专利名称：大流量向心应力治污管道及其制备工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种大流量向心应力治污管道及其制备工艺。
背景技术：
用传统工艺生产的先张预应力水泥管，因受工艺、制备条件的限制，管体内径达不到3米，引进国外技术生产的PCCP预应力钢筒混凝土管，也因应受工艺，制备条件的限制内径也超不过4米。PCCP管还因分三道工序制造，管口达不到全封闭的标准，深埋后还会出现环向裂纹，两侧受拉区还会出现轴向裂缝，PCCP还因造价特别高，为此不适合大流量、大规模、在区域的调水工程。
南水北调东、中线工程，沿线有多处工业污染区，多处河道污水区，沿线要穿过几百条河，要横穿几十条铁路、公路，有多处高发地震区、煤矿采空区，有多处低洼大填方，有多处人口密集区，有几处高寒冰冻区，如果按照传统的工艺技术，平地开明渠、过河、过路建方涵，洼地架渡槽，因工程造价高，会浪费巨额资金，很可能会形成“规模工程”。以滹沱河倒虹吸工程为例，大流量向心应力治污管道，采用了环型网状结构的新工艺、新技术、能形成新结构体系，南水北调工程如能采用这项新结构体系能节省大量的材料资源、水利资源、土地资源，综合地进行评估，能节省几百亿元的资金，还能延长整体工程的使用寿命，提高自动化的管理水平。
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、抗震的一种大流量向心应力治污管道及其制备工艺。
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和里层骨架构成，外层骨架上固定有环向筒管，里层骨架上固定设置有纵向筒管，外层骨架和里层骨架之间设置有预留孔，环向筒管内设置有由锚具固定经张拉产生向心应力的钢绞线，纵向筒管内设置有由锚具固定经张拉产生纵向预应力的钢绞线，预留孔内设置有可把管体连接成管道的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锚具，在管体并联处设置有三角状连接架，三角状连接架的两个边分别和相邻的两个管体的外层骨架固定连接，在管道对接处设置有高压伸缩缝，在管道底部设置有定位台，在管道底部和定位台之间设置有隔震层。
本发明在外层骨架的里侧或外侧设置有呈均匀分布的环向筒管，在圆型筒管内设置有一根或多根经张拉产生向心应力的钢绞线，管体底部两侧设置有固定钢绞线的锚具。
本发明外层骨架内设置有里层骨架，在里层骨架的处侧固定有和管体中轴线呈平行设置的均匀排列的纵向筒管，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，管体端部设置有固定钢绞线的锚具。
本发明在管体外层骨架和里层骨架之间设置有预留孔，预留孔呈环向均布，在预留孔内设有一根或多根可把管体连接成管道的钢绞线，在管道的端部设置有固定钢绞线的锚具。
本发明环向筒管也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，环向筒管可采用并排设置多根装有钢绞线的塑料管。
本发明纵向筒管也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，纵向筒管可采用并排设置多根装有钢绞线的塑料管。
本发明可按管径大小确定管体长度，可连续施工浇筑用纵向预应力工艺连接成长达300米超长管道。
本发明管体的底部设置有垫层，在定位台和管体之间设置有隔震层。
本发明在管体并联处上下两侧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纵向预应力的钢绞线，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，在高压伸缩处设置有高压止水带。
本发明制备方法如下第一步承重定位台的制作在开挖好的基槽内浇筑垫层混凝土，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，并连管体的外模板所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；然后把里层骨架套进在外层骨架内，在把预留孔管固定在外层骨架和里层骨架之间，用连接架把并行骨架连在一起；第五步支架内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，纵向张拉，张拉力达到标准后用锚具把环向钢绞线，纵向钢绞线分别锚固，管体并连处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，纵向筒筒，预留孔，加力孔灌满，用水泥沙浆把锚具孔封平；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联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300米的长度；
第十二步安装耐高压止水带管体达到设置长度时，按施工规范安装特制的高压止水带，工作压力能达到3.0MPa以上；第十三步制作耐高压伸缩缝用耐高压止水带把管体对口连接在一起，达到耐高压的标准，并连管道可采用内外两圈用高压止水带连接，管体伸缩缝可以连续施工，也可预留后在另行制作。
