地源熱泵地埋管換熱器施工的監(jiān)理控制點(diǎn)

郭軍平

（浙江江南工程管理股份有限公司，浙江 杭州 310013）

紹興市奧林匹克體育場館工程地源熱泵系統(tǒng)總投資將近3000萬元，總服務(wù)面積約 11萬 m2。室外土壤源部分設(shè)置有效深度 100 m的地埋垂直管換熱器共計(jì) 1200個(gè)，連接水平管換熱器(各種規(guī)格如 D32、D40 等)共計(jì) 20080 m，開挖土方量4萬多 m3。地源熱泵空調(diào)換熱是一種利用含有大量能源的土壤(地下熱)作為吸熱或排熱的熱交換器，實(shí)現(xiàn)空氣調(diào)節(jié)的系統(tǒng)。該工藝適用于地源熱泵系統(tǒng)節(jié)能工程的施工。紹興市奧林匹克體育場館工程空調(diào)系統(tǒng)正是利用地源熱泵作為空調(diào)冷熱源來調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣溫度。該工程采用地埋管換熱系統(tǒng)，傳熱介質(zhì)通過埋在地下的密閉循環(huán)管組換熱器與巖土體進(jìn)行熱交換。

1 施工工藝

1.1 施工工藝流程

地源熱泵地埋管換熱器施工流程見圖1。

1.2 操作過程

1.2.1 定位放線

定位放線是地源熱泵室外工程最基本的操作，也是很關(guān)鍵的操作。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙確定換熱孔的位置，一般用全站儀放出控制點(diǎn)處換熱孔的坐標(biāo)。通常選擇一個(gè)施工區(qū)域內(nèi)最角上或拐角處的換熱孔作為控制點(diǎn)位，然后利用兩點(diǎn)成線的方法，將控制換熱孔縱橫相連，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙從控制換熱孔的位置開始沿縱橫直線每間隔 5 m 確定一個(gè)換熱孔，用木樁或石灰標(biāo)出換熱孔的位置。在不規(guī)則區(qū)域通過延伸放線予以解決。定位放線時(shí)應(yīng)注意嚴(yán)格控制換熱孔之間的距離，不得小于最小距離(最小距離與孔深、孔徑、垂直度有關(guān))。

圖1 地源熱泵地埋管換熱器施工工藝流程圖

1.2.2 鉆 孔

鉆孔是豎埋管換熱器施工中最重要的工序。鉆孔工藝的選擇跟地層土質(zhì)有關(guān)。為保證成孔之后孔壁的完整性，若施工地區(qū)土質(zhì)比較好，可以采用裸孔鉆進(jìn)；若是砂質(zhì)土層，孔壁容易坍塌，應(yīng)設(shè)套管鉆進(jìn)。該工程地埋管施工區(qū)地面以下50 m 內(nèi)為黏土層，且距地面 20 m 內(nèi)為淤泥質(zhì)黏土層，鉆孔時(shí)極易縮孔。初期采用下套管施工工藝，完成一個(gè)鉆孔需要72 h，效率低下；后因下套管和提套管進(jìn)度緩慢而直接采用裸孔鉆進(jìn)的方法施工。

1.2.3 帶壓下管

下管必須保證下管有效的深度。下管采用人工下管或機(jī)械下管方式，在鉆孔完畢后立即進(jìn)行下管施工。該工程垂直管換熱器選用專用單 U 形盤管；U 形配件采用專用連接成品，與兩支管采用電容連接。單 U 形盤管管的兩支管應(yīng)采用專用固定卡固定，以保證兩支管的間距，避免造成熱量回流影響換熱效果。鉆孔完畢后豎孔內(nèi)有大量積水，受浮力影響對(duì)下管造成一定的困難；且由于水中含有大量泥砂，泥砂沉積會(huì)減小豎井的有效深度。因此該工程采用機(jī)械下管的方式，每鉆完一孔都及時(shí)組織下管。下管之前對(duì) U 形盤管進(jìn)行試壓，試壓一般與垂直孔鉆進(jìn)同時(shí)進(jìn)行；確認(rèn)管道無泄漏后，壓力降到合理范圍內(nèi)再進(jìn)行下管。垂直管下放到有效深度后，在井口采取防止 U 形管上浮的固定措施。下管結(jié)束后要保證 U 形管露出地面，而且露出地面的長度需控制在允許范圍以內(nèi)。

