土壤源熱泵施工工法

土壤源熱泵施工工法一、前言地源熱泵系統(tǒng)是隨著全球性的能源危機(jī)和環(huán)境問題的出現(xiàn)而逐漸興起的一門熱泵技術(shù)。它是一種通過輸入少量的高位能(如電)，實(shí)現(xiàn)從淺層地能(土壤熱能、地下水中的低位熱能或地表水中的低位熱能)向高位熱能轉(zhuǎn)移的熱泵空調(diào)系統(tǒng)，被稱為是21世紀(jì)的一項(xiàng)以節(jié)能和環(huán)保為特征的最具有發(fā)展前途的空調(diào)技術(shù)。目前隨著鐵路建設(shè)水平的提高，越來越多的大型旅客站房采用大跨度網(wǎng)架屋面及玻璃幕墻結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)散熱面大，對空調(diào)系統(tǒng)要求高。采用傳統(tǒng)分體式空調(diào)系統(tǒng)及集中中央空調(diào)系統(tǒng)雖然初期投資少，但運(yùn)營成本高，綜合考慮全生命周期成本，地源地泵空調(diào)系統(tǒng)具有更大的優(yōu)勢。有研究數(shù)據(jù)表明，地源熱泵系統(tǒng)相對家用分體空調(diào)器所增加的投資，在運(yùn)營中用節(jié)約的電費(fèi)償還，償還期只需4～5年。鐵路大型旅客站房采用地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)具有一定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理性。二、地源熱泵系統(tǒng)特點(diǎn)1.資源可以再生利用。2.運(yùn)行費(fèi)用低。3.機(jī)房占地面積小，并可設(shè)在地下，節(jié)省建筑空間。4.綠色環(huán)保，系統(tǒng)利用地球表面的淺層地?zé)豳Y源，沒有燃燒，沒有排煙及廢棄物，清潔環(huán)保無任何污染。5.自動化程度高。6.一機(jī)多用，既可供暖，又可制冷，最大限度的利用了能源。三、適用范圍可用于工廠、車站、商場、賓館、酒店、商務(wù)辦公、娛樂場所、住宅小區(qū)、別墅、蔬菜養(yǎng)花大棚等各類建筑。小到一、二百平米大到幾十萬平米，從單供暖、冷暖雙供到冷暖及生活熱水三供，都可以完美運(yùn)行。四、工藝原理土壤源熱泵是利用地下土壤、地下水溫度相對穩(wěn)定的特性,冬季通過消耗少量的高位能量(電能)把土壤儲存的低品位熱能轉(zhuǎn)移到需要供暖的室內(nèi);夏季卻將室內(nèi)的熱量轉(zhuǎn)移釋放到土壤中,從而達(dá)到冬季供暖、夏季制冷的目的。地源熱泵的工作原理參見圖。五、施工工藝（一）工藝流程1.豎直管施工工藝：孔位放樣孔位放樣PE管試壓回填下管清孔就位成井2.水平管施工工藝：溝槽放樣溝槽放樣PE管制作焊接PE管試壓回填開挖（二）施工方法1、測量、放線及鉆機(jī)就位鉆孔測量定位，采用索佳SET210K全站儀進(jìn)行測量定位及孔口標(biāo)高，并用木樁做好醒目標(biāo)示，孔間距5.4m×4.5m。潛孔鉆機(jī)就位后，鉆桿中心必須與孔位在一條垂線上，鉆機(jī)找平后四腿支穩(wěn)，確保鉆機(jī)水平。啟動空壓機(jī)，待機(jī)上儀表處于正常工況后方可擰動開關(guān)送氣，管路連接處不得有漏氣現(xiàn)象。2、開孔本工程施工場地內(nèi)上部覆蓋層較厚雜填土，采用Ф180沖擊鉆頭開孔至基巖，下Ф168套管，換用Ф140潛孔沖擊器鉆進(jìn)。鉆孔直徑為140mm，鉆孔深度82m。3、成孔工藝采用液壓潛孔錘鉆機(jī)，高壓空氣作為鉆進(jìn)動力和排渣手段。鉆進(jìn)參數(shù)：空氣壓力13-16MPa；鉆機(jī)轉(zhuǎn)速75-100rpm；風(fēng)量15m3/mm；鉆頭壓力15.6KN，壓力過大易造成孔斜，導(dǎo)致安裝豎直地埋管困難。增加鉆桿前，應(yīng)在壓縮空氣關(guān)閉后提升動力頭至頂端，讓其自由落下并且無阻礙，這時(shí)方可卸開鉆桿絲扣。