沈衛(wèi)東

(蘇州建筑工程監(jiān)理有限公司，江蘇 蘇州 215000)

地源熱泵系統(tǒng)工程分為三個：即埋地管換熱系統(tǒng)、地表水換熱系統(tǒng)和地下水換熱系統(tǒng)。地源熱泵埋地管施工工藝流程有兩種方法：一種施工工藝流程是先把基坑開挖完成后，再進(jìn)行垂直埋地管施工，然后再水平管施工；另一種施工工藝流程是先垂直埋地管施工完成后，再進(jìn)行把基坑開挖，然后再水平管施工。

這兩種施工工藝優(yōu)缺點：前一種施工工期較長，基坑暴露時間長，垂直井鉆孔深度比后一種較短，垂直外露管不宜被破壞。后一種施工工期較短，基坑暴露時間短，垂直井鉆孔深度比前一種工藝較長，基坑開挖垂直埋地管容易被破壞?，F(xiàn)在目前大多數(shù)采用先垂直埋地管施工、后進(jìn)行基坑開挖工藝方法。

1 地源熱泵埋地管存在的問題

地源熱泵埋地管存在的問題有多種因素所導(dǎo)致的。其中，（4M1E）即人、料、機(jī)、法、環(huán)是主要的五大因素。孔位、孔徑、孔深、孔斜、回填料、施工工藝地源熱泵地埋豎管施工的重要關(guān)鍵參數(shù)。

1.1 豎直埋地管孔井位存在偏差問題

1）豎孔井放線定位前，專業(yè)技術(shù)人員和定位放線人員對施工圖紙及周邊環(huán)境不熟悉、不了解導(dǎo)致定位放線偏移。

2）放線人員責(zé)任心不強(qiáng)，放線定位測量時沒有根據(jù)定位坐標(biāo)尺寸測量放線，而是一個緊挨著一個向一個方向測量定位，使后面的井位偏移。

3）由于換熱器豎直地埋管點位圖與建筑物基礎(chǔ)承臺有沖突，鉆井施工人員為了方便，隨意改變位置導(dǎo)致井位偏移。

1.2 豎直埋地管孔徑存在問題

換熱器豎井孔徑尺寸在施工中是最基本的要求，如果孔徑偏小了不但影響埋地?fù)Q熱器垂直下管困難導(dǎo)致埋地?fù)Q熱器損壞或?qū)o法下管，就算不影響埋地管換熱器下管，就會影響豎井回填灌漿不密實，導(dǎo)致豎井出現(xiàn)涌水、涌砂現(xiàn)象。影響孔徑尺寸有以下幾個方面：1）沒有根據(jù)地層條件、孔徑及孔深等選擇合理的鉆孔設(shè)備機(jī)械和施工工藝；2）在鉆孔機(jī)鉆孔施工當(dāng)由于地層內(nèi)的土質(zhì)有很多不一樣的，垂直井鉆進(jìn)過程中如果遇到易塌方的地層，護(hù)壁泥漿就要根據(jù)塌方實際情況對泥漿的粘密、度度要適當(dāng)加大一點；3）垂直鉆孔完畢并清孔完成后，由于材料貨源缺少沒有來得及及時下管，導(dǎo)致縮徑。

1.3 豎直埋地管孔垂直度存在問題

換熱器豎井孔的鉆孔垂直度好壞，直接影響埋地?fù)Q熱器下管順利與否，最為嚴(yán)重的是豎井孔傾斜率超過極限值，鉆孔機(jī)鉆頭在鉆進(jìn)過程中會危及到周邊已經(jīng)埋設(shè)好的地埋換熱器管道，使管道導(dǎo)致破壞而報廢。這樣會使導(dǎo)致空調(diào)制冷、制熱能效降低。

1）選配的鉆孔機(jī)械配備鉆桿數(shù)量不足，導(dǎo)致鉆孔深度不夠。

2）鉆孔完成后，鉆孔雖然深度達(dá)到了設(shè)計要求，但施工作業(yè)人員沒有按照規(guī)范要求進(jìn)行清孔，使孔井內(nèi)泥漿、碎石沉淀在孔井底內(nèi)，導(dǎo)致井孔深度不夠。

