预应力钢筒混凝土顶管结构性能研究

结合预应力钢筒混凝土顶管在禹门口提水东扩工程中的试验性应用,对PCCP顶管施工性能和结构承载力进行分析研究,通过采取针对性的措施可以完全改善并保证PCCP顶管的施工性能和工作性能,通过进行管道承载力试验证明其结构安全性能良好,工程应用也充分证明了其良好的结构性能。PCCP顶管是一种新型复合管材,兼有压力管道和顶管性能,对解决管线穿越建筑物问题具有很强的针对性和优势。     

南水北调供水工程PCCP管道施工工艺

PCCP是一种新型的钢性管材,广泛应用于长距离输水线路、压力倒虹吸、城市供水工程、产业有压输水管线、电厂循环水工程,下水管道、压力排污干管等。与普通管材相比,PCCP管材具有适用范围广,经济寿命长、抗震性能好、安装方便、运行用度低,基本不漏水等优点,在我省南水北调配套供水管道工程中广泛应用。文章以河南省南水北调受水区许昌供水配套工程16号分水口门供水工程建安施工第3标段为例,对PCCP管道施工工艺进行探讨,希冀为南水北调或其他类似工程有所裨益。     

太钢应急供水工程管线布置优化研究

太原钢铁集团有限公司应急供水工程管路沿线主要涉及汾河公园、汾河灌区东干渠、滨河东路和赵庄新村等。通过对管路管材的选取、压力管路供水方案的比较以及两穿越管段和压力供水管线布置的优化,提出该供水工程管线布置的最优方案:对架钢桁架、顶管、洞穿管3种方案穿越管段管线施工布置的综合比较,确定穿越管段采用顶管施工方案;对钢管、球墨铸铁管、聚乙烯塑料管3种管材进行技术性能和造价的比较,确定压力供水管路采用钢管;对输水管路采用单管和双管的供水方案优选后,推荐采用双管方案。     

湿陷性黄土地层中直接采用PCCP顶管输水的可行性分析

本文创造性地在普通PCCP预应力管芯外侧包设非预应力混凝土保护层,使得PCCP顶管直接用于压力管道输水,并在山西省内禹门口提水东扩工程中首次成功使用。本文对顶进土层物理力学参数、顶管覆盖层厚度、施工所需顶力、管道允许顶力、PCCP顶管防渗结构,以及经济效益进行了分析。该方法降低了施工难度、缩短了工期、节省了投资。     

PCCP顶管在禹门口东扩工程中的应用

禹门口东扩工程输水管线与公路交叉处地层多为中等～强烈湿陷性黄土,地质条件差.在对顶管方案比较分析的基础上,重点研究了PCCP顶管方案.PCCP顶管具有投资省,施工周期短的特点.本工程实践证明,只要顶管接头防渗处理措施适当,在Ⅱ～Ⅳ级自重湿陷土层内采用PCCP顶管是可行的.     

南水北调配套工程PCCP管道腋角砂变更方案浅议

南水北调配套工程管材主要选用PCCP管道,PCCP管道质量及安装好坏,是工程的关键,直接关系到工程的正常运行。文章从工程概况、变更原因、变更方案、施工流程、施工过程控制、以及措施保障等方面,详细探讨了PCCP管道腋角砂回填施工技术要求,特别强调腋角砂回填的相对密度必须满足设计和规范要求,从而提高了PCCP管道的稳定性,杜绝PCCP管道运行的隐患。     

泥水平衡式顶管施工方法

顶管施工是一种地下管道施工方法,它不需要开挖面层,并且能够穿越公路、铁道、河川、地面建筑物、地下构筑物及各种地下管线。文中通过山东省胶东地区引黄调水工程管道顶管穿越S302省道施工应用为例,介绍了泥水平衡式顶管施工方法的优点,详细阐述了沉井施工、顶推力计算和顶管施工的工艺流程和主要技术措施,对同类工程施工具有一定借鉴意义。     

南水北调廊涿干渠配套工程中PCCP管芯的常见问题及处理

预应力钢筒混凝土管（prestressedconcretecylinderpipe）简称PCCP管道。是一种新型的钢性管材，和以往输水管材相比较．PCCP管具有复合结构、承受内外压力高、接头密封性好、抗震能力强、施工方便快捷、抗腐蚀、使用寿命长、维护方便等优点。目前，在北京张坊水源应急输水工程、大连应急输水等水利工程均采用PCCP管．     

PCCP管道压力试验方案探讨

PCCP管道具有能承受较大内外荷载,抗渗性能好,水头损失小,接头密封性好,经久耐用等优良特性,自20世纪90年代进入我国以来,有了广泛的应用,但PCCP管道压力试验方案并未有统一规定。以舟山某引水工程为例,对PCCP管道压力试验方案进行探讨。     

