地源热泵土壤换热器施工技术方案.doc

地源热泵土壤换热器施工技术方案前言随着全球能源危机，人类生活、生产活动对自然环境的破坏，人类生存和可持续发展所依赖的自然资源正面临着污染、破坏、枯竭的危险境地。为改善空气质量、减少环境污染、节约自然资源，在城区已经利用清洁的能源取代了燃煤锅炉。随着人类生活水平的提高，地源热泵空调系统作为一种清洁、节能、环保新技术很快被人们认识和接受。某某工程正是利用这种新的环境资源，来改善人居环境，人居质量，提高人类生活水平。地源热泵是一项高效节能型、环保型并能实现可持续发展的新技术，这项新技术在我国正处于起步发展阶段。1系统概况1.1地源热泵空调系统概况某某工程地处东直门东北角，占地面积6公顷，总建筑面积约22万m2，其中包括13万m2公寓，地下室面积5.5万m2。设有宾馆、商场、影剧院、幼儿园等配套设施的高级住宅小区，被称城中城。该项目为恒温恒湿的科技住宅小区，空调覆盖面积15万，温度为夏季26，冬季供暖温度为20。全年提供生活热水。空调制冷、热水由2台燃气锅炉和8台地源热泵机组提供，其中4台热泵机组供应天棚辐射系统，另4台供应空调新风系统，生活热水夏季采用部分热回收，不足部分由燃气锅炉补充。冬季和过度季节由燃气锅炉加热生活热水。空调设计参数：总冷负荷7890kw，空调总热负荷9100kw（其中生活热水负荷2500kw）夏季天棚辐射系统供回水温度1823，新风系统供回水温度712；冬季天棚辐射系统供回水温度3035，新风系统供回水温度4045；生活热水供水温度60。1.2地源换热系统概况地源换热系统采用垂直埋管换热，共计钻孔635个，换热孔间距5m，全部布置在中央地下车库基础底板下，孔口作业面距自然地面10.15m。孔径为150mm，孔深100m，换热管规格为外径DN32的双U型PE高密度聚乙烯管；换热器水平联络管在车库底板下500mm水平敷设。垂直换热管通过水平联络管汇集到检查井（共设置45个检查井）内的集分水器，各个集分水器通过管道汇集，最终进入到机房内与热泵机组相连（如图1-1、1-2）。 图1-1 土壤换热器示意图图1-2 工程布孔图2研究应用新技术背景地源热泵的历史可以追朔到1912年瑞士的一个专利，而其中称地源热泵真正意义的商业应用也只有近十几年的历史。近十几年来，地源热泵空调系统在北美如美国、加拿大及中、北欧如瑞士、瑞典、德国等国家取得了较快的发展。 美国从二十世纪八十年代推广地源热泵以来至已安装了600000台，且每年以10%的速度增长。瑞典安装了230000台，德国安装了46400台。地埋管的安装多在空旷地下，由于某某工程场地有限，需要考虑在基础下埋管的可能性。已了解的在基础下埋管的工程有德国法兰克福市的SPA软件公司，建筑面积4150；波鸿市的Stadtwerke能源公司，建筑面积4200。在车库下埋管的工程有德国杜塞尔多夫的Hansa Allee,建筑面积9000，制热量650KW，地埋管数量75，埋深100m。在挪威，有一个40万的建筑采用了地源热泵。在国内，主要的工程实例是采用地下水换热的地源热泵（即水源热泵）系统，由于受到开采地下水的限制，及水源热泵系统本身存在的技术障碍（存在对地下水的污染、缺乏完善的回灌技术及地下水位不稳定），目前已投入使用的地源热泵主要是别墅或建筑面积较小的工程，如北京王府家庭农场某别墅，建筑面积287 ，室外换热采用垂直埋管系统，地埋换热孔深60m，孔径120mm，换热孔间距3.5m，换热孔数量6个，埋在室外园林3研究开发新技术总体目标及创新点通过对地下资源的调查结果表明，地表以下510m的地层温度一年四季均保持一个相对稳定的温度，不随大气的变化而变化，常年维持在1517之间，这样的温度对于北方城市冬夏季的取暖及制冷极为有利。在夏季，地下的温度要比地面大气空气温度（2540）低，是可利用的冷源，在冬季却比地面大气温度（515）高，是可利用的热源。地源热泵正是利用大地的这个特点，通过埋藏在地下的换热器，与土壤或岩石交换热量。