地埋管及地源热泵施工方案.docx
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地埋管及地源热泵施工方案
地源热泵室外换热系统
施工方案
时间：
2007年4月3日
、工程概况
本工程位于陕西省西安市,拟采用地源热泵中央空调系统工程，冬季供暖，夏季制冷。
二、室外换热系统方案介绍
室外换热系统：
本工程室外系统为桩基埋管＋垂直钻孔混合式地埋管换热系统，室外换热系统均分为5个单元，每单元桩基154个，桩深35米，钻孔20个，孔深50米，孔间距孔4米，孔径180mm,孔内埋设垂直单U型管（PE100SDR11De32）换热器，水平集管做并联同程连接，水平集管连接至集分水器，在集分水管末端设置循环泵，与室内地源热泵机组的换热器形成一个闭式循环系统，通过系统中的循环水与地下的岩土体进行换热，将能量在空调室内和地下的岩土体之间进行转换，实现建筑物夏季制冷，冬季供暖的目的。
桩埋管换热器的优点及注意事项
优点：
1）、避免受后期扩建工程施工时对地下换热器的不利影响，更稳定安全；
2）、换热管安装在建筑物桩基内，桩基用混凝土浇实后换热管与桩基混凝土融为一体，由换热管与周围土壤的热交换变为桩基混凝土浇筑体与土壤热交换，扩大了换热管与周围土壤的热交换面积（混凝土的换热性能优于土壤的换热性能），也增强热交换效率；
3）、因换热器插管与建筑桩基同时进行，具有工期优势；并且施工的先期性也使得换热器的安装不需要避让给排水、电缆等，因此设计更简单，施工更便利，缩短总工期；
注意事项：
1）、因交叉作业多，需要跟土建方密切配合；
2）、安装过程中需要做好对换热管的保护，以免受给排水、电缆等施工时对换热管的破坏。
不过，只要业主和土建方对换热器施工配合，换热器的安装一般不会影响土建的施工。
而且，在地下室安装换热器比在地上安装时受给排水、电缆等施工的破坏的风险要小得多。
三、地源热泵室外换热系统施工工艺
桩埋管施工工艺
1．桩埋管属于垂直地埋管换热器的一种，早在80年代起就开始在国外得到广泛利用，比如工厂、体育馆、展览大厅、办公楼、学校、宾馆、博物馆和住宅楼等。
它通过在建筑物钢筋混凝土灌注桩中埋设各种形状的管状换热器装置进行承载、挡土支护、地基加固的同时，可以进行浅层低温地热能转换，起到桩基和地源热泵预成孔直接埋设管状换热器的双重作用。
这样也就省却钻孔工序，节约施工费用，更能有效的利用建筑物底板下的面积。
这种技术的推广将为绿地面积小、容积率高的建筑物提供新的应用空间，必将成为垂直埋管方式新的应用典范。
2．在混凝土灌注桩内敷设换热管的桩基可以现场浇筑。
在混凝土浇筑前，在钢筋笼内沿绑扎U型管状换热器，随沉桩至土（岩）层中。
预制钢筋混凝土桩内的管状换热器与地表管路连接，换热器管路内充填交换流体，通过管状换热器系统中的交换流体与钢筋笼、桩身混凝土、桩周进行热交换，形成封闭式地源热泵的地下低温地热能交换器。
3．换热管的绑扎及安装
PE换热管顶端安装球阀和压力表，施工过程中PE换热管需要加压并将顶部密封保护，以防止混凝土灌浆料进入PE管，也避免在混凝土重力作用下PE管被压变形。
在整个过程中要保证换热管之间保持合适的间距，并且换热管与钢筋笼之间绑扎牢固，以防止运输过程中或混凝土浇筑过程中换热管脱落。
