地源熱泵系統(tǒng)垂直地埋管“逆做法”施工的應(yīng)用研究

溫州建設(shè)集團(tuán)有限公司 浙江溫州 325000

摘要：隨著土地資源的日趨緊張，供建設(shè)用地的數(shù)量變的越來(lái)越少，若將地源熱泵系統(tǒng)的垂直地埋管采用“逆做法”施工布置在地下室的工程樁之間，不僅能使建筑達(dá)到節(jié)能環(huán)保的要求，還能有效的提高整個(gè)工程的施工進(jìn)度。本文根據(jù)地下室結(jié)構(gòu)逆做法施工工藝和地源熱泵垂直地埋管的施工特點(diǎn)，對(duì)垂直地埋管的“逆做法”施工進(jìn)行了研究，并結(jié)合某具體工程案例，提出合理的解決方案，論證了地源熱泵系統(tǒng)垂直地埋管“逆做法”施工的可行性。

關(guān)鍵詞：地源熱泵；垂直地埋管；地下室結(jié)構(gòu)；逆做法；可行性

1、引言

地源熱泵是一種高效環(huán)保的節(jié)能技術(shù)，其理論研究和工程應(yīng)運(yùn)已經(jīng)在國(guó)內(nèi)引起了熱潮。地源熱泵系統(tǒng)的關(guān)鍵就在于地埋管換熱器，而地埋管換熱器的設(shè)置形式主要有水平埋管和垂直埋管兩種，其垂直埋管比水平埋管節(jié)省很多土地面積，因此更適合我國(guó)的國(guó)情。目前為止，國(guó)內(nèi)地源熱泵垂直地埋管布置在地下室建筑工程樁之間的施工都是采用傳統(tǒng)的施工方法。對(duì)于地下室下的垂直地埋管采用“逆做法”施工的技術(shù)方法幾乎處于空白。本文論述了布置在地下室下的垂直埋管采用”逆做法”施工的可性行，并通過(guò)具體的工程案例，給出了解決方案，為地源熱泵系統(tǒng)垂直地埋管“逆做法”施工的研究提供參考。

布置在帶地下室建筑工程樁之間的地源熱泵系統(tǒng)垂直地埋管傳統(tǒng)施工方法是待地下室基坑開(kāi)挖完成后，地下室時(shí)做磚胎膜之前，需要將地埋管系統(tǒng)施工完畢，而在此階段施工受到環(huán)境影響的因素較大，因此會(huì)對(duì)其他工作的開(kāi)展造成一定的延誤。若垂直埋管采用“逆做法”施工不但能滿足施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范的要求，還能加快施工進(jìn)度，節(jié)約一定的施工成本。

2、垂直埋管采用“逆做法”施工的可行性分析

地源熱泵垂直埋管采用“逆做法”施工對(duì)于施工技術(shù)來(lái)說(shuō)雖然是一個(gè)挑戰(zhàn)，但只要對(duì)其施工過(guò)程中的每一個(gè)細(xì)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格的把關(guān)，如：垂直埋管的準(zhǔn)確定位、鉆孔深度、埋管的質(zhì)量、回灌材料的密實(shí)度、挖土標(biāo)高等進(jìn)行有目的的控制，就能成功地實(shí)現(xiàn)垂直埋管的“逆做法”施工。

2.1 地下室結(jié)構(gòu)逆做法施工工藝

地下室結(jié)構(gòu)逆做法施工是一種“封閉式”施工方法。其工藝原理是：先沿建筑物周圍施工地下連續(xù)墻，在建筑物內(nèi)按柱網(wǎng)軸線施工柱下支撐樁，然后進(jìn)行首層施工。完成后同時(shí)施工地上、地下結(jié)構(gòu)。待地下室大底板完成后，再進(jìn)行復(fù)合柱、復(fù)合墻的施工。其施工工藝如圖1所示。

