專利名稱：旋進(jìn)式壁后注漿地源熱能轉(zhuǎn)換預(yù)制樁裝置及其埋入地層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及地源熱能預(yù)制樁技術(shù)領(lǐng)域，具體說涉及一種旋進(jìn)式壁后注漿地源熱能轉(zhuǎn)換預(yù)制樁裝置及其埋入地層的方法。
背景技術(shù)：
地源熱泵可以將地源熱能提供給建筑物，這種既環(huán)保又節(jié)能的方式正被廣泛使用，但是，地源熱泵是通過“鉆孔直埋式”方法，即通過預(yù)先在地下埋入換熱管的方式，將地下熱能轉(zhuǎn)換到地上的，而預(yù)鉆孔的費(fèi)用很高，一般占總投資一半以上，且在鉆孔內(nèi)埋入換熱管的工藝很復(fù)雜。這都給地源熱泵技術(shù)的發(fā)展造成困難。樁基礎(chǔ)是建筑物常用的基礎(chǔ)形式， 通常樁直徑從O. 5 2. 0m，樁長十米，甚至達(dá)百米，被埋入深層土中。發(fā)明人經(jīng)過研究實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，將改進(jìn)后的旋進(jìn)式預(yù)制樁作為地下埋管的載體，并對其進(jìn)行壁后注漿，不但解決了上述地源熱泵前期埋管技術(shù)的缺陷，還提高了樁基承載力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種旋進(jìn)式壁后注漿地源熱能轉(zhuǎn)換預(yù)制樁裝置及其埋入地層的方法，使樁基施工和地源熱泵埋管施工一體化，不但可避免在地面上挖許多20 IOOm 的深孔，大大降低鉆孔埋設(shè)成本，節(jié)約了用地面積，也提高了施工效率。為了解決上述問題，本發(fā)明的技術(shù)解決方案為一種旋進(jìn)式壁后注漿地源熱能轉(zhuǎn)換預(yù)制樁裝置，包括分別埋入樁孔內(nèi)的若干個(gè)旋進(jìn)式預(yù)制螺旋樁，各螺旋樁內(nèi)埋設(shè)有垂直換熱器，各垂直換熱器的進(jìn)口端和出口端分別伸出螺旋樁上端開口，分別與承臺(tái)或墊層內(nèi)的水平進(jìn)液集管、水平出液集管連接，沿垂直換熱器的長度方向每隔l-3m設(shè)置的對中支架，旋進(jìn)式壁后注漿預(yù)制螺旋樁包括空心樁芯，樁芯底部設(shè)置圓錐形樁頭，樁芯外壁下部l-3m位置處設(shè)置螺旋葉片，樁芯外壁中上部與樁孔壁之間澆注后形成的注漿加固層。本發(fā)明的旋進(jìn)式壁后注漿地源熱能轉(zhuǎn)換預(yù)制樁裝置，其中所述對中支架包括板體，板體的外側(cè)設(shè)有開口，開口的個(gè)數(shù)與放置的垂直換熱管的組數(shù)對應(yīng)，該開口孔的直徑略大于垂直換熱管的外徑，板體的中心設(shè)置灌漿孔，注漿管放置在灌漿孔中。本發(fā)明的旋進(jìn)式壁后注漿地源熱能轉(zhuǎn)換預(yù)制樁裝置，其中所述對中支架采用鋼、 塑料或混凝土制成。本發(fā)明的旋進(jìn)式壁后注漿地源熱能轉(zhuǎn)換預(yù)制樁裝置，其中所述承臺(tái)或墊層內(nèi)的水平進(jìn)液集管、水平出液集管外部分別設(shè)置帶彎腳的進(jìn)液金屬套管、出液金屬套管，進(jìn)、出液金屬套管分別與水平進(jìn)液集管、水平出液集管之間填充保溫材料。