淺層地熱能開發(fā)樁間地埋管施工技術

（河南國基建設集團有限公司,河南 鄭州 450047）

1 項目概況

河南地質大廈項目位于鄭州市東風南路與商鼎路交叉口,地埋管系統(tǒng)冬季可提供熱量約4 200kW,供水溫度為8～12℃；夏季可提供冷量約5 000kW,供水溫度為25～30℃,冷量不足部分由冷卻塔提供。

根據(jù)場地、空調負荷情況,設計地埋孔604個,孔深152m,間距4～5m。垂直地埋管采用雙U 地埋管,水平地埋管采用分區(qū)同程連接,埋深位于地下室底板下900mm。其中垂直地埋管及水平地埋管支管采用De32 聚乙烯管,水平地埋管供、回水主管采用De90 聚乙烯管,耐壓等級均為PE100。

地埋管位于工程樁、抗浮錨桿之間,施工時需采取措施確保不擾動、破壞工程樁和抗浮錨桿。同時,因地埋管布設在地下室底板下不易檢修,施工時需做好地埋管保護及水壓試驗,確保地下室底板施工完成后地埋管不堵塞、不滲漏。

2 施工影響因素

1）水文地質 垂直地埋管鉆孔深度范圍內土層主要為粉土、粉砂、粉質黏土,局部土層為中砂?？辈旆秶鷥鹊叵滤愋蜑闈撍拔⒊袎核?補給來源主要為大氣降水。

2）樁基與抗浮錨桿 地基采用水泥粉煤灰碎石樁（CFG 樁）復合地基,樁徑400mm,地下室底板范圍內柱下CFG 樁間距1.2m,復合地基承載力特征值不小于530kPa。地下室底板范圍內抗浮錨桿有效長度10m,孔徑180mm,間距東西向2.4～2.8m,南北向2.3～4.0m,抗拔承載力特征值不小于110kN。

3）土方開挖 地下室開挖深度5.77m,A 座核心筒開挖深度12.52m,B 座核心筒開挖深度8.22m?；娱_挖以機械開挖為主、人工開挖為輔的形式,分層分段開挖。

3 地埋管施工

3.1 工藝流程

施工準備→測量定位→換熱孔施工→垂直地埋管安裝→回填封孔→水平溝槽開挖→水平地埋管連接及敷設→水平溝槽回填→混凝土墊層施工。

3.2 垂直地埋管施工

3.2.1 施工準備

1）為避免鉆機施工時擾動基底原狀土,土方開挖至距離水平地埋管1.5m 左右時,開始進行換熱孔施工。

2）換熱孔施工前,現(xiàn)場實測樁基位置、降水井位置、樁間凈尺寸等信息,工程樁、抗浮錨桿影響換熱孔施工時,應及時與設計單位溝通。

3）鉆孔前根據(jù)坡道位置、鉆機數(shù)量等,以有利于成品保護、減少設備移位和就近利用泥漿池等原則,合理規(guī)劃鉆孔路線。

4）對進場的高密度聚乙烯管及配件進行自檢驗收和見證取樣送檢,合格后方可使用。

5）如圖1 所示,根據(jù)規(guī)劃的鉆孔路線及各鉆機任務分配,將換熱孔在平面圖上沿縱橫方向逐一標記孔號。

圖1 垂直地埋管換熱孔布置圖

3.2.2 測量定位

1）依據(jù)基準點采用全站儀、經(jīng)緯儀等測量儀器進行放線,換熱孔位置偏差控制在10mm以內。

2）定位后用木樁在鉆孔中心標識,并在木樁側面用紅色記號筆注明孔號,以木樁為中心,采用白石灰撒出半徑約150mm 的圓環(huán)做醒目標記。

3.2.3 換熱孔施工

1）開鉆前必須從頭到尾檢查設備的完好情況,并嚴格按照擬定的鉆孔順序由遠及近進行施工。

2）鉆孔嚴格按設計和施工工藝要求進行,換熱孔的位置、孔徑、垂直度偏差等嚴格控制在規(guī)定的范圍內,過程中每30m 測斜一次。

3）達到設計深度后,反復進行通孔,及時組織隱蔽工程驗收。

4）垂直地埋管安裝前不得過早提起鉆具,孔內始終保持泥漿循環(huán)狀態(tài)。

5）若遇到特殊情況,鉆孔人員不得擅自更改鉆孔的孔深和位置,應及時與設計人員溝通確定新的鉆孔方案。

3.2.4 垂直地埋管安裝（圖2）

1）垂直地埋管在插入鉆孔前,需先用自來水對管道進行沖洗,并進行水壓試驗,合格后在承壓狀態(tài)下借助下管機插入換熱孔。

圖2 換熱孔內地埋管安裝示意圖

2）垂直地埋管采用兩供兩回、一用一備的供回水模式,U 型管端部采用雙U 型彎頭成品件。管間采用定位管卡間距3m 布置,保證換熱管之間的凈距,減少PE 管之間的換熱干擾。

