承載式施工樁的製作方法

2023-08-10 01:42:41

專利名稱：承載式施工樁的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種在承載式施工樁(load bearing construction pile)組件中或者關於承載式施工樁組件的改進，並且尤其涉及在由多個該承載式施工樁組件構成的承載式施工樁裝置中的改進或關於它的改進。
背景技術：
多年以來，對於作為用於建造目的的支撐結構而使用的樁已經提出很多建議。這 些樁的大致的長度可以根據其所打入的土地的性質以及其必須支撐的結構的性質來確定。關於在此使用的術語「結構」，它的含義是任何形式的住宅、辦公室或類似物以及用於支撐住宅、辦公室或類似物的地梁(ground beam)或者類似的結構。同樣眾所周知的是，可利用樁來回收「深層地熱」的熱量。然而，隨著對追求能效更高的結構的新建築(例如房屋和類似物)的重視，需要利用所有可用的能量源，即「地源」熱。

發明內容
因此，本發明的承載式施工樁組件和裝置試圖在上層土地中(即地面的5到10米內，更具體的是地面的6米內)回收和/或儲存熱量。當希望降低結構的溫度時，承載式施工樁組件和裝置還可以用於「排熱」。另外，該組件和裝置可用於在例如沙漠環境中獲取和儲存「涼氣」，在沙漠環境中寒冷的夜晚溫度用於降低地面的溫度，由此，這種「涼氣」可以被回收以降低結構在白天的高溫。為了滿足提供結構支撐以及儲存和回收熱量的途徑的以上要求，本發明適時地提出一種承載式施工樁組件，其包括樁；支撐歧管，位於樁的上端，歧管被設置成在使用時對以上所限定的結構提供支撐。該樁可以是打入樁，其通過打樁機的移動力被打入土地中。可替代地，該樁可以是螺旋樁，其通過旋轉力(可選地藉助移動力)而被打入到土地中。為方便起見，在下文中，本發明將參考螺旋樁進行描述；然而，應理解本發明並不限於該實施例。優選地，支撐歧管設有上表面，所述上表面適於確保在其上支撐的結構的側向穩定。適當地，螺旋樁包括外管和內管，外管連接到支撐歧管的第一埠，內管連接到支撐歧管的第二埠。在由本發明提出的一個優選的實施例中，螺旋樁容納位於其下端部處的渦旋歧管(vortex manifold),潤旋歧管包括用於內管的下端部的部位,該部位在周向壁中設有多個開口，所述多個開口用於與設置在渦旋歧管中的徑向通道相連。優選地，螺旋樁包括位於外管與內管之間的至少一個頸環，所述至少一個頸環中的每一個均包括位於內管的外壁上的圓環，所述至少一個頸環中的每一個還包括從圓環朝向外管的內壁表面向外延伸的一系列螺旋件。
在本發明的優選的實施例中，外管包括上端法蘭，外管藉助上端法蘭固定到支撐歧管，外管包括位於其下端部的蓋，外管和下端蓋均由鋼製成，同時管的端部具有與端蓋的螺紋孔接合的螺紋。適當地，支撐歧管由塑料合成物模製成能夠承受超過225kN的安全工作負載。優選地，用於支撐歧管的塑料合成物是鑄型尼龍(cast nylon)或碳纖維加強高分子合成物。適當地，本發明提出一種承載式施工樁裝置，其包括根據之前九個段落所述的承載式施工樁組件。優選地，多個支撐歧管的上表面設置成相互對齊，或大致相互對齊，用於支撐以上所限定的結構。本發明還適當地提出一種施工樁組件，包括外管、內管和位於其下端部的渦旋歧 管，所述渦旋歧管包括用於內管的下端部的部位，所述部位在周向壁中設有多個開口，所述多個開口用於與設置在渦旋歧管中的徑向通道相連。