浅层地热能开发桩间地埋管施工技术

（河南国基建设集团有限公司,河南 郑州 450047）

1 项目概况

河南地质大厦项目位于郑州市东风南路与商鼎路交叉口,地埋管系统冬季可提供热量约4 200kW,供水温度为8～12℃；夏季可提供冷量约5 000kW,供水温度为25～30℃,冷量不足部分由冷却塔提供。

根据场地、空调负荷情况,设计地埋孔604个,孔深152m,间距4～5m。垂直地埋管采用双U 地埋管,水平地埋管采用分区同程连接,埋深位于地下室底板下900mm。其中垂直地埋管及水平地埋管支管采用De32 聚乙烯管,水平地埋管供、回水主管采用De90 聚乙烯管,耐压等级均为PE100。

地埋管位于工程桩、抗浮锚杆之间,施工时需采取措施确保不扰动、破坏工程桩和抗浮锚杆。同时,因地埋管布设在地下室底板下不易检修,施工时需做好地埋管保护及水压试验,确保地下室底板施工完成后地埋管不堵塞、不渗漏。

2 施工影响因素

1）水文地质 垂直地埋管钻孔深度范围内土层主要为粉土、粉砂、粉质黏土,局部土层为中砂。勘察范围内地下水类型为潜水及微承压水,补给来源主要为大气降水。

2）桩基与抗浮锚杆 地基采用水泥粉煤灰碎石桩（CFG 桩）复合地基,桩径400mm,地下室底板范围内柱下CFG 桩间距1.2m,复合地基承载力特征值不小于530kPa。地下室底板范围内抗浮锚杆有效长度10m,孔径180mm,间距东西向2.4～2.8m,南北向2.3～4.0m,抗拔承载力特征值不小于110kN。

3）土方开挖 地下室开挖深度5.77m,A 座核心筒开挖深度12.52m,B 座核心筒开挖深度8.22m。基坑开挖以机械开挖为主、人工开挖为辅的形式,分层分段开挖。

3 地埋管施工

3.1 工艺流程

施工准备→测量定位→换热孔施工→垂直地埋管安装→回填封孔→水平沟槽开挖→水平地埋管连接及敷设→水平沟槽回填→混凝土垫层施工。

3.2 垂直地埋管施工

3.2.1 施工准备

1）为避免钻机施工时扰动基底原状土,土方开挖至距离水平地埋管1.5m 左右时,开始进行换热孔施工。

2）换热孔施工前,现场实测桩基位置、降水井位置、桩间净尺寸等信息,工程桩、抗浮锚杆影响换热孔施工时,应及时与设计单位沟通。

3）钻孔前根据坡道位置、钻机数量等,以有利于成品保护、减少设备移位和就近利用泥浆池等原则,合理规划钻孔路线。

4）对进场的高密度聚乙烯管及配件进行自检验收和见证取样送检,合格后方可使用。

5）如图1 所示,根据规划的钻孔路线及各钻机任务分配,将换热孔在平面图上沿纵横方向逐一标记孔号。

图1 垂直地埋管换热孔布置图

3.2.2 测量定位

1）依据基准点采用全站仪、经纬仪等测量仪器进行放线,换热孔位置偏差控制在10mm以内。

2）定位后用木桩在钻孔中心标识,并在木桩侧面用红色记号笔注明孔号,以木桩为中心,采用白石灰撒出半径约150mm 的圆环做醒目标记。

3.2.3 换热孔施工

1）开钻前必须从头到尾检查设备的完好情况,并严格按照拟定的钻孔顺序由远及近进行施工。

2）钻孔严格按设计和施工工艺要求进行,换热孔的位置、孔径、垂直度偏差等严格控制在规定的范围内,过程中每30m 测斜一次。

3）达到设计深度后,反复进行通孔,及时组织隐蔽工程验收。

4）垂直地埋管安装前不得过早提起钻具,孔内始终保持泥浆循环状态。

5）若遇到特殊情况,钻孔人员不得擅自更改钻孔的孔深和位置,应及时与设计人员沟通确定新的钻孔方案。

3.2.4 垂直地埋管安装（图2）

1）垂直地埋管在插入钻孔前,需先用自来水对管道进行冲洗,并进行水压试验,合格后在承压状态下借助下管机插入换热孔。

图2 换热孔内地埋管安装示意图

2）垂直地埋管采用两供两回、一用一备的供回水模式,U 型管端部采用双U 型弯头成品件。管间采用定位管卡间距3m 布置,保证换热管之间的净距,减少PE 管之间的换热干扰。

