深层埋管式预制型能源管桩及其施工工艺制造技术

本发明专利技术属于建筑桩基和能源开发技术领域，涉及一种可提高浅层地热清洁能源利用率的深层埋管式预制型能源管桩及其施工工艺，该深层埋管式预制型能源管桩包括预制型能源管桩、深层钻孔换热井、换热管以及回填料；预制型能源管桩以及深层钻孔换热井自上而下同轴设置；预制型能源管桩内部以及深层钻孔换热井内部沿预制型能源管桩的轴向均设置有垂直钻孔；换热管整体呈U型；换热管从预制型能源管桩的顶部伸向深层钻孔换热井底部；回填料填充在换热管与垂直钻孔之间。本发明专利技术结构合理，施工工艺简洁，能够节约钻孔费用且不影响预制桩施工，是一种高效、环保的新型能源预制桩形式。 1

【技术实现步骤摘要】
深层埋管式预制型能源管桩及其施工工艺
本专利技术属于建筑桩基和能源开发
，涉及一种能源管桩及施工工艺，尤其涉及一种可提高浅层地热清洁能源利用率的深层埋管式预制型能源管桩及其施工工艺。
技术介绍
21世纪以来，中国已成为全球第一能源消费大国，我国能源结构主要依赖煤炭等化石燃料，煤炭燃烧排放的烟尘、CO2等所带来的环境污染问题备受全球瞩目。地源热泵系统凭借节约能源、减少污染物排放等优势已成为清洁能源的一种主要形式，地源热泵应用是地下空间能源应用工程的核心，与其他空调系统相比有着特殊的优势。到2020年，我国地热供暖或制冷面积将累计达到16亿平方米，共可替代标煤7210万吨，作为节能环保产业的地源热泵行业迎来了新的曙光。传统的埋管式地源热泵技术因占地面积大，且上部空间难以利用，导致该技术在市区等土地供应紧张地块难以推广应用。能源桩技术通过在建筑桩基内埋设换热管，实现承载建筑上部荷载和换取浅层地热的双重功能。能源桩具有不占用额外的面积，节省部分钻孔费用等优点。通常桩基桩长在20～30m，而地源热泵钻孔深度达100m，因此在有限的桩长内难以获取充足的换热量，因此，传统的桩内埋管式能源桩换热量较少。并且目前能源桩主要以灌注桩为主，依靠人工将换热管绑扎在钢筋笼上进行固定，对机械化的桩基施工影响非常大，难以连续作业。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中存在的上述技术问题，本专利技术提供了一种高效环保、能够节约钻孔费用且部影响预制桩施工的深层埋管式预制型能源管桩及其施工工艺。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种深层埋管式预制型能源管桩，其特征在于：所述深层埋管式预制型能源管桩包括预制型能源管桩、深层钻孔换热井、换热管以及回填料；所述预制型能源管桩以及深层钻孔换热井自上而下同轴设置；所述预制型能源管桩内部以及深层钻孔换热井内部沿预制型能源管桩的轴向均设置有垂直钻孔；所述换热管整体呈U型；所述换热管从预制型能源管桩的顶部伸向深层钻孔换热井底部；所述回填料填充在换热管与垂直钻孔之间。作为优选，本专利技术所采用的预制型能源管桩包括一节或多节预制钢筋混凝土管桩；所述预制钢筋混凝土管桩与深层钻孔换热井自上而下同轴设置；所述预制钢筋混凝土管桩是多节时，多节预制钢筋混凝土管桩自上而下依次相连。作为优选，本专利技术所采用的预制型能源管桩还包括设置在最顶部预制钢筋混凝土管桩顶部的用于保护预制钢筋混凝土管桩以及换热管的桩顶换热管保护装置。作为优选，本专利技术所采用的桩顶换热管保护装置包括预制圆盘钢构件以及锚栓；所述预制圆盘钢构件上设置有锚栓通孔以及换热管通孔；所述换热管穿过换热管通孔后从预制型能源管桩的顶部伸向深层钻孔换热井底部；所述锚栓通过锚栓通孔将预制圆盘钢构件与最顶部预制钢筋混凝土管桩相连。