钢筋笼顶部和底部均焊有钢筋箍环，所述传热管穿过钢筋箍环绑扎到钢筋笼上，所述传热管经过水泵和换热结构之后通向集热器，本发明具有结构简单，施工方便快捷的优点。
Description
技术领域
本发明属于土木建筑工程技术领域，尤其涉及一种新型布管形式的钻孔灌注能量桩及其施工方法。
背景技术
浅层地热能是一种清洁、可持续利用能源，造价低、使用方便、最重要的是分布范围广，应用前景很可观，能量桩技术就是利用下部地层中稳定、持续的地热对上部结构进行热交换：冬季可进行供热；夏季可进行降温或制冷，目前对于能量桩的利用停留在中、小工程上，大、特大工程利用甚少。
灌注桩对于能量桩用于大工程上有重要的意义，目前大直径灌注能量桩没有推广应用主要因为施工工序复杂、钢筋笼分段下放传热管布置困难、传热管容易出现被电焊或者混凝土导管破坏的情况、质量不稳定等因素影响，因此，如何解决上述问题以及选取最合适的布管方式是广大科研技术人员亟待解决的问题。申请号为201820023683.6的专利文件公开了一种地源热泵能量桩，该方法设置上下连接的圆形管段，将换热管进行分支创新，提高换热效率，分解了换热管路在轴向上受到的应力，避免桩顶施加荷载后，桩内的换热管路承受较大的应力而变形甚至断裂，但该方法换热管需要重新改造，造价高昂且质量没有保证；申请号为CN201710294328.2的专利公开了一种基于深层埋管及能源桩的换热系统及施工工艺，该方法虽然克服了传统地埋管地源热泵系统占用地下空间以及能源桩埋置浅且换热量有限的缺点，提高地热清洁能源利用率，但桩内埋置换热管过短，不能充分利用地热资源，换热管成活率偏低等。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型布管形式的钻孔灌注能量桩及其施工方法，将能量桩推广到大型工程上，克服灌注能量桩施工技术上的一些缺陷与不足，增强灌注能量桩的地热利用率。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种新型布管形式的钻孔灌注能量桩，包括灌注桩，设置于灌注桩内的传热管，与传热管进口联通的水泵，以及与传热管出口联通的集热器，所述水泵和集热器均与换热结构联通，所述灌注桩由多个钢筋笼分段下放焊接而成，每个钢筋笼由顶部钢筋笼、底部钢筋笼和中间部钢筋笼三段组成，每段钢筋笼顶部和底部均焊有钢筋箍环，所述传热管穿过钢筋箍环绑扎到钢筋笼上，所述传热管经过水泵和换热结构之后通向集热器。
进一步的，所述传热管布管为多段拼接状，接口处用热熔或者接头对接形成整体回路。
进一步的，灌注桩桩身由受力钢筋，加强箍筋、螺旋式箍筋和混凝土组成，受力钢筋沿桩身圆周均匀布置，加强箍筋在竖直方向上每隔2m焊接在受力钢筋内部，受力钢筋外部采用螺旋式箍筋焊接，传热管在两根受力钢筋中部绑扎到螺旋式箍筋上。
进一步的，所述钢筋箍环为半圆形，钢筋箍环两端分别焊接在每段钢筋笼顶部和底部的加强箍筋上。
进一步的，所述传热管内通有导热液体，导热液体为乙二醇和水的混合物，乙二醇与水的配比为20~40%：60~80%。
一种新型布管形式的钻孔灌注能量桩的施工方法，包括以下步骤：
1）开孔及成孔：在确认桩位、垂直度和前期准备工作符合标准时，进行开孔；
2）绑扎传热管：在钢筋厂对已经焊接好的钢筋笼进行传热管绑扎；
3）吊放并焊接钢筋笼：将绑扎好传热管的每段钢筋笼分段下放至孔内，并依次焊接上部钢筋笼；
4）传热管对接：待焊接完成，钢筋冷却，将传热管管头与下部钢筋笼的管头进行对接，可采用热熔对接或者接头对接；
5）重复步骤3）和步骤4），直至钢筋笼下放完成；
6）浇筑混凝土：钻孔桩砼采用导管法进行水下砼灌注，灌注的桩顶高度高出设计标高不小于0.5m；
7）连接传热管：在传热管内通入导热液体，将传热管、水泵与集热器串联形成闭合回路即可。
进一步的，所述步骤2）中绑扎传热管时管间距为35~55cm，每隔1~1.5m传热管用保护皮套绑扎，中间使用扎带绑扎，加强箍筋处的传热管用保护套绑扎，每段钢筋笼绑扎的传热管端部均穿过焊接好的钢筋箍环；桩顶部传热管预留3~4m，每段钢筋笼下放焊接处的传热管需预留2m~3m。
