專利名稱：一種pcc能量樁及制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于土木建筑工程技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及ー種PCC樁能量樁及使用方法。
背景技術(shù)：
地熱資源是ー種清潔能源，且分布廣、造價低、使用方便，具有廣闊的開發(fā)和應用前景。地源熱泵技術(shù)，是利用地下的土壌、地表水、地下水溫相對穩(wěn)定的特性，通過消耗電能，在冬天把低位熱源中的熱量轉(zhuǎn)移到需要供熱或加溫的地方，在夏天還可以將室內(nèi)的余熱轉(zhuǎn)移到低位熱源中，達到降溫或制冷的目的。地源熱泵不需要人工的冷熱源，可以取代鍋爐或市政管網(wǎng)等傳統(tǒng)的供暖方式和中央空調(diào)系統(tǒng)。冬季它代替鍋爐從土壌、地下水或者地表水中取熱，向建筑物供暖；夏季它可以代替普通空調(diào)向土壌、地下水或 者地表水放熱給建筑物制冷，是ー種有效地利用能源的方式。但是，地源熱泵埋設(shè)需要占用較大的土地面積，且初期埋設(shè)成本高，因此其經(jīng)濟性較差。在本發(fā)明之前，中國專利(專利申請?zhí)?00610016545.7)公開了“低溫地熱能轉(zhuǎn)換預制鋼筋混凝土方樁”，通過在預制鋼筋混凝土方樁中埋設(shè)各形狀的管狀換熱器裝置進行承載、擋土支護、地基加固的同時，可以進行淺層低溫地熱能轉(zhuǎn)換，起到樁基和地源熱泵預成孔直接埋設(shè)管狀換熱器的雙重作用。在采用焊接法接樁或法蘭法接樁的預制鋼筋混凝土方樁中的鋼筋籠內(nèi)沿，綁扎U型管狀換熱器或螺旋型盤管換熱器或其它形狀的管狀換熱器，隨方樁沉樁至土(巖)層中。預制鋼筋混凝土方樁內(nèi)的各類管狀換熱器與地表管路連接，換熱器管路內(nèi)充填交換流體，通過管狀換熱器系統(tǒng)中的交換流體與鋼筋籠、樁身混凝土、樁周土-水系統(tǒng)進行熱交換，形成封閉式地源熱泵的地下低溫地熱能交換器。這種能量樁雖然不增加用地面積，但具有以下缺點(I)U形管綁扎在鋼筋籠上，并埋設(shè)在混凝土中，與樁身一起受カ變形，容易造成管道的變形和損壞；(2) U形管埋設(shè)在混凝土中，不能回收、不能重復使用，也不能進行檢修，在使用過程中出現(xiàn)問題無法補救；(3)預制樁需要接樁，U形管的接頭難以處理，容易造成熱源的損失；(4)U形管道理在混凝土中，使樁在受カ時在U形管周圍產(chǎn)生應カ集中，不利于樁身的受力，容易產(chǎn)生局部破壞，樁的承載カ降低。(5)預制樁造價相對較高，且預制樁一般直徑都較小，即樁側(cè)表面積小，集熱能力有限。中國專利(專利申請?zhí)?01110165215. 5)公開了 “現(xiàn)澆鋼筋混凝土大直徑管樁施エ方法”，即鋼筋混凝土 PCC樁施工方法，包括以下步驟樁機就位；活動內(nèi)支撐轉(zhuǎn)動到貼近限位器；活瓣樁尖閉合；沉入樁模；移開振動頭；下放鋼筋籠；裝上振動頭；灌注混凝土 ；振動拔管；活瓣樁尖和內(nèi)支撐打開；混凝土和鋼筋籠進入地基；樁模拔出成樁。鋼筋混凝土PCC樁以較少的混凝土用量得到較高的承載力，具有廣闊的推廣應用前景。該樁型內(nèi)、外直徑都很大，一般在Im以上，具有大直徑樁芯，將大直徑樁芯土掏空可以得到較大的內(nèi)部空間，但目前該樁型的樁芯內(nèi)部空間未得到充分利用