3）由于地層條件原因，在鉆進(jìn)時護(hù)壁泥漿密度和粘度配比不合理，引起孔壁塌方造成井孔深度不足。

4）本身埋地?fù)Q熱器管長度不夠或下管時沒有下到設(shè)計標(biāo)高，導(dǎo)致井孔深度不夠。

1.4 豎直埋地管孔回填存在問題

換熱器豎井孔回填料主要位于換熱器管和鉆孔井壁之間，主要用于周圍的巖土和換熱器的換熱，并且能夠防止豎井內(nèi)的水通過豎井向上涌出和地表面的水通過豎井向下滲透到迪內(nèi)，并且回填料的導(dǎo)熱系數(shù)也是影響換熱孔孔里面的熱阻重要的因數(shù)。因此，換熱孔回填質(zhì)量保證是有重要意義的。換熱孔回填存在問題主要有以下幾點：1）回填泥漿原材料采用不合格的材料（如：采用不合格的水泥、膨潤土，黃砂采用海砂等）；2）回填泥漿料的配合比導(dǎo)熱系數(shù)沒有根據(jù)當(dāng)?shù)氐貙訋r土的導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行做配合比或者回填泥漿料（黃砂：膨潤土：水泥）配合比制作隨意性；3）回填泥漿料沒做配合比，也沒做試塊，僅靠以往的經(jīng)驗來拌制泥漿作回填料，導(dǎo)致回填料導(dǎo)熱系數(shù)不滿足要求；4）換熱器豎井孔回填注漿不密實或不連續(xù)性，導(dǎo)致豎井孔滲漏，使導(dǎo)熱系數(shù)不達(dá)標(biāo)；5）注漿設(shè)備選型不匹配或注漿沒有達(dá)到設(shè)計標(biāo)高要求。也會導(dǎo)致導(dǎo)熱系數(shù)不達(dá)標(biāo)。

1.5 豎直埋地管換熱器存在的問題

豎直埋地管換熱器管及管件均埋于在土層當(dāng)中，因為土內(nèi)有很多有機(jī)生物，時間長了就會慢慢地把豎直埋地管換熱器管及管件腐蝕壞，為了能夠讓豎直埋地管換熱器管耐久性時間長一點，那我們就要采用耐腐蝕強(qiáng)、穩(wěn)定性好的材料。地源熱泵換熱器管內(nèi)通常是干凈的水為換熱介質(zhì)，所以換熱器管要有一定的壓力強(qiáng)度和剛度。換熱器豎直埋管一般存在以下幾點問題：1）豎直埋地管換熱器型號不符合設(shè)計及規(guī)范要求，壁厚厚度偏薄、耐壓強(qiáng)度不夠，抗腐蝕不強(qiáng)；2）豎直埋地管換熱器的彎管未采用U型的彎頭，而是采用直段管道煨制而成的。且管道長度采用接頭拼接制成的；3）管道在熱熔連接的時候由于加溫時間短或承插時沒有插到或采用電熔連接由于電壓調(diào)的太低或時間控制不準(zhǔn)確等情況導(dǎo)致接頭質(zhì)量不合格；4）換熱器管未做強(qiáng)度壓力試驗，或未按規(guī)定要求在保壓中進(jìn)行下管作業(yè)，導(dǎo)致受豎井壁或其他外力擠壓引起換熱器管管壁變形；5）下管過程中，由于施工作業(yè)人員操作不當(dāng)導(dǎo)致?lián)Q熱器U型支管移位靠近在一起，加重兩支管間的熱影響。

1.6 環(huán)路集管安裝存在的問題

環(huán)路集管作用主要是把豎直換熱器管按區(qū)域匯集在一根管道上，然后水平方向延伸到建筑基坑外，在引致觀窗井內(nèi)的分集水器上，形成一個循環(huán)回路。環(huán)路集管存在的問題原因有：1）溝槽開挖時，沒有根據(jù)地下水深度和表層土的性質(zhì)來確定溝槽開挖方案，導(dǎo)致溝槽坑壁塌方；2）管道安裝時，管道與溝槽底部間鋪設(shè)細(xì)沙偏少或未鋪設(shè)，導(dǎo)致降低熱能量；3）供水、回水環(huán)路集管與換熱管環(huán)路數(shù)不相等，導(dǎo)致水力不平衡。供水、回水兩環(huán)路集管安裝間距偏小，導(dǎo)致回、供水管之間的熱傳遞增大；4）環(huán)路集水管與管件相連接的型號不同，導(dǎo)致水管強(qiáng)度降低；5）管溝回填時，采用含有石塊或雜物等土回填導(dǎo)致集水管破裂損傷等。