进一步的，所述步骤3）中传热管管头固定到安全区域，受力钢筋采用双面搭接焊。
进一步的，在浇筑混凝土之前需对桩头传热管进行保护，具体为将灌注桩桩头浮浆凿除，对桩顶以下2m的传热管进行钢管保护，将钢管固定到钢筋笼上。
进一步的，所述步骤6）中混凝土浇筑以后，桩头浮浆凿除，确保桩头砼质量。
本发明具有的优点是：本发明设计的灌注能量桩在不影响正常施工的情况下，对施工进行优化，加强施工时对传热管保护，并且新型布管形式分为多段式，减少换热管路在轴向上受到的应力，避免桩顶施加荷载后，桩内的换热管路承受较大的应力而变形甚至断裂，同时桩内布管充足，能充分利用地热资源，换热效果要高于普通的U型布管和螺旋布管，造价低，应用广泛，不仅能减少热胀冷缩引起的桩体变形，而且能够应用到大型绿色节能项目上。
附图说明
图1是本发明的传热管布置结构示意图。
图2是本发明的施工顺序示意图。
图3是本发明的灌注能量桩结构示意图。
1、灌注桩；2、传热管；3、受力钢筋；4、螺旋式箍筋；5、钢筋箍环；6、加强箍筋；7、集热器；8、水泵；9、换热结构；10、接头；11、钢筋笼；11-1、顶部钢筋笼；11-2、中间部钢筋笼；11-3、底部钢筋笼；12、混凝土；13、钢管保护。
具体实施方式
如图1所示，一种新型布管形式的钻孔灌注能量桩，包括灌注桩1，灌注桩桩径在0.8m~2.5m，桩长大于20m，设置于灌注桩1内的传热管2，与传热管2进口联通的水泵8，以及与传热管2出口联通的集热器7，所述水泵8和集热器7均与换热结构9联通，所述灌注桩1由多个钢筋笼11分段下放焊接而成，每个钢筋笼11由顶部钢筋笼11-1、底部钢筋笼11-2和中间部钢筋笼11-3三段组成，每段钢筋笼11顶部和底部均焊有钢筋箍环5，所述钢筋箍环5为半圆形，钢筋箍环5两端分别焊接在每段钢筋笼11顶部和底部的加强箍筋6上，钢筋箍环5半径在2cm~3cm之间，由于传热管2在穿越加强箍筋6时凸起比较明显，焊接钢筋箍环5并使传热管通过钢筋箍环5，可以在下放混凝土导管时候起到保护传热管的效果，所述传热管2穿过钢筋箍环5绑扎到钢筋笼11上，所述传热管2经过水泵8和换热结构9之后通向集热器7，所述传热管2布管为多段拼接状，接口处用热熔或者接头10对接形成整体回路，所述传热管2内通有导热液体，导热液体为乙二醇和水的混合物，乙二醇与水的配比为20~40%：60~80%。
进一步的，灌注桩1桩身由受力钢筋3，加强箍筋6、螺旋式箍筋4和混凝土12组成，受力钢筋3沿桩身圆周均匀布置，加强箍筋6在竖直方向上每隔2m焊接在受力钢筋3内部，受力钢筋3外部采用螺旋式箍筋4焊接，传热管2在两根受力钢筋3中部绑扎到螺旋式箍筋4上。
桩内布置的新型U型管埋管长度大于同类桩普通U型布管，同时桩头只有一对进出水口，并且在密集布管区域高差较小，可以适当减少水泵扬程需求，相较于并联多U型布管可以节省水泵数量，2~3根灌注桩共同使用一个水泵即可进行循环工作。管径在20mm~25mm之间，管径过大容易造成上部弯曲处出现断水现象。
一种新型布管形式的钻孔灌注能量桩的施工方法，包括以下步骤：
1）开孔及成孔：在确认桩位、垂直度等符合标准时，进行开孔，开钻前先在孔内灌注泥浆，开孔采用低冲程进行；成孔后，及时对桩孔的中心位置、孔径倾斜度，孔深等进行测定，符合设计和规范要求后，采用换浆法立即进行清孔；
2）绑扎传热管：① 在钢筋厂对已经焊接好的钢筋笼11进行传热管2绑扎，根据桩径大小选取不同的管间距，管间距控制在在35cm~55cm；② 每隔1m~1.5m对传热管采用保护皮套绑扎，中间使用扎带绑扎；③ 加强箍筋6部位处的传热管也需要保护套绑扎；④ 每段钢筋笼11绑扎的传热管端部需要穿过焊接好的钢筋箍环5；⑤桩顶部传热管预留3m~4m，同时每段钢筋笼下放焊接处的传热管也需要预留2m~3m；
3）吊放并焊接钢筋笼：① 将绑扎好传热管的每段钢筋笼11分段下放至孔内，并依次焊接上部钢筋笼11，注意将传热管管头固定到安全区域，以免破坏传热管，受力钢筋3采用双面搭接焊；
