一种新型预制能量桩体系及其施工方法技术

本发明专利技术公开了一种新型预制能量桩体系及其施工方法，能量桩体系包含连接于基础下的中空桩，设置于中空桩内部的交换液，连接于中空桩桩顶的封闭装置，连接于室内的热交换器、封闭装置和交换液之间的热交换管，以及连接于封闭装置和交换液之间辅助管；中空桩包含中空状的桩身和连接于桩身底端的桩尖。施工时，本发明专利技术通过在中空桩内设置交换液，使其避免了热交换管与桩身间产生裂缝和热量损失；通过设置封闭装置，一方面与基础纵筋连接或设置褥垫层，增强了安装结构的一体性，另一方面通过设置交换管孔和连接孔，便于热交换管、辅助管的安装；且密封层、密封圈以及隔热层的设置，均利于地热能量的储存。

A new prefabricated energy pile system and its construction method

【技术实现步骤摘要】
一种新型预制能量桩体系及其施工方法
本专利技术属于地下桩体技术施工领域，特别涉及一种新型预制能量桩体系及其施工方法。
技术介绍
地源热泵（Groundsourceheatpump）是以地源能为供能主体，提供夏季制冷、冬季供暖的能源。由于地源热泵利用了地球表面浅层地热资源（通常小于400米深）作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统，而地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，它不受地域、资源等限制，真正是量大面广、无处不在；这种储存于地表浅层近乎无限的可再生能源，使得地能也成为清洁的可再生能源一种形式、环境效益显著；且可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑，更适合于别墅住宅的采暖制冷。在20世纪80年代，工程界曾把换热管置于钢筋混凝土桩基内，被称之为桩基埋管地热换热器，也被称之为能源桩。目前常用的能源桩基桩为钢筋混凝土桩，因埋管与钢筋混凝土桩直接接触，混凝土在长时间温差和外部环境作用下，其化学和力学稳定性较差，并且与换热管的热膨胀系数不同，易产生伸缩缝和局部变形，不易长期使用；有的能源桩为中空设计，埋管与桩体间存在空气层；由于空气薄膜的存在，使得能源桩导热的效率大幅度下降，而且混凝土的热容低，宜导致温度不稳定；还有的为现场浇筑桩体，存在现场污染大，泥浆难以处理等不足；或有的能量桩体不易操作且承载力低。
技术实现思路
本专利技术提供了一种新型预制能量桩体系及其施工方法，用以解决能量桩在长时间使用时易产生裂缝和变形、利用效率低、以及承载小等技术问题。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：<br>一种新型预制能量桩体系，包含连接于基础下的中空桩，设置于中空桩内部的交换液，连接于中空桩桩顶的封闭装置，连接于室内的热交换器、封闭装置和交换液之间的热交换管，以及连接于封闭装置和交换液之间的辅助管；所述中空桩包含中空状的桩身和连接于桩身底端的桩尖；所述封闭装置包含连接于中空桩桩顶的封堵件、连接于封堵件内部的封堵件纵筋和封堵件箍筋、以及设置在封堵件上的交换管孔和连接孔；所述连接孔对应辅助管设置且至少设置有一个，辅助管包含监测管和/或抽注管以及监测抽注一体管。进一步的，所述热交换管为不透水导热材料制成，热交换管自封闭装置上交换管孔穿进，从另一交换管孔穿出，热交换管端部位于交换液中。进一步的，所述热交换管中注入水，水在热交换管和室内的热交换器间循环；所述热交换管置入交换液中的面积和长度适应热交换管中注入水温度变化循环所需经历的面积和长度。进一步的，所述热交换管在交换液中呈U形、多级U形、W形或螺旋形布置；所述交换液为水，交换液的液面标高为地下土层稳定温度为0或及以上深度处。进一步的，所述桩身涂刷有防水涂料或桩身与交换液间设置有防渗层；所述防渗层包含防渗套筒、防渗膜或防渗薄膜。进一步的，所述封堵件尺寸适应中空桩尺寸，封堵件通过混凝土浇筑预制而成；所述封堵件与中空桩连接面处设置有密封涂层、连接顶部设置有密封圈，封堵件底部设置有隔热层；或封堵件通过混凝土现场浇筑而成。进一步的，所述封堵件纵筋和封堵件箍筋均间隔布置，所述封堵件纵筋锚入基础内部；或所述封堵件纵筋顶部与封堵件顶部齐平，封堵件与基础间设置有褥垫层。