2 地源熱泵埋地管的預(yù)防措施

由于地源熱泵系統(tǒng)土壤源換熱器均埋于建筑物基礎(chǔ)底板下方或綠化、道路地下內(nèi)，純屬于隱蔽工程，如果一旦出現(xiàn)了問題就看不見摸不著，那就難以維修更換甚至無法維修更換。因此，為了更具體分析地源熱泵埋地管的預(yù)防措施，下面以參與的某科教研發(fā)大樓實踐案例為研究對象。

2.1 工程概況

某科教研發(fā)大樓地源熱泵總有效井?dāng)?shù)為370口、分為8個區(qū)、井距為4.2m*4.2m、井徑為150mm，有效埋設(shè)深度為110m。地埋管換熱器采用垂直鉆孔的方式、垂直埋地管群井均布置于建筑物地下室筏板底下方。垂直埋管型式采用雙U型De25管，室外地?fù)Q熱器（包括U型理管及水平支管）采用聚乙烯管PE100（SDR11），承壓為1.0MPa。室外地?zé)釗Q熱器采用HDPE復(fù)合管（PE100），承壓1.0MPa；供回水水平環(huán)路集管相距600mm，各管由各自的水平連接管引至分、集水器。所有水平管均采用同程布置。另設(shè)有地溫監(jiān)測井3口。

2.2 具體預(yù)防措施分析

2.2.1 做好施工前的準(zhǔn)備工作

項目部組建進(jìn)場后應(yīng)盡快組織人員熟悉圖紙了解工地現(xiàn)場情況，并做好安全、技術(shù)交底工作；豎直埋地管井定位放線前，應(yīng)與基礎(chǔ)樁位布置圖核查對比是否有互相沖突，及時對圖紙進(jìn)行優(yōu)化并經(jīng)原設(shè)計單位確認(rèn)。定位放線采用GPS和水準(zhǔn)儀進(jìn)行測量放基準(zhǔn)點，并對豎直埋地管井位做好醒目標(biāo)記。

2.2.2 優(yōu)選鉆孔設(shè)備和施工工藝

豎直埋地管孔鉆探施工根據(jù)地層條件、孔徑及孔深等選擇合理的鉆孔設(shè)備機(jī)械和施工工藝。根據(jù)本項目地勘報告及蘇州地區(qū)的特點，地源熱泵垂直鉆孔施工采用“正循環(huán)”鉆進(jìn)方法進(jìn)行鉆孔。施工場地在鉆探設(shè)備進(jìn)場前應(yīng)先對施工場地進(jìn)行平整，要保證鉆探設(shè)備放置施工場地平穩(wěn)。能保證鉆探成孔率施工中應(yīng)注意以下要點。

1）起始管孔沖洗液宜采用泥漿進(jìn)行鉆進(jìn)，垂直孔剛剛開始鉆孔時先要慢慢地輕壓和慢慢轉(zhuǎn)并要把泵量控制好，當(dāng)垂直鉆孔機(jī)鉆孔進(jìn)入正常鉆進(jìn)的狀態(tài)工作下，然后再慢慢地逐漸加大鉆孔機(jī)的轉(zhuǎn)速和鉆孔機(jī)鉆壓力。

2）鉆進(jìn)在正常的情況過程中，鉆孔機(jī)的鉆進(jìn)速度、鉆孔機(jī)鉆進(jìn)參數(shù)應(yīng)合理控制好的同時，還應(yīng)嚴(yán)格控制排碴的質(zhì)量。操作過程中對起重滑輪組鋼繩和水龍帶的松緊度也一定要掌握好，避免減少晃動影響成孔質(zhì)量。