優選地，施工樁組件包括位於外管與內管之間的至少一個頸環，所述至少一個頸環中的每一個均包括位於內管的外壁上的圓環,所述至少一個頸環中的每一個還包括從圓環朝外管的內壁表面向外延伸的螺旋件。適當地，外管包括上端法蘭，所述上端法蘭在使用時用於附連到如在此所限定的結構，外管還包括位於其下端部的端蓋，並且優選地外管和下端蓋均由鋼製成，外管的端部具有與端蓋中的螺紋孔接合的螺紋。在優選的施工樁組件中，外管設有位於其外壁上的一系列螺旋葉片，用以在使用時便於將施工樁安裝在土地中。本發明還提出一種用之前兩個段落中的承載式施工樁裝置來回收地熱的方法，該方法包括如在此所限定的處於低溫的傳熱流體被向下泵送通過螺旋樁的內管而穿過渦旋歧管，在該處使流體沿螺旋形路線旋動並且在螺旋樁的內管與外管之間上升，當流體穿過位於內管與外管之間的至少一個頸環的螺旋件時，使流體在內管與外管之間旋動上升，同時流體與周圍的土地進行傳熱，然後處於較高溫度的流體穿過支撐歧管的第一埠並且進入到熱交換器、熱泵或者用於回收的其它儲存設備。在本發明的進一步開發中，提出一種用在此公開的承載式施工樁裝置來儲存地熱的方法，該方法包括如在此所限定的處於高溫的傳熱流體被向下泵送通過螺旋樁的外管而穿過位於內管與外管之間的至少一個頸環的螺旋件，流體因通過外管的壁向周圍土地放出其熱量而使流體的溫度降低，此後，流體穿過渦旋歧管並且上升通過承載式施工樁裝置的內管，從而穿過支撐歧管的第二埠到達熱交換器、熱泵或用於回收的其它儲存設備。


下面通過結合附圖的詳細描述以實例來說明本發明。圖I是本發明的一個方案的示意性立體圖；圖2是在圖I中示出的其中一個元件的示意性立體圖；圖3是圖2的上部元件的平面圖；圖4是沿圖3的線IV - IV截取的剖視圖5是沿圖3的線V - V截取的剖視圖；圖6是本發明的渦旋歧管的平面圖；圖7是圖6中示出的渦旋歧管的側視圖；圖8是圖6和圖7中示出的渦旋歧管的示意性立體圖；圖9是本發明的蓋元件的剖視圖；圖10是圖9中示出的元件的平面圖；圖11是圖9和圖10中示出的蓋的示意性立體圖；圖12是外管和內管以及位於它們之間的頸環的局部剖開的側視圖；
圖13是圖12中示出的頸環的側視圖；圖14是圖13中示出的頸環的平面圖；圖15至圖17示出了用於圖6的渦旋歧管的第一改型結構；以及圖18和圖19示出了用於圖6的渦流結構的第二改型結構。
具體實施例方式通常，本發明的承載式施工樁裝置2包括多個承載式施工樁組件4，見圖I。在該實施例中，每個承載式施工樁組件4通常包括螺旋樁6 ;支撐歧管8，其位於螺旋樁6的上端10處，用於為諸如地梁12等結構提供支撐，見圖1，螺旋樁6還包括朝向螺旋樁6的下端13的三個傳統的螺旋件(part helices) 11 (見圖2)。具體地,每個螺旋樁6均包括外管14和內管16,並且該外管14和內管16分別連接到支撐歧管8的第一埠 18和第二埠 20，見圖4和圖5。螺旋樁6在其上端10處通過八角形法蘭22連接到支撐歧管8，同時其的插端(spigot) 24容納在支撐歧管8的孔26中，見圖4和圖5。八角形法蘭22可通過粘膠劑或諸如螺栓(未圖示)等另一方式固定到支撐歧管8。支撐歧管8的第一埠 18設有入口管/出口管28，其用途將在下文描述。同樣地，支撐歧管8的第二埠 20設有入口管/出口管30，其用途將在下文描述，見圖3、圖4和圖5。