进一步的，所述桩身为混凝土管桩、钢管桩、钢筋混凝土管桩或预应力钢筋混凝土管桩；所述桩尖与桩身一体预制、焊接或现场浇筑；或桩身由多段拼装组成，拼装处通过端头钢板焊接或者栓焊结合，并在连接处设置防水和/或防腐层。进一步的，所述中空桩在室内的基础范围内间隔布置，中空桩包含承力和非承力两组，承力的中空桩的实际承载强度大于或等于设计承载强度。进一步的，所述的一种新型预制能量桩体系的施工方法，具体步骤如下：步骤一、根据桩基施工图，确定中空桩的尺寸、材质和分布位置，结合地质和勘测资料确定中空桩嵌入深度和中空桩内交换液的标高；步骤二、加工中空桩并根据现场实际位置标号，在现场根据标号将中空桩打入或压入地下；步骤三、结合制作的中空桩加工封闭装置，其中，在封闭装置上依照设计要求预留交换管孔和连接孔，并且将封堵件纵筋端部伸出封堵件顶部；其中若设置褥垫层则封堵件纵筋顶部与封堵件顶部齐平；步骤四、将交换液和热交换管置入中空桩中，并将热交换管两端向上伸出；其中，监测和复核交换液标高，使其保持在设计标高处；步骤五、在中空桩桩顶部安装封闭装置，将热交换管自交换管孔穿出，并在连接孔中穿入辅助管；在封闭装置安装前侧面涂抹密封胶，安装后在封闭装置顶部安装密封圈、在底部安装隔热层；或封闭装置通过现场浇筑而成，浇筑前提前绑扎封堵件纵筋和封堵件箍筋，根据是否设置褥垫层选择封堵件纵筋的长度，然后现场浇筑并养护；步骤六、未设置褥垫层，将封堵件纵筋与基础中纵筋连接，并施工基础和地上建筑部分；设置褥垫层，褥垫层施工完成后施工基础和地上建筑部分；基础和地上建筑部分施工时，将伸出封闭装置和地面的热交换管和辅助管临时封堵；步骤七、完成地上建筑施工后，将热交换管与室内的热交换器连接，并将辅助管分别与监测器和水泵连接，由此完成新型预制能量桩体系的施工安装。本专利技术的有益效果体现在：1）本专利技术通过在中空桩内设置交换液，使得热交换管不与桩身直接接触，避免了热交换管与桩身间产生裂缝；且交换液由水组成，水的比热容大易于储存地热能量，避免热量损失；2）本专利技术通过设置封闭装置，一方面与基础纵筋连接或设置褥垫层，增强了安装结构的一体性，另一方面通过设置交换管孔和连接孔，便于热交换管和辅助管的安装；且封闭装置密封层、密封圈以及隔热层的设置，均利于地热能量的储存；3）本专利技术通过辅助管的设置，利于在使用中对中空桩内的交换液液面进行监测、以及在长时间使用后对交换液进行更换或补充；本专利技术，通过中空桩中注入交换液的设计，有效提升热交换率，避免长期形成的空气层，导致导热性大幅度下降，可保证能量的储存，减少施工成本；且本体系易于安装，施工便捷且利于节能环保；本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解；本专利技术的主要目的和其它优点可通过在说明书中所特别指出的方案来实现和获得。附图说明图1是新型预制能量桩体系施工示意图；图2是中空桩桩身横向剖面示意图；图3是中空桩桩尖结构示意图a；图4是中空桩桩尖结构示意图b；图5是封闭装置连接结构示意图a；图6是封闭装置连接结构示意图b；图7是封闭装置横向剖面示意图。附图标记：1-室内、2-基础、3-中空桩、31-桩身、311-混凝土、312-桩箍筋、313-桩纵筋、32-桩尖、4-交换液、5-热交换管、6-辅助管、7-封闭装置、71-封堵件、72-封堵件纵筋、73-封堵件箍筋、74-交换管孔、75-连接孔、8-褥垫层、9-防渗层。具体实施方式如图1所示，一种新型预制能量桩体系，包含连接于基础2下的中空桩3、设置于中空桩3内部的交换液4，连接于中空桩3桩顶的封闭装置7，连接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型预制能量桩体系，其特征在于，包含连接于基础（2）下的中空桩（3），设置于中空桩（3）内部的交换液（4），连接于中空桩（3）桩顶的封闭装置（7），连接于室内（1）的热交换器、封闭装置（7）和交换液（4）之间的热交换管（5），以及连接于封闭装置（7）和交换液（4）之间的辅助管（6）；/n所述中空桩（3）包含中空状的桩身（31）和连接于桩身（31）底端的桩尖（32）；/n所述封闭装置（7）包含连接于中空桩（3）桩顶的封堵件（71）、连接于封堵件（71）内部的封堵件纵筋（72）和封堵件箍筋（73）、以及设置在封堵件（71）上的交换管孔（74）和连接孔（75）；所述连接孔（75）对应辅助管（6）设置且至少设置有一个，辅助管（6）包含监测管和/或抽注管以及监测抽注一体管。/n

