一种地热能源桩施工设备及其施工方法与流程

1.本发明涉及地热能源桩施工技术领域，特别是一种地热能源桩施工设备及其施工方法。


背景技术：

2.目前预制桩植入法是桩基础的发展趋势，地源热泵传热管利用预制桩植入法进行布置是非常有效的手段。现有技术中，专利号为cn 108570982 a的发明专利公开一种静钻根植桩能量桩及其施工方法，其利用静钻根植桩进行传热管的埋设，将传热管布置在预制桩的内部，存在施工难度大，接头容易损坏，传热效果不好的缺点。专利号为cn 108709328 a的发明专利，还公开了静钻根植工法地热能源桩及其传热管埋设方法，其也是利用静钻根植桩进行传热管的埋设，该发明中预制桩全部采用竹节桩，不能充分发挥植入桩的优势，同时也造成传热管安装难度大。对预制桩焊接接头位置及桩顶处的传热管均没有采取保护措施，在预制桩焊接及后期的土方开挖工程中容易造成传热管的损伤。在预制桩沉桩过程中，传热管会受到周边水泥土强大的阻力，极易造成传热管的损坏，该发明也没有采取有效的措施，同时也没有提出沉设传热管的具体设备和方法。
3.本发明提出了预制桩埋入法布设地源热泵传热管的设备和方法，并对预制桩焊接接头、预制桩顶部的传热管及施工过程中均提出的有效的保护措施，解决了目前预制桩植入法设置传热管中存在的难题。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的现状，而提供施工方法简单、效率高、质量可靠，并能保证传热管布设安全的一种地热能源桩施工设备及其施工方法。
5.本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种地热能源桩施工设备,包括安装有行走机构的设备主平台，设备主平台的中心设有用于植桩的植桩系统，该设备主平台上在靠近前端处安装有用于起吊预制桩的起吊系统，设备主平台上在植桩系统的正后方处安装有用于缠绕收放传热管的传热管布置装置，并且该设备主平台上在紧邻植桩系统的后端开有传热管通路，传热管通路为能使缠绕在传热管布置装置上的传热管穿过设备主平台向下施放的长方形孔洞；植桩系统的中心设有能使预制桩穿过设备主平台植入桩孔内的植桩口。
6.为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：上述的设备主平台呈长方形结构；植桩系统的中心、传热管通路的中心和传热管布置装置的中心均位于设备主平台的同一中分线上，中分线与设备主平台的长边相平行；起吊系统为偏离该中分线设置。
7.上述的起吊系统安装在设备主平台上相对靠近左前角的位置处；该起吊系统包括安装在设备主平台上能360度旋转的旋转操作台以及铰链在旋转操作台上可以伸缩的吊臂；吊臂上通过钢丝绳安装有吊钩。
8.上述的传热管布置装置包括固定在设备主平台上的滚筒支架和转动架设在该滚筒支架上的圆柱形滚筒；传热管有序地缠绕在圆柱形滚筒上。
9.本发明还提供了一种地热能源桩施工设备的施工方法，该方法包括以下步骤：1)、首先将地源热泵的传热管的上端固定在传热管布置装置的圆柱形滚筒上，然后顺时针旋转圆柱形滚筒，使得传热管能层叠有序地全部缠绕在圆柱形滚筒上；2)、利用行走机构将设备主平台行走至需要植桩的桩孔处，并使得植桩系统的植桩口的中心与需要植桩的桩孔的中心相重合；然后利用起吊系统将第一节预制桩起吊，并使该节预制桩的桩底从植桩系统的植桩口中向下穿过设备主平台；3)、逆时针旋转传热管布置装置的圆