桩侧热交换能量桩技术开发及应用*
黄吉永
（镇海建设集团有限公司，浙江宁波315040）
[摘要]结合本地区的桩基工程实际和对能量桩技术的摸索，提出了在桩侧实现热交换的新型能量桩技术.该技案例的总结分析，发现新型能量桩技术在施工方面具有无挤土效应、对桩无损伤、低噪声、桩长可控、热交换管设置 术的主要特点是将地源热泵管绑扎于预制桩的桩侧，并通过桩体的下沉和挂钩的牵引埋人地下.通过对一个工程方便等优点.其中，热交换管的布设对预制械的接械几乎无影响，克服了传统预制能量桩在施工方面的主要障碍.
[关键词]械；能量桩；预制械；地激热泵；施工技术
[中图分类号]TU473.1 [文献标识码]A [文章编号]1002-8498(2014)17-0030-03
TechnologyDevelopmentandApplicationofEnergyPilewith Heat Exchange at the Pile Side
Huang Jiyong
(Zheshei Consraction Grosp Go. Izd. Ningbo Zhejiang 315040 China)
Abstract: Combined with the local reality of pile foundation and the exploration on energy piletechnology a new kind of energy pile technology with heat exchange at the pile side is presented. The main feature of the technology is bundling the ground source heat pump pipe to a precast pile buriedunderground by pile ramming and hooks traction. Engineering practice shows that the new constructionS aspou mo *ad o aep ou *pa uzanbs ou upuspe as sq foolpile controllable and with venient heat exehange tube on setting. Among them the heat exchange tubes laid on the pile almost have no impact on the construetion of precast piles overing the majorobstacles at the respects of the traditional pre-energy pile in construction.
Key words:piles; energy piles: precast piles: groumd source heat pumps; construction
根据能量桩桩基施工工艺的不同，可分为现浇前者类似.由于预制桩在施工方面具有便捷性，所 能交换器.钢管能量桩如图1e所示，其施工方法与
1能量桩应用现状及存在的问题
能量桩和预制能量桩两种形式.现浇能量桩施工以近年来在应用中开始占据优势.时，根据桩径，将2个及以上地源热泵管与钢筋笼相拌混凝土.地源热泵管可以在下笼时一起插入，也究尚未能完全满足工程实际需求.目前存在的主 连接，然后插人事先完成的地面钻孔，最后充填预题进行了系列研究并取得了一定成果，但是这些研可以是在场地上先与钢筋笼绑定，如图1a所示.在欧洲，现浇钢筋混凝土桩的应用最为普遍；在日本，现浇钢筋混凝土能量桩是大型建筑物能量桩系统的首选.预制能量桩的应用类型较多，预制混凝土桩、预应力管桩和钢管桩等均可以作为能量桩的基 桩.图1b中，U形管换热器置于预应力管桩空腔内，管内空隙部分充填回填材料，形成封闭式地热
尽管近年来国内外学者针对能量桩的相关间要问题如下.
1）能量桩的初始投资较大、安装和维护费用较高，其经济回收期在5-8年；目前已有能量桩技术的施工工艺相对较繁琐，工程质量不易控制；能量 桩需要暖通空调技术与桩基施工技术的相互配合，这在一定程度上影响了能量桩形式地源热泵技术的应用.
施工复杂、受天气影响较大且造价高.在施工方 2）现浇能量桩结构整体性好、承载性能优，但面，现浇桩的钢筋笼一般采用分段式安装，面地源热系管在地下部分不能有接头，故不能分段安装，
图1能量桩应用的主要类型
d aa jo uede a jo sk u au 1
必须按设计的整体长度理设，所以存在较大施工干扰.根据施工规范要求，混凝土钻孔灌注桩在设计桩顶的标高之上必须设置有一定长度的混凝土超灌注段，因此还需凿桩头的工序，在此过程中很难有效保证预埋的地源热泵管不被破坏.一旦出现 断裂，地源热泵管就因无法修复而报废，需要采取钻孔增补地源热泵管来弥补，这样既延误工期又增加成本投人.该施工方法操作复杂并且施工成功率较低，同时浇筑在混凝土内的地源热泵管热交换性能也会受到不利影响.
3）预制能量桩施工相对简单、技术难度低、造价低，但是采用该理置方法的地源热系管与大地土层不充分接触，其热交换性能较弱.另外，由于桩顶要嵌人混凝土基础内一定长度，地源热泵管不可越过桩顶再弯向混凝土基础底的土层中，因此要凿 穿管桩壁使地源热泵管弯向基础底的土层中.这样不仅施工麻烦，还会破坏预制桩桩顶结构，影响桩基的承载力.另外，在饱和黏土中打桩时，挤土效应可能引发桩身变形、断裂、错位甚至上浮以及影响周边环境等.
2桩侧热交换能量桩技术开发
为了克服传统能量桩的缺陷，结合本地区桩基工程实际，提出了在桩侧实现热交换的能量桩技术.该技术以预制桩作为基桩，其主要施工过程结合图2进行说明.
1）用螺旋式专用钻孔机钻人土体中打碎土体结构，待土体松动后，注人高压水并用螺旋式专用钻孔机将土块搅拌成泥浆，钻孔到达设计深度后再
图2桩侧热交换能量桩示意Fig. 2 Energy pile with heat exchange at pile side
注人水泥浆并用螺旋式专用钻孔机搅拌，收起螺旋式专用钻孔机后形成植桩孔，植桩孔的内径大于管桩的外径.
