一種熱交換空心樁及其施工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及粧埋管形式的地源熱泵技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種熱交換空心粧及其施工方法，主要適用于建筑粧基礎(chǔ)和地源熱泵技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]地源熱泵技術(shù)，利用淺層常溫地?zé)崮芙鉀Q建筑供暖制冷問題，屬于節(jié)能、環(huán)保的可再生能源利用技術(shù)。為了解決常規(guī)地源熱泵傳熱管埋設(shè)中鉆孔費(fèi)用高的問題，相關(guān)工程技術(shù)人員提出在常規(guī)粧基礎(chǔ)中埋設(shè)傳熱管的結(jié)構(gòu)形式，也稱粧埋管形式的能量粧?；捖窆艿卦礋岜眉夹g(shù)，將換熱器埋管與建筑粧基礎(chǔ)相結(jié)合的模式，可以有效解決專門埋管的施工步驟和地埋管占用地下空間問題，從而大大節(jié)省工程造價(jià)。結(jié)合實(shí)際粧基礎(chǔ)形式，地源熱泵傳熱管一般埋設(shè)在鉆孔灌注粧和預(yù)制粧中。傳熱管在鉆孔灌注粧中的埋設(shè)方法一般是將傳熱管綁扎在鋼筋籠上，隨著鋼筋籠的下放布置傳熱管；傳熱管在預(yù)制粧中埋設(shè)方法有如下幾種:一是在預(yù)制管粧制作過程中預(yù)埋在粧身中；二是預(yù)制管粧打粧完成后開挖粧芯土后，放入傳熱管，然后回填土；三是在土體中預(yù)先鉆孔，將傳熱管綁扎在植入預(yù)制粧的外側(cè)沉入土體中。
[0003]在本發(fā)明之前，中國申請(qǐng)發(fā)明專利“一種預(yù)制能量粧的施工方法”(申請(qǐng)?zhí)?201310441978.7)、“一種六邊形預(yù)制能量粧及其制作方法”(申請(qǐng)?zhí)?201310442139.7)公開了一種在六邊形預(yù)制粧身內(nèi)預(yù)埋傳熱管的能量粧制作方法；該技術(shù)方案將實(shí)心鋼筋作為預(yù)制粧預(yù)應(yīng)力主筋、空心鋼管作為預(yù)制粧構(gòu)造主筋，傳熱管埋設(shè)在空心鋼管內(nèi)；預(yù)埋傳熱管的粧身外邊形狀為六邊形、內(nèi)邊形狀為圓形；在預(yù)制粧底部利用傳熱彎管連接傳熱管，形成U形環(huán)路。將傳熱管埋設(shè)在空心鋼管內(nèi)，有效解決了傳熱管與主筋綁扎埋設(shè)造成的相互干擾、混凝土密實(shí)度、鋼筋腐蝕、以及影響粧基整體承載力等技術(shù)問題；但該技術(shù)方案存在管節(jié)接粧相對(duì)復(fù)雜的技術(shù)問題，且當(dāng)預(yù)制粧粧頂遇到鑿粧頭工序時(shí)傳熱管容易受到損壞。黃吉永在文章《粧側(cè)熱交換能量粧技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用》(施工技術(shù)，2014，43 (17):30-32)公開了一種在預(yù)制粧粧側(cè)設(shè)置傳熱管的施工工藝。盡管該技術(shù)方案解決了預(yù)制粧身內(nèi)預(yù)埋傳熱管不便于管節(jié)連接施工的技術(shù)問題；但是，該施工工藝中必須先在土體內(nèi)預(yù)先鉆孔且直徑大于植入粧的鉆孔，然后再將傳熱管綁扎在植入粧外側(cè)壁將其埋入土體中，這種施工工藝由于需要預(yù)先鉆孔，施工費(fèi)用大大提高；且預(yù)鉆孔直徑大于植入粧外徑，會(huì)嚴(yán)重降低粧基承載力。