在冬天，管道内的液体将地下的热量抽出，然后通过系统导入建筑物内，同时蓄存冷量，以备夏用；在夏天，热量从建筑物内抽出，通过系统排入地下，同时蓄存热量，以备冬用。冬季通过输入1KW的电能，热泵机组可吸收2.53KW的地能，为建筑物提供3.54KW的热能；夏季通过输入1KW的电能，能为建筑物提供3.54KW的冷能。地源热泵一年四季均能可靠的提供高品质的冷暖空气，为人类营造一个非常舒适的室内环境。4地源热泵方案的确定4.1 某某地源热泵方案采用复合式系统，即地源热泵+冷却塔锅炉。由于地埋管系统在任何情况下的初期投资均高于传统空调系统投资，如果让地埋管系统满足建筑物的总计算负荷，初期投资将大大增加，但运行费用将很低廉。由于系统大部分时间均在部分负荷下工作，如果采用复合式能源系统，即地源热泵+冷却塔和锅炉系统，由地源热泵系统满足60%70%的总负荷，初期投资将大幅度减少，既增加了系统的安全性，又对运行费用的影响也不大，还可平衡土壤全年的取热和放热总量，防止土壤平衡失调。故本工程地源热泵方案采用复合式系统。4.2 土壤换热器采用垂直换热器和水平换热器两种，垂直换热器采用竖直埋管中的双U型管形式，地下垂直换热器数量为635个，井间距5m，孔口直径150mm，孔内直接埋设DN32的双U型PE高密度聚乙烯管，埋管周围采用独特配方导热系数较高的砂土填料进行回填。地下打孔占地面积约17000，主要利用地下车库基础底板，同时利用整个建筑群中约2万平米的基础面积，敷设水平换热器。4.3总负荷分为两部分，一部分为基础负荷，一部分为尖峰负荷。其中基础负荷占总热负荷的65%，由土壤换热系统承担；尖峰负荷占总热负荷的35%，由冷却塔和锅炉承担。夏季通过回收土壤热泵机组的冷凝热，循环加热生活水至60，当回收热量不能满足生活热水需要时，开启锅炉补充。5 地源热泵施工前的测试与研究5.1测试目的5.1.1获得埋地换热器与周围土壤间的换热规律、每延米井深的换热量、地下岩土的热物性参数以及周围土壤温度的变化情况等，为设计地源换热系统以及整个热泵系统施工方案的确定提供依据。5.1.2启用三种钻井机具（岩芯1000m钻、黄河钻、汽车工程钻）进行现场钻井，通过对这三种钻机钻井的实际情况进行比较，确定出适合现场的最佳钻机，以确保将来的施工工期。5.1.3通过视电阻率测井，由视电阻率测井曲线分析现场第四系地层结构，确定最佳的换热孔填料。5.2测试原理模拟地源热泵空调系统夏季制冷的运行模式，具体测试原理如下：将仪器的水路循环部分与所要测试换热孔内的HDPE管路相连接，形成闭式环路，通过仪器内的微型循环水泵驱动环路内的液体不断循环，同时仪器内的加热器不断加热环路中的液体。该闭式环路内的液体不断循环，加热器所产生的热量就不断通过换热孔内的换热管释放到地下。在闭式环路内的液体循环的过程中，将进/出仪器的温度、流量和加热器的加热功率进行采集记录，来进行分析计算土壤的热物性参数。其原理（如图5-1）。 图5-1 测试原理图5.3测试步骤5.3.1打孔： （1）用岩芯1000m钻机钻120m深的换热孔1个，孔径不小于200mm，岩芯1000m钻机采用油压加压钻进，具有导正性好、稳定性强等特点。钻进方法为正循环回转式钻进，钻速由低到高可调空间较大。（2）用黄河钻机钻120m深的换热孔1个，孔径不小于200mm，黄河钻机采用油压加压钻进，钻具钻进过程中扭距较大，钻进速度快，钻孔垂直度较高。（3）用汽车工程钻机钻120m深的换热孔1个，汽车工程钻机适用于工程勘查，取芯取样方便。布置该钻机的目的是为了详细了解地层结构，获取地层原样，以便对地层样品进行热物性测试。各钻机性能情况详(见表5-1)。表5-1 三种钻机性能对比钻机名称型号性能特点钻井时间经济性1000m钻机XY-4采用油压加压钻进，具有导正性好、稳定性强等特点。钻进方法为正循环回转式钻进，钻速由低到高可调空间较大。