柱形滚筒，使得传热管的下端从圆柱形滚筒上放下来，并经传热管通路向下穿过设备主平台，然后利用绑扎带或卡箍将传热管的下端与第一节预制桩的下端固定在一起；4)、利用起吊系统和植桩系统的配合，将第一节预制桩植入桩孔内，在植桩的过程中，通过逆时针旋转圆柱形滚筒，使得传热管能在第一节预制桩的带动下从圆柱形滚筒上持续放下来，并且每植桩一段距离后就用绑扎带或是卡箍将传热管与第一节预制桩进行固定；当第一节预制桩的桩顶与设备主平台的平台面间相距0.5米处时，停止植桩；5)、利用植桩系统将第一节预制桩暂时固定住，再利用起吊系统吊起第二节预制桩，使得第二节预制桩的桩底与第一节预制桩的桩顶部对齐紧贴，然后采用焊接的方法将第二节预制桩与第一节预制桩焊接相连在一起；6)、焊接完成后，使植桩系统松开第一节预制桩，然后继续植桩，同样在植桩的过程中，通过逆时针旋转圆柱形滚筒，使得传热管能在第一节预制桩的带动下从圆柱形滚筒上持续放下来，并且每植桩一段距离后就用绑扎带或是卡箍将传热管与第二节预制桩进行固定；当第二节预制桩的桩顶与设备主平台的平台面相距0.5米处时，停止植桩；7)、如此反复步骤5)和步骤6)植入第三节预制桩、第四节预制桩，在植入最后一节预制桩时，当最后一节预制桩的桩顶穿过植桩口后停止植桩，并在该节预制桩靠近桩顶的位置处固定安装一个用于保护传热管的防护套，然后再将传热管的上端容纳保护在该防护套中后，继续植桩至设计标高。
10.上述的传热管的管段中增加有具有一定弹性收缩功能的波纹状接头。
11.上述的传热管通长配置有一根用于承载植桩时拉力的细钢丝绳，细钢丝绳通过绑扎带或卡箍与传热管固定在一起。
12.上述的传热管上在两节预制桩的焊接处粘贴有具有隔热功能的隔热材料。
13.上述的防护套由轴向带有条形开口的非闭合圆形筒套和盖配在该非闭合圆形筒套的上端口上的上端盖组成；非闭合圆形筒套上在条形开口的两翼成型有用于方便与预制桩固定连接的翼缘。
14.上述的防护套采用焊接或螺栓连接的方法固定安装在预制桩上。
15.与对比文件相比，本发明在可移动的设备主平台上安装有用于缠绕收放传热管的传热管布置装置，使传热管在施工时能在传热管布置装置上有序地施放。为了保证传热管施放的顺畅性，本发明还在设备主平台上开有能为传热管的施放提供导向作用的传热管通路，传热管能经传热管通路向下穿过设备主平台。本发明地热能源桩施工设备的施工方法简单高率，通过设置的钢丝绳和波纹状接头能保证传热管在布设时不被拉伤，通过设置的
防护套能够避免传热管在后期的土方开挖过程中造成损害。
附图说明
16.图1是本发明施工设备的结构示意图；图2是图1的俯视图；图3是本发明的施工状态图之一；图4是本发明的施工状态图之二；图5是本发明桩桩连接的结构示意图；图6是图5中a处的局部放大示意图；图7是图5中b处的局部放大示意图；图8是隔热材料的粘贴示意图；图9是本发明防护套的立体结构示意图之一；图10是本发明防护套的立体结构示意图之二。
具体实施方式
17.以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。
18.图1至10是本发明的结构及其施工状态示意图。
19.其中的附图标记为：隔热材料r、预制桩z、设备主平台1、传热管通路1a、行走机构2、植桩系统3、植桩口3a、起吊系统4、旋转操作台41、吊臂42、吊钩43、传热管布置装置5、滚筒支架51、圆柱形滚筒52、传热管6、波纹状接头61、绑扎带7、防护套8、非闭合圆形筒套81、条形开口81a、翼缘811、上端盖82、细钢丝绳9。