[0004]預(yù)應(yīng)力預(yù)制粧中在預(yù)應(yīng)力構(gòu)造鋼筋籠上綁扎傳熱管的埋設(shè)方式在傳熱管易在離心法制作過程中損壞，影響粧的傳熱能力；且預(yù)制粧接粧過程中傳熱管的接頭處治相對(duì)復(fù)雜且不易控制。在預(yù)制粧外側(cè)綁扎傳熱管一方面由于預(yù)鉆孔導(dǎo)致工程造價(jià)攀升、另一方面?zhèn)鳠峁芤惨自诔寥脒^程中受到損壞。目前傳統(tǒng)的在預(yù)制管粧粧芯土中埋設(shè)傳熱管施工工藝操作步驟多，且粧芯土回填過程不易控制粧芯土的回填密實(shí)度從而影響傳熱效率。因此，開發(fā)一種技術(shù)合理、經(jīng)濟(jì)高效的空心粧粧芯土中埋設(shè)地源熱泵傳熱管技術(shù)顯得尤為必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:本發(fā)明的目的在于克服預(yù)制粧鋼筋籠側(cè)壁綁扎傳熱管方法，在離心法制作預(yù)應(yīng)力粧過程中容易損壞且不易更換，預(yù)制粧接粧過程中傳熱管接頭處治困難及預(yù)制粧粧頭鑿粧損壞傳熱管、預(yù)制粧外綁扎傳熱管容易損壞且施工費(fèi)用高、傳統(tǒng)預(yù)制管粧、預(yù)制方粧或鋼管粧粧芯土中埋設(shè)傳熱管土體回填密實(shí)度低影響傳熱效率等問題，開發(fā)一種熱交換空心粧及其施工方法。
[0006]技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明提出一種熱交換空心粧，包括至少一節(jié)空心粧和傳熱管，其中，位于最底層的空心粧的粧底內(nèi)側(cè)設(shè)置有至少一對(duì)定滑輪，每個(gè)定滑輪的下側(cè)分別設(shè)置有粧底擋板，所述空心粧的內(nèi)側(cè)沿著定滑輪的豎直方向設(shè)置有若干套箍，所述傳熱管通過穿過套箍并繞過定滑輪布置在所述空心粧的內(nèi)側(cè)壁，每對(duì)定滑輪之間的傳熱管上設(shè)置有拉繩。
[0007]優(yōu)選地，所述的空心粧為預(yù)應(yīng)力預(yù)制管粧、預(yù)應(yīng)力預(yù)制空心方粧或者鋼管粧，其中，所述預(yù)應(yīng)力預(yù)制管粧為先張法和離心技術(shù)結(jié)合的先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管粧，所述的預(yù)應(yīng)力預(yù)制方粧為預(yù)應(yīng)力混凝土空心方粧，外側(cè)為方形，內(nèi)側(cè)為圓形。具體地，預(yù)應(yīng)力預(yù)制管粧，是由先張預(yù)應(yīng)力法制作而成的預(yù)應(yīng)力粧，其粧身外側(cè)形狀為圓形，直徑為600?800_ ；粧身內(nèi)側(cè)形狀為圓形，直徑為300?400_ ;單節(jié)粧身長度為7?12m ;預(yù)制粧粧身內(nèi)鋼筋預(yù)應(yīng)力主筋直徑為15?25_，長度根據(jù)預(yù)制粧的粧長確定，一般為7?12m ;箍筋直徑為6?10mm，箍筋間距為200?500mm ;預(yù)應(yīng)力預(yù)制空心方粧，其粧身外側(cè)形狀為正方形，邊長為500?1000mm，粧身內(nèi)側(cè)形狀為圓形，直徑為400?600mm，單節(jié)粧身長度7?12m ;鋼管粧，其直徑為400?2000mm，壁厚為6.5?20mm之間，粧身長度為20?40m。本發(fā)明所述的傳熱管，為聚乙烯管，其外徑為25?50mm，壁厚為5?8mm，長度根據(jù)設(shè)計(jì)需要確定。本發(fā)明所述的套箍，為空心鋼套箍，內(nèi)徑為30?60臟，壁厚為2?5mm，長度為10?20mm，在粧內(nèi)側(cè)相鄰套箍之間布置間距為1000?2000mm。本發(fā)明所述的定滑輪，外徑為60?100mm，內(nèi)徑為50?90mm，槽寬70?100mm，具體實(shí)施時(shí)，根據(jù)滑輪實(shí)際外徑與傳熱管尺寸確定動(dòng)滑輪型號(hào)。本發(fā)明所述的粧底擋板，為空心圓環(huán)，外徑與空心粧內(nèi)側(cè)連接，內(nèi)徑為200?400mm，厚度10?20mm。本發(fā)明所述的拉繩，為尼龍繩，直徑為10?30mm，長度根據(jù)傳熱管所需埋設(shè)深度確定。
