本實用新型屬于建筑節能技術領域，涉及一種新型結構的預制地熱能量管樁。

背景技術：
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近年來，能量樁作為新型節能技術之一，將傳統的地源熱泵系統的地埋管澆筑在樁基混凝土中，使能量樁兼具結構構件和換熱器雙重功能，節省了高額的鉆孔費用和地下空間資源，同時充分利用淺層地熱資源為建筑制冷、供熱和提供生活熱水。目前，利用樁體混凝土作為能量的傳遞材料，熱傳遞與交換效率較高，可比傳統的空調系統節能30％～50％。盡管現有能量樁技術取得了一定的經濟效益，但是仍存在一些問題尚未得到解決，其結構和施工工藝亟待優化。目前常用能量樁的樁型中，鋼筋混凝土灌注樁不僅現場施工工藝繁雜、工期長、成本高，而且熱交換管與混凝土彈性模量有較大差異，樁基服役過程中，熱交換管孔洞處易產生應力集中，影響樁基受力；預應力管樁雖然工期、成本較鋼筋混凝土灌注樁低，但是由于樁身預埋熱交換管，在運輸過程中或壓樁過程中容易產生裂縫。因此，在傳統能量樁形式的基礎上，開發一種對樁基受力影響小、傳熱效率高、工期短、造價低的新型預制地熱能量樁具有重要意義。

技術實現要素：
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本實用新型的發明目的在于克服現有技術存在的缺點，尋求設計提供一種新型結構的預制管樁能量樁，預制閉口管樁壓樁結束后能方便、快速的將熱交換管插入管樁孔芯內，地下淺層熱能通過樁體混凝土傳遞給管芯導熱液，導熱液進一步與熱交換管進行能量交換，實現夏季制冷、冬季供暖的功能，能明顯簡化施工工序，縮短工期，提高換熱效率，降低工程造價。

為了實現上述目的，本實用新型的主體結構包括預制管樁、樁端、防滲材料、接頭防滲管、滿焊接頭、PE熱交換管、注液管、水平集分水管、流量計、鋼板托、下部鋼筋網架、上部鋼筋網架、承臺、微膨脹混凝土、PE熱交換管進口、注液管進口、護管、管芯導熱液、壓力計、PE熱交換管出口、固定鋼筋和端頭板；預制管樁底部的樁端為閉口結構或安裝有閉口樁尖，預制管樁的內壁上噴涂有防滲材料，避免預制管樁管芯內的導熱液對樁身材料及內部鋼筋的侵蝕；預制管樁的管樁接頭處內壁粘貼有長度為200mm的接頭防滲管，避免預制管樁管芯內導熱液泄漏對地下環境的污染或對周圍土體力學性能及樁有效換熱面積的影響；預制管樁的接縫處安裝有滿焊接頭，滿焊接頭采用碎鐵片密封找平并滿焊；下部鋼筋網架和上部鋼筋網架組合構成支架，支架表面涂抹防腐層并通過固定鋼筋焊接在端頭板上；下部鋼筋網架和上部鋼筋網架的分界處置有圓形結構的鋼板托，鋼板托距離預制管樁樁頂標高2m；下部鋼筋網架由直徑6mm、間距200mm的箍筋和四根直徑10mm的縱筋綁扎構成，用于按有效換熱距離綁扎和固定PE熱交換管，避免PE熱交換管的支管距離太近產生熱干擾；上部鋼筋網架由直徑8mm、間距150mm的箍筋和六根直徑20mm的縱筋綁扎構成，用于固定PE熱交換管；上部鋼筋網架伸出預制管樁頂端插入承臺的部分作為插筋，插筋錨固長度根據預應力混凝土管樁《10G409國家建筑標準設計圖集》的要求設置，預制管樁與承臺通過插筋連接；PE熱交換管和注液管均通過支架固定，并分別穿過承臺與地面的水平集分水管連接，PE熱交換管和注液管與水平集分水管的接口處分別設置流量計和壓力計，PE熱交換管用于貫通熱交換液，管芯導熱液通過注液管注入預制管樁的管芯內，將預制管樁樁體傳來的淺層地熱能與PE熱交換管之間進行熱傳遞；鋼板托至預制管樁樁頂標高范圍的管芯灌有C35的微膨脹混凝土，微膨脹混凝土與上部鋼筋網架澆筑在一起，改善預制管樁的上部承載性能，同時密封管芯導熱液；鋼托板的底部涂抹防腐層且預留三個鉆孔分別作為PE熱交換管進口、PE熱交換管出口和注液管進口，三個鉆孔處均安裝有護管，用于保護PE熱交換管和注液管免受鋼板托和上部微膨脹混凝土的擠壓和損害，護管采用密封膠灌縫。