鉆進(jìn)中發(fā)生不返氣現(xiàn)象且空氣壓力增高時(shí)應(yīng)提鉆檢查?？卓诜蹓m變多時(shí)及時(shí)增加水泵注水量，盡可能使返出孔口的巖屑為片狀或粒狀。當(dāng)粉塵較大，采用除塵系統(tǒng)進(jìn)行收集，減少對周圍環(huán)境的影響。4、豎直管試壓及安裝：a.豎直地埋管換熱器插入鉆孔前，做第一次水壓試驗(yàn)。在試驗(yàn)壓力下，穩(wěn)壓至少15min,穩(wěn)壓后壓力降不應(yīng)大于3%，且無泄露現(xiàn)象；將其密封后，在有壓狀態(tài)下插入鉆孔，完成灌漿后保壓1小時(shí)。b.潛孔鉆機(jī)收塔離開孔口。將經(jīng)過試壓檢驗(yàn)合格的地埋管放在孔口，若孔內(nèi)無水，可直接將地埋管在保壓狀態(tài)下插入鉆孔；若孔內(nèi)有水，根據(jù)相應(yīng)的水位在U型管下部配上相應(yīng)的重物，再將地埋管在保壓狀態(tài)下插入孔內(nèi)。下管時(shí)采用2～4米設(shè)置一個(gè)彈簧卡的方式使U型管兩分支管處于分開狀態(tài)。5、回填：井內(nèi)回填材料應(yīng)不低于鉆孔內(nèi)巖土體導(dǎo)熱系數(shù)?？锥瓷厦?米應(yīng)用細(xì)沙回填，6米以下的應(yīng)用原漿回填。原漿為紅砂巖遇水而成，不易下沉，為保證回填密實(shí)，回填過程中采用細(xì)沙加水沉降。6、保護(hù)管路：當(dāng)每一個(gè)井打好一組管路放入井中之后，剪去多余的一部分，地面（或橫溝底面）留下五十公分左右用膠帶裹好，要注意保護(hù)管路系統(tǒng)，避免泥漿石塊和其它異物進(jìn)入系統(tǒng)，造成系統(tǒng)堵塞影響水流量。對成孔進(jìn)行編號,并設(shè)置成孔保護(hù)標(biāo)示牌。7、水平橫溝的開挖：由于工程量過大，計(jì)劃用挖掘機(jī)來操作，用挖掘機(jī)主要怕工作時(shí)挖傷挖斷地下立管，造成意外的不良后果，所以說工作時(shí)一定要注意，避免挖機(jī)碰到管路。橫溝的開挖深度滿足設(shè)計(jì)要求。8、水平管連接在豎直地埋管完成后，進(jìn)行水平管連接，采用塑料管熱熔器通過管件將各個(gè)豎直地埋管連接起來形成供回水環(huán)路。具體熱熔連接步驟如下：1.熱熔器接通電源，將熱熔溫度調(diào)節(jié)至300度；2.將管材及對應(yīng)管件清洗擦干；3.待溫度升至300度，同時(shí)將管件和管材與熱熔模具緊密接觸，加熱完畢將管材管件承插連接即可。a.水平集水管和分水管分別進(jìn)行安裝，兩管之間平行距離不小于0.6m。埋管溝深滿足設(shè)計(jì)要求，將溝中清理干凈，并在水平地埋管敷設(shè)前，溝槽底應(yīng)先敷設(shè)相當(dāng)于管徑厚度的細(xì)砂。水平干管（集合管）采用直埋敷設(shè)，其埋深在室外地面2.0m以下，避開其他管線，干管坡度不小于0.002。b.檢查溝中無石塊且細(xì)沙土平整后，再將水壓試驗(yàn)已合格的管道放入溝槽中。采取固定措施避免重物撞擊或碾壓管身。c.集、分水管路連接時(shí)，外露部分要采取保溫和固定等安全措施，盡量避免后續(xù)其他施工過程可能對集、分水管造成的破壞。9、系統(tǒng)水壓力試驗(yàn)a.水平地埋管換熱器放入溝槽前，應(yīng)做第一次水壓試驗(yàn)。在試驗(yàn)壓力下，穩(wěn)壓至少15min,穩(wěn)壓后壓力降不應(yīng)大于3%，且無泄露現(xiàn)象；b.豎直或水平地埋管換熱器與環(huán)路集管裝配后，回填前已進(jìn)行第二次水壓試驗(yàn)。在試驗(yàn)壓力下，穩(wěn)壓至少30min,穩(wěn)壓后壓力降不應(yīng)大于3%，且無泄露現(xiàn)象；c.環(huán)路集管與機(jī)房集分水器連接完成后，回填前應(yīng)進(jìn)行第三次水壓試驗(yàn)。在試驗(yàn)壓力下，穩(wěn)壓至少2h,穩(wěn)壓后壓力降不應(yīng)大于3%，且無泄露現(xiàn)象；d.