一种被动增温PHC管桩抗冻胀冻拔装置

本发明属于冻土建筑施工，具体涉及一种被动增温phc管桩抗冻胀冻拔装置。

背景技术：

1、近年来，黑龙江省大庆市充分利用地域光照充足的优势，建设集中式光伏发电站，其多采用phc管桩作为太阳能电池板的支撑底架。大庆市年平均气温4.2 ℃，最冷月平均气温-18.5 ℃，冬季气候寒冷，土壤冻结能力强，冻结深度较大，最大冻结深度可达2 m，属于典型的季节冻土区。因土壤冻结、融化导致的phc管桩冻胀、冻拔等工程病害较为明显，严重影响着光伏电站的生产安全和发电效率。冻土层下方的不冻层土壤温度高于冻结温度，目前对于利用不冻层中的热量提高冻土层温度，以此减轻phc管桩冻胀冻拔的技术较少。因此，利用不冻层土壤热量实现phc管桩周域土壤被动增温，解决phc管桩冻胀冻拔病害的问题尤为重要。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种被动增温phc管桩抗冻胀冻拔装置，弥补了现有技术的不足，其能够通过利用冻土层下方不冻层土壤中的热量提高冻土层的温度，有效避免季节冻土区土壤冻胀、冻拔、不均匀起伏等工程病害的产生。

2、本发明采用的技术方案为：一种被动增温phc管桩抗冻胀冻拔装置，抗冻胀冻拔装置包括埋于地表以下的传热阵列和传热阵列上方的保温结构；所述传热阵列由若干组传热组件组成，传热组件围绕phc管桩圆周均布排列；传热组件由热管和三角星形连接架组成，热管由相互连通的蒸发段和冷凝段组成，冷凝段位于于冻土层内，蒸发段位于不冻层内；三角星形连接架由中心金属架和金属固定块组成，所述热管通过金属固定块、螺栓和螺母安装在中心金属架上，热管和金属固定块之间设有橡胶垫片；所述保温结构由聚氨酯保温板和包裹在聚氨酯保温板的外包层组成。

3、进一步的，所述传热阵列的传热组件数量不少于3组，根据现场使用情况也可为一组单独使用。

4、进一步的，所述传热组件的数量为6组。

5、进一步的，所述传热组件与phc管桩的距离为0-300 mm。

6、进一步的，所述传热组件与phc管桩的距离为150 mm。

7、进一步的，所述冷凝段外表面设有有高度为5 mm的圆锥形翅片，用于扩展换热面积增强热量传递能力；热管的工作介质、长度和直径并不唯一，可根据实际负荷计算确定。

8、进一步的，所述保温结构设置于传热阵列正上方的地表处，其铺设形状可为方形或圆形，其边长或直径比传热阵列的直径长至少300 mm，若相邻两根phc管桩之间的距离小于所述保温结构的尺寸，则保温结构可连续平铺；保温结构的外包层应选用具有抗压、阻燃效果的材料。

9、进一步的，所述热管的表面做防腐处理。

10、进一步的，所述三角星形连接架的3个分支圆周均布，每个分支上可布置一个热管，其尺寸应根据热管的长度、半径和影响范围进行调整。

11、进一步的，所述三角星形连接架材质为不锈钢。

12、进一步的，传热组件蒸发段安装于不冻层，通过热管元件内部的工作介质蒸发吸收不冻层的热量并传递到冷凝段，冷凝段安装于冻土层，通过内部的工作介质冷凝放出热量，加热冻土层，提高冻土层温度。

13、本发明的有益效果：提供了一种被动增温phc管桩抗冻胀冻拔装置，弥补了现有技术的不足，其能够通过利用冻土层下方不冻层土壤中的热量提高冻土层的温度，有效避免季节冻土区土壤冻胀、冻拔、不均匀起伏等工程病害的产生。其主要优点如下：

14、（1）、传热组件蒸发段吸收不冻层热量并传递到冷凝段，由冷凝段加热冻土层，并由保温结构对土壤进行保温，使冻土层始终处于净吸热状态，内部热量不断累积，实现土壤均匀、平整维温，从而达到避免季节冻土区phc管桩冻胀、冻拔等工程病害的目的；