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于克服傳統(tǒng)能量樁的缺陷，充分利用PCC樁的內(nèi)部空間，開發(fā)一種施工便捷、經(jīng)濟性好、使用方便的新型PCC能量樁及制作方法?！NPCC能量樁，由現(xiàn)澆鋼筋混凝土大直徑管樁(簡稱PCC樁)、導熱液體、蓋板、底板、導熱管、集熱器、檢查通道等部分組成，其特征在于PCC樁樁底采用鋼筋混凝土完全封閉；PCC樁頂部設(shè)置鋼筋混凝土蓋板；在蓋板上設(shè)置多個孔洞；PCC樁上部一側(cè)設(shè)置預留孔，用于導熱管穿越；PCC樁內(nèi)部空腔內(nèi)注滿導熱液體；導熱管穿過蓋板上的孔洞深入到PCC樁空腔內(nèi)的導熱液體中；深入到PCC樁空腔內(nèi)的導熱管可采用開口式和封閉式兩種形式；PCC樁側(cè)壁設(shè)置一檢查通道，檢查通道伸出地表，檢查通道出口設(shè)置密封蓋；導熱管可通過蓋板上的孔洞或檢查通道引出PCC樁空腔后與集熱器連接，形成導熱液體的循環(huán)通道。所述的蓋板直徑與PCC樁內(nèi)直徑相等，蓋板頂面標高比PCC樁頂面標高低，PCC樁上部用于導熱管穿越的預留孔位置介于蓋板頂面和PCC樁頂面之間。所述蓋板上的孔洞直徑大小與導熱管外直徑相等，數(shù)量與導熱管數(shù)量相等。其中一半孔洞連接進水管、一半孔洞連接出水管。 所述的導熱管在伸出PCC樁預留孔后設(shè)置活動接頭，可用于拆卸。所述開口式導熱管的進水管深入到PCC樁空腔底部作為進水口，出水管的出水口靠近PCC樁頂部的蓋板下方。所述封閉式導熱管可以在PCC樁空腔內(nèi)設(shè)置成U形、W形和螺旋形等形狀，導熱管深入到靠近PCC樁樁底。本發(fā)明一種PCC能量樁的制作方法，包括以下技術(shù)步驟
(I)在樁位施工鋼筋混凝土 PCC樁，并進行混凝土養(yǎng)護。必須使樁體混凝土養(yǎng)護達到一定強度才能進入下一步驟以保證施工安全。(2)預制鋼筋混凝土蓋板，并按要求預留孔洞。(3)施工場地降水。當施工場地地下水位高程高于PCC樁樁底高程時，在儲藏井施工場地周圍設(shè)置一圈井點降水，否則，直接進入步驟(4)。(4)開挖樁芯土?？刹捎萌斯し绞介_挖，也可采用高壓水沖洗樁芯土形成泥漿后，用泥漿泵抽除樁芯土。樁芯土開挖深度應在樁底標高以下3(T50cm。(5)在PCC樁上部預留孔的位置鉆孔形成預留孔，預留孔數(shù)量與需要穿越的進水導熱管和出水導熱管數(shù)量之和相等。(6)鑿除部分樁底混凝土，使樁端露出2(T30cm的鋼筋頭，作為連接鋼筋，然后下放底板鋼筋，并與樁端連接鋼筋連接。(7)澆筑混凝土底板進行封底，進行底板混凝土養(yǎng)護，待達到一定強度方可停止降水。(8)安裝PCC樁空腔內(nèi)部導熱管。將開口式導熱管的進水管或封閉式導熱管安放在PCC樁空腔內(nèi)部。(9)安裝蓋板。在管樁頂部內(nèi)壁對稱打入四根銷釘，用于卡住蓋板底部的位置；將預制好的蓋板放置在PCC樁內(nèi)部空腔頂部，并將導熱管穿過蓋板上的孔洞，蓋板位置被銷釘卡??；在蓋板周邊與樁內(nèi)壁接觸處涂上密封膠。(10)連接導熱管。將穿過蓋板上的孔洞的導熱管與集熱器連接。若為開口式導熱管，則將導熱管出水管的一端穿過蓋板的孔洞進入到PCC樁空腔內(nèi)部，另一端也與集熱器連接。從PCC樁內(nèi)部引出的導熱管連接集熱器吋，都穿過PCC樁上部的預留孔。(11)分別拆開一根進水導熱管和一根出水導熱管上的活動接頭，從進水導熱管注入導熱液體，直到導熱液體充滿整個空腔，有液體從出水導熱管流出后停止注入。