3）在鉆孔機(jī)鉆孔施工當(dāng)由于地層內(nèi)的土質(zhì)有很多不一樣的，垂直井鉆進(jìn)過程中如果遇到易塌方的地層，護(hù)壁泥漿就要根據(jù)塌方實際情況對泥漿的粘密、度度進(jìn)行加大，防止塌孔確保成孔一次成型。

4）在加接鉆桿時，應(yīng)先要提高鉆孔的鉆頭，鉆頭離孔底的距離要大于20cm以上左右，再等泥漿循環(huán)3min時間后，然后再吧接頭擰卸下來再加接另一根鉆桿。

5）施工過程中鉆孔機(jī)如果鉆進(jìn)遇到異常情況下，應(yīng)立即叫現(xiàn)場施工人員關(guān)停鉆孔機(jī)械并派人馬上查找原因。原因找到后及時對查找出來的問題進(jìn)行處理，處理完畢后才可以繼續(xù)鉆進(jìn)。

6）鉆孔機(jī)鉆孔深度達(dá)到設(shè)計標(biāo)高后，要對孔的深度用吊繩進(jìn)行測量是否滿足設(shè)計要求深度，垂直孔的深度要比埋地?fù)Q熱管有效深度深2m以上，確保垂直換熱管埋管下管時能滿足設(shè)計深度要求。

7）由于豎直埋地管孔相互間距較近，深度較深。因此，豎直埋地管孔鉆機(jī)鉆孔施工時，應(yīng)合理布置機(jī)位及施工方向，一般是從環(huán)路集水管至窗井的方向進(jìn)行施工，豎直埋地管孔的孔斜率必須保證在1.5%以內(nèi)，鉆機(jī)鉆桿應(yīng)確保垂直度，這樣才能確保豎直埋地管孔的傾斜度，而不會影響到周邊已經(jīng)埋設(shè)好的地埋換熱器管道。

2.2.3 豎直埋地管換熱器下管及回填

1）豎直換熱器埋地管進(jìn)場后在下管前要對豎直換熱器埋地管進(jìn)行水壓試驗。試壓合格后將關(guān)內(nèi)的壓力按照設(shè)計及規(guī)范要求降到一定的壓力值進(jìn)行保壓。保壓時間要保到下管結(jié)束和環(huán)路集水管溝槽開挖結(jié)束為止，主要目的是：一是可以觀察管道下管時是否有損壞，如果下管時壓力下降表示管道可能已損壞，如果壓力沒有下降表示管道正常完好。另外可防止受豎井壁或其他外力擠壓引起換熱器管管壁變形。

2）下管前，鉆桿端頭上安裝個反卡器具然后將U型彎管頭卡在反卡器，再用鉆桿慢慢地向垂直孔內(nèi)推入換熱器埋地管；下管過程中對管道下管速度一定要掌握好，不能過快也不能過慢，在連接鉆桿時要保證一個方向不能讓鉆桿旋轉(zhuǎn)，防止換熱器U型支管扭曲在一起，導(dǎo)致兩支管間的熱影響。

3）垂直埋地管下到設(shè)計深度位置后，要慢慢地拔起鉆桿（拔桿不宜過快），并進(jìn)行注漿回填。

4）回填漿料的配合比導(dǎo)熱系數(shù)要根據(jù)當(dāng)?shù)氐貙訋r土的導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行做配合比試塊?；靥顫{料要通過試驗測試導(dǎo)熱系數(shù)要大于等于原地層綜合導(dǎo)熱系數(shù)。

5）為保證埋地?fù)Q熱器井孔內(nèi)注漿能達(dá)到密實度和注漿的連續(xù)性，井孔回填注漿通過注漿泵空心鉆桿把攪拌好回填漿料注入到井內(nèi)，確保注漿質(zhì)量注漿時對注漿速度以及注漿管的長度要控制好。直到漿液從地面涌出后才可以停止對孔內(nèi)進(jìn)行不注漿并將灌漿管拔出，同時固定管口。注漿完成后，豎直埋地管內(nèi)的壓力應(yīng)不少于1h的時間保壓。