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(yīng)進(jìn)行第四次水壓試驗(yàn)。在試驗(yàn)壓力下，穩(wěn)壓至少12h,穩(wěn)壓后壓力降不應(yīng)大于3%。10、鋪填細(xì)沙：鋪填細(xì)沙是為了固定水平埋管，細(xì)沙便于填補(bǔ)管路之間的空隙，避免留有空隙對最后回填土方以后，土層沉降不一致，而造成拉傷，壓彎管路。所以鋪填細(xì)沙也是一個(gè)很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，水平管鋪設(shè)之前，溝槽底應(yīng)先敷設(shè)相當(dāng)于管徑厚度的細(xì)砂，擺放好地埋管之后要在管路上面15cm左右確保水平管周圍細(xì)砂密實(shí)。對水平地埋管管路進(jìn)行保護(hù)和固定。回填料應(yīng)細(xì)小、松散、均勻且不應(yīng)含石塊及土塊，采用網(wǎng)孔不大于15mm×15mm的篩進(jìn)行過篩?；靥顗簩?shí)應(yīng)逐層進(jìn)行，且不得損傷管道。回填壓實(shí)過程均勻，回填土應(yīng)與管道接觸緊密。做好每層管道上方15cm范圍內(nèi)的回填，管道兩側(cè)和管頂以上50cm范圍內(nèi)，應(yīng)采用輕夯實(shí)，嚴(yán)禁壓實(shí)機(jī)具直接作用在管道上。11、土方回填：當(dāng)確定水平地埋管四周細(xì)沙已密實(shí)，然后回填素土。當(dāng)素土回填一定厚度后，才可進(jìn)行其他回填。12、地埋管管材的檢驗(yàn)與驗(yàn)收：a.管材、管件必須有產(chǎn)品質(zhì)量合格證；系統(tǒng)所選用的管材、管件上應(yīng)標(biāo)明規(guī)格、公稱壓力和生產(chǎn)廠名或商標(biāo)，包裝上應(yīng)標(biāo)有批號、數(shù)量、生產(chǎn)日期和檢驗(yàn)代號。b.管材、管件的內(nèi)外壁應(yīng)光滑平整，無氣泡、裂口、裂紋、脫皮和明顯的痕紋、凹陷，且色澤基本一致，冷水管、熱水管必須有醒目的標(biāo)志。c.管材的端面應(yīng)垂直于管的軸線。d.管件應(yīng)完整、無缺損、無變形、合模縫澆口應(yīng)平整、無開裂。e.管道連接使用熱熔工具時(shí)，應(yīng)遵守電器工具安全操作規(guī)程，注意防潮和臟物污染。f.操作現(xiàn)場不得有明火，嚴(yán)禁對管材進(jìn)行明火烘彎。g.管道不得作為拉攀、吊架使用。h.直埋暗管隱蔽后，應(yīng)在墻面或地面標(biāo)明暗管的位置和走向，嚴(yán)禁在管上沖擊或釘金屬釘?shù)燃怃J物體。i.熱熔連接管道，水壓試驗(yàn)時(shí)間應(yīng)24小時(shí)后進(jìn)行。水壓試驗(yàn)前，管道應(yīng)固定。13、地埋管換熱系統(tǒng)的檢驗(yàn)與驗(yàn)收：地埋管換熱系統(tǒng)安裝過程中，應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場檢驗(yàn)，并應(yīng)提供檢驗(yàn)報(bào)告。檢驗(yàn)內(nèi)容應(yīng)符合下列規(guī)定：a.管材、管件等材料應(yīng)符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定；b.鉆孔、水平埋管的位置和深度、地埋管的直徑、壁厚及長度均應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求；c.回填料及其配比應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求；d.水壓試驗(yàn)應(yīng)合格；e.各環(huán)路流量應(yīng)平衡，且應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求；f.循環(huán)水流量及進(jìn)出水溫差均應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。