一种能源桩及其施工方法

本发明涉及地源热泵，特别是涉及一种能源桩及其施工方法。

背景技术：

1、浅层地热能具有可再生、清洁环保以及分布广泛等特点，浅层地热能的利用近年来在我国得到大力的支持；能源桩(也称为地源热泵桩或地源能桩)是一种将地源热泵技术与建筑基础桩相结合的技术，主要用于提供建筑物的供暖和制冷。传统能源桩在运行过程中温度变化会产生附加温度应力、桩身变形、桩基沉降以及承载力降低等影响上部结构稳定性的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种能源桩及其施工方法，以解决上述现有技术存在的问题，降低对桩基础承载特性的影响，进而保障建筑物的安全。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明提供一种能源桩，包括隔热段和换热段；所述隔热段内设置有预制管桩；所述换热段设置于所述隔热段的下方；所述隔热段和所述换热段内设置有u型换热管，所述u型换热管的进口和出口位于所述隔热段的顶部；所述预制管桩外部设置有第一填充物；所述换热段内设置有第二填充物。

4、可选的，所述预制管桩内设置有换热管固定装置，所述换热管固定装置包括中心卡箍，所述中心卡箍的两侧分别设置有一中间卡箍，所述中间卡箍远离所述中心卡箍的一侧设置有外侧卡箍；所述中心卡箍、所述中间卡箍和所述外侧卡箍之间通过连接杆相连接；所述中心卡箍的内部用于通过转杆；所述中间卡箍内设置有钢筋；所述外侧卡箍内设置有换热管。

5、可选的，所述转杆底部设置有换热管导入装置，所述换热管导入装置包括设置于转杆内壁底部的防脱落结构、防脱落座、防脱落钩和弹性件；所述防脱落座的外径与所述转杆的外径相同，所述防脱落座设置于所述转杆底部，所述防脱落钩的中部通过转轴与所述防脱落座的底部转动连接，所述防脱落钩上部的钩体与所述防脱落结构相匹配，所述弹性件设置于所述防脱落钩的下部之间；所述防脱落座的底部设置有限位环，所述限位环用于安装换热管，所述换热管贯穿所述防脱落钩的下部。

6、可选的，所述防脱落座与所述转杆之间设置有防转动结构。

7、可选的，所述防脱落结构为所述转杆内壁上的凸起，所述凸起与所述防脱落钩的钩体相连接。

8、可选的，所述第一填充物为水泥土。

9、可选的，所述第二填充物为混合水泥土，所述混合水泥土为添加有石墨和/或铁屑的水泥土。

10、本发明还公开一种基于上述的能源桩的施工方法，包括以下步骤：

11、第一步，水泥土桩成桩；

12、水泥土桩桩机定位后，按照桩基放样位置进行转孔，然后从桩端到桩顶的顺序注入水泥浆，提钻过程中控制提钻速度和钻头转速，保证水泥浆与原位土均匀混合为水泥土；在换热段水泥土桩成桩所用水泥浆中添加材料增大导热系数，形成混合水泥土；

13、第二步，植桩；

14、将预制管桩吊运至植桩位置上方，定位后将预制管桩竖直放入水泥土桩中，使预制管桩依靠自重沉入水泥土中；

15、第三步，采用导入装置将换热管导入根植桩；

16、(1)采用水泥土桩成桩机进行导入换热管工作，将成桩机的钻头卸掉，将钻杆替换为换热管导入装置注浆管，或，直接采用直径合适的水泥土桩成桩机钻杆作为注浆管；(2)将换热管和导入装置头部组合一体，连接导入装置注浆管和导入装置头部；(3)定位之后，通过换热管导入装置将u型换热管放入已经安放到位的预制管桩之中，并在换热管随导入装置下沉的同时，依次间隔安装换热管固定装置及其竖向连接钢筋，最终通过导入装置将换热管沉入水泥土中；