[0008]優(yōu)選地，粧底擋板的下方固定有預(yù)留鋼片，保護(hù)粧底定滑輪在沉粧過程中不被粧芯土的土壓力損壞；位于最上方的空心粧的頂部設(shè)置有固定鋼筋，用于固定拉繩。
[0009]相鄰的空心粧之間焊接連接；套箍與空心粧側(cè)壁為整體澆鑄成型或焊接連接。
[0010]優(yōu)選地，每個(gè)定滑輪通過連接鋼片與空心粧固定連接，每對(duì)定滑輪之間的傳熱管通過設(shè)置于傳熱管外側(cè)的拉環(huán)與拉繩固定。上述的連接鋼片，寬為10?30mm，厚度為10?20mm，長度根據(jù)所用滑輪外殼中心位置確定。本發(fā)明所述的拉環(huán)，為金屬拉環(huán)，長度為10?30mm,內(nèi)徑為30?60mm，壁厚為I?5mm。
[0011]本發(fā)明同時(shí)提出了上述的熱交換空心粧的施工方法，包括如下步驟:
[0012](I)在空心粧的預(yù)制過程中，在空心粧的內(nèi)側(cè)壁沿豎直方向設(shè)置至少兩列套箍后進(jìn)行粧體制作，粧體制作過程與傳統(tǒng)預(yù)應(yīng)力預(yù)制管粧、預(yù)應(yīng)力預(yù)制空心方粧或鋼管粧相同；
[0013](2)沉粧施工之前，將定滑輪分別固定在最底層的空心粧底部的內(nèi)側(cè)壁并與相應(yīng)列的套箍處于同一豎直線上，將傳熱管從粧內(nèi)一列的套箍穿出、繞過兩個(gè)定滑輪，然后從另一列的套箍內(nèi)穿出，由此傳熱管在空心粧內(nèi)側(cè)壁形成一組U形環(huán)路；
[0014](3)在構(gòu)成一組U形環(huán)路的兩個(gè)定滑輪之間的傳熱管上設(shè)置一根拉繩并從空心粧內(nèi)部穿出；
[0015](4)重復(fù)步驟(2)和(3)，完成空心粧內(nèi)側(cè)壁不同組U形環(huán)路傳熱管的布置；
[0016](5)利用靜壓或振動(dòng)方法，將第一節(jié)空心粧沉入土體，當(dāng)未入土體部分粧段的粧頭高出地面0.5?1.0m時(shí)通過拉拽繩子將在兩定滑輪之間傳熱管往上拉；兩側(cè)的傳熱管穿過兩側(cè)粧內(nèi)側(cè)的套箍通過定滑輪往中間移動(dòng)，并使中間部分傳熱管向上移動(dòng)，使粧芯土內(nèi)部的對(duì)應(yīng)U形環(huán)路的傳熱管布置形式成W形，同時(shí)避免粧芯的土壓力對(duì)傳熱管造成損壞；
[0017](6)施工完成第一節(jié)空心粧之后，將第二節(jié)空心粧移至第一節(jié)空心粧頂部，并將傳熱管從第二節(jié)空心粧內(nèi)側(cè)壁的套箍內(nèi)穿出，在確認(rèn)粧身軸線一致后將兩空心粧粧節(jié)焊接；利用靜壓或振動(dòng)方法將第二節(jié)空心粧沉入土體內(nèi)；
[0018](7)重復(fù)步驟(5)和(6)完成所有空心粧粧節(jié)施工，并將拉繩與最頂部空心粧的頂部固定，由固定鋼筋固定W形傳熱管的埋管形式，且承受在傳熱管在使用期間傳熱管及傳熱液體的自重；其中所述的固定鋼筋，為單根或交叉放置的兩根，直徑為10?30mm，與空心粧體整澆或焊接連接；
[0019](8)對(duì)傳熱管進(jìn)行通水調(diào)試，檢驗(yàn)所埋設(shè)的傳熱管的密封性；完成整體熱交換空心粧的施工。