(12)接上兩根導熱管的活動接頭，開啟地熱泵，導熱液體在導熱管和管樁腔體內(nèi)形成循環(huán)回路。( 13)地熱通過PCC樁樁身混凝土傳遞到導熱液體后，通過導熱液體傳遞給導熱管，在導熱管回路中的液體循環(huán)將熱量不斷輸送到集熱器，集熱器收集熱量后不斷輸送給用戶，從而實現(xiàn)了能量的傳輸。(14)在PCC樁上繼續(xù)建筑上部結(jié)構(gòu)，上部結(jié)構(gòu)荷載傳遞到PCC樁，使PCC樁起到樁 基承載作用。(15)在不需要采用地熱功能時，還可將蓋板上的導熱管拆除，將需要儲存的其他液體能源保存到PCC樁空腔中。(16)當PCC樁腔體內(nèi)的導熱管需要更換或檢查時，打開檢查通道上的密封蓋，從檢查通道進入到管樁管腔內(nèi)進行檢查，或直接將通過檢查通道引出的導熱管檢查或更換。本發(fā)明的優(yōu)點和效果在于
(I)PCC樁內(nèi)徑大，形成的內(nèi)部空腔大，設(shè)置檢查通道后，在官腔內(nèi)部需要檢修時，可直接進入到空腔檢查，可更換導熱管等設(shè)備，簡單易行。(2)PCC樁為現(xiàn)澆混凝土樁，打入地基深度大，且樁身是一整體，無接頭，密封性好。(3)PCC樁側(cè)面積大，受到地熱的面積大，空腔內(nèi)液體體積大，有利于吸收更多的地
基熱量。(4)PCC樁主要依靠外側(cè)摩阻力和端阻力來提供承載カ，將PCC樁樁芯土掏空并設(shè)置底板，并沒有減少外側(cè)摩阻力和樁端阻力，因此PCC樁承載力沒有損耗，能較好的承擔上部結(jié)構(gòu)的荷載。(5)在樁體空腔內(nèi)充滿傳熱液體，液體體積大，因此液體中儲藏的能量大,能量傳輸效率更高。(6)在不需要地熱的季節(jié)，PCC樁內(nèi)部的空腔還可以作為地下儲藏液體的儲藏井，如可以儲藏石油等能源。總之，本發(fā)明施工簡便，不影響PCC樁本身的受カ和使用，方便檢修和維護，應用范圍廣，造價低，是ー種經(jīng)濟高效的節(jié)能減排樁型。本發(fā)明的優(yōu)點和效果還將在具體實施方式
中進ー步描述。


圖I——本發(fā)明平面示意圖。圖2——本發(fā)明圖I中A-A位置剖面示意圖。圖3——本發(fā)明封閉形導熱管示意圖。圖4——本發(fā)明導熱流體運動方向示意圖。圖5——本發(fā)明進水導管從檢查通道引出示意圖。圖中1為PCC樁；2為底板；3為蓋板；4為上部結(jié)構(gòu)；5為導熱管；6為傳熱流體；7為地熱泵；8為集熱器；9為活動接頭；10為銷釘；11為進水孔；12為出水孔；13為預留孔；14為檢查通道；15為密封蓋。
具體實施例方式如圖廣圖4所示，一種PCC能量樁，由PCC樁(I)、傳熱液體(6)、蓋板(3)、底板
(2)、導熱管(5)、集熱器(8)、檢查通道(14)等部分組成，PCC樁(I)樁底采用鋼筋混凝土完全封閉，形成底板(2);PCC樁頂部設(shè)置鋼筋混凝土蓋板(3);在蓋板(3)上設(shè)置多個孔洞，分別與進水孔(11)的導熱管(5)和出水孔(12)的導熱管(5)連接；管樁空腔內(nèi)注滿導熱液體
(6);導熱管(5)穿過蓋板(3)上的孔洞深入到PCC樁(I)空腔內(nèi)的導熱液體(6)中；導熱管(5 )與集熱器(8 )連接，并與PCC樁(I)空腔一起形成一個循環(huán)通道。在PCC樁(I)側(cè)面設(shè)置一檢查通道(14)，檢查通道(14)伸出地表，檢查通道(14)出口設(shè)置密封蓋(15)。PCC樁(I)頂部直接建筑上部結(jié)構(gòu)(4)，PCC樁(I)同時起到了承載作用。 