本發(fā)明的旋進(jìn)式壁后注漿地源熱能轉(zhuǎn)換預(yù)制樁裝置，其中所述垂直換熱器為U型垂直換熱管。本發(fā)明的旋進(jìn)式壁后注漿地源熱能轉(zhuǎn)換預(yù)制樁裝置，其中所述垂直換熱管為高強(qiáng)度聚乙烯或PVC或PPR材質(zhì)的換熱管。本發(fā)明上述旋進(jìn)式壁后注漿地源熱能轉(zhuǎn)換預(yù)制樁裝置埋入地層的方法，包括如下步驟(I)由樁機(jī)動(dòng)力頭帶動(dòng)旋進(jìn)式壁后注漿預(yù)制螺旋樁旋轉(zhuǎn)鉆入樁基預(yù)定深度，(2)沉樁結(jié)束后，根據(jù)實(shí)際熱負(fù)荷需要及樁芯樁徑大小，在樁芯內(nèi)放置一組或多組垂直換熱器，沿垂直換熱器的長度方向每隔l-3m設(shè)置一個(gè)對中支架，在對中支架的灌漿孔中放置注衆(zhòng)管，(3)進(jìn)行樁內(nèi)回填工序，用注漿泵或泥漿泵通過注漿管將回填物高壓從樁芯底部自下而上封入，(4)樁內(nèi)回填完畢后，對樁芯外壁中上部與樁孔之間的空隙進(jìn)行后壓漿，形成后注漿加固層，(5)在承臺(tái)或墊層內(nèi)設(shè)置水平進(jìn)液集管、水平出液集管，將預(yù)埋于預(yù)制樁內(nèi)的垂直換熱器的進(jìn)口端、出口端分別與水平進(jìn)液集管、水平出液集管連接。本發(fā)明旋進(jìn)式壁后注漿地源熱能轉(zhuǎn)換預(yù)制樁裝置，包括若干個(gè)旋進(jìn)式壁后注漿預(yù)制螺旋樁，各螺旋樁內(nèi)埋設(shè)有垂直換熱器及對中支架，使樁基施工和地源熱泵鉆孔埋管施工一體化，避免了在地面上挖許多20 IOOm的深孔，大大降低了成本，節(jié)約了用地面積， 將垂直換熱器埋設(shè)在螺旋樁內(nèi)，施工安裝方便，提高了施工效率，施工成本低。螺旋樁的樁芯外壁下部l_3m位置處設(shè)置螺旋葉片，將螺旋樁旋入地基，避免了錘擊施工對樁端部的破壞，避免了挖孔施工回填土不夠密實(shí)、影響熱傳導(dǎo)的問題。樁芯外壁中上部與樁孔壁之間澆注后注漿加固層，既加大了熱傳導(dǎo)面積，且由于水泥傳熱性能比土壤好，也提高了熱傳導(dǎo)性能，同時(shí)提聞了粧體承載力。該粧不僅能夠提聞粧基本身的承載力，起到承載、擋土、地基加固的目的，且能有效擴(kuò)大換熱管與土壤的熱交換接觸面積，提高熱交換效率，方便進(jìn)行地源熱能的封閉循環(huán)轉(zhuǎn)換。因此該旋進(jìn)式壁后注漿地源熱能轉(zhuǎn)換預(yù)制樁裝置既能為建筑物傳遞荷載，又可利用地源溫度與外界溫度的差異進(jìn)行熱交換，以達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)。本發(fā)明的可旋進(jìn)式壁后注漿地源熱能轉(zhuǎn)換預(yù)制樁裝置，沿垂直換熱管的長度方向設(shè)置對中支架，對中支架可將垂直換熱管分開，避免多個(gè)換熱管貼靠在一起，導(dǎo)致熱量回流，同時(shí)也保證了樁芯內(nèi)多組垂直換熱管的準(zhǔn)確安放。本發(fā)明旋進(jìn)式壁后注漿地源熱能轉(zhuǎn)換預(yù)制樁裝置埋入地層的方法，將旋進(jìn)式預(yù)制螺旋樁旋入樁基預(yù)定深度后，再放置垂直換熱器，避免了現(xiàn)有樁基埋管與樁基施工同步進(jìn)行而造成的對垂直換熱器的擾動(dòng)與破壞，提高了施工效率。本發(fā)明旋進(jìn)式壁后注漿地源熱能轉(zhuǎn)換預(yù)制樁裝置埋入地層的方法，樁內(nèi)回填完畢后，對樁體上部樁芯外壁與樁孔之間的空隙進(jìn)行注漿，加固樁周土體，不但提高了樁周側(cè)阻力，同時(shí)也擴(kuò)大了樁體與樁周土的接觸面積，即擴(kuò)大了熱能交換的面積，同時(shí)，由于水泥漿加固體的熱傳導(dǎo)性能大于土壤，也在另一方面提高了換熱效率。


