1、土壤源熱泵空調實用指南第2章地源熱泵地質勘查2.1地質勘查的基本準則2.1.1勘查等級（一）勘查等級的劃分根據地質環境條件復雜程度與建設項目重要性，地源熱泵地質勘查分為三級,其劃分如表2.1所示。表2.1地源熱泵系統地質勘查分級表項目重要性地質環境條件復雜程度復雜中等簡單重要建設項目一級一級二級較重要建設項目一級二級三級一般建設項目二級三級三級（二）項目重要性分級地源熱泵空調系統建設項目的重要性根據供熱面積和項目性質綜合確定，具體按表2.1.2;同一建設項目包含不同工程類型子項時，應以其中重要性分級最 高的來確定。（三）場地分級建設項目擬建場區地質環境條件復雜程度的確定，應符合下列要求:1在基

2、礎資料不夠充分時，可參考有關區劃圖確定；2基礎資料較為充分時，可依據地形地貌、地層情況、水文地質條件及地下障礙情況，按表2.2劃分，并應符合下列要求：、4個分類要素中有一項符合復雜程度，確定為地質環境條件復雜；分類要素中有三項符合簡單程度，確定為地質環境條件簡單；、其它確定為地質環境條件復雜程度中等；參考上海市工程建設規范 建設項目地質災害危險性評估技術規程（DGJ08-2007-2006）、基本特征中有一項符合即可代表復雜程度分級中的分類要素。項目分類重要建設項目較重要建設項目一般建設項目建 筑 工 程單體建（構）筑物樓層不小于30層，或高度不小于100m樓層1530層，或高度50100m樓

3、層小于15層，或高度小于50m群體建筑（包括居住區開發建設）建筑面積不小于10萬m 2,或地源熱泵供熱面積 不小于8萬m2建筑面積510萬m2, 或地源熱泵供熱面積48 萬 m 2建筑面積小于5萬m2, 地源熱泵供熱面積小于 4萬m 2工業建筑（包括冶金、化工、機電、船 舶、汽車等）建筑面積不小于10萬m 2,或地源熱泵供熱面積 不小于8萬m2建筑面積510萬m2, 或地源熱泵供熱面積 48 萬 m 2建筑面積小于5萬m2, 地源熱泵供熱面積小于 4萬m 2特殊工程航天、軍工等重要設施（不包括單純的辦公、住宿等 基建工程）公 共 與 民 用 建 筑機場航站樓、鐵路車 站、輪船客運站建筑面積不小

4、于10萬m 2,或地源熱泵供熱面積 不小于8萬m2建筑面積510萬m2, 或地源熱泵供熱面積48 萬 m 2建筑面積小于5萬m2, 地源熱泵供熱面積小于4萬m 2體育場館（座位）不小于5000 ,且地源熱泵供熱面積不小于1萬m220005000 ,且地源熱泵 供 熱 面 積500010000m 2小于2000 ,且地源熱 泵供熱面積小于 5000m 2文化活動中心、 影劇院（座位）不小于1500 ,且地源熱 泵供熱面積不小于 3000m 25001500 ,且地源熱泵 供 熱 面 積10003000m 2小于500 一 且地源熱 泵供熱面積小于 1000m 2醫院（床位數）不小于500 ,且地

5、源熱泵供熱面積不小于2000m 2300500 ,且地源熱泵供熱面積10002000m 2小于300 ,且地源熱泵供熱面積小于1000m 2學校（在校人數）不小于2000 ,且地源熱 泵供熱面積不小于 2000m 210002000 ，且地源熱泵 供 熱 面 積20001000m 2小于1000 ,且地源熱 泵供熱面積小于 1000m 2表2.2建設項目重要性分類表11電 力 工 程核電工程核電站火力、水力發電廠單機容量不小于200MW ,且地源熱泵供熱功率不小于80 MW單 機 容 量50200MW,且地源熱泵供熱功率2080MW單機容量小于50MW , 且地源熱泵供熱功率小 于 20 MW