3）為防止彎頭在下沉過程中損傷,在彎頭端部設置混凝土管靴,地面上預留不小于1m 的垂直管段,使4 根管平滑、同步沉入換熱孔內。

4）下管時保證PE 管不扭曲、不變形,下管到位后緩慢提起下管機鉆桿,提桿過程中防止U型管上浮,并及時采取臨時固結措施。

5）垂直地埋管安裝完畢后,在地面上預留800mm 左右的富余量,端部用防護套擰緊后,用膠帶粘牢,以防垃圾、雜物流入。

3.2.5 回填封孔

1）垂直地埋管安裝完畢后及時組織回填封孔,但為避免鉆孔傾斜將相鄰的U 型管鉆傷,灌漿回填需安排在周圍3m 內臨近換熱孔施工完畢后進行。

2）回填封孔料一般為膨潤土和細砂（或水泥）的混合漿或其它專用灌漿材料。當鉆孔時取出的泥漿凝固后收縮很小時,也可用作灌漿材料進行原漿回填。

3）回填完成后應做水壓試驗,合格后在換熱孔頂0.5m 范圍內用水泥或粘土加固、封井。

4）封井完成后,用石灰線做明顯標記,防止后序作業(yè)損壞垂直地埋管。

3.3 水平地埋管施工

3.3.1 水平溝槽開挖

1）依據(jù)圖紙、垂直地埋管位置等進行溝槽放線。

2）避開工程樁、抗浮錨桿等構筑物,主要采用小型機械進行溝槽開挖,局部采用人工輔助開挖。

3）槽底預留200mm 厚用人工清底、整平。

3.3.2 水平地埋管連接及敷設

1）為保證水平地埋管連接部位的強度和嚴密性,地埋管采用熱熔承插連接。

2）連接前必須清潔PE 管表面及管腔內的泥土和油漬并擦拭干凈。

3）連接時應將管端修剪平整,切割后的管端應呈正圓形。

4）管道連接應嚴格控制熱熔溫度和熔接時間,熔接完成后3min 內,管件與管道應保持固定,避免管道未成型前管道連接處變形影響連接質量。

5）連接完畢后24h 內嚴禁進行水壓試驗。

6）水平地埋管鋪設前,需將溝槽內的廢料、管件等雜物清理干凈,然后在槽低鋪設相當于管徑厚度的細砂褥墊層。

7）管材應沿管線敷設方向順直排列在溝槽內。為避免雜物流入管內,管口采用堵頭或纏繞膠帶封閉保護。

8）溝槽內PE 管道應無折斷、扭結等質量問題,轉彎處應平滑并采取固定措施。接管時盡量保持橫平豎直,供、回水主管間距不小于600mm,支管間距不小于200mm。同時,支管供、回水管應分開相應距離,避免出現(xiàn)熱干擾。

3.3.3 水平溝槽回填

1）溝槽回填前,應連通豎直地埋管進行水壓試驗,合格后及時做好隱蔽驗收記錄。

2）水平地埋管細砂覆蓋厚度不小于管徑。細砂粒料應細小均勻,在管道兩側分層對稱回填。

3）細砂回填層上部為級配砂石回填層,回填層厚度為500mm,分兩層進行,每層夯實厚度250mm。

3.3.4 混凝土墊層施工

1）如圖3 所示,墊層施工前,在各集分水器位置,將供、回水主管穿入到成組防水套管內,然后將成組防水套管用支架固定在兩側地面上。

2）供、回水主管在穿入防水套管前可包裹彩條布進行保護,防止劃傷。安裝時應理順各管線,避免野蠻拖拽造成PE 管折裂。

圖3 地埋管穿車庫底板接分水器示意圖

3)墊層混凝土澆筑中,應避免泵管、振搗器觸碰防水套管,套管根部混凝土可采用細木棍插搗密實（圖4）。

圖4 防水套管

4 檢驗與驗收

4.1 水壓試驗

地埋管系統(tǒng)水壓試驗壓力為0.8MPa,宜采用手動泵緩慢升壓,升壓過程中應隨時觀察和檢查,不得有滲漏；不得以氣壓試驗代替水壓試驗。水壓試驗步驟如下。

1）垂直地埋管插入鉆孔前,應做第一次水壓試驗。在試驗壓力下,穩(wěn)壓至少15min,穩(wěn)壓后壓降不應大于3%,且無泄漏現(xiàn)象；將其密封后,在有壓狀態(tài)下插入鉆孔,完成灌漿之后保壓1h。

2）垂直地埋管插入鉆孔并回填后,應做第二次水壓試驗,在試驗壓力下,穩(wěn)壓至少15min,穩(wěn)壓后壓降不應大于3%,且無泄漏現(xiàn)象。

3）垂直地埋管與集分水器連接完畢后,在回填前應分單元進行第三次水壓試驗。在試驗壓力下,穩(wěn)壓至少30min,穩(wěn)壓后壓力降不應大3%,且無泄漏現(xiàn)象為合格。

4）集分水器與機房地埋管集分水器管道連接完成后,平管回填前應進行第四次水壓試驗。在試驗壓力下,穩(wěn)壓至少2h,且無泄漏現(xiàn)象。

5）地埋管換熱系統(tǒng)全部安裝完畢,且沖洗、排氣及回填完成后,應進行第五次水壓試驗。在試驗壓力下,穩(wěn)壓至少12h,穩(wěn)壓后壓力降不應大于3%。

4.2 檢驗與驗收

地埋管換熱系統(tǒng)安裝過程中,應進行現(xiàn)場檢驗,并提供檢驗報告具體包括以下幾個方面。

1)管材、管件等材料應符合國家現(xiàn)行標準的規(guī)定。

2)鉆孔、埋管的位置和深度、地埋管的直徑、壁厚及長度均應符合設計要求。

3)回填材料及其配合比應符合設計要求。

4)水壓試驗應合格。

5)各環(huán)路流量應平衡,且應滿足設計要求。

5 結語

綜上所述,淺層地熱能開發(fā)樁間地埋管施工技術,通過在河南地質大廈項目的應用,可以在實現(xiàn)節(jié)約土地與土地資源保護的同時,有效的利用地熱能這項可再生清潔能源,施工過程對工程樁、抗浮錨桿等無影響,施工完畢后地埋管質量可靠、系統(tǒng)穩(wěn)定,可為今后類似工程施工提供一定的參考。