[发明专利]预应力钢筒混凝土管端部防渗结构及其加工方法

说明书

本发明涉及一种预应力钢筒混凝土管端部防渗结构及其加工方法，预应力钢筒混凝土管和玻璃纤维层、碳纤维层、不锈钢胀圈和YEC环氧涂层，所述预应力钢筒混凝土管的承口端和插口端内侧都设置有不锈钢膨圈，不锈钢膨圈的内侧都设置有环氧砂浆涂层，预应力钢筒混凝土管的内侧首先设置一层环向玻璃纤维层，玻璃纤维层上粘贴多层环向和纵向组合的碳纤维层，多层纵向的碳纤维层的内侧设置有多层环向的碳纤维层。本发明既能够发挥GFRP非导电的特性，确保CFRP补强加固PCCP管端部防渗组合结构不导电，避免钢件发生电偶腐蚀；又能够充分发挥CFRP的特性，实现端部加固和防渗，有效阻断CFRP补强加固PCCP端部开裂内水绕渗的通道，保持端部的水密性，实现CFRP内衬长期有效性。

技术领域

本发明涉及存在断丝或结构性裂缝的预应力钢筒混凝土管(PrestressedConcrete Cylinder Pipe，简称PCCP)结构内部补强加固技术，当PCCP断丝管采用碳纤维增强复合材料(CFRP)补强加固时，管道内水可能通过管芯混凝土端部绕到CFRP内衬的外侧，造成CFRP内衬内外水压平衡使其失效。本专利旨在通过一种PCCP管端部防渗组合结构型式，阻断PCCP内水绕渗的通道，保持CFRP内衬长期有效。

背景技术

预应力钢筒混凝土管(Prestressed Concrete Cylinder Pipe，简称PCCP)是由管芯混凝土、钢筒、预应力钢丝以及砂浆保护层构成的复合结构如图1所示，按照美国ANSI\AWWA C304《Design of Prestressed Concrete Cylinder Pipe》和我国SL 702《预应力钢筒混凝土管道技术规范》设计并按照美国ANSI/AWWA C301《Prestressed ConcretePressure Pipe,Steel-Cylinder Type》和我国GB/T 19685《预应力钢筒混凝土管》制造的PCCP的使用寿命为50年。其承载能力取决于缠绕在混凝土管芯上的预应力钢丝，钢丝在管芯混凝土上产生均匀的预压应力，抵偿由内压和外荷载产生的拉应力。在实际工程中，由于钢丝的腐蚀或者氢脆性引起钢丝断裂，断丝部位预应力失效，随着断丝数目的增加，其承载力不断降低，运行风险不断增大，甚至发生爆管事故。

存在断丝的PCCP补强加固措施主要有外包混凝土、后张法(体外预应力)、换管、穿管等方法。这些方法需要沿管线在外部开挖，对于某些周边环境和空间存在限制的工程，既不可行也不经济时，采用CFRP补强加固PCCP断丝管是一种行之有效的方法。该方法充分利用碳纤维质量轻、强度大、抗腐蚀、力学性能优良等特点，在断丝管管芯混凝土内表面粘贴n层纵向碳纤维布(纵向指平行于管线轴线方向)和m层环向碳纤维布(环向指垂直于管线轴线方向)，由多层碳纤维布和浸渍胶形成碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber ReinforcedPolymer，简称CFRP)作为承载结构层；利用YEC环氧材料韧性好、抗冲磨能力强、吸水性小和耐久性好等特点，将YEC涂刷在CFRP表面，作为CFRP防护抗冲磨结构层。CFRP承载结构层和YEC防护抗冲磨结构层在管芯混凝土内壁形成复合里衬，复合里衬与PCCP断丝管联合作用，承受管线中的荷载，从管线内部解决了断丝管承载能力不足的技术难题。这种方法充分利用各材料的自身特点，技术安全可靠，不需要沿管线外部开挖，施工方法简便快速，防渗、抗冲磨性能好，并能在主管道持续恶化的情况下，长期独立承受所有设计荷载。

使用CFRP补强加固的PCCP断丝管，由于产生断丝的影响因素依然存在(氢脆、腐蚀环境以及内水压变化等因素)，PCCP会继续发生断丝，随着预应力钢丝断裂数目进一步的累积，管体承载能力降低，钢筒混凝土管芯发生损伤开裂，PCCP内部水介质可能通过管芯混凝土端部绕到CFRP内衬的外侧，造成CFRP内衬内外水压平衡使其失效。本专利旨在通过一种新型防渗结构型式，阻断PCCP内水绕渗的通道，实现CFRP内衬长期有效性。

发明内容

本发明提供一种解决上述现有技术存在问题的预应力钢筒混凝土管端部防渗结构及其加工方法。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：