32h孔径235mm孔深120m成本低黄河钻SPC-300H采用油压加压钻进，钻具钻进过程中扭距较大，钻进速度快，钻孔垂直度较高。30h孔径245mm孔深120m成本高汽车工程钻DT100钻机适用于工程勘查，取芯取样方便，可做各种原位测试，更加方便了解地层情况，详细掌握工程地质资料。34h孔径100mm孔深100m成本高5.3.2物探测井：成孔后，在下入HDPE管前，要首先进行视电阻率测井测井，以了解地层的赋水情况。5.3.3下管：孔内下入直径为32mm的双U型HDPE管，并在下管后回填级配砂石填料。下管前后都需要对HDPE管进行打压试验，稳压压力为1.2Mpa，稳压时间不小于1个h。5.3.4模拟测试：将仪器的水路循环部分与所要测试换热孔内的HDPE管路相连接，形成闭式环路，通过仪器内的微型循环水泵驱动环路内的液体不断循环，同时仪器内的加热器不断加热环路中的液体。该闭式环路内的液体不断循环，加热器所产生的热量就不断通过换热孔内的换热管释放到地下。在闭式环路内的液体循环的过程中，将进/出仪器的温度、流量和加热器的加热功率进行采集记录，来进行分析计算土壤的热物性参数。5.4测试数据整理情况5.4.1加热功率为12kW的情况下的数据处理情况：进回水温度随加热时间的变化情况（如图5-2） 图5-2 进回水温度随加热时间的变化曲线由图5-2可以得出：在开始运行的3个h内进水水温由初始温度31左右跳变到34左右，回水水温由初始温度25.9跳变到28.7右，随后进回水水温呈缓慢趋势增加，主要原因为：1）随着加热时间的增加，地下土壤温度升高，使得进回水水温也增加；2）通过U型管向地下排的热量与周围回填物及土壤热量传递之间达到热量平衡需要一个过程。在系统运行120h以后，进回水水温趋于稳定，进水温度稳定在37.2左右，回水温度稳定在31.5左右。说明在本实验工况下，系统在运行120h以后基本达到稳定状态。地下排热功率、流量、进回水温差随时间的变化情况（如图5-3） 图5-3 排热功率、流量、进回水温差随时间的变化曲线由图5-3可以得出：随着加热时间的增加，排热功率、流量、进回水温差逐渐趋于稳定。根据Q=C*M*T，流量M、温差T与热量Q成正比例关系，使得热量Q曲线与流量M、温差T曲线的稳定趋势基本一致。在电加热功率为12kW的情况下，测试得出的地下排热功率稳定在10.5kW左右。有效传热系数随时间的变化情况（如图5-4）根据公式QL=K*F*(Tf T0)得出地下有效传热系数随时间的变化趋势如图5-4，K*F也定义为有效传热系数，其物理意义为每延米井深换热器中流体介质的平均温度与周围土壤初始温度每相差1时，通过每延米井深、单位时间内传递的热量，该指标的确定可以为后期设计地下整个地源换热器系统提供依据。其中： QL-单位井深排热量W/m； K-传热系数W/(m2*)；F-单位井深传热面积m2/m； Tf-流体平均温度；T0-土壤原始温度（13） 图5-4 地下有效传热系数随时间的变化曲线由图5-4可得：随着加热时间的增加有效传热系数，逐渐缓慢减小，随后趋于稳定，说明恒热流工况下地下的换热能力随时间逐渐趋于稳定。地下初始温度为13，加热功率为12kW时，有效传热系数变化范围为3.98W/(m*k)5.49W/(m*k)。排/取热量随时间的变化情况 根据图5-5计算的K*F和公式Q=K*F*(Tf T0)得出排/取热量随时间的变化关系（如图5-5） 图5-5 排/取热量随加热时间的变化曲线由于计算过程中，假设流体平均温度和土壤原始温度恒定，因此取热量的变化趋势与K*F的变化趋势一致，取/排热量随加热时间的增加逐渐趋于稳定，在假设土壤初始温度为13，流体平均温度为4的情况下，取热量在4.64kW左右变动，排热量在10.5kW左右变动。每延米换热量随时间的变化情况（如图5-6）图5-6 每延米换热量随时间的变化曲线随着加热时间的增加，每延米换热量逐渐趋于稳定，在加热120h以后逐渐稳定在87.5W/m左右，此时进水温度稳定在37.2左右，回水温度稳定在31.5左右。