PCC能量樁制作時，先平整場地，若軟土層直接裸露于地表，則需對軟土層表面進行處理，可在上面鋪設(shè)3(T50cm的墊層，以方便施工機械進場。將PCC樁樁機移到樁位，開啟卷揚機，使機架上抬，PCC樁(I)樁模在機架自重的作用下壓入地基一定深度。若在自重作用下壓入的深度仍小于設(shè)計深度，則開啟振動錘，使樁模同時在自重和振動力的作用下下沉，直到達到設(shè)計深度停止。若沉管過程中遇到硬土夾層，可采用沉模造漿器造漿潤滑樁管，減小側(cè)壁阻力，使樁模順利穿透硬夾層。一般PCC樁(I)樁模需打穿軟土層，達到性質(zhì)較好的持力層。待樁模沉入到設(shè)計深度，移開振動頭，通過內(nèi)外套管之間的環(huán)形腔體下放鋼筋籠，鋼筋籠下端直接下放到樁底，然后再將振動頭連接在樁模頂部。灌注混凝土，振動拔管形成PCC樁(I)。為了保證成樁質(zhì)量，現(xiàn)場攪拌混凝土塌落度宜為8cm 12cm，如采用商品混凝土，非泵送時塌落度宜為8cm 12cm,泵送時坍落度宜為16cm 20cm。進行混凝土養(yǎng)護。必須使樁體混凝土養(yǎng)護達到一定強度才能進入下一步驟以保證施工安全。在混凝土養(yǎng)護過程中，可以按照設(shè)計要求預制蓋板(3)，在蓋板(3)上預留所需的孔洞。預制蓋板(3)的工作也可以提前進行?！銟堕L小于IOm時可養(yǎng)護兩周后開挖樁芯,樁長大于IOm時養(yǎng)護四周后開挖樁芯。開挖樁芯土前進行施工場地降水，以防止地下水滲入樁芯。當?shù)讓訕缎就帘旧頋B透性較低，可以起到防水的效果時，可保留廣I. 5m樁芯土不開挖，不需進行降水。當施工場地地下水位高程低于PCC樁樁底高程時，可不降水直接開挖樁芯土。樁芯土可采用人工方式開挖，也可采用高壓水沖洗樁芯土形成泥漿后，用泥漿泵抽除樁芯土。全部開挖樁芯土時，樁芯土開挖深度應達到樁底標高以下3(T50cm，主要是為了保證底板(2)有一定的厚度。在PCC樁(I)上部預留孔的位置鉆孔形成預留孔(13)，預留孔(13)數(shù)量與需要穿越的進水導熱管(5)和出水導熱管(5)數(shù)量之和相等。全部開挖樁芯土時，鑿除部分樁底混凝土，使樁端露出2(T30cm的鋼筋頭，作為連接鋼筋。部分開挖樁芯土時，用沖擊電鉆等工具在樁壁打孔，露出PCC樁(I)內(nèi)部的鋼筋籠。下放底板(2)的鋼筋，并與樁端連接鋼筋連接，比較理想的連接方法就是將鋼筋籠端部的連接鋼筋向樁芯內(nèi)部彎曲近水平，然后用扎絲將鋼筋籠和底板鋼筋通過連接鋼筋綁扎在一起，這樣做的目的是有利于底板(2)受力，或者與樁壁外露的鋼筋籠連接。然后澆筑混凝土底板(2)進行封底。底板(2)澆筑和養(yǎng)護過程中，若采用了井點降水，則要繼續(xù)降水直到養(yǎng)護結(jié)束，以防止底板(2)混凝土達到強度前地下水作用在底板(2)底部造成其開裂。安裝PCC樁(I)空腔內(nèi)部導熱管(5)，然后安裝蓋板(3)。在PCC樁(I)頂部內(nèi)壁對稱打入四根銷釘(10)，用于卡住蓋板(3)底部的位置；將預制好的蓋板(3)放置在PCC樁
(I)內(nèi)部空腔頂部，并將導熱管(5)穿過蓋板(3)上的孔洞，蓋板(3)位置被銷釘(10)卡??；在蓋板(3)周邊與樁內(nèi)壁接觸處涂上密封膠。然后連接導熱管(5)，將穿過蓋板(3)上的孔洞的導熱管(5)與集熱器(8)連接。若為開ロ式導熱管(5)，則將導熱管(5)出水管(12)的一端穿過蓋板(3)的孔洞進入到PCC樁(I)空腔內(nèi)部，另一端也與集熱器(8)連接。從PCC樁(I)內(nèi)部引出的導熱管(5)連接集熱器(8)時，都穿過PCC樁(I)上部的預留孔(13)。