地源熱泵系統垂直地埋管“逆做法”施工的應用研究

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摘要：隨著土地資源的日趨緊張，供建設用地的數量變的越來越少，若將地源熱泵系統的垂直地埋管采用“逆做法”施工布置在地下室的工程樁之間，不僅能使建筑達到節能環保的要求，還能有效的提高整個工程的施工進度。本文根據地下室結構逆做法施工工藝和地源熱泵垂直地埋管的施工特點，對垂直地埋管的“逆做法”施工進行了研究，并結合某具體工程案例，提出合理的解決方案，論證了地源熱泵系統垂直地埋管“逆做法”施工的可行性。

關鍵詞：地源熱泵；垂直地埋管；地下室結構；逆做法；可行性

1、引言

地源熱泵是一種高效環保的節能技術，其理論研究和工程應運已經在國內引起了熱潮。地源熱泵系統的關鍵就在于地埋管換熱器，而地埋管換熱器的設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省很多土地面積，因此更適合我國的國情。目前為止，國內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的施工方法。對于地下室下的垂直地埋管采用“逆做法”施工的技術方法幾乎處于空白。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，并通過具體的工程案例，給出了解決方案，為地源熱泵系統垂直地埋管“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垂直地埋管傳統施工方法是待地下室基坑開挖完成后，地下室時做磚胎膜之前，需要將地埋管系統施工完畢，而在此階段施工受到環境影響的因素較大，因此會對其他工作的開展造成一定的延誤。若垂直埋管采用“逆做法”施工不但能滿足施工質量驗收規范的要求，還能加快施工進度，節約一定的施工成本。

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”施工對于施工技術來說雖然是一個挑戰，但只要對其施工過程中的每一個細節進行嚴格的把關，如：垂直埋管的準確定位、鉆孔深度、埋管的質量、回灌材料的密實度、挖土標高等進行有目的的控制，就能成功地實現垂直埋管的“逆做法”施工。

2.1 地下室結構逆做法施工工藝

地下室結構逆做法施工是一種“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墻，在建筑物內按柱網軸線施工柱下支撐樁，然后進行首層施工。完成后同時施工地上、地下結構。待地下室大底板完成后，再進行復合柱、復合墻的施工。其施工工藝如圖1所示。

圖1 地下室結構逆做法施工工藝

上圖所示工藝，對于地下室結構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的埋管施工，只能在首層結構施工前，將垂直埋管施工到位，才能保證后期地埋管施工過程中不會受到場地的限制，致使施工機械無法就位，從而會影響垂直埋管的施工，導致地源熱泵系統工程受挫。

2.2 工程樁的準確定位及相互間間距

地下室結構采用逆做法施工，對工程樁定位要求十分準確，而且工程樁之間的間距足以滿足地源熱泵系統垂直埋管布置距離的設計要求和鉆井機械的架設及其操作空間，同時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工程樁的布置和定位坐標，按照垂直埋管布置平面圖很方便的將垂直埋管準確定位；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。這樣可以大大節約垂直埋管“逆做法”施工過程中垂直埋管材料的損耗，有利于降低“逆做法”施工過程中的材料成本。同時，地源熱泵垂直埋管可以在一個區域內的工程樁施工完畢后即可進行垂直埋管的施工，通過這樣合理有序的安排可以有效的縮短施工工期。

2.3 地下室挖土標高的控制

地下室結構逆做法施工中，待上一層結構是完畢強度達到規范要求后，即可進行下一層的挖土工作，在開挖地下室最底層時則要有效的控制挖機的挖土標高，當此標高比埋入鉆井內垂直埋管的頂部標高高30公分時，則停止使用挖機清土轉為人工清土，避免垂直埋管被挖機損壞。

綜上所述，地下室結構逆做法施工的工藝特點和施工過程中控制點的嚴格控制不但能完全滿足垂直埋管采用“逆做法”的施工要求，而且對施工成本的節約具有良好的效果，因此垂直埋管采用”逆做法“施工在技術和經濟上是可行的。

3、地源熱泵系統垂直埋管的施工特點

地源熱泵空調采用垂直埋管形式地下換熱系統，其垂直埋管間距必須滿足地源熱泵系統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，應立即灌漿封孔，且灌漿宜從孔井的底部至頂部緩慢進行以保證其孔井的密實度，防止垂直埋管受到外力的作用出現上浮從而使管頂的標高超限縮短鉆孔內垂直埋管的長度，從而減少了換熱量。因此在地源熱泵系統垂直埋管施工過程中必須嚴格控制其埋管的定位位置和管頂標高以保證埋管的間距和鉆井內埋管的長度符合設計要求，進而有效的保證地源熱泵空調系統的運行工況。

4、工程應用案例

4.1 工程概況

本工程位于溫州市鹿城區，地下3層、地上23層。地上1-5層采用地源熱泵機組和制冷、蓄冰雙工況機組結合的中央空調系統，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，垂直埋管為地源熱泵機組提供765KW的冷量，冬季制熱時需提供680KW的熱量。

4.2 垂直埋管系統設計方案

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 埋管深度及管頂標高的控制方案

為了滿足地源熱泵機組換熱要求，需要垂直埋管換熱器的深度為70米，而地下室負三層底板標高為-13.2米、因此垂直埋管“逆做法”鉆井的深度應為83.2米，為了有效的控制鉆井深度，則必須對現場鉆井的的鉆頭長度、鉆桿長度進行了解和掌握。通過對鉆頭和鉆桿的把控來控制其鉆井深度。由于鉆孔內的條件比較復雜，即使鉆井深度能達到設計規定的深度，但也無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繩，通過測量此繩留在孔外的長度來判斷垂直埋管是否沉入孔底，管頂的標高是否滿足地下室結構逆做法挖土標高的控制要求。

5、初步結論與展望

5.1 初步結論

通過對地源熱泵系統垂直埋管“逆做法”施工應用的研究，相關要點小結如下：

1）地下室結構采用逆做法施工，只要對工程樁的定位準確、挖機挖土的標高進行嚴格控制和垂直埋管施工中鉆井深度及埋管深度的重點監控，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，對于地下室結構采用逆做法施工，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境的影響，為了能有效的利用有限的施工場地，合理的布置各種臨時設施，地下室結構采用逆做施工也漸漸受到建筑者的青睞，因此對于布置在地下室工程樁之間地源熱泵系統的垂直埋管換熱系統采用“逆做法”施工也具有廣闊應用和推廣的前景。