无粘结预应力混凝土管产品特点及工程应用.pdf

2 0 1 1 年第 1 0期 1 0月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA CONCRETE AND CEMENT PR0DUCTS 2 01 l Nol 0 0c t o b e r 无粘结预应力混凝土管产品特点及工程应用 谈永泉 ， 陈立喜 ， 付水 奇 。 ， 刘汴 生 ( 1 苏州混凝土水泥制 品研究院有限公司， 2 1 5 0 0 4 ； 2 惠州市水利局 ， 5 1 6 0 0 3 ； 3 广东鑫林管道工程有限公司， 惠阳 5 1 6 2 1 1 ； 4 开封亚光预应力工艺设备有限公 司， 4 7 5 0 0 2 ) 摘要 ： 无粘结预应力混凝土 管是 国内近几年发展起 来的新型管道材料 ， 它是采 用单根锚 张的无粘结预 应力钢 绞线技术设计制作 的。该产品 以大 口径 为主 ， 已在广 东惠州市大亚湾 引水 工程 中大量使 用 ， 运 营 7年来管线正常 。 本文对无粘结预应 力混凝 土管产 品及 其生产、 产品标 准及 工程 应用情况进行 了介 绍。 关键词 ： 无粘结 ； 预应力 ； 钢铰 线； 混凝土 ； 输 水管 Ab s t r a c t ：N o - b o n d i n g p r e s t r e s s e d c o n c r e t e p i p e s a r e a n e w k i n d o f p i p e s i n r e c e n t y e a r s i n C h i n a ， wh i c h a r e ma d e b y t h e t e c h n o l o g y o f n o b o n d i n g p r e s t r e s s e d s t e e l s t r a n d wi t h s i n g l e a n c h o r - t e n s i o n No - b o n d i n g p r e s t r e s s e d c o n c r e t e p i p e s a r e m a i n l y l a r g e d i a m e t e r p i p e s ， w h i c h h a v e b e e n g r e a t l y a p p l i e d i n D a y a B a y w a t e r d i v e rsi o n p r o j e c t i n Hu i z h o u ， G u a n g d o n g P r o v i n c e ，a n d t h e p i p e l i n e h a s b e e n o p e r a t e d n o r ma l l y f o r 7 y e a r s I n t h i s p a p e r ，t h e p r o d u c t i o n a n d p r o d u c i n g p r o c e s s o f n o b o n d i n g p r e s t r e s s e d c o n c r e t e p i p e s ，i t s p r o d u c t i o n s t a n d a r d s a n d e n g i n e e r i n g a p p l i c a t i o n a r e i n t r o d u c e d Ke y wo r d s ： No - b o n d i n g ； P r e s t r e s s e d ； S t e e l s t r a n d ； C o n c r e t e ； Aq u e d u c t 中图分类 号 ： T U5 2 5 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 1 ) 1 0 2 7 0 3 0前言 无粘结预应力混凝土管是 国 内近几年发展起 来 的新型管道材料 ， 它是采用单根锚 张的无粘结 预 应力钢绞线技术设计制作的。在我国 ， 用无粘结钢 绞线生产的环形预应力混凝 土结构起始于 2 0世纪 8 0年代 ， 如 1 9 8 7年柳州水泥厂 的散装水泥库 、 1 9 8 8 年秦山核 电站的核安全壳等 。