在PE换热管的顶端接出口处安装保护套管并接出钢筋笼，以防止安装灌注桩时对换热管的破坏，同时确保回灌水泥浆料时换热管接头不受水泥浆料的污染，这样才能保证换热管方便连接到水平集管上（如图
3）。
图3.3、在PE换热管的顶端接出口处安装保护套管钢筋笼中的PE换热管宜为整根完整直杆，不宜由多根短管焊接而成。
图3.5：
钢筋笼中的PE换热管宜为整根直杆，不宜由多根管焊接而成。
桩顶细节：
在桩顶处离压力表大约400mm的位置焊接一个起保护作用的方形钢筋箍。
桩底细节：
在U形换热管的底部绑扎保护套管，防止桩孔底部尖锐物体反冲上来损坏换热管。
图3.8、在U形换热管的底部绑扎保护套管，防止桩孔底部尖锐物体反冲上来
损坏换热管。
4.水平接管的连接
除了要做好水压试验和记录试验报告，钢筋笼放入桩孔时要严格安装在所需要的高度上。
在换热管顶部处的混凝土捣实工作需由手动完成。
在换热管和钢筋笼放入桩位并且浇铸水泥后，应该在桩位顶部浇铸一层混凝土以保护换热管。
在混凝土浇铸前，需先测量并记录换热管中的压力；浇铸后再测量并记录一次；在水平集管接到集分水器上之前，同样需要在水平集管上安装球阀和压力表并测量水平集管的压力，一旦试压结果正常，即在该水平集管上做好永久的标志。
5.需要土建方的配合
为防患未然，需要在现场施工的土建方至少要做好以下措施和注意事项。
选择合适的地点存放钢筋笼，以使我方在不影响工期的前提下做好以下工作：
在钢筋笼中敷设换热管、换热管接头的热熔连接，以及对换热管底部的保护措施。
土建方应做好钢筋笼的运输工作，以防止钢筋笼中的换热管受到损坏和发生异位。
钢筋笼放入桩位时需要特别小心，以防止钢筋笼中的换热管受到损坏和发生异位。
钢筋笼应就位在合适的高度。
做好对换热管、减震装置、压力表和球阀的保护工作。
在地下室开挖到换热管附近时要特别小心，最好手动调整挖掘机的挖掘深度。
在制作承台将换热管接出承台时要特别小心。
换热管还有可能被诸如尖锐物体、焊液、飞溅的火花和烟头等损坏。
因此要针对性告知现场施工人员。
垂直钻孔埋管施工工艺
一、材料
1．一般规定
根据地源热泵系统的要求及工程实际经验埋地换热器管材应符合以下规定：
1）管道材料构成、管材抵抗环境应力致裂的能力要满足埋设在地下的要求。
地下埋管在使用条件下，寿命大于30年，宜按50年使用寿命选择；
2）埋地换热器管材推荐采用高密度的PE管（PE100/PE80系列）应符合国家现行标准《给水用聚乙烯（PE管材》
（GB/T13663-2000）的要求。
二、管道的施工
1．一般规定（参考《建筑给水聚乙烯类管道工程技术规程》中的相关条
文
2．管道的连接
1）所有暗埋管道必须采用热熔或电熔的方法连接。
管径小于等于
DN90的管道，宜采用电熔或热熔承插连接；大于DN90的管
道，宜采用热熔对接连接。
不同种类的管材或级别不同的管材不应熔接。
2）管材断料应按实际管道长度进行。
断料工具宜采用专用的管剪和割刀，dn>40的管道宜采用机械断料。
断料后管材端面应平
整光滑、无毛刺，端面应垂直轴线。
3）管道连接方式与适用范围应符合《建筑给水聚乙烯类管道工程技术规程》-CJJ/T98-2003J279-2003中表5.2.2的规定。
三、垂直换热系统的施工
1．一般规定
1）地埋管换热系统施工前应具备埋管区域的工程勘察资料、设计文件和施工图纸，并完成施工组织设计。
