為了提高鋼筒混凝土管的設(shè)計(jì)安全性能與質(zhì)量可靠性，本文通過對鋼筒混凝土的設(shè)計(jì)的規(guī)范與準(zhǔn)則，設(shè)計(jì)管的材料的選擇安全性與設(shè)備生產(chǎn)鋼筒管的技術(shù)要求內(nèi)容進(jìn)行分析，對鋼筒混凝土管的設(shè)計(jì)安全性提供了一定的經(jīng)驗(yàn)與方法。
    鋼筒混凝土管是由鋼筒、鋼絲以及砂裝等材料進(jìn)行組成形成一種具有良好的性能的管材。該管材通過在外表面進(jìn)行多層鋼絲的纏繞后，并對其進(jìn)行砂漿噴射后，形成具有抗壓、抗?jié)B透能力以及耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)的管材。在鋼筒混凝土管的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，必須結(jié)合所適應(yīng)的環(huán)境的特點(diǎn)來，防止鋼筒混凝土管發(fā)生斷絲和裂縫等問題，保證其結(jié)構(gòu)的安全性與可靠性，在工程應(yīng)用領(lǐng)域具有重要的研究價值與理論意義。
    鋼筒混凝土管設(shè)計(jì)分析
    對于預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管的設(shè)計(jì)國內(nèi)采用的是CECS 140:2011設(shè)計(jì)規(guī)范，規(guī)范的制定根據(jù)結(jié)合排水管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范和混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范來完成對整個鋼筒混凝土管的設(shè)計(jì)要求規(guī)定。在鋼筒管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，正常使用極限狀態(tài)以及承載能力極限狀態(tài)兩種方法可以對管道的結(jié)構(gòu)可靠性來判別。
    1.1.預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管進(jìn)行承載力外壓試驗(yàn)，通過數(shù)值模擬來反映裂縫對鋼筒管的影響。在承載實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)斷絲的實(shí)驗(yàn)分析，管道瞬間出現(xiàn)貫通裂縫的部位位于管頂、管底以及管腰砂漿保護(hù)層處。對于鋼筒管進(jìn)行斷絲的數(shù)值模擬后，得到極限狀態(tài)下斷絲數(shù)量越多則施加的內(nèi)水壓越??；伴隨著內(nèi)水壓的變大，造成斷絲區(qū)的屈服強(qiáng)度與應(yīng)變與極限越來遇到，更接近材料的屈服極限。當(dāng)出現(xiàn)斷絲后，很容易產(chǎn)生局部突起以及滲透和爆裂問題，因此為了防止斷絲，設(shè)計(jì)在最大檢驗(yàn)內(nèi)壓力的作用下，預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管不應(yīng)該出現(xiàn)長度大于300mm ，寬大不應(yīng)大于0.25mm的裂縫，否者重新設(shè)計(jì)。
    1.2.對鋼筒混凝土管的尺寸公差設(shè)計(jì)符合GB / T19685—2005的設(shè)計(jì)要求，承插口處理的橢圓度滿足其偏差值大小不大于6mm。
    1.3.設(shè)計(jì)過程中，通過研究承插口接頭砂漿實(shí)驗(yàn)進(jìn)行減水劑、礦物摻合料等成分對灌縫砂漿的影響規(guī)律，根據(jù)規(guī)律進(jìn)行鋼筒管耐久性影響分析，得到最優(yōu)的灌縫砂漿配合比，提高產(chǎn)品的整體性能。
    1.4.通過一定時間內(nèi)進(jìn)行內(nèi)水壓承載實(shí)驗(yàn)分析預(yù)應(yīng)力鋼筒的破壞特征，根據(jù)特征與壓力的大小，利用數(shù)值模擬方法進(jìn)行測量鋼絲松弛的應(yīng)變值大小，得到不同壓力下承載能力與松弛量的大小。
    鋼筒混凝土管設(shè)計(jì)選擇安全性
