本實用新型涉及一種預應力鋼筒混凝土管的插口抗裂結構，屬于復合型混凝土管技術領域。

背景技術：

預應力鋼筒混凝土管（Pres-stressed Concrete Cylinder Pipe，縮寫為PCCP）是一種復合型管材，由承插口異形鋼環、混凝土、鋼筒、高強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、鋼筒抗滲等各自特點有機結合在一起，充分利用發揮各種材料的物理力學特性，使得管材同時具有高抗滲、高密封性和高強度的“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、深覆土鋪設使用條件的首選埋地管線材料。我國于20世紀80年代末引進PCCP生產技術，1995年以后逐步推廣。目前，國內無論是PCCP生產技術還是生產設備都已相對成熟，已具備PCCP生產能力的生產線有近百條，年設計生產能力達3000km，最大規格的PCCP已達DN4800。PCCP已廣泛用于國內大型輸引水工程，如山西萬家寨引黃工程（DN3000，43.2km）、南水北調中線京石段輸水工程（DN4000，雙線56km）、沈陽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管芯由鋼筒高強混凝組成，其外部纏繞預應力鋼絲，然后在預應力鋼絲的外面噴以水泥砂漿形成保護層。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式柔性接頭。根據鋼筒在管芯中位置的不同，可分為內襯式預應力鋼筒混凝土管（PCCPL）和埋置式預應力鋼筒混凝土管（PCCPE），其中管徑在1200mm（DN1200）以下一般為內襯式，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外加設模板立式澆筑，并經過扶壁式振搗器振搗成型以及蒸汽養護而制成。在PCCP生產過程中，由于嵌埋鋼筒和插口端異形鋼環根部的截面突變，造成該處在預應力鋼絲纏繞時產生較大的應力集中，通常在距插口端200～300mm的管芯內壁出現環向裂縫，并且隨著預應力的不斷施加，裂縫由表面向鋼筒處縱深發展。盡管在PCCP生產過程中，也會采取保溫、灑水等措施，但是也只能控制裂縫寬度的進一步發展，并不能從根本上消除插口端內壁環裂的出現。在此后的管道吊運、養護、存放等階段，由于混凝土干縮等原因裂縫將進一步發展。

資料顯示，插口內壁環裂約占裂縫管芯數量的90%。根據現有規范，雖然允許PCCP出廠時存在一定程度的環裂，但是在后續服役過程中，可能出現裂縫無法全部閉合的情況，并且管道變形協調也得不到滿足，在內外壓作用下，由插口端內壁環裂縫滲入的液體會使鋼筒和鋼絲發生腐蝕，降低管道的結構承載能力，減少管道使用壽命，嚴重時導致鋼筒或鋼絲發生斷裂，造成爆管事故發生。

技術實現要素：

本實用新型的目的是提供一種預應力鋼筒混凝土管的插口抗裂結構，通過在插口端異形鋼環外側預留變形縫、插口端管芯內襯薄鋼環以及插口端管芯采用鋼纖維混凝土，解決PCCP在生產、吊運和堆放過程中可能出現的插口端內壁混凝土環形裂縫問題。

本實用新型的技術方案是：一種預應力鋼筒混凝土管的插口抗裂結構，它包括把插口異形鋼環、鋼筒、承口異形鋼環依次焊接在一起的管狀鋼結構和澆筑在管狀鋼結構外表面的外管芯混凝土與澆筑在管狀鋼結構內表面的內管芯混凝土，所述外管芯混凝土和內管芯混凝土的澆筑高度距離所述插口異形鋼環的頂端為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構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留的10mm變形縫中填充混凝土，所述內管芯混凝土上澆筑內鋼纖維混凝土至插口異形鋼環的頂端，在內鋼纖維混凝土的內壁設有1-3mm厚的內襯薄鋼環；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應力鋼絲和輥射砂漿保護層，預應力鋼絲一端固定于預埋在外鋼纖維混凝土中的第一預應力錨座上，另一端固定于預埋在外管芯混凝土中的第二預應力錨座上。

