新型水电站巨型压力管道.pdf

本发明公开了一种新型水电站巨型压力管道，包括活性粉末混凝土管，缠绕在活性粉末混凝土管外的外缠绕预应力钢丝；活性粉末混凝土管的一端设置有卯眼，另一端设置有榫眼；连接的卯榫结构处设置有铜止水；活性粉末混凝土管外浇筑有外包混凝土，外包混凝土内设置有缠绕在活性粉末混凝土管外由环向钢筋和纵向钢筋绑扎成的钢筋网。本发明采用活性粉末混凝土代替钢材作为管体材料，缓解了国内高强度低合金调质钢产量不能满足巨型压力钢管的需求的矛盾；采用的预应力活性粉末混凝土管替代钢管，降低了压力管道生产过程中的技术要求，同时降低了能耗和成本；提高了临界失稳应力，解决压力钢管外压失稳屈曲破坏的问题；确保了外包混凝土的耐久性，根除了钢材腐蚀性的问题。

权利要求书
1.  新型水电站巨型压力管道，其特征在于：包括活性粉末混凝土管（1），缠绕在活性粉末混凝土管（1）外的外缠绕预应力钢丝（4）；所述的活性粉末混凝土管（1）的一端设置有卯眼，另一端设置有榫眼；连接的卯榫结构处设置有铜止水（3）；活性粉末混凝土管（1）外浇筑有外包混凝土（2），外包混凝土（2）内设置有缠绕在活性粉末混凝土管（1）外由环向钢筋（6）和纵向钢筋（5）绑扎成的钢筋网。

2.  如权利要求1所述的所述的新型水电站巨型压力管道的施工工艺，其具体步骤为：
第一步：在工厂内，支护管体的模具，模具一般采用大型组合式钢筒模具，直径根据需要而定；采用离心成型工艺制作活性粉末混凝土管（1），过程中注意两端口的形式以及质量控制；
第二步：成型后的管体放入蒸压养护室进行养护，达到设计强度之后放至大型缠丝机上缠绕预应力钢丝（4），钢丝直径常用5~9mm直径；
第三，安置活性粉末混凝土管（1）两端的连接管体，连接管体采用卯榫连接，先在端头凹凸部位涂上环氧树脂，利用吊装设备连接管体，务必要求缝隙部位处理完善；待环氧树脂初凝之后在连接部位垫上橡胶垫圈以及铜箍圈，利用预紧器对铜箍圈进行预紧；
第四步：在管体以及预应力钢丝外围进行纵向钢筋（5）、环向钢筋（6）的布置和外包混凝土（2）的浇筑；
第五步：对外包钢筋混凝土（2）进行养护工作；
第六步：最后检查管体的裂缝以及密闭性能，实现本发明的预期目标。