地埋长压力管道在北疆小水电站中应用

针对北疆地区地形特点,结合小水电站长压力管道管材的选用,对螺旋钢管、玻璃钢管、PCCP管的优缺点进行了比较,分析了各种管材用作长压力管道时应注意的问题及其水锤的解决方案。以加快施工进度,降低电站造价。     

PCCP管内环向预应力加固验证试验研究

为快速有效修复难以开挖区域破损的预应力钢筒混凝土管（PCCP）,减少甚至避免PCCP爆裂事故的发生,研究提出PCCP管内环向预应力加固技术。该技术对管内碳纤维板材施加环向预应力,再利用高性能结构胶粘贴至PCCP管道内壁,达到加固目的。通过设计混凝土内环、外环相结合的试验,验证该加固方法的可行性,并调整优化施工工艺。试验结果表明,碳纤维板经预张拉后成功粘贴至外环混凝土,混凝土表层经过凿毛、基底处理后形成的混凝土-结构胶-预应力碳纤维板体系是可靠的,可提供不低于0.8 MPa的黏结力。基础试验方案（即内环、外环设计）及加固方案可行,依此提出PCCP加固二期试验方案,即首尾搭接的碳纤维板管内环向预应力加固试验。     

预应力钢筒混凝土管结构变形规律的原型试验研究Ⅱ:外压

PCCP是由混凝土管芯、钢筒、预应力钢丝以及砂浆保护层构成的复合结构,不但承受内水荷载,还有外部土荷载、管体自重与水重、活荷载以及临时堆土等外荷载作用,在外荷载作用下PCCP的变形规律与内荷载的变形规律完全不同。为研究PCCP在极限外荷载作用下的变形规律,在国内外首次采用BOTDA和FBG光纤传感技术,并将光纤在PCCP制造过程中植入钢筒表面,采用三点试验法对内径2.6 m埋置式PCCP原型管进行了外荷载试验,在加载过程中连续测试PCCP各层结构的应变响应。通过深入分析测试数据发现,在三点法试验加载过程中,管体结构各层材料的变形与外荷载正比相关,钢筒外侧管芯混凝土与钢丝的变形协调一致,钢筒内侧管芯混凝土与钢筒的变形基本协调一致。管腰处管芯混凝土外侧和钢丝受拉,管腰处管芯混凝土内侧和钢筒受压,管顶和管底则与之相反,但变形协调规律一致。外荷载原型试验获得了PCCP各层结构受载响应规律,为PCCP结构深层次的基础理论研究和工程应用提供了宝贵的试验资料。     

预应力钢筒混凝土管体外预应力加固试验研究

预应力钢筒混凝土管(PCCP)断丝后,管芯混凝土在荷载作用下会发生开裂,影响PCCP的承载能力。目前针对PCCP断丝管的加固有多种方法。其中利用钢绞线施加体外预应力加固PCCP断丝管的方法能够主动补偿由于断丝导致的预应力损失,同时做到整个管线减压不停水。本文通过PCCP加载-断丝-管体管芯混凝土开裂-减压-施加体外预应力-加载到设计荷载的全过程原型试验,研究了PCCP体外预应力加固效果。并针对试验过程中各阶段PCCP管体的力学特性和变形特点进行分析。试验结果表明,通过钢绞线对PCCP断丝管施加体外预应力进行加固,管体裂缝闭合,承载能力恢复至设计内压0.9 MPa,钢绞线仍处于弹性阶段,管体水密性良好,加固效果明显。     

谈PCCP与PCP,钢管的比较

ＰＣＣＰ即“预应力钢筒混凝土管”，它是一种大口径、高工压、长寿命的输水管道，在国外得到广泛的应用，在国内部分工程上也得到了应用，与我国目前常用的ＰＣＰ、钢管、球墨铸铁管等输水管道相比，无论从结构形式、铺设工艺、工程造价，还是运行管理上比较，都具有十分明显的优越性。     

超大口径PCCP管内水压承载能力试验

采用原型现场试验的方法,分析PCCP的管内水压试验方法、破坏特征和承载机理。详细叙述了试验前试件成型与测量方案,阐述了内水压承载试验的具体过程及试验破坏特征。基于试验结果分析了PCCP的承载机理:PCCP较普通混凝土管承载力的提高是由于预应力钢丝的作用,极限内水压时,表现为钢丝的屈服和混凝土的最终拉裂破坏,发挥了组合结构中各材料的性能。试验研究为超大口径PCCP管道的生产、施工积累了经验,为制订超大口径PCCP管道标准及其质量验收标准提供依据。     

