一種六邊形預(yù)制能量樁及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種六邊形預(yù)制能量樁及其制作方法。實心鋼筋作為預(yù)制樁預(yù)應(yīng)力主筋，空心鋼管作為預(yù)制樁構(gòu)造主筋，傳熱管埋設(shè)在空心鋼管內(nèi)；預(yù)埋傳熱管的樁身外邊形狀為六邊形、內(nèi)邊形狀為圓形；在預(yù)制樁底部利用傳熱彎管連接傳熱管，形成U形環(huán)路；傳熱管設(shè)置在壁厚較大的尖角位置，即六邊形的六個角上。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、混凝土密實度、鋼筋腐蝕、以及影響樁基整體承載力等技術(shù)問題；而且埋管存活率更高，便于樁體大量堆放和運輸安全，施工工期短、地下空間和工程造價節(jié)省。
【專利說明】一種六邊形預(yù)制能量粧及其制作方法
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及地源熱泵系統(tǒng)樁埋管的【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種六邊形預(yù)制能量樁及其制作方法。主要適用于建筑樁基礎(chǔ)和地源熱泵【技術(shù)領(lǐng)域】。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004]地源熱泵技術(shù)，是一種有效利用地下可再生能源的新技術(shù)，對國家節(jié)能減排戰(zhàn)略具有重要意義。該技術(shù)利用地下的土壤、地表水、地下水等溫度相對穩(wěn)定的特性，通過以大地為儲能體進(jìn)行熱量交換(冬季將地下熱量傳遞到上部建筑內(nèi)；夏季將上部熱量儲存于地下)的能源的空調(diào)系統(tǒng)，從而可以替代傳統(tǒng)空調(diào)技術(shù)。地下埋設(shè)換熱器，是地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的施工難點和投資重點。相關(guān)研究表明，下管是安裝地源熱泵系統(tǒng)的一個非常關(guān)鍵的步驟，下管的成功與否決定了系統(tǒng)是否能夠順利安裝和運行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。將換熱器埋管與建筑樁基礎(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，近年來逐漸得到工程技術(shù)人員的關(guān)注。樁埋管地源熱泵技術(shù)，根據(jù)樁基施工工藝的不同，主要分為灌注樁內(nèi)埋設(shè)和預(yù)制管樁中埋設(shè)兩種。
[0005]在本發(fā)明之前，中國發(fā)明專利“樁埋螺旋管式地源熱泵系統(tǒng)的地?zé)釗Q熱器的傳熱方法”(專利號:ZL200810159583.7)公開了一種在建筑物基礎(chǔ)鉆孔灌注樁鋼筋籠上綁扎埋設(shè)螺旋管式傳熱管，地源熱泵傳熱管埋設(shè)與建筑物樁基礎(chǔ)打設(shè)同時進(jìn)行的技術(shù)方案。該技術(shù)方案同時施工傳熱管埋設(shè)和鉆孔灌注樁，將地源熱泵施工與常規(guī)建筑樁基礎(chǔ)施工結(jié)合在一起，省去了專門的鉆孔埋設(shè)傳熱管，降低了地源熱泵系統(tǒng)的初始投資，提高了施工效率、且施工方便便捷。但是，該技術(shù)方`案將傳熱管綁扎在鋼筋籠側(cè)壁，占用了原本鋼筋籠周圍混凝土的體積，若傳熱管體積較大，將降低灌注樁中混凝土體積，從而影響樁基礎(chǔ)的整體承載力；綁扎式的螺旋管式埋設(shè)對鋼筋籠周邊混凝土的振搗密實控制影響較大，容易引起鋼筋籠附近區(qū)域空隙，在傳熱管冷熱循環(huán)作用下，導(dǎo)致鋼筋籠的腐蝕機會增加，最終導(dǎo)致灌注樁承載力的降低；同時鋼筋籠側(cè)壁綁扎的傳熱管容易在混凝土振搗密實過程中損壞，從而降低傳熱管埋設(shè)的存活率。此外，灌注樁中埋設(shè)傳熱管，灌注混凝土后不易更換，即一旦損壞之后，不容易更換。
