一种预制能量桩应用结构的制作方法

本实用新型属于地下桩体技术施工领域，特别涉及一种预制能量桩应用结构。

背景技术：

地源热泵（groundsourceheatpump）是以地源能为供能主体，提供夏季制冷、冬季供暖的能源。由于地源热泵利用了地球表面浅层地热资源（通常小于400米深）作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统，而地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，它不受地域、资源等限制，真正是量大面广、无处不在；这种储存于地表浅层近乎无限的可再生能源，使得地能也成为清洁的可再生能源一种形式、环境效益显著；且可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑，更适合于别墅住宅的采暖制冷。

在20世纪80年代，工程界曾把换热管置于钢筋混凝土桩基内，被称之为桩基埋管地热换热器，也被称之为能源桩。目前常用的能源桩基桩为钢筋混凝土桩，因埋管与钢筋混凝土桩直接接触，混凝土在长时间温差和外部环境作用下，其化学和力学稳定性较差，并且与换热管的热膨胀系数不同，易产生伸缩缝和局部变形，不易长期使用；有的能源桩为中空设计，埋管与桩体间存在空气层；由于空气薄膜的存在，使得能源桩导热的效率大幅度下降，而且混凝土的热容低，宜导致温度不稳定。还有的为现场浇筑桩体，存在现场污染大，泥浆难以处理等不足；或有的能量桩体不易操作且承载力低。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种预制能量桩应用结构，用以解决能量桩在长时间使用时易产生裂缝和变形、利用效率低、以及承载小等技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种预制能量桩应用结构，包含连接于基础下的中空桩，设置于中空桩内部的交换液，连接于中空桩桩顶的封闭装置，连接于室内的热交换器、封闭装置和交换液之间的热交换管，以及连接于封闭装置和交换液之间的辅助管；

所述封闭装置包含连接于中空桩桩顶的封堵件、连接于封堵件内部的封堵件纵筋和封堵件箍筋、以及设置在封堵件上的交换管孔和连接孔；所述连接孔对应辅助管设置且至少设置有一个，辅助管包含监测管和/或抽注管以及监测抽注一体管。

进一步的，所述热交换管为不透水导热材料制成，热交换管自封闭装置上交换管孔穿进，从另一交换管孔穿出，热交换管端部位于交换液中。

进一步的，所述热交换管中注入水，水在热交换管和室内的热交换器间循环；所述热交换管置入交换液中的面积和长度适应热交换管中注入水温度变化循环所需经历的面积和长度。

进一步的，所述热交换管在交换液中呈u形、多级u形、w形或螺旋形布置；所述交换液为水，交换液的液面标高为地下土层稳定温度为0℃及以上深度处。

进一步的，所述中空桩包含中空状的桩身和连接于桩身底端的桩尖。

进一步的，所述桩身涂刷有防水涂料或桩身与交换液间设置有防渗层；所述防渗层包含防渗套筒、防渗膜或防渗薄膜。

进一步的，所述桩身为混凝土管桩、钢管桩、钢筋混凝土管桩或预应力钢筋混凝土管桩；所述桩尖与桩身一体预制、焊接或现场浇筑；或桩身由多段拼装组成，拼装处通过端头钢板焊接或者栓焊结合，并在连接处设置防水和/或防腐层。

进一步的，所述封堵件尺寸适应中空桩尺寸，封堵件通过混凝土浇筑预制而成；所述封堵件与中空桩连接面处设置有密封涂层、连接顶部设置有密封圈，封堵件底部设置有隔热层；或封堵件通过混凝土现场浇筑而成。

进一步的，所述封堵件纵筋和封堵件箍筋均间隔布置，所述封堵件纵筋锚入基础内部；或所述封堵件纵筋顶部与封堵件顶部齐平，封堵件与基础间设置有褥垫层。

进一步的，所述中空桩在室内的基础范围内间隔布置，中空桩包含承力和非承力两组，承力的中空桩的实际承载强度大于或等于设计承载强度。

本实用新型的有益效果体现在：

1）本实用新型通过在中空桩内设置交换液，使得热交换管不与桩身直接接触，避免了热交换管与桩身间产生裂缝；且交换液由水组成，水的比热容大易于储存地热能量，避免热量损失；

