本實(shí)用新型涉及一種預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管的插口抗裂結(jié)構(gòu)，屬于復(fù)合型混凝土管技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（Pres-stressed Concrete Cylinder Pipe，縮寫(xiě)為PCCP）是一種復(fù)合型管材，由承插口異形鋼環(huán)、混凝土、鋼筒、高強(qiáng)鋼絲和水泥砂漿幾種材料組合而成，將混凝土抗壓、鋼絲抗拉、鋼筒抗?jié)B等各自特點(diǎn)有機(jī)結(jié)合在一起，充分利用發(fā)揮各種材料的物理力學(xué)特性，使得管材同時(shí)具有高抗?jié)B、高密封性和高強(qiáng)度的“三高”特征，而逐漸成為輸引水管道工程，尤其是大口徑、高工壓、深覆土鋪設(shè)使用條件的首選埋地管線材料。我國(guó)于20世紀(jì)80年代末引進(jìn)PCCP生產(chǎn)技術(shù)，1995年以后逐步推廣。目前，國(guó)內(nèi)無(wú)論是PCCP生產(chǎn)技術(shù)還是生產(chǎn)設(shè)備都已相對(duì)成熟，已具備PCCP生產(chǎn)能力的生產(chǎn)線有近百條，年設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力達(dá)3000km，最大規(guī)格的PCCP已達(dá)DN4800。PCCP已廣泛用于國(guó)內(nèi)大型輸引水工程，如山西萬(wàn)家寨引黃工程（DN3000，43.2km）、南水北調(diào)中線京石段輸水工程（DN4000，雙線56km）、沈陽(yáng)大伙房引水二期工程（DN3200～DN2400，雙線132km）、深圳東深供水工程（DN2600，17.3km）、臺(tái)山核電電廠一期工程淡水水源工程（DN2200，雙線11.35km）等。

PCCP管芯由鋼筒高強(qiáng)混凝組成，其外部纏繞預(yù)應(yīng)力鋼絲，然后在預(yù)應(yīng)力鋼絲的外面噴以水泥砂漿形成保護(hù)層。鋼筒與鋼制承插口焊接在一起，由承插口上的凹槽與膠圈形成滑動(dòng)式柔性接頭。根據(jù)鋼筒在管芯中位置的不同，可分為內(nèi)襯式預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCPL）和埋置式預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCPE），其中管徑在1200mm（DN1200）以下一般為內(nèi)襯式，管徑在1400mm（DN1400）以上通常為埋置式。管芯混凝土通常采用鋼筒內(nèi)外加設(shè)模板立式澆筑，并經(jīng)過(guò)扶壁式振搗器振搗成型以及蒸汽養(yǎng)護(hù)而制成。在PCCP生產(chǎn)過(guò)程中，由于嵌埋鋼筒和插口端異形鋼環(huán)根部的截面突變，造成該處在預(yù)應(yīng)力鋼絲纏繞時(shí)產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中，通常在距插口端200～300mm的管芯內(nèi)壁出現(xiàn)環(huán)向裂縫，并且隨著預(yù)應(yīng)力的不斷施加，裂縫由表面向鋼筒處縱深發(fā)展。盡管在PCCP生產(chǎn)過(guò)程中，也會(huì)采取保溫、灑水等措施，但是也只能控制裂縫寬度的進(jìn)一步發(fā)展，并不能從根本上消除插口端內(nèi)壁環(huán)裂的出現(xiàn)。在此后的管道吊運(yùn)、養(yǎng)護(hù)、存放等階段，由于混凝土干縮等原因裂縫將進(jìn)一步發(fā)展。