圖1 地下室結(jié)構(gòu)逆做法施工工藝

上圖所示工藝，對(duì)于地下室結(jié)構(gòu)采用逆做法且垂直埋管布置在建筑工程樁之間的地源熱泵系統(tǒng)的埋管施工，只能在首層結(jié)構(gòu)施工前，將垂直埋管施工到位，才能保證后期地埋管施工過(guò)程中不會(huì)受到場(chǎng)地的限制，致使施工機(jī)械無(wú)法就位，從而會(huì)影響垂直埋管的施工，導(dǎo)致地源熱泵系統(tǒng)工程受挫。

2.2 工程樁的準(zhǔn)確定位及相互間間距

地下室結(jié)構(gòu)采用逆做法施工，對(duì)工程樁定位要求十分準(zhǔn)確，而且工程樁之間的間距足以滿足地源熱泵系統(tǒng)垂直埋管布置距離的設(shè)計(jì)要求和鉆井機(jī)械的架設(shè)及其操作空間，同時(shí)工程樁可以作為垂直埋管的永久參照物，在垂直埋管定位階段可以根據(jù)工程樁的布置和定位坐標(biāo)，按照垂直埋管布置平面圖很方便的將垂直埋管準(zhǔn)確定位；而且在地下室底板澆筑前，可以參照工程樁很容易的找出垂直埋管具體位置。這樣可以大大節(jié)約垂直埋管“逆做法”施工過(guò)程中垂直埋管材料的損耗，有利于降低“逆做法”施工過(guò)程中的材料成本。同時(shí)，地源熱泵垂直埋管可以在一個(gè)區(qū)域內(nèi)的工程樁施工完畢后即可進(jìn)行垂直埋管的施工，通過(guò)這樣合理有序的安排可以有效的縮短施工工期。

2.3 地下室挖土標(biāo)高的控制

地下室結(jié)構(gòu)逆做法施工中，待上一層結(jié)構(gòu)是完畢強(qiáng)度達(dá)到規(guī)范要求后，即可進(jìn)行下一層的挖土工作，在開(kāi)挖地下室最底層時(shí)則要有效的控制挖機(jī)的挖土標(biāo)高，當(dāng)此標(biāo)高比埋入鉆井內(nèi)垂直埋管的頂部標(biāo)高高30公分時(shí)，則停止使用挖機(jī)清土轉(zhuǎn)為人工清土，避免垂直埋管被挖機(jī)損壞。

綜上所述，地下室結(jié)構(gòu)逆做法施工的工藝特點(diǎn)和施工過(guò)程中控制點(diǎn)的嚴(yán)格控制不但能完全滿足垂直埋管采用“逆做法”的施工要求，而且對(duì)施工成本的節(jié)約具有良好的效果，因此垂直埋管采用”逆做法“施工在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上是可行的。

3、地源熱泵系統(tǒng)垂直埋管的施工特點(diǎn)

地源熱泵空調(diào)采用垂直埋管形式地下?lián)Q熱系統(tǒng)，其垂直埋管間距必須滿足地源熱泵系統(tǒng)的最大吸熱量或釋熱量的要求，且埋管換熱器的深度宜小于20米，鉆孔孔徑不小于0.11米，鉆孔間距應(yīng)滿足換熱需求，間距不小于3米，且成排、成列的鉆井水平、垂直偏差不大于30cm。另垂直埋管安裝完畢后，應(yīng)立即灌漿封孔，且灌漿宜從孔井的底部至頂部緩慢進(jìn)行以保證其孔井的密實(shí)度，防止垂直埋管受到外力的作用出現(xiàn)上浮從而使管頂?shù)臉?biāo)高超限縮短鉆孔內(nèi)垂直埋管的長(zhǎng)度，從而減少了換熱量。因此在地源熱泵系統(tǒng)垂直埋管施工過(guò)程中必須嚴(yán)格控制其埋管的定位位置和管頂標(biāo)高以保證埋管的間距和鉆井內(nèi)埋管的長(zhǎng)度符合設(shè)計(jì)要求，進(jìn)而有效的保證地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行工況。