2）本实用新型通过设置封闭装置，一方面与基础纵筋连接或设置褥垫层，增强了安装结构的一体性，另一方面通过设置交换管孔和连接孔，便于热交换管和辅助管的安装；且封闭装置密封层、密封圈以及隔热层的设置，均利于地热能量的储存；

3）本实用新型通过辅助管的设置，利于在使用中对中空桩内的交换液液面进行监测、以及在长时间使用后对交换液进行更换或补充；

本实用新型，通过中空桩中注入交换液的设计，有效提升热交换率，避免长期形成的空气层，导致导热性大幅度下降，可保证能量的储存，减少施工成本；且本体系易于安装，施工便捷且利于节能环保；本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解；本实用新型的主要目的和其它优点可通过在说明书中所特别指出的方案来实现和获得。

附图说明

图1是预制能量桩应用结构施工示意图；

图2是中空桩桩身横向剖面示意图；

图3是中空桩桩尖结构示意图a；

图4是中空桩桩尖结构示意图b；

图5是封闭装置连接结构示意图a；

图6是封闭装置连接结构示意图b；

图7是封闭装置横向剖面示意图。

附图标记：1-室内、2-基础、3-中空桩、31-桩身、311-混凝土、312-桩箍筋、313-桩纵筋、32-桩尖、4-交换液、5-热交换管、6-辅助管、7-封闭装置、71-封堵件、72-封堵件纵筋、73-封堵件箍筋、74-交换管孔、75-连接孔、8-褥垫层、9-防渗层。

具体实施方式

如图1所示，一种预制能量桩应用结构，包含连接于基础2下的中空桩3、设置于中空桩3内部的交换液4，连接于中空桩3桩顶的封闭装置7，连接于室内1的热交换器、封闭装置7和交换液4之间的热交换管5，以及连接于封闭装置7和交换液4之间辅助管6；中空桩3包含中空状的桩身31和连接于桩身31底端的桩尖32，桩身31与交换液4间设置有防渗层9；防渗层9包含防渗涂料层、防渗膜或防渗薄膜。

如图2所示，中空桩3为钢筋混凝土管桩、桩身31通过桩箍筋312和桩纵筋313绑扎成钢筋笼并浇筑混凝土311而成；此外，中空桩3还可为钢管桩。如图3和图4所示，桩尖32为钢制或混凝土311一体预制。中空桩3在室内1的基础2范围内间隔布置，中空桩3包含承力和非承力两组，承力的中空桩3的实际承载强度大于或等于设计承载强度。在地热设计安装较深之处，单段中空桩3不能满足深度需求，将桩身31由多段预应力钢筋混凝土管桩组成，预应力钢筋混凝土管桩之间采用端头钢板焊接或者栓焊结合，其中，钢板采用不锈钢或耐候钢；并设置防水和防腐层，防止液体渗漏和腐蚀破坏。

本实施例中，热交换管5为不透水导热的金属材料制成，热交换管5在交换液4中呈u形布置、此外还可为多级u形、w形或螺旋形布置。热交换管5自封闭装置7上交换管孔74穿进，从另一交换管孔74穿出，热交换管5端部位于交换液4中。

应用时，在热交换管5中注入水，水在热交换管5和室内1的热交换器间循环，热交换管5中的水在室内1时释放热量或吸收室内1热量，并与地下土体的热量进行交换，由于地下土体的温度稳定，利于室内1的制冷或保温。对应不同的室内1空间和温度调节需求，热交换管5置入交换液4中的面积和长度适应热交换管5中注入水温度变化循环所需经历的面积和长度。本实施例中，交换液4同样为水，水的比热容大，易于对热量进行储存，交换液4的液面标高为地下土层稳定温度为0℃及以上深度处。