内径3-5米的管道也可以用立式工艺生产，利用金属材料制作活动定位台，分节制作的管体全部完成后，按施工技术要求吊移位吊装，用纵向预应力工艺把多节管体串连在一起。管道对口连接用遇水鼓胀圈进行密封，按施工长度另行制作伸缩逢。
本发明积极效果如下本发明可按工况要求，优化设计管体结构，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压力，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下的开裂。采用纵向预应力连接的新技术，按工况要求把相邻的管体连接成超长管道，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，把两根或多根管道并连在一起，形成了大面积的承载结构体系，能防止各种污染源的侵犯，增强了连体管道特有的抗剪切、抗扭曲、抗沉降、抗地震，抗污染的能力，能适应南水北调工程煤矿采空区、多发地震区低洼填方区等特多复杂的地质条件，能满足南水北调主干线、大区域、大流量的多体系调水的工程需要。能达到全自动控制用水的标准，南水北调工程的主干线或主体工程如能采用大流量向心应力治污管道，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。
附图1为本发明管体结构示意图。
附图2为本发明管体和中线垂直的端面示意图。
附图3为本发明附图1管体定位示意图。
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为本发明管体外侧锚固钢绞线示意图附图8为本发明管体环向筒管和管体中轴线呈垂直方向设置的结构示意图。
附图9为本发明管体环向筒管和管体中轴线呈正旋方向设置的结构示意图。
附图10为本发明管体并联结构示意图。
附图11为本发明管体并联端面示意图。
附图12为本发明管体并联处连接架结构示意图。
附图13为本发明管道外形侧立面示意图。
附图14为本发明环向筒管钢绞线在管体内壁锚固示意图。
附图15为本发明底座示意图。
附图16为本发明三个管体并联示意图。
在附图中1管体、2外层骨架、3圆弧形筒管、4中层骨架、5纵向筒管、6钢绞线、7锚具、8预留孔、9锚具、10定位台、11垫层、12加力孔、13连接架、14施工线、15管道、16减压装置、17高压伸缩缝、18高压止水带、19隔震层、20塑料管具体实施方式
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内的由纵筋和环筋构成的外层骨架2和里层骨架4，外层骨架2的里侧或外侧固定有环向筒管3，里层骨架4的外侧固定有纵向筒管5，外层骨架2和里层骨架4之间设置有预留孔8。
如附图1、2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环向筒管3，在环向筒管3内有环管体一圈在管体外侧对应交叉经张拉产生环向预应力的钢绞线7，还设设置有锚固钢绞线7的锚具9。如附图1、2所示在里层骨架4的外侧设置有纵向筒管5，在纵向筒管5内设置有经张拉产生纵向预应力的钢绞线7，在管体的端部设置有固定钢绞线的锚具6。如附图1、2所示在管体1外层骨架和里层骨架之间设置有纵向预留孔8，在纵向预留孔8内设置有连接管体的钢绞线6。
如附图1、3所示，本发明在管体1的底部设置有承重定位台10，在定位台的下部设置有混凝土垫层11。
如附图1、3所示，本发明在管体1内设置的环向筒管3内、纵向筒管5内设置有单根钢绞线7。
如附图1、5所示，本发明在管体1内设置的环向筒管3、纵向筒管5内有多根钢绞线6。
如图1、6所示，本发明在管体1内设置的环向筒管3、纵向筒管5可以用内壁涂有润滑油，在管内套有钢绞线6的塑料管。
如附图1、7所示，本发明在管体1外侧设置有锚固环向对应交叉钢绞线6的锚具9。
如附图1、8所示，本发明在管体内设置的环向筒管3和管体1中轴线呈垂直方向，环管体1均布。
如附图1、9所示，本发明在管体1内设置的环向筒管3和管体1中轴线呈正旋方向，环管体1均布。
如附图1、10所示，本发明设置可把3个管体1并联在一起。
如附图1、11所示，本发明设置把3个管体并联在一起，在管体1的底部设置有承重定位台10，在承重定位台的下部设置有混凝土垫层11，在管体1并联处设置有加力孔12，在管体1和承重定位台之间设置有隔震层19。
如附图1、12所示，本发明在管体上部设置有减压装置15，设置有用管体1内的预留孔8，经张拉产生预应力的钢绞线6，把多节管体串联在一起，形成超长管道13。在管道13对口处设置有高压伸缩缝17，高压伸缩缝17处设置有高压止水带18。
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，也可环骨架单圈设置，也可旋转多圈绕置。单圈对应交叉设置的环向筒管选用金属波纹管，多圈正旋或反旋的筒管选用内壁涂有润滑油的塑料管。
本发明所述的钢绞线6是由多根高强度钢丝合股相绞而拧成的钢绞线，所述的斜向筒管3、纵向筒管5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圆筒管，卷后又轧制成半圆形，包有钢绞线的塑料管是特种工艺制成的，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，塑料管内的钢绞线属于无粘接预应力筋。