以后 ， 无粘结预应力 技术大量使用于散装水泥 、 粮食 、 煤炭等 固体物料 的筒仓 ； 黄河小浪底水库排砂 洞第一次将无粘结钢 绞线生产 的环形预应力混凝土结构用于水工。无粘 结钢绞线生产 的预应力混凝土 管已径 在广东惠州 市大亚湾引水工程 中大量使用 。 无粘结 预应 力混凝 土管产 品主要 以大 口径 为 主。目前 ， 我国城市缺水越来越严重 ， 输水管道直径 越来越大 ， 无粘结预应力混凝土管能较好地解决 目 前 大 口径t 昆凝土输水压力管管材选用 品种 少的矛 盾 ， 与 国家现 有政 策相 一致 。 1 无粘结预应力混凝土技术简介 无粘结预应力混凝 土是 指预应力筋 和混 凝土 间没有粘着作用 的预应力混凝土 ， 其特点是配有无 粘结预应力筋 ， 靠锚具传力 。无粘结钢绞线采用专 用 防腐润滑油脂和塑料涂包 ， 钢绞线与被施加预应 力 的混凝土之间可保持相对滑动。 无粘结预应力混凝土的施工过程是 ： 先将无粘 结预应力筋铺设在模板 中， 待浇筑混凝土达到规定 强度后 ， 进行后张拉并锚 固， 从而获得预应力。无粘 结预应力混凝土技术 ， 用于直线形混凝土梁 、 桁架 、 板等构件、 矩形建筑物 、 构筑物 ， 已是屡见不鲜 的成 熟技术 。随着科技的进步 ， 无粘结 预应力混凝 土技 术 首次 成功的应用 在黄河小浪底排 砂洞工程 的环 形结构 中， 开创 了无粘结预应力钢绞线在环形水工 结构中的应用先河 。采用无粘结预应力混凝土技术 施工的构筑物工序少 、 工艺先进 、 施工速度快 、 工程 质量容易控制 ， 经济效益也很明显 。 我国的无粘结预应力技术 已经相 当成熟 ， 国家 已就无粘结预应力技术于 1 9 9 3年制定了相应 的技 术规程 J G J T 9 2 1 9 9 3 无粘结预应力混凝土结构 技术规程 ， 2 0 0 4年又对上述规程进行 了修订 。目 前 ，无 粘结 预 应力 混 凝土 结构 技 术规 程编 号 为 J G J 9 2 2 0 0 4。 2 无粘结预应力混凝土管简介 无 粘结 预应力 混凝 土管就是 以无粘结钢 绞线 为预应力筋 ， 采用后张工艺生产 的在混凝 土管壁 内 建立预应力的预制混凝土管。 无粘结 预应力 混凝 土管是我 国具有 自主知识 产权的新型混凝 土输水管产品。它是借鉴房屋 、 筒 一 27 2 0 1 1 年第 l 0期 混凝土与水泥制品 总第 1 8 6期 仓 、 核安全壳等结构 中多年应用的无粘结预应力混 凝土技术 ， 把无粘结预应力筋螺旋形埋入混凝土管 壁内， 张拉后混凝土管体在环向和纵向受到压力 。 无粘结预应力混凝土管分为二阶段制作完成 ， 即直筒式管体制作和无粘结钢绞线张拉锚固。利用 螺旋状无粘结预应力筋的纵 向分力 ， 将传统配置的 纵向预应力筋取消 ，按最小配筋率配置构造钢筋 ， 用于固定无粘结 预应 力钢绞线 ，管体采用振 动成 型 。产 品主要 有 以下优 点 。 ( 1 ) 结构新颖 无粘结钢铰线现浇后张拉预应力技术在大型混 凝土构件中的应用 ， 是近十几年来我国建筑工程推 广使用的一项先进成熟技术 ， 现将其应用 于大型或 超 大型混凝土管制作 中 ， 结构新颖 ， 在 环壁 内受拉 区配置超高强度的低松弛预应力无粘结钢绞线 ， 大 大增强 了抗载能力 ， 能生产大直径 、 高工压 和深覆 土的管道。 ( 2 ) 工艺合理 根据产品特点 ，设计采用了二阶段生产工艺 ， 使用精确加载的千斤顶 ，张拉高强度的钢铰线 ， 应 力建立直观， 工艺比较合理。 ( 3 ) 耐 久性好 无粘结预应力混凝土管 ， 钢铰线在整体浇注的 混凝土内，并涂有防腐油脂 ，外包高密度的聚乙烯 材料 ， 钢铰线能得到 良好的保 护 ， 其耐久性能大大 提 高 。 ( 4 ) 造价低廉 由于无粘结预应力混凝土管设计合理 ， 工艺先 进 ，不用大型专用设备 ，能充分利用超高强 、 低松 弛钢铰线材料强度 ， 不仅可节省材料 ， 还能提高工 效 ， 节约工时， 故造价低廉 。与其他管材相 比， 如无 粘结预应力混凝土管为 1 ，则球墨铸铁管造价为其 1 6倍 ； 钢管造价为其 1 5倍。 