2）地埋管换热系统施工前应了解埋管场地内已有地下管线、其它地下构筑物的功能及其准确位置，并应进行地面清理，铲除地面杂草、杂物和浮土，平整地面。
2．施工工序
1）按照图纸要求开钻竖井
2）U型管换热器的制作（同时）
3）U型管换热器的第一次试验打压
4）下管
5）U型管换热器的第二次试验打压
6）回填
四、水平换热系统的施工
1．一般规定
水平埋管地沟结构应综合考虑地上和地下障碍物、地表坡度、沟转向半径限制、回填和复原要求等因素的影响。
2．施工工序
1）按照图纸要求进行水平横沟开挖
2）开挖完成后，清理沟底，找平
3）按照图纸要求进行水平集管的连接、安装
4）水平集管分组进行水压试验
5）整体进行水压试验；
6）
回填
1．在水平集束管上翻后，要与垫层防水发生关系，因此采用防水套管方式进行施工。
2•在垫层施工之前将防水套管套在PE干管上固定好，在垫层灌浆施工时有专人进行看管，避免污染。
3．在防水层施工时，可将防水做至防水套管上法兰下沿。
六、管道试压与检漏1．土壤热交换器运至工地后即应进行空气试压、检漏。
2．垂直土壤热交换器下管前，应做第一次水压试验。
试验压力应为工作
压力的1.5倍，且不应小于0.5MPa在试验压力下，稳压20分钟，观察其压力降，当压降不大于0.05MPa,则认为合格。
3．垂直土壤热交换器密封插入竖井后进行第二次水压试验，方法同上。
4．装配环路集管完成后应按环路集管进行分组水压试验，试验合格后进行整体水压试验，方法同上。
5．回填前，确认地埋管无渗漏后，方可回填地沟。
回填全部完成后，方可拆除压力检验装置，有条件可以保留以备随时检测。
6．水压试验采用手动泵缓慢升压，升压过程中应随时观察与检查不得有渗漏；不宜以气压试验代替水压试验。
七、地埋管系统的检验与验收地埋管系统安装完成后，应由专业检测机构来工地现场做试验鉴定，并
提供检验与验收报告，报告应包括以下内容：
1．管材、管件等材料外观检查；2．全部竖井的位置、深度以及土壤热交换器的长度；3．回填材料及其配比；4．土壤热交换器、环路集管及连接管水压试验；5．各环路的水力平衡情况；6．对回填过程的检验应与安装土壤热交换器同步进行。
四、每单元室外换热系统初投资
每单元地源热泵室外换热系统报价单
序号
分项
数量
单位
单价
单位
小计
1
桩基埋管
2
人安装换热管道
154
（个）
100
（元/个）
15400
3
工管道连接/试压（水平/垂直）
14000
（m）
1
（元/m）
14000
4
机L
械水平横沟开挖/回填（原土）
500
（m3）
40
（元/m3）
20000
5
材管材（综合）:
14000
（m）
7.2
（元/m）
100800
6
料管件（综合）
1
30800
（元/套）
30800
7
小计
181000
8
钻孔埋管
9
室外钻孔
1000
（m）
20
（元/m）
20000
10
人安装换热管道
20
（个）
100
（元/个）
2000
11
工钻孔回填（原浆）
20
（个）
100
（元/个）
2000
12
—工
机管道连接/试压（水平/垂直）
2400
（m）
1
（元/m）
2400
13
械水平横沟开挖/回填（原土）
210
（m3）
40
（元/m3）
8400
14
材管材（综合）
2400
（m）
7.2
（元/m）
17280
15
料管件（综合）
1
