基于后钻深埋管式灌注型能源桩换热系统的施工方法技术方案

本发明专利技术提供一种后钻深埋管式灌注型能源桩换热系统，包括能源桩和后钻式深井，所述能源桩包括桩基、桩基钢筋笼及能源桩换热孔，所述能源桩换热孔设置于所述桩基中心，所述后钻式深井与所述能源桩换热孔相贯通，所述能源桩换热孔和所述后钻式深井内放置有换热管并填充有填充物。本发明专利技术通过对后钻深埋管式灌注型能源桩换热系统结构进行改进，解决了现有技术中能源桩换热系统不能满足桩承载稳定性的要求的问题。此外，本发明专利技术还提供了一种基于所述后钻深埋管式灌注型能源桩换热系统的施工方法。

【技术实现步骤摘要】
后钻深埋管式灌注型能源桩换热系统及其施工方法
本专利技术属于资源利用
，涉及一种换热系统及施工方法，尤其涉及一种后钻深埋管式灌注型能源桩换热系统及其施工方法。
技术介绍
随着我国社会和经济的转型，传统单一的能源结构难以持续，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。敷设换热管须考虑地下开钻换热井，不仅施工造价较高、占有土地面积，而且地源热泵系统打井工作流程在建筑桩基之前，工作时间较长，对施工作业面和外网配套管线施工进程带来巨大影响。为突破这些障碍，能源桩换热技术应运而生，能源桩储热技术把建筑基桩作为换热井，减少地源热泵系统的打井环节，节省了空间，降低了成本。然而受限于建筑桩基的桩长，能源桩的换热管在桩基内的换热量有限，并且目前桩内埋管式能源桩普遍将换热管绑扎在桩基钢筋笼上，尤其是多段钢筋笼连接的长桩会增加非常繁杂的绑扎工序，极大的影响了桩基工程的施工工期，这是限制能源桩未能推广应用的最直接原因。随后出现的深层埋管能源桩换热系统克服了以上技术缺陷，同时解决了占用地下空间及埋深浅换热量有限的技术问题，但现有技术中换热系统的钻孔设在桩侧，不仅在往深层钻的时候难以确保上部桩孔内的稳定，而且与上部成桩的施工相互干扰。运营的时候，桩侧换热所存在的温度场会导致桩存在不可忽略的偏载。由于桩基和深井热泵组合结构需考虑在温度场与应力场耦合作用下两者之间变形的协调问题。根据当前能源桩试验数据反馈得到，在大温差(△T＝21℃)条件下，因温度变化在桩身可产生高达1300KN的附加荷载，桩基埋管换热系统在换热过程中结构的应力调整和承载力变化不容忽视。因此，目前能源桩换热系统不能满足桩承载稳定性的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种后钻深埋管式灌注型能源桩换热系统及其施工方法，解决现有技术中能源桩换热系统不能满足桩承载稳定性的要求的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种后钻深埋管式灌注型能源桩换热系统，包括能源桩和后钻式深井，所述能源桩包括桩基、桩基钢筋笼及能源桩换热孔，所述能源桩换热孔设置于所述桩基中心，所述后钻式深井与所述能源桩换热孔相贯通，所述能源桩换热孔和所述后钻式深井内放置有换热管并填充有填充物。相比于现有技术，本专利技术具有的有益效果是：所述能源桩换热孔设置于所述桩基中心，在竖向呈对称结构，运营的时候，附加温度应力呈对称分布，桩侧换热所存在的温度场不会导致桩产生偏载，使基桩的受力状态处于最佳。优选的，所述后钻深埋管式灌注型能源桩换热系统，还包括换热管保护定位装置，所述换热管保护定位装置固定于所述桩基地表端顶面中心。采用换热管保护定位装置，能起到保护换热管，承受上部荷载的作用，同时对后钻深孔起到定位作用。优选的，所述换热管保护定位装置为预制圆盘形多孔钢构件。换热管保护定位装置采用预制圆盘形多孔钢构件，所述换热管保护定位装置上预制有钻孔套管固定装置。使用预制圆盘形多孔钢构件能够节省施工时间，同时确保换热管在上部荷载作用下的正常运行。优选的，利用化学锚栓将所述换热管保护定位装置固定于所述桩基上，提高固定的稳固性，且易于实施。优选的，所述桩基采用不低于C30强度等级的混凝土材料。本专利技术提供了一种基于所述后钻深埋管式灌注型能源桩换热系统的施工方法，包括以下步骤：步骤一，进行所述能源桩施工，平整所述桩基顶面；步骤二，架设钻机，所述钻机的钻杆对准所述桩基顶面中心向下垂直钻孔，直至钻至预定深度，形成所述能源桩换热孔和所述后钻式深井；步骤三，将所述换热管设置于所述能源桩换热孔和所述后钻式深井内，所述换热管下探至所述后钻式深井底部；步骤四，用所述填充物回填所述能源桩换热孔和所述后钻式深井空隙；步骤五，将所述换热管与集分水器连通。相比于现有技术，本专利技术提供的基于所述后钻深埋管式灌注型能源桩换热系统的施工方法能够实现桩基施工与换热管钻孔施工交叉作业，不干扰桩基设备连续作业，施工方法便利，有利于将减少能源桩及深埋管施工时对作业面及施工整体进度的影响，有利于流水施工和大规模的同时作业。