（三）施工要點(diǎn)和注意事項(xiàng)根據(jù)本項(xiàng)目地質(zhì)勘察報(bào)告及熱物性測試報(bào)告的描述，在對鉆孔施工過程可能會遇見的問題做出如下分析及處理方法：1、雜填土層：該層深度約在1.80米至1.9米左右，該層為人工新近回填而成，且松散、含砂巖碎塊和紅磚等建筑垃圾。所以該層密實(shí)性非常差，不容易成孔。在用潛孔錘鉆孔時(shí)會出現(xiàn)漏氣情況，所以在該層施工時(shí)，應(yīng)用高壓氣流強(qiáng)行吹氣成孔，并同時(shí)下護(hù)壁套管。保證該層的順利成孔，并在整個(gè)孔施工過程中不出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象；2、粉質(zhì)粘土層和卵石層：該兩層的總厚度約在5.3米左右，該層都含有卵石，特別是卵石層含量達(dá)到50－60％，非常不穩(wěn)定，難成孔，容易塌孔。所以該層也連同雜填土層一起下護(hù)壁套管。根據(jù)測試孔的數(shù)據(jù)顯示應(yīng)做7—8米深的護(hù)壁套管，以保證鉆孔的順利進(jìn)行。3、強(qiáng)風(fēng)化層、中風(fēng)化層、微風(fēng)化層俱為粉質(zhì)砂巖，可塑性高，巖體較為完整，在施工過程中會比較順利。鉆孔要求及注意事項(xiàng)a.施工過程中，鉆桿每下進(jìn)10m后須進(jìn)行鉆機(jī)本體水平度復(fù)核。當(dāng)誤差大于5‰時(shí)，必須進(jìn)行調(diào)整。b.鉆孔過程中為避免鉆孔塌方，在打井過程中灌入泥漿對打井井壁泥漿凝固護(hù)壁防止塌方。邊鉆進(jìn)邊注入泥漿護(hù)壁。開孔前先輕壓慢鉆，鉆進(jìn)到2~3m后逐漸加大轉(zhuǎn)速和鉆壓進(jìn)入正常鉆壓和鉆速。c.在成孔施工中還應(yīng)根據(jù)不同的地層適時(shí)調(diào)整運(yùn)行參數(shù)。在地層變化時(shí)，應(yīng)減小鉆壓及轉(zhuǎn)速，防止地質(zhì)情況不均而產(chǎn)生鉆孔傾斜。d.鉆進(jìn)中加接鉆桿時(shí)，應(yīng)先停止鉆進(jìn)，將鉆頭提高孔底200mm，維持泥漿循環(huán)1~3min，以清洗孔底和護(hù)壁.裝桿時(shí)應(yīng)擰緊上牢，防止工具及鉆具掉入孔內(nèi)。e.施鉆過程中密切注意鉆機(jī)及附屬設(shè)備的運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)處理，防止拉斷鉆桿和接頭絲扣、跌落鉆頭等現(xiàn)象發(fā)生，并時(shí)刻注意地層地質(zhì)變化，做好記錄；f.施鉆過程中鉆機(jī)長和操作手定時(shí)對鉆機(jī)及附屬設(shè)備進(jìn)行巡回檢查，及時(shí)做好維護(hù)和保養(yǎng)工作，提高工作效率；g.通過鉆機(jī)平臺標(biāo)高和鉆桿的長度，判斷鉆孔深度?？咨畋仨氝_(dá)到設(shè)計(jì)深度，當(dāng)鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)要求的深度，停止鉆進(jìn)，將鉆頭提高孔底100~300mm，維持泥漿正常循環(huán)吸除孔底沉渣。起鉆時(shí)應(yīng)小心操作，防止鉆頭拖到孔壁，h.當(dāng)孔鉆到要求深度后，應(yīng)對孔反復(fù)進(jìn)行通孔，為下?lián)Q熱管創(chuàng)造順利條件。i.垂直鉆孔的不垂直度小于1%。j.打孔過程中產(chǎn)生的土方和挖出的土壤、巖石應(yīng)該集中堆放。對鉆井產(chǎn)生的泥漿，做好排放工作。在鉆孔附近設(shè)置泥漿沉淀池，將鉆孔過程中產(chǎn)生的泥漿排至沉淀池。經(jīng)沉淀后，將清水通過排水溝排走。一部分泥漿可以作為回填物料的組成部分，回灌至井內(nèi)。多余的泥漿可外運(yùn)或作為綠化地帶的填土。k.