4）传热管对接：待焊接完成，钢筋冷却，将传热管管头与下部钢筋笼的管头进行对接，可采用热熔对接或者接头对接；
5）重复3）和4）步骤，直至钢筋笼下放完成；
6）桩头传热管保护：大直径灌注桩常有桩头凿除浮浆，需要对桩顶一下2m深度的传热管进行钢管13保护，钢管13固定到钢筋笼11上；
7）浇筑混凝土：钻孔桩砼采用导管法进行水下混凝土12灌注，灌注的桩顶高度保证高出设计标高不小于0.5m，最后桩头凿除浮浆，确保桩头砼质量；
8）连接传热管：在传热管内通入配有防冻液的水，将传热管2、水泵8、换热结构9与集热器7串联形成闭合回路；
9）通过桩桩身混凝土将土层中的浅层地温能传递到导热管，通过导热管传热给导热液体，在导热管回路中的导热液体将热量循环不断输送到集热器中。
Claims (10)
1.一种新型布管形式的钻孔灌注能量桩，包括灌注桩，设置于灌注桩内的传热管，与传热管进口联通的水泵，以及与传热管出口联通的集热器，所述水泵和集热器均与换热结构联通，其特征在于：所述灌注桩由多个钢筋笼分段下放焊接而成，每个钢筋笼由顶部钢筋笼、底部钢筋笼和中间部钢筋笼三段组成，每段钢筋笼顶部和底部均焊有钢筋箍环，所述传热管穿过钢筋箍环绑扎到钢筋笼上，所述传热管经过水泵和换热结构之后通向集热器。
2.如权利要求1所述的新型布管形式的钻孔灌注能量桩，其特征在于：所述传热管布管为多段拼接状，接口处用热熔或者接头对接形成整体回路。
3.如权利要求2所述的新型布管形式的钻孔灌注能量桩，其特征在于：灌注桩桩身由受力钢筋，加强箍筋、螺旋式箍筋和混凝土组成，受力钢筋沿桩身圆周均匀布置，加强箍筋在竖直方向上每隔2m焊接在受力钢筋内部，受力钢筋外部采用螺旋式箍筋焊接，传热管在两根受力钢筋中部绑扎到螺旋式箍筋上。
4.如权利要求3所述的新型布管形式的钻孔灌注能量桩，其特征在于：所述钢筋箍环为半圆形，钢筋箍环两端分别焊接在每段钢筋笼顶部和底部的加强箍筋上。
5.如权利要求4所述的新型布管形式的钻孔灌注能量桩，其特征在于：所述传热管内通有导热液体，导热液体为乙二醇和水的混合物，乙二醇与水的配比为20~40%：60~80%。
6.如权利要求1-5任一所述的新型布管形式的钻孔灌注能量桩的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）开孔及成孔：在确认桩位、垂直度和前期准备工作符合标准时，进行开孔；
2）绑扎传热管：在钢筋厂对已经焊接好的钢筋笼进行传热管绑扎；
3）吊放并焊接钢筋笼：将绑扎好传热管的每段钢筋笼分段下放至孔内，并依次焊接上部钢筋笼；
4）传热管对接：待焊接完成，钢筋冷却，将传热管管头与下部钢筋笼的管头进行对接，可采用热熔对接或者接头对接；
5）重复步骤3）和步骤4），直至钢筋笼下放完成；
6）浇筑混凝土：钻孔桩砼采用导管法进行水下砼灌注，灌注的桩顶高度高出设计标高不小于0.5m；
7）连接传热管：在传热管内通入导热液体，将传热管、水泵与集热器串联形成闭合回路即可。
7.如权利要求6所述的新型布管形式的钻孔灌注能量桩的施工方法，其特征在于：所述步骤2）中绑扎传热管时管间距为35~55cm，每隔1~1.5m传热管用保护皮套绑扎，中间使用扎带绑扎，加强箍筋处的传热管用保护套绑扎，每段钢筋笼绑扎的传热管端部均穿过焊接好的钢筋箍环；桩顶部传热管预留3~4m，每段钢筋笼下放焊接处的传热管需预留2m~3m。
8.如权利要求6所述的新型布管形式的钻孔灌注能量桩的施工方法，其特征在于：所述步骤3）中传热管管头固定到安全区域，受力钢筋采用双面搭接焊。
9.如权利要求6所述的新型布管形式的钻孔灌注能量桩的施工方法，其特征在于：在浇筑混凝土之前需对桩头传热管进行保护，具体为将灌注桩桩头浮浆凿除，对桩顶以下2m的传热管进行钢管保护，将钢管固定到钢筋笼上。
10.如权利要求6所述的新型布管形式的钻孔灌注能量桩的施工方法，其特征在于：所述步骤6）中混凝土浇筑以后，桩头浮浆凿除，确保桩头砼质量。
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