資料顯示，插口內(nèi)壁環(huán)裂約占裂縫管芯數(shù)量的90%。根據(jù)現(xiàn)有規(guī)范，雖然允許PCCP出廠時(shí)存在一定程度的環(huán)裂，但是在后續(xù)服役過(guò)程中，可能出現(xiàn)裂縫無(wú)法全部閉合的情況，并且管道變形協(xié)調(diào)也得不到滿足，在內(nèi)外壓作用下，由插口端內(nèi)壁環(huán)裂縫滲入的液體會(huì)使鋼筒和鋼絲發(fā)生腐蝕，降低管道的結(jié)構(gòu)承載能力，減少管道使用壽命，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致鋼筒或鋼絲發(fā)生斷裂，造成爆管事故發(fā)生。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管的插口抗裂結(jié)構(gòu)，通過(guò)在插口端異形鋼環(huán)外側(cè)預(yù)留變形縫、插口端管芯內(nèi)襯薄鋼環(huán)以及插口端管芯采用鋼纖維混凝土，解決PCCP在生產(chǎn)、吊運(yùn)和堆放過(guò)程中可能出現(xiàn)的插口端內(nèi)壁混凝土環(huán)形裂縫問(wèn)題。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：一種預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管的插口抗裂結(jié)構(gòu)，它包括把插口異形鋼環(huán)、鋼筒、承口異形鋼環(huán)依次焊接在一起的管狀鋼結(jié)構(gòu)和澆筑在管狀鋼結(jié)構(gòu)外表面的外管芯混凝土與澆筑在管狀鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)表面的內(nèi)管芯混凝土，所述外管芯混凝土和內(nèi)管芯混凝土的澆筑高度距離所述插口異形鋼環(huán)的頂端為500-600mm，所述外管芯混凝土上澆筑外鋼纖維混凝土高于所述管狀鋼結(jié)構(gòu)中鋼筒的頂端焊接縫10-20mm，在外鋼纖維混凝土與鋼筒之間預(yù)留的10mm變形縫中填充混凝土，所述內(nèi)管芯混凝土上澆筑內(nèi)鋼纖維混凝土至插口異形鋼環(huán)的頂端，在內(nèi)鋼纖維混凝土的內(nèi)壁設(shè)有1-3mm厚的內(nèi)襯薄鋼環(huán)；所述外管芯混凝土和外鋼纖維混凝土的外圓柱面上纏繞預(yù)應(yīng)力鋼絲和輥射砂漿保護(hù)層，預(yù)應(yīng)力鋼絲一端固定于預(yù)埋在外鋼纖維混凝土中的第一預(yù)應(yīng)力錨座上，另一端固定于預(yù)埋在外管芯混凝土中的第二預(yù)應(yīng)力錨座上。

本實(shí)用新型的效果和益處：這種預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP）的插口抗裂結(jié)構(gòu)，包括在插口端異形鋼環(huán)外側(cè)預(yù)留變形縫、插口端管芯內(nèi)襯薄鋼環(huán)以及插口端管芯采用鋼纖維混凝土等三種具體措施；在PCCP插口端使用鋼纖維混凝土并在其內(nèi)壁襯以薄鋼環(huán)，用于提高插口端的抗彎能力，抵抗因管道纏繞預(yù)應(yīng)力鋼絲所導(dǎo)致的附加彎矩，降低插口端管芯產(chǎn)生較大的外翻變形；在插口端異形鋼環(huán)外側(cè)預(yù)留變形縫，滿足管道變形協(xié)調(diào)并同時(shí)降低附加彎矩，防止環(huán)裂向管芯內(nèi)壁混凝土轉(zhuǎn)移,可以顯著提高PCCP生產(chǎn)質(zhì)量及其服役耐久性；這種抗裂結(jié)構(gòu)可以與現(xiàn)有的PCCP生產(chǎn)方式實(shí)現(xiàn)無(wú)縫對(duì)接，具有操作簡(jiǎn)單、成本低廉的優(yōu)勢(shì)。

附圖說(shuō)明

圖1是一種預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管的插口抗裂結(jié)構(gòu)圖。

圖2是預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管在制造過(guò)程中預(yù)留變形縫的結(jié)構(gòu)圖。

圖中：1、插口異形鋼環(huán)，1a、環(huán)形密封槽，2、承口異形鋼環(huán)，2a、承口異形鋼環(huán)擴(kuò)口，3、鋼筒，4、外管芯混凝土，4a、內(nèi)管芯混凝土，5、鋼環(huán)模板，6、內(nèi)襯薄鋼環(huán)，7、外鋼纖維混凝土，7a、內(nèi)鋼纖維混凝土，8、混凝土，8a、變形縫，9、預(yù)應(yīng)力鋼絲，10、砂漿保護(hù)層，11、第一預(yù)應(yīng)力錨座，11a、第二預(yù)應(yīng)力錨座。