之后分別拆開一根與進水口(11)連接的導熱管(5)和一根出水ロ(12)連接的導熱管(5)上的活動接頭(9 )，從進水ロ( 11)的導熱管(5 )注入導熱液體(6 )，直到導熱液體(6 )充滿整個PCC樁(I)內(nèi)部空腔，有導熱液體(6)從出水口( 12)的導熱管(5)流出后停止注入。接上兩根導熱管(5 )的活動接頭(9 )，開啟地熱泵(7 )，導熱液體(6 )在導熱管(5 )和PCC樁(I)內(nèi) 部腔體內(nèi)形成循環(huán)回路。地熱通過PCC樁(I)樁身混凝土傳遞到導熱液體(6)后，通過導熱液體(6 )在導熱管(5 )回路中的循環(huán)將熱量不斷輸送到集熱器(8 )，集熱器(8 )收集熱量后不斷輸送給用戶，從而實現(xiàn)了能量的傳輸。在PCC樁(I)上繼續(xù)建筑上部結(jié)構(gòu)，上部結(jié)構(gòu)荷載傳遞到PCC樁(I )，使PCC樁(I)起到樁基承載作用。當PCC樁(I)腔體內(nèi)的導熱管需要更換或檢查吋，打開檢查通道(14)上的密封蓋(15)，從檢查通道(14)進入到PCC樁(I)管腔內(nèi)進行檢查。如圖5所示，制作PCC能量樁時，與進水孔(11)相連的導熱管(5)也可以不從蓋板(3)穿出，而從檢查通道(14)穿出，這是檢查通道(14)頂部的密封蓋(15)上也要設(shè)置與導熱管(5)數(shù)量相同、直徑相等的孔洞，方便導熱管(5)穿過。本發(fā)明的保護范圍并不以具體實施方式
為限，而是由權(quán)利要求加以限定。
權(quán)利要求
1.一種PCC能量樁，包括PCC樁、導熱液體、蓋板、底板、導熱管、集熱器、檢查通道，其特征在于PCC樁樁底采用鋼筋混凝土完全封閉；PCC樁頂部設(shè)置鋼筋混凝土蓋板；在蓋板上設(shè)置多個孔洞；PCC樁上部一側(cè)設(shè)置預留孔；PCC樁內(nèi)部空腔內(nèi)注滿導熱液體；導熱管穿過蓋板上的孔洞深入到PCC樁空腔內(nèi)的導熱液體中；深入到PCC樁空腔內(nèi)的導熱管采用開口式和封閉式兩種形式；PCC樁側(cè)壁設(shè)置一檢查通道，檢查通道伸出地表，檢查通道出口設(shè)置密封蓋；導熱管通過蓋板上的孔洞或檢查通道引出PCC樁空腔后與集熱器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種PCC能量樁，其特征在于所述蓋板直徑與PCC樁內(nèi)直徑相等，蓋板頂面標高比PCC樁頂面標高低，PCC樁上部用于導熱管穿越的預留孔位置介于蓋板頂面和PCC樁頂面之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種PCC能量樁，其特征在于所述蓋板上的孔洞直徑大小與導熱管外直徑相等，數(shù)量與導熱管數(shù)量相等，其中一半孔洞連接進水管、一半孔洞連接出水管。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種PCC能量樁，其特征在于所述導熱管在伸出PCC樁預留孔后設(shè)置活動接頭，可用于拆卸。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種PCC能量樁，其特征在于所述開口式導熱管的進水管深入到PCC樁空腔底部作為進水口，出水管的出水口靠近PCC樁頂部的蓋板下方。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種PCC能量樁，其特征在于所述封閉式導熱管可以在PCC樁空腔內(nèi)設(shè)置成U形、W形和螺旋形，導熱管深入到靠近PCC樁樁底。