【技术特征摘要】
1.一种新型预制能量桩体系，其特征在于，包含连接于基础（2）下的中空桩（3），设置于中空桩（3）内部的交换液（4），连接于中空桩（3）桩顶的封闭装置（7），连接于室内（1）的热交换器、封闭装置（7）和交换液（4）之间的热交换管（5），以及连接于封闭装置（7）和交换液（4）之间的辅助管（6）；
所述中空桩（3）包含中空状的桩身（31）和连接于桩身（31）底端的桩尖（32）；
所述封闭装置（7）包含连接于中空桩（3）桩顶的封堵件（71）、连接于封堵件（71）内部的封堵件纵筋（72）和封堵件箍筋（73）、以及设置在封堵件（71）上的交换管孔（74）和连接孔（75）；所述连接孔（75）对应辅助管（6）设置且至少设置有一个，辅助管（6）包含监测管和/或抽注管以及监测抽注一体管。


2.如权利要求1所述的一种新型预制能量桩体系，其特征在于，所述热交换管（5）为不透水导热材料制成，热交换管（5）自封闭装置（7）上交换管孔（74）穿进，从另一交换管孔（74）穿出，热交换管（5）端部位于交换液（4）中。


3.如权利要求2所述的一种新型预制能量桩体系，其特征在于，所述热交换管（5）中注入水，水在热交换管（5）和室内（1）的热交换器间循环；所述热交换管（5）置入交换液（4）中的面积和长度适应热交换管（5）中注入水温度变化循环所需经历的面积和长度。


4.如权利要求3所述的一种新型预制能量桩体系，其特征在于，所述热交换管（5）在交换液（4）中呈U形、多级U形、W形或螺旋形布置；所述交换液（4）为水，交换液（4）的液面标高为地下土层稳定温度为0℃及以上深度处。


5.如权利要求1所述的一种新型预制能量桩体系，其特征在于，所述桩身（31）涂刷有防水涂料或桩身（31）与交换液（4）间设置有防渗层（9）；所述防渗层（9）包含防渗套筒、防渗膜或防渗薄膜。


6.如权利要求1所述的一种新型预制能量桩体系，其特征在于，所述封堵件（71）尺寸适应中空桩（3）尺寸，封堵件（71）通过混凝土浇筑预制而成；所述封堵件（71）与中空桩（3）连接面处设置有密封涂层、连接顶部设置有密封圈，封堵件（71）底部设置有隔热层；或封堵件（71）通过混凝土现场浇筑而成。


7.如权利要求1所述的一种新型预制能量桩体系，其特征在于，所述封堵件纵筋（72）和封堵件箍筋（73）均间隔布置，所述封堵件纵筋（72）锚入基础（2）内部；或所述封堵件纵筋（72）顶部与封堵件（71）顶部齐平，封堵件...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚攀峰，
申请(专利权)人：北京峰筑工程技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11