如图5至图7所示，封闭装置7包含连接于中空桩3桩顶的封堵件71、连接于封堵件71内部的封堵件纵筋72和封堵件箍筋73、以及设置在封堵件71上的交换管孔74和连接孔75；连接孔75设置有两个，一个为监测管孔、另一个为抽注管孔，或者连接孔75设置有一个，为监测管和抽注管共用孔。

本实施例中，封堵件71通过混凝土浇筑预制而成的圆形柱体，其尺寸适应中空桩3尺寸；封堵件71与中空桩3连接面处设置有密封涂层、连接顶部设置有密封橡胶圈，封堵件71底部设置有隔热涂层。此外，封堵件71可在现场浇筑而成，在中空桩3中设计位置预埋挡板用于浇筑混凝土，顶部通过带有注浆孔的模板进行封顶或直接浇筑，待养护完成后可进行下一工序。

在封堵件71中，封堵件纵筋72和封堵件箍筋73均间隔布置且封堵件纵筋72顶部与基础2中纵筋焊接连接。或在封堵件71顶部设置褥垫层8的封堵件纵筋72不穿过褥垫层8。

结合图1至图7，进一步说明所述的一种预制能量桩应用结构的施工方法，具体步骤如下：

步骤一、在地下施工阶段，根据设计承载和施工平面图，确定中空桩3的尺寸、材质和分布位置；结合前期的地质和勘测资料，确定中空桩3嵌入深度和中空桩3内交换液4的标高。其中，在确定交换液4标高时，根据设计要求地下土层稳定温度为0℃及以上。

步骤二、加工中空桩3并根据现场实际位置标号，在现场根据标号将中空桩3打入或压入地下；其中加工时，在中空桩3内侧涂有一层防渗层9。

步骤三、加工中空桩3并根据现场实际位置标号，结合制作的中空桩3加工封闭装置7，其中，在封闭装置7上依照设计要求预留交换管孔74和连接孔75，并且将封堵件纵筋72端部伸出封堵件71顶部。

本实施例中，连接孔75和交换管孔74均为两个，其中，两个交换孔分别用于热交换管5的进出，两个连接孔75分别用于穿接监测和抽注的辅助管6；对于连接孔75和交换管孔74分别对应连接有密封橡胶圈。

结合制作的中空桩3加工封闭装置7，其中，在封闭装置7上依照设计要求预留交换管孔74和连接孔75，并且将封堵件纵筋72端部伸出封堵件71顶部；其中若设置褥垫层8则封堵件纵筋72顶部与封堵件71顶部齐平。

步骤四、将交换液4和热交换管5置入中空桩3中，并将热交换管5两端伸出；其中，监测和复核交换液4标高，使其保持在设计标高处。其中交换液为水，待其稳定且标高不变时，进行下一工序。

步骤五、在中空桩3桩顶部安装封闭装置7，将热交换管5自交换管孔74穿出，并在连接孔75中穿入辅助管6。在封闭装置7安装前侧面涂抹密封胶，而后安装后在封闭装置7顶部安装密封圈、在底部安装隔热层；或封闭装置7通过现场浇筑而成，浇筑前提前绑扎封堵件纵筋72和封堵件箍筋73，根据是否设置褥垫层8选择封堵件纵筋72的长度，然后现场浇筑并养护。

步骤六、未设置褥垫层8，将封堵件纵筋72与基础2中纵筋连接，并施工基础2和地上建筑部分；设置褥垫层8，褥垫层8施工完成后直接施工基础2和地上建筑部分。

基础2和地上建筑部分施工时，将伸出封闭装置7和地面的热交换管5和辅助管6临时封堵；其中，在基础2施工时可增加铺设找平层、防水层和保温层，以增加基础2的平整度、防水性和保温性。

步骤七、完成地上建筑施工后，将热交换管5与室内1的热交换器连接，并将辅助管6分别与监测器和水泵连接，由此完成预制能量桩应用结构的施工安装。

以上所述仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内所想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。