20.如图1和图2所示，本发明公开了一种地热能源桩施工设备,该施工设备包括安装有行走机构2的设备主平台1，设备主平台1呈长方形结构，行走机构2可以载着设备主平台1以及安装在该设备主平台1上的所有构件前后左右的移动。设备主平台1的中心设有用于植桩的植桩系统3，植桩系统3中包含有具有液压执行机构，通过液压执行机构可以将预制桩夹持住，以便暂停植桩方便两节桩的连接。植桩系统3的中心设有贯通设备主平台1的植桩口3a，植桩口3a为圆柱形孔，该孔的直径大于预制桩z的直径，以使预制桩能经植桩口3a穿过设备主平台1植入桩孔内。设备主平台1上在靠近前端处安装有起吊系统4，起吊系统4包括固定安装在设备主平台1上的旋转操作台41以及铰链在旋转操作台41上可以伸缩的吊臂42。吊臂42上通过钢丝绳安装有吊钩43。旋转操作台41自带有旋转盘，因此可以带动吊臂42作360度的旋转，旋转操作台41上还安装有卷扬机，通过卷扬机对钢丝绳的收放可以控制吊钩43。起吊系统4的主要功能是对预制桩进行起吊和就位，并进行其他吊装作业。本发明最大的贡献是：设备主平台1上安装有传热管布置装置5，传热管布置装置5能使传热管6层叠有序的缠绕在传热管布置装置5上，以便后续施工时传热管6布设施放。传热管布置装置5设置在植桩系统3的正后方处，这样能保证传热管6施放时更加顺畅。设备主平台1上紧贴植桩系统3的后端开有一个传热管通路1a，传热管通路1a为一个向下贯通设备主平台1的长方形孔洞，这样缠绕在传热管布置装置5上的传热管6就能经传热管通路1a穿过设备主平台1向下施放。
21.为了保证传热管6在施放时不会被传热管通路1a刮伤，传热管通路1a中还设置有
为传热管6提供导向的导向轮，传热管6与导向轮滚动摩擦相接触地穿过传热管通路1a。
22.实施例中，从图2可以看出，本发明的植桩系统3的中心、传热管通路1a的中心和传热管布置装置5的中心均位于设备主平台1的同一中分线上，所述的中分线与设备主平台1的长边相平行。起吊系统4安装在设备主平台1上相对靠近左前角的位置处，因此起吊系统4为偏离设备主平台1的中分线设置。
23.实施例中， 本发明的传热管布置装置5由固定在设备主平台1上的滚筒支架51和转动架设在该滚筒支架51上的圆柱形滚筒52组成。传热管6有序地缠绕在圆柱形滚筒52上。缠绕时，传热管6的上端可以先固定在圆柱形滚筒52上，然后旋转圆柱形滚筒52，使传热管6由内向外一层层地缠绕在圆柱形滚筒52上，直到传热管6的下端也缠绕在了圆柱形滚筒52上。
24.本发明还提供了一种地热能源桩施工设备的施工方法，该方法包括以下步骤：1)、首先将地源热泵的传热管6的上端固定在传热管布置装置5的圆柱形滚筒52上，然后顺时针旋转圆柱形滚筒52，使得传热管6能层叠有序地全部缠绕在圆柱形滚筒52上。考虑到在植桩过程中传热管8会受到很大的拉力，一不小心就容易将传热管8拉断或拉坏，因此，本发明的传热管6配置有通长的细钢丝绳9，细钢丝绳9通过绑扎带7或卡箍与传热管6固定在一起。也就是说，首先将绑扎有细钢丝绳9的地源热泵传热管6的上端固定在传热管布置装置5的圆柱形滚筒52上。细钢丝绳9用于承载植桩时的拉力，使植桩的拉力主要由细钢丝绳9承担，本发明还在传热管6的管段中增加有具有一定弹性收缩功能的波纹状接头61(如图6所示)。波纹状接头61可以在外力作用下通过一定的弹性变形保证传热管6的内部结构不受影响。