施工員對每個(gè)垂直孔從開鉆到結(jié)束均作相應(yīng)的記錄，包括成孔時(shí)間、地質(zhì)情況、突發(fā)事件等。六、勞動組織（見下表）序號工作項(xiàng)目人數(shù)備注1測量、放線12打孔53試壓14回填35成品保護(hù)26電工17專業(yè)技術(shù)人員28工班長29指揮1七、機(jī)具設(shè)備（見下表）序號名稱型號數(shù)量生產(chǎn)能力1履帶鉆機(jī)YGL-1001良好2多功能水井鉆機(jī)SZ-2001良好3空壓機(jī)XHP900WCCAT1良好4儲氣罐HR615-11良好5手提式電動加壓泵泵YL-39/2..5MPa1良好6手提式電動加壓泵泵YL-39/3..0MPa1良好7管道熔接器BZH-3157良好8交流電焊機(jī)BX-1502良好9切割機(jī)JG-SH01--3551良好10試壓水泵YX01-P型1良好11挖掘機(jī)70C1良好12挖掘機(jī)90C1良好13工程自卸車12T2良好八、質(zhì)量控制1、各類隱蔽工程必須及時(shí)通報(bào)有關(guān)單位驗(yàn)收，及時(shí)做好隱蔽工程的簽字工作。2、各班組做好自檢互檢工作，項(xiàng)目部質(zhì)檢員會同施工員及時(shí)檢查工程質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)整改好。3、項(xiàng)目部安質(zhì)部組織技術(shù)、質(zhì)檢、施工人員參加工程質(zhì)量檢查，對檢查中發(fā)現(xiàn)的問題，及時(shí)開出工程質(zhì)量整改單，由項(xiàng)目部定人，定時(shí)，定措施落實(shí)整改，整改后安質(zhì)部再次組織檢查直至合格。4、單位工程的質(zhì)量驗(yàn)收評定，在項(xiàng)目經(jīng)理部自檢互檢的基礎(chǔ)上經(jīng)相關(guān)部門進(jìn)行復(fù)驗(yàn)復(fù)評。5、單位工程的質(zhì)量驗(yàn)收評定，由安質(zhì)部和有關(guān)人員共同進(jìn)行驗(yàn)收評定。6、單位工程驗(yàn)收評定工作，應(yīng)查看所有分項(xiàng)技術(shù)資料及見證資料，并對實(shí)際工程質(zhì)量情況進(jìn)行現(xiàn)場目測，然后按檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行質(zhì)量等級評定。九、安全與環(huán)境保護(hù)措施1、進(jìn)入施工現(xiàn)場的所有人員均須戴安全帽，佩戴上崗證，避免人身傷亡的事故發(fā)生。2、施工人員進(jìn)入施工現(xiàn)場前做好安全生產(chǎn)教育。3、所有電動工具必須事先檢查是否安全可靠。4、機(jī)械設(shè)備（如水泵、電焊機(jī)等）移位、電器檢修時(shí)必須斷電操作，嚴(yán)禁帶電操作，移位時(shí)，須有專人指揮、照看電線，防止電纜壓壞損傷。5、堅(jiān)持執(zhí)行崗前教育制度、定期開展安全活動，認(rèn)真執(zhí)行安全規(guī)程和操作要求，嚴(yán)禁違章作業(yè)，杜絕各類事故發(fā)生。6、保持施工現(xiàn)場整潔、三通一平、無積水、無長流水。7、施工現(xiàn)場不準(zhǔn)亂堆垃圾及余物，應(yīng)在適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)設(shè)置臨時(shí)堆放點(diǎn)，并定期外運(yùn)至規(guī)定處。清運(yùn)渣土垃圾及流體物品，要采取遮蓋防汛措施，運(yùn)送過程中不得遺撒。十、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析1、該工法工藝簡單，施工簡便、可靠，保證了質(zhì)量和工期，適用范圍廣。2、施工準(zhǔn)備工作簡單，工程進(jìn)度快，施工費(fèi)用低。3、采用液壓潛孔錘鉆機(jī)明顯的縮短了工期，比傳統(tǒng)的勘察鉆機(jī)施工縮短50%以上工期，按每口井節(jié)省2000