一种新型高强预制地热能混凝土管桩的制作方法

本实用新型属于建筑节能技术领域，涉及一种新型高强预制地热能混凝土管桩。

背景技术：
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随着科学技术的进步和发展，浅层地热能的利用成为一种新型节能方式，地热能不但可以节约化石能源，还能减少污染的排放，是未来新型能源的一种。目前，地源热泵技术利用换热井中埋管技术可以实现换热和能量存储提取，但是，传统的地热交换系统需要占用大量场地和地下空间，且初期投资高、安装难度大，制约了地热能资源的广泛应用。

近年来，在传统地源热泵技术的基础上，将其与桩基协同施工和工作，形成一种全新的建筑节能技术—“能量桩”，能量桩将传统的地热交换系统的地埋管浇筑在桩基混凝土中，使其兼具结构构件和换热器双重功能，系统造价低。能量桩将环保的概念融入到桩基工程中，经济和社会效益显著，但是，现有的能量桩中埋设换热管，大大削弱基桩的竖向承载能力，为了满足安全要求，传统能量桩桩型一般采用直径较大的钻孔灌注桩，现场工序繁杂、工期长、成本高。因此，迫切需要开发一种工期短、成本低、安全度高的新型结构的能量桩。

技术实现要素：
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本实用新型的发明目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种新型高强预制管桩能量桩，在现有预制闭口管桩技术的基础上，压桩结束后在预制管桩孔心内快速安装热交换管，并在管桩孔芯内灌满混凝土作为导热介质，实现夏季制冷、冬季供暖的功能，提高管桩质量的同时，简化施工工序、缩短工期、降低工程造价。

为了实现上述目的，本实用新型的主体结构包括预制管桩桩体、预制管桩桩端、下部钢筋笼、上部钢筋笼、PE热交换管、管芯填充介质、桩基承台、管桩端头板和保护套管；预制管桩桩体采用用现有的管桩技术，现场打桩机压桩制成，根据预制管桩桩体材料能用于预制钢筋混凝土管桩或钢管桩；预制管桩桩体嵌入式安装在桩基承台的底部；预制管桩桩体的底端为预制管桩桩端，预制管桩桩端为闭口结构或在预制管桩桩端安装闭口桩尖；下部钢筋笼和上部钢筋笼组合构成支架，下部钢筋笼和上部钢筋笼的分界线距离预制管桩桩体的顶端设计标高2m，下部钢筋笼由直径6mm、间距200mm的箍筋和四根直径10mm的纵筋绑扎构成，按照有效换热距离绑扎和固定PE热交换管，避免PE热交换管的支管距离太近产生热干扰；上部钢筋笼由直径8mm、间距150mm的箍筋和六根直径20mm的纵筋绑扎构成，上部钢筋笼上预留有固定钢筋，上部钢筋笼伸入桩基承台的部分为插筋，预制管桩桩体与桩基承台通过插筋连接，插筋的锚固长度根据预应力混凝土管桩《10G409国家建筑标准设计图集》的要求设置；PE热交换管以单U型的布管形式与下部钢筋笼和上部钢筋笼组合构成的支架绑扎在一起，PE热交换管通过循环流动的换热液与预制管桩桩体周围传递来的地热能进行热交换；PE热交换管的顶端接口处安装保护套管；预制管桩桩体内开有管芯，PE热交换管和支架一起插入管芯内并通过上部钢筋笼预留的固定钢筋焊接在管桩端头板上，以保证PE热交换管在管芯内的位置不发生移动；管芯内填充有管芯填充介质，管芯填充介质与预制管桩桩体材料一起用于实现浅层地热能与热交换管间的热传递功能，同时对支架和PE热交换管起到固定和保护的作用，提高其耐久性。

本实用新型所述管芯填充介质包括C30的微膨胀混凝土和C30的普通混凝土，其中C30的微膨胀混凝土用于填充预制钢筋混凝土管桩，由于浮浆的存在，预制钢筋混凝土管桩内壁表面比较粗糙，填充C30的微膨胀混凝土为介质能保证管芯混凝土与桩身混凝土紧密接触，避免填充介质与管桩内壁接触面上产生气泡热阻，进而影响能量桩传热效率；C30的普通混凝土用于钢管桩，钢管桩内壁较光滑，填充C30的普通混凝土即可满足要求。