17、第四步，通过导入装置将换热管沉入水泥土中，达到预定标高后开始注浆；然后边拔管边注浆，直至拔出全部注浆管根植能源桩施工完成。

18、本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

19、本发明能源桩及其施工方法，将换热段放在根植桩下部水泥土桩段(其弹性模量为混凝土弹性模量的1/100左右)，由于水泥土桩段具有较小的弹性模量，在相同的温度变化量下，可有效减小工作时桩身附加温度应力，进而有效的降低对桩身承载特性影响，从而保障上部建筑物的安全稳定。换热段水泥土桩成桩过程中通过在水泥浆中添加石墨、铁屑等材料增大换热段水泥土桩的导热系数，提高能源桩的换热效率。导入装置头部具有换热管导入过程中防转动、防脱落，导入换热管结束后注浆拔管时能自动脱落能特点，施工方便。施工过程中预制管桩、换热装置沉入水泥土桩中较为方便，通过先沉入预制管桩、再沉入换热装置，二者施工过程不交叉可提高施工效率。

技术特征：

1.一种能源桩，其特征在于，包括隔热段和换热段；所述隔热段内设置有预制管桩；所述换热段设置于所述隔热段的下方；所述隔热段和所述换热段内设置有u型换热管，所述u型换热管的进口和出口位于所述隔热段的顶部；所述预制管桩外部设置有第一填充物；所述换热段内设置有第二填充物。

2.根据权利要求1所述的能源桩，其特征在于，所述预制管桩内设置有换热管固定装置，所述换热管固定装置包括中心卡箍，所述中心卡箍的两侧分别设置有一中间卡箍，所述中间卡箍远离所述中心卡箍的一侧设置有外侧卡箍；所述中心卡箍、所述中间卡箍和所述外侧卡箍之间通过连接杆相连接；所述中心卡箍的内部用于通过转杆；所述中间卡箍内设置有钢筋；所述外侧卡箍内设置有换热管。

3.根据权利要求2所述的能源桩，其特征在于，所述转杆底部设置有换热管导入装置，所述换热管导入装置包括设置于转杆内壁底部的防脱落结构、防脱落座、防脱落钩和弹性件；所述防脱落座的外径与所述转杆的外径相同，所述防脱落座设置于所述转杆底部，所述防脱落钩的中部通过转轴与所述防脱落座的底部转动连接，所述防脱落钩上部的钩体与所述防脱落结构相匹配，所述弹性件设置于所述防脱落钩的下部之间；所述防脱落座的底部设置有限位环，所述限位环用于安装换热管，所述换热管贯穿所述防脱落钩的下部。

4.根据权利要求2所述的能源桩，其特征在于，所述防脱落座与所述转杆之间设置有防转动结构。

5.根据权利要求2所述的能源桩，其特征在于，所述防脱落结构为所述转杆内壁上的凸起，所述凸起与所述防脱落钩的钩体相连接。

6.根据权利要求1所述的能源桩，其特征在于，所述第一填充物为水泥土。

7.根据权利要求1所述的能源桩，其特征在于，所述第二填充物为混合水泥土，所述混合水泥土为添加有石墨和/或铁屑的水泥土。

8.根据权利要求1至7任一项所述的能源桩的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结本发明公开一种能源桩及其施工方法，涉及地源热泵技术领域，包括隔热段和换热段；隔热段内设置有预制管桩；换热段设置于隔热段的下方；隔热段和换热段内设置有U型换热管，U型换热管的进口和出口位于隔热段的顶部；预制管桩外部设置有第一填充物；换热段内设置有第二填充物。本发明能源桩及其施工方法，将换热段放在根植桩下部水泥土桩段，由于水泥土桩段具有较小的弹性模量，在相同的温度变化量下，可有效减小工作时桩身附加温度应力，进而有效的降低对桩身承载特性影响，从而保障上部建筑物的安全稳定。换热段水泥土桩成桩过程中通过在水泥浆中添加材料增大导热系数，提高能源桩的换热效率；施工方便，施工效率高。技术研发人员：纠永志,王家旺,田光辉,祝彦知受保护的技术使用者：中原工学院技术研发日：技术公布日：2024/11/21