6、風力、垃圾發電廠單機容量不小于10MW , 且地源熱泵供熱功率不 小于5 MW單機容量 310MW , 且地源熱泵供熱功率13 MW單機容量小于3MW且 地源熱泵供熱功率小于1MW表2.3地質環境條件復雜程度分類表復雜程度分類要素基本特征復雜地形地貌涉及兩種以上地貌類型；或地面坡度大于10度，或地面標高相差10m 以上，或陡坡高差 5m以上地層情況埋藏有多種成因和土性的地層，接觸關系復雜；或地層界面埋深高差 每百米在5m以上，或微構造發育水文地質條件同時分布有多個含水層和隔水層；或含水、隔水透鏡體發育；或建設 場地及周圍地表水與地下水有水力聯系；或承壓含水層水頭高度在地 面以上地下障礙情況覆土

7、厚度不小于5m；或場區處于10年以內的促淤吹填地區；或場地 內暗浜、空洞等不良地質現象發育中等地形地貌涉及兩種地貌類型；或地面坡度大于5度，或地面標高相差5m以上， 或陡坡高差3m以上地層情況埋藏有多種成因和土性的地層，接觸關系較復雜；或地層界面埋深高 差每百米在35m以上，或微構造稍發育水文地質條件同時分布有兩個相隔的含水層；或含水、隔水透鏡體較發育；或建設 場地及周圍地表水與地下水有弱的水力聯系；或承壓含水層水頭高度 在地面以下03m地下障礙情況覆土厚度不小于15m ;或場區處于10年以上促淤吹填地區；或場地 內暗浜、空洞等不良地質現象較發育簡單地形地貌地形簡單、地貌類型單一；且地面坡度小

8、于5度，且地面標高相差小于5m ,或陡坡高差3m以下地層情況地層埋藏條件和接觸關系簡單；且地層界面埋深高差每百米在3m以下，且微構造不發育水文地質條件只有單一的隔水層或含水層，透鏡體不發育；且建設場地及周圍地表水與地下水沒有水力聯系；且承壓含水層水頭埋深在3m以下地下障礙情況覆土厚度小于1m ；且場區處于10年以上促淤吹填地區；且場地內暗 浜、空洞等不良地質現象不發育2.1.2勘查階段（一）勘查階段的劃分地源熱泵勘查分為地源熱泵可行性勘查和地源熱泵詳細勘查兩個階段。地源熱泵可行性勘查可與區域淺層地熱能調查相結合進行，地源熱泵詳細勘查必須單 獨進行。（二）各階段勘查的目的可行性勘查的目的為：在水

9、文地質、工程地質勘查的基礎上，采用綜合勘查 方法技術，查明擬建場區的地質背景及淺層地源熱泵條件，評價地源熱泵的可行 性，提出可持續開發利用的建議，并預測地源熱泵建設可能產生的環境影響。詳細勘查的目的為：在地源熱泵可行性勘查、區域淺層地熱能調查的基礎上， 進行物探、坑探、鉆探、取樣試驗和原位測試等工作，詳細查明擬建場地的地熱 地質、水文地質、工程地質條件；確定巖土體的孔隙率（裂隙率） 、含水量、密 度等物理力學參數；查明包氣帶巖土體和含水層的結構、厚度、埋藏狀況，地下 水位、水量、水質狀況及其動態變化等條件；查明地溫分布、水溫分布及其動態， 確定恒溫帶的溫度和深度、大地熱流值；實測巖土體熱物性參

10、數（熱導率和比熱）， 為地源熱泵工程設計和施工提供詳細的地質參數。（三） 各階段勘查的主要任務可行性勘查的主要任務為：采用綜合勘查方法技術，查明擬建場地地熱地質 背景及淺層地熱條件，確定可開發的地區及合理開發量， 對淺層地熱能綜合利用 進行評價，提出可持續開發利用的建議，并預測開發利用產生的環境影響。詳細勘查的主要任務為:(1) 查明擬建場地巖土層的巖性、結構、埋藏分布狀況及巖土體的含水率、顆粒級配、密度等物理參數；(2) 查明地下水的靜水位、徑流方向、流速、水力坡度等賦存條件以及水溫、水質等狀況；(3) 查明巖土層的導熱性能、換熱效率等熱物性參數，查明恒溫帶的深度和溫度，獲取土壤換熱器每延米