本實用新型所述預制管樁是在現有的預制管樁技術上，利用高壓噴涂技術在預制管樁內壁噴涂防滲材料制成，按照樁身材料包括預制鋼筋混凝土管樁和鋼管樁，其中預制混凝土管樁內壁噴涂有兩層深滲透結晶型防水材料(DPS)；鋼管樁的內、外壁噴涂重防腐環氧粉末涂料。

本實用新型所述管芯導熱液選用水或價格便宜的導熱油類。

本實用新型所述預制地熱能量管樁的具體施工過程包括以下五個步驟：

(1)管樁預制：在現有預制管樁技術的基礎上添加防滲工藝，利用高壓噴涂技術在管樁內壁噴涂DPS或重防腐環氧粉末涂料制備得到預制管樁，同時做好預制管樁樁壁的防滲、防腐工作；

(2)現場壓樁：將場地整理平整后，采用全站儀定位樁基軸線，靜壓樁機進行壓樁，壓樁過程中在管樁接頭處距離上、下管樁各100mm高度的范圍內清理預制管樁的內壁后粘貼一根接頭防滲管，管樁接縫處用碎鐵片密封找平并滿焊；

(3)換熱系統安裝：現場壓樁結束后，將預制管樁的樁頭處理至設計標高，現場綁扎支架、PE熱交換管和注液管，并將支架、PE熱交換管和注液管一起插入預制管樁的管芯內，并通過固定鋼筋焊接在端頭板上進行固定，在PE熱交換管插入管芯之前檢查PE熱交換管的密封性，在熱交換管內通入0.9MPa的空氣壓力進行試壓，觀察壓力表保持30min，以壓力不降為合格；

(4)管芯導熱液灌注：將管芯導熱液泵入管芯內，根據注液管口的流量計和壓力計控制管芯導熱液灌入量，并按公式m＝Δe×ΔT×100預留m％管芯導熱液體積膨脹空間，其中Δe指熱交換過程中不同溫度差下的管芯導熱液膨脹系數差；ΔT指本能量管樁進行熱交換時管芯導熱液的溫度差；

(5)樁頂填芯：在鋼板托至預制管樁樁頂標高范圍內的管芯內以50方每小時的速度澆筑微膨脹混凝土，保證混凝土澆筑質量；樁頂填芯過程中對PE熱交換管進口、PE熱交換管出口和注液管進口進行保護，避難施工碎屑或混凝土進入管內將其堵塞，填芯過程中要保證PE熱交換管的空氣壓力在15min內不降，完成新型地熱能量管樁的施工。

本實用新型與現有技術相比，具有以下優點：一是預制管樁樁身混凝土與熱交換管分離，并通過管芯導熱液傳遞熱量，換熱面積大，樁身受力變形時避免了集中應力的產生；二是PE換熱管按有效換熱距離綁扎、固定在支架上，減小了支管間的熱干擾，提高了換熱效率高；三是施工工序簡單，且熱交換管能在壓樁結束后快速插入管樁孔芯內，明顯縮短工期；四是管芯導熱液選用便于就地取材的水或價格便宜的導熱油類，用注液管灌注導熱液方便、易控，降低工程造價；其結構簡單，使用方便，成本低，換熱效率高，安全可靠，環境友好。