[0006]先張法預(yù)應(yīng)力混凝土 (或高強混凝土)管樁是采用先張法預(yù)應(yīng)力工藝和離心成型法制成的一種空心筒體細(xì)長混凝土預(yù)制構(gòu)件，主要由圓筒形樁身、端頭板和鋼套箍等組成；該樁型具有樁身強度高、沉樁能力強、單樁承載力高、施工周期短、造價低等優(yōu)點且易于批量生產(chǎn)，因而在實際工程中得到了廣泛的應(yīng)用；針對預(yù)應(yīng)力管樁的原材料選擇，管節(jié)制造、管樁拼接、質(zhì)量控制、產(chǎn)品檢驗、儲存、運輸?shù)认嚓P(guān)細(xì)節(jié)制定了相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范(如:產(chǎn)品國家標(biāo)準(zhǔn)《先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁》GB13476-1999,《先張法預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁管樁》JC888-2001,《先張法預(yù)應(yīng)力管樁生產(chǎn)工藝技術(shù)規(guī)程》(FS/QW01-2002)，預(yù)應(yīng)力混凝土管樁(圖集)03SG409，廣東標(biāo)準(zhǔn)《預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程》DBJ15-22-98等)，屬于相對成熟的技術(shù)。在本發(fā)明之前，中國發(fā)明專利“一種先張法預(yù)應(yīng)力混凝土多邊形樁及其生產(chǎn)方法”(專利號:ZL201010214287.X)公開了一種利用先張法，在鋼筋籠架內(nèi)外灌注混凝土，形成內(nèi)部圓形、外部為五邊以上的預(yù)應(yīng)力混凝土多邊形樁。該技術(shù)方案通過將預(yù)應(yīng)力管樁的外圓形邊變化為五邊以上的多邊形，多邊形的外形有利于樁體的堆放和運輸安全，同時多邊形也有利于提聞單位材料粧側(cè)表面積，從而提聞粧側(cè)摩阻力。
[0007]樁埋管地源熱泵技術(shù)，是一種有效利用地?zé)崮茉础⒔档蛯ｉT鉆孔埋管施工費用、以及合理布置和利用地下空間的技術(shù)方法。但是，預(yù)制預(yù)應(yīng)力樁中在預(yù)應(yīng)力構(gòu)造鋼筋籠上綁扎傳熱管的埋設(shè)方式，不僅影響預(yù)制樁中混凝土體積，而且傳熱管易在離心法制作過程中損壞，且增大了鋼筋籠被腐蝕的風(fēng)險，從而影響樁基承載力和耐久性。預(yù)應(yīng)力管樁外邊形狀為圓形，不利于樁體的整體堆放和運輸安全。正是這些技術(shù)不足和問題，影響了樁基礎(chǔ)設(shè)計工程師們對樁埋管地源熱泵技術(shù)使用的疑慮，最終影響樁埋管地源熱泵技術(shù)的推廣應(yīng)用。因此，結(jié)合工程建設(shè)實際情況，開發(fā)技術(shù)合理、經(jīng)濟(jì)高效的預(yù)制樁內(nèi)埋設(shè)傳熱管技術(shù)成了一項迫在眉睫的任務(wù)。
[0008]