11、的換熱量，確定巖土層換熱能力，條件許可時 確定不同換熱量對地溫場的影響；(4) 確定土壤換熱器換熱孔的鉆進深度及合理間距，建議最佳的鉆井機具和確定最佳的填料，提出埋管方式、施工方案等方面的其他建議；(5) 明確鉆進施工難度，為合理安排施工工期提供依據。2.1.3地質勘查方案布置的基本原則 勘查前應充分調查收集和利用擬建場區已有的地熱地質、工程地質、水 文地質、水井、勘探孔及當地地溫、氣象、水文及凍土層資料，調查場地地表和 地下空間狀況，初步判斷地源熱泵系統建設的地質條件， 為編制勘查方案提供依 據；場地較小且場地條件簡單的工程，當場地或其附近已有地源熱泵可行性 勘查資料，且能夠獲得其巖土層熱物

12、性資料時，可根據實際情況直接引用現有資 料，無需進行施工勘查；場地地形地貌復雜，巖土種類較多、不均勻、性質變化 較大時，應增加取土數量或現場測試工作量；應注意地質勘查各種方法在工作量上的綜合利用，以及勘查工作量轉化為生產的綜合利用，避免浪費； 布置勘查工作時應充分考慮勘查對工程自然環境的影響，防止對地下管線、地下工程和自然環境的破壞。鉆孔、坑探、釬探和探槽完工后應妥善回填。2.2 地質勘查的基本方法2.2.1 地質勘查的主要方法和主要工作內容地源熱泵地質勘查的方法主要有場地調查和地質勘探兩大方面，其中地質勘探又分為地質鉆探、坑探、槽探、地球物理勘探、室內試驗和原位測試等方面，分述如下：(一)場

13、地調查的主要工作內容擬建場區的工程狀況調查的主要內容為地質鉆探和工程施工實施的地面和地下空間條件，工作方法為實地調查和野外實際觀測，其具體內容為：(1)場地規劃面積、形狀及坡度；(2)場地已有建筑和規劃建筑物的占地面積及其分布；(3)場地內樹木植被、池塘、排水溝及架空輸電線、電信電纜的分布；(4)場地內已有的、計劃修建的地下管線和地下構筑物的分布及其埋深；(5)場地內已有水井位置、井徑、井類型、井的結構、井深度、井層剖面、井出水量、水位、水溫和水質等。(二)地質鉆探的主要工作內容地質勘探(坑探、槽探)是地源熱泵地質勘查的最主要手段之一，是查明擬建場地巖土及地下水的性質和分布，采取巖土試樣或進行

14、現場測試的必要手段。地質鉆探、坑探、槽探和地球物理勘探等工藝不同，各有適用性，勘探方法的選 取上應符合勘查目的和巖土的特性。地質鉆探（含坑探、槽探和室內試驗）的主要工作內容為：、 查明擬建場地巖土層的巖性、結構、埋藏分布狀況及巖土體的含水率、 顆粒級配、密度等物理參數；、 通過取樣試驗，測試巖土試樣的熱容、導熱系數等熱物理參數，推導巖土層的導熱性能和換熱效率；、 查明擬建場地地表水和地下水的類型以及水位、水頭等埋藏條件，查 明淺部土層的滲透系數；、 查明擬建場地內暗浜、厚填土等不良地質現象的分布范圍及其深度。（三）地球物理勘探的主要工作內容地球物理勘探簡稱物探，是通過使用物探儀器測定地下巖土的

15、物理參數，并 以此推斷出地下巖土的性質、構造、溫度、水文地質等特性的一種探測手段。地 源熱泵勘查中地球物理勘探一般采用視電阻率測井方法，其主要工作內容為：、查明含水層的分布及其深度、厚度等；、查明地下水的礦化度和咸、淡水區的分布范圍；、鉆孔的地層剖面和咸、淡水區的分界面、地下水水位、流向、滲流速度及其與地表水的水力聯系。（四）原位測試的主要工作內容按照地下換熱系統開路和閉路的區分，地源熱泵地質勘查的原位測試也分 為開路原位測試和閉路原位測試。其中開路原位測試主要指進行地下水抽去和回灌的水文地質試驗，閉路原位測試一般指閉路地下換熱器的熱響應測試。開路系統水文地質試驗的主要工作內容為：進行抽水試驗