圖I是本發(fā)明旋進(jìn)式壁后注漿地源熱能轉(zhuǎn)換預(yù)制樁裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明旋進(jìn)式壁后注漿地源熱能轉(zhuǎn)換預(yù)制樁的剖視圖；圖3為圖2的B-B剖面圖。圖4為本發(fā)明旋進(jìn)式壁后注漿地源熱能轉(zhuǎn)換預(yù)制樁裝置中樁芯內(nèi)填充回填物的圖剖視圖I
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具體實(shí)施例方式如圖I所示，本發(fā)明旋進(jìn)式壁后注漿地源熱能轉(zhuǎn)換預(yù)制樁裝置，包括分別埋入樁孔內(nèi)的若干個(gè)旋進(jìn)式壁后注漿預(yù)制螺旋樁1，各螺旋樁I內(nèi)埋設(shè)有垂直換熱器2，垂直換熱器2為U型垂直換熱管，各垂直換熱管的進(jìn)口端和出口端分別伸出螺旋樁I上端開口，分別與水平進(jìn)液集管3、水平出液集管4連接。結(jié)合圖2、3所示，旋進(jìn)式壁后注漿預(yù)制螺旋樁I包括圓柱形空心樁芯11，樁芯11 底部設(shè)置圓錐形樁頭12，樁芯11外壁下部l_3m位置處設(shè)置螺旋葉片13。旋進(jìn)式壁后注漿預(yù)制螺旋樁I可為整根也可分段連接，當(dāng)為分段連接時(shí)，每段長度宜為3-6m，段與段之間采用焊接或法蘭聯(lián)接。垂直換熱管可為高強(qiáng)度聚乙烯或PVC或PPR材質(zhì)的換熱管。為防止垂直換熱管出現(xiàn)短路，沿垂直換熱管的長度方向每隔l-3m設(shè)置一個(gè)對中支架5，對中支架5采用由鋼、塑料、混凝土或其他對垂直換熱管無害的材料制成，包括板體51，板體51的外側(cè)設(shè)有開口 52， 開口 52的個(gè)數(shù)與放置的垂直換熱管的組數(shù)對應(yīng)，該開口 52孔的直徑略大于垂直換熱管的外徑。板體51的中心設(shè)置灌漿孔53，灌漿孔53中放置注漿管6。水平進(jìn)液集管3、水平出液集管4設(shè)置在地面上的墊層7或承臺(tái)內(nèi)。水平進(jìn)液集管
3、水平出液集管4外部分別設(shè)置帶彎腳的進(jìn)液金屬套管31、出液金屬套管41，進(jìn)、出液金屬套管31、41分別與水平進(jìn)液集管3、水平出液集管4之間填充保溫材料。結(jié)合圖4、5所示，樁芯11內(nèi)填充回填物8，回填物8可為混凝土、水泥砂漿、水泥漿、碎石及粘土等建筑材料。結(jié)合圖6、7所示，樁芯外壁中上部與樁孔壁之間澆注后注漿加固層30。本發(fā)明的旋進(jìn)式壁后注漿地源熱能轉(zhuǎn)換預(yù)制樁裝置中，垂直換熱器為U型管，根據(jù)實(shí)際熱負(fù)荷需要及樁芯樁徑大小，可在樁芯內(nèi)安置一組或多組垂直換熱器。