本发明所述的承重定位台10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。垫层是为了把基础部分辅平，便于承重定位台10的施工，便于管体1的并联。
本发明所述管体1并联处设置的加力孔是用于平衡管体并联处的应力值，促使管体纵向、横向受力合理。所述的并联处设置的三角状连接架，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。
本发明所述的管体1的内径3-8米或8米以上，壁厚为0.20-0.45米，管道长度为8-300米或500米。以制备内径为5米、长10米，管壁厚度为0.30米为例，管体可采用卧式成型制备工艺，其施工顺序如下首先是骨架的制作，选用螺纹钢筋分别制作外层骨架2，里层骨架4，分别把预应力钢绞线分别穿有入环向筒管3、穿入纵向筒管5，在把环向筒管3，纵向筒管5固定在骨架上，在外层骨架和里层骨架之间设置预留孔8。将上述全部骨架和筒管固定好后放置在管体1的模板内，把搅拌好的混凝土浇筑于管体模板内，把混凝土按施工顺序要求震捣成型，当管体内混凝土强度达到70％时，安装好管体端部的锚具，并按工艺要求先后张拉环向钢绞线纵向钢绞线，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，注入高标号水泥浆，灌完浆后把锚孔封平，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。用三角状连接架把管体骨架连接在一起。
本发明所述的管体3-5米的管段也可用立式制作，然后用纵向预应力连接技术，把若干根管节串联在一起。
本发明所述的并联管道13在对口处设置的高压伸缩缝，可以连续制作，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，张拉完后用锚具固定后封锚，不需要灌浆，隔震层可在多发地震区设置，本发明所述的管体1并联管体13可在管体内壁底部交叉张拉锚固如附图14、15所示。
本发明所述的单根或多根并联管道主要用于南水北调工程的输水管道，导流工程过江、河，路的倒虹吸工程，也可用于跨海通道，地铁工程，还可用于环保工程，市政工程。
下面结合实施例将本发明制备方法展开说明第一步承重定位台的制作在开挖好的基槽内浇筑垫层混凝土，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，并连管体的外模板所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，然后把里层骨架套进在外层骨架内，在把预留孔管固定在外层骨架和里层骨架之间，用连接架把并行骨架连在一起。
第五步支架内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，纵向张拉。张拉力达到标准后用锚具把环向钢绞线，纵向钢绞线分别锚固。管体并连处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，纵向筒筒，预留孔，加力孔灌满，用水泥沙浆把锚具孔封平。
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联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300米的长度。
第十二步安装耐高压止水带管体达到设置长度时，按施工规范安装特制的高压止水带，工作压力能达到3.0MPa以上。
第十三步制作耐高压伸缩缝用耐高压止水带把管体对口连接在一起，达到耐高压的标准，并连管道可采用内外两圈用高压止水带连接，管体伸缩缝可以连续施工，也可预留后在另行制作。
内径3-5米的管道也可以用立式工艺生产，利用金属材料制作活动定位台，分节制作的管体全部完成后，按施工技术要求吊移位吊装，用纵向预应力工艺把多节管体串连在一起。管道对口连接用遇水鼓胀圈进行密封，按施工长度另行制作伸缩逢。
本发明所述的隔震层19，可按工况要求，根据抗震等级设置。
权利要求
1.一种大流量向心应力治污管道，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)和里层骨架(4)构成，外层骨架(2)上固定有环向筒管(3)，里层骨架(4)上固定设置有纵向筒管(5)，外层骨架(2)和里层骨架(4)之间设置有预留孔(8)，环向筒管(3)内设置有由锚具(7)固定经张拉产生向心应力的钢绞线(6)，纵向筒管(5)内设置有由锚具(7)固定经张拉产生纵向预应力的钢绞线，预留孔(8)内设置有可把管体(1)连接成管道(13)的经张拉产生纵向预应力的钢绞线(6)，在管体的端部设置有固定钢绞线(6)的锚具(7)，在管体(1)并联处设置有三角状连接架(13)，三角状连接架(13)的两个边分别和相邻的两个管体的外层骨架(2)固定连接，在管道(15)对接处设置有高压伸缩缝(17)，在管道(1)底部设置有定位台(10)，在管道(1)底部和定位台(10)之间设置有隔震层(19)。