（套）
4000
（元/套）
4000
16
小计
‘56080
17
场地垃圾清运
1
项
5000
（元/项）
5000
18
机械/材料运输
1
项
8000
（元/项）
8000
19
现场管理
1
项
8000
（元/项）
8000
20
总计
258080
预算说明
工程概况：
工程地点陕西省西安市。
本报价不包括施工用水、用电费用及税金。
不包括水、动力电到位费用，不包括硬化场地破除及恢复费用。
垂直换热管道采用PEIOO（SDRII）D32管材。
室外换热系统共钻孔20个，50米深，单U,孔间距4米，水平管沟深度1.5米，桩基埋管154个，35米深，单U,水平管沟深度1.5。
水平管沟距机房距离按照小于50米进行计算。
钻孔费用按照0-100米地质条件以砂粘土为主要成分进行报价。
工放线后，经监理工程师同意，即可进行沟槽开挖。
沟槽开挖采用挖掘机进行。
土堆堆放位置合理，尽量少占道，并根据有关部门要求不影响交通或少影响交通。
（1）开挖前应根据图纸进行调查研究，充分了解挖槽地段的土质、地下水位、地下构筑物、沟槽附近地上障碍物以及施工环境等情况，合理选择施工方法及机械。
（2）挖槽时要随时注意边坡情况，发现问题要及时进行支护，防止塌方伤人。
（3）整个工程的沟槽标高应按设计图纸标高施工。
（4）土方应合理安排排放位置，为了保证安全，必要时沟槽周围要用土围挡。
（5）挖槽时由于超挖使槽底土壤被扰动或发现基础土质松软时，要与有关人员共同研究槽基处理措施。
（6）槽基不符合要求需要处理时，应将松软土彻底清除，经监理检查合格后方可回填，回填的材料，操作方法及质量标准，要与监理工程师共同研究，根据实际情况确定。
（7）沟槽边坡必须保证施工安全的需要，必要时要进行支护。
如遇有地上、地下障碍物与所施工管线邻近，开挖时要特别注意，为保证其安全，要视实际情况采取支护，砌筑等保护措施。
（8）对已知的地下障碍物，根据实际情况要采取用人工挖探坑的办法来确定其准确位置及埋深，以免其受到损坏。
（9）如遇地下水时，一定要设排水沟及集水坑及时进行排水，不得在水中进行管道安装。
（10）沟槽土堆放：
开挖土及材料应堆在距沟边0.8米以外或监理工程师指定的位置。
土堆置高度不得超过1.5米。
地源热泵打井施工工艺一、作业工具；
1无压磅、DN140自由钳两把、DN127自由钳两把、200KG铁铊、DN140套管、大扳手、12吋管子钳、24吋管子钳、钢卡、套筒扳手、梅花扳手、梅花改锥、克丝钳等
2•钻进设备
2.1使用合格钻机，回转和给进系统工作必须正常，滑轨和机器之间不能有松旷。
2.2设备安装应符合质量标准。
钻机必须正确水平安装在基台上，保证滑轮、立轴和孔的中心在一条直线上。
2.3钻具组配要合理。
粗钻具与孔壁的间隙要小，可采用扶正器
来加强钻具的稳定性，粗钻具长度要合理，一般为5〜8m。
钻具要
准确、规范；不同岩层改换不同钻具；钻具不弯曲，不偏心。
二、钻孔准备
1了解并确定土壤地质条件。
2确定地下综合管线分布及设置情况，并做好明显的标识记号。
3平整土地，根据地埋管施工图，标示具体钻孔位置及总管管沟位置。
4确认钻孔支架打设位置。
5确认钻孔机械电源容量及供给情况。
6提供水源至钻孔现场。
三、工程钻孔
1根据工程实际情况，随时填写记录表并及时分析土壤实际状
况。