    在整個鋼筒混凝土管的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)環(huán)節(jié)，為了能夠保證得到質(zhì)量可靠的鋼筒管，一方面要從設(shè)計(jì)方面考慮，優(yōu)化設(shè)計(jì)方法與結(jié)構(gòu)，保證鋼筒管道從設(shè)計(jì)到原材料的選擇符合整體結(jié)構(gòu)與規(guī)范要求。
    2.1.混凝土選擇
    對于混凝土和砂漿的選擇根據(jù)CECS 140:2011規(guī)定，選擇配置良好的砂，保證混凝土的砂料的細(xì)度模數(shù)大小為2.5左右，且保證符合國家關(guān)于建筑用砂 標(biāo)準(zhǔn)。且粗骨料的配置不能大于混凝土內(nèi)外管道的厚度的0.4。在設(shè)計(jì)中，保證混凝土的強(qiáng)度等級不小于40MP，且其余的例如彈性模量與塑性變形等參數(shù)按照GB 50010規(guī)定執(zhí)行?；炷林械暮瑝A量不大于215 kg/m3，管芯脫模大小達(dá)到纏絲強(qiáng)度，塌落度的大小位于[5,8mm]之間，保證混凝土聚會很好的纏絲強(qiáng)度、低溫保養(yǎng)、脫模強(qiáng)度、表面光滑等指標(biāo)。
    2.2.承插口設(shè)計(jì)
    最為管材設(shè)計(jì)的關(guān)鍵件是承插口的設(shè)計(jì)，合理的設(shè)計(jì)不僅可以保證管線的封閉性，當(dāng)?shù)鼗霈F(xiàn)微小的變形量時，能夠轉(zhuǎn)動余量使得適應(yīng)期變化，安裝對接比較方便?？梢圆捎梦挥趦赡z圈中間空隙處安置一個水壓密封檢驗(yàn)孔的承插口。
    2.3.預(yù)應(yīng)力鋼絲錨固結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    鋼筒混凝土管的預(yù)應(yīng)力鋼絲需要滿足GB50010的設(shè)計(jì)要求，不能高于設(shè)計(jì)中鋼絲的標(biāo)準(zhǔn)尺寸，一般選擇7mm左右，且選擇的冷拉鋼絲，保證鋼絲的彈性模量和強(qiáng)度大小滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。在鋼筒的設(shè)計(jì)與制造之前，需要進(jìn)行預(yù)應(yīng)力鋼絲的脆弱性與靈敏度的測試，保證具有良好的可靠性。
    纏絲的質(zhì)量與陰極的保護(hù)能力與鋼絲的錨固相互關(guān)聯(lián)，設(shè)計(jì)過程中必須考慮到鋼絲錨固的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)滿足鋼筒混凝土管的基本需求外，保證錨固的準(zhǔn)確性，使得導(dǎo)電扁鋼與鋼絲之間的電連續(xù)，實(shí)現(xiàn)有效的陰極保護(hù)能力。如圖3所示，是一種采用雙層鋼絲錨固設(shè)計(jì)圖，將鋼絲錨固與陰極保護(hù)有效地結(jié)合起來。
    2.4.改造鋼筒管的生產(chǎn)設(shè)備與工藝規(guī)程
    在生產(chǎn)過程中，對鋼筒管的相關(guān)的設(shè)備，例如無動力傾管機(jī)、DN4 000 PCCP專用伸縮式氣動吊具、補(bǔ)償平衡式纏絲機(jī)以及砂漿保護(hù)層同步刮平裝置等設(shè)備進(jìn)行更新與改進(jìn)。
    對于鋼筒混凝土管水泥砂漿層的保護(hù)，采取輥射工藝，保證管芯混凝土與輥射法采用的水泥參數(shù)相同，對砂漿保護(hù)層的強(qiáng)度進(jìn)行控制采取規(guī)范AWWA C301。工藝生產(chǎn)中，試驗(yàn)試塊在抗壓強(qiáng)度為47MP下的多個試塊在一個月齡內(nèi)的強(qiáng)度大小的確定。
    利用機(jī)械化自動噴涂工藝對鋼筒混凝土管進(jìn)行外幣防腐涂層噴涂，該工藝可以利用抗腐蝕介質(zhì)與絕緣介質(zhì)使的鋼筒混凝土管具有該性能，該方法且噴涂均勻，具有很好的粘合力，在混凝土表面與初凝的砂漿直接噴涂，大大提高了噴涂的可靠性與效率。

    鋼筒混凝土管應(yīng)用越來越廣泛，在設(shè)計(jì)與生產(chǎn)環(huán)節(jié)，進(jìn)行全面的質(zhì)量安全性控制，可以有效的提高設(shè)計(jì)的水平與生產(chǎn)的質(zhì)量。對鋼筒混凝土鋼筒設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)有效的控制，嚴(yán)格控制生產(chǎn)質(zhì)量，保證鋼筒管埋深后具有良好的設(shè)計(jì)安全性能。