25.2)、利用行走机构2将设备主平台1行走至需要植桩的桩孔处，并使得植桩系统3的植桩口3a的中心与需要植桩的桩孔的中心相重合；然后利用起吊系统4将第一节预制桩z起吊，并使该节预制桩z的桩底从植桩系统3的植桩口3a中向下穿过设备主平台1；3)、逆时针旋转传热管布置装置5的圆柱形滚筒52，使得传热管6的下端从圆柱形滚筒52上放下来，并经传热管通路1a向下穿过设备主平台1，然后利用绑扎带7或卡箍将传热管6的下端与第一节预制桩z的下端固定在一起(见图3)；第一节预制桩z为竹节桩，其余的预制桩z可以是竹节桩，也可以是其它类型的预制桩，例如是管桩。
26.4)、利用起吊系统4和植桩系统3的配合，将第一节预制桩z植入桩孔内，在植桩的过程中，通过逆时针旋转圆柱形滚筒52，使得传热管6能在第一节预制桩z的带动下从圆柱形滚筒52上持续放下来，并且每植桩一段距离后就用绑扎带7或是卡箍将传热管6与第一节预制桩z进行固定；当第一节预制桩z的桩顶与设备主平台1的平台面间相距0.5米处时，停止植桩；5)、利用植桩系统3将第一节预制桩z暂时固定住，再利用起吊系统4吊起第二节预制桩z，使得第二节预制桩z的桩底与第一节预制桩z的桩顶部对齐紧贴，然后采用焊接的方法将第二节预制桩z与第一节预制桩z焊接相连在一起(见图4)；6)、焊接完成后，使植桩系统3松开第一节预制桩z，然后继续植桩，同样在植桩的过程中，通过逆时针旋转圆柱形滚筒52，使得传热管6能在第一节预制桩z的带动下从圆柱形滚筒52上持续放下来，并且每植桩一段距离后就用绑扎带7或是卡箍将传热管6与第二节预制桩z进行固定；当第二节预制桩z的桩顶与设备主平台1的平台面相距0.5米处时，停止
植桩；7)、如此反复步骤5)和步骤6)植入第三节预制桩、第四节预制桩，在植入最后一节预制桩时，当最后一节预制桩的桩顶穿过植桩口3a后停止植桩，并在该节预制桩z靠近桩顶的位置处固定安装一个用于保护传热管6的防护套8，然后再将传热管6的上端容纳保护在该防护套8中后，继续植桩至设计标高。防护套8用于保护传热管6，能够防止后期土方开挖过程中对传热管6造成损害。
27.如图9和图10所示，本发明的防护套8由轴向带有条形开口81a的非闭合圆形筒套81和盖配在该非闭合圆形筒套81的上端口上的上端盖82组成；非闭合圆形筒套81上在条形开口81a的两翼成型有用于方便与预制桩z固定连接的翼缘811。
28.上述的防护套8采用焊接或螺栓连接的方法固定安装在预制桩z上。
29.由于二节预制桩焊接时会产生大量的热，在植桩时这些热量又不能及时消散，热量与传热管接触有可能会对传热管6造成损伤，因此为了阻止该风险发生，本发明在二节桩的焊接接口处采用隔热材料r来保护传热管6，隔热材料r具备快速粘贴的功能，如图7和图8所示，隔热材料r粘贴包覆在传热管6上位于两节预制桩的焊接处。
30.本发明的主要优点是：1、提供了一种施工传热管的施工设备，改变了采用人工放传热管的现状，大幅度节省了人力，提高了施工效率；2、提供了一种传热管波纹状的接头，使得传热管在施工期间不受外力损伤。结合波纹管桩接头利用钢丝绳作为主要的受力构件，减少了传热管的受力，非常有效地保护了传热管不受损伤；3、提出了一种焊接接头保护措施，防止了焊接接头热量对传热管的损伤。施工快捷有效；4、提出一种新型保护套，有效保护传热管在后期开挖期间不被损伤。
31.本发明的最佳实施例已阐明，由本领域普通技术人员做出的各种变化或改型都不会脱离本发明的范围。