2预先挖好泥浆池，利于泥浆收集和清理。
3采用原浆混合黄沙、膨润土进行泥浆护壁，防止产生孔壁坍塌。
4采用地源热泵专用全液压钻井机，以确保钻孔深度和垂直度，钻孔实际深度要大于设计深度。
5利用岩芯管取出岩芯，观察地质情况，从而选择不同的钻头。
6钻孔完毕后，应及时埋设管道并注浆回填。
7地埋管施工完毕后应及时对现场进行清理，以利于土建单位下一步工作的顺利进行。
四、钻机操作步骤
1下钻联动操作步骤
当钻场准备工作完成后，要实现下钻联动操作步骤是：
1）回转手柄处于中位，实现主副泵合流状态；
2）起下钻功能阀手柄处于下钻位置，夹转联动与分离功能阀手柄处于夹转分离位置，副泵溢流加压给进与卡盘增压减压给进功能阀手柄置于副泵溢流加压给进位置；
3）操作起下钻手柄即可实现下钻联动功能。
2起钻操联动操作步骤
完成钻进工作或需要起钻时，要实现起钻联动操作步骤是：
1）回转手柄处于中位，实现主副泵合流状态；
2）起下钻功能阀手柄处于起钻位置，夹转联动与分离功能阀手柄处于夹转分离位置，副泵溢流加压给进与卡盘增压减压给进功能阀手柄置于副泵溢流加压给进位置；
3）操作起下钻手柄即可实现起钻联动功能。
3夹转分离溢流给进操作步骤。
准备实现钻进时，要实现夹转分离溢流给进操作步骤是：
1）回转手柄处于中位，各功能阀手柄处于：
下钻位置、夹转分离位置、副泵溢流加压给进位置；
2）操作起下钻手柄，将动力头置于机身前端位置，使油路产生高压，将夹持器张开，同时关闭夹持器主油缸上的截止阀，使夹持器始终保持张开状态；
3）将副泵组减压溢流阀阀杆逆时针旋开至动力头停止状态；
4）将回转手柄置于回转位置，动力头产生回转；
5）逐渐旋转溢流阀螺杆，调整钻进所需压力。
4拧卸钻杆操作步骤。
准备实现起钻时，要实现拧卸钻杆操作步骤是：
1）起下钻功能阀手柄置于起钻位置；
2）夹转分离与联动功能阀手柄置于夹转分离位置；
3）操作起下钻控制阀手柄往复操作，并且给动力头留出至少
10cm的退扣距离；
4）操作控制阀反转手柄，实现退扣操作。
五钻井工艺
地埋管土壤换热器的竖直孔采用冲洗正循环全面钻进法。
钻进中对孔底岩石进行全面破碎，只要钻头还能工作就不断钻进而不提钻。
钻头不断地破碎孔底岩石，产生大量岩粉堆积在孔底，同时又因钻头与岩石之间摩擦而积蓄了大量的热能，如不及时排除孔内岩粉和冷却钻头，钻进就无法继续进行。
冲洗钻孔是钻进中的一个重要环节，冲洗不仅排除孔内岩粉和冷却钻头，而且利用冲洗介质的特殊性能来维护孔壁，保证正常钻进。
有效地冲洗钻孔是保证正常钻进的必不可少的条件。
冲洗介质总的来讲可分为以下三类：
1气体——利用高压空气吹洗钻孔，达到清除孔底岩粉的目的。
2
液体——利用水泵将液体压送入孔内进行冲洗，以达到清除孔底岩粉和冷却钻头的目的。
常用的有清水、乳状液、泡沫和人
本原料，粘土的种类较多，以蒙脱石为主的膨润土，其水化性能强、吸附性能好是配制泥浆的优质材料。
在松软壤土、硅藻土、粘土和黄土地层钻孔，借助泥浆泵自然造浆，将一定量的清水送入钻孔内，再从钻具或钻孔的环状间隙返回到地面的泥浆池，就这样清除岩粉和冷却钻头。
经过几个环路，清水变成泥浆，对破碎地层的孔壁起保护作用，减轻了坍塌损坏程度，减轻了漏水量。
对于复杂的地层，在钻孔中要特意配制泥浆进行冲洗，这样可以提高钻探效率，保证质量，降低成本。
3泡沫——由气体、液体及发泡剂等组成。
