专利名称：承载式施工桩的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在承载式施工桩(load bearing construction pile)组件中或者关于承载式施工桩组件的改进，并且尤其涉及在由多个该承载式施工桩组件构成的承载式施工桩装置中的改进或关于它的改进。
背景技术：
多年以来，对于作为用于建造目的的支撑结构而使用的桩已经提出很多建议。这 些桩的大致的长度可以根据其所打入的土地的性质以及其必须支撑的结构的性质来确定。关于在此使用的术语“结构”，它的含义是任何形式的住宅、办公室或类似物以及用于支撑住宅、办公室或类似物的地梁(ground beam)或者类似的结构。同样众所周知的是，可利用桩来回收“深层地热”的热量。然而，随着对追求能效更高的结构的新建筑(例如房屋和类似物)的重视，需要利用所有可用的能量源，即“地源”热。
发明内容
因此，本发明的承载式施工桩组件和装置试图在上层土地中(即地面的5到10米内，更具体的是地面的6米内)回收和/或储存热量。当希望降低结构的温度时，承载式施工桩组件和装置还可以用于“排热”。另外，该组件和装置可用于在例如沙漠环境中获取和储存“凉气”，在沙漠环境中寒冷的夜晚温度用于降低地面的温度，由此，这种“凉气”可以被回收以降低结构在白天的高温。为了满足提供结构支撑以及储存和回收热量的途径的以上要求，本发明适时地提出一种承载式施工桩组件，其包括桩；支撑歧管，位于桩的上端，歧管被设置成在使用时对以上所限定的结构提供支撑。该桩可以是打入桩，其通过打桩机的移动力被打入土地中。可替代地，该桩可以是螺旋桩，其通过旋转力(可选地借助移动力)而被打入到土地中。为方便起见，在下文中，本发明将参考螺旋桩进行描述；然而，应理解本发明并不限于该实施例。优选地，支撑歧管设有上表面，所述上表面适于确保在其上支撑的结构的侧向稳定。适当地，螺旋桩包括外管和内管，外管连接到支撑歧管的第一端口，内管连接到支撑歧管的第二端口。在由本发明提出的一个优选的实施例中，螺旋桩容纳位于其下端部处的涡旋歧管(vortex manifold),润旋歧管包括用于内管的下端部的部位,该部位在周向壁中设有多个开口，所述多个开口用于与设置在涡旋歧管中的径向通道相连。优选地，螺旋桩包括位于外管与内管之间的至少一个颈环，所述至少一个颈环中的每一个均包括位于内管的外壁上的圆环，所述至少一个颈环中的每一个还包括从圆环朝向外管的内壁表面向外延伸的一系列螺旋件。
在本发明的优选的实施例中，外管包括上端法兰，外管借助上端法兰固定到支撑歧管，外管包括位于其下端部的盖，外管和下端盖均由钢制成，同时管的端部具有与端盖的螺纹孔接合的螺纹。适当地，支撑歧管由塑料合成物模制成能够承受超过225kN的安全工作负载。优选地，用于支撑歧管的塑料合成物是铸型尼龙(cast nylon)或碳纤维加强高分子合成物。适当地，本发明提出一种承载式施工桩装置，其包括根据之前九个段落所述的承载式施工桩组件。优选地，多个支撑歧管的上表面设置成相互对齐，或大致相互对齐，用于支撑以上所限定的结构。本发明还适当地提出一种施工桩组件，包括外管、内管和位于其下端部的涡旋歧 管，所述涡旋歧管包括用于内管的下端部的部位，所述部位在周向壁中设有多个开口，所述多个开口用于与设置在涡旋歧管中的径向通道相连。优选地，施工桩组件包括位于外管与内管之间的至少一个颈环，所述至少一个颈环中的每一个均包括位于内管的外壁上的圆环,所述至少一个颈环中的每一个还包括从圆环朝外管的内壁表面向外延伸的螺旋件。适当地，外管包括上端法兰，所述上端法兰在使用时用于附连到如在此所限定的结构，外管还包括位于其下端部的端盖，并且优选地外管和下端盖均由钢制成，外管的端部具有与端盖中的螺纹孔接合的螺纹。在优选的施工桩组件中，外管设有位于其外壁上的一系列螺旋叶片，用以在使用时便于将施工桩安装在土地中。本发明还提出一种用之前两个段落中的承载式施工桩装置来回收地热的方法，该方法包括如在此所限定的处于低温的传热流体被向下泵送通过螺旋桩的内管而穿过涡旋歧管，在该处使流体沿螺旋形路线旋动并且在螺旋桩的内管与外管之间上升，当流体穿过位于内管与外管之间的至少一个颈环的螺旋件时，使流体在内管与外管之间旋动上升，同时流体与周围的土地进行传热，然后处于较高温度的流体穿过支撑歧管的第一端口并且进入到热交换器、热泵或者用于回收的其它储存设备。