面对全球气候变化,利用绿色和可再生的地热资源来节约能源消耗的能量桩拥有很大的应用前景。在能量桩内的埋管形式有单U型、双U型、W型、螺旋型、并联双螺旋型和双螺旋型,其中双螺旋型埋管换热器的传热效率最佳,具有换热面积大、流型好、无空气阻塞等优点。然而,目前尚无统一的标准对双螺旋型能量桩的配置结构进行界定,以评估具有最佳传热效率的结构形式;同时,桩-土之间的热阻也制约着能量桩的换热效率。近年来,研究人员发现生态绿色环保的脲酶诱导碳酸钙沉淀技术可以改善土壤的强度和刚度,这为探索提升桩-土之间的热交换提供了一个新思路。本文基于脲酶矿化技术、碳纤维加筋土技术和数值模拟技术,旨在研究开发一种新型绿色、高效的复合双螺旋型能量桩技术,在保障能量桩承载性能的同时实现地热能源的高效利用,从而优化双螺旋型能量桩工艺工法,以满足国家在绿色、清洁能源利用以及节能减排方面的需求。本文的主要研究内容和结论如下:（1）采用简捷的提取技术从富含脲酶且价格低廉的植物大豆中获取游离粗脲酶,通过脲酶溶液钙化沉积试管试验研究碳酸钙产率,还借助XRD衍射仪分析碳酸钙胶凝材料的矿物学晶型。试验结果表明,脲酶溶液矿化反应24h生成碳酸钙沉淀率可达61.18%,沉积物的矿物晶型为方解石晶型和球霰石晶型,并且稳定的方解石晶型占比更高。（2）通过在脲酶矿化土体中掺加不同含量的碳纤维,开展碳酸钙含量试验、干密度试验、无侧限抗压强度试验以及电镜扫描和能谱仪元素分析,研究脲酶矿化掺碳纤维土体的强度和物理特性。研究结果表明,随着碳纤维含量的增加,固化土体的碳酸钙含量、干密度和无侧限抗压强度均表现出先增大后减小的趋势,得出碳纤维最佳含量为1.2%,同时,掺加纤维的固化土体在受压过程中表现出延性破坏。SEM扫描电镜显示,纤维穿过砂粒间的孔隙形成三维网状结构,在一定程度上约束了砂粒间的位移与变形,且碳酸钙晶体不仅沉积在砂粒表面,同时也在纤维表面附着,增加了纤维的表面粗糙度,使土体的内摩擦力增大,提高了土体的强度和刚度。然而,随着纤维超过最佳含量,纤维容易缠结成束,脲酶难以进入纤维内部,且脲酶在孔隙中的存留和活动区域被压缩,从而导致胶凝物生成量减少,进而降低了固化土体的力学性能。（3）利用双探针热脉冲传感器,基于瞬态法测量了在不同饱和度下经脲酶矿化和未矿化的掺碳纤维土体的导热系数,并进行了微观图像分析,以探究碳纤维增强脲酶矿化土体的导热性能与机理。试验结果表明,固化与未固化土体的导热系数均随饱和度的降低而降低,并且在高饱和度范围内缓慢降低,而在低饱和度范围内迅速降低;随着碳纤维含量的增加,固化与未固化土体的导热系数均呈增长趋势,且在最佳碳纤维含量下,脲酶矿化土体的导热系数增幅可达215.39%。微观图像显示,碳酸钙胶凝物充当了砂粒间的“热桥”,使砂粒间的热传导由接触点变为了接触面,同时由于随机分布的碳纤维具有高导热性能,为砂粒间的热交换提供了更多且更有效的传热路径,从而显著提升了固化土体的导热性能。（4）借助ANSYS FLUENT数值模拟软件,通过构建三维流-固耦合的双螺旋型埋管能量桩数值模型,在桩基结构配置方面,研究了桩长、螺旋直径和螺距对能量桩传热性能的影响;在桩基埋管换热液运行模式方面,分析了换热液流速、连续和间歇运行模式对能量桩换热效率的影响;在桩周土体性能方面,通过代入试验土体的热物性参数,探究了碳纤维联合脲酶矿化技术对能量桩传热效率的影响。模拟结果表明,桩长较长、螺旋直径较大和螺距较小的双螺旋型能量桩具有更高的传热效率,能够有效优化结构配置;在双螺旋型能量桩中,最佳入口换热液流速为低速,最佳运行模式为间歇运行模式;在桩周应用碳纤维增强脲酶矿化土体技术可以使双螺旋型能量桩的换热效率提升30.78%。