地源热泵系统垂直地埋管“逆做法”施工的应用研究

地源热泵系统垂直地埋管“逆做法”施工的应用研究

屈贞明洪溯

屈贞明洪溯温州建设集团有限公司浙江温州325000

摘要：随着土地资源的日趋紧张，供建设用地的数量变的越来越少，若将地源热泵系统的垂直地埋管采用“逆做法”施工布置在地下室的工程桩之间，不仅能使建筑达到节能环保的要求，还能有效的提高整个工程的施工进度。本文根据地下室结构逆做法施工工艺和地源热泵垂直地埋管的施工特点，对垂直地埋管的“逆做法”施工进行了研究，并结合某具体工程案例，提出合理的解决方案，论证了地源热泵系统垂直地埋管“逆做法”施工的可行性。

关键词：地源热泵；垂直地埋管；地下室结构；逆做法；可行性

1、引言地源热泵是一种高效环保的节能技术，其理论研究和工程应运已经在国内引起了热潮。地源热泵系统的关键就在于地埋管换热器，而地埋管换热器的设置形式主要有水平埋管和垂直埋管两种，其垂直埋管比水平埋管节省很多土地面积，因此更适合我国的国情。目前为止，国内地源热泵垂直地埋管布置在地下室建筑工程桩之间的施工都是采用传统的施工方法。

对于地下室下的垂直地埋管采用“逆做法”施工的技术方法几乎处于空白。

本文论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，并通过具体的工程案例，给出了解决方案，为地源热泵系统垂直地埋管“逆做法”施工的研究提供参考。

布置在带地下室建筑工程桩之间的地源热泵系统垂直地埋管传统施工方法是待地下室基坑开挖完成后，地下室时做砖胎膜之前，需要将地埋管系统施工完毕，而在此阶段施工受到环境影响的因素较大，因此会对其他工作的开展造成一定的延误。若垂直埋管采用“逆做法”施工不但能满足施工质量验收规范的要求，还能加快施工进度，节约一定的施工成本。

2、垂直埋管采用“逆做法”施工的可行性分析地源热泵垂直埋管采用“逆做法”施工对于施工技术来说虽然是一个挑战，但只要对其施工过程中的每一个细节进行严格的把关，如：垂直埋管的准确定位、钻孔深度、埋管的质量、回灌材料的密实度、挖土标高等进行有目的的控制，就能成功地实现垂直埋管的“逆做法”施工。

2.1地下室结构逆做法施工工艺地下室结构逆做法施工是一种“封闭式”施工方法。其工艺原理是：先沿建筑物周围施工地下连续墙，在建筑物内按柱网轴线施工柱下支撑桩，然后进行首层施工。完成后同时施工地上、地下结构。待地下室大底板完成后，再进行复合柱、复合墙的施工。其施工工艺如图1所示。

上图所示工艺，对于地下室结构采用逆做法且垂直埋管布置在建筑工程桩之间的地源热泵系统的埋管施工，只能在首层结构施工前，将垂直埋管施工到位，才能保证后期地埋管施工过程中不会受到场地的限制，致使施工机械无法就位，从而会影响垂直埋管的施工，导致地源热泵系统工程受挫。

2.2工程桩的准确定位及相互间间距地下室结构采用逆做法施工，对工程桩定位要求十分准确，而且工程桩之间的间距足以满足地源热泵系统垂直埋管布置距离的设计要求和钻井机械的架设及其操作空间，同时工程桩可以作为垂直埋管的永久参照物，在垂直埋管定位阶段可以根据工程桩的布置和定位坐标，按照垂直埋管布置平面图很方便的将垂直埋管准确定位；而且在地下室底板浇筑前，可以参照工程桩很容易的找出垂直埋管具体位置。这样可以大大节约垂直埋管“逆做法”施工过程中垂直埋管材料的损耗，有利于降低“逆做法”施工过程中的材料成本。同时，地源热泵垂直埋管可以在一个区域内的工程桩施工完毕后即可进行垂直埋管的施工，通过这样合理有序的安排可以有效的缩短施工工期。