本發(fā)明的旋進(jìn)式地源熱能轉(zhuǎn)換預(yù)制樁裝置埋入地層的方法，包括以下步驟(I)由樁機(jī)動(dòng)力頭帶動(dòng)旋進(jìn)式壁后注漿預(yù)制螺旋樁I旋轉(zhuǎn)鉆入樁基9預(yù)定深度，(2)沉樁結(jié)束后，根據(jù)實(shí)際熱負(fù)荷需要及樁芯樁徑大小，在樁芯11內(nèi)放置一組或多組垂直換熱器2,沿垂直換熱器2的長度方向每隔l-3m設(shè)置一個(gè)對中支架5,在對中支架 5的灌漿孔53中放置注漿管6，(3)進(jìn)行樁內(nèi)回填工序，用注漿泵或泥漿泵通過注漿管6將回填物8高壓從樁芯 11底部自下而上封入，回填物8可為混凝土、水泥砂漿、水泥漿、碎石及粘土等建筑材料，(4)樁內(nèi)回填完畢后，對樁芯外壁中上部與樁孔之間的空隙進(jìn)行后壓漿，形成后注漿加固層30，加固樁周土體，見圖6、7。(5)在承臺(tái)或墊層7內(nèi)設(shè)置水平進(jìn)液集管3、水平出液集管4，將預(yù)埋于預(yù)制樁內(nèi)的垂直換熱器2的進(jìn)口端、出口端分別與水平進(jìn)液集管3、水平出液集管4連接。
本發(fā)明的旋進(jìn)式壁后注漿地源熱能轉(zhuǎn)換預(yù)制樁裝置埋入地層后，如圖I所示，將水平進(jìn)液集管3、水平出液集管4分別與集分水器10連接，集分水器10與地源熱泵機(jī)組20 連接。垂直換熱器2內(nèi)充填熱交換流體21，該流體21通常采用水、鹽水或各種防凍劑溶液， 形成封閉型低溫地?zé)崮苎h(huán)系統(tǒng)。通過垂直換熱器2內(nèi)的交換流體21、樁內(nèi)回填物8、樁芯
11、樁芯外壁的螺旋葉片13、樁體上部的樁周后注漿加固層30、樁周下部螺旋葉片之間的擠壓土層23和淺層土水系統(tǒng)的恒溫層進(jìn)行循環(huán)熱交換，并通過地源熱泵機(jī)組達(dá)到能量轉(zhuǎn)化的目的，起到中央空調(diào)的作用，若輔助以中央熱水器等裝置則可提供中央熱水系統(tǒng)所需熱量。以上所述實(shí)施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通工程技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種旋進(jìn)式壁后注漿地源熱能轉(zhuǎn)換預(yù)制樁裝置，其特征在于包括分別埋入樁孔內(nèi)的若干個(gè)旋進(jìn)式壁后注漿預(yù)制螺旋樁，各螺旋樁內(nèi)埋設(shè)有垂直換熱器，各垂直換熱器的進(jìn)口端和出口端分別伸出螺旋樁上端開口，分別與承臺(tái)或墊層內(nèi)的水平進(jìn)液集管、水平出液集管連接，沿垂直換熱器的長度方向每隔l-3m設(shè)置對中支架，旋進(jìn)式壁后注漿預(yù)制螺旋樁包括空心樁芯，樁芯底部設(shè)置圓錐形樁頭，樁芯外壁下部l_3m位置處設(shè)置螺旋葉片，樁芯外壁中上部與樁孔壁之間澆注后注漿加固層。
2.如權(quán)利要求I所述的旋進(jìn)式壁后注漿地源熱能轉(zhuǎn)換預(yù)制樁裝置，其特征在于所述對中支架包括板體，板體的外側(cè)設(shè)有開口，開口的個(gè)數(shù)與放置的垂直換熱器的組數(shù)對應(yīng)，該開口孔的直徑略大于垂直換熱器的外徑，板體的中心設(shè)置灌漿孔，灌漿孔中放置注漿管。
3.如權(quán)利要求2所述的旋進(jìn)式壁后注漿地源熱能轉(zhuǎn)換預(yù)制樁裝置，其特征在于所述對中支架采用鋼、塑料或混凝土制成。