作为优选，本专利技术所采用的换热管包括进水管以及与进水管相连的出水管；所述进水管与出水管相连后整体呈U型。作为优选，本专利技术所采用的换热管是单U型、双U串联型或双U并联型。作为优选，本专利技术所采用的回填料是细砂或膨润土。作为优选，本专利技术所采用的深层埋管式预制型能源管桩还包括设置在预制型能源管桩顶部且置于垂直钻孔中的连接承台钢筋笼。一种基于如上所述的深层埋管式预制型能源管桩的施工工艺，其特征在于：所述施工工艺包括以下步骤：1)采用沉桩设备，将预制钢筋混凝土管桩按设计方案在指定位置沉桩；2)根据设计要求计算送桩深度，当送桩至设计标高后停止送桩；3)将桩顶换热管保护装置嵌入并固定在预制钢筋混凝土管桩的桩头；4)架设钻机，从预制钢筋混凝土管桩桩头的固定装置内部下放护筒及钻杆，向下垂直钻孔；待垂直钻孔的深度不小于100米时，拔出钻杆和护筒；5)在垂直钻孔中下放换热管直至换热管底端到达垂直钻孔底部，截断换热管上部外露多余部分并进行密封保护；6)采用回填料回填换热管与垂直钻孔之间的空隙，在预制钢筋混凝土管桩的上部预留不大于1m的沉槽；7)在沉槽中下放连接承台钢筋笼，连接承台钢筋笼的底端插入回填料中，上部通过横向钢筋固定于预制钢筋混凝土管桩的桩顶；8)使用弯头将水平换热管与垂直钻孔内的换热管熔接，再将水平换热管端口密封保护，在水平换热管底部铺设5～10cm砂垫层进行保护。作为优选，本专利技术所采用的步骤1)中所述预制钢筋混凝土管桩是多节时，相邻两节预制钢筋混凝土管桩的桩底与桩顶通过法兰盘连接法、焊接法和/或浆锚法进行首尾接桩；所述步骤2)中，当送桩至设计标高后停止送桩时，若预制钢筋混凝土管桩外漏长度超过设计值，采用切割设备切割超过标高的部分管桩，所述步骤8)之后还包括：9)按照预制钢筋混凝土管桩顶部结构的设计要求对预制钢筋混凝土管桩顶部浇筑基础承台或基础梁；10)将水平换热管与换热系统的集分水器相连。本专利技术的优点是：本专利技术提供了一种深层埋管式预制型能源管桩及其施工工艺，该深层埋管式预制型能源管桩能够解决现有技术中桩内埋管式能源桩换热量不够以及传统地源热泵占用土地面积的问题，提高整体换热量以及换热效率。本专利技术采用敞口式预制管桩内部深层钻孔埋管的结构形式，在换热过程中因换热产生附加温度荷载呈对称分布，这是一种比较良好的受力状态。本专利技术所采用的桩顶换热管保护装置，不仅能够对截桩后的预制管桩进行保护，而且能起到保护桩内换热管与水平进口换热管的作用。预制管桩下部钻孔深度可变，本专利技术可根据用户需求选定不同的钻孔深度来获取不同的换热量。不同于灌注型能源桩在施工过程中需在下放钢筋笼时绑扎换热管，本专利技术采用预制型能源管桩作为承载结构，能够极大的节省人工投入以及确保成桩质量。本专利技术公开深层埋管式预制型能源管桩的施工工艺在施工方面对原桩基施工方案影响较小，而且节省了预制管桩内部的钻孔费用。因此，本专利技术兼具传统预制型能源桩与地源热泵的优点，是一种绿色环保且承载特性良好的新型能源桩，具有广阔的应用前景。本专利技术通过在预制管桩底部继续向下钻孔，使埋管深度达到100m，可以有效的提高其换热效率和换热量。预制桩具有快速施工，结构形式固定等优点，考虑在预制管桩内深埋换热管不影响桩基施工，结构形式合理，具有广阔的应用前景。