本实用新型与传统能量桩比较，具有以下优点：一是预制管桩比钢筋混凝土灌注桩施工速度快，并且热交换管与支架一起能在压桩结束后快速插入管芯内，明显缩短工期，降低工程造价；二是换热管按有效换热距离绑扎、固定在支架上，减小了支管间由于距离太近而产生的热干扰，提高了换热效率高；三是将热交换管通过管芯填充介质埋在预制管桩的管芯内，而非埋在桩身混凝土内，大大减小了桩身受力变形时集中应力对桩身竖向承载力的影响；四是管芯填充介质选用混凝土材料，不仅导热系数高，而且能与支架钢筋笼一起改善能量桩水平和竖向承载力，桩身在服役过程中安全可靠；其结构简单，使用方便，成本低，换热效率高，安全可靠，环境友好。

附图说明：

图1为本实用新型的主体结构原理示意图。

图2为本实用新型实施例的施工工艺流程示意框图。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图对本实用新型做进一步说明。

实施例：

本实施例的主体结构包括预制管桩桩体1、预制管桩桩端2、下部钢筋笼3、上部钢筋笼4、PE热交换管5、管芯填充介质6、桩基承台7、管桩端头板8和保护套管9；预制管桩桩体1采用用现有的管桩技术，现场打桩机压桩制成，根据预制管桩桩体1材料能用于预制钢筋混凝土管桩或钢管桩；预制管桩桩体1嵌入式安装在桩基承台7的底部；预制管桩桩体1的底端为预制管桩桩端2，预制管桩桩端2为闭口结构或在预制管桩桩端2安装闭口桩尖；下部钢筋笼3和上部钢筋笼4组合构成支架，下部钢筋笼3和上部钢筋笼4的分界线距离预制管桩桩体1的顶端设计标高2m，下部钢筋笼3由直径6mm、间距200mm的箍筋和四根直径10mm的纵筋绑扎构成，按照有效换热距离绑扎和固定PE热交换管5，避免PE热交换管的支管(是指2到3根PE热交换管插入管芯时，如果距离太近会产生热阻效应，可不用在图中标出)距离太近产生热干扰；上部钢筋笼4由直径8mm、间距150mm的箍筋和六根直径20mm的纵筋绑扎构成，上部钢筋笼4上预留有固定钢筋，上部钢筋笼4伸入桩基承台7的部分为插筋，预制管桩桩体1与桩基承台7通过插筋连接，插筋的锚固长度根据预应力混凝土管桩《10G409国家建筑标准设计图集》的要求设置；PE热交换管5以单U型的布管形式与下部钢筋笼3和上部钢筋笼4组合构成的支架绑扎在一起，PE热交换管5通过循环流动的换热液与预制管桩桩体1周围传递来的地热能进行热交换；PE热交换管5的顶端接口处安装保护套管9；预制管桩桩体1内开有管芯，PE热交换管5和支架一起插入管芯内并通过上部钢筋笼4预留的固定钢筋焊接在管桩端头板8上，以保证PE热交换管5在管芯内的位置不发生移动；管芯内填充有管芯填充介质6，管芯填充介质6与预制管桩桩体1材料一起用于实现浅层地热能与热交换管间的热传递功能，同时对支架和PE热交换管5起到固定和保护的作用，提高其耐久性。

本实施例所述新型高强预制地热能混凝土管桩的具体施工过程为：

1.现场压桩：将场地平整后，用全站仪定位桩基轴线，并将打桩机准备就位，采用静压桩的方法进行压桩，压桩结束后，对桩头处理至桩顶设计标高。

2.钢筋笼绑扎和安装：按照配筋要求绑扎钢筋笼，PE热交换管5按照W形式固定在上部钢筋笼4和下部钢筋笼3构成的支架上，并将PE热交换管5迅速下放安装到管芯内；PE热交换管5固定之前通入0.9MPa的空气压力进行试压，并保持30min不降压，确保PE热交换管5的密封性，在PE热交换管5的顶端接口处安装保护套管9并伸出支架，以防在下放支架时对PE热交换管5产生损坏，同时确保混凝土灌芯时PE热交换管5不被混凝土或其它施工碎屑堵塞。

3.混凝土灌芯：泵送混凝土至管芯内，控制提管速度，确保混凝土的浇筑质量，混凝土灌芯过程中要求PE热交换管5内的空气压力15min不降压，避免混凝土的灌入将热交换管挤压变形，从而影响换热效率。