专利名称：超大流量预应力节水管道及其制备工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种超大流量预应力节水管道及其制备工艺。
背景技术：
由于社会大区域环境的变化，地质条件的限制，传统的平地开明渠，洼地架渡槽，过河过路速方涵的施工方式，已满足不了“南水北调”特大型调水工程的需要，为此，应进行“工程结构创新”，80年代天津建设的引滦入津工程，明渠地段因工程损坏，水质污染，已改为地下暗涵输水，几年来的引黄济津调水，因沿河道的渗、漏、消、耗，能引到天津的水只有总量的50％，事实证明大型引水工程的“工程结构创新”是非常必要的。
南水北调工程因受传统工艺技术的影响，目前东线工程只局限于开明渠，挡堤坝，建闸涵老方式，中线工程也只局限于开明渠，架渡槽，建方涵老模式的研究。中线工程河北应急调水段，为满足水流量的要求，采取了把方涵加大并联的设计方法，因没有采用预应力结构，已形成了传统的规模工程。
超大流量预应力节水管道采用了环型网状预应力结构的新模式，形成了预应力结构的新结构体系。南水北调工程如能采用这项新结构体系，能节省材料、资源和广大的土地资源，能延长工程的使用寿命，可形成能延续的工程资源。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种抗位移，抗沉降、抗震的超大流量预应力节水管道及其制备工艺。
本发明采用如下技术方案本发明包括混凝土管体和设置在管体内的由环筋和纵筋制成的圆筒形骨架，其特征在于所述的圆筒形骨架由外层骨架、中层骨架和里层骨架构成，外层骨架上固定有圆弧形筒管，中层骨架上固定有斜向交叉的斜向筒管，里层骨架的外侧固定有纵向筒管，圆弧形筒管内设置有经张拉产生向心应力的钢绞线，管体的两侧设置有带有预留孔的连接带，连接带两面设置有固定钢绞线的锚具，斜向筒管内设置有由锚具经张拉产生斜向应力的钢绞线，纵向筒管内设置有由锚具固定经张拉产生纵向应力的钢绞线，在管体底部设置有承重定位台，在管体并联处设置有三角状连接架，在管体对接处设置有高压伸缩缝。
本发明在外层骨架上固定设置有环外层骨架均匀分布的圆弧形筒管，在圆弧形筒管内设置有一根或多根经张拉产生向心应力的钢绞线，在管体的外侧设置有固定钢绞线的锚具。
本发明外层骨架内设置有中层骨架，在中层骨架的外侧或里侧设置有呈交叉分布的斜向筒管，在斜向筒管内设置有环管体绕置左斜、右斜双向交叉经拉产生斜向预应力的钢绞线，在管体端部设置有固定钢绞线的锚具。
本发明在管体的中层骨架内设置有里层骨架，在里层骨架的外侧设置有纵向筒管，在纵向筒管内设置有一根或多根经张拉产生纵向预应力的钢绞线，在管体的端部设置有固定钢绞线的连接锚具。
本发明弧形筒管可用管内涂有润滑油的塑料管，在塑料管内设置有经张拉产生预应力的钢绞线，弧形筒管可以设置单根也可以设置多根塑料管。
本发明斜向筒管和纵向筒管可用内壁内涂有润滑油的塑料管，在塑料管内设置有经张拉产生纵向预应力的钢绞线。
本发明管体可连接成6-180米长管道。
本发明在管体的底部设有定位台，在定位台和管体之间设置有隔震层，在定位台的下面设置有混凝土垫层。
本发明在管体并联处设置有用于管体并联的三角状连接架，在管体并联外三角状连接架内设置有加力孔，在加力孔内设置有一根或多根经张拉产生预应力的钢绞线，在管体连接处端部设置有固定钢绞线的锚具。
本发明在管道对接处设置有高压伸缩缝，在高压伸缩缝处设置有高压止水带。