1.2.4 回填封井

回填之前觀察地埋管的壓力，確認(rèn)無泄露現(xiàn)象后方可進(jìn)行回填?；靥畈牧弦瞬捎冒匆欢ㄅ浔扰渲贫傻呐驖櫷梁图?xì)砂混合物。為確?；靥蠲軐?shí)、無空腔，應(yīng)分多次回填，直至回填料在換熱孔端口不沉降為止。另外，當(dāng)鉆孔深度超過40 m 時(shí)，回填應(yīng)在周圍臨近鉆孔均鉆鑿?fù)戤吅筮M(jìn)行。

1.2.5 換熱器安裝

對(duì)于高密度聚乙烯(HDPE)管段和管件之間的連接，均采用專用設(shè)備進(jìn)行熱熔或電容焊接。在埋深不大或場地允許時(shí)，應(yīng)在地面把盤管準(zhǔn)備好，主要工作包括盤管試壓、支管固定，然后利用鉆塔進(jìn)行放管。當(dāng)垂直管換熱器的聯(lián)絡(luò)管施工時(shí)，在地面上預(yù)制好聯(lián)絡(luò)管并留出相應(yīng)的與垂直管相接的三通，然后直接在溝槽內(nèi)進(jìn)行熱熔連接即可。

2 監(jiān)理控制點(diǎn)

2.1 質(zhì)量控制

2.1.1 原材料

原材料進(jìn)場時(shí)，主要從品牌、規(guī)格、外觀等各方面檢查驗(yàn)收。施工單位報(bào)送的材料質(zhì)量證明文件應(yīng)齊全、真實(shí)、有效，與中標(biāo)時(shí)選定的一致；品牌、規(guī)格、外觀等各方面驗(yàn)收不合的材料，不得用于工程中。材料驗(yàn)收合格后，對(duì)材料的保管及搬運(yùn)過程都需要加強(qiáng)控制，避免管材在陽光下曝曬且搬運(yùn)過程應(yīng)小心輕放。該工程使用高密度聚乙烯(HDPE)管且管材有多種規(guī)格。例如垂直管換熱器規(guī)格統(tǒng)一公稱壓力為PN1.6、公稱外徑為DN32；而水平聯(lián)絡(luò)管分為兩種，在建筑物基礎(chǔ)下面的聯(lián)絡(luò)管要求工程壓力為PN1.6，聯(lián)絡(luò)管區(qū)域上部無建筑物基礎(chǔ)的則公稱壓力為PN1.0。在保管和使用過程中需要做到分類保管、分類使用。工程中監(jiān)理人員在現(xiàn)場巡視時(shí)發(fā)現(xiàn)部分材料沒有按公稱壓力的不同而分開堆放，現(xiàn)場操作人員在使用時(shí)也沒有做到注意銘牌，材料使用混淆。公稱壓力低的當(dāng)公稱壓力高的管道使用，使工程質(zhì)量不合格；公稱壓力大的當(dāng)公稱壓力小的管材使用，造成了資源的浪費(fèi)。

