静钻根植能量桩的制作方法

本实用新型涉及一种静钻根植桩，具体涉及一种静钻根植能量桩，属于桩基础和地源热泵
技术领域：
。
背景技术：
：20世纪90年代，地源热泵在我国推广应用，虽然地源热泵具有稳定性好、节能高效、使用寿命长等优点，但也存在初期投资偏高、大量占用地下空间以及系统复杂，安装难度大等方面的不足，从而制约了其大面积的推广应用。国内外学者和工程师一直在不断尝试地热能利用的新工艺和新方法。近年来，在传统地源热泵技术的基础上，发展了与桩基工程结构协同施工的新的建筑节能技术——“热交换桩技术”，也称“能源桩”、“能量桩”，该技术主要是在桩基础内植入地下热交换管路系统，将地埋管地源热泵与建筑桩基础结合起来，即形成热交换桩系统，从地层获取浅层地温能。在能源桩中将热交换管与桩基紧密结合，保证了换热系统的稳定性、耐久性，较一般地下埋管地源热泵系统造价低。从而解决了地源热泵技术推广占地和成本高的两个主要障碍，同时有助于减少热泵压缩机在加热和冷却建筑物时的热活跃度。申请号为200810159583.7的专利“桩埋螺旋管式地源热泵系统的地热换热器的传热方法”公开了一种在建筑物基础钻孔灌注桩钢筋笼上绑扎埋设螺旋管式传热管，地源热泵传热管埋设与建筑物桩基础打设同时进行的技术方案。申请号为201310441978.7的专利“一种预制能量桩的施工方法”公开发了一种预制能量桩的施工方法，其特征在于：传热管埋设在空心钢管内，空心钢管替代传统实心钢筋作为预制桩主筋；为了连接预制桩中的传热管，在预制桩靴和预制桩帽内预埋传热弯管和传热管接头。申请号为201310459205.1的专利“能源桩及其系统”公开了一种能源桩，其包括一桩体以及一设置于所述桩体的内部的换热管，所述桩体设置于地下，所述桩体为由水泥、粉煤灰和碎石组成的复合体，所述换热管在所述桩体内部形成一导热通路。现有预制能源桩因静压或锤击沉桩过程易导致桩体破坏，从而可能影响热交换管的完好性，而钻孔灌注能源桩因钻孔灌注桩造价高、质量不稳定、单桩施工时间长，且泥浆排放污染环境，不符合低碳环保的发展理念，难以大面积推广应用。由于静钻根植桩是通过钻孔、扩底、注浆及植桩等系列工艺形成的一种桩基础，具有泥浆排放量少，施工过程非挤土，对环境影响小等优点，目前暂无地源热泵系统与静钻根植桩结合的能量桩，在静钻根植桩内埋置换热管对于软土地区推广使用环境友好的地源热泵系统具有重要意义。技术实现要素：本实用新型的目的是克服现有技术中的不足，提供一种静钻根植能量桩。这种静钻根植能量桩，包括下部竹节预制桩、中部圆柱预制桩、上部圆柱预制桩、桩底水泥浆、桩周水泥浆、换热管和漏斗形接头；下部竹节预制桩由竹节与桩身构成，下部换热管呈U形布置于桩身内，下部换热管的进出水位置为漏斗形母接头；中部圆柱预制桩与下部竹节预制桩焊接相连，中部换热管呈Ⅱ形布置于桩身内，中部换热管底部进出水位置为漏斗形公接头，漏斗形公接头与下部竹节预制桩的漏斗形母接头配合相连，中部换热管顶部进出水位置为漏斗形母接头；上部圆柱预制桩与中部圆柱预制桩焊接相连，上部换热管呈Ⅱ形布置在桩身内，上部换热管底部进出水位置为漏斗形公接头，漏斗形公接头与中部圆柱预制桩的漏斗形母接头配合相连，上部换热管顶部进出水口与地源热泵系统相连；桩底水泥浆分布在下部竹节预制桩底部；桩周水泥浆分布在预制桩周，并在桩底水泥浆以上，外径小于桩底水泥浆。作为优选：竹节与桩身形成凹凸相间的混凝土异形预制桩。作为优选：中部换热管底部的漏斗形公接头伸出端面5cm～10cm；上部换热管底部的漏斗形公接头伸出端面5cm～10cm。作为优选：漏斗形母接头与漏斗形公接头构成漏斗形接头，漏斗形母接头内侧设有凹槽，凹槽内贴有橡胶止水条。作为优选：桩底水泥浆和桩周水泥浆均为圆环柱体结构。作为优选：预制桩的桩身由受力钢筋、箍筋和混凝土组成，受力钢筋沿圆周均匀布置，箍筋螺旋布置，箍筋焊接在受力钢筋的外侧，换热管与箍筋焊接相连。