在本发明的进一步开发中，提出一种用在此公开的承载式施工桩装置来储存地热的方法，该方法包括如在此所限定的处于高温的传热流体被向下泵送通过螺旋桩的外管而穿过位于内管与外管之间的至少一个颈环的螺旋件，流体因通过外管的壁向周围土地放出其热量而使流体的温度降低，此后，流体穿过涡旋歧管并且上升通过承载式施工桩装置的内管，从而穿过支撑歧管的第二端口到达热交换器、热泵或用于回收的其它储存设备。
下面通过结合附图的详细描述以实例来说明本发明。图I是本发明的一个方案的示意性立体图；图2是在图I中示出的其中一个元件的示意性立体图；图3是图2的上部元件的平面图；图4是沿图3的线IV - IV截取的剖视图5是沿图3的线V - V截取的剖视图；图6是本发明的涡旋歧管的平面图；图7是图6中示出的涡旋歧管的侧视图；图8是图6和图7中示出的涡旋歧管的示意性立体图；图9是本发明的盖元件的剖视图；图10是图9中示出的元件的平面图；图11是图9和图10中示出的盖的示意性立体图；图12是外管和内管以及位于它们之间的颈环的局部剖开的侧视图；
图13是图12中示出的颈环的侧视图；图14是图13中示出的颈环的平面图；图15至图17示出了用于图6的涡旋歧管的第一改型结构；以及图18和图19示出了用于图6的涡流结构的第二改型结构。
具体实施例方式通常，本发明的承载式施工桩装置2包括多个承载式施工桩组件4，见图I。在该实施例中，每个承载式施工桩组件4通常包括螺旋桩6 ;支撑歧管8，其位于螺旋桩6的上端10处，用于为诸如地梁12等结构提供支撑，见图1，螺旋桩6还包括朝向螺旋桩6的下端13的三个传统的螺旋件(part helices) 11 (见图2)。具体地,每个螺旋桩6均包括外管14和内管16,并且该外管14和内管16分别连接到支撑歧管8的第一端口 18和第二端口 20，见图4和图5。螺旋桩6在其上端10处通过八角形法兰22连接到支撑歧管8，同时其的插端(spigot) 24容纳在支撑歧管8的孔26中，见图4和图5。八角形法兰22可通过粘胶剂或诸如螺栓(未图示)等另一方式固定到支撑歧管8。支撑歧管8的第一端口 18设有入口管/出口管28，其用途将在下文描述。同样地，支撑歧管8的第二端口 20设有入口管/出口管30，其用途将在下文描述，见图3、图4和图5。螺旋桩6在其下端13处容纳涡旋歧管32，该涡旋歧管对内管16的下端部16a提供支撑，该下端部16a设有位于内管16的周向壁16c中的多个开口 16b,见图7,其中下端部16a、开口 16b和周向壁16c仅以点划线示出。管16的开口 16b设置为与涡旋歧管32的涡流通道34 —致，其目的将在下文描述，见图7。螺旋桩6的外管14通过坐落于涡旋歧管32的尖头盖38而在下端36处闭合，该尖头盖38包括用于容纳外管16的螺纹下端42的螺纹孔40，见图7、图9、图10和图11。螺旋桩6还设有位于外管14与内管16之间的颈环44，见图12。颈环44可具有多个，并且包括处于内管16的外壁16a上的圆环46，见图12、图13和图14。颈环44的圆环46具有从圆环46向外辐射的六个螺旋件48，同时其径向外端50位于靠近外管14的内壁表面14a处，见图12，其中外管14以点划线示出。在利用承载式施工桩装置2来回收地热的方法中，如此处所限定的处于低温的传热流体被向下泵送通过螺旋桩6的内管16而穿过涡旋歧管32，在该处使流体沿螺旋形路线旋动，并且在螺旋桩6的外管14与内管16之间上升，当流体穿过位于内管16与外管14之间的颈环44的螺旋件48时，使流体向上旋动，同时流体与周围的土地进行传热，然后处于较高温度的流体穿过支撑歧管8的第一端口 18并且进入到热交换器、热泵或者用于回收的其它储存设备(未不出)。在本发明的进一步开发中，提出一种使用在此公开的承载式施工桩装置2来储存地热的方法，该方法包括如此处所限定的处于高温的传热流体被向下泵送通过螺旋桩6的外管16而穿过位于内管16与外管14之间的颈环44的螺旋件48，同时流体因通过外管14的壁14b向周围土地放出其热量而使流体的温度降低，此后，流体穿过涡旋歧管32并且上升通过承载式施工桩装置2的内管16，从而穿过支撑歧管8的第二端口 20到达热交换器、热泵或用于回收的其它储存设备(未示出)。