2.1.2 鉆孔及下管

垂直管換熱器施工時(shí)必須確保換熱孔的有效深度。鉆進(jìn)到有效深度后，為避免提鉆及下管過程中泥砂沉積而減小有效孔深，仍須繼續(xù)鉆進(jìn) 1 m～2 m 方可提鉆下管。該工程垂直管換熱孔的有效深度為120 m，換熱孔直徑為150 mm。用測繩測量孔深比較費(fèi)時(shí)間，操作過程中因泥砂沉積反而使測得的數(shù)據(jù)與實(shí)際孔深相差較大。因此，在實(shí)際操作時(shí)采用更簡單和原始的方法確認(rèn)鉆孔深度。鉆機(jī)鉆進(jìn)至要求深度時(shí)，施工單位通知監(jiān)理人員共同記取鉆孔深度。提鉆過程使用鉆桿的數(shù)量加以統(tǒng)計(jì)，測出鉆桿長度；再加上鉆機(jī)上驅(qū)動(dòng)鉆桿的長度，即最后 1 根鉆桿的長度，就可以算出孔深。計(jì)算公式為H=nL+l。式中 H 為孔深，n 為鉆桿數(shù)量，L 為鉆桿長度，l 為驅(qū)動(dòng)鉆桿長度；計(jì)算時(shí)單位應(yīng)統(tǒng)一。另外，采用觀察盤管米標(biāo)的方法也可以推算出有效孔深。盤管出廠前，從 U 形配件端部開始沿管身每間隔 1 m 成等差數(shù)列標(biāo)出盤管長度，例如；盤管為120 m，則從 1 m 一直標(biāo)注到 120 m 為止。采取觀察盤管米標(biāo)的方法，下管之前必須對(duì)盤管的完整性進(jìn)行檢查。確認(rèn)盤管完好無損，方可下管；若發(fā)現(xiàn)盤管中間有接頭，則不得用作垂直管換熱器。兩種方法均有優(yōu)缺點(diǎn)：鉆桿計(jì)數(shù)法雖然所用時(shí)間較長，但操作簡單，記取的數(shù)值也比較精確；觀察米標(biāo)法雖然操作簡單，但是往往因盤管表面容易被泥漿污染，米標(biāo)不容易找到，實(shí)際操作起來受管材表面泥漿污染程度的限制。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，下管完成后對(duì)明露在地面的盤管長度要加以控制，不應(yīng)大于最大允許值。鉆孔在鉆進(jìn)的同時(shí)，對(duì)豎埋換熱管根據(jù) GB 50366—2005《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》進(jìn)行第 1 次壓力試驗(yàn)。壓力試驗(yàn)合格，方可下管。下管前將盤管壓力降到合理范圍內(nèi)，使管內(nèi)保持一定的壓力，然后下管。一邊下管一邊觀察壓力變化情況。盤管下放到有效深度后采取固定措施防止盤管上浮。下管完成20 min 后觀察壓力變化。確認(rèn)壓力降到合理范圍內(nèi)后，應(yīng)及時(shí)回填封孔。檢查回填料配比，確保垂直換熱井回填密實(shí)?；靥罱Y(jié)束后要剪掉垂直管換熱器上的壓力表。剪掉壓力表后需要注意做好端口的封堵工作。

2.1.3 水平聯(lián)絡(luò)管

采取復(fù)核方式檢查溝寬、溝底標(biāo)高以及管道埋深是否達(dá)到規(guī)范要求。另外根據(jù)設(shè)計(jì)文件對(duì)聯(lián)絡(luò)管管底砂墊層厚度及壓實(shí)程度進(jìn)行檢查。該工程管道連接采用熱熔連接方式：當(dāng)管道外徑 D≤75 mm 時(shí)，采用承插熱熔連接方式；當(dāng)管道外徑 D＞75 mm 時(shí)，采用熱熔對(duì)接方式。施工過程中重點(diǎn)要對(duì)管道連接質(zhì)量進(jìn)行檢查。主要通過觀察熔接焊瘤、管道接口處平直度來判斷連接質(zhì)量，以壓力試驗(yàn)作為最終手段確認(rèn)管道連接質(zhì)量。此次壓力試驗(yàn)稱為第 2 次壓力試驗(yàn)。壓力試驗(yàn)合格后，方可開始聯(lián)絡(luò)管即水平管的回填。按照設(shè)計(jì)要求，管頂 200 mm 范圍內(nèi)應(yīng)用回填砂子作為保護(hù)層。最后一道工序是水平聯(lián)絡(luò)管與各自區(qū)域內(nèi)分集水器的連接。工程中采用的鋼制分集水器，出廠檢驗(yàn)報(bào)告齊全，防銹防腐措施到位。當(dāng)分集水器與聯(lián)絡(luò)管完成連接后，進(jìn)行第 3 次水壓試驗(yàn)。至此各區(qū)域內(nèi)系統(tǒng)完成施工，剩余工作就是各區(qū)分集水器與總分集水器的連接。該部分施工過程及工藝與各區(qū)聯(lián)絡(luò)管施工工藝相似，控制要點(diǎn)及控制內(nèi)容相同，此處不再贅述。與總分集水器連接完成后，進(jìn)行第 3 次壓力試驗(yàn)的延伸。此次壓力試驗(yàn)仍屬于第 3 次壓力試驗(yàn)的范疇。總分集水器與機(jī)房連接完成施工后，進(jìn)行第 4 次壓力試驗(yàn)。第 4 次壓力試驗(yàn)待機(jī)房工程完成施工后進(jìn)行。

2.2 投資控制和進(jìn)度控制

從總體上看，資金到位情況與進(jìn)度計(jì)劃的實(shí)施緊密相關(guān)。此工程中體現(xiàn)最為明顯。在 2011年 6月份和9月份兩個(gè)月中，由于材料供應(yīng)延緩；另外射擊館區(qū)域樁基施工與地埋管工程施工區(qū)域重合，致使整個(gè)工期耽誤了近3個(gè)月。從根本上講，資金(承建單位的資金)問題是造成該工程室外土壤熱源系統(tǒng)不能按計(jì)劃完成的主要因素。當(dāng)然也有天氣原因。監(jiān)理過程中，檢查施工單位是否按所報(bào)審的進(jìn)度計(jì)劃施工，分析所出現(xiàn)偏差的性質(zhì)；若出現(xiàn)較大的負(fù)偏差，則要求施工單位對(duì)進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)行修改并提出趕工措施；督促施工單位按調(diào)整后的計(jì)劃施工。

