现浇钢筋混凝土水平围护能量桩及施工方法技术

现浇钢筋混凝土水平围护能量桩及施工方法，桩体内还设有U形换热管，且U形换热管固定在钢筋笼上；U形换热管的管底位于桩体内，U形换热管的两个管口沿轴向向上延伸并贯穿桩体的顶面；U形换热管的第一半管位于桩体内的背土侧，U形换热管的第二半管位于桩体内的迎土侧；桩体内还设有用于隔绝第一半管和第二半管交换热量的隔热板；U形换热管的两个管口分别与水箱的第一进口和第一出口相连通；水箱上还开设有用于向水箱内注入导热流体的注入口和用于排出水箱内的导热流体的排出口；水箱的第二进口和水箱的第二出口分别与给建筑供冷暖的供冷暖管道的入口和出口相连通；且第二进口和第二出口上分别设有第三开关。

【技术实现步骤摘要】
现浇钢筋混凝土水平围护能量桩及施工方法
本专利技术属于桩基工程领域，具体涉及一种现浇钢筋混凝土水平围护能量桩及施工方法。
技术介绍
基于对地下空间利用的考虑，工程技术人员将地源热泵与建筑桩基础结合起来，提出一种能量桩(energypiles)的技术方案。通过在桩基础中埋设的换热管，进行浅层低温地热能转换，在满足常规桩基力学功能的同时还能通过桩体实现与浅层地能的热交换。而把能量桩作为基坑水平围护桩，由于能源桩系统在基坑开挖阶段能提供温度应力，可以用来抵抗桩体的水平变形。在结构使用阶段又可作为普通能量桩进行浅层地热能的转换，实现一桩多用。出于安全考虑，相比一般用于竖向承载的能源桩，不仅不会产生对承载力不利的温度应力，还能产生抵抗桩体水平变形的有利的温度应力，增加了结构的可靠性。出于施工考虑，相比普通钻孔灌注桩，只多了绑扎换热管和绝热板这一步，施工简单，使用方便。出于对经济的考虑，围护桩在基坑完成后就废弃了，而把其变成能源桩，对周边建筑供冷供暖，实现了变废为宝，具有良好的经济效益，并且基坑开挖阶段水平围护能量桩能产生温度应力抵抗变形，所以能从一定程度上减少桩长，节约费用。中国专利CN105350522A公开了一种预制钢筋混凝土能量桩系统的制作及使用方法，能进行浅层低温地热能转换，为周边建筑供热，但这类桩多作为竖向承载桩，受竖向承载力，而能源桩在运行时桩，产生对承载力不利的温度应力，不利于桩的稳定性。并且此类桩没有对换热管位置进行合理布置，不能用来减小桩体的水平变形。中国专利CN105113486A公开了一种用于基坑围护以及边坡支护领域的钻孔灌注桩。在施工阶段，没有用来减小桩体水平位移的温度应力。并且在基坑施工完成后，桩就失去了作用，会被废弃，造成较大浪费。
技术实现思路
为了解决现有的能量桩不能抵抗桩体水平变形的缺点，本专利技术提供一种现浇钢筋混凝土水平围护能量桩及施工方法，不仅能够在基坑开挖阶段抵抗桩体水平变形，而且基坑完成后可对废弃的桩进行再利用，进行浅层低温地热能转换，为周围建筑供冷供热。本专利技术采用的技术方案是：本申请实施例提供一种现浇钢筋混凝土水平围护能量桩，包括插设在基坑内的桩体，所述桩体沿轴向的底端固定嵌设在所述基坑的土体内，所述桩体沿轴向的顶端竖直向上延伸；所述桩体内埋设有钢筋笼，所述桩体内还设有U形换热管，且所述U形换热管固定在所述钢筋笼上；所述U形换热管的管底位于所述桩体内，所述U形换热管的两个管口沿所述轴向向上延伸并贯穿所述桩体的顶面；所述U形换热管包括关于所述轴向对称的第一半管和第二半管，其中，所述第一半管位于所述桩体内的背土侧，所述第二半管位于所述桩体内的迎土侧；所述桩体内还设有用于隔绝所述第一半管和所述第二半管交换热量的隔热板，所述隔热板插设在所述第一半管和所述第二半管之间，且所述隔热板固定在所述钢筋笼上；所述U形换热管的两个管口分别与水箱的第一进口和第一出口相连通，且所述U形换热管与所述水箱组成一个循环回路；所述第一半管的管口通过第一管道与所述水箱的第一进口相连通，且所述第一管道上设有第一水泵和第一开关，所述第二半管的管口通过第二管道与所述水箱的第一出口相连通，且所述第二管道上设有第二水泵和第二开关；所述水箱上还开设有用于向所述水箱内注入导热流体的注入口和用于排出所述水箱内的导热流体的排出口；所述水箱的第二进口和所述水箱的第二出口分别与给建筑供冷暖的供冷暖管道的入口和出口相连通；且所述第二进口和第二出口上分别设有第三开关。