【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的就在于克服預(yù)制樁鋼筋籠側(cè)壁綁扎傳熱管影響混凝土的密實度，預(yù)應(yīng)力主筋在張拉的時候容易引起傳熱管破壞，傳熱管與鋼筋籠之間容易留空隙而引起鋼筋腐蝕，綁扎在鋼筋籠側(cè)壁的傳熱管在離心法制作預(yù)應(yīng)力樁過程中存活率低，普通預(yù)應(yīng)力管樁外側(cè)圓滑不利于樁體大量堆放和運輸安全等技術(shù)問題，開發(fā)一種施工干擾小、技術(shù)合理的基于地源熱泵的六邊形預(yù)制能量樁及其制作方法，由實心鋼筋作為預(yù)制樁預(yù)應(yīng)力主筋，由空心鋼管作為預(yù)制樁構(gòu)造主筋，傳熱管埋設(shè)在空心鋼管內(nèi)；樁埋管形式可采用單U形埋管和雙U形埋管形式；預(yù)埋傳熱管的樁身外邊形狀為六邊形、內(nèi)邊形狀為圓形；實心鋼筋施加預(yù)應(yīng)力，空心鋼管不施加預(yù)應(yīng)力；傳熱管設(shè)置在壁厚較大的尖角位置，即六邊形的六個角上。從而有效解決傳熱管與鋼筋籠之間的互相影響，避免傳熱管的埋設(shè)導(dǎo)致樁基整體承載力下降等技術(shù)難題。
[0010]本發(fā)明一種六邊形預(yù)制能量樁，其特征在于:樁身外邊形狀為六邊形、內(nèi)邊形狀為圓形，實心鋼筋作為預(yù)制樁預(yù)應(yīng)力主筋，空心鋼管作為預(yù)制樁構(gòu)造主筋，傳熱管埋設(shè)在空心鋼管內(nèi)；在預(yù)制樁底部利用傳熱彎管連接傳熱管，形成U形環(huán)路。
[0011]所述的空心鋼管埋設(shè)在六個角的位置。
[0012]本發(fā)明一種六邊形預(yù)制能量樁的制作方法，包括以下技術(shù)步驟:
(1)按照設(shè)計的埋管形式，在外側(cè)面六邊形、內(nèi)側(cè)面圓形的樁模中裝配鋼筋籠，包括空心鋼管的根數(shù)、布置位置及長度，實心鋼筋的根數(shù)、布置位置及長度，箍筋的個數(shù)和布置位置；
(2)在裝配完成的空心鋼管中，布置傳熱管，兩根傳熱管穿出空心鋼管并由傳熱彎管連
接；
(3)設(shè)置端頭板、鋼套箍，對實心鋼筋主筋施加先張預(yù)應(yīng)力；
(4)對外側(cè)面六邊形、內(nèi)側(cè)面圓形的樁模中泵送混凝土； (5)混凝土泵送完成后，對含鋼筋籠、貫通的傳熱管和混凝土的樁模進(jìn)行離心，密實混凝土 ;
(6)對利用離心法完成的樁身進(jìn)行常壓蒸養(yǎng)，然后脫模，再進(jìn)行二次高壓蒸養(yǎng)，完成六邊形預(yù)制能量樁的制作。
[0013]本發(fā)明所述的六邊形預(yù)制能量樁，由先張預(yù)應(yīng)力法制作而成的外側(cè)面六邊形、內(nèi)側(cè)面圓形的預(yù)應(yīng)力樁，其樁身外側(cè)形狀為六邊形，邊長為700-1200 mm ;樁身內(nèi)側(cè)形狀為圓形，直徑為400-600 mm ;樁身長度為20-40 m ;樁身內(nèi)預(yù)應(yīng)力主筋為實心鋼筋，構(gòu)造主筋為空心鋼管。實心鋼筋直徑為15-25 mm，長度根據(jù)預(yù)制樁的樁長確定，一般為20-40 m ;空心鋼管的外徑為30-60 mm,壁厚為5_10 mm,長度根據(jù)預(yù)制樁的樁長確定,一般為19-38 m ;箍筋直徑為6-10 mm，箍筋間距為200-500 mm。當(dāng)樁埋管采用單U形埋管形式時，預(yù)制樁主筋由2根外徑為30-60 mm、壁厚為5-10 mm的空心鋼管和4根直徑為15-25 mm的實心鋼筋組成，箍筋直徑為6-10 mm、箍筋間距為200-500 mm ;當(dāng)樁埋管采用雙U形埋管形式時,預(yù)制樁主筋由4根外徑為30-60 mm、壁厚為5_10 mm的空心鋼管和2根直徑為15-25 mm的實心鋼筋組成，箍筋直徑為6-10 mm、箍筋間距為200-500 mm。