5.4.2电热功率为8kW的情况下的数据处理情况系统在按照12kW加热功率的测试过程结束以后，进行了土壤恢复实验三天，然后再开始8kW加热功率下的测试，测试数据处理如图5-7：进回水温度随加热时间的变化情况图5-7 进回水温度随加热时间的变化曲线由图5-7可以得出：同上一个工况一样，进回水水温随加热时间呈缓慢趋势增加。但比上一个工况的稳定时间要短，系统在运行80h以后逐渐趋于稳定。地下排热功率、进回水温差随时间的变化情况（如图5-8）。图5-8 排热功率、进回水温差随时间的变化曲线随着加热时间的增加，排热功率、流量、进回水温差的变化相对稳定，排热功率在7.6kw左右变化。有效传热系数K*F随时间的变化情况根据公式QL=K*F*(Tf T0)得出地下有效传热系数随时间的变化趋势（如图5-9）。图5-9 地下有效传热系数随时间的变化曲线由图5-9可得：在加热功率为8kW的情况下，随着加热时间的增加有效传热系数逐渐缓慢减小，随后趋于稳定，说明排热工况下地下换热能力随时间的增加逐渐趋于稳定。地下初始温度为13，加热功率为8kW时，有效传热系数变化范围为3.89W/(m*k)7.21W/(m*k)。从有效传热系数最后稳定下来的数据看，与上一工况的数据相差不多。排/取热量随时间的变化情况根据图5-10计算的K*F和公式Q=K*F*(Tf T0)得出排/取热量随时间的变化关系（如图5-10）图5-10 排/取热量随加热时间的变化曲线由于计算过程中，假设流体平均温度和土壤原始温度恒定，因此取热量的变化趋势与K*F的变化趋势一致，取/排热量随加热时间的增加逐渐趋于稳定，排热量在7.6kW左右变动。在假设土壤初始温度为13，流体平均温度为4的情况下，取热量在4.72kW左右变动。每延米换热量随时间的变化情况（如图5-11）。图5-11 每延米换热量随时间的变化曲线在加热功率为8kW的情况下，随着加热时间的增加，每延米换热量逐渐趋于稳定，在加热80h以后逐渐稳定在63.22W/m左右，此时进水温度稳定在30.67左右，回水温度稳定在26.67左右。5.4.3地下土壤导热系数的确定设计地源热泵系统的埋地换热器需要知道地下岩土的平均热物性参数。如果物性参数不准确，就可能造成设计的系统过大或过小，不是增加初投资，就是地下热源系统偏小，影响运行效果。Kavanaugh的研究结果表明，当地下岩土的导热系数或导温系数发生10的偏差，则设计的地下埋管长度偏差为4.55.8。埋管长度的偏差将导致钻孔总长度的变化，而钻孔的成本是很高的。根据测量的温度、流量、功率，本报告采用圆柱热源理论模型结合参数估计法来计算土壤导热系数。根据Carslaw、Jaeger（1947）和Ingersoll（1948，1954）的理论，恒热流的圆柱热源解是为： 其中 钻孔半径表达式G（z，p）只是时间和到管子距离的函数，考虑到假设，Carslaw、Jaeger（1947）是如下定义的： Kavanaugh将p=1时的绘成图。因为p=1的位置它表示钻孔壁，所以值得关注。当p=1时，Ingersoll给出了近似计算式假设土壤导热系数k，由此可得到钻孔壁上的温度再假设钻孔内热阻，则平均水温可以通过累计远边界温度T0到管内的温降得到。平均水温Taw如下表示： 然后通过变换土壤导热系数以及钻孔内热阻，使计算的平均水温和实验测得的平均水温（为进出口水温平均值）的方差和最小，此时的土壤导热系数即为所求值。根据8kW实验数据，计算地下土壤平均导热系数为2.25W/(mK)，钻孔内热阻为0.097*k/W。所计算的地下土壤平均导热系数比取样实验室测得的数值高，可能是对流或地下水流动等因素造成的。实验值与理论值比较（见图5-12）。