螺旋樁6在其下端13處容納渦旋歧管32，該渦旋歧管對內管16的下端部16a提供支撐，該下端部16a設有位於內管16的周向壁16c中的多個開口 16b,見圖7,其中下端部16a、開口 16b和周向壁16c僅以點劃線示出。管16的開口 16b設置為與渦旋歧管32的渦流通道34 —致，其目的將在下文描述，見圖7。螺旋樁6的外管14通過坐落於渦旋歧管32的尖頭蓋38而在下端36處閉合，該尖頭蓋38包括用於容納外管16的螺紋下端42的螺紋孔40，見圖7、圖9、圖10和圖11。螺旋樁6還設有位於外管14與內管16之間的頸環44，見圖12。頸環44可具有多個，並且包括處於內管16的外壁16a上的圓環46，見圖12、圖13和圖14。頸環44的圓環46具有從圓環46向外輻射的六個螺旋件48，同時其徑向外端50位於靠近外管14的內壁表面14a處，見圖12，其中外管14以點劃線示出。在利用承載式施工樁裝置2來回收地熱的方法中，如此處所限定的處於低溫的傳熱流體被向下泵送通過螺旋樁6的內管16而穿過渦旋歧管32，在該處使流體沿螺旋形路線旋動，並且在螺旋樁6的外管14與內管16之間上升，當流體穿過位於內管16與外管14之間的頸環44的螺旋件48時，使流體向上旋動，同時流體與周圍的土地進行傳熱，然後處於較高溫度的流體穿過支撐歧管8的第一埠 18並且進入到熱交換器、熱泵或者用於回收的其它儲存設備(未不出)。在本發明的進一步開發中，提出一種使用在此公開的承載式施工樁裝置2來儲存地熱的方法，該方法包括如此處所限定的處於高溫的傳熱流體被向下泵送通過螺旋樁6的外管16而穿過位於內管16與外管14之間的頸環44的螺旋件48，同時流體因通過外管14的壁14b向周圍土地放出其熱量而使流體的溫度降低，此後，流體穿過渦旋歧管32並且上升通過承載式施工樁裝置2的內管16，從而穿過支撐歧管8的第二埠 20到達熱交換器、熱泵或用於回收的其它儲存設備(未示出)。相似的系統方法可用於如之前所描述的「排熱」或獲取「涼氣」。本發明的螺旋樁大約6m長，並且設計為能夠承受超過225kN的安全工作負載。 為此，外管14、其法蘭22及端蓋38均由鋼製成。螺旋樁的長度可超過6m，以便適合其將要支撐的構造的要求以及其所打入的下層土的性質。因此，本發明可設置12m或更長的螺旋樁。支撐歧管8由鑄型尼龍或碳加強高分子合成物製成；然而，可採用能夠為承載式施工樁裝置2的支撐歧管8提供所需的操作強度的任何合適的高分子合成物。螺旋樁6的內管16可由鋼製成，雖然它們也可由具有所要求的強度和持續使用超過施工樁裝置2所支撐的結構的壽命的耐久度的高分子合成物製成。可以想到，本發明可包括位於由承載式施工樁裝置2支撐的結構中的任何熱源，例如該結構可包括熱交換器、熱泵、太陽能電池板或者本發明可採用的用於回收熱和/或儲存熱的任何其它資源。本發明還提供一種施工樁組件，其包括外管14、內管16、法蘭22、渦旋歧管32、頸環44和端蓋38。在改型的施工樁組件中，外管14設有位於其外壁上的一系列螺旋葉片，以便在使用時協助施工樁組件在土地中進行安裝。在渦旋歧管32的第一改型結構中，內管16的下端16a設有六個相等間隔的徑向狹槽60，其在使用中適於容納在設置於下端蓋64中的六個徑向凹槽62中，見圖15到圖17。當下端蓋64附接到內管16的下端16a時，由於徑向狹槽60比凹槽62長，所以為流體提供了多個路徑，以使流體沿螺旋形路線旋動並分別在螺旋樁的內管16與外管14之間上升。