2.根据权利要求1所述的一种大流量向心应力治污管道，其特征在于在外层骨架(2)的里侧或外侧设置有呈均匀分布的环向筒管(3)，在圆型筒管内设置有一根或多根经张拉产生向心应力的钢绞线(6)，管体(1)底部两侧设置有固定钢绞线(6)的锚具(9)。
3.根据权利要求1或2所述的一种大流量向心应力治污管道，其特征在于外层骨架(2)内设置有里层骨架(4)，在里层骨架(4)的处侧固定有和管体(1)中轴线呈平行设置的均匀排列的纵向筒管(5)，纵向筒管(5)内设置有一根或多根经张拉产生纵向预应力的钢绞线(6)，管体(1)端部设置有固定钢绞线的锚具(7)。
4.根据权利要求1或2所述的一种大流量向心应力治污管道，其特征在于在管体(1)外层骨架(2)和里层骨架(4)之间设置有预留孔(8)，预留孔(8)呈环向均布，在预留孔(8)内设有一根或多根可把管体(1)连接成管道(13)的钢绞线(6)，在管道(13)的端部设置有固定钢绞线的锚具(7)。
5.根据权利要求1或2所述的一种大流量向心应力治污管道，其特征在于环向筒管(3)也可用管内涂有润滑油的塑料管(20)，在塑料管(20)内设置有经张拉产生预应力的钢绞线(6)，环向筒管可采用并排设置多根装有钢绞线(6)的塑料管(20)。
6.根据权利要求1或2所述的一种大流量向心应力治污管道，其特征在于纵向筒管(5)也可用管内涂有润滑油的塑料管(20)，在塑料管(20)内设置有经张拉产生预应力的钢绞线(6)，纵向筒管可采用并排设置多根装有钢绞线(6)的塑料管(20)。
7.根据权利要求1或2所述的一种大流量向心应力治污管道，其特征在于可按管径大小确定管体(1)长度，可连续施工浇筑用纵向预应力工艺连接成长达300米超长管道(13)。
8.根据权利要求1或2所述的一种大流量向心应力治污管道，其特征在于管体(1)的底部设置有垫层(11)，在定位台(10)和管体(1)之间设置有隔震层(19)。
9.根据权利要求1或2所述的一种大流量向心应力治污管道，其特征在于在管体(1)并联处上下两侧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(13)内设置有加力孔(12)，在加力孔(12)内设置有一根或多根经张拉产生纵向预应力的钢绞线(6)，在管体(1)连接处端部设置有固定钢绞线(6)的锚具(7)，在管道(16)对接处设置有高压伸缩缝(17)，在高压伸缩处设置有高压止水带(18)。
10.一种根据权利要求1所述的大流量向心应力治污管道的制备工艺，其特征在于制备方法如下第一步承重定位台的制作在开挖好的基槽内浇筑垫层混凝土，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，并连管体的外模板所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，然后把里层骨架套进在外层骨架内，在把预留孔管固定在外层骨架和里层骨架之间，用连接架把并行骨架连在一起；第五步支架内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，纵向张拉，张拉力达到标准后用锚具把环向钢绞线，纵向钢绞线分别锚固，管体并连处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，纵向筒筒，预留孔，加力孔灌满，用水泥沙浆把锚具孔封平；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联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300米的长度；第十二步安装耐高压止水带管体达到设置长度时，按施工规范安装特制的高压止水带，工作压力能达到3.0MPa以上；第十三步制作耐高压伸缩缝用耐高压止水带把管体对口连接在一起，达到耐高压的标准，并连管道可采用内外两圈用高压止水带连接，管体伸缩缝可以连续施工，也可预留后在另行制作；内径3-5米的管道也可以用立式工艺生产，利用金属材料制作活动定位台，分节制作的管体全部完成后，按施工技术要求吊移位吊装，用纵向预应力工艺把多节管体串连在一起。管道对口连接用遇水鼓胀圈进行密封，按施工长度另行制作伸缩逢。
全文摘要
本发明涉及一种大流量向心应力治污管道及其制备工艺，其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和里层骨架构成，外层骨架上固定有环向筒管，里层骨架上固定设置有纵向筒管、外层骨架和里层骨架之间设置有预留孔，环向筒管、纵向筒管、预留孔内设置有由锚具固定经张拉产生向心应力的钢绞线，在管体的端部设置有固定钢绞线的锚具，在管体并联处设置有三角状连接架，三角状连接架的两个边分别和相邻的两个管体的外层骨架固定连接，本发明把两根或多根管道并连在一起，形成了大面积的承载结构体系，能防止各种污染源的侵犯，增强了连体管道特有的抗剪切、抗扭曲、抗沉降、抗地震，抗污染的能力。
文档编号B28B23/08GK1811253SQ20061001244
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