一種熱交換空心樁及其施工方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及粧埋管形式的地源熱泵技術領域，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和地源熱泵技術領域。
【背景技術】
[0002]地源熱泵技術，利用淺層常溫地熱能解決建筑供暖制冷問題，屬于節(jié)能、環(huán)保的可再生能源利用技術。為了解決常規(guī)地源熱泵傳熱管埋設中鉆孔費用高的問題，相關工程技術人員提出在常規(guī)粧基礎中埋設傳熱管的結構形式，也稱粧埋管形式的能量粧?；捖窆艿卦礋岜眉夹g，將換熱器埋管與建筑粧基礎相結合的模式，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。結合實際粧基礎形式，地源熱泵傳熱管一般埋設在鉆孔灌注粧和預制粧中。傳熱管在鉆孔灌注粧中的埋設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；傳熱管在預制粧中埋設方法有如下幾種:一是在預制管粧制作過程中預埋在粧身中；二是預制管粧打粧完成后開挖粧芯土后，放入傳熱管，然后回填土；三是在土體中預先鉆孔，將傳熱管綁扎在植入預制粧的外側沉入土體中。
[0003]在本發(fā)明之前，中國申請發(fā)明專利“一種預制能量粧的施工方法”(申請?zhí)?201310441978.7)、“一種六邊形預制能量粧及其制作方法”(申請?zhí)?201310442139.7)公開了一種在六邊形預制粧身內預埋傳熱管的能量粧制作方法；該技術方案將實心鋼筋作為預制粧預應力主筋、空心鋼管作為預制粧構造主筋，傳熱管埋設在空心鋼管內；預埋傳熱管的粧身外邊形狀為六邊形、內邊形狀為圓形；在預制粧底部利用傳熱彎管連接傳熱管，形成U形環(huán)路。將傳熱管埋設在空心鋼管內，有效解決了傳熱管與主筋綁扎埋設造成的相互干擾、混凝土密實度、鋼筋腐蝕、以及影響粧基整體承載力等技術問題；但該技術方案存在管節(jié)接粧相對復雜的技術問題，且當預制粧粧頂遇到鑿粧頭工序時傳熱管容易受到損壞。黃吉永在文章《粧側熱交換能量粧技術開發(fā)及應用》(施工技術，2014，43 (17):30-32)公開了一種在預制粧粧側設置傳熱管的施工工藝。盡管該技術方案解決了預制粧身內預埋傳熱管不便于管節(jié)連接施工的技術問題；但是，該施工工藝中必須先在土體內預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壁將其埋入土體中，這種施工工藝由于需要預先鉆孔，施工費用大大提高；且預鉆孔直徑大于植入粧外徑，會嚴重降低粧基承載力。
[0004]預應力預制粧中在預應力構造鋼筋籠上綁扎傳熱管的埋設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；且預制粧接粧過程中傳熱管的接頭處治相對復雜且不易控制。在預制粧外側綁扎傳熱管一方面由于預鉆孔導致工程造價攀升、另一方面?zhèn)鳠峁芤惨自诔寥脒^程中受到損壞。目前傳統(tǒng)的在預制管粧粧芯土中埋設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度從而影響傳熱效率。因此，開發(fā)一種技術合理、經(jīng)濟高效的空心粧粧芯土中埋設地源熱泵傳熱管技術顯得尤為必要。

【發(fā)明內容】

[0005]發(fā)明目的:本發(fā)明的目的在于克服預制粧鋼筋籠側壁綁扎傳熱管方法，在離心法制作預應力粧過程中容易損壞且不易更換，預制粧接粧過程中傳熱管接頭處治困難及預制粧粧頭鑿粧損壞傳熱管、預制粧外綁扎傳熱管容易損壞且施工費用高、傳統(tǒng)預制管粧、預制方粧或鋼管粧粧芯土中埋設傳熱管土體回填密實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]技術方案:為實現(xiàn)上述技術目的，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側設置有至少一對定滑輪，每個定滑輪的下側分別設置有粧底擋板，所述空心粧的內側沿著定滑輪的豎直方向設置有若干套箍，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側壁，每對定滑輪之間的傳熱管上設置有拉繩。
[0007]優(yōu)選地，所述的空心粧為預應力預制管粧、預應力預制空心方粧或者鋼管粧，其中，所述預應力預制管粧為先張法和離心技術結合的先張法預應力混凝土管粧，所述的預應力預制方粧為預應力混凝土空心方粧，外側為方形，內側為圓形。具體地，預應力預制管粧，是由先張預應力法制作而成的預應力粧，其粧身外側形狀為圓形，直徑為600?800_ ；粧身內側形狀為圓形，直徑為300?400_ ;單節(jié)粧身長度為7?12m ;預制粧粧身內鋼筋預應力主筋直徑為15?25_，長度根據(jù)預制粧的粧長確定，一般為7?12m ;箍筋直徑為6?10mm，箍筋間距為200?500mm ;預應力預制空心方粧，其粧身外側形狀為正方形，邊長為500?1000mm，粧身內側形狀為圓形，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)設計需要確定。本發(fā)明所述的套箍，為空心鋼套箍，內徑為30?60臟，壁厚為2?5mm，長度為10?20mm，在粧內側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，內徑為50?90mm，槽寬70?100mm，具體實施時，根據(jù)滑輪實際外徑與傳熱管尺寸確定動滑輪型號。本發(fā)明所述的粧底擋板，為空心圓環(huán)，外徑與空心粧內側連接，內徑為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)傳熱管所需埋設深度確定。