相似的系统方法可用于如之前所描述的“排热”或获取“凉气”。本发明的螺旋桩大约6m长，并且设计为能够承受超过225kN的安全工作负载。 为此，外管14、其法兰22及端盖38均由钢制成。螺旋桩的长度可超过6m，以便适合其将要支撑的构造的要求以及其所打入的下层土的性质。因此，本发明可设置12m或更长的螺旋桩。支撑歧管8由铸型尼龙或碳加强高分子合成物制成；然而，可采用能够为承载式施工桩装置2的支撑歧管8提供所需的操作强度的任何合适的高分子合成物。螺旋桩6的内管16可由钢制成，虽然它们也可由具有所要求的强度和持续使用超过施工桩装置2所支撑的结构的寿命的耐久度的高分子合成物制成。可以想到，本发明可包括位于由承载式施工桩装置2支撑的结构中的任何热源，例如该结构可包括热交换器、热泵、太阳能电池板或者本发明可采用的用于回收热和/或储存热的任何其它资源。本发明还提供一种施工桩组件，其包括外管14、内管16、法兰22、涡旋歧管32、颈环44和端盖38。在改型的施工桩组件中，外管14设有位于其外壁上的一系列螺旋叶片，以便在使用时协助施工桩组件在土地中进行安装。在涡旋歧管32的第一改型结构中，内管16的下端16a设有六个相等间隔的径向狭槽60，其在使用中适于容纳在设置于下端盖64中的六个径向凹槽62中，见图15到图17。当下端盖64附接到内管16的下端16a时，由于径向狭槽60比凹槽62长，所以为流体提供了多个路径，以使流体沿螺旋形路线旋动并分别在螺旋桩的内管16与外管14之间上升。在涡旋歧管32的第二改型结构中，适于被容纳在内管16a的下端16a与下端盖74之间的颈环70在颈环70的外壁表面上设有六个相等间隔的螺旋壁72，由此，当第二改型结构在使用时，为流体提供了多个路径，以使流体沿径向路线旋动并且分别在螺旋桩的内管16与外管14之间上升。当在此使用时，术语“传热流体”可以是水、乙醇和/或乙二醇的水/防冻剂混合物、或者气体(例如二氧化碳)。在本发明的范围内，可做出其它改型方案。冠词“一个”和“一”在这里用于表示“至少一个”，除非上下文另有要求。
权利要求
1.一种承载式施工桩组件，包括桩；支撑歧管，位于所述桩的上端处，所述歧管被设置成在使用时对以上所限定的结构提供支撑。
2.根据权利要求I所述的承载式施工桩组件，其特征在于，所述支撑歧管设有上表面，所述上表面适于确保在其上支撑的结构的侧向稳定。
3.根据权利要求I和2中任一项所述的承载式施工桩组件，其特征在于，所述桩包括外管和内管，所述外管连接到所述支撑歧管的第一端口，所述内管连接到所述支撑歧管的第二端口。
4.根据权利要求3所述的承载式施工桩组件，其特征在于，所述桩容纳位于其下端部处的涡旋歧管，所述涡旋歧管包括用于所述内管的下端部的部位，该部位在周向壁中设有 多个开口，所述多个开口用于与设置在所述涡旋歧管中的径向通道相连。
5.根据权利要求3和4中任一项所述的承载式施工桩组件，其特征在于，所述桩包括位于所述外管与所述内管之间的至少一个颈环，所述至少一个颈环中的每一个均包括位于所述内管的外壁上的圆环，所述至少一个颈环中的每一个还包括从所述圆环朝向所述外管的内壁表面向外延伸的一系列螺旋件。
6.根据权利要求3到5中任一项所述的承载式施工桩组件，其特征在于，所述外管包括上端法兰，所述外管借助所述上端法兰固定到所述支撑歧管。
7.根据权利要求3到6中任一项所述的承载式施工桩组件，其特征在于，所述外管包括位于其下端部的盖。
8.根据权利要求7所述的承载式施工桩组件，其特征在于，所述外管和所述下端盖均由钢制成，所述管的端部具有与所述端盖的螺纹孔接合的螺纹。
9.根据先前任一项权利要求所述的承载式施工桩组件，其特征在于，所述支撑歧管由塑料合成物模制成能够承受超过225kN的安全工作负载。
10.根据权利要求9所述的承载式施工桩组件，其特征在于，用于所述支撑歧管的塑料合成物是铸型尼龙或碳纤维加强高分子合成物。
11.一种承载式施工桩装置，包括根据先前任意权利要求所述的多个承载式施工桩组件。