进一步的，所述隔热板沿所述轴向设置在所述桩体的中间。进一步的，所述隔热板的长度为所述桩体长度的三分之二，且所述隔热板的顶端与所述桩体的顶端平齐。进一步的，所述第一半管和所述第二半管关于所述隔热板对称。进一步的，所述导热流体为水。本实施例还提供一种现浇钢筋混凝土水平围护能量桩的施工方法，包括以下步骤：(1)在基坑1中安装钢筋笼，将U形换热管固定在所述钢筋笼上，且所述U形换热管的两个管口分别外露于所述钢筋笼的上端；所述U形换热管包括关于所述轴向对称的第一半管和第二半管，其中，所述第一半管位于所述桩体内的背土侧，所述第二半管位于所述桩体内的迎土侧；在所述钢筋笼上安装隔热板，所述隔热板固定在所述第一半管和所述第二半管之间的钢筋笼上，所述第一半管和所述第二半管关于所述隔热板对称；(2)向钢筋笼上浇灌混凝土，以形成桩体，且所述U形换热管的两个管口分别外露于所述桩体的上端；(3)在所述桩体外布置所述水箱，将所述U形换热管的两个管口分别与水箱的第一进口和第一出口相连通，且所述U形换热管与所述水箱组成一个循环回路；(4)基坑开挖时，在夏天，关闭第二开关、第三开关，打开第一开关，并向所述水箱内注入热的导热流体，且所述导热流体的温度高于基坑中的桩体及桩体周围地层的温度；导热流体进入第一半管，由于导热流体水温高于桩体及桩体周围地层的温度，会使桩体的背土侧产生膨胀，产生温度应力抵抗基坑开挖产生的桩体变形；由于5m以下的地层温度接近恒温，U形换热管内的导热流体与土体不断发生热交换，温度不断降低；当导热流体到达第二半管4的管口时，温度会低于桩体迎土侧的温度，使桩体的迎土侧产生收缩，产生温度应力抵抗基坑开挖产生的桩体变形。在冬天，关闭第一开关、第三开关，打开第二开关，并向所述水箱内注入冷的导热流体，且所述导热流体的温度低于基坑中的桩体及桩体周围地层的温度；导热流体进入第二半管，由于导热流体水温低于桩体及桩体周围地层的温度，会使桩体的迎土侧产生收缩，产生温度应力抵抗基坑开挖产生的桩体变形；由于5m以下的地层温度接近恒温，U形换热管内的导热流体与土体发生热交换，温度不升高，当导热流体到达第一半管的管口时，温度会高于桩体的背土侧，使桩体的背土侧产生膨胀，产生温度应力，抵抗基坑1开挖产生的桩体变形；(5)在基坑开挖结束后，向所述水箱注入常温水，且打开第一开关、第二开关和第三开关；夏天，当所述供冷暖管道给所述建筑供冷时，所述水箱内的常温水经循环回路被桩体及桩体周围地层中的地温能冷却，且冷却后的常温水流入供冷暖管道内给建筑供冷；冬天，当所述供冷暖管道给所述建筑供暖时，所述水箱内的常温水经循环回路被桩体及桩体周围地层中的地温能加热，且加热后的常温水流入供冷暖管道内给建筑供暖。本专利技术的有益效果体现在：本专利技术所述能量桩作为基坑水平围护桩，只承受水平土压力，不受竖向荷载的影响，热交换过程在基坑开挖阶段产生温度应力不仅不会减小桩的荷载承受能力，还可以用来抵抗桩体的水平变形，增强了桩的稳定。本专利技术所述能量桩在基坑施工结束后变成能源桩，可进行浅层低温地热能转换，为周边建筑供冷供热，充分实现了变废为宝，具有良好的经济效益本专利技术一桩多用，既能在基坑开挖阶段减小桩体水平变形，又能在施工完后把废弃的围护桩作为能源桩使用，从而达到变废为宝的目的，并且材料简单，安装方便，易于控制，节约能源，具有广泛的应用前景。附图说明图1是一实施例中本专利技术的整体结构示意图。图2是一实施例中桩体的俯视图。图3是一实施例中U形换热管的结构示意图。图4是一实施例中本专利技术所述能量桩在基坑开挖阶段的工作原理示意图，其中桩体中的箭头表示水流方向。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术专利的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.