超大流量预应力节水管道制备工艺如下第一步承重定位台的制作在开好的基槽内按标高要求，浇筑垫层混凝土，初凝后制作承重定位台，并连管体在平行线起点同时制作承重定位台；第二步支架外模板把管体外模板支架在承重定位台上，并连管体的外模板利用管体端板连接，固定在承重定位台上；第三步骨架制作用螺纹钢筋制作管体外层骨架，中层骨架和里层骨架；第四步固定筒管把环向筒管内穿入钢绞线固定在外层骨架上，把斜向筒管内穿入钢绞线固定在中层骨架上，把纵向筒管内穿入钢绞线固定在里层骨架上，然后把里层骨架，中层骨架按顺序套进外层骨架内，并连管体用连接三角状连接架把并行骨架连在一起；第五步支架外模板内模板采用自动支承式，利用管体端板把内外模板连在一起；第六步浇筑成型把搅拌好的混凝土用高压泵按施工顺序注入管模内，震捣成型；第七步张拉锚固待管体混凝土强度达到70％时，按工艺要求进行环向张拉，斜向张拉，纵向张拉，各部位张拉力达到标准后用锚具把环向钢绞线，斜向钢绞线，纵向钢绞线分别锚固，并连管道连接处的加力孔按工艺要求进行张拉，在端部用锚具把钢绞线固定；第八步灌浆封锚用水泥浆把环向筒管，斜向筒管，纵向筒管，预留孔，加力孔，全部用高压泵灌满，用水泥浆把锚孔封平；第九步拆模养护混凝土强度达到90％时把管体模板全部拆除，按工艺要求进行养护；第十步连续施工第一管节或并连管管节完成后按以上施工顺序进行第二管节的制作，可连续生产达到180米的长度；第十一步安装减压装置按照工况技术要求，高水头产生的内压力设置减压装置；
第十二步按装高压止水带管体达到设置长度时，按施工规范安装高压止水带，工作压力能达到3.0MPa以上；第十三步制作高压伸缩缝用高压止水带把管体对口连在一起，达到耐高压的标准，并连管道可采用两圈高压止水带连接，管体伸缩缝可以连续施工，也可以预留后在另行制作；隔震层15，可按工况要求，抗震等级设置。
本发明积极效果如下本发明可按工况要求，优先设计管体结构，管体采用环型网状结构的新模式，在管体承受外荷载前先对混凝土管体预加应力，促使整体结构形成向心应力，从而可以抵消由于内外荷载产生的全部或部分拉应力，保证已形成的向心应力管体不出现拉应力和拉应力作用下的开裂。采用纵向预应力连接的新技术和斜向预应力连接的特种工艺，按工况要求管节串联成超长管道，增强了管道抗剪、抗弯、抗扭曲的性能，具备了整体抗位移，抗沉降、抗震的条件。采用横向预应力并联的特种新工艺，把两根或多根管道连在一起，形成了多功能的承载结构体系，增强了连体管道特有的抗前切，抗扭曲，抗地震，抗位移，抗沉降的能力，能满足南水北调工程主干线、大区域、大流量、大规模的多体系调水的工程需要。能达到全自动控制用水的高水平，南水北调工程的主干线或主体工程如能采用超大流量向心应力节水管道，因减少了工程量能节省材料资源，因形成了新结构体系，能节约大量的水力资源，因改变了输水方式，能再生大面积的土地资源。综合进行估算，能为南水北调工程节约上百亿或几百亿元资金。
附图1为本发明管体结构示意图。
附图2为本发明附图1A-A处和管体中轴线垂直的横截面剖视图。
附图3为本发明管体设置定位台示意图。
附图4为本发明单根钢绞线筒管示意图。
附图5为本发明三根钢绞线示意图。
附图6为本发明单根钢绞线外套塑料管示意图附图7为本发明为管体侧面连接带锚固钢绞线示意图附图8为本发明圆弧形筒管和管体中轴线呈垂直方向设置的示意图。
附图9为本发明管体圆弧形筒管和管体中轴线呈旋向设置的示意图。
附图10为本发明管体并联结构示意图。
附图11为本发明管体并连端面剖视图。
附图12为本发明管体并连处三角状连接架横截面示意图。
附图14为本发明管道外层骨架上圆弧形筒管在管体内壁锚固示意图。
附图15为本发明承重定位台示意图。
附图16为本发明连接线连接示意图。
附图17为本发明三个管体内部锚固并连示意图。
附图13为本发明管道外形侧立面示意图。
