[发明专利]一种预制桩与搅拌桩内外固结的复合能源桩及其施工工艺

说明书

本发明提供一种预制桩与搅拌桩内外固结的复合能源桩及其施工工艺，所述复合能源桩包括水泥搅拌桩、预制桩、换热管、埋管回填料、水泥混凝土、深层埋管换热井；所述水泥搅拌桩的中心垂直压入预制桩；自预制桩底部向下钻设延伸形成深层埋管换热井，所述换热管埋设于预制桩及深层埋管换热井中心，深层埋管换热井使用埋管回填料填充，水泥混凝土灌注于预制桩内部。本发明克服了传统能源桩承载力不足，桩体强度低以及施工周期长的缺点，便于流水施工，控制垂直度，降低场基挤土效应，提高地热清洁能源交换量。

技术领域

本发明涉及预制桩基础技术及资源利用技术领域，具体是一种预制桩与搅拌桩内外固结的复合能源桩及其施工工艺。

背景技术

随着人类社会的快速发展，能源的消耗也越来越大，而中国现在的能源结构仍以煤炭为主，煤炭属于不可再生能源，而且燃烧的过程中会对环境造成严重的污染，因此发展新的能源势在必行。地热能源作为一种清洁可再生能源，可以大大降低建筑耗能，利用发展空间大。地源热泵系统凭借节约能源、减少污染物排放等优势已成为清洁能源的一种主要形式，地源热泵应用是地下空间能源应用工程的核心，与其他空调系统相比有着特殊的优势。到2020年，我国地热供暖/制冷面积将累计达到16亿平方米，共可替代标煤7210万吨，作为节能环保产业的地源热泵行业迎来了新的曙光。

传统的埋管式地源热泵技术因占地面积大，且上部空间难以利用，导致该技术在市区等土地供应紧张地块难以推广应用。传统能源桩是利用钻井机钻孔成换热井将换热管绑扎在钢筋笼上，采用钢筋笼浇筑式成桩，换热管与桩基形成一个整体，节省了额外的钻孔费用。其缺点是机械化程度不高，施工效率低下，钢筋笼与能源桩换热管的捆绑过于繁杂，拖延施工工期，人工成本高，且换热管耐久度易受到影响。

预制桩生产成本低，制作方便，成桩速度快，桩身质量易于控制，技术难度低，并能根据需要制成不同形状、不同尺寸的截面和长度，且不受地下水的影响，不存在泥浆排放问题。其缺点是打桩噪音和振动对场地要求较高，桩抗剪能力较差，不能嵌岩，垂直度不好控制，沉桩会引起一定的场地挤土效应，不仅影响桩距的施工设计，还会造成桩体倾斜，影响桩体承载力。

水泥搅拌桩利用水泥作为固化剂的主剂，通过特制的深层搅拌机械在地基深部就地将软土和固化剂强制拌和，使软土硬结而提高地基强度。作为一种成熟的软弱地基处理方式，适用土质类型广，施工机械化程度高，施工工期短，成本低，能够最大限度地利用原状土的承载力或其他力学性能，在建筑工程中应用广泛，但缺点是承载力不足。

本申请的发明人在实现本发明的过程中经过研究发现：采用预制桩与搅拌桩内外固结的桩体进行后钻埋管，可以有效解决传统能源桩施工效率低，传统预制桩挤土效应大，水泥搅拌桩承载力不足的问题，将三者的优点结合起来，对于复合型能源桩技术的发展具有重要意义。

发明内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，将各种桩的优点汇聚一起，同时弥补不足，本发明克服了传统能源桩施工效率低，传统预制桩的挤土效应以及水泥搅拌桩承载力不足的缺点，提供了一种预制桩与搅拌桩内外固结的复合能源桩及其施工工艺。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种预制桩与搅拌桩内外固结的复合能源桩，包括水泥搅拌桩、预制桩、换热管、埋管回填料、水泥混凝土、深层埋管换热井；所述水泥搅拌桩的中心垂直压入预制桩；自预制桩底部向下钻设延伸形成深层埋管换热井，所述换热管埋设于预制桩及深层埋管换热井中心，深层埋管换热井使用埋管回填料填充，水泥混凝土灌注于预制桩内部。

作为优选，所述预制桩与水泥搅拌桩固结后由预制桩桩顶中心向深层钻孔形成所述深层埋管换热井，采用一次性铺设换热管的形式埋管。

作为优选，所述换热管包括预制桩内部换热管和深层埋管换热井内部换热管，所述换热管呈U型埋设于预制桩及深层埋管换热井中心的贯通孔道。

作为优选，所述预制桩采用静力压桩机垂直压入水泥搅拌桩形成复合桩体。