6）注漿要進(jìn)行分次注漿，防止注漿導(dǎo)致垂直換熱器管上浮。第一次注漿高度為換熱器U型管底平，第二次注漿高度為換熱器總高度的0.5H處，第三次注漿高度為換熱器總高度的0.25H處，最后注漿至孔口位置平，待灌注完成后，采用人工將用黃砂回填對孔口進(jìn)行封堵。

2.2.4 環(huán)路集水管及溝槽回填

1）溝槽開挖前應(yīng)根據(jù)地下水深度和表層土的性質(zhì)做好溝槽開挖方案。水平環(huán)路集水管管溝挖到溝底設(shè)計標(biāo)高要預(yù)留出一定厚度的土層，預(yù)留部分的土層在管道敷設(shè)前根據(jù)圖紙設(shè)計標(biāo)高安排人工進(jìn)行人工開挖至設(shè)計標(biāo)高，并做好保護(hù)措施，防止破壞豎直埋地管管頭。

2）管道安裝前，溝槽底部細(xì)沙必須要滿鋪并壓實，厚度要保證；供水水平環(huán)路集管和回水水平環(huán)路集管與垂直埋地?fù)Q熱管環(huán)路數(shù)應(yīng)要相等，保持水力平衡；供水、回水兩環(huán)路集管安裝間距偏小，導(dǎo)致兩管之間的熱傳遞增大。

3）管材和管件的級別、牌號要相等，管道熱熔承插深度必須要滿足廠家技術(shù)說明要求，承插要保證粘合度承口端部凸出的緣環(huán)要均勻。

4）管溝回填應(yīng)用無磚塊、無雜物的原土回填，并分層壓實至設(shè)計標(biāo)高。

3 埋地管水壓試驗與清洗

地源熱泵埋地管水壓試驗一般分四次試驗，第一次試驗是在豎直埋地管插入井孔前進(jìn)行。第二次試驗時間是等每個區(qū)域的水平環(huán)路集管與每個區(qū)域的豎直埋地管連接環(huán)通后完成后進(jìn)行對逐個區(qū)域的第二次水壓試驗，試壓過程中仔細(xì)檢查每個連接的接頭有無滲漏，如無滲漏在進(jìn)行土方回填。第三次試驗時間是在等每個區(qū)域的環(huán)路集管匯集管與每個區(qū)域分集水器連接完成后進(jìn)行對逐個區(qū)域的第三次水壓試，試驗結(jié)束合格后在進(jìn)行土方回填，第四次試驗時間是在地源熱泵埋地管換熱系統(tǒng)安裝全部結(jié)束后，并且對每條管道沖洗結(jié)束后，再進(jìn)行做地源熱泵埋地管換熱系統(tǒng)最后一次（第四次）水壓試驗壓力。第一次試驗壓力不小于10kg試驗壓力，穩(wěn)壓不少于15min，穩(wěn)壓的壓力降不得大于試驗壓力的百分之三十；第二、三、四次試驗壓力各不小于3kg，第二次試驗壓力穩(wěn)壓時間不的小于0.5h，穩(wěn)壓壓力降不得大于試驗壓力的30%，第三次試驗壓力穩(wěn)壓不得小于120min，且沒有出現(xiàn)滲漏的現(xiàn)象為合格，第四次試驗壓力穩(wěn)壓時間不得小于12h，穩(wěn)壓壓力降不大于試驗壓力的30%，且不滲不漏為合格。

每個區(qū)域管道進(jìn)行分段試壓合格結(jié)束后進(jìn)行對地源熱泵埋地管換熱系統(tǒng)整條管道沖洗和消毒，沖洗管道水要用無雜質(zhì)清潔的水。沖洗流速不小于1.0m/s，沖洗出來的水要與進(jìn)水的清潔度相一致為合格。

4 結(jié)語

地源熱泵換熱器埋地管均施工于建筑物基礎(chǔ)底板下方和綠化、道路地下內(nèi)，純屬于隱蔽工程。其施工具有一次性、不可逆行的特點。因此，在施工安裝過程中每一個環(huán)節(jié)都要進(jìn)行質(zhì)量控制，重點從地源熱泵埋地管施工過程存在的問題隱患入手，提出針對性的有效預(yù)防措施，確保埋地管換熱器最終的有效性能。