在渦旋歧管32的第二改型結構中，適於被容納在內管16a的下端16a與下端蓋74之間的頸環70在頸環70的外壁表面上設有六個相等間隔的螺旋壁72，由此，當第二改型結構在使用時，為流體提供了多個路徑，以使流體沿徑向路線旋動並且分別在螺旋樁的內管16與外管14之間上升。當在此使用時，術語「傳熱流體」可以是水、乙醇和/或乙二醇的水/防凍劑混合物、或者氣體(例如二氧化碳)。在本發明的範圍內，可做出其它改型方案。冠詞「一個」和「一」在這裡用於表示「至少一個」，除非上下文另有要求。
權利要求
1.一種承載式施工樁組件，包括樁；支撐歧管，位於所述樁的上端處，所述歧管被設置成在使用時對以上所限定的結構提供支撐。
2.根據權利要求I所述的承載式施工樁組件，其特徵在於，所述支撐歧管設有上表面，所述上表面適於確保在其上支撐的結構的側向穩定。
3.根據權利要求I和2中任一項所述的承載式施工樁組件，其特徵在於，所述樁包括外管和內管，所述外管連接到所述支撐歧管的第一埠，所述內管連接到所述支撐歧管的第二埠。
4.根據權利要求3所述的承載式施工樁組件，其特徵在於，所述樁容納位於其下端部處的渦旋歧管，所述渦旋歧管包括用於所述內管的下端部的部位，該部位在周向壁中設有 多個開口，所述多個開口用於與設置在所述渦旋歧管中的徑向通道相連。
5.根據權利要求3和4中任一項所述的承載式施工樁組件，其特徵在於，所述樁包括位於所述外管與所述內管之間的至少一個頸環，所述至少一個頸環中的每一個均包括位於所述內管的外壁上的圓環，所述至少一個頸環中的每一個還包括從所述圓環朝向所述外管的內壁表面向外延伸的一系列螺旋件。
6.根據權利要求3到5中任一項所述的承載式施工樁組件，其特徵在於，所述外管包括上端法蘭，所述外管藉助所述上端法蘭固定到所述支撐歧管。
7.根據權利要求3到6中任一項所述的承載式施工樁組件，其特徵在於，所述外管包括位於其下端部的蓋。
8.根據權利要求7所述的承載式施工樁組件，其特徵在於，所述外管和所述下端蓋均由鋼製成，所述管的端部具有與所述端蓋的螺紋孔接合的螺紋。
9.根據先前任一項權利要求所述的承載式施工樁組件，其特徵在於，所述支撐歧管由塑料合成物模製成能夠承受超過225kN的安全工作負載。
10.根據權利要求9所述的承載式施工樁組件，其特徵在於，用於所述支撐歧管的塑料合成物是鑄型尼龍或碳纖維加強高分子合成物。
11.一種承載式施工樁裝置，包括根據先前任意權利要求所述的多個承載式施工樁組件。
12.根據權利要求11所述的承載式施工樁裝置，其特徵在於，多個所述支撐歧管的上表面設置成相互對齊，或大致相互對齊，用於支撐如上所限定的結構。
13.根據權利要求3所述的承載式施工樁，其特徵在於，所述樁容納位於其下端部的渦旋歧管，所述渦旋歧管包括多個徑向狹槽，所述多個徑向狹槽由在所述內管的下端部中形成的徑向壁所界定，所述徑向壁固定地容納在設置於所述施工樁的下端蓋中的凹槽中。
14.根據權利要求13所述的承載式施工樁，其特徵在於，所述徑向壁以及由此的所述徑向狹槽比所述凹槽的深度更長，從而為流體提供了多個路徑，當所述樁在使用時，流體在所述施工樁的內管與外管之間旋動上升。
