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  • 基坑内垂直地埋管施工技术应用
  • [2013-08-02]
  • 基坑内垂直地埋管施工技术应用

    罗迎宾1  姚文2  卢洁3

    (1浙江思科国祥制冷设备有限公司,浙江金华,322100

    (2浙江省象山县新华书店,浙江宁波,315000

    (3无锡市烨鼎制冷设备有限公司,江苏无锡,214000

    摘要:本文通过对宁波市象山书城基坑内地源热泵埋管系统施工应用的详细分析,总结出在该特定地质结构条件下,基坑内地源热泵埋管系统施工的关键事项;同时也为地源热泵系统在集约型土地规划区域的利用,介绍了一种成熟的技术方案。

    关键词:地源热泵    基坑

     

     Applications of Vertical Ground Heat Exchanger in Foundation Ying Bin Luo1   Wen Yao2    Jie Lu3

    (1. Zhejiang Sinoking Air-conditioing & Refrigeration Co.,Ltd)

    (2. Zhejiang County ,XiangShan Province, Xinhua BookStore)

    (3. Wuxi Ye Ding refrigeration equipment Co.,Ltd)

    Abstract: This article analysis the applications of vertical ground heat exchanger in foundation in the XinHua Bookstore of Xiangshan City, And summarize the constructions of key items of the vertical ground heat exchanger in foundation in the special geological structure;At the same time, this article introduce a mature technology scheme for the Applications in the intensiv planning area

    Key words: ground-source heat pump   Foundation pit


    1.工程简介

           浙江省宁波市象山书城(图1)总建筑面积21721.746M2,其中地上总建筑面积16469M2,工程总冷负荷为2301.6Kw,冷负荷指标为139.75w/M2,总热负荷为1398.8Kw,热负荷指标为84.93w/M2;设计地源热泵工程地下换热器钻孔总数共计400口,设计钻孔深度70米,单U型De32型埋管。夏季采用冷却塔辅助释热,冬季依靠地埋管系统实现建筑的采暖。

    图1 象山书城效果图

           该项目由于不具备足够的钻孔区域(绿化区),还需建筑底板下埋管。因此,在项目的设计、施工、校验等方面有别于传统的地源热泵埋管施工工艺。

           进一步地质勘探发现,该区域为土壤地质结构。因象山县属于滨海城市,土质疏松,0~35米范围内多淤泥质土壤,基坑施工多采用密集型工程围护桩进行加固,且由于地下地下水较丰沛,因此,设计要求基坑开挖后24小时内务必进行地板的浇筑,因此,基坑内地源热泵系统的常规做法(待基坑开挖至坑底后再进行地埋管钻孔施工的方案)完全无法实施。

           因此,在和设计院、土建单位详尽沟通后研究决定,地埋管系统的施工时间节点在土建成桩后进行;待环梁施工完毕后开挖基坑,水平管网系统同期进行,12小时内完成所开挖区域的水平集管施工;之后底板垫层施工,并24小时内完成区域性底板浇筑工作。水平管网系统采用分组型集群布置,确保整套系统的均衡换热。

    地源热泵介绍

           地源热泵是一种利用浅层地热资源(也称地能)包括地下水、土壤或地表水等的既可供热又可制冷的高效节能空调设备。地源热泵通过输入少量的高品位能源(如电能)实现由低温热源向高温热源转移。岩土体分别在冬季作为热泵供热的热源和夏季制冷的冷源:即在冬季把岩土体中的热量取出来,提高温度后,供给室内采暖;夏季,把室内的热量取出来,释放到岩土体中去,并应常年能保证地下温度的常年均衡。

           由于浅层岩土体的温度一年四季相对稳定,与空气温差一般为17℃,冬季比环境空气温度高,夏季比环境空气温度低,是很好的热泵冷/热源,这种温度特性使得地源热泵比传统热泵主机的运行效率要高40%~60%,因此要节能和节省运行费用40%~50%左右。地源热泵系统的能量来源于自然介质。它不向外界排放任何废气、废水、废渣、是一种理想的“绿色空调”,被认为是目前可使用的对环境最友好和最有效的供热、供冷系统。

    基坑内地埋管换热系统施工工艺关键

           地埋管换热系统安装主要包括钻孔定位、管材试压 、成井、落管、回灌封孔、水平集管施工、群组保压等工序,其中钻孔定位、钻孔施工、管网联接、集管出地面等工序为核心工序。

    钻孔定位

           原设计图纸中,地埋管钻孔均布置在基坑内,间距为4米,呈星状布置;后期规划中,因电梯井深基坑、集水井等超过原设计地埋管标高,因此,这些区域地埋管孔位均需要调整布置。根据调整后标点,参照现场土建桩基和已有建筑物进行放线,并绘制详细的换热孔定位图,以保证打孔位置准确及基坑开挖时不被破坏。