图5-12 管内流体平均温度实验值与理论值比较 开始假定土壤导热系数ksoil，输入土壤其他热物性参数，输入回填物热物性参数，输入U型埋管物性参数，输入功率、流量、进出水温度Twi，exp、Two，expKavanaugh二维非稳态模型计算出水温度Two，num利用单纯形法、最速下降法等，调整土壤导热系数ksoil求计算的出水温度Two，num与实验测量的出水温度Two，exp的方差和f，否是结束，输出土壤导热系数 图5-13计算流程图5.4.4地下温度场的模拟下列各图为利用专业软件Ansys模拟排热工况下地下岩土温度变化。钻孔参数按照实际尺寸选取，地下岩土初始温度定为13，导热系数按照第5部分计算结果选取，排热功率为10kW，加热时间为145h。从下列各图中能清晰看出钻井周围岩土温度场的变化。 图5-14 模拟结束时50m深处土壤温度场 图5-15 50m深处距井中心0.1-1.1m温度随模拟时间的变化图5-16 50m深处距井中心1.2-2.1m温度随模拟时间的变化 图5-17 50m深处距井中心2.2-3.0m温度随模拟时间的变化 图5-18 模拟结束时0-9m深度土壤温度场从上面组图可以看出，0.5m深度以下，距井中心越近，排热工况下岩土温度场受影响程度越大，温升幅度越大，而且由于假定土壤热物性各向同性且不随温度变化而变化，0.5m以下不同深度温度变化幅度基本一致。同一时刻温升幅度随距钻井中心距离增大而减小。10kW排热工况145h作用结束时，距钻井中心0.1m处温度达到29，温升幅度达15，而距钻井中心2.5m处温升幅度仅约为0.01，距钻井中心3m处温升幅度仅约为0.002。由此可以看出在导热工况下的影响半径。如果考虑实际当中的地下水流动，其影响半径问题将更趋复杂。距钻井中心距离不同，温度变化速率也不同。距井中心越近，一开始温度变化速率大。随着作用时间的增长，温度上升速率变小，温度变化缓慢。而距井中心较远处，温度变化速率的规律与上述正好相反。从图5-17还可以看出，深度在0.5m以下处，变化幅度较小，说明其温度场受地面影响严重。地面温度受太阳辐射、大气温度等因素决定。因此，为防止地源热泵系统埋地换热器也受到上述因素影响，可以将钻井井口设置在地面以下0.5m深度处或者在地面采取一些保温措施。5.5结论5.5.1地下换热系统的稳定至少需要45天在加热实际功率为10.5kW（设定功率12kW）的情况下，进回水温度在加热运行120h以后趋于稳定，每延米井深换热量为87.5W/m左右，此时进水温度稳定在37.2左右，回水温度稳定在31.5左右。在加热实际功率为7.6kW（设定功率8kW）的情况下，在加热80小时以后每延米井深换热量逐渐稳定在63.22W/m左右，此时进水、回水温度稳定在30.67、26.67左右。根据以上两种工况的实测结果可以看出，地下换热系统在短时间内不可能稳定，测试结果也不会准确，系统的稳定至少需要45天。5.5.2每延米井深放热量为86.5W/m，取热量为57 W/m。根据以上两种工况实验结果的推算，在标准进水、回水温度为37、32情况下，每延米井深换热量为86.5W/m。尽管工况不同，有效传热系数基本稳定在3.897.21W/(m*k)的范围内，取其平均值推算，在进U型换热管流体平均温度为4的情况下，冬季取热量在57 W/m左右。5.5.3岩芯1000m钻是本项目现场的最佳钻机通过以上对岩芯1000m钻、黄河钻和汽车工程钻在本项目现场的钻探比较，可以看出钻井速度最快的是黄河钻，其次是岩芯1000m钻，最慢的是汽车工程钻；岩芯1000m钻和黄河钻所钻孔径适合方便的下埋双U型换热管；岩芯1000m钻的工程成本最低，综合分析后，我们建议本项目采用岩芯1000m钻。5.5.4 级配砂石填料在本项目中使用效果较好在测试初期我们利用视电阻率测井，孔内土壤取样，充分了解地层结构。同时将获取的10个样品送中科院地质与地球物理研究所岩石热物性实验室对样品进行了实验分析，得出的平均热导率值为1.732（w/mk）。图5-19 中科院地质与地球物理研究所岩石热物性实验室对土样的分析结果由视电阻率测井曲线图可以看出本项目现场第四系的地层粘土较少、砂硕石居多，而且赋水率很高。