16、，測定鉆井的實際出水量；進行回灌試驗，測定鉆井的滲透系數；測量井水水溫，確定水溫變化范圍；取水樣進行水質分析試驗；進行水流方向試驗，測定水流方向及水力坡度。閉路系統的熱響應測試 通過采集記錄在閉式環路內的液體的循環過程中的， 進/出儀器的溫度、流量和加熱器/壓縮機的加熱功率等參數，來進行分析計算土 壤的熱物性參數，其主要工作內容有：測量巖土層的初始溫度，確定恒溫帶的深度；測量試驗孔取、放熱總傳熱量；測量試驗孔的綜合熱傳導系數；推導測試孔的換熱效率。閉路系統的熱響應測試的具體操作和數據處理方法詳見第五章。2.2.2 工作量布置（一）勘查范圍的確定當擬建場地或其附近已有地質資料時，宜先在現有地質資

17、料的基礎上，根據 地埋管總長、埋管深度以及埋管間距等參數估算換熱區面積，地源熱泵系統的地質勘查范圍宜大于擬定換熱區，并按不同的勘查等級分別劃定；當擬建場地及其 附近沒有可參考的地質資料時，勘查范圍宜按勘查等級確定。場地調查中對于場 地面積、形狀、坡度、建筑物、植被、池塘、水溝及架空和地下管線、地下構筑 物、水井等的調查，以及地質勘探、地球物理勘探等勘查手段的工作范圍，可按 表2.4確定；對于地表水、地下水的調查則宜按其發育范圍作區域調查。表2.4地源熱泵系統地質勘查范圍表勘查手段一級地質勘查等級二級三級場地調查1km 2或換熱區外擴100m0.5km 2或換熱區外50m0.1km 2或換熱區外

18、擴20m地質勘探10000m 2或換熱區外擴20m5000m 2或換熱區外擴10m1000m 2或換熱區外擴5m地球物理勘探10000m 2或換熱區外擴20m5000m 2或換熱區外擴10m1000m 2或換熱區外擴5m暫未定換熱區的，勘查范圍宜按目標建筑周圍可能埋管區域為中心，按“小 周長”原則，采用圓型、方型等小周長形狀布置勘查范圍，除非條件特殊，一般 不宜采用長條形、彎曲形等大周長方案布置勘查范圍。（二）勘探孔（槽）、物探測井的數量和深度的確定及平面布置、勘探孔（槽）和物探測井數量的確定對于豎直地埋管換熱系統，其供給建筑面積小于3000m 2時，應至少布置1 個鉆孔；大于10000m 2

19、建筑面積時，應至少布置2個鉆孔；需考慮土壤換熱器 的影響半徑時，應至少布置 3個鉆孔。對于豎直埋管換熱系統，宜進行至少2以上孔的物探測井。對于水平地埋管換熱系統，其供給小于 10000 m 2建筑面積時，應至少挖4個探槽；供給建筑面積大于 20000 m 2時，應至少每10000m 2挖2個探槽、勘探孔（槽）和物探測井深度的確定對于采用水平地埋管換熱器系統的槽探（坑探或釬探），探槽深度應根據場 地形狀確定，一般應超過埋管深度1m。對于采用豎直地埋管換熱器的鉆探，鉆 孔深度應比設計最深的熱交換器至少深 5m o物探測井深度一般應達到鉆孔底以 深3m o、勘探孔（槽）的平面布置勘探孔（槽）宜對照勘

20、查范圍，按其外輪廓均勻布置。對于總數為2、3、4、 5個勘探孔（槽）的工程，可對應采用長邊" I"字型、三角形、四邊形、“梅花” 形布置；6個以上的勘探孔可按網格型或其他方式均勻布置。（三）取樣和室內試驗數量的確定地質勘探時應根據各勘探井中的不同土層和深度進行取樣，取樣數量須滿 足室內試驗要求，并保證每個基本土層至少有 6個不擾動試驗子樣。（四）原位測試數量的確定原位測試中的開路水文試驗和閉路熱響應測試官在鉆探的鉆孔內進行， 以節 約試驗成本。原位測試點的數量應根據巖土層結構、均勻性和設計要求確定，對 于一級工程，宜選取至少3個孔進行測試；對于三級工程，可只選用 2個勘探