15、（2）、本装置的结构形式简单，且能够自主循环，不需要采用动力元件，充分利用不冻层土壤中的热量，有效节约能源消耗，安装在野外等复杂环境中，不易发生故障，维护成本低，具有很好的稳定性。

16、（3）、本装置具有安装便捷、施工方式简单、成本低等特点，可对既有管桩设施进行直接加装，不改变原有的工程结构，避免过多消耗人力物力资源。

技术特征：

1.一种被动增温phc管桩抗冻胀冻拔装置，其特征在于：抗冻胀冻拔装置包括埋于地表以下的传热阵列（3）和传热阵列（3）上方的保温结构（2）；所述传热阵列（3）由若干组传热组件（4）组成，传热组件（4）围绕phc管桩（1）圆周均布排列；传热组件（4）由热管（5）和三角星形连接架（6）组成，热管（5）由相互连通的蒸发段（10）和冷凝段（9）组成，冷凝段（9）位于于冻土层（11）内，蒸发段（10）位于不冻层（12）内；三角星形连接架（6）由中心金属架（13）和金属固定块（14）组成，所述热管（5）通过金属固定块（14）、螺栓（15）和螺母（16）安装在中心金属架（13）上，热管（5）和金属固定块（14）之间设有橡胶垫片（17）；所述保温结构（2）由聚氨酯保温板（7）和包裹在聚氨酯保温板（7）的外包层（8）组成。

2.根据权利要求1所述的一种被动增温phc管桩抗冻胀冻拔装置，其特征在于：所述传热阵列（3）的传热组件（4）数量不少于3组。

3.根据权利要求2所述的一种被动增温phc管桩抗冻胀冻拔装置，其特征在于：所述传热组件（4）的数量为6组。

4.根据权利要求3所述的一种被动增温phc管桩抗冻胀冻拔装置，其特征在于：所述传热组件（4）与phc管桩（1）的距离为0-300 mm。

5.根据权利要求1所述的一种被动增温phc管桩抗冻胀冻拔装置，其特征在于：所述传热组件（4）与phc管桩（1）的距离为150 mm。

6.根据权利要求1所述的一种被动增温phc管桩抗冻胀冻拔装置，其特征在于：所述冷凝段（9）外表面设有有高度为5 mm的圆锥形翅片（18）。

7.根据权利要求1所述的一种被动增温phc管桩抗冻胀冻拔装置，其特征在于：所述保温结构（2）设置于传热阵列（3）正上方的地表处，其铺设形状可为方形或圆形，其边长或直径比传热阵列（3）的直径（19）长至少300 mm。

8.根据权利要求1所述的一种被动增温phc管桩抗冻胀冻拔装置，其特征在于：所述热管（5）的表面做防腐处理。

9.根据权利要求1所述的一种被动增温phc管桩抗冻胀冻拔装置，其特征在于：所述三角星形连接架（6）的3个分支圆周均布，每个分支上可布置一个热管（5）。

10.根据权利要求1所述的一种被动增温phc管桩抗冻胀冻拔装置，其特征在于：所述三角星形连接架（6）材质为不锈钢。

技术总结
本发明属于冻土建筑施工技术领域，具体涉及一种被动增温PHC管桩抗冻胀冻拔装置，包括埋于地表以下的传热阵列和传热阵列上方的保温结构；传热阵列由若干组传热组件组成，传热组件围绕PHC管桩圆周均布排列；传热组件由热管和三角星形连接架组成，热管由相互连通的蒸发段和冷凝段组成，冷凝段位于于冻土层内，蒸发段位于不冻层内；三角星形连接架由中心金属架和金属固定块组成，所述热管通过金属固定块、螺栓和螺母安装在中心金属架上，热管和金属固定块之间设有橡胶垫片；所述保温结构由聚氨酯保温板和包裹在聚氨酯保温板的外包层组成。有效避免季节冻土区土壤冻胀、冻拔、不均匀起伏等工程病害的产生。

技术研发人员：吴洋洋,李栋,付海朋,王伦,罗厅,赵雪峰,庞志庆,孟岚,付世博
受保护的技术使用者：东北石油大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15