附圖說明：

圖1為本實用新型的主體結構原理示意圖。

圖2為本實用新型所述鋼板托的鉆孔布置示意圖。

圖3為本實用新型所述管樁接頭處結構示意圖。

具體實施方式：

下面通過實施例并結合附圖對本實用新型作進一步說明。

實施例：

本實施例所述預制地熱能量管樁的主體結構包括預制管樁1、樁端2、防滲材料3、接頭防滲管4、滿焊接頭5、PE熱交換管6、注液管7、水平集分水管8、流量計9、鋼板托10、下部鋼筋網架11、上部鋼筋網架12、承臺13、微膨脹混凝土14、PE熱交換管進口15、注液管進口16、護管17、管芯導熱液18、壓力計19、PE熱交換管出口20、固定鋼筋21和端頭板22；預制管樁1底部的樁端2為閉口結構或安裝有閉口樁尖，預制管樁1的內壁上噴涂有防滲材料3，避免預制管樁1管芯內的導熱液對樁身材料及內部鋼筋的侵蝕；預制管樁1的管樁接頭處內壁粘貼有長度為200mm的接頭防滲管4，避免預制管樁1管芯內導熱液泄漏對地下環境的污染或對周圍土體力學性能及樁有效換熱面積的影響；預制管樁1的接縫處安裝有滿焊接頭5，滿焊接頭5采用碎鐵片密封找平并滿焊；下部鋼筋網架11和上部鋼筋網架12組合構成支架，支架表面涂抹防腐層并通過固定鋼筋21焊接在端頭板22上；下部鋼筋網架11和上部鋼筋網架12的分界處置有圓形結構的鋼板托10，鋼板托10距離預制管樁1樁頂標高2m；下部鋼筋網架11由直徑6mm、間距200mm的箍筋和四根直徑10mm的縱筋綁扎構成，用于按有效換熱距離綁扎和固定PE熱交換管6，避免PE熱交換管的支管(支管是指2到3根PE熱交換管插入管芯時，如果距離太近會產生熱阻效應，可不用在圖中標出)距離太近產生熱干擾；上部鋼筋網架12由直徑8mm、間距150mm的箍筋和六根直徑20mm的縱筋綁扎構成，用于固定PE熱交換管6；上部鋼筋網架12伸出預制管樁1頂端插入承臺13的部分作為插筋，插筋錨固長度根據預應力混凝土管樁《10G409國家建筑標準設計圖集》的要求設置，預制管樁1與承臺13通過插筋連接；PE熱交換管6和注液管7均通過支架固定，并分別穿過承臺13與地面的水平集分水管8連接，PE熱交換管6和注液管7與水平集分水管8的接口處分別設置流量計9和壓力計19，PE熱交換管6用于貫通熱交換液，管芯導熱液18通過注液管7注入預制管樁1的管芯內，將預制管樁1樁體傳來的淺層地熱能與PE熱交換管6之間進行熱傳遞；鋼板托10至預制管樁1樁頂標高范圍的管芯灌有C35的微膨脹混凝土14，微膨脹混凝土14與上部鋼筋網架12澆筑在一起，改善預制管樁1的上部承載性能，同時密封管芯導熱液18；鋼托板10的底部涂抹防腐層且預留三個鉆孔分別作為PE熱交換管進口15、PE熱交換管出口20和注液管進口16，三個鉆孔處均安裝有護管17，用于保護PE熱交換管6和注液管7免受鋼板托10和上部微膨脹混凝土14的擠壓和損害，護管17采用密封膠灌縫。

本實施例所述預制管樁1是在現有的預制管樁技術上，利用高壓噴涂技術在預制管樁1內壁噴涂防滲材料3制成，按照樁身材料包括預制鋼筋混凝土管樁和鋼管樁，其中預制混凝土管樁內壁噴涂有兩層深滲透結晶型防水材料(DPS)；鋼管樁的內、外壁噴涂重防腐環氧粉末涂料。

本實施例所述管芯導熱液18選用水或價格便宜的導熱油類。

本實施例所述預制地熱能量管樁的具體施工過程包括以下五個步驟：

(1)管樁預制：在現有預制管樁技術的基礎上添加防滲工藝，利用高壓噴涂技術在管樁內壁噴涂DPS或重防腐環氧粉末涂料制備得到預制管樁1，同時做好預制管樁1樁壁的防滲、防腐工作；

(2)現場壓樁：將場地整理平整后，采用全站儀定位樁基軸線，靜壓樁機進行壓樁，壓樁過程中在管樁接頭處距離上、下管樁各100mm高度的范圍內清理預制管樁1的內壁后粘貼一根接頭防滲管4，管樁接縫處用碎鐵片密封找平并滿焊；

(3)換熱系統安裝：現場壓樁結束后，將預制管樁1的樁頭處理至設計標高，現場綁扎支架、PE熱交換管6和注液管7，并將支架、PE熱交換管6和注液管7一起插入預制管樁1的管芯內，并通過上部鋼筋網架12頂部的固定鋼筋21焊接在端頭板22上進行固定，在PE熱交換管插入管芯之前檢查PE熱交換管6的密封性，在熱交換管內通入0.9MPa的空氣壓力進行試壓，觀察壓力表保持30min，以壓力不降為合格；

(4)管芯導熱液灌注：將管芯導熱液泵入管芯內，根據注液管口的流量計和壓力計控制管芯導熱液14灌入量，并按公式m＝Δe×ΔT×100預留m％管芯導熱液體積膨脹空間，其中Δe指熱交換過程中不同溫度差下的管芯導熱液膨脹系數差；ΔT指本能量管樁進行熱交換時管芯導熱液的溫度差；

(5)樁頂填芯：在鋼板托10至預制管樁1樁頂標高范圍內的管芯內以50方每小時的速度澆筑微膨脹混凝土，保證混凝土澆筑質量；樁頂填芯過程中對PE熱交換管進口15、PE熱交換管出口20和注液管進口16進行保護，避難施工碎屑或混凝土進入管內將其堵塞，填芯過程中要保證PE熱交換管6的空氣壓力在15min內不降，完成新型地熱能量管樁的施工。