具体情况如图5-20所示：图5-20 视电阻率测井曲线解释图表根据以上对地层情况的分析了解，我们在本次测试中使用的填料是级配砂石料，因为级配砂石填料的透水性好，不阻断地下水在换热孔处的流动，更有助于换热孔与周围土壤的换热。由实验数据计算得出的热导率值为3.89W/(mk)7.21W/(mk)，高于样品测试的平均值1.732（w/mk）。分析原因，所取样品土壤的岩性为粉质粘土、粉细砂，多来自不含水的地层，而实验测试的是一个各地层换热量的综合结果，该地区含水层较厚，说明地下水对土壤的换热是有利的，由此可以看出本项目现场地下水流对换热管、填料及周围土壤的换热性能有很大的影响，也就是说级配砂石填料在这种赋水率比较高的地层中比其他填料的的效果要好。5.5.5本次实验为以后整个空调系统的设计提供了可靠的依据根据实验测试数据，通过理论计算得到的地下土壤导热系数，以及采用专业软件模拟的周围温度场，为进一步设计与分析地源换热系统以及整个热泵系统提供了依据。6施工方法6.1换热孔施工6.1.1施工工艺流程 现场踏勘钻孔放线定位钻机就位挖泥浆池成孔钻进孔深孔径核查。6.1.2主要施工方法现场踏勘：根据换热孔的设计情况，以及项目的实际情况，在进行换热孔施工前应对施工现场和环境进行实地踏勘，以便合理配备施工设备和人员，减少由于现场地质情况对施工造成的影响。1）勘测现场施工条件，钻机、管材等设备和物质的进场条件和堆放位置。查明施工中水电油等物质条件的情况。2）勘测施工中的噪音、污水、废浆、废土对周围环境的影响，并制定相应的措施。3）对照施工图纸对钻孔场地的位置、大小、障碍物等进行核实，减少对定位造成一定的影响。定位放线根据施工图纸和定位坐标点，对钻孔位置进行放线定位，每个孔位点撒白灰并结合木桩作标识，钻孔孔位距抗拔桩距离不小于1.2m，并且后浇带、基础梁下面不得布置孔位，遇到此类情况绕开合理布置。钻机就位根据就近施工且钻机间不相互干扰，减少设备移位，就近利用泥浆池的原则分片布置钻机。挖泥浆池1）按照就近满足周边钻机使用的原则挖泥浆坑。采用人工开挖，泥浆池的大小尺寸为2.0m2.0m1.5m（长宽高）。2）为防止泥浆池渗水破坏天然地基，影响天然地基的承载力，故在泥浆池内设两层塑料薄膜和一层彩条布，防止泥浆渗漏。3）配备泥浆运输车，根据各孔位的钻进速度及时排出泥浆池中的泥浆，以免泥浆溢出泥浆池浸泡地基。4）施工完后，泥浆池深度超出槽底部分采用级配砂石处理，以满足地基承载力要求。泥浆池具体详见图6-1所示： 图6-1 泥浆沟、泥浆池剖面图成孔施工1）钻井设备就位后，由质检员核查钻孔位置，钻机水平度、钻头直径，确认无误后签字开钻，此处钻头直径150mm。2）钻进过程中，记录员应认真填写钻进记录表，记录起停钻的时间、钻进尺度，以及在钻进过程中有可能出现的其它问题。3）配备专用泥浆运输车，根据各区的钻进速度，及时排出泥浆坑中泥浆。泥浆运输由专人负责协调，保证泥浆运输的及时畅通。孔深孔径核查钻进到达要求深度后，报质检员查验钻孔深度和孔径，在下管程序没有准备好以前不能过早提起钻具，并且必须保证泥浆循环（如图6-2、6-3）。 图6-2 换热孔施工 图6-3 泥浆循环泵6.2垂直换热管施工6.2.1 施工工艺 图6-4 上管卡 图6-5 下管 图6-6 回填料 6.2.2主要施工方法定位放线：按照施工图，结合图纸给定的定位坐标点，对钻孔位置进行放线定位，每个井位点撒白灰点并结合木桩作标识，合理排定施工顺序。注意钻孔孔位距抗拔桩距离不小于1.2m，并且后浇带、梁下不得布置井位，遇到梁、后浇带要绕开布置。钻机定位：根据就近施工且钻机间不相互干扰、减少设备移位、就近利用泥浆坑的原则分片布置钻机。设备就位后，应采用适当的降噪、防尘、排污等措施，减少施工对周围环境的影响。挖泥浆坑：按照一个泥浆坑就近满足周边钻机使用的原则组织泥浆坑，钻机就近利用泥浆坑。常规方法采用人工开挖，深度约1.5m、2m见方的泥浆坑，挖好后现场调制泥浆。