优选的，在平整所述桩基顶面后，在所述桩基顶面中心放置所述换热管保护定位装置，所述钻机的钻杆对准所述换热管保护定位装置中心向下垂直钻孔，在钻孔时能减少桩头破坏，起到保护桩头的作用。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1a为本专利技术的整体示意图；图1b为本专利技术的整体内部结构示意图；图2a为本专利技术的整体正视图；图2b为本专利技术的整体内部结构正视图；图3a为本专利技术的整体侧视图；图3b为本专利技术的整体内部结构侧视图；图4为本专利技术的整体俯视图；图5a为本专利技术的桩头示意图；图5b为本专利技术的桩头内部结构示意图；图6为本专利技术的换热管保护定位装置示意图；图7为本专利技术的换热管保护定位装置俯视图；图8为本专利技术的单U型换热管上部示意图；图9为本专利技术的单U型换热管下部示意图；图10为本专利技术的双U型并联式换热管上部示意图；图11为本专利技术的双U型并联式换热管下部示意图；图12为本专利技术的双U型串联式换热管上部示意图；图13为本专利技术的双U型串联式换热管下部示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中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，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1a至图4所示，本专利技术提供了一种后钻深埋管式灌注型能源桩换热系统，包括能源桩3和后钻式深井7，所述能源桩3包括桩基2、桩基钢筋笼4及能源桩换热孔5，所述能源桩换热孔5设置于所述桩基2中心，所述后钻式深井7与所述能源桩换热孔5相贯通，所述能源桩换热孔5和所述后钻式深井7内放置有换热管6并填充有填充物8。作为优选，所述填充物8选用膨润土或细砂，能起到较好的热传递作用。在一些实施例中，采用灌注型基桩作为所述能源桩3桩身结构，包括钻孔灌注桩、沉管灌注桩、人工挖孔灌注桩、爆扩灌注桩，所述能源桩3直径优选800mm，桩长优选为30m，所述桩基2优选采用不低于C30强度等级的混凝土材料。本专利技术一些实施例中，所述后钻深埋管式灌注型能源桩换热系统还包括换热管保护定位装置1，所述换热管保护定位装置1固定于所述桩基2地表端顶面中心。如图5a至图7所示，一些实施例中，在所述换热管保护定位装置1上预留4个螺栓孔12，通过向所述螺栓孔12打入化学锚栓11将所述换热管保护定位装置1固定在所述桩基2地表端顶面中心，所述化学锚栓11规格不低于M20*260。所述换热管保护定位装置1优选为预制圆盘形多孔钢构件，所述换热管保护定位装置1上预制有钻孔套管固定装置，侧面设有凹槽，容纳与所述换热管6连接的水平进水管9和水平出水管10。所述预制圆盘形多孔钢构件尺寸优选为外直径300mm，内直径150mm，高度60mm。所述换热管6优选采用高密度聚乙烯(HDPE)换热管，外径为32mm，壁厚3mm。所述换热管6可选用多种连接形式，例如单U型，双本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.后钻深埋管式灌注型能源桩换热系统，其特征在于，包括能源桩(3)和后钻式深井(7)，所述能源桩(3)包括桩基(2)、桩基钢筋笼(4)及能源桩换热孔(5)，所述能源桩换热孔(5)设置于所述桩基(2)中心，所述后钻式深井(7)与所述能源桩换热孔(5)相贯通，所述能源桩换热孔(5)和所述后钻式深井(7)内放置有换热管(6)并填充有填充物(8)。

【技术特征摘要】
1.后钻深埋管式灌注型能源桩换热系统，其特征在于，包括能源桩(3)和后钻式深井(7)，所述能源桩(3)包括桩基(2)、桩基钢筋笼(4)及能源桩换热孔(5)，所述能源桩换热孔(5)设置于所述桩基(2)中心，所述后钻式深井(7)与所述能源桩换热孔(5)相贯通，所述能源桩换热孔(5)和所述后钻式深井(7)内放置有换热管(6)并填充有填充物(8)。2.如权利要求1所述后钻深埋管式灌注型能源桩换热系统，其特征在于，还包括换热管保护定位装置(1)，所述换热管保护定位装置(1)固定于所述桩基(2)地表端顶面中心。3.如权利要求2所述后钻深埋管式灌注型能源桩换热系统，其特征在于，所述换热管保护定位装置(1)为预制圆盘形多孔钢构件，所述换热管保护定位装置(1)上预制有钻孔套管固定装置。4.如权利要求2所述后钻深埋管式灌注型能源桩换热系统，其特征在于，利用化学锚栓(11)将所述换热管保护定位装置(1)固定于所述桩基(2)上。5.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖衡林，陈智，肖彧，马强，阙梦珂，董延龙，刘永莉，李丽华，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