[0014]本發(fā)明所述的傳熱管，為聚乙烯管，其外徑與空心鋼管內(nèi)徑相切，為25-50 mm，壁厚為5-8 mm,長度根據(jù)樁長確定,為40-100 m。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點和效果在于:利用空心鋼管作為預(yù)制樁構(gòu)造主筋，將傳熱管埋設(shè)在空心鋼管內(nèi)，從而解決了傳熱管與主筋綁扎埋設(shè)造成的相互干擾、混凝土密實度下降、鋼筋腐蝕、以及樁基整體承載力下降等技術(shù)問題?？招匿摴艿闹睆奖葘嵭匿摻畲?，為了保證預(yù)制管樁的受力特性和強度，本發(fā)明巧妙地利用空心六角形樁樁壁厚度不一致的優(yōu)點，將直徑較大的空心鋼管埋設(shè)在壁厚較大的六個角的位置，將直徑較小的實心主筋埋設(shè)在壁厚較薄的直角邊中部的位置，保證了強度。
[0016]與傳統(tǒng)傳熱管與主筋綁扎埋管方式相比，本發(fā)明技術(shù)埋管存活率更高，鋼筋籠周圍混凝土密實度高，同時可以確保傳熱管埋設(shè)不降低樁基整體承載力；與傳統(tǒng)普通預(yù)應(yīng)力管樁相比，本發(fā)明技術(shù)的六邊形外邊形狀，有利于解決樁體大量堆放和運輸安全等；與傳統(tǒng)鉆孔埋管方式相比，本發(fā)明技術(shù)使預(yù)制樁制作工藝和傳熱管埋設(shè)施工有機結(jié)合在一起，大大縮短了施工工期、節(jié)約了地下空間和工程造價。該方法施工工藝簡單、可操作性強，便于質(zhì)量控制，經(jīng)濟(jì)效益明顯，傳熱效果顯著。
[0017]本發(fā)明的優(yōu)點和效果還將在【具體實施方式】中進(jìn)一步描述。
[0018]
【專利附圖】

【附圖說明】:
圖1——本發(fā)明單U形埋管結(jié)構(gòu)平面布置示意圖。
[0019]圖2——本發(fā)明雙U形埋管結(jié)構(gòu)平面布置示意圖。
[0020]圖3——本發(fā)明單U形埋管結(jié)構(gòu)A-A剖面縱向布置示意圖。
[0021]圖4——本發(fā)明雙U形埋管結(jié)構(gòu)B-B剖面縱向布置示意圖。
[0022]圖中:1為預(yù)制樁外側(cè)六邊形，2為預(yù)制樁內(nèi)側(cè)圓形，3為實心鋼筋，4為箍筋，5為空心鋼管，6為傳熱管，7為傳熱彎管，8為混凝土，9為端頭板及鋼套箍。
[0023]【具體實施方式】
[0024]以下結(jié)合附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明專利的【具體實施方式】。本發(fā)明專利的保護(hù)范圍并不僅僅局限于本實施方式的描述。
[0025]如圖1-圖4所示，一種六邊形預(yù)制能量樁，外側(cè)面為六邊形1、內(nèi)側(cè)面為圓形2，樁身8內(nèi)的鋼筋籠由實心鋼筋3、箍筋4和空心鋼管5組成，傳熱管6布置在空心鋼管5內(nèi)；兩根傳熱管6由傳熱彎管7連接。本實施方式的優(yōu)點在于將傳熱管6預(yù)埋在作為構(gòu)造主筋的空心鋼管5內(nèi)，傳熱管6和傳熱彎管7組成的貫通U形傳熱系統(tǒng)預(yù)埋在預(yù)制樁內(nèi)部，且與預(yù)制樁的制作同步進(jìn)行。傳熱管6和傳熱彎管7的埋設(shè)不影響預(yù)制樁的混凝土 8的密實度，不降低樁基整體承載力，且埋管存活率高。
[0026]制作六邊形預(yù)制能量樁之前，首先探明擬打設(shè)樁基礎(chǔ)和埋設(shè)地源熱泵地下傳熱管6的地層情況，包括施工范圍內(nèi)土層分布及力學(xué)特性、土層熱能儲存量等地層熱特性等，設(shè)計樁埋管形式、樁埋管深度以及空心鋼管5直徑、傳熱管6直徑等參數(shù)；一般情況下，樁埋管形式有單U形和雙U形兩種形式，主要根據(jù)地層熱能儲存量和傳熱效率來確定，當(dāng)六邊形預(yù)制樁樁身邊長在600-800 _之間時，主要考慮選用單U形樁埋管形式；當(dāng)六邊形預(yù)制樁樁身邊長在800-1200 _之間時，主要考慮選用雙U形樁埋管形式；樁埋管深度，與樁長一致，也可根據(jù)實際地層熱能情況確定；空心鋼管5的外徑為30-60 mm,壁厚為5_10 mm,長度根據(jù)六邊形預(yù)制樁樁身的長度確定；實心鋼筋3直徑為15-25 mm，長度根據(jù)六邊形預(yù)制樁樁身的長度確定；箍筋4直徑為6-10臟，箍筋4間距為200-500 mm。