21、孔進行測試；二級工程視具體情況可取 2個以上勘探孔進行測試。開路水文試驗應對主要含水層都進行抽取和回灌試驗，閉路熱響應測試宜根據設計方案，模擬實際運行條件開展試驗，加熱功率變化的次數根據試驗目的確 定，應至少為2次；每一加熱功率下，應至少變流量 2次，每次加熱測試應做停止加熱的地溫恢復測試。2.3 地質勘查的技術要求2.3.1 地質鉆探的一般要求勘探施工參照巖土工程勘察規范（GB50021 -2001 ）和巖土工程勘察外業操作規程執行，主要技術措施如下：1）由于場地淺層雜填土易坍塌影響鉆進或取土質量，應下護孔套管，護孔套管應保持垂直，插入深度應超過需隔離土層下0.5m o2）每回次進尺不超過2

22、.0m ,鉆進過程中各項深度數據均用尺丈量，必要時 加密取樣，進行土性描述，保證分層精度。3）鉆進時一般采用自然造漿鉆進，遇砂層較厚時，應人工制備泥漿護壁，泥漿密度控制在1.101.15。當提升鉆具和臨時鉆停時，孔內應壓滿泥漿，防止 孔壁坍塌。水沖鉆進時，應手扶鉆桿，感覺土層的軟硬變化，并將變化及時記錄。4）取土方法采用活塞式取土器壓入取土， 或重錘少擊法取土，砂土采用環刀 法取樣。土樣取出后，應立即擦干、石蠟密封，并粘貼好土樣標簽。取水樣量為 1000ml ,水樣灌裝后加入6g大理石粉，并立即加蓋密封，做好標識。土樣在3 天內，水樣在1天內送達試驗室。2.3.2 室內試驗的一般要求室內試驗將

23、現場采集的試樣在實驗室中通過一定的方法進行測試，從而獲 得其一般物性參數以及熱物性參數值。室內試驗法測量試樣的物性數值較為準確，但是由于巖土體在取樣、送樣、制樣等過程中有所擾動，其物理指標已有所改變同時，由于巖土體屬于多孔介質，其熱物性指標不僅與地理位置以及當地地層構造有關，還與地下含水層等密切相關，已有結果表明，僅土體壤的導熱系數就與 試樣的溫度、密度、空隙比、飽和度等因素有關。由于室內試驗法中的巖土體離 開了原工程地，故而對現場因素造成的影響考慮不夠全面。采取的土試樣應符合下列要求：a)采取土試樣點的數量應根據巖土層結構、均勻性和設計要求確定；b)每一場地每一主要土層的原狀土試樣不宜少于

24、1件(組)；c) 土試樣質量應為田級以上。土試樣質量分級參照巖土工程勘察規范 (GB50021 -2001 );d) 土試樣采取的工具、方法及保管運輸參照巖土工程勘察規范(GB50021 -2001 );e)巖石試樣可利用鉆探巖芯制作，采取的毛樣尺寸應滿足試塊加工的要求。室內試驗包括物理性質試驗和水理性試驗，分述如下：(1)物理性質試驗內容包括 W、p、G,粘性土 WL、Wp及砂土、粉性土的 顆粒分析等，對顆粒分析試驗提供顆粒分析曲線、土的不均勻系數 d60/d10及 d70 等。(2)水理性試驗包括室內滲透試驗和水質分析，滲透試驗提供土層水平向、 垂直向滲透系數Kv、Kh;水質分析提供各陰陽