现浇钢筋混凝土水平围护能量桩，其特征在于：包括插设在基坑内的桩体，所述桩体沿轴向的底端固定嵌设在所述基坑的土体内，所述桩体沿轴向的顶端竖直向上延伸；所述桩体内埋设有钢筋笼，所述桩体内还设有U形换热管，且所述U形换热管固定在所述钢筋笼上；所述U形换热管的管底位于所述桩体内，所述U形换热管的两个管口沿所述轴向向上延伸并贯穿所述桩体的顶面；所述U形换热管包括关于所述轴向对称的第一半管和第二半管，其中，所述第一半管位于所述桩体内的背土侧，所述第二半管位于所述桩体内的迎土侧；所述桩体内还设有用于隔绝所述第一半管和所述第二半管交换热量的隔热板，所述隔热板插设在所述第一半管和所述第二半管之间，且所述隔热板固定在所述钢筋笼上；所述U形换热管的两个管口分别与水箱的第一进口和第一出口相连通，且所述U形换热管与所述水箱组成一个循环回路；所述第一半管的管口通过第一管道与所述水箱的第一进口相连通，且所述第一管道上设有第一水泵和第一开关，所述第二半管的管口通过第二管道与所述水箱的第一出口相连通，且所述第二管道上设有第二水泵和第二开关；所述水箱上还开设有用于向所述水箱内注入导热流体的注入口和用于排出所述水箱内的导热流体的排出口；所述水箱的第二进口和所述水箱的第二出口分别与给建筑供冷暖的供冷暖管道的入口和出口相连通；且所述第二进口和第二出口上分别设有第三开关。...

【技术特征摘要】
1.现浇钢筋混凝土水平围护能量桩，其特征在于：包括插设在基坑内的桩体，所述桩体沿轴向的底端固定嵌设在所述基坑的土体内，所述桩体沿轴向的顶端竖直向上延伸；所述桩体内埋设有钢筋笼，所述桩体内还设有U形换热管，且所述U形换热管固定在所述钢筋笼上；所述U形换热管的管底位于所述桩体内，所述U形换热管的两个管口沿所述轴向向上延伸并贯穿所述桩体的顶面；所述U形换热管包括关于所述轴向对称的第一半管和第二半管，其中，所述第一半管位于所述桩体内的背土侧，所述第二半管位于所述桩体内的迎土侧；所述桩体内还设有用于隔绝所述第一半管和所述第二半管交换热量的隔热板，所述隔热板插设在所述第一半管和所述第二半管之间，且所述隔热板固定在所述钢筋笼上；所述U形换热管的两个管口分别与水箱的第一进口和第一出口相连通，且所述U形换热管与所述水箱组成一个循环回路；所述第一半管的管口通过第一管道与所述水箱的第一进口相连通，且所述第一管道上设有第一水泵和第一开关，所述第二半管的管口通过第二管道与所述水箱的第一出口相连通，且所述第二管道上设有第二水泵和第二开关；所述水箱上还开设有用于向所述水箱内注入导热流体的注入口和用于排出所述水箱内的导热流体的排出口；所述水箱的第二进口和所述水箱的第二出口分别与给建筑供冷暖的供冷暖管道的入口和出口相连通；且所述第二进口和第二出口上分别设有第三开关。2.如权利要求1所述的现浇钢筋混凝土水平围护能量桩，其特征在于：所述隔热板沿所述轴向设置在所述桩体的中间。3.如权利要求1所述的现浇钢筋混凝土水平围护能量桩，其特征在于：所述隔热板的长度为所述桩体长度的三分之二，且所述隔热板的顶端与所述桩体的顶端平齐。4.如权利要求1所述的现浇钢筋混凝土水平围护能量桩，其特征在于：所述第一半管和所述第二半管关于所述隔热板对称。5.如权利要求1所述的现浇钢筋混凝土水平围护能量桩，其特征在于：所述导热流体为水。6.如权利要求1至5任一项所述的现浇钢筋混凝土水平围护能量桩的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)在基坑1中安装钢筋笼，将U形换热管固定在所述钢筋笼上，且所述U形换热管的两个管口分别外露于所述钢筋笼的上端；所述U形换热管包括关于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王哲，姚王晶，金磊，翁凯文，曾理彬，刘耶军，冯韦皓，王乔坎，李翠凤，卞蒙丹，许四法，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33