接著，確定鋼筋籠:當(dāng)采用單U形樁埋管形式時,六邊形預(yù)制樁樁身主筋由2根外徑為30-60 mm、壁厚為5-10 mm的空心鋼管5和4根直徑為15-25 mm的實心鋼筋3組成，箍筋4直徑為6_10 _、箍筋4間距為200-500 mm ;當(dāng)采用雙U形樁埋管形式時，六邊形預(yù)制樁樁身主筋由4根外徑為30-60mm、壁厚為5-10 mm的空心鋼管5和2根直徑為15-25 mm的實心鋼筋3組成，箍筋4直徑為6-10 mm、箍筋4間距為200-500 mm?？招匿摴?內(nèi)的傳熱管6為聚乙烯管，其外徑與空心鋼管5內(nèi)徑相切，為25-50 mm，壁厚為5_8 mm，長度根據(jù)樁長確定，一般為40-100 m。
[0027]制作六邊形預(yù)制能量樁時，六邊形預(yù)制樁樁身的制作方法如下:首先，按照設(shè)計的埋管形式，在外側(cè)面六邊形1、內(nèi)側(cè)面圓形2的樁模中裝配鋼筋籠，包括空心鋼管5的根數(shù)、布置位置及長度，實心鋼筋3的根數(shù)、布置位置及長度，箍筋4的個數(shù)和布置位置。接著，在裝配完成的空心鋼管5中，布置傳熱管6，傳熱管6穿出空心鋼管5，并通過傳熱彎管7連接形成一個貫通的封閉U形環(huán)路。然后，設(shè)置端頭板、鋼套箍，對實心鋼筋3主筋施加先張預(yù)應(yīng)力。其次，對外側(cè)面六邊形1、內(nèi)側(cè)面圓形2的樁模中泵送混凝土 8。在混凝土 8泵送完成之后，對含預(yù)應(yīng)力鋼筋籠、貫通的U形傳熱系統(tǒng)和混凝土 8的樁模進(jìn)行離心，密實混凝土
8。最后，對利用離心法完成的樁身進(jìn)行常壓蒸養(yǎng)，然后脫模，再進(jìn)行二次高壓蒸養(yǎng)，完成含傳熱管的六邊形預(yù)制樁的制作。制作完成之后，通水調(diào)試傳熱系統(tǒng)的可行性，調(diào)試可行，則完成一根合格的六邊形預(yù)制能量樁的制作。
【權(quán)利要求】
1.一種六邊形預(yù)制能量樁，其特征在于:樁身外邊形狀為六邊形、內(nèi)邊形狀為圓形，實心鋼筋作為預(yù)制樁預(yù)應(yīng)力主筋，空心鋼管作為預(yù)制樁構(gòu)造主筋，傳熱管埋設(shè)在空心鋼管內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種六邊形預(yù)制能量樁，其特征在于:空心鋼管埋設(shè)在六個角的位置。
3.—種六邊形預(yù)制能量樁的制作方法，包括以下技術(shù)步驟: (1)按照設(shè)計的埋管形式，在外側(cè)面六邊形、內(nèi)側(cè)面圓形的樁模中裝配鋼筋籠，包括空心鋼管的根數(shù)、布置位置及長度，實心鋼筋的根數(shù)、布置位置及長度，箍筋的個數(shù)和布置位置； (2)在裝配完成的空心鋼管中，布置傳熱管，兩根傳熱管穿出空心鋼管并由傳熱彎管連接； (3)設(shè)置端頭板、鋼套箍，對實心鋼筋主筋施加先張預(yù)應(yīng)力； (4)對外側(cè)面六邊形、內(nèi)側(cè)面圓形的樁模中泵送混凝土； (5)混凝土泵送完成后，對含鋼筋籠、貫通的傳熱管和混凝土的樁模進(jìn)行離心，密實混凝土 ; (6)對利用離心法完成的樁身進(jìn)行常壓蒸養(yǎng)，然后脫模，再進(jìn)行二次高壓蒸養(yǎng)，完成六邊形預(yù)制能量樁的制作。
【文檔編號】F24J3/08GK103498470SQ201310442139
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月26日
【發(fā)明者】孔綱強, 黃旭, 丁選明, 劉漢龍, 彭懷風(fēng) 申請人:河海大學(xué)