2.3地下室挖土标高的控制地下室结构逆做法施工中，待上一层结构是完毕强度达到规范要求后，即可进行下一层的挖土工作，在开挖地下室最底层时则要有效的控制挖机的挖土标高，当此标高比埋入钻井内垂直埋管的顶部标高高30公分时，则停止使用挖机清土转为人工清土，避免垂直埋管被挖机损坏。

综上所述，地下室结构逆做法施工的工艺特点和施工过程中控制点的严格控制不但能完全满足垂直埋管采用“逆做法”的施工要求，而且对施工成本的节约具有良好的效果，因此垂直埋管采用”逆做法“施工在技术和经济上是可行的。

3、地源热泵系统垂直埋管的施工特点地源热泵空调采用垂直埋管形式地下换热系统，其垂直埋管间距必须满足地源热泵系统的最大吸热量或释热量的要求，且埋管换热器的深度宜小于20米，钻孔孔径不小于0.11米，钻孔间距应满足换热需求，间距不小于3米，且成排、成列的钻井水平、垂直偏差不大于30cm。另垂直埋管安装完毕后，应立即灌浆封孔，且灌浆宜从孔井的底部至顶部缓慢进行以保证其孔井的密实度，防止垂直埋管受到外力的作用出现上浮从而使管顶的标高超限缩短钻孔内垂直埋管的长度，从而减少了换热量。因此在地源热泵系统垂直埋管施工过程中必须严格控制其埋管的定位位置和管顶标高以保证埋管的间距和钻井内埋管的长度符合设计要求，进而有效的保证地源热泵空调系统的运行工况。

4、工程应用案例4.1工程概况本工程位于温州市鹿城区，地下3层、地上23层。地上1-5层采用地源热泵机组和制冷、蓄冰双工况机组结合的中央空调系统，其中地源热泵垂直埋管共252条，采用管径为Φ32的PE100双U管，埋管间距布置为5*5米，在夏季制冷时，垂直埋管为地源热泵机组提供765KW的冷量，冬季制热时需提供680KW的热量。

4.2垂直埋管系统设计方案4.2.1垂直埋管定位布置方案由于本工程的工程桩横向间距分别为7.5米和6.6米，而垂直埋管的布置间距要满足5*5米的要求，因此需要先在7.5米工程桩之间布置2排垂直埋管，埋管距离工程桩的距离不小于1.1米，这样依次按5*5米埋管间距将垂直埋管定位布置在6.6米间距的工程桩之间。

4.2.2埋管深度及管顶标高的控制方案为了满足地源热泵机组换热要求，需要垂直埋管换热器的深度为70米，而地下室负三层底板标高为-13.2米、因此垂直埋管“逆做法”钻井的深度应为83.2米，为了有效的控制钻井深度，则必须对现场钻井的的钻头长度、钻杆长度进行了解和掌握。通过对钻头和钻杆的把控来控制其钻井深度。由于钻孔内的条件比较复杂，即使钻井深度能达到设计规定的深度，但也无法确保垂直埋管能安装在地下室底板下70米，因此为了保证垂直埋管的深度在埋管端部增加配重，然后用专用工具下放埋管，并在埋管管顶栓一条细绳，通过测量此绳留在孔外的长度来判断垂直埋管是否沉入孔底，管顶的标高是否满足地下室结构逆做法挖土标高的控制要求。

5、初步结论与展望5.1初步结论通过对地源热泵系统垂直埋管“逆做法”施工应用的研究，相关要点小结如下：1）地下室结构采用逆做法施工，只要对工程桩的定位准确、挖机挖土的标高进行严格控制和垂直埋管施工中钻井深度及埋管深度的重点监控，垂直埋管采用“逆做法”施工是完全可行的。

2）布置在地下室工程桩之间的垂直埋管，对于地下室结构采用逆做法施工，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现的一些不利因素，有效的缩短施工工期，降低施工成本。

5.2展望目前，在土地资源日趋紧张的情况下，施工用地也变的十分有限，而很多工程由于收到周围环境的影响，为了能有效的利用有限的施工场地，合理的布置各种临时设施，地下室结构采用逆做施工也渐渐受到建筑者的青睐，因此对于布置在地下室工程桩之间地源热泵系统的垂直埋管换热系统采用“逆做法”施工也具有广阔应用和推广的前景。