[0008]優(yōu)選地，粧底擋板的下方固定有預留鋼片，保護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；套箍與空心粧側壁為整體澆鑄成型或焊接連接。
[0010]優(yōu)選地，每個定滑輪通過連接鋼片與空心粧固定連接，每對定滑輪之間的傳熱管通過設置于傳熱管外側的拉環(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,內徑為30?60mm，壁厚為I?5mm。
[0011]本發(fā)明同時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)在空心粧的預制過程中，在空心粧的內側壁沿豎直方向設置至少兩列套箍后進行粧體制作，粧體制作過程與傳統(tǒng)預應力預制管粧、預應力預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側壁并與相應列的套箍處于同一豎直線上，將傳熱管從粧內一列的套箍穿出、繞過兩個定滑輪，然后從另一列的套箍內穿出，由此傳熱管在空心粧內側壁形成一組U形環(huán)路；
[0014](3)在構成一組U形環(huán)路的兩個定滑輪之間的傳熱管上設置一根拉繩并從空心粧內部穿出；
[0015](4)重復步驟(2)和(3)，完成空心粧內側壁不同組U形環(huán)路傳熱管的布置；
[0016](5)利用靜壓或振動方法，將第一節(jié)空心粧沉入土體，當未入土體部分粧段的粧頭高出地面0.5?1.0m時通過拉拽繩子將在兩定滑輪之間傳熱管往上拉；兩側的傳熱管穿過兩側粧內側的套箍通過定滑輪往中間移動，并使中間部分傳熱管向上移動，使粧芯土內部的對應U形環(huán)路的傳熱管布置形式成W形，同時避免粧芯的土壓力對傳熱管造成損壞；
[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)空心粧內側壁的套箍內穿出，在確認粧身軸線一致后將兩空心粧粧節(jié)焊接；利用靜壓或振動方法將第二節(jié)空心粧沉入土體內；
[0018](7)重復步驟(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)對傳熱管進行通水調試，檢驗所埋設的傳熱管的密封性；完成整體熱交換空心粧的施工。
[0020]優(yōu)選地，所述的空心粧為預應力預制管粧、預應力預制空心方粧或者鋼管粧，其中，所述預應力預制管粧為先張法和離心技術結合的先張法預應力混凝土管粧，所述的預應力預制空心方粧為預應力混凝土空心方粧，外側為方形，內側為圓形。
[0021]具體地，當使用先張法預應力混凝土管粧或預應力混凝土空心方粧時，套箍、定滑輪和粧底擋板在混凝土支模時同時固定位置；當使用鋼管粧時，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留鋼片，保護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置有固定鋼筋，用于固定拉繩。
[0023]具體地，每個定滑輪通過滑輪連接鋼片與空心粧固定管連接，每對定滑輪之間的傳熱管通過設置于傳熱管外側的拉環(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)有技術相比，本發(fā)明通過將傳熱管埋設在預應力預制管粧、預應力預制空心方粧或鋼管粧內側，從而克服預制粧鋼筋籠側壁的傳熱管在離心法制作預應力粧過程中存活率低的問題。在施工方面，對粧無損傷，低噪聲，粧長可控，傳熱管設置方便，對預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度從而影響傳熱效率的問題。傳熱管的布設對預制粧的接粧幾乎無影響，克服了傳統(tǒng)預制能量粧在施工方面的主要障礙；與先鉆孔再植粧、傳熱管埋設粧外側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。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明W形埋管結構施工過程縱向布置示意圖(沿箭頭方向為安裝順序圖)；
[0026]圖2為本發(fā)明管粧、空心方粧W形埋管結構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、平行埋管結構縱向布置示意圖；
[0028]圖4為本發(fā)明管粧雙W形交叉埋管、平行埋管結構平面布置示意圖。
[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。
【具體實施方式】
[0030]以下結合附圖詳細敘述本發(fā)明專利的【具體實施方式】。本發(fā)明專利的保護范圍并不僅僅局限于本實施方式的描述。
[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粧身為外側圓形內側圓形的空心粧1，圖2(b)的粧身為外