本实用新型的有益效果是：本实用新型的静钻根植能量桩由多节预制桩拼接而成,内置换热管,解决了地热换热管在拼接式预制管桩中的布设和快速拼接的难题，实现了地源热泵系统与静钻根植桩的有效结合。由于静钻根植桩是通过钻孔、扩底、注浆及植桩等系列工艺形成的一种桩基础，具有泥浆排放量少，施工过程非挤土，对环境影响小等优点。附图说明图1为本实用新型的静钻根植能量桩示意图；图2为本实用新型的下部竹节预制桩图；图3为本实用新型的中部圆柱预制桩图；图4为本实用新型的上部圆柱预制桩图；图5为本实用新型的漏斗形接头图；图6为本实用新型的桩孔示意图；图7为本实用新型扩底示意图；图8为本实用新型的水泥浆置换泥浆示意图；图9为本实用新型的植桩示意图；图10为本实用新型的成桩后示意图。附图标记说明：下部竹节预制桩1、竹节11、中部圆柱预制桩2、上部圆柱预制桩3、桩底水泥浆4、桩周水泥浆5、换热管6、下部换热管61、中部换热管62、上部换热管63、漏斗形接头7、漏斗形母接头71、漏斗形公接头72、橡胶止水条8、钻机9、钻机扩头段91、桩孔10、扩底部分101。具体实施方式下面结合实施例对本实用新型做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型。应当指出，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。如图1所示，所述的静钻根植能量桩，包括：下部竹节预制桩1、中部圆柱预制桩2、上部圆柱预制桩3、桩底水泥浆4、桩周水泥浆5、换热管6和漏斗形接头7。如图2所示，下部竹节预制桩1置于地基土层中，下部竹节预制桩1由竹节11与桩身构成，竹节11与桩身形成凹凸相间的混凝土异形预制桩，下部换热管61呈U形布置在桩身内，下部换热管61的进、出水位置为漏斗形母接头71。如图3所示，中部圆柱预制桩2与下部竹节预制桩1焊接相连；中部换热管62呈Ⅱ形布置在桩身内，中部换热管62底部出、进水位置为漏斗形公接头72，伸出端面5cm～10cm，漏斗形公接头72与下部竹节预制桩1的漏斗形母接头71插入式相连；中部换热管62顶部进、出水位置为漏斗形母接头71。如图4所示，上部圆柱预制桩3与中部圆柱预制桩2焊接相连；上部换热管63呈Ⅱ形布置在桩身内，上部换热管63底部出、进水位置为漏斗形公接头72，伸出端面5cm～10cm，漏斗形公接头72与中部圆柱预制桩2的漏斗形母接头71插入式相连；上部换热管63顶部进、出水口与地源热泵系统相连。如图5所示，漏斗形接头7由漏斗形母接头71和漏斗形公接头72构成；漏斗形母接头71内侧设有凹槽，凹槽内贴有橡胶止水条8；漏斗形母接头71与漏斗形公接头72插入式相连。如图9、10所示，桩底水泥浆4为圆环柱体，分布在下部竹节预制桩1底部；桩周水泥浆5为圆环柱体，分布在预制桩周，并在桩底水泥浆4以上，外径小于桩底水泥浆4。预制桩的桩身由受力钢筋、箍筋和混凝土浇筑而成，受力钢筋沿圆周均匀布置，箍筋螺旋布置，焊接在受力钢筋的外侧；换热管6与箍筋焊接相连。所述的静钻根植能量桩的施工方法，包括以下步骤：步骤一、钻孔：如图6所示，首先在桩位用钻机9钻孔得到桩孔10，桩孔10的直径大于下部竹节预制桩1、中部圆柱预制桩2和上部圆柱预制桩3的直径。①移动桩机到达作业位置，并调整桩架垂直度达到1％以内，桩机就位后对桩位再次进行定位复核，桩位偏差值应小于20mm；②将钻头定位于桩心位置，确认平面位置及钻杆垂直度。使用定位检测尺确认平面位置，使用两台经纬仪互成90°进行垂直度监测并校正，垂直度精度为1％，水平位移偏差不大于20mm。③钻孔过程中，根据地质情况边钻孔边喷水或膨润土混合液，利用带有专用搅拌翼的钻杆边钻孔边对孔体进行修整及护壁。根据孔径、钻孔速度及地质情况调整水用量。