但是考虑本项目是位于车库基础下，泥浆坑渗水会破坏基地。为防止泥浆渗漏对基底产生扰动，采用铺塑料布+彩条布两道防渗。为防止基坑对基底产生扰动，对于深度超出槽底部分采用级配砂石处理，以满足地基承载力要求。考虑钻机的移位和泥浆池的周转，约需要80个左右泥浆池才能满足整个工程使用。 图6-7 泥浆坑原理管材入场：地埋管运抵施工现场后，地埋管及管件存放时，不得在阳光下曝晒。搬运和运输时，应小心轻放，采用柔韧性好的皮带、吊带或吊绳进行装卸，不得抛摔和沿地拖拽。成孔施工钻井设备就位后，由质检员核查钻孔位置，钻机水平度、钻头直径，确认无误后签字开钻，此处钻头直径150mm。钻进过程中，记录员应认真填写钻进记录表，记录起停钻的时间、钻进尺度，以及在钻进过程中有可能出现的其它问题。配备专用泥浆运输车，根据各区的钻进速度，及时排出泥浆坑中泥浆。泥浆运输由专人负责协调，保证泥浆运输的及时畅通。钻进到达要求深度后，报质检员查验钻孔深度和孔径，在下管程序没有准备好以前不能过早提起钻具，并且必须保证泥浆循环。下管准备PE管运到现场下管前，首先由质检员查验管材合格证、规格型号，并抽检管径大小、壁厚及外观检查后再进行下一步工作。双U型的接头采用电熔接方法在工厂进行，熔接由管材厂家的专业人员用专业设备按操作规范连接。每个U型接头熔接成功后，进行清洗再进行打压试验，打压1.6Mpa观测1h以上，不泄漏为合格；出具合格证后方可出厂。现场清洗试压：(一次打压试验)下管前先用干净的自来水冲洗，然后试压。试压采用手动试压泵，打压1.6MPa，带压观测15min以上，不渗不漏无破裂，压力下降不超过0.03 MPa即为合格。试压完毕，每组双U型换热管管头必须立即密封。(一次冲洗)试验合格后，从供水管接入干净自来水进行冲洗，回水管排出，连续冲洗，直到出水口水色和进水口一致为合格。冲洗完毕后，对所有管口进行密封，防止杂物进入管内。安装管卡：为保证换热管能尽可能贴近孔壁，避免换热管之间的短路传热，24m的间隔安装管卡（见图示七）。管卡现场组装，尺寸偏差不得大于50mm。管卡安装一定要牢固，经现场质检员检查无误后，开始下管。下管填料四根管应均匀平稳下入，下入过程中确保与地面垂直的地上管段不得小于1m。(二次打压试验)下入换热管后，为检验在下管过程中是否有管壁划伤破损，进行二次打压，试验压力0.6Mpa，带压观测30min以上，不渗不漏无破裂，压力下降不超过0.02Mpa即为合格，进行下一道工序，如压力下降，则将换热管拖出换新管重新埋入。(二次冲洗)试验合格后，从供水管接入干净自来水进行冲洗，回水管排出，连续冲洗，直到出水口水色和进水口一致为合格。冲洗完毕后，对所有管口进行密封，防止杂物进入管内。打压合格后，把所有管头再次密封保压，进行填砂。换热管与钻孔之间回填中砂直至地面，填料时要求填料由四周缓慢填入，填砂的同时间断性地向孔内注水，确保成孔内砂料的尽可能的密实。图6-8 垂直管系统原理剖视图填料分次填入，一次填满后每过两三天就会自然下沉约1m，发现下沉要及时再次填满，加适量的水浇灌以促进下沉，大约三次就不再下沉，填料密实。6.3联络管施工6.3.1施工工艺流程管沟开挖敷设砂垫层 主管道熔接 支管与主管熔接 打压试验管顶敷砂。如图6-9：图6-9 水平联络管施工流程图6.3.2主要施工方法管沟开挖管沟土方按实际施工进度，分区开挖。主管道管沟采用小型机械，配合人工清理，一次开挖到位；联络管支管部分管沟全部采用人工开挖。管沟土方按照总体施工计划运至指定地点，集中外运。敷设沙垫层管沟开挖清理完毕，现场测量，达到图纸及规范要求后进行下一步工作，管道底第一层细沙回填。管道底细沙的回填以区为单位，以距沙源近为原则，进行顺序回填。回填完毕检查回填沙厚度、平整度，达到设计及规范要求后，进行下一道工序，管道安装。 图6-10 联络管系统安装原理图（3）PE管道安装根据图纸尺寸，进行管道放样预制。断管采用专用工具，防止出现管头不齐、有飞刺等现象。