在附图中1管体、2外层骨架、3圆弧形筒管、4中层骨架、5斜向筒管、6连接线、7里层骨架、8纵向筒管、9钢绞线、10锚具、11预留孔、12钢绞线、13锚具、14连接带、15隔震层、16承重定位台、17垫层、18连接架、19加力孔、20施工线、21管道、22减压装置、23高压伸缩缝、24高压止水带。
具体实施例方式
下面结合实施例将本发明作详细论述如附图1所示，本发明包括混凝土管体1和设置在管体1内的由环筋和纵筋制成外层骨架2、中层骨架4和里层骨架7，外层骨架2上固定有圆弧形筒管3，中层骨架4上固定有斜向筒管5、6，里层骨架7固定有纵向筒管8，外层骨架2和管体连接带14用钢筋在连接带内设置纵筋和U形筋和外层骨架2连在一起，预留孔11在连接带端面分布。
如附图1、3所示，本发明在管体内1内外层骨架2的里侧或外侧设置有在外层骨架(2)上固定设置有圆弧形筒管3，在圆弧形筒管内设置有环管体半圈以上形成对应交叉圆心，圆弧形筒管内穿有经对应经拉产生环向预应力的钢绞线12，管体两侧连接带14的上、下方设置有固定对就交叉钢绞线12的锚具13。
如附图1、2、3所示，本发明在管体1内设置的中层骨架4的外侧或里侧，或里、外侧设置的斜向筒管5、6分左斜、右斜双向交叉，形成网状。在斜向筒管5、6内设置有钢绞线10的连接锚具9，连接锚具能锚固管体1端面的钢绞线10，还能连接下一管段的斜向筒管5、6内的钢绞线9。
如附图1、2、3所示，本发明在在管体1内设置的里层筒管7的外侧设置有纵向筒管8内，设置的经张拉产生纵向预应力的钢绞线9，在管体1的端部设置有固定钢绞线9的连接锚具10，用连接锚具固定管体1端部的钢绞线，还能连接下管段的纵向筒管的钢绞线9。
如附图1、3所示，本发明在管体1的下部设置有承重定位台16，在承重定位台的下部设置有垫层17，在承重定位台16和管体1之间设置有隔震层15。
如图1、4、5所示，本发明在管体1内设置的圆弧型筒管3和斜向筒管5、6还有纵向筒管8，设置有一根或多根钢绞线。
如附图1、6所示，本发明把在管体1内设置的圆弧形筒管3，斜向筒管5、6，纵向筒管8，可用内壁内涂有润滑油，在管内套有钢绞线9的塑料管。
如附图1、7所示，在管体1设置有圆弧形筒管3，在圆弧形筒管3内设置钢绞线12，在管体两侧设置的连接带对应交叉后分别在上、下部位锚固。
如附图1、8所示，本发明在管体1内设置的圆弧形筒管3的管体1中轴线呈垂直方向，环管体1均布。
如附图1、10所示，本发明在管体1设置的圆弧形筒管3和管体中轴线呈正旋或反旋方向，环管体均布。
如附图1、11所示，本发明设置可把3个内、外径大、小一样，管体1结构一样的管体1并联在一起，也可用同样的方式把多根管体1连在一起。
如附图1、11所示，本发明设置的把3个管体1并联在起，在管体1的底部设置有承重定位台16，在承重定位台16的下部设置有混凝土垫层17，在管体1和承重定位台16之间设置有隔震层17。在管体并联处设置有加力孔19。
如附图1、12所示，本发明在管体1并联处设置有加力孔19，可用于平衡管体纵向、横向应力。在管体1并联处设置有专用并联三角状连接架18，可用于连接管体1结构。
如附图1、13所示，本发明在管体上部设置有减压装置22，在施工过程中用斜向连接和纵向连接工艺，把管体1连接成超长管道21，在管道21对口处设置有高压伸缩缝23，在高压伸缩缝23处，设置有高压止水带24。
如附图14、15、16所示，本发明弧形筒管3内的钢绞线在管体内壁锚固，相邻两根钢绞线的锚具由连接线6相连接。
本发明所述的环向筒管3可固定在外层骨架2的里侧或外侧，也可环骨架对应交叉张拉锚固，也可绕置一圈张拉锚固，也可旋转多圈张拉锚固。半圈设置对应交叉张拉锚固的用金属波纹管，单圈或多圈旋转张拉锚固的可用内壁涂有润滑油的塑料管。