说明书新型水电站巨型压力管道
技术领域
 本发明涉及水电站引水系统设备，具体为一种新型水电站巨型压力管道。
背景技术
随着大型常规和抽水蓄能电站的新建，钢衬钢筋混凝土压力管道因其良好的承载能力和相对较为经济的优势，越来越多的被用于水电站引水系统中，但钢衬钢筋混凝土压力管道所用钢材是高强度低合金调质钢，这种钢材生产技术要求高，能耗大，价格高，且国内产量不能完全满足巨型压力钢管的需要；同时厚壁钢管的焊接、制造和安装技术难度大，生产费时费力，且在焊缝处存在复杂的焊接热残余应力场，有时会导致焊缝和钢管的断裂破坏，这给钢衬钢筋混凝土压力管道的安全营埋下了隐患，风险较大；再者，管道放空，渗透压力，灌浆压力等外压引起的稳定性问题，也一直阻碍钢衬钢筋混凝土压力管道的发展。在加劲压力钢管施工中，加劲肋处存在混凝土振捣不密实而引起的空窠，管壁与混凝土之间存在着一定的干缩裂缝，外包混凝土开裂，而引起的混凝土耐久性的问题和失稳屈曲破坏。这些技术难题，伴随着水电站的发展而发展，并没有得到质的解决。
因此，面对巨型压力管道新结构型式的需求，克服传统刚改变传统的巨型钢衬钢筋混凝土压力管道的结构的不足，创新巨型压力管道的结构设计，促进水电事业及其它类似工程的发展，已经刻不容缓。
发明内容
 为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供了一种降低了压力管道生产过程中的技术要求，同时降低了能耗和成本；加工，制作，安装过程不存在焊接接缝及焊接加劲环的工艺，管道完整，降低了压力管道运行的风险的新型水电站巨型压力管道。
本发明的目的是这样实现的：
新型水电站巨型压力管道，包括1，缠绕在活性粉末混凝土管1外的外缠绕预应力钢丝4；所述的活性粉末混凝土管1的一端设置有卯眼，另一端设置有榫眼；连接的卯榫结构处设置有铜止水3；活性粉末混凝土管1外浇筑有外包混凝土2，外包混凝土2内设置有缠绕在活性粉末混凝土管1外由环向钢筋6和纵向钢筋5绑扎成的钢筋网；
所述的新型水电站巨型压力管道的施工工艺，其具体步骤为：
第一步：在工厂内，支护管体的模具，模具一般采用大型组合式钢筒模具，直径根据需要而定；采用离心成型工艺制作活性粉末混凝土管1，过程中注意两端口的形式以及质量控制；
第二步：成型后的管体放入蒸压养护室进行养护，达到设计强度之后放至大型缠丝机上缠绕预应力钢丝4，钢丝直径常用5~9mm直径；
第三，安置活性粉末混凝土管1两端的连接管体，连接管体采用卯榫连接，先在端头凹凸部位涂上环氧树脂，利用吊装设备连接管体，务必要求缝隙部位处理完善；待环氧树脂初凝之后在连接部位垫上橡胶垫圈以及铜箍圈，利用预紧器对铜箍圈进行预紧；
第四步：在管体以及预应力钢丝外围进行纵向钢筋5、环向钢筋6的布置和外包混凝土2的浇筑；
第五步：对外包钢筋混凝土2进行养护工作；
第六步：最后检查管体的裂缝以及密闭性能，实现本发明的预期目标。
积极有益效果：（1）本发明采用活性粉末混凝土代替钢材作为管体材料，缓解了国内高强度低合金调质钢产量不能满足巨型压力钢管的需求的矛盾。（2）本发明采用的预应力活性粉末混凝土管替代钢管，降低了压力管道生产过程中的技术要求，同时降低了能耗和成本。
（3）预应力活性粉末混凝土管的加工，制作，安装过程不存在焊接接缝及焊接加劲环的工艺，管道完整，没有缺陷，降低了压力管道运行的风险。（4）有效避免了压力管道外压失稳的因素，提高了临界失稳应力，解决压力钢管外压失稳屈曲破坏的问题。（5）确保了外包混凝土的耐久性，根除了钢材腐蚀性的问题。
附图说明
图1为本发明新型压力管道横截面示意图；
图2为本发明新型压力管道纵剖面以及端口细部示意图；
图3为本发明新型压力管道连接部位铜止水示意图；
图4为本发明新型压力管道外缠预应力钢丝示意图；
图5为本发明外包混凝土钢筋布置横截面示意图；
图6为本发明外包混凝土钢筋布置纵剖面示意图；
图中为：活性粉末混凝土管1、外包混凝土2、铜止水3、外缠绕预应力钢丝4、纵向钢筋5、环向钢筋6。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明做进一步的说明：
如图1、图2所示，新型水电站巨型压力管道，包括活性粉末混凝土管1，缠绕在活性粉末混凝土管1外的外缠绕预应力钢丝4；所述的活性粉末混凝土管1的一端设置有卯眼，另一端设置有榫眼；连接的卯榫结构处设置有铜止水3；活性粉末混凝土管1外浇筑有外包混凝土2，外包混凝土2内设置有缠绕在活性粉末混凝土管1外由环向钢筋6和纵向钢筋5绑扎成的钢筋网；
所述的新型水电站巨型压力管道的施工工艺，其具体步骤为：
第一步：首先在工厂内，支护管体的模具，模具一般采用大型组合式钢筒模具，直径根据需要而定，一般在10m左右。采用离心成型工艺制作活性粉末混凝土管1，过程中注意两端口的形式以及质量控制；
第二部：成型后的管体放入蒸压养护室进行养护，达到设计强度之后放至大型缠丝机上缠绕预应力钢丝4，钢丝直径常用5~9mm直径，具体规格参考GB5223-2002预应力钢丝选用标准，缠丝模型参见图4所示；
第三步：安置连接管体，管体采用卯榫连接，如图2所示，先在端头凹凸部位涂上环氧树脂，利用吊装设备连接管体，务必要求缝隙部位处理完善。待环氧树脂初凝之后在连接部位垫上橡胶垫圈以及铜箍圈，利用预紧器对铜箍圈进行预紧，如图3所示；
第四步：如图5、图6所示在管体以及预应力钢丝外围进行纵向钢筋5、环向钢筋6的布置和外包混凝土2的浇筑；
第五步：，对外包钢筋混凝土2进行养护工作；
第六步：最后检查管体的裂缝以及密闭性能，实现本发明的预期目标。
工作机理
（1）在活性粉末混凝土管的外侧，缠绕预应力钢丝，既改善了活性粉末混凝土管在内部水压作用下的应力状态，还对活性粉末混凝土进行了侧限，提高了活性粉末混凝土材料强度和延性。
（2）由于活性粉末混凝土的厚度一般是钢衬钢筋混凝土压力管道中钢板的15倍左右，活性粉末混凝土管的厚度的增大，极大的提高了管道外压失稳的临界力，避免了管道发生失稳屈曲破坏。
（3）由于活性粉末混凝土和普通混凝土弹性模量之比远小于钢管与普通混凝土弹性模量之比，不存在内层钢管与外包混凝土之间承载比的问题，故可取消钢管与普通混凝土之间的弹性垫层，使活性粉末混凝土与普通混凝土直接联合承载。
（4）由于本发明的活性粉末混凝土管不存在焊接和加设加劲环等工艺，确保了管道的结构完整性，不存在空窠，干缩缝隙等缺陷，确保了外包混凝土的耐久性。
（5）两段活性粉末混凝土管按卯榫连接的方法将其连接起来，确保了端部连接处管道的连续性。
（6）在两段活性粉末混凝土管的连接处，加设铜止水，不会发生渗漏现象。
以上实施案例仅用于说明本发明的优选实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在所述领域普通技术人员所具备的知识范围内，本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替代及改进等，均应视为本申请的保护范围。