15.根據權利要求3所述的承載式施工樁，其特徵在於，所述樁容納位於其下端部的渦旋歧管，所述渦旋歧管包括位於所述內管的下端與所述施工樁的端蓋之間的頸環，所述頸環設有位於其外壁表面上的多個間隔的螺旋壁，由此當所述施工樁在使用時，為流體提供了多個路徑，以便流體在所述施工樁的內管與外管之間旋動上升。
16.—種施工樁組件,包括外管、內管和位於其下端部的渦旋歧管,所述渦旋歧管包括用於所述內管的下端部的部位，所述部位在周向壁中設有多個開口，所述多個開口用於與設置在所述渦旋歧管中的徑向通道相連。
17.根據權利要求16所述的施工樁組件，其特徵在於，所述樁包括位於所述外管與所述內管之間的至少一個頸環，所述至少一個頸環中的每一個均包括用於位於所述內管的外壁上的圓環，所述至少一個頸環中的每一個還包括從所述圓環朝所述外管的內壁表面向外延伸的一系列螺旋件。
18.根據權利要求16和17中任一項所述的施工樁組件，其特徵在於，該外管包括上端法蘭，所述上端法蘭在使用時用於附連到如在此所限定的結構，所述外管還包括位於其下端部的端蓋。
19.根據權利要求18所述的施工樁組件，其特徵在於，所述外管和所述下端蓋均由鋼製成，所述外管的端部具有與所述端蓋中的螺紋孔接合的螺紋。
20.根據先前任意權利要求所述的施工樁組件，其特徵在於，所述樁是螺旋樁。
21.一種用權利要求11和12所述的承載式施工樁裝置來回收地熱的方法，該方法包括處於低溫的傳熱流體被向下泵送通過所述樁的內管而穿過所述渦旋歧管，在所述渦旋歧管處使流體沿螺旋形路線旋動並且在所述樁的內管與外管之間上升，當流體穿過位於所述內管與所述外管之間的至少一個頸環的螺旋件時，使流體在所述內管與所述外管之間旋動上升，而且流體與周圍的土地進行傳熱，然後處於較高溫度的流體穿過所述支撐歧管的第一埠並且進入到熱交換器、熱泵或者用於回收的其它儲存設備。
22.—種用權利要求11和12所述的承載式施工樁裝置來儲存地熱的方法，該方法包括處於高溫的傳熱流體被向下泵送通過所述樁的外管而穿過位於所述內管與所述外管之間的至少一個頸環的螺旋件，流體因通過所述外管的壁向周圍土地放出其熱量而使流體的溫度降低，此後，流體穿過所述渦旋歧管並且上升通過所述承載式施工樁裝置的內管，從而穿過所述支撐歧管的第二埠到達熱交換器、熱泵或用於回收的其它儲存設備。
全文摘要
本發明提出一種承載式施工樁裝置(2)，包括多個承載式施工樁組件(4)，每個承載式施工樁組件均包括樁(6)，所述樁設有位於其上端(10)處的支撐歧管(8)。每個樁(6)均包括外管(14)和內管(16)，當組件(4)在使用時，在外管與內管之間提供用於流體的路徑，流體從上方被泵送向下通過內管(16)而到達渦旋歧管(32)，在該處使流體在向上經過內管(16)與外管(14)之間以前發生旋動。當流體向上經過管(14)與管(16)之間時，通過至少一個頸環(44)同樣使流體旋動，所述頸環包括固定地安裝在管(16)上的圓環(46)，所述圓環具有螺旋件(48)，當流體向上經過管(14)與管(16)之間時，所述螺旋件使流體繼續旋動。在使用時，承載樁裝置能夠用於回收來自周圍的土地的熱量；在周圍的土地中儲存熱量；或者儲存涼氣，尤其是在沙漠地區。
文檔編號E02D27/16GK102770602SQ201180011227
公開日2012年11月7日 申請日期2011年2月25日 優先權日2010年2月25日
發明者尼古拉斯·詹姆斯·溫考特, 史蒂芬·詹姆斯·雷德 申請人:尼古拉斯·詹姆斯·溫考特, 史蒂芬·詹姆斯·雷德