本发明所述的钢绞线是由多根高强度钢丝合股相绞拧成的高强度低松弛钢绞线，所述的圆弧形筒管、纵向筒管可采用金属波纹管也可选用内壁涂有润滑油的塑料管，所述的金属波纹管是用厚度0.38mm，宽度为35mm的钢带，用机械卷制成的半圆筒管，用卷制成后又轧制成的，包有钢绞线的塑料管是用特种工艺制成的，如按预应力施工工艺划分，金属波纹管内的钢绞线属于有粘接预应力筋，塑料管内的预应力筋属于无粘接预应力筋。
本发明所述的承重定位台16是用于管体1制作的基础结构，一是为了适应特别复杂的地质条件，二是为了管体1的平整度，直线度的施工。垫层是为了把基槽基础部分辅平，便于承重定位台16的施工，便于管体1的并联。
本发明所述的连接锚固，是特制的单孔锚具或多孔锚具，功能是先用于锚固钢绞线，后用于连接下一管节的钢绞线，可把若干管节连接成长达180米的超长管道。
本发明所述的连接三角状连接架，是用金属材料制作的，是为了加固管体1的并联，促使环向应力，横向应力配置合理，达到局部受力整体抵消的目的。
本发明所述高压止水带是用复合材料制成的，由承压部分和密封部分组成，用特种工艺加工成型的，管体内压可达到3.0Mpa以上，保证不会出现漏水现象。
本发明管体1的内径为5-10米，壁厚为0.30-0.55米，管道长度为10-180米，以制备内径为8米、长10米，管壁厚度为0.45米为例，其施工顺序如下首先是骨架的制作，选用不同规格的螺纹钢筋分别制作外层骨架2、中层骨架4、里层骨架7，把钢绞线分别穿入圆弧形筒管3、斜向筒管5、6、纵向筒管8。把圆形筒管3固定在外层骨架2上，把斜向筒管5、6固定在中层骨架4上，把纵向筒管8固定在里层骨架7上，将上述全部骨架和筒管固定好后按先后顺序放置在管体1的模板内，把搅拌好的混凝土浇筑于管体模板内，按先后顺序及要求震捣成型，当管体内混凝土强度达到70％时，安装好管体1各部位的锚具，按先后顺序分别张拉环向钢绞线12、斜向钢绞线9、纵向钢绞线9，达到张拉力值后用锚具分别锚固，用真空泵把筒管内抽成真空，按先后顺序分别注入高标号水泥浆，灌完浆后把锚孔封平，按照按照技术要求拆模养护。
本发明所述管体1可按工况要求、水流量大小，设置连体管道13，可以两根管道并联也可多根管道并联，施工顺序可按单根管道的技术要求同时并行施工。管体连接处用专用连接三角状连接架把管骨架并连在一起。
本发明所述的管体5-10米内径长度7-180米，可按工况要求，水流压力设置减压装置，在管道对口处设置的高压伸缩缝，可以连续施工制作，也可以分段制作。
本发明所述的内壁涂有润滑油的塑料管，因是无粘接预应力筋，强拉完成后，用锚具固定后封锚，不需要灌浆。
本发明能满足南水北调工程中、东主干线南部超大流量段的输水管线，导流工程的需要，能达到节水治污、环保的目的，还能用于干线中部工程的输水管线，江、河，路的倒虹吸工程，也可用于跨海通道，地铁工程，还可用于治污工程，市政工程。
本发明制备工艺结合实施例说明如下第一步承重定位台的制作在开好的基槽内按标高要求，浇筑垫层混凝土，初凝后制作承重定位台，并连管体在平行线起点同时制作承重定位台；第二步支架外模板把管体外模板支架在承重定位台上，并连管体的外模板利用管体端板连接，固定在承重定位台上；第三步骨架制作用螺纹钢筋制作管体外层骨架，中层骨架和里层骨架。
