一种沿江富水区域X形高效能源桩及其施工方法 |
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| 申请号 | CN202311555492.6 | 申请日 | 2023-11-21 | 公开(公告)号 | CN117569299A | 公开(公告)日 | 2024-02-20 |
| 申请人 | 苏州科技大学; | 发明人 | 王梓炫; 汤文岗; 黄献文; 姜朋明; 周爱兆; 王伟; 李秉宜; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种沿江富 水 区域X形高效 能源 桩及其施工方法，包括 能源桩 组件，包括能源桩体、竹节凸起、桩周水槽、导水管、换 热管 以及热源水 泵 ，所述竹节凸起设置于所述能源桩体四周，所述桩周水槽设置于所述能源桩体外侧，所述导水管固定于所述桩周水槽顶部，所述换热管设置于所述能源桩体内，所述热源水泵设置于所述换热管端部；以及，连接组件，设置于所述换热管端部，包括三通管、连接管、紧固管、 紧 固件 、堵塞件、调节件。本发明通过能源桩组件可降低在枯水季节对桩基的荷载影响，并可避免路面出现 温度 过高或过低的情况，然后通过连接组件的设置可提高换热管与 地源 热泵 之间的拆装效率，同时可对换热效率进行调节，避免能源的浪费。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种沿江富水区域X形高效能源桩，其特征在于：包括， |
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| 说明书全文 | 一种沿江富水区域X形高效能源桩及其施工方法技术领域背景技术[0002] 能源桩是一种兼具结构承载与冷热交换功能的新型桩基结构形式，具有显著的低碳环保特性，近年来在建筑基础结构中应用广泛，与传统的圆形桩基形式不同，相同截面积的情况下，X形桩基具有更大的周长，这意味着更好的桩土接触面，因而表现出更为优异的抗沉降性能，近年来，受极端气候条件影响，经常会出现极端的高温或者低温，这将会导致路面高温，损伤沥青路面；或者产生路面积雪，对车辆行驶安全产生影响，现有技术中采用X型能源桩施工路基时，将会导致以下问题：(1)X形桩基较大的桩土界面面积受冷热温度荷载影响巨大，尤其是在枯水季节，会产生较大程度的沉降；(2)X型能量桩主要承受抗压荷载，较大的桩基截面存在显著浪费；(3)传统桩基上布置的换热管与地源热泵之间连接不够便利和稳固，且难以根据现场温度的高低来调整换热管内水的流速，进而改变其换热效率，避免造成能源的浪费。 发明内容[0003] 发明目的：本发明所要解决的问题在于如何解决现有技术中采用X型能源桩施工路基时存在的问题。 [0004] 技术方案：本发明沿江富水区域X形高效能源桩，包括，能源桩组件，包括能源桩体、竹节凸起、桩周水槽、导水管、换热管以及热源水泵，所述竹节凸起设置于所述能源桩体四周，所述桩周水槽设置于所述能源桩体外侧，所述导水管固定于所述桩周水槽顶部，所述换热管设置于所述能源桩体内，所述热源水泵设置于所述换热管端部；以及，连接组件，设置于所述换热管端部，包括三通管、连接管、紧固管、紧固件、堵塞件、调节件以及触发件，所述三通管固定于所述换热管端部，所述连接管固定于所述热源水泵一侧，所述紧固管设置于所述三通管与所述连接管之间，所述紧固件设置于所述紧固管外侧，所述堵塞件设置于所述紧固管内，所述调节件设置于所述紧固管内部一侧，所述触发件设置于所述调节件上。 [0005] 进一步说，所述紧固件包括活动环、限位环、第一弹簧以及紧固块，所述活动环滑动于所述紧固管表面，所述限位环固定于所述紧固管表面，所述活动环两侧分别开设有第一槽和第二槽，所述第一弹簧两端分别与所述第一槽内壁和所述限位环固定，所述紧固块滑动于所述紧固管表面，并位于所述第二槽内，所述连接管表面开设有环形槽。 [0006] 进一步说，所述紧固件还包括挡环以及磁环，所述挡环固定于所述紧固管端部，所述活动环端部位于所述挡环内侧，所述磁环固定于所述挡环内壁。 [0007] 进一步说，所述堵塞件包括第一环、第二环以及密封圈，所述第一环和所述第二环均固定于所述紧固管内壁，所述密封圈固定于所述第一环外侧，且与所述连接管配合。 [0008] 进一步说，所述堵塞件还包括顶杆、漏水环、堵塞块、第三环以及第二弹簧，所述顶杆固定于所述连接管内，所述漏水环滑动于所述紧固管内，所述堵塞块固定于所述漏水环一侧，并位于所述第二环内，其与所述顶杆配合，所述第三环固定于所述紧固管内壁端部，所述第二弹簧两端分别与所述漏水环和所述第三环固定。 [0009] 进一步说，所述调节件包括固定块、滑板、斜框、滑块、固定架以及延长杆，所述固定块固定于所述紧固管内壁顶部和底部，所述滑板滑动于两个所述固定块之间的两侧，所述斜框固定于所述滑板一侧，所述滑块滑动于所述斜框内，所述固定架固定于所述滑块顶部，所述延长杆固定于所述固定架顶部，其顶端延伸于所述紧固管上方。 [0010] 进一步说，所述调节件还包括固定箱、连接块以及第三弹簧，所述固定箱固定于所述紧固管顶部，所述延长杆位于所述固定箱内，所述连接块固定于所述延长杆一侧，且位于所述固定箱内，所述第三弹簧两端分别与所述连接块和所述固定箱内壁固定。 [0011] 进一步说，所述触发件包括转块、固定杆以及固定板，所述转块位于所述固定箱内，所述延长杆上开设有斜槽，其与所述转块配合，所述固定杆转动连接于所述转块一侧，一端延伸至所述固定箱外侧，所述固定板固定于所述固定杆端部。 [0012] 进一步说，所述触发件还包括第四弹簧，其两端分别与所述固定板和所述固定箱固定。 [0013] 进一步说，还包括如下步骤： [0014] (1)路面沉孔，对路面进行钻孔，包括桩基浇筑孔； [0015] (2)模具安装，在桩基模具上依次安装模具、预埋换热管、中心空洞导管以及爆破装置； [0016] (3)逐次爆破，按顺序用微型爆破炸药进行微型定向爆破，留下竹节凸起； [0018] (5)钻挖四周水槽并把发泡混凝土灌入桩周水槽中； [0019] (6)对桩基‑路面‑水槽的导水管进行设计并安装； [0020] (7)防腐结构安装，在换热管顶部安装可替换的防腐装置，要求位于路面； [0021] (8)最后将换热管与热源水泵连通。 [0022] 有益效果：与现有技术相比，本发明的显著优点为通过能源桩组件可降低在枯水季节对桩基的荷载影响，并可避免路面出现温度过高或过低的情况，然后通过连接组件的设置可提高换热管与地源热泵之间的拆装效率，同时可对换热效率进行调节，避免能源的浪费。附图说明 [0023] 图1为沿江富水区域X形高效能源桩的整体结构图； [0024] 图2为沿江富水区域X形高效能源桩的整体剖面图； [0025] 图3为沿江富水区域X形高效能源桩的能源桩组件剖面图； [0026] 图4为沿江富水区域X形高效能源桩的连接组件结构图； [0027] 图5为沿江富水区域X形高效能源桩的连接组件剖面图； [0028] 图6为沿江富水区域X形高效能源桩的紧固件与堵塞件连接剖视图； [0029] 图7为沿江富水区域X形高效能源桩的图6内A部分放大图； [0030] 图8为沿江富水区域X形高效能源桩的堵塞件另一个视角图； [0031] 图9为沿江富水区域X形高效能源桩的调节件结构图； [0032] 图10为沿江富水区域X形高效能源桩的图9内B部分放大图。 具体实施方式[0033] 下面结合附图对本发明的技术方案做进一步详细说明。 [0034] 实施例1 [0035] 参照图1～图4，为本发明第一个实施例，该实施例提供了一种沿江富水区域X形高效能源桩及其施工方法，沿江富水区域X形高效能源桩包括能源桩组件100和连接组件200，能源桩组件100能够防止路面出现极端的高温和低温，同时能够避免能源的浪费，然后通过连接组件200的设置使得地源热泵与换热管之间的连接更加便利和稳固。 [0036] 具体的，能源桩组件100，包括能源桩体101、竹节凸起102、桩周水槽103、导水管104、换热管105以及热源水泵106，竹节凸起102设置于能源桩体101四周，桩周水槽103设置于能源桩体101外侧，导水管104固定于桩周水槽103顶部，换热管105设置于能源桩体101内，热源水泵106设置于换热管105端部。 [0037] 能源桩体101为X形桩基，其与现有技术的区别在于，其四周均设置为弧形凹槽，从而能够极大的提高其表面与土的接触面积，具有更好的抗沉降性能，同时其中部设有孔洞，底部预留埋换热管105的空间，可最大限度的节省混凝土材料，避免不必要的浪费，竹节凸起102均匀的设置在每个弧形凹槽内，呈竹节状，可以极好的起到缓解桩基沉降的效果，桩周水槽103均布在能源桩体101四周，且位于弧形凹槽内，导水管104顶端延伸至路面，其端部设置可更换的过滤网等，防止发生堵塞，通过导水管104可将路面的雨水等导入桩周水槽103内，再由桩周水槽103发散至能源桩体101四周，使得能源桩体101四周能够始终保持较好的含水量，避免含水量降低而使得土体的有效应力减少，削弱桩土界面荷载，从而导致桩体发生沉降变形的情况发生。 [0038] 桩周水槽103和能源桩体101均要求竖向穿越地下富水层，以收集天然水起到保水作用，桩周水槽103采用发泡混凝土浇筑，发泡混凝土是多孔隙结构，可以吸收和疏通水分，将其填充在桩周水槽103中，可以通过吸收富水层的水来饱和桩周土质，防止失水导致桩基沉降。 [0039] 换热管105分为两个部分，一部分呈U形，预制于能源桩体101内，其设置有两组，呈上下分布，另一部分位于路面底部，呈曲线排布，使其在进行换热时能够均匀在路面下换热，使得路面的温度更加均衡，且两个进水口和两个出水口均延伸至路面的一侧，并与热源水泵106连通，其中热源水泵106的工作原理为现有技术，本领域的技术人员能够轻易知晓，在此不做赘述。 [0040] 连接组件200，设置于换热管105端部，包括三通管201、连接管202、紧固管203、紧固件204、堵塞件205、调节件206以及触发件207，三通管201固定于换热管105端部，连接管202固定于热源水泵106一侧，紧固管203设置于三通管201与连接管202之间，紧固件204设置于紧固管203外侧，堵塞件205设置于紧固管203内，调节件206设置于紧固管203内部一侧，触发件207设置于调节件206上。 [0041] 三通管201设置有两个，分别位于换热管105的两个进水口和两个出水口处，其一端与连接管202连通，连接管202的另一端与热源水泵106连通，紧固管203固定在三通管201一端，紧固件204的设置可将连接管202与紧固管203连通，堵塞件205的设置起到防护的效果，当需要将三通管201与连接管202分离时，堵塞件205可将三通管201堵住，以防止其内部水泄漏，给后续清理带来不便，也会影响后续换热效率，调节件206用来对换热管105内部水的流量进行调节，以便于更加灵活的控制路面的换热速度，从而避免过盈的换热效果造成能源的浪费，触发件207可与紧固件204配合，当紧固件204将三通管201和连接管202分离时，通过触发件207使得调节件206复位，将水的流速恢复至最大程度，从而方便工作人员的检修和维护，也方便后续的调节操作。 [0042] 实施例2 [0043] 参照图4～图10，为本发明第二个实施例，该实施例基于上一个实施例。 [0044] 具体的，紧固件204包括活动环204a、限位环204b、第一弹簧204c以及紧固块204d，活动环204a滑动于紧固管203表面，限位环204b固定于紧固管203表面，活动环204a两侧分别开设有第一槽P1和第二槽P2，第一弹簧204c两端分别与第一槽P1内壁和限位环204b固定，紧固块204d滑动于紧固管203表面，并位于第二槽P2内，连接管202表面开设有环形槽K。 [0045] 活动环204a能够在紧固管203表面左右移动，限位环204b位于第一槽P1内，第一弹簧204c给活动环204a施加向连接管202方向移动的力，紧固块204d呈L形，其设置有多个，呈环形均布在紧固管203表面一端，当活动环204a向连接管202的方向移动时，紧固块204d会逐渐进入第二槽P2内，并通过第二槽P2的内壁将紧固块204d向内侧挤压，使其内侧的端部扣在环形槽K内，即可对连接管202固定，且紧固块204d靠近环形槽K的一端呈斜面，当其向环形槽K内移动时，会同时给连接管202施加一定的向紧固管203内移动的力，使其安装更加稳固。 [0046] 其中，当活动环204a移动至紧固块204d扣在环形槽K内的位置时，其与紧固块204d接触的面为平面，从而使得紧固块204d的反向作用力无法将活动环204a推向反方向，同时第一弹簧204c的弹力足够大，即避免了紧固块204d意外从环形槽K内脱离的情况发生。 [0047] 紧固件204还包括挡环204e以及磁环204f，挡环204e固定于紧固管203端部，活动环204a端部位于挡环204e内侧，磁环204f固定于挡环204e内壁。 [0048] 挡环204e截面呈L形，一方面对活动环204a限位，使其在不受力情况下的位置能够稳定的将紧固块204d推至环形槽K内，另一方面对紧固块204d限位，当其与活动环204a分离时，可避免紧固块204d从紧固管203内脱离发生掉落，磁环204f位于紧固块204d外侧，当紧固块204d与活动环204a分离时，通过磁环204f可将其向外侧吸附，从环形槽K内脱离，此时即可将连接管202从紧固管203内取出。 [0049] 堵塞件205包括第一环205a、第二环205b以及密封圈205c，第一环205a和第二环205b均固定于紧固管203内壁，密封圈205c固定于第一环205a外侧，且与连接管202配合。 [0050] 第一环205a用来给连接管202限位，其插入紧固管203时端部位于第一环205a一侧，且对密封圈205c进行挤压，起到密封的效果，第二环205b位于第一环205a远离连接管202的一侧，起到堵水的作用。 [0051] 堵塞件205还包括顶杆205d、漏水环205e、堵塞块205f、第三环205g以及第二弹簧205h，顶杆205d固定于连接管202内，漏水环205e滑动于紧固管203内，堵塞块205f固定于漏水环205e一侧，并位于第二环205b内，其与顶杆205d配合，第三环205g固定于紧固管203内壁端部，第二弹簧205h两端分别与漏水环205e和第三环205g固定。 [0052] 顶杆205d四周均固定有加固杆，其端部与连接管202内壁固定，用来对顶杆205d固定和限位，漏水环205e外侧与紧固管203内壁贴合，其能够在紧固管203内部左右移动，其表面开设有多个漏水孔，紧固管203内部固定有限位条，漏水环205e在该限位条上滑动，通过二者对漏水环205e限位，避免其在左右移动的过程中发生偏移，堵塞块205f呈锥形，当堵塞块205f移动至第二环205b内时，可将第二环205b堵住，即可阻止水的流动，且换热管105内的水也会给其施加一定的压力，使其能够更加稳固的将第二环205b堵住，第二弹簧205h给漏水环205e和堵塞块205f施加向第二环205b移动的力。 [0053] 当将连接管202安装在紧固管203内时，顶杆205d会推动堵塞块205f向远离第二环205b的方向移动，从而使得水能够流通，当连接管202从紧固管203内分离时，通过第二弹簧 205h和水的压力将堵塞块205f推动至堵住第二环205b的位置，以防止换热管105内的水泄漏，给后续操作造成一定的不便，也可防止异物进入换热管105内，极大的提高了其使用寿命。 [0054] 调节件206包括固定块206a、滑板206b、斜框206c、滑块206d、固定架206e以及延长杆206f，固定块206a固定于紧固管203内壁顶部和底部，滑板206b滑动于两个固定块206a之间的两侧，斜框206c固定于滑板206b一侧，滑块206d滑动于斜框206c内，固定架206e固定于滑块206d顶部，延长杆206f固定于固定架206e顶部，其顶端延伸于紧固管203上方。 [0055] 固定块206a设置有两个，分别位于紧固管203靠近换热管105一端内壁的顶部和底部，滑板206b在两个固定块206a内侧滑动，其设置有两个，对称分布在固定块206a两侧，第三环205g一侧与固定块206a接触，用来对其进行限位，避免其在左右移动的过程中发生偏移，固定块206a上设有凹槽，斜框206c位于该凹槽内，其呈倾斜状，滑块206d在斜框206c内滑动，固定架206e呈U形，其底端与两个滑块206d转动连接，当固定架206e上下移动时，能够带动滑块206d在斜框206c内移动，并带动两个固定块206a同时向内侧或同时向外侧移动，延长杆206f固定在固定架206e顶部的中部，方便带动固定架206e上下移动，其顶端延伸至紧固管203外侧，且二者接触的位置做密封处理，可防止过多的水发生泄漏。 [0056] 调节件206还包括固定箱206g、连接块206h以及第三弹簧206i，固定箱206g固定于紧固管203顶部，延长杆206f位于固定箱206g内，连接块206h固定于延长杆206f一侧，且位于固定箱206g内，第三弹簧206i两端分别与连接块206h和固定箱206g内壁固定。 [0057] 连接块206h在固定箱206g内上下移动，可防止延长杆206f向上或向下移动的距离过多，第三弹簧206i给连接块206h和延长杆206f施加向上的推力，其弹力较大，初始状态下，能够带动延长杆206f上移，直至两个固定块206a移动至最外侧，此时紧固管203端部开口为最大，即水的流速为最大，当延长杆206f向下移动时，通过固定架206e带动滑块206d在斜框206c内移动，并带动两个固定块206a同时向内侧移动，此时会将紧固管203端部的开口闭合一部分，以降低水的流速，从而达到调节水流以控制换热效率的目的。 [0058] 触发件207包括转块207a、固定杆207b以及固定板207c，转块207a位于固定箱206g内，延长杆206f上开设有斜槽V，其与转块207a配合，固定杆207b转动连接于转块207a一侧，一端延伸至固定箱206g外侧，固定板207c固定于固定杆207b端部。 [0059] 转块207a能够向下转动，固定箱206g的内壁并位于转块207a顶部固定有挡块，用来防止转块207a向上转动，当延长杆206f向下移动时，会先将转块207a向下拨动，直至其位于其中一个斜槽V内时，会卡接在其内部，从而通过第三弹簧206i给连接块206h和延长杆206f施加向上推力的作用下，对延长杆206f的位置进行固定，其中，转块207a与固定杆207b转动连接的位置固定有扭簧，用来给转块207a施加向上转动的力，固定板207c用来方便给延长杆206f复位，当需要拆除三通管201和连接管202对其内部进行检修或维护时，手动拉动活动环204a，此时可将三通管201和连接管202拆除的同时，活动环204a将固定板207c和固定杆207b向固定箱206g的方向推动，使得转块207a从斜槽V内脱离，此时通过第三弹簧 206i的推力将延长杆206f复位，即可方便检修完毕后的后续使用。 [0060] 触发件207还包括第四弹簧207d，其两端分别与固定板207c和固定箱206g固定。 [0061] 第四弹簧207d给固定板207c和固定杆207b施加向外侧推动的力，当固定板207c与活动环204a分离时，可带动固定板207c向外侧复位，使得转块207a卡接在斜槽V内，方便后续使用，固定箱206g一侧并位于固定板207c上方固定有防触板，用来防止在日常使用时误触固定板207c。 [0062] 在使用时，在将连接管202和紧固管203连通时，手动拉动活动环204a，使得紧固块204d受到磁环204f的吸引向外侧移动，然后将连接管202端部插入紧固管203内，松开活动环204a，通过第一弹簧204c推动活动环204a向挡环204e的方向移动，并带动紧固块204d向内侧移动，使其卡接在环形槽K内，即可对连接管202固定。 [0063] 连接管202在进入紧固管203内部时，顶杆205d会推动堵塞块205f向远离第二环205b的方向移动，从而使得水能够从漏水环205e流通，此时工作人员可根据实际路面的温度调节水的流速，以调节其换热效率，初始状态下流速为最大，当需要降低其流速时，手动将延长杆206f向下压动，带动固定架206e向下移动，从而带动滑块206d在斜框206c内移动，并带动两个固定块206a同时向内侧移动，此时会将紧固管203端部的开口闭合一部分，以降低水的流速，从而达到调节水流以控制换热效率的目的，同时转块207a会移动至另一个斜槽V内，通过第三弹簧206i给连接块206h和延长杆206f施加向上推力的作用下，对延长杆 206f的位置进行固定，即可完成调节。 [0064] 当需要将连接管202和紧固管203拆除以进行检修或维护时，手动拉动活动环204a，使得紧固块204d受到磁环204f的吸引向外侧移动，使其从环形槽K内脱离，此时即可将连接管202从紧固管203内取出，同时活动环204a将固定板207c和固定杆207b向固定箱 206g的方向推动，使得转块207a从斜槽V内脱离，此时通过第三弹簧206i的推力将延长杆 206f复位，即可方便检修完毕后的后续使用。 [0065] 实施例3 [0066] 参照图1～图4，为本发明第三个实施例，该实施例基于前两个实施例。 [0067] 具体的，地质勘察，对安装路面进行评估； [0068] 方案设计，规划合适的安装位置； [0069] 然后开设在路面沉孔，对路面进行钻孔，包括桩基浇筑孔等； [0070] 模具安装，在桩基模具上依次安装模具、预埋换热管105、中心空洞导管以及爆破装置，中心空洞导管可使得能源桩体101中部形成孔洞，其底部预留埋换热管105的空间，可最大限度的节省混凝土材料，避免不必要的浪费； [0072] 进行混凝土回填，依次填满对应爆破点，并形成多个竹节凸起102； [0073] 钻挖四周水槽并把发泡混凝土灌入桩周水槽103中，桩周水槽103和能源桩体101均要求竖向穿越地下富水层，以收集天然水起到保水作用，桩周水槽103采用发泡混凝土浇筑，发泡混凝土是多孔隙结构，可以吸收和疏通水分，将其填充在桩周水槽103中，可以通过吸收富水层的水来饱和桩周土质，防止失水导致桩基沉降； [0074] 对桩基‑路面‑水槽的导水管104进行设计并安装； [0075] 防腐结构安装，在换热管顶部安装可替换的防腐装置，要求位于路面，其为可更换结构，施工人员在定期维护时可对其进行更换； [0076] 最后将换热管105与热源水泵106连通。 |
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