3 監(jiān)理過程中發(fā)現(xiàn)的各種問題

監(jiān)理過程中發(fā)現(xiàn)承建單位在施工操作方法、使用儀器、建筑材料等方面存在一定的問題。就這類問題總結(jié)如下。

3.1 壓力試驗(yàn)問題

3.1.1 壓力表量程過大

初期使用的部分壓力表量程過大，部分表量最大程為5.0 MPa。對(duì)于1.6 MPa的試驗(yàn)壓力來說，此類表明顯不符合要求，易造成讀數(shù)不準(zhǔn)確甚至讀不出數(shù)據(jù)。經(jīng)過提示后更換為量程 2.5 MPa的壓力表。

3.1.2 試驗(yàn)壓力值達(dá)不到設(shè)計(jì)要求

對(duì)第 1 次壓力試驗(yàn)的壓力值的大小，設(shè)計(jì)文件明確要求為1.6 MPa。施工人員在操作過程僅憑經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為打壓時(shí)壓力值達(dá)到 0.6 MPa 且保持穩(wěn)定即可。監(jiān)理人員在監(jiān)理過程中，對(duì)壓力試驗(yàn)情況做好抽檢工作并做好記錄；第 2 次壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)注意試驗(yàn)壓力的大小。因豎埋管換熱器孔深為120 m，打壓時(shí)應(yīng)考慮此部分靜壓；否側(cè)豎埋管管底承受壓力過大將會(huì)使管道爆裂。因此第 2 次打壓時(shí)壓力值為0.6 MPa。

3.2 地埋管施工問題

3.2.1 垂直管管卡間距過大

按設(shè)計(jì)要求，固定單U形支管管卡之間的間距應(yīng)該為3 m～4 m。監(jiān)理過程中發(fā)現(xiàn)兩卡間距有些長達(dá) 5 m，甚至 6 m。

3.2.2 豎埋管換熱器端口未封堵

下管完成且壓力表剪掉后，豎埋管端口沒有及時(shí)封堵。端口不封堵容易使異物落入豎埋管中；若堅(jiān)硬異物掉入管中，將會(huì)給后期系統(tǒng)沖洗及試壓造成不必要的麻煩。

3.2.3 回填料配比不符合設(shè)計(jì)要求

在垂直管換熱器回填施工中，操作人員只是隨意回填，沒有嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求對(duì)回填料進(jìn)行配比，對(duì)回填料的材料及配比都不夠重視。雖然有些操作人員對(duì)回填料進(jìn)行配制，但是對(duì)其拌合均勻程度沒有保證，根本達(dá)不到拌合均勻的要求。

3.2.4 聯(lián)絡(luò)管施工

承插連接順直度超出允許偏差；焊瘤不明顯或過小；配件連接存在不規(guī)范、傾斜等問題；管底砂墊層不符合要求。管底砂墊層厚度一般為100 mm～200 mm，寬度為管材外徑加 600 mm。施工過程中往往達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的厚度及規(guī)范要求的寬度。

3.3 其他問題

地源熱泵埋地管換熱器施工過程需要注意的其他問題還有：分集水器檢查井砌筑過程中所用的砂漿要求，檢查井內(nèi)排水設(shè)施的設(shè)置等。另外，大面積檢查井蓋板的澆筑也是需要注意的事項(xiàng)。

4 結(jié) 語

提高建筑物的節(jié)能及環(huán)保性能，其中重要手段之一就是采用低能耗的暖通系統(tǒng)。地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)入我國并通過在工程中的成功運(yùn)用，得到了空調(diào)界人士的認(rèn)可和推崇，成為了我國中央空調(diào)發(fā)展的趨勢，體現(xiàn)了節(jié)能、環(huán)保、靈活、舒適的新概念。地源熱泵的發(fā)展從設(shè)計(jì)到施工都需要長足的發(fā)展和完善。筆者通過對(duì)紹興市奧林匹克體育場館工程地埋管換熱器監(jiān)理工作的總結(jié)，結(jié)合過程管理中發(fā)現(xiàn)的問題，提出控制點(diǎn)。供廣大同仁參考。