[发明专利]一种超长大直径能源桩及其施工方法

说明书

本发明涉及一种超长大直径能源桩及其施工方法，所述超长大直径能源桩包括：钢筋笼，所述钢筋笼套设在钻孔内，所述钻孔形成在土体内；换热管回路，所述换热管缠绕在所述钢筋笼的内壁上；混凝土桩身，混凝土浇注在所述钻孔内形成所述混凝土桩身，所述混凝土桩身与所述钢筋笼和换热管回路连结形成为一体。换热管敷设在超长大直径桩内部，将其升级改造为能源桩，所述超长大直径能源桩不仅可实现更高的桩基承载能力和热交换性能，而且能大幅度降低超长大直径能源桩的综合成本造价及施工难度，并保证换热管系统的施工效率和质量，以促进超长大直径能源桩的进一步推广与应用。

技术领域

本发明属于岩土、建筑、结构与暖通工程交叉学科领域，具体为一种超长大直径能源桩及其施工方法。

背景技术

近年来，我国对环境保护和能源节约高度重视，对可再生能源，如地热能、水电能、风能、太阳能的开发力度也不断加大。与其它清洁能源相比，地热能具有储量大、分布广、利用率高、应用成本低的特点，同时不受季节、气候、昼夜温度变化等外界因素的干扰，是一种极具竞争力的能源。我国地处亚热带-温带地区，浅层地热能资源丰富，储存量相当于 95亿吨标准煤，且浅层地热能分布广泛，全国2/3以上的区域均可使用。

作为利用浅层地热能常规技术，地源热泵地下换热管一般埋置在200m深度内的土体中。热泵系统通过传热介质从土体中提取能量与室内空气进行能量交换，从而实现供热制冷。地源热泵系统在世界范围内已被广泛应用于建筑物的空调暖通系统，一个典型的地源热泵循环系统由地下换热器(主回路)、热泵机组、室内暖通设备(次回路)三部分组成。随着地源热泵技术的进一步发展，一种新型的埋管方法“桩埋管换热器”应运而生。20世纪80年代，奥地利工程师首先提出了将建筑物桩基础作为地源热泵系统的地下热器，与周围岩土体进行热交换的复合结构，即“能源桩”。能源桩利用建筑物桩基与周围岩土体进行换热，解决了传统地源热泵占地面积过大及初期投入成本较高的问题，实现了“一桩两用”的功能。同时因混凝土良好的导热性能及更大的换热截面积，能源桩可达到较好的换热性能和效率，因而具有一定的技术优势和经济效益。

国内外对能源桩的应用主要集中在20-40m(桩长)的常规桩基，随着我国大型基础设施建设速度的加快，超长大直径桩(桩长≥50m，直径≥1.0m)不断得到应用。例如，江苏滨海液化天然气项目接收站工程LNG储罐桩基的直径和桩长分别达到了1.5m和73m。实践中，传统地源热泵地埋管埋深在150m左右，因此在如此超长大直径桩内植入换热管作为换热器可进一步提高能源桩换热性能。然而现阶段我国对能源桩的研究和应用仍处在探索阶段，能源桩的设计和施工仍处于经验积累阶段。除此之外，虽然超长大直径桩有利于最大限度的提取地热，但也带来了新的问题，主要包括超长桩钢筋笼分段、换热管顶部处理、换热管连接、换热管保压等问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种超长大直径能源桩及其施工方法，换热管敷设在超长大直径桩内部，将其升级改造为能源桩，所述超长大直径能源桩不仅可实现更高的桩基承载能力和热交换性能，而且能大幅度降低超长大直径能源桩的综合成本造价及施工难度，并保证换热管系统的施工效率和质量，以促进超长大直径能源桩的进一步推广与应用。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

本发明一方面提供一种超长大直径能源桩，包括：

钢筋笼，所述钢筋笼套设在钻孔内，所述钻孔形成在土体内；

换热管回路，所述换热管回路缠绕在所述钢筋笼的内壁上；

混凝土桩身，混凝土浇注在所述钻孔内形成所述混凝土桩身，所述混凝土桩身与所述钢筋笼和换热管回路连结形成为一体。

所述钢筋笼包括多个主筋和箍筋，多个所述主筋沿着圆周方向均匀分布，每根所述主筋均沿着轴向方向延伸，所述箍筋螺旋缠绕在所述主筋的外侧壁并与所述主筋固定连接。