3）为防止弯头在下沉过程中损伤,在弯头端部设置混凝土管靴,地面上预留不小于1m 的垂直管段,使4 根管平滑、同步沉入换热孔内。

4）下管时保证PE 管不扭曲、不变形,下管到位后缓慢提起下管机钻杆,提杆过程中防止U型管上浮,并及时采取临时固结措施。

5）垂直地埋管安装完毕后,在地面上预留800mm 左右的富余量,端部用防护套拧紧后,用胶带粘牢,以防垃圾、杂物流入。

3.2.5 回填封孔

1）垂直地埋管安装完毕后及时组织回填封孔,但为避免钻孔倾斜将相邻的U 型管钻伤,灌浆回填需安排在周围3m 内临近换热孔施工完毕后进行。

2）回填封孔料一般为膨润土和细砂（或水泥）的混合浆或其它专用灌浆材料。当钻孔时取出的泥浆凝固后收缩很小时,也可用作灌浆材料进行原浆回填。

3）回填完成后应做水压试验,合格后在换热孔顶0.5m 范围内用水泥或粘土加固、封井。

4）封井完成后,用石灰线做明显标记,防止后序作业损坏垂直地埋管。

3.3 水平地埋管施工

3.3.1 水平沟槽开挖

1）依据图纸、垂直地埋管位置等进行沟槽放线。

2）避开工程桩、抗浮锚杆等构筑物,主要采用小型机械进行沟槽开挖,局部采用人工辅助开挖。

3）槽底预留200mm 厚用人工清底、整平。

3.3.2 水平地埋管连接及敷设

1）为保证水平地埋管连接部位的强度和严密性,地埋管采用热熔承插连接。

2）连接前必须清洁PE 管表面及管腔内的泥土和油渍并擦拭干净。

3）连接时应将管端修剪平整,切割后的管端应呈正圆形。

4）管道连接应严格控制热熔温度和熔接时间,熔接完成后3min 内,管件与管道应保持固定,避免管道未成型前管道连接处变形影响连接质量。

5）连接完毕后24h 内严禁进行水压试验。

6）水平地埋管铺设前,需将沟槽内的废料、管件等杂物清理干净,然后在槽低铺设相当于管径厚度的细砂褥垫层。

7）管材应沿管线敷设方向顺直排列在沟槽内。为避免杂物流入管内,管口采用堵头或缠绕胶带封闭保护。

8）沟槽内PE 管道应无折断、扭结等质量问题,转弯处应平滑并采取固定措施。接管时尽量保持横平竖直,供、回水主管间距不小于600mm,支管间距不小于200mm。同时,支管供、回水管应分开相应距离,避免出现热干扰。

3.3.3 水平沟槽回填

1）沟槽回填前,应连通竖直地埋管进行水压试验,合格后及时做好隐蔽验收记录。

2）水平地埋管细砂覆盖厚度不小于管径。细砂粒料应细小均匀,在管道两侧分层对称回填。

3）细砂回填层上部为级配砂石回填层,回填层厚度为500mm,分两层进行,每层夯实厚度250mm。

3.3.4 混凝土垫层施工

1）如图3 所示,垫层施工前,在各集分水器位置,将供、回水主管穿入到成组防水套管内,然后将成组防水套管用支架固定在两侧地面上。

2）供、回水主管在穿入防水套管前可包裹彩条布进行保护,防止划伤。安装时应理顺各管线,避免野蛮拖拽造成PE 管折裂。

图3 地埋管穿车库底板接分水器示意图

3)垫层混凝土浇筑中,应避免泵管、振捣器触碰防水套管,套管根部混凝土可采用细木棍插捣密实（图4）。

图4 防水套管

4 检验与验收

4.1 水压试验

地埋管系统水压试验压力为0.8MPa,宜采用手动泵缓慢升压,升压过程中应随时观察和检查,不得有渗漏；不得以气压试验代替水压试验。水压试验步骤如下。

1）垂直地埋管插入钻孔前,应做第一次水压试验。在试验压力下,稳压至少15min,稳压后压降不应大于3%,且无泄漏现象；将其密封后,在有压状态下插入钻孔,完成灌浆之后保压1h。

2）垂直地埋管插入钻孔并回填后,应做第二次水压试验,在试验压力下,稳压至少15min,稳压后压降不应大于3%,且无泄漏现象。

3）垂直地埋管与集分水器连接完毕后,在回填前应分单元进行第三次水压试验。在试验压力下,稳压至少30min,稳压后压力降不应大3%,且无泄漏现象为合格。

4）集分水器与机房地埋管集分水器管道连接完成后,平管回填前应进行第四次水压试验。在试验压力下,稳压至少2h,且无泄漏现象。

5）地埋管换热系统全部安装完毕,且冲洗、排气及回填完成后,应进行第五次水压试验。在试验压力下,稳压至少12h,稳压后压力降不应大于3%。

4.2 检验与验收

地埋管换热系统安装过程中,应进行现场检验,并提供检验报告具体包括以下几个方面。

1)管材、管件等材料应符合国家现行标准的规定。

2)钻孔、埋管的位置和深度、地埋管的直径、壁厚及长度均应符合设计要求。

3)回填材料及其配合比应符合设计要求。

4)水压试验应合格。

5)各环路流量应平衡,且应满足设计要求。

5 结语

综上所述,浅层地热能开发桩间地埋管施工技术,通过在河南地质大厦项目的应用,可以在实现节约土地与土地资源保护的同时,有效的利用地热能这项可再生清洁能源,施工过程对工程桩、抗浮锚杆等无影响,施工完毕后地埋管质量可靠、系统稳定,可为今后类似工程施工提供一定的参考。