12.根据权利要求11所述的承载式施工桩装置，其特征在于，多个所述支撑歧管的上表面设置成相互对齐，或大致相互对齐，用于支撑如上所限定的结构。
13.根据权利要求3所述的承载式施工桩，其特征在于，所述桩容纳位于其下端部的涡旋歧管，所述涡旋歧管包括多个径向狭槽，所述多个径向狭槽由在所述内管的下端部中形成的径向壁所界定，所述径向壁固定地容纳在设置于所述施工桩的下端盖中的凹槽中。
14.根据权利要求13所述的承载式施工桩，其特征在于，所述径向壁以及由此的所述径向狭槽比所述凹槽的深度更长，从而为流体提供了多个路径，当所述桩在使用时，流体在所述施工桩的内管与外管之间旋动上升。
15.根据权利要求3所述的承载式施工桩，其特征在于，所述桩容纳位于其下端部的涡旋歧管，所述涡旋歧管包括位于所述内管的下端与所述施工桩的端盖之间的颈环，所述颈环设有位于其外壁表面上的多个间隔的螺旋壁，由此当所述施工桩在使用时，为流体提供了多个路径，以便流体在所述施工桩的内管与外管之间旋动上升。
16.—种施工桩组件,包括外管、内管和位于其下端部的涡旋歧管,所述涡旋歧管包括用于所述内管的下端部的部位，所述部位在周向壁中设有多个开口，所述多个开口用于与设置在所述涡旋歧管中的径向通道相连。
17.根据权利要求16所述的施工桩组件，其特征在于，所述桩包括位于所述外管与所述内管之间的至少一个颈环，所述至少一个颈环中的每一个均包括用于位于所述内管的外壁上的圆环，所述至少一个颈环中的每一个还包括从所述圆环朝所述外管的内壁表面向外延伸的一系列螺旋件。
18.根据权利要求16和17中任一项所述的施工桩组件，其特征在于，该外管包括上端法兰，所述上端法兰在使用时用于附连到如在此所限定的结构，所述外管还包括位于其下端部的端盖。
19.根据权利要求18所述的施工桩组件，其特征在于，所述外管和所述下端盖均由钢制成，所述外管的端部具有与所述端盖中的螺纹孔接合的螺纹。
20.根据先前任意权利要求所述的施工桩组件，其特征在于，所述桩是螺旋桩。
21.一种用权利要求11和12所述的承载式施工桩装置来回收地热的方法，该方法包括处于低温的传热流体被向下泵送通过所述桩的内管而穿过所述涡旋歧管，在所述涡旋歧管处使流体沿螺旋形路线旋动并且在所述桩的内管与外管之间上升，当流体穿过位于所述内管与所述外管之间的至少一个颈环的螺旋件时，使流体在所述内管与所述外管之间旋动上升，而且流体与周围的土地进行传热，然后处于较高温度的流体穿过所述支撑歧管的第一端口并且进入到热交换器、热泵或者用于回收的其它储存设备。
22.—种用权利要求11和12所述的承载式施工桩装置来储存地热的方法，该方法包括处于高温的传热流体被向下泵送通过所述桩的外管而穿过位于所述内管与所述外管之间的至少一个颈环的螺旋件，流体因通过所述外管的壁向周围土地放出其热量而使流体的温度降低，此后，流体穿过所述涡旋歧管并且上升通过所述承载式施工桩装置的内管，从而穿过所述支撑歧管的第二端口到达热交换器、热泵或用于回收的其它储存设备。
全文摘要
本发明提出一种承载式施工桩装置(2)，包括多个承载式施工桩组件(4)，每个承载式施工桩组件均包括桩(6)，所述桩设有位于其上端(10)处的支撑歧管(8)。每个桩(6)均包括外管(14)和内管(16)，当组件(4)在使用时，在外管与内管之间提供用于流体的路径，流体从上方被泵送向下通过内管(16)而到达涡旋歧管(32)，在该处使流体在向上经过内管(16)与外管(14)之间以前发生旋动。当流体向上经过管(14)与管(16)之间时，通过至少一个颈环(44)同样使流体旋动，所述颈环包括固定地安装在管(16)上的圆环(46)，所述圆环具有螺旋件(48)，当流体向上经过管(14)与管(16)之间时，所述螺旋件使流体继续旋动。在使用时，承载桩装置能够用于回收来自周围的土地的热量；在周围的土地中储存热量；或者储存凉气，尤其是在沙漠地区。
文档编号E02D27/16GK102770602SQ201180011227
公开日2012年11月7日 申请日期2011年2月25日 优先权日2010年2月25日
发明者尼古拉斯·詹姆斯·温考特, 斯蒂芬·詹姆斯·雷德 申请人:尼古拉斯·詹姆斯·温考特, 斯蒂芬·詹姆斯·雷德