[发明专利]一种预应力钢筒混凝土管的插口抗裂结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种预应力钢筒混凝土管的插口抗裂结构及其制造方法，属于复合型混凝土管技术领域。

背景技术

预应力钢筒混凝土管（Pres-stressed Concrete Cylinder Pipe，缩写为PCCP）是一种复合型管材，由承插口异形钢环、混凝土、钢筒、高强钢丝和水泥砂浆几种材料组合而成，将混凝土抗压、钢丝抗拉、钢筒抗渗等各自特点有机结合在一起，充分利用发挥各种材料的物理力学特性，使得管材同时具有高抗渗、高密封性和高强度的“三高”特征，而逐渐成为输引水管道工程，尤其是大口径、高工压、深覆土铺设使用条件的首选埋地管线材料。我国于20世纪80年代末引进PCCP生产技术，1995年以后逐步推广。目前，国内无论是PCCP生产技术还是生产设备都已相对成熟，已具备PCCP生产能力的生产线有近百条，年设计生产能力达3000km，最大规格的PCCP已达DN4800。PCCP已广泛用于国内大型输引水工程，如山西万家寨引黄工程（DN3000，43.2km）、南水北调中线京石段输水工程（DN4000，双线56km）、沈阳大伙房引水二期工程（DN3200～DN2400，双线132km）、深圳东深供水工程（DN2600，17.3km）、台山核电电厂一期工程淡水水源工程（DN2200，双线11.35km）等。

PCCP管芯由钢筒高强混凝组成，其外部缠绕预应力钢丝，然后在预应力钢丝的外面喷以水泥砂浆形成保护层。钢筒与钢制承插口焊接在一起，由承插口上的凹槽与胶圈形成滑动式柔性接头。根据钢筒在管芯中位置的不同，可分为内衬式预应力钢筒混凝土管（PCCPL）和埋置式预应力钢筒混凝土管（PCCPE），其中管径在1200mm（DN1200）以下一般为内衬式，管径在1400mm（DN1400）以上通常为埋置式。管芯混凝土通常采用钢筒内外加设模板立式浇筑，并经过扶壁式振捣器振捣成型以及蒸汽养护而制成。在PCCP生产过程中，由于嵌埋钢筒和插口端异形钢环根部的截面突变，造成该处在预应力钢丝缠绕时产生较大的应力集中，通常在距插口端200～300mm的管芯内壁出现环向裂缝，并且随着预应力的不断施加，裂缝由表面向钢筒处纵深发展。尽管在PCCP生产过程中，也会采取保温、洒水等措施，但是也只能控制裂缝宽度的进一步发展，并不能从根本上消除插口端内壁环裂的出现。在此后的管道吊运、养护、存放等阶段，由于混凝土干缩等原因裂缝将进一步发展。

资料显示，插口内壁环裂约占裂缝管芯数量的90%。根据现有规范，虽然允许PCCP出厂时存在一定程度的环裂，但是在后续服役过程中，可能出现裂缝无法全部闭合的情况，并且管道变形协调也得不到满足，在内外压作用下，由插口端内壁环裂缝渗入的液体会使钢筒和钢丝发生腐蚀，降低管道的结构承载能力，减少管道使用寿命，严重时导致钢筒或钢丝发生断裂，造成爆管事故发生。

发明内容

本发明的目的是提供一种预应力钢筒混凝土管的插口抗裂结构及其制造方法，通过在插口端异形钢环外侧预留变形缝、插口端管芯内衬薄钢环以及插口端管芯采用钢纤维混凝土的方法，解决PCCP在生产、吊运和堆放过程中可能出现的插口端内壁混凝土环形裂缝问题。

本发明的技术方案是：一种预应力钢筒混凝土管的插口抗裂结构，它包括把插口异形钢环、钢筒、承口异形钢环依次焊接在一起的管状钢结构和浇筑在管状钢结构外表面的外管芯混凝土与浇筑在管状钢结构内表面的内管芯混凝土，所述外管芯混凝土和内管芯混凝土的浇筑高度距离所述插口异形钢环的顶端为500-600mm，所述外管芯混凝土上浇筑外钢纤维混凝土高于所述管状钢结构中钢筒的顶端焊接缝10-20mm，在外钢纤维混凝土与钢筒之间预留的10mm变形缝中填充混凝土，所述内管芯混凝土上浇筑内钢纤维混凝土至插口异形钢环的顶端，在内钢纤维混凝土的内壁设有1-3mm厚的内衬薄钢环；所述外管芯混凝土和外钢纤维混凝土的外圆柱面上缠绕预应力钢丝和辊射砂浆保护层，预应力钢丝一端固定于预埋在外钢纤维混凝土中的第一预应力锚座上，另一端固定于预埋在外管芯混凝土中的第二预应力锚座上。

所述的一种预应力钢筒混凝土管的插口抗裂结构的制造方法采用下列步骤：

第一步、在预应力钢筒混凝土管的管芯混凝土浇筑阶段，将插口异形钢环和承口异形钢环与钢筒按设计要求焊接，并吊入管芯内模的模具底座上；

第二步、吊装外模，在插口端內芯模板外侧安装、固定内衬薄钢环；

第三步、在管芯内模和外模距插口异形钢环顶端500-600mm处设置标记，然后浇筑外管芯混凝土和内管芯混凝土至标记处；