3无粘结预应力混凝土管产 品行业标准简介 国家发展 和改革委员会 办公厅 以发改办工业 2 0 0 5 7 3 9号 文 下 达 了“ 2 0 0 5年 行 业 标 准 项 目计 划” ， 无粘结预应力混凝土输水管 ( 后改为 无粘 结预应力混凝土管 )被列入行业标准编制计划。 标 准负责起草单位苏州混凝土水泥制 品研究 院在接 到行业标准编制计划任务后 ，于 2 0 0 5年下半年开 始与广东鑫林管道工程有限公 司、 开封亚光预应力 工艺设备有限公司等单位一起着手标 准制订工作 。 2 0 0 7年 3月 ，苏州混凝 土水泥制 品研究 院完成 了 全部标准制订 的报批工作。国家发 改委 2 0 0 7年 9 月 2 2日发布了建材行业标准 J C T 1 0 5 6 2 0 0 7 无粘 一 2 8一 结预应力混凝土管 ，标 准于 2 0 0 8年 4月 1日实 施 。 J C rr l 0 5 6 2 0 0 7 无粘结预应力混凝 土管 产 品 标准覆盖范围为 ： 直径 1 8 0 0 4 8 0 0 m m， 管顶覆土深 度不超 过 1 0 m，工作 压力 或静 水压 力不 超过 1 2 MP a 。 产品适用范围： 城市给水系统 、 排水系统 、 工业 和水利输水管线 、 农 田灌溉 、 工厂管网及深覆土涵 管等。 产品标准包括 了结构设计 、 主要工序 ( 骨架 制 作 、 无粘结钢绞线布置绑扎 、 模具组合 固定骨架 、 混 凝土浇筑及振动成型 、 养护脱模 、 钢绞线张拉 、 水压 检验及封端防腐处理等) 及产 品技术要求 和检验规 则等内容。 ( 1 ) 产 品结 构设计 无 粘 结 预 应 力 混 凝 土 管 结 构 设 计 应 按 G B 5 0 3 3 2 2 0 0 2 给水排水管道工程结构设计规范 和 J G J T 9 2 2 0 0 4 ( 无粘结预应力混凝土结构技术规 程 的规定 ； 也可采用经业 主认 可的其 它设计方 法 对管子进行结构设计。在进行管子结构设计 时， 允 许采用提 高混凝土强度等级或增加管体壁厚或左 右旋双 向缠绕预应力筋等措施 ， 以获得经济 、 合 理 的设计 结果 。 产品结构设计 时各根螺旋形预应力钢绞线应 首尾连续 ， 不得间断。 ( 2 ) 混凝土强度 由于无粘结预应力筋的钢铰线强度很高 ， 故要 求? 昆 凝 土结构的混凝土强度等级相应提 高 ， 这样才 能达到更经济的目的。标准规定管体混凝土的强度 等级不得低于 C 4 0 。管子混凝土脱模强度不得低于 2 8 MP a 。张拉 钢绞线 时混 凝土抗 压强度 不得低 于 3 4 MP a 。每班或每拌制 1 0 0盘 ( 不大于 1 0 0 m ) 相同 配合 比的混凝土时 ，应取样制作 3组立方体试件 ， 分别用 于测定脱模强度 、 钢绞线 张拉强度 和 2 8 d强 度 。测定管体混凝土脱模强度和钢绞线张拉强度用 的立方体试件的养护条件应与管子相同。 ( 3 ) 骨架制作 、 绑扎无粘结钢绞线 按结构设计要求进行钢筋骨架 的制作 ， 制作完 成后按设计要求进行无粘结钢绞线 的绑扎并有相 应的固定措施以保证位置 的准确。 ( 4 ) 成 型 成型操作 时采用 的振动成型工艺制度包 括所 采取 的振动频率和振动成型时 间应保证其获得设 计要求 的管子尺寸和足够的密实度 ， 成型过程 中模 型不得 出现变形 、 松动和位移 ， 成 型后 的管子 混凝 土不得 出现任何塌落。应注意每根管的全部成型时 谈永泉 ， 陈立喜， 付永奇 ， 等 无粘结预应力混凝土管产 品特点及工程应用 间不得超过水泥的初凝时间。 ( 5 ) 养 护 成型的管子应采用蒸汽养护 ， 所采用 的蒸汽养 护 制度应保证 管体混凝土达到标准规定 的脱模 强 度 。管子蒸汽养护时 ， 养护设施 内最高升温速度不 应大于 2 2 h ， 最高恒温温度应根据水 泥品种而定。 不同季节具体的养护制度应根据试验确定。 ( 6 ) 脱模 管子混凝土脱模强度不得低于 2 8 MP a 。脱模操 作不应损坏管体混凝土 ， 管体混凝土 内外表面不得 出现粘模 和剥 落现象 。 ( 7 ) 钢铰线张拉及封端防腐 张 拉 钢 绞 线 时 混 凝 土 抗 压 强 度 不 得 低 于 3 4 M P a 。张拉时环境温度不应低 于 2 。张拉完毕后 准许 吊运 、 翻身。预应力张拉采用张拉力和张拉总 伸长双控 ，张拉力允许偏差为 5 ，张拉总伸长允 许偏差为 6 ； 一端张拉 ， 另一端补拉 。