各种规格管道预制好后分类、编码，排放整齐。将预制好的管道运到管沟，按事先编码顺序摆放。管道连接方式按管径大小分为热熔连接和电熔连接，干管为D90全部热熔连接，三通甩口要求垂直于相应井位支管，偏差不得大于15。每根干管连接好后，开始连接支管。支管为D32全部电熔连接，将换热孔分支管引到干管三通处，按顺序逐个连接。在管道运输过程中注意端口的保护，防止沙土进入管内。连接时注意供、回水管分开施工，防止混接；在管道连接时，首先用干净的毛巾将管头内外擦拭干净，确保管道连接的严密性，防止杂物进入管内。遇到塑料管和钢管连接时采用专用钢塑转换接头连接。安装完毕，及时做好保护，防止损坏。(第三次打压试验)压力试验管道连接完毕后，做打压准备。将直管段部分用回填土覆盖压住，接头处明露以便检查渗漏。进行水压试验时试验压力为0.8MPa，水压保持2h以上压降不超过0.024MPa为合格。(第三次冲洗)试验合格后进行联络管道冲洗，从供水管接入干净自来水，回水管排出。连续冲洗，直到出水口水色和进水口一致为合格。试验合格后对所有管头进行再次密封，防止杂物进入管内。（4）管顶回填：在水平联络管管顶填0.3m细砂加0.2m级配砂石。 级配砂石的承载力以满足地基承载力要求为合格。 图6-11 管道回填剖面示意图在回填时先填实管底，管底采用150mm 密实的砂垫层；再同时回填管道两侧，依次回填至管顶0.5m处，完成管沟的回填。沟内有积水时，必须全部排尽后，再行回填。泥浆清运由专人负责，作好场外环卫工作，泥浆坑用级配砂石回填，分层夯实。管腋部采用人工回填，确保塞严、捣实。重点做好每一管道层上方150mm范围内的回填。管道两侧和管顶以上500mm范围内，应采用轻夯实，严禁压实机具直接作用在管道上，使管道受损。（5）换热干管穿地面做法施工部分（特殊）此工程中换热管干管的位置比较特殊，垂直埋管位于地下车库地面以下，换热管干管道必须穿过柔性和刚性防水层后进入检查井。干管穿地面施工与总包方底板防水及底板结构施工同时进行。此处防水的处理是重要部位。由于底板位于地下10m深，因此原来采用常规钢性防水套管做法已经难以满足防水要求。此处做法，可参照穿墙柔性防水套管做法和后浇带防水做法，两种做法相结合可解决套管和管道之间防水问题。套管外壁防水做法采用柔性防水卷材上翻300mm卷烫及套管止水翼环可解决。套管与管道间防水做法采用常规柔性防水套管可解决。本工程底板下柔性防水套管共87个，套管下端升出垫层200mm，上端法兰盘露出结构底板。图6-12 地源热泵穿底板套管及防水做法图6-13基础防水完成做法套管施工时注意事项：1）防水套管在垫层施工前加以固定，在垫层浇筑时保证套管的稳固不倾斜。2）柔性防水卷材施工时，专门对套管部位的卷材施工加以强调，施工完毕后逐个检查，看防水卷材是否与套管粘结紧密牢固，是否有缝隙。3）底板钢筋施工时，注意套管、防水卷材的成品保护，确保套管不倾斜防水卷材不破坏。套管周围钢筋在不影响结构安全的条件下尽量远离套管，防止防水卷材的损坏。4）底板砼浇筑时首先要保证套管周围砼的密实度，第二要保证防水卷材的完整牢固。5）由于此部位管段垂直于底板，杂物很容易进入管路系统，管端的密封尤为重要，在土建单位施工时对管端的密封由专人进行不间断检查。6）在套管部位施工时，设专人对以上所提事项进行检查核实，如有隐患及时上报，在隐患没有消除的情况下不得进行下一工序的施工。7）阀门井、检查井砌筑完毕，开始分集水器的安装。分集水器在钻孔施工时进行现场制作。依照图纸的规格及数量按各区进行编号。分集水器加工完毕进行防腐处理，经质检员检查合格后对所有端口进行密封，防止杂物进入容器。按照各区的现场施工进度，对分集水器进行集中安装。安装时对安装部位进行组装，组装完毕，对未进行施工管端的密封情况进行再次检查，确保管端的密封良好。8）各区分集水器安装完毕，再次进行打压试验，试验方法同前一试验方法。6.4集分水器安装阀门井、检查井砌筑完毕，开始进行分集水器的