④钻孔至设定深度后，上下反复提升和下降钻杆进行桩孔10的修整。桩孔10修整完成后，打开钻头部位扩大翼，按照设定的扩大直径分数次进行扩孔，扩孔完成后注入桩端水泥浆并进行反复搅拌。⑤钻杆保持匀速下沉或提升。提升时不应在孔内产生负压造成周边土体的过大扰动，搅拌次数和搅拌时间应能保证成孔质量；一般地质情况下，施工过程中可根据实际情况对钻孔速度进行细微调整。⑥钻头在正常情况下钻到规定深度后根据地质情况升、降数次，保证孔体的光滑及水泥土的均匀性。应严格控制水泥浆用量，采用流量计进行计量。⑦钻头钻至持力层部位附近时，钻孔速度应尽可能保持一致。根据管理装置电流负荷变化情况并与地质勘察报告柱状图进行比较，确认达到持力层。在持力层中钻进速度需要适当放慢，保证电流负荷在允许范围内，并保证充足的水流量。步骤二、扩底：如图7所示，打开钻机9的钻杆扩头段91对桩孔10下部进行扩孔，得到扩底部分101。①每根桩施工前，对钻头的扩底状况进行检查，包括扩底直径尺寸、操作控制状况、保养状况，确认正常后方可进行施工。②扩底操作根据地质情况分3～5次逐次完成，每次扩底过程中必须保证钻机电流在容许范围内，发现异常，及时进行处理；扩孔完成后，上下反复升降钻头，保证桩端水泥浆的均匀，升降幅度为扩底部分101的高度。③扩底尺寸根据地质情况按照下表选取。表1扩底尺寸表步骤三、注浆：如图8所示，收起钻杆扩头段91，并下放钻杆至桩孔10底部；向扩底部分101注入桩底水泥浆4，并置换扩底部分101的泥浆，置换的体积比为50％～100％。向桩孔10除扩底部分101外的孔内注入桩周水泥浆5，并置换泥浆，置换的体积比为20％～60％。泥浆置换过程中，边提钻杆边注入水泥浆。①桩底水泥浆注入扩底操作完成后注入桩底水泥浆4，桩底水泥浆4注入量为扩底部分101体积的100％。在注浆过程中，上下反复升降钻机9直至桩底水泥浆4全部注入扩底部分101。桩底水泥浆4水灰比为0.55～0.70，注入量为1m3水泥浆的原材料用量见表2。表2桩端水泥浆原材料用量水灰比w/c水泥(kg)水(kg)注入量m30.55～0.701000～1200600～7001②桩周水泥浆注入桩底水泥浆4注入完成后注入桩周水泥浆5，桩周水泥浆5注入量：(钻孔体积-扩底部分体积)×30％。为确保桩周水泥浆5的实际注入量，根据提升钻杆的速度确认单位时间的供浆量，每提升单位长度的钻杆确认水泥浆注入量，发现偏差及时进行修正。步骤四、植桩：如图9所示，将下部竹节预制桩1下沉至桩孔10中，并将其暂时固定；吊起中部圆柱预制桩2，将中部圆柱预制桩2的漏斗形公接头72与下部竹节预制桩1的漏斗形母接头71对齐压紧后，沿桩周进行焊接相连；继续下沉中部圆柱预制桩2至桩孔10中，并将其暂时固定，吊起上部圆柱预制桩3，将上部圆柱预制桩3的漏斗形公接头72与中部圆柱预制桩2的漏斗形母接头71对齐压紧后，沿桩周进行焊接相连；下沉上部圆柱预制桩3至桩孔10中；中部圆柱预制桩2根据实际需要可以设置多节。①植桩前把固定桩的专用工具放置于桩孔周围合适位置。②桩的植入应和钻孔、水泥浆喷射保持连续，避免水泥浆喷射时间过长后植桩。植桩过程中，必须采用检测尺对桩进行定位，在桩植入过程中，随时检测，偏差超过30mm，必须进行校正。同时用两台经纬仪互成90度对桩进行检测，垂直度偏差不得超过1％。③在下节桩桩顶距离地面1～2m时，用专用工具将桩固定，然后吊装下一节桩，再进行换热管6顶部进、出水口连接，桩与桩之间采用CO2气体保护焊焊接。④用专用送桩工具将桩固定、校正和送桩。送桩过程，利用桩身自重，钻机9提供的压力，将桩旋转至设计标高。⑤植桩过程中，如桩顶位置距设计标高相差较大时发生沉桩困难现象，应采取改变旋转速度、加大压力等措施，如仍然沉桩困难，则应将桩拔出，在原桩位处重新钻孔、注浆，然后继续植桩施工。步骤五、养护：如图10所示，预制桩静置，自然养护。当前第1页1 2 3