张拉控制应 力不宜超过钢铰线抗拉强度 的 7 5 ， 并应符合设计 要 求 。 无粘结预应力筋张拉器具及 仪表 ， 应 由专人使 用和管理 ， 并定期维护和校验。张拉设备应配套校 验 ， 校验周期不应超过半年。 张拉完毕并切除多余钢绞线后 ， 在锚具端头涂 抹黄油 ， 戴 紧塑料帽 ； 将 穴槽用 细石混凝土填满封 锚 ； 再用防渗材料涂盖细石混凝土表面进行 防腐处 理 。 ( 8 ) 管体抗渗性检验 制造 中的每一根 管子都 应进行管体抗渗 性检 验 ， 抗渗检验压力值为管道工作压力或静水压力 的 1 5倍 ， 最低的抗渗检验压力值应为 0 2 M P a 。 管体如 出现渗漏时应作好标记 ， 待卸压后对管 子的渗漏部位进行修补或采取附加 的养护措施 ， 经 修补的管子应重新进行管体抗渗检验。 抗渗检验压力下管体不应 出现 冒汗 、淌水 、 喷 水 ； 管体出现的任何单个潮片面积不应超过 2 0 e m ， 管体任 意外表 面每平方米面积 出现的潮片数量不 得超过 5处 。抗渗检验过程 中， 管子 的接头处不应 滴 水 。 ( 9 ) 管 子 的防护 和修 补 当管子用于输送具有腐蚀性的污水或海水 、 或 用 于含有腐蚀性介 质的土壤 环境 中以及架空铺设 时 ，应按 GB 5 0 0 4 6 2 0 0 8 工业建筑 防腐蚀设计规 范 的规定对管体混凝土进行防腐处理 。涂覆 防腐 材料时应遵循 G B 5 0 2 1 2 2 0 0 2 建筑防腐蚀工程施 工 及验 收规 范 的规定 ，防腐 施 工 的质 量 应按 G B 5 0 2 2 4 2 0 1 0 建筑防腐蚀工程施工质量验 收规 范 的规定进行评定。 管壁混凝土在制造 、搬运过程 中造成 的瑕疵 ， 经修补合格后方能出厂。实施修补前应清除有缺陷 的混凝土 ， 修补用 的混凝土或无毒树脂水泥砂浆所 用 的水泥应与管壁混凝土相 同。如果管壁混凝土出 现塌落的表面积超过管体内表面积的 1 0 ， 则该根 管子 应予 报废 。 管壁混凝土内外表面出现 的凹坑或气泡 ， 当任 一 方向的长度或深度大于 1 0 ram时应采用水泥砂浆 或环 氧水 泥砂 浆予 以填 补并 用镘 刀 刮平 。 所有修补部位应根据修补材料 的性质采取相 应 的保护或养护措施 ， 确保修补质量 。 ( 1 O ) 产 品检验 管子的产品检验包括管子 的基本尺寸 、 外观质 量 、 抗渗性 、 抗裂 内压 ( 在规定 的抗裂 内压下 ， 管子 不得开裂 ) 及接头转角试验 ( 管子接头允许相对转 角 0 5度 ，管子接头转角试验在抗渗检验压力下恒 压 5 mi n ， 接头不应出现渗漏。) 等 。产品分批检验合 格后 才可以出厂。 4无粘 结预应 力混凝 土管 应用 情 况 大 亚 湾 引 水 工 程 是 惠 州 石 油 化 工 区 的 重要 配 套工程。大亚湾工程从东江和西枝江取水 ， 管线全 长 5 5 5 8 k m。项 目采用 了球墨铸铁管 、 钢管 、 无粘结 预 应 力混 凝 土管 、 一 阶段 预应 力 混 凝 土 管 和三 阶段 预应力混凝土管 。共使用 0 2 0 0 0 mm预应力混凝 土 管 4 1 2 4 k m 和 O1 6 0 0 m m预应力 混凝土管 1 9 k m， 其 中使用了 2 3 k m的 0 2 0 0 0 mm无粘结预应力混凝土 管 。 无 粘结 预应 力 混凝 土 管 是 大 亚 湾 引 水 工 程 用 量最多的一种管材。无粘结预应力混凝土管管道最 浅埋深 1 2 m， 最大埋深 1 5 m， 其 中惠阳三和开发 区 段约 3 k m管子埋深 1 2 1 5 m。 平整土地的运输车辆 纵向通行挤压无粘结预应力混凝土管达半年之久 ， 但管道依然安全运行。实践证明无粘结预应力混凝 土管 是安 全可 靠 的 。 大 亚 湾 引水 工 程 2 0 0 3年 1 0月 开 工 ， 2 0 0 5年 2 月完工 ，项 目建设期 1 7个月。通水至今 已长达 7 年 ， 工 程运 行 安全 。 收稿 日期 ： 2 0 1 1 0 8 0 5 作者简介 ： 谈 永泉( 1 9 6 6 一 ) ， 男 ， 教授级 高工。 通讯地址 ： 苏州市三香路 7 1 8号 联 系电话 ： 1 3 6 0 6 1 3 8 6 0 0 2 9