PCCP内壁复式碳纤维加固技术及应力计算分析

现有碳纤维加固预应力钢筒混凝土管(PCCP)技术不能有效发挥碳纤维的作用,也无法有效地抑制PCCP的变形和裂缝的扩展。为此,提出了PCCP内壁复式碳纤维加固技术,即在碳纤维与PCCP之间增设高压缩弹性垫层,研制出具有压缩量大、本体强度高、抗渗、与混凝土粘接强度大等特点的高压缩弹性垫层材料。根据弹性力学推导出内壁复式碳纤维加固PCCP的弹性解,并分别计算了在不同内水压力作用下对三种直径PCCP的应力分布情况。结果表明,当弹性垫层厚度为5 mm时,碳纤维的应力增加4.2~4.6倍,即增设弹性垫层后碳纤维加固PCCP的作用显著增加,作用于PCCP的内压明显减少;对于同一管径的PCCP,在固定内水压力下,随着高压缩弹性垫层厚度的增加,碳纤维的应力近似呈线性提高,碳纤维承担内水压力的比例也近似呈线性提高。     

CFRP修复PCCP断丝管的试验研究

为了验证CFRP修复PCCP断丝管的效果,采用两根内径2.6m的PCCP,管A为原管,管B为在管芯混凝土内表面粘贴CFRP的加固管,在不同内压作用下进行断丝,研究最不利情况下PCCP断丝破坏特征。管A在内水压力0.9MPa,断丝40根时,断丝区管芯混凝土应变突增,出现宏观裂缝,发生脆性破坏;管B在同样内水压力断丝70根时,断丝区管芯混凝土微裂缝持续扩展,继续加压至0.95 MPa时,管芯混凝土出现宏观裂缝,而非断丝区管芯混凝土受断丝影响不大。试验结果表明粘贴在管芯混凝土内壁上的CFRP与PCCP结构联合承载,在管芯混凝土出现微裂缝后参与应力重分布,限制了管芯混凝土裂缝的开展,调整了管体结构的受力状态,CFRP补强加固PCCP断丝管的效果明显。     

PCCP受载响应全过程有限元分析

基于陕西杨凌供水工程,建立预应力钢筒混凝土管(PCCP)的三维非线性有限元模型,研究了PCCP在全寿命各个阶段的受力特性和结构性能,得到PCCP各阶段应力状态和裂缝开展的规律。分析结果表明:(1)缠丝后由于管芯在预应力作用下的收缩变形,钢丝可能发生4%的预应力损失;(2)在预应力作用下管芯混凝土全截面受压,最大压应力在管道内侧,且由内到外线性递减;(3)在土荷载和管道自重作用下,砂浆层出现裂纹,管道发生椭圆形变形,在内水压力作用下,管道有外扩的趋势。     

基于涡流原理PCCP断丝的无损检测方法研究

基于涡流原理,提出一种PCCP(预应力钢筒混凝土管)断丝的无损检测方法;即:将PCCP视为放大后的类似金属管道,预应力钢丝作为主体结构,检测时利用内含线圈的探头在管内形成涡流,涡流产生磁场反作用于探头磁场,引起探头内磁通量的变化。通过采集探头阻抗波动即可获取磁通量变化,分析阻抗波动过程就能够推测出PCCP预应力钢丝的损伤情况。通过电磁感应和等效电路建立关联方程,推导阻抗波动公式,并在阐述试验方法的基础之上,初步论证了该方法的可行性。     

长距离输水工程采用大口径 PCCP 管的安全防护对策

针对输水管道工程中 PCCP 管材爆管事故引发对 PCCP 管耐久性的担忧,对相关管道爆管案例进行了归纳研究,结果表明爆管的主因是预应力钢丝断丝。微观分析可知钢丝断丝是由于快拉拔引起晶格缺陷、阴极保护过负、氢脆等因素导致; 宏观分析其原因是由于砂浆保护层开裂、有效外防护缺失导致钢丝腐蚀破坏。通过对比研究国内外有关规范差异、管材设计考虑的内外服役环境、管芯混凝土和砂浆制造工艺,以及已建工程不同外防护效果等方面,提出了 PCCP 管道安全防护对策如下: ( 1) 标准规范需细化和设计优化; ( 2) 提高管芯质量和改进砂浆工艺; ( 3) 做好有效外防护,如三油两布和适宜厚度的环氧煤沥青涂层措施; ( 4) 慎重选择阴极保护等措施,由此可提高 PCCP 管道的承载力和耐久性。与此同时,还需做好运行监测和检测,并及时进行管道修补及换管工作,从而降低爆管风险。