在漏失地层可减轻漏失量。
钻井时泵量的大小应根据所钻岩层的性质，和所选择的钻压转速参数来确定，也就是由单位时间内所产生的岩粉量来确定。
增大冲洗液量，对提高转速有一定的好处。
如果冲洗液量不足时，孔底颗粒大的岩粉不能被冲洗，会造成孔底重复破碎量的增大，使破碎效率下降。
保持合适的粘度，可使泥浆有效悬浮固相颗粒和有效护井，稳定井孔。
加入膨润土提高泥浆粘度，最佳粘度为40g/L左右。
膨润土为高岭石、蒙脱石为主的粘土质，又名钠土。
配浆时，要检查水的PH值，PH值为8〜9的水能使膨润土造浆达到最佳状态。
维持PH的最佳方法是加纯碱。
泥浆中添加聚合物聚丙烯酰胺来提高粘
度，增加润滑性，降低失水，防止失水量过大造成的井塌和缩孔的可能性。
六、钻孔理论
利用钻机和其他钻探设备向地下进行钻凿孔眼，目前采用较多的是机械方法钻孔，主要分冲击钻进、回旋钻进和冲击回旋钻进三种。
冲击钻进是利用钻头凿刃，周期的对孔底岩石进行冲击，使岩石受到突然的集中冲击载荷而破碎，当孔底岩石粉达到一定数量后，应提起钻头，用专门工具将岩粉捞出清除，然后再下入钻头继续冲击，如此反复的进行冲击、捞砂，以加深钻孔。
回旋钻进是利用钻头在轴向压力和水平回转力同时作用下，在孔底以切削、压皱、压碎和剪切等方式粉碎岩石，被粉碎的岩屑、岩粉随冷却钻头的冲洗液及时带出孔外，孔深随钻进时间延长而增加。
回旋钻进过程中可以控制钻压、转速及冲洗液量三个参数值，使钻进达到最好钻孔经济指标。
冲击回旋钻进是钻头在孔底回转破碎岩石的同时，施加以冲击载荷。
冲击回旋钻进主要应用于坚硬岩石
地源热泵系统中的地埋管土壤换热器的垂直孔一般钻进在第一、二类松软岩石，如次生土、壤土、黄土、粘土等第四纪地层及泥炭、矽藻土等。
破碎岩石容易，岩石研磨性小，钻进效率高，相应的缺点是孔内产生的岩粉多、岩粉颗粒大，有时孔壁易坍塌。
此类岩石大都是塑岩层，都有粘性，钻进时易产生糊钻、憋水、缩径等现象，所以钻进时要解决的关键是憋水、糊钻，保持孔内清洁并保护孔壁等。
应选用高转速、大泵量、较小钻压的钻进规则。
如果钻进时遇到泥岩、泥质岩时，应选用小切削具钻头，采用钻压大、泵量大、转速快的规则。
钻孔是地源热泵工程中的主要施工项目之一。
松软、松散、软硬不均的第四季地层（粘土、粉砂、粗砂、砂砾、卵石）以及风化基岩。
岩石性质的复杂多变必然导致钻孔方法的多样化。
采用机械回旋式钻机，正循环方式冲洗钻进，不仅能高效率的适应复杂多变的地层，钻机成孔，而且还具有安装地埋管和孔的回填功能。
因此要求钻机具备以下特点：
1．地埋管钻孔数量多，密度大，孔径小，成孔速度快，钻进时间短，设备迁移频繁等特点，要求钻孔设备便于迁移、拆装。
2．钻孔设备能简便的水平安装在基台上，并且确保滑轮、立轴、和孔轴呈一直线。
3．钻孔设备要完成钻孔、成孔、安装和回填等多项工艺过程，要求实现钻具、钻杆的拧卸和提升要机械化、省力、快速。
4．钻具组配要合理，钻具要安装准确、规范、不弯曲、不偏心，连接后其轴线要同心。
七、钻孔钻具所谓钻具是指方钻杆、钻杆、钻键、接头、稳定器、减震器以及在特定的钻井条件下使用的其他井下工具的统称。
在钻井的过程中，将方钻杆、钻杆、钻键等各种接头连接起来组成的入井管串称为钻柱。
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