第四步固定筒管把环向筒管内穿入钢绞线固定在外层骨架上。把斜向筒管内穿入钢绞线固定在中层骨架上，把纵向筒管内穿入钢绞线固定在里层骨架上，然后把里层骨架，中层骨架按顺序套进外层骨架内，并连管体用连接三角状连接架把并行骨架连在一起；第五步支架外模板内模板采用自动支承式，利用管体端板把内外模板连在一起；第六步浇筑成型把搅拌好的混凝土用高压泵按施工顺序注入管模内，震捣成型；第七步张拉锚固待管体混凝土强度达到70％时，按工艺要求进行环向张拉，斜向张拉，纵向张拉，各部位张拉力达到标准后用锚具把环向钢绞线，斜向钢绞线，纵向钢绞线分别锚固，并连管道连接处的加力孔按工艺要求进行张拉，在端部用锚具把钢绞线固定；第八步灌浆封锚用水泥浆把环向筒管，斜向筒管，纵向筒管，预留孔，加力孔，全部用高压泵灌满，用水泥浆把锚孔封平；
第九步拆模养护混凝土强度达到90％时把管体模板全部拆除，按工艺要求进行养护；第十步连续施工第一管节或并连管管节完成后按以上施工顺序进行第二管节的制作，可连续生产达到180米的长度；第十一步安装减压装置按照工况技术要求，高水头产生的内压力设置减压装置；第十二步按装高压止水带管体达到设置长度时，按施工规范安装高压止水带，工作压力能达到3.0MPa以上；第十三步制作高压伸缩缝用高压止水带把管体对口连在一起，达到耐高压的标准，并连管道可采用两圈高压止水带连接，管体伸缩缝可以连续施工，也可以预留后在另行制作；本发明所述的隔震层15，可按工况要求，抗震等级设置。
权利要求
1.一种超大流量预应力节水管道，其包括混凝土管体(1)和设置在管体(1)内的由环筋和纵筋制成的圆筒形骨架，其特征在于所述的圆筒形骨架由外层骨架(2)、中层骨架(4)和里层骨架(7)构成，外层骨架(2)上固定有圆弧形筒管(3)，中层骨架(4)上固定有斜向交叉的斜向筒管(5)，里层骨架的外侧固定有纵向筒管(8)，圆弧形筒管(3)内设置有经张拉产生向心应力的钢绞线(12)，管体(1)的两侧设置有带有预留孔(11)的连接带(14)，连接带(14)两面设置有固定钢绞线(12)的锚具(13)，斜向筒管(5)内设置有由锚具经张拉产生斜向应力的钢绞线(9)，纵向筒管(8)内设置有由锚具固定经张拉产生纵向应力的钢绞线(9)，在管体底部设置有承重定位台(16)，在管体并联处设置有三角状连接架(18)，在管体对接处设置有高压伸缩缝(23)。
2.根据权利要求1所述的一种超大流量预应力节水管道，其特征在于在外层骨架(2)上固定设置有环外层骨架均匀分布的圆弧形筒管(3)，在圆弧形筒管内设置有一根或多根经张拉产生向心应力的钢绞线(12)，在管体(1)的外侧设置有固定钢绞线(12)的锚具(13)。
3.根据权利要求1或2所述的一种超大流量预应力节水管道，其特征在于外层骨架(2)内设置有中层骨架(4)，在中层骨架(4)的外侧或里侧设置有呈交叉分布的斜向筒管(5)，在斜向筒管(5)内设置有环管体(1)绕置左斜、右斜双向交叉经拉产生斜向预应力的钢绞线(9)，在管体(1)端部设置有固定钢绞线(9)的锚具(10)。
4.根据权利要求1或2所述的一种超大流量预应力节水管道，其特征在于在管体(1)的中层骨架(4)内设置有里层骨架(7)，在里层骨架(7)的外侧设置有纵向筒管(8)，在纵向筒管内设置有一根或多根经张拉产生纵向预应力的钢绞线(9)，在管体(1)的端部设置有固定钢绞线(9)的连接锚具(10)。
5.根据权利要求1或2所述的一种超大流量预应力节水管道，其特征在于弧形筒管(3)可用管内涂有润滑油的塑料管(3)，在塑料管(3)内设置有经张拉产生预应力的钢绞线(12)，弧形筒管(3)可以设置单根也可以设置多根塑料管(3)。
6.根据权利要求1或2所述的一种超大流量预应力节水管道，其特征在于斜向筒管(5)和纵向筒管(8)可用内壁内涂有润滑油的塑料管(3)，在塑料管(3)内设置有经张拉产生纵向预应力的钢绞线(9)。