附图说明图1a为本专利技术所提供的深层埋管式预制型能源管桩的整体示意图；图1b为本专利技术所提供的深层埋管式预制型能源管桩的剖面结构示意图；图2为本专利技术所采用的连接承台钢筋笼的结构示意图；图3为本专利技术所采用的桩顶换热管保护装置的正视结构示意图；图4为本专利技术所采用的桩顶换热管保护装置的俯视结构示意图；附图标记说明如下：1-连接承台钢筋笼；2-锚栓；3-桩顶换热管保护装置；4-预制型能源管桩；5-预制钢筋混凝土管桩；6-换热管；7-深层钻孔换热井；8-回填料。具体实施方式本专利技术提供了一种绿色环保且承载特性良好的新型能源桩，有效利用预制型能源管桩和深层钻孔换热井的合理组合，极大提高了能源桩的换热量及换热效率，具备良好的受力性能，具有很好的市场前景和推广价值。参见图1a以及图1b，本专利技术提供了一种深层埋管式预制型能源管桩，该深层埋管式预制型能源管桩包括预制型能源管桩4、深层钻孔换热井7、换热管6以及回填料8；预制型能源管桩4以及深层钻孔换热井7自上而下同轴设置；预制型能源管桩4内部以及深层钻孔换热井7内部沿预制型能源管桩4的轴向均设置有垂直钻孔；换热管6整体呈U型；换热管6从预制型能源管桩4的顶部伸向深层钻本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种深层埋管式预制型能源管桩，其特征在于：所述深层埋管式预制型能源管桩包

【技术特征摘要】
1.一种深层埋管式预制型能源管桩，其特征在于：所述深层埋管式预制型能源管桩包括预制型能源管桩（4）、深层钻孔换热井（7）、换热管（6）以及回填料（8）；所述预制型能源管桩（4）以及深层钻孔换热井（7）自上而下同轴设置；所述预制型能源管桩（4）内部以及深层钻孔换热井（7）内部沿预制型能源管桩（4）的轴向均设置有垂直钻孔；所述换热管（6）整体呈U型；所述换热管（6）从预制型能源管桩（4）的顶部伸向深层钻孔换热井（7）底部；所述回填料（8）填充在换热管（6）与垂直钻孔之间。2.根据权利要求1所述的深层埋管式预制型能源管桩，其特征在于：所述预制型能源管桩（4）包括一节或多节预制钢筋混凝土管桩（5）；所述预制钢筋混凝土管桩（5）与深层钻孔换热井（7）自上而下同轴设置；所述预制钢筋混凝土管桩（5）是多节时，多节预制钢筋混凝土管桩（5）自上而下依次相连。3.根据权利要求2所述的深层埋管式预制型能源管桩，其特征在于：所述预制型能源管桩（4）还包括设置在最顶部预制钢筋混凝土管桩（5）顶部的用于保护预制钢筋混凝土管桩（5）以及换热管（6）的桩顶换热管保护装置（3）。4.根据权利要求3所述的深层埋管式预制型能源管桩，其特征在于：所述桩顶换热管保护装置（3）包括预制圆盘钢构件以及锚栓（2）；所述预制圆盘钢构件上设置有锚栓通孔以及换热管通孔；所述换热管（6）穿过换热管通孔后从预制型能源管桩（4）的顶部伸向深层钻孔换热井（7）底部；所述锚栓（2）通过锚栓通孔将预制圆盘钢构件与最顶部预制钢筋混凝土管桩（5）相连。5.根据权利要求1或2或3或4所述的深层埋管式预制型能源管桩，其特征在于：所述换热管（6）包括进水管以及与进水管相连的出水管；所述进水管与出水管相连后整体呈U型。6.根据权利要求5所述的深层埋管式预制型能源管桩，其特征在于：所述换热管（6）是单U型、双U串联型或双U并联型。7.根据权利要求6所述的深层埋管式预制型能源管桩，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖衡林，阙梦柯，陈智，马强，陈卫忠，李丽华，刘永莉，高华雨，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42