本實用新型的效果和益處：這種預應力鋼筒混凝土管（PCCP）的插口抗裂結構，包括在插口端異形鋼環外側預留變形縫、插口端管芯內襯薄鋼環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壁襯以薄鋼環，用于提高插口端的抗彎能力，抵抗因管道纏繞預應力鋼絲所導致的附加彎矩，降低插口端管芯產生較大的外翻變形；在插口端異形鋼環外側預留變形縫，滿足管道變形協調并同時降低附加彎矩，防止環裂向管芯內壁混凝土轉移,可以顯著提高PCCP生產質量及其服役耐久性；這種抗裂結構可以與現有的PCCP生產方式實現無縫對接，具有操作簡單、成本低廉的優勢。

附圖說明

圖1是一種預應力鋼筒混凝土管的插口抗裂結構圖。

圖2是預應力鋼筒混凝土管在制造過程中預留變形縫的結構圖。

圖中：1、插口異形鋼環，1a、環形密封槽，2、承口異形鋼環，2a、承口異形鋼環擴口，3、鋼筒，4、外管芯混凝土，4a、內管芯混凝土，5、鋼環模板，6、內襯薄鋼環，7、外鋼纖維混凝土，7a、內鋼纖維混凝土，8、混凝土，8a、變形縫，9、預應力鋼絲，10、砂漿保護層，11、第一預應力錨座，11a、第二預應力錨座。

具體實施方案

圖1示出了一種預應力鋼筒混凝土管的插口抗裂結構圖。圖中，這種預應力鋼筒混凝土管的插口抗裂結構包括把插口異形鋼環1、鋼筒3、承口異形鋼環2依次焊接在一起的管狀鋼結構和澆筑在管狀鋼結構外表面的外管芯混凝土4與澆筑在管狀鋼結構內表面的內管芯混凝土4a。外管芯混凝土4和內管芯混凝土4a的澆筑高度距離所述插口異形鋼環1的頂端為568mm，外管芯混凝土4上澆筑外鋼纖維混凝土7高于所述管狀鋼結構中鋼筒3的頂端焊接縫15mm，在外鋼纖維混凝土7與鋼筒3之間預留的10mm變形縫中填充混凝土8，內管芯混凝土4a上澆筑內鋼纖維混凝土7a至插口異形鋼環1的頂端，在內鋼纖維混凝土7a的內壁設有1.5mm厚的內襯薄鋼環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應力鋼絲9和輥射砂漿保護層10，預應力鋼絲9一端固定于預埋在外鋼纖維混凝土7中的第一預應力錨座11上，另一端固定于預埋在外管芯混凝土4中的第二預應力錨座11a上。

圖2示出了預應力鋼筒混凝土管在制造過程中預留變形縫的結構圖。

這種預應力鋼筒混凝土管的插口抗裂結構的制造方法采用下列步驟：

第一步、在預應力鋼筒混凝土管的管芯混凝土澆筑階段，將插口異形鋼環1和承口異形鋼環2與鋼筒3按設計要求焊接，并吊入管芯內模的模具底座上；

第二步、吊裝外模，在插口端內芯模板外側安裝、固定內襯薄鋼環6；

第三步、在管芯內模和外模距插口異形鋼環1頂端568mm處設置標記，然后澆筑外管芯混凝土4和內管芯混凝土4a至標記處；

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

第五步、放置鋼環模板5，其中鋼環模板5的內徑比鋼筒3的外徑大10mm；

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

第七步、強力振搗，形成混凝土管芯，按設計要求養護；

第八步、脫模，包括內模、外模和鋼環模板5；

第九步、管芯經過養護，混凝土強度達到設計強度的70%時，進入纏繞預應力鋼絲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，按設計要求養護；

第十一步、按設計規范輥射砂漿保護層10，并進行養護。

本實用新型所提出的預防PCCP插口端內壁環裂的抗裂結構，通過設置變形縫減小了預應力鋼絲纏繞所導致的附加彎矩值，對環裂預防效果明顯，內襯薄鋼環和插口端采用鋼纖維混凝土顯著提高了管芯的抗彎能力，同時內襯薄鋼環對于插口的抗滲也會起到積極作用。