7.根据权利要求1或2所述的一种超大流量预应力节水管道，其特征在于管体(1)可连接成6-180米长管道(21)。
8.根据权利要求1所述的一种超大流量预应力节水管道，其特征在于在管体(1)的底部设有定位台(16)，在定位台(16)和管体(1)之间设置有隔震层(15)，在定位台(16)的下面设置有混凝土垫层(17)。
9.根据权利要求1或2所述的一种超大流量预应力节水管道，其特征在于在管体(1)并联处设置有用于管体并联的三角状连接架(18)，在管体并联外三角状连接架内设置有加力孔(19)，在加力孔(19)内设置有一根或多根经张拉产生预应力的钢绞线(9)，在管体(1)连接处端部设置有固定钢绞线(9)的锚具(10)，在管道(21)对接处设置有高压伸缩缝(23)，在高压伸缩缝(23)处设置有高压止水带(24)。
10.一种根据权利要求1所述的超大流量预应力节水管道制备工艺如下第一步承重定位台的制作在开好的基槽内按标高要求，浇筑垫层混凝土，初凝后制作承重定位台，并连管体在平行线起点同时制作承重定位台；第二步支架外模板把管体外模板支架在承重定位台上，并连管体的外模板利用管体端板连接，固定在承重定位台上；第三步骨架制作用螺纹钢筋制作管体外层骨架，中层骨架和里层骨架；第四步固定筒管把环向筒管内穿入钢绞线固定在外层骨架上，把斜向筒管内穿入钢绞线固定在中层骨架上，把纵向筒管内穿入钢绞线固定在里层骨架上，然后把里层骨架，中层骨架按顺序套进外层骨架内，并连管体用连接三角状连接架把并行骨架连在一起；第五步支架外模板内模板采用自动支承式，利用管体端板把内外模板连在一起；第六步浇筑成型把搅拌好的混凝土用高压泵按施工顺序注入管模内，震捣成型；第七步张拉锚固待管体混凝土强度达到70％时，按工艺要求进行环向张拉，斜向张拉，纵向张拉，各部位张拉力达到标准后用锚具把环向钢绞线，斜向钢绞线，纵向钢绞线分别锚固，并连管道连接处的加力孔按工艺要求进行张拉，在端部用锚具把钢绞线固定；第八步灌浆封锚用水泥浆把环向筒管，斜向筒管，纵向筒管，预留孔，加力孔，全部用高压泵灌满，用水泥浆把锚孔封平；第九步拆模养护混凝土强度达到90％时把管体模板全部拆除，按工艺要求进行养护；第十步连续施工第一管节或并连管管节完成后按以上施工顺序进行第二管节的制作，可连续生产达到180米的长度；第十一步安装减压装置按照工况技术要求，高水头产生的内压力设置减压装置；第十二步按装高压止水带管体达到设置长度时，按施工规范安装高压止水带，工作压力能达到3.0MPa以上；第十三步制作高压伸缩缝用高压止水带把管体对口连在一起，达到耐高压的标准，并连管道可采用两圈高压止水带连接，管体伸缩缝可以连续施工，也可以预留后在另行制作；隔震层15，可按工况要求，抗震等级设置。
全文摘要
本发明涉及一种超大流量预应力节水管道及其制备工艺，包括混凝土管体和设置在管体内的由环筋和纵筋制成的圆筒形骨架，圆筒形骨架由外层骨架、中层骨架和里层骨架构成，外层骨架上固定有圆弧形筒管，中层骨架上固定有斜向交叉的斜向筒管，里层骨架的外侧固定有纵向筒管，在管体并联处设置有三角状连接架，在管体对接处设置有高压伸缩缝，采用横向预应力并联的特种新工艺，把两根或多根管道连在一起，形成了多功能的承载结构体系，增强了连体管道特有的抗前切，抗扭曲，抗地震，抗位移，抗沉降的能力，能满足南水北调工程主干线、大区域、大流量、大规模的多体系调水的工程需要。
文档编号B28B23/08GK1811252SQ200610012439
公开日2006年8月2日 申请日期2006年2月24日 优先权日2006年2月24日
发明者张楸长, 孙忠连, 张双久 申请人:衡水长江预应力有限公司