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種PCC能量樁，其特征在于所述導熱管通過檢查通道穿出時，檢查通道頂部的密封蓋設(shè)置孔洞。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種PCC能量樁的制作方法，其特征在于包括以下技術(shù)步驟 (1)在樁位施工鋼筋混凝土PCC樁，并進行混凝土養(yǎng)護； (2)預制鋼筋混凝土蓋板，并按要求預留孔洞； (3)施工場地降水，當施工場地地下水位高程高于PCC樁樁底高程時，在儲藏井施工場地周圍設(shè)置一圈井點降水，否則，直接進入步驟(4)； (4)開挖樁芯土，樁芯土開挖深度應在樁底標高以下3(T50cm； (5)在PCC樁上部預留孔的位置鉆孔形成預留孔，預留孔數(shù)量與需要穿越的進水導熱管和出水導熱管數(shù)量之和相等； (6)澆筑混凝土底板進行封底，進行底板混凝土養(yǎng)護，待達到一定強度方可停止降水； (7)安裝PCC樁空腔內(nèi)部導熱管，將開口式導熱管的進水管或封閉式導熱管安放在PCC樁空腔內(nèi)部； (8)安裝蓋板，在管樁頂部內(nèi)壁對稱打入四根銷釘，用于卡住蓋板底部的位置；將預制好的蓋板放置在PCC樁內(nèi)部空腔頂部，并將導熱管穿過蓋板上的孔洞，蓋板位置被銷釘卡??；在蓋板周邊與樁內(nèi)壁接觸處涂上密封膠； (9)連接導熱管，將穿過蓋板上的孔洞的導熱管與集熱器連接，若為開口式導熱管，則將導熱管出水管的一端穿過蓋板的孔洞進入到PCC樁空腔內(nèi)部，另一端也與集熱器連接，從PCC樁內(nèi)部引出的導熱管連接集熱器時，都穿過PCC樁上部的預留孔； (10)分別拆開一根進水導熱管和一根出水導熱管上的活動接頭，從進水導熱管注入導熱液體，直到導熱液體充滿整個空腔，有液體從出水導熱管流出后停止注入； (11)接上兩根導 熱管的活動接頭，開啟地熱泵，導熱液體在導熱管和管樁腔體內(nèi)形成循環(huán)回路。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種PCC能量樁，由PCC樁、導熱液體、蓋板、底板、導熱管、集熱器、檢查通道等部分組成。PCC樁樁底完全封閉，頂部設(shè)置帶孔洞的蓋板；PCC樁上部一側(cè)設(shè)置預留孔；PCC樁內(nèi)部空腔內(nèi)注滿導熱液體；導熱管穿過蓋板上的孔洞深入到PCC樁空腔內(nèi)的導熱液體中；深入到PCC樁空腔內(nèi)的導熱管可采用開口式和封閉式兩種形式；PCC樁側(cè)壁設(shè)置一檢查通道；導熱管通過蓋板上的孔洞或檢查通道引出PCC樁空腔后與集熱器連接，形成導熱液體的循環(huán)通道。本發(fā)明還公開了該樁的制作方法，包括澆筑PCC樁、開挖樁芯土、制作底板、安裝導熱管和蓋板、注入傳熱液體、開啟地熱泵形成回路等技術(shù)步驟。本發(fā)明檢修維護方便，應用范圍廣，不影響承載力，造價低，是經(jīng)濟高效的節(jié)能減排樁型。
文檔編號F24J3/08GK102808405SQ20121029838
公開日2012年12月5日 申請日期2012年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月21日
發(fā)明者劉漢龍, 丁選明, 孔綱強, 吳宏偉, 陳育民 申請人:河海大學, 南京河?？萍加邢薰?br>