[0020]優(yōu)選地，所述的空心粧為預(yù)應(yīng)力預(yù)制管粧、預(yù)應(yīng)力預(yù)制空心方粧或者鋼管粧，其中，所述預(yù)應(yīng)力預(yù)制管粧為先張法和離心技術(shù)結(jié)合的先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管粧，所述的預(yù)應(yīng)力預(yù)制空心方粧為預(yù)應(yīng)力混凝土空心方粧，外側(cè)為方形，內(nèi)側(cè)為圓形。
[0021]具體地，當(dāng)使用先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管粧或預(yù)應(yīng)力混凝土空心方粧時(shí)，套箍、定滑輪和粧底擋板在混凝土支模時(shí)同時(shí)固定位置；當(dāng)使用鋼管粧時(shí)，套箍、定滑輪和粧底擋板與鋼管粧焊接。
[0022]優(yōu)選地，粧底擋板的下方固定有預(yù)留鋼片，保護(hù)粧底定滑輪在沉粧過程中不被粧芯土的土壓力損壞；位于最上方的空心粧的頂部設(shè)置有固定鋼筋，用于固定拉繩。
[0023]具體地，每個(gè)定滑輪通過滑輪連接鋼片與空心粧固定管連接，每對(duì)定滑輪之間的傳熱管通過設(shè)置于傳熱管外側(cè)的拉環(huán)與拉繩固定；根據(jù)固定的定滑輪的組數(shù)，傳熱管的埋設(shè)形式可以為W形、交叉雙W形或平行雙W形中的任意一種。
[0024]有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過將傳熱管埋設(shè)在預(yù)應(yīng)力預(yù)制管粧、預(yù)應(yīng)力預(yù)制空心方粧或鋼管粧內(nèi)側(cè)，從而克服預(yù)制粧鋼筋籠側(cè)壁的傳熱管在離心法制作預(yù)應(yīng)力粧過程中存活率低的問題。在施工方面，對(duì)粧無損傷，低噪聲，粧長可控，傳熱管設(shè)置方便，對(duì)預(yù)制空心粧的施工無影響，且克服了粧芯土回填過程不易控制粧芯土的回填密實(shí)度從而影響傳熱效率的問題。傳熱管的布設(shè)對(duì)預(yù)制粧的接粧幾乎無影響，克服了傳統(tǒng)預(yù)制能量粧在施工方面的主要障礙；與先鉆孔再植粧、傳熱管埋設(shè)粧外側(cè)隨植粧過程埋入的施工方法相比，可大大節(jié)約鉆孔所需要的花費(fèi)。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明W形埋管結(jié)構(gòu)施工過程縱向布置示意圖(沿箭頭方向?yàn)榘惭b順序圖)；
[0026]圖2為本發(fā)明管粧、空心方粧W形埋管結(jié)構(gòu)A?A平面布置示意圖；
[0027]圖3為本發(fā)明管粧雙W形交叉埋管、平行埋管結(jié)構(gòu)縱向布置示意圖；
[0028]圖4為本發(fā)明管粧雙W形交叉埋管、平行埋管結(jié)構(gòu)平面布置示意圖。
[0029]圖中:I為空心粧，2為傳熱管，3為套箍，4為定滑輪，5為連接鋼板，6為粧底擋板，7為拉繩，8為拉環(huán)，9為固定鋼筋。
【具體實(shí)施方式】
[0030]以下結(jié)合附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明專利的【具體實(shí)施方式】。本發(fā)明專利的保護(hù)范圍并不僅僅局限于本實(shí)施方式的描述。
[0031]如圖1?圖4所示，一種熱交換空心粧，圖1、圖2(a)、圖3和圖4粧身為外側(cè)圓形內(nèi)側(cè)圓形的空心粧1，圖2(b)的粧身為外