4、工程應(yīng)用案例

4.1 工程概況

本工程位于溫州市鹿城區(qū)，地下3層、地上23層。地上1-5層采用地源熱泵機(jī)組和制冷、蓄冰雙工況機(jī)組結(jié)合的中央空調(diào)系統(tǒng)，其中地源熱泵垂直埋管共252條，采用管徑為Φ32的PE100雙U管，埋管間距布置為5*5米，在夏季制冷時(shí)，垂直埋管為地源熱泵機(jī)組提供765KW的冷量，冬季制熱時(shí)需提供680KW的熱量。

4.2 垂直埋管系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

4.2.1 垂直埋管定位布置方案

由于本工程的工程樁橫向間距分別為7.5米和6.6米，而垂直埋管的布置間距要滿足5*5米的要求，因此需要先在7.5米工程樁之間布置2排垂直埋管，埋管距離工程樁的距離不小于1.1米，這樣依次按5*5米埋管間距將垂直埋管定位布置在6.6米間距的工程樁之間。

4.2.2 埋管深度及管頂標(biāo)高的控制方案

為了滿足地源熱泵機(jī)組換熱要求，需要垂直埋管換熱器的深度為70米，而地下室負(fù)三層底板標(biāo)高為-13.2米、因此垂直埋管“逆做法”鉆井的深度應(yīng)為83.2米，為了有效的控制鉆井深度，則必須對(duì)現(xiàn)場(chǎng)鉆井的的鉆頭長(zhǎng)度、鉆桿長(zhǎng)度進(jìn)行了解和掌握。通過(guò)對(duì)鉆頭和鉆桿的把控來(lái)控制其鉆井深度。由于鉆孔內(nèi)的條件比較復(fù)雜，即使鉆井深度能達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定的深度，但也無(wú)法確保垂直埋管能安裝在地下室底板下70米，因此為了保證垂直埋管的深度在埋管端部增加配重，然后用專用工具下放埋管，并在埋管管頂栓一條細(xì)繩，通過(guò)測(cè)量此繩留在孔外的長(zhǎng)度來(lái)判斷垂直埋管是否沉入孔底，管頂?shù)臉?biāo)高是否滿足地下室結(jié)構(gòu)逆做法挖土標(biāo)高的控制要求。

5、初步結(jié)論與展望

5.1 初步結(jié)論

通過(guò)對(duì)地源熱泵系統(tǒng)垂直埋管“逆做法”施工應(yīng)用的研究，相關(guān)要點(diǎn)小結(jié)如下：

1）地下室結(jié)構(gòu)采用逆做法施工，只要對(duì)工程樁的定位準(zhǔn)確、挖機(jī)挖土的標(biāo)高進(jìn)行嚴(yán)格控制和垂直埋管施工中鉆井深度及埋管深度的重點(diǎn)監(jiān)控，垂直埋管采用“逆做法”施工是完全可行的。

2）布置在地下室工程樁之間的垂直埋管，對(duì)于地下室結(jié)構(gòu)采用逆做法施工，其垂直埋管也可采用“逆做法”施工可以避免在后期施工中出現(xiàn)的一些不利因素，有效的縮短施工工期，降低施工成本。

5.2 展望

目前，在土地資源日趨緊張的情況下，施工用地也變的十分有限，而很多工程由于收到周圍環(huán)境的影響，為了能有效的利用有限的施工場(chǎng)地，合理的布置各種臨時(shí)設(shè)施，地下室結(jié)構(gòu)采用逆做施工也漸漸受到建筑者的青睞，因此對(duì)于布置在地下室工程樁之間地源熱泵系統(tǒng)的垂直埋管換熱系統(tǒng)采用“逆做法”施工也具有廣闊應(yīng)用和推廣的前景。