25、離子含量等。2.3.3 原位測試的一般要求(一)開路系統的水文地質試驗的一般要求水文地質試驗施工工藝流程如圖 2-1所示，其一般的技術要求如下:(1)測放孔(井)位：根據井點平面布置，使用全站儀測放井位，井位測 放誤差小于30cm。當布設的井點受地面障礙物影響或施工條件影響時，現場可作適當調整。(2)護孔管埋設：護孔管應插入原狀土層中，管外應用粘性土封堵，防止 管外返漿，造成孔口坍塌，護孔管應高出地面 1030cm。(3)鉆機安裝：鉆機底座應安裝平穩，大鉤對準中心，大鉤、轉盤、與孔 中心應成三點一線。(4)鉆進成孔：開孔時輕壓慢轉，以保證開孔的垂直度。鉆進時一般采用 自然造漿鉆進，遇砂層較厚時

26、，應人工制備泥漿護壁，泥漿密度控制在1.101.15。當提升鉆具和臨時鉆停時，孔內應壓滿泥漿，防止孔壁坍塌。鉆進時按指定鉆孔、指定深度內采取土樣，核對含水層深度、范圍及顆粒 組成。(5)清孔換漿：鉆至設計標高后，將鉆具提升至距孔底 2030cm處， 開動泥漿泵清孔，以清除孔內沉渣，孔內沉淤應小于 20cm ,同時調整泥漿密度 至1.10左右。(6)下管：直接提吊法下管。下管前應檢查井管及濾水管是否符合質量要 求，不符合質量要求的管材須及時予以更換。下管時濾水管上下兩端應設置扶正 器，以保證井管居中，井管應焊接牢固，下到設計深度后井口固定居中。(7)回填濾料：采用動水投礫。先將鉆桿提至濾水管下端

27、，井管上口加悶 頭密封，從鉆桿內泵送泥漿，使泥漿由井管和孔壁之間上返，并逐漸調小泵量， 待泵量穩定后開始投放濾料。投送濾料的過程中，應邊投邊測投料高度，直至設 計位置為止。(8)止水與回填：降壓井：應在投礫工作完成后，在止水段投送優質粘土 止水，止水高度應高于基坑底面。投送止水粘土時應控制每次的投放量， 防止搭 橋而影響止水效果。止水段以上采用普通粘土或砂回填。(9)洗井：采用活塞和空壓機聯合洗井法。先采用活塞法洗井，通過鉆桿 向孔內邊注水邊拉動活塞，以沖擊孔壁泥皮，清除濾料段泥砂，待孔內泥砂基本 出凈后改用空壓機洗井，直至水清砂凈為止。(10)安裝抽水設備：成井施工結束后，下入井泵并聯接真空

28、管路、排設 排水管道、安裝真空泵、接通電源，安裝完畢后進行安裝效果檢查。(11)抽水：先采用真空泵與潛水泵交替抽水，真空抽水時管路系統的真 空度不小于0.06MPa ,以確保真空抽水的效果。(12)水位、水量觀測靜水位觀測：抽水前對現場的所有試驗井進行靜止水位觀測，測出實際承 壓水、微承壓水水頭高度值。觀測頻率 1次/小時，2層、3層靜水位觀測時 間不少于8小時，2層觀測時間不小于6小時，連續4個小時測的水位值相同， 可認為靜止水位穩定。抽水時水位觀測：靜止水位觀測結束后，開泵進行抽水試驗，試驗中抽水井及觀測井同步觀測地下水位，觀測頻率為：開泵后第1, 2, 3, 4, 6, 8, 10, 1

29、5, 20, 25, 30, 60, 90,(分鐘),以后每30分鐘觀測一次水位。恢復水位觀測：恢復水位觀測自停止抽水后進行，于停泵后第1, 2, 3,4, 6, 8 , 10, 15, 20, 25, 30, 60, 90,(分鐘)，以后每30分鐘觀測一 次水位；抽水井和觀測井時間同步，直至水位恢復到自然靜止水位為止。水量觀測：抽水過程中同時進行抽水井的出水量觀測，采用水表進行流量計量。觀測頻率為每30分鐘一次，觀測精度：± 0.1m3。（13）回灌：洗井及降水運行時排出的水，通過管道或明渠排入場外市政 管道中。（二）閉路系統的熱響應測試的一般要求閉路系統的熱測試分為成孔、安裝、試驗三個階段。成孔階段的一般技術 要求參照本章水文試驗，安裝和試驗階段的一般要求參照第五章。2.4勘查報告基本內容1 .前言1.1 工程概況（包括擬建建筑