    钻井施工

           钻井施工过程中,原设计钻孔深度为70米;考虑到后期的基坑土方开挖深度为地面±0.00米以下6.50米,因此,若地埋管PE管道探出地面,则在开挖过程中,极容易导致管道随土方一起被拖拽破坏现象,且有将近13米/孔的管材浪费。综合考虑后,决定采用“探底式”钻孔方式,即施工过程中,通过精确孔位定位,使地埋管上端落管至-6.00米处,一方面减少对管道的破坏、减少浪费,同时,减少了土方开挖过程中的挖机工时损耗。

           垂直地埋管回填过程中,采用“返浆回填”的方式,将“原浆+5%膨润土+35%细砂”的混合型回填料自下而上密实封孔,保证最佳换热效果。

    管网联接

           目前水平集管的连接方式主要有三种:一种是“变径型”并联连接,即通过管道的变径连接,将8-10个孔通过并联扩大至主管,最终连接至综合分集水器的方式;一种为“集群式”并联连接,即把将所有支管连接至综合主管的方式;第三种方式为“分散式”并联连接,即通过“七通/九通”连接器(见图2),将6-8个孔就近连接至主管,再将主管焊接引至综合分集水器的模式。考虑到基坑内桩基承台的分布问题,一般无法规律的采用“变径型”连接;考虑到地下布管空间面积的限制,一般不采用“集群式”连接;而“七通/九通式”的联接模式,因为其不受连接位置限制,主管连接开挖面积少等优点,普遍用于基坑埋管系统。

    图2 九通型连接器外形图

           该项目采用“九通式”连接器,即将周边区域中的8个钻孔供/回管连接到两只“九通式”连接器,水平集管De50,并最终引至主分集水器。管网联接过程中,因要考虑到后期的地面沉降和承重问题,“九通式”连接器上下部均需要填覆15CM中粗砂以保护,且在水平集管下部需要预先铺设一层相当于管径的细砂,在水平管连接完毕并试压合格后,在其上部铺设一层10Cm的细砂(图3),同时,确保管沟开挖的平整度。

    图3 水平集管回填砂层保护

           项目总计钻孔数为400口,按照8个孔一组的联接模式,最终分成50组系统,并最终并联至一级分集水器,接至机房。

    集管出地面方式

           由于地埋管系统均布置在建筑基础底板之下,水平集管如何出地面成了关键问题;综合现场的实际情况,建筑底板剪力墙与支护桩之间存在约1米的空间,而该区域今后将采用土方填实,因此,考虑在该区域将所有集管连接至地面以上。但是,该区域的利用需要考虑两个问题:1、水平集管的标高必须低于剪力墙;2、后期建筑围护环梁拆除前,在建筑底板和支护桩之间需要浇筑换承带,此时的管道保护将是一个棘手的事情。

           通过分析,最终确定地埋管水平集管的标高比建筑底板垫层低,且低于建筑底板地梁下30公分,从而,最终确保所有水平集管能够顺利的穿越剪力墙;第二,在建筑底板和支护桩之间竖起至地面的水平集管加装PVC或钢套管,减少后期繁杂的维护。通过上述方式,最终顺利的解决了地埋管“出地面”问题(图4)。

    图4 水平集管出地面现场图

    结论

         该项目于2012年10月份顺利施工完毕,底板浇筑完毕后,经最终逐组试压,均显示保压正常。

         但是,在项目总结过程中,仍然觉得还有几点需要在类似的项目施工过程中需要重视和改进:

            4.1开挖基坑沟槽时要严格控制槽底标高,同时防止扰动槽底原状土,槽底超挖部分要用细沙回填密实。

            4.2 水平集管施工过程中,要遵循“反流程”的施工顺序,即在有限的底板浇筑时间前,主管逐段施工保压后,再分散至各“九通式”连接器,以确保每组的连接正常;而不能按照常规的一组一组焊接施工的顺序,因为土建周期不允许。

            4.3 要重视分组设计的思想,确保单组的损坏,对系统的影响不能超过5%;因为基坑施工存在着不可逆的特点,因此,项目设计过程中要留有余量。

            4.4 重视“热响应实验”得到的换热数据。该项目在施工前进行了一次“热响应实验”;后期施工过程中,又对实际成孔进行了一次“热响应实验”,经校核,两者之间的数据偏差约4%,施工后成孔的数据优于原先测试数据,更加确保了后期的换热效果.

     

    参考文献:

        【1】吴元纬.中国的热泵技术和应用   第五届国际热泵技术能源会议论文集

        【2】地下建筑暖通空调设计手册编写组,地下建筑暖通空调设计手册,中国建筑工业出版社,1983年7月第一版


    作者简介:

    • 罗迎宾,男,江苏泰州人,工学硕士,浙江思科国祥制冷设备有限公司,总工程师,

    电子邮箱:payless@vip.163.com  手机:13814000313

    通讯地址:浙江省东阳市经济开发区城北工业新区长松岗功能区


     

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