4.如權(quán)利要求3所述的旋進(jìn)式壁后注漿地源熱能轉(zhuǎn)換預(yù)制樁裝置，其特征在于所述水平進(jìn)液集管、水平出液集管外部分別設(shè)置帶彎腳的進(jìn)液金屬套管、出液金屬套管，進(jìn)、出液金屬套管分別與水平進(jìn)液集管、水平出液集管之間填充保溫材料。
5.如權(quán)利要求4所述的旋進(jìn)式壁后注漿地源熱能轉(zhuǎn)換預(yù)制樁裝置，其特征在于所述垂直換熱器為U型垂直換熱管。
6.如權(quán)利要求5所述的旋進(jìn)式壁后注漿地源熱能轉(zhuǎn)換預(yù)制樁裝置，其特征在于所述垂直換熱管為高強(qiáng)度聚乙烯或PVC或PPR材質(zhì)的換熱管。
7.權(quán)利要求I或2所述的旋進(jìn)式壁后注漿地源熱能轉(zhuǎn)換預(yù)制樁裝置埋入地層的方法， 其特征在于包括如下步驟(1)由樁機(jī)動(dòng)力頭帶動(dòng)旋進(jìn)式壁后注漿預(yù)制螺旋樁旋轉(zhuǎn)鉆入樁基預(yù)定深度，(2)沉樁結(jié)束后，根據(jù)實(shí)際熱負(fù)荷需要及樁芯樁徑大小，在樁芯內(nèi)放置一組或多組垂直換熱器，沿垂直換熱器的長度方向每隔l-3m設(shè)置一個(gè)對中支架，在對中支架的灌漿孔中放置注衆(zhòng)管，(3)進(jìn)行樁內(nèi)回填工序，用注漿泵或泥漿泵通過注漿管將回填物高壓從樁芯底部自下而上封入，(4)樁內(nèi)回填完畢后，對樁芯外壁中上部與樁孔之間的空隙進(jìn)行后壓漿，形成后注漿加固層，(5)在承臺(tái)或墊層內(nèi)設(shè)置水平進(jìn)液集管、水平出液集管，將預(yù)埋于預(yù)制樁內(nèi)的垂直換熱器的進(jìn)口端、出口端分別與水平進(jìn)液集管、水平出液集管連接。
全文摘要
一種旋進(jìn)式壁后注漿地源熱能轉(zhuǎn)換預(yù)制樁裝置，包括分別埋入樁孔內(nèi)的若干個(gè)旋進(jìn)式壁后注漿預(yù)制螺旋樁，各螺旋樁內(nèi)埋設(shè)有垂直換熱器，各垂直換熱器的進(jìn)口端和出口端分別伸出螺旋樁上端開口，分別與承臺(tái)或墊層內(nèi)的水平進(jìn)液集管、水平出液集管連接，沿垂直換熱器的長度方向每隔1-3m設(shè)置的對中支架，旋進(jìn)式壁后注漿預(yù)制螺旋樁包括空心樁芯，樁芯底部設(shè)置圓錐形樁頭，樁芯外壁下部1-3m位置處設(shè)置螺旋葉片，樁芯外壁中上部與樁孔壁之間澆注后注漿加固層。本發(fā)明包括若干個(gè)旋進(jìn)式壁后注漿預(yù)制螺旋樁，各螺旋樁內(nèi)埋設(shè)有垂直換熱器，使樁基施工和地源熱泵施工一體化，避免了地源熱泵系統(tǒng)在地面上的鉆孔埋管程序，大大降低了前期投資成本，節(jié)約了用地面積，樁芯外壁中上部與樁孔壁之間澆注后注漿加固層，既加大了熱傳導(dǎo)面積，也提高了熱傳導(dǎo)性能，同時(shí)提高了樁體承載力。
文檔編號(hào)F25B30/06GK102587365SQ20121005412
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月2日
發(fā)明者張全勝, 張慧東, 李志毅, 柳建國, 馬凜 申請人:中冶建筑研究總院有限公司, 中國京冶工程技術(shù)有限公司, 昆山市建筑安全監(jiān)督站