2）在预制桩的外表面靠近底部处固定环绕安装钢套箍.钢套箍为环形钢板.挂钩焊接在环形钢板上，环形钢板的两端用螺栓拧紧固定，环形钢板上固定安装2个挂钩，按预定的长度和数量准备地源热泵管，如2或3根，将地源热泵管弯成U字形 挂接在挂钩上，软性索环将地源热泵管与基桩的外表面牢固束缚.
3）利用起重机将预制桩垂直悬吊于植桩孔的正上方.在水泥土固化前，将桩基放人植桩孔内， 利用桩身的自重下沉，地源热泵管通过挂钩的牵引被理入地下.
4）预制桩装配.首先，在植桩孔所在地面平稳放置接桩固定架，接桩固定架设置有内径大于单元桩段的桩径的通孔，通孔与植桩孔对齐.当第1个 单元桩段的上部接近地面时，用钢套箍将第1个单元桩段穿过通孔固定到接桩固定架上，将第2个单元桩段垂直悬吊在第1个单元桩段的正上方.然后，将第1个单元桩段与第2个单元桩段焊接固定，两节桩接起来. 相连处形成节间接头，也可采用机械方式将上、下
与前面提到的能量桩换热管设置不同（见图1），新提出的能量桩施工方法是将热交换管设置在桩侧.因此，下面将其称为桩侧热交换能量桩.和 其他理管方式相比，桩侧热交换能量桩具有一系列优点：在施工方面，无挤土效应，对桩无损伤，低噪声，桩长可控，热交换管设置方便，对预制桩的施工无影响；在热力特性方面，由于增加了热交换面积，
热交换性能在理论上优于传统的能量桩技术；在承 载性能方面，埋设于水泥土包裹环境中的预制桩，国内外的研究现状及其工程应用情况，归纳了目前热交换管的布设对预制桩的接桩几乎无影响，克服了传统预制能量桩在施工方面的主要障碍.另外，良好的热力特性是新型能量桩技术值得推广的另 一个原因.
3桩侧热交换能量桩应用
3.1工程简介
博浪沃尔玛商业广场工程位于宁波市象山县框架筒体结构：裙房3-4层，框架结构：地下室2层.建筑用地面积17285m²，总建筑面积74790m²，其中地面以上建筑面积约51855m”，地下室建筑面积约22935m².
根据设计，桩基础采用预制混凝土管桩，空调采用地源热泵系统，理设U字形地源热泵管.施工过程中，采用了本文提出的新型能量桩技术.其特点是利用专用钻机钻入土层将土体打碎：然后注入高压水，搅拌成泥浆：再注人水泥浆、拌匀成植桩孔 （植桩孔径大于桩径20cm）；用汽车式起重机将桩节吊入植桩孔中，利用桩身自重沉桩.
3.2能量桩施工工艺
桩体就位一U形管与桩增连接一送桩，沉桩，换热管 静钻成孔，地源热泵管下料一桩端设置挂钩一与桩身绑定一施工下一节桩.
3.3施工体会
理管后及时进行了地源热泵管的严密性等检测，埋管严密性等检测全部合格.目前，这种 新型能量桩的热力效果正在监测过程中.根据本次施工实际，由于地源热泵管理设与桩基施工同步，不占总工期，总工期缩短了近1个月.在费用方面，传统的地理管方式，钻孔、理U形管750根，750根×2925元/根=219万元.采用新型能量桩 每根45m×65元/m=2925元/根，总理管费用：施工方法，每根桩位可同时埋设2根U形地源热泵管，且只要送管人工费不需机械费用，埋管费用总额：5.62元/m×45m×750/2处=9.5万元.由 此可见，能量桩技术大大节省了理管费用，降低了能量桩地源热系系统的总成本.另外，新型能量桩技术还其有如下优点：U形地源热泵管管位布置灵活；理设简单易实施：绑扎简便，同时可埋2组；地热管直接与土体接触，热交换效率高；理管 质量可控.
且周围土体的蓄热能力优于混凝土，新型能量桩的4结语
参考文献：
在简要介绍能量桩技术的基础上，总结了其在桩侧实现热量交换的新型能量桩技术.
1）新型能量桩移植了预制桩施工便捷、造价低的优点.
2）新型能量桩热交换管布设对预制桩的接桩几乎无影响，克服了传统预制能量桩在施工方面的主要障碍.
丹城镇巨鹰路东侧、丹峰路南侧.主楼地上20层，能力优于混凝土，新型能量桩的热交换性能在理论 3）由于增加了热交换面积，且周围土体的蓄热上优于传统的能量桩技术.
目前，该技术已经获批了发明专利，并在工程实践中得到应用，其实际的热力效果也在检测中.进一步拟开展的工作是关于新型能量桩的设计方 法、制作工艺以及质量检测方法等成套技术研究.
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宝兰客专14标古城岭隧道首个隧道区间贯通
古城岭隧道明挖段至3号斜井顺利贯通，这是宝兰客专14标首个明挖段与斜井隧道区间实现贯通.宝兰客运专线是徐兰客运专线的重要组成部 分，宝兰客运专线东起陕西宝鸡，西至甘肃兰州，是徐兰客运专线的西段，设计速度250km/h，建成后宝鸡到兰州列车运行时间将缩短到2h.
（摘自“中国桥梁网“2014-09-02）