具體實(shí)施方案

圖1示出了一種預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管的插口抗裂結(jié)構(gòu)圖。圖中，這種預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管的插口抗裂結(jié)構(gòu)包括把插口異形鋼環(huán)1、鋼筒3、承口異形鋼環(huán)2依次焊接在一起的管狀鋼結(jié)構(gòu)和澆筑在管狀鋼結(jié)構(gòu)外表面的外管芯混凝土4與澆筑在管狀鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)表面的內(nèi)管芯混凝土4a。外管芯混凝土4和內(nèi)管芯混凝土4a的澆筑高度距離所述插口異形鋼環(huán)1的頂端為568mm，外管芯混凝土4上澆筑外鋼纖維混凝土7高于所述管狀鋼結(jié)構(gòu)中鋼筒3的頂端焊接縫15mm，在外鋼纖維混凝土7與鋼筒3之間預(yù)留的10mm變形縫中填充混凝土8，內(nèi)管芯混凝土4a上澆筑內(nèi)鋼纖維混凝土7a至插口異形鋼環(huán)1的頂端，在內(nèi)鋼纖維混凝土7a的內(nèi)壁設(shè)有1.5mm厚的內(nèi)襯薄鋼環(huán)6。外管芯混凝土4和外鋼纖維混凝土7的外圓柱面上纏繞預(yù)應(yīng)力鋼絲9和輥射砂漿保護(hù)層10，預(yù)應(yīng)力鋼絲9一端固定于預(yù)埋在外鋼纖維混凝土7中的第一預(yù)應(yīng)力錨座11上，另一端固定于預(yù)埋在外管芯混凝土4中的第二預(yù)應(yīng)力錨座11a上。

圖2示出了預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管在制造過(guò)程中預(yù)留變形縫的結(jié)構(gòu)圖。

這種預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管的插口抗裂結(jié)構(gòu)的制造方法采用下列步驟：

第一步、在預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管的管芯混凝土澆筑階段，將插口異形鋼環(huán)1和承口異形鋼環(huán)2與鋼筒3按設(shè)計(jì)要求焊接，并吊入管芯內(nèi)模的模具底座上；

第二步、吊裝外模，在插口端內(nèi)芯模板外側(cè)安裝、固定內(nèi)襯薄鋼環(huán)6；

第三步、在管芯內(nèi)模和外模距插口異形鋼環(huán)1頂端568mm處設(shè)置標(biāo)記，然后澆筑外管芯混凝土4和內(nèi)管芯混凝土4a至標(biāo)記處；

第四步、澆筑適當(dāng)配合比的外鋼纖維混凝土7和內(nèi)鋼纖維混凝土7a，澆筑高度為200mm；

第五步、放置鋼環(huán)模板5，其中鋼環(huán)模板5的內(nèi)徑比鋼筒3的外徑大10mm；

第六步、繼續(xù)澆筑外鋼纖維混凝土7和內(nèi)鋼纖維混凝土7a，保留鋼筒3與鋼環(huán)模板5之間的變形縫8a不澆筑；

第七步、強(qiáng)力振搗，形成混凝土管芯，按設(shè)計(jì)要求養(yǎng)護(hù)；

第八步、脫模，包括內(nèi)模、外模和鋼環(huán)模板5；

第九步、管芯經(jīng)過(guò)養(yǎng)護(hù)，混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%時(shí)，進(jìn)入纏繞預(yù)應(yīng)力鋼絲9工序；

第十步、將變形縫8a表面剔鑿，除去浮灰、碎渣，清水沖洗干凈后，用混凝土8填充，振搗密實(shí)，按設(shè)計(jì)要求養(yǎng)護(hù)；

第十一步、按設(shè)計(jì)規(guī)范輥射砂漿保護(hù)層10，并進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

本實(shí)用新型所提出的預(yù)防PCCP插口端內(nèi)壁環(huán)裂的抗裂結(jié)構(gòu)，通過(guò)設(shè)置變形縫減小了預(yù)應(yīng)力鋼絲纏繞所導(dǎo)致的附加彎矩值，對(duì)環(huán)裂預(yù)防效果明顯，內(nèi)襯薄鋼環(huán)和插口端采用鋼纖維混凝土顯著提高了管芯的抗彎能力，同時(shí)內(nèi)襯薄鋼環(huán)對(duì)于插口的抗?jié)B也會(huì)起到積極作用。