本发明属于结构领域，特别涉及一种预制预约束块材管片及连接节点和施工方法。
背景技术：
1、在建设工程中，预制管片是隧道结构的重要组成部分。预制管片经常采用钢筋混凝土管片，为混凝土与钢筋组成。这需要用到大量的石、砂、水泥材料。据统计，我国建设用石占混凝土质量近1/2，其使用遍及建筑、交通和铁路等众多行业。据测算，现全国每年仅建设用石量约为40多亿吨，是消耗自然资源最大的材料。目前合乎钢筋混凝土结构所要求的天然砂石已经难以满足工程需要，在实际工程中大量使用机制砂和机制石，通常采用振动给料机、颚式破碎机、制砂机、振动筛和胶带传输机等设备对天然石进行加工，把天然石块粉碎成小粒径石子或砂。在这个过程需要消耗较高的电力、运输、人工，而且产生许多粉尘。这对我们资源和环境带来较大的压力。如何在管片中减少水泥、小粒径砂、石的应用，对我国工程建设和节能环保有着重要意义。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种预制预约束块材管片及连接节点和施工方法，解决了隧道管片中使用过多水泥、小粒径砂、石的问题，并解决了块材与钢筋与预制混凝土协同受力的问题。本发明通过管片内置预约束块材，有效减少水泥、小粒径砂、石用量，减少水化热、减少粉尘；通过约束笼提升块材和预制混凝土的连接和受力，实现预制管片的力学性能。本技术具有性能可靠、构造简单、施工快捷、绿色环保等优势。
2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
3、一种预制预约束块材管片，包括预约束块材、预制混凝土和管片钢筋；预约束块材包括块材和约束笼；块材内置在约束笼中；约束笼包括笼架和约束笼孔洞；管片钢筋包括管片纵向钢筋和管片环向钢筋；管片环向钢筋和管片纵向钢筋间隔布置，形成管片钢筋网；管片钢筋网有内钢筋网和外钢筋网；预约束块材位于内钢筋网和外钢筋网之间；预制混凝土填充预约束块材内的间隙；预制混凝土包裹管片钢筋网，并填充预约束块材和管片钢筋网之间的间隙。
4、优选的，块材为石块、钢筋混凝土块、混凝土块或水泥砂浆块；约束笼在端部封闭；笼架包括侧壁架和端部封闭件；端部封闭件为侧壁架延伸形成或为专用的端部封闭件；专用的端部封闭件与侧壁架连接为一体；约束笼孔洞处有预制混凝土，使约束笼内的预制混凝土和约束笼外的预制混凝土连接为一体；预约束块材位于管片截面高度的中部区域。
5、优选的，约束笼为两端封闭；约束笼为约束筋笼或网格笼；约束筋笼的笼架由约束筋组成；约束筋为钢筋或钢丝或frp筋；网格笼的笼架由金属网或带孔洞的钢板组成。
6、优选的，约束筋包括纵向筋、横向筋和/或斜向筋；约束筋笼的端部封闭件由纵向筋或斜向筋在端部固定连接或弯折形成或为独立的端部封闭件；独立的端部封闭件与纵向筋或斜向筋固定连接；管片钢筋不伸出预制混凝土。
7、优选的，笼架有多个子空间；子空间相互独立，内放置有块材。
8、优选的，预约束块材有多个；预约束块材顺着管片纵向布置；预约束块材距离管片边的距离不小于管片厚度的15％。
9、优选的，预制预约束块材管片上开设有洞口；洞口距离预约束块材有一定距离；洞口放置连接螺栓。
10、优选的，预制预约束块材管片上端部放置有止水片；止水片为金属或橡胶或塑料。
11、优选的，一种管片连接节点，预制预约束块材管片之间固定连接；预制预约束块材管片的洞口相互对应布置，洞口中穿有连接螺栓。
12、优选的，一种预制预约束块材管片的施工方法，施工步骤如下：
13、步骤一、准备管片钢筋、约束筋、块材的原材料、预制混凝土的原材料；按照设计要求，把混凝土原材料搅拌为一体，形成预制混凝土；加工管片钢筋至预定长度和形状；
14、步骤二、支设管片模板；
15、步骤三、绑扎管片内钢筋网的纵向钢筋和环向钢筋；
16、步骤四、把预约束块材放置在管片的内钢筋网的上方；
17、步骤五、绑扎管片外钢筋网纵向钢筋和环向钢筋；
18、步骤六、浇筑预制混凝土进入管片模板，使预约束块材、管片钢筋和预制混凝土混合为整体，预制混凝土包裹管片钢筋；
19、步骤七，养护预制混凝土到预定强度，使预约束块材、预制混凝土和管片钢筋形成整体。
20、与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果。
21、1、通过对管片的块材进行预约束，有效降低块材的接触面，使得预制混凝土充分填充块材之间空隙，与预约束块材体形成预约束块材混凝土填充管片，有效减少质量缺陷，提升施工质量，确保结构安全。
22、2、通过管片内约束笼以及控制块材的接触面积，提高块材与填充预制混凝土结合的强度和延性。
23、3、通过在管片内设置块材，减少水泥的用量，减少砂石用量，施工过程中减低大体积管片的水化热，节能减排。
24、4、管片的预约束笼和块材可全部或部分进行预加工，施工效率高，工期短。
1.一种预制预约束块材管片，其特征在于：所述预制预约束块材管片包括预约束块材(9)、预制混凝土(3)和管片钢筋(5)；所述预约束块材(9)包括块材(1)和约束笼(2)；所述块材(1)内置在约束笼(2)中；所述约束笼(2)包括笼架(2.1)和约束笼孔洞(2.2)；所述管片钢筋(5)包括管片纵向钢筋(5.1)和管片环向钢筋(5.2)；所述管片环向钢筋(5.2)和管片纵向钢筋(5.1)间隔布置，形成管片钢筋网(6)；所述管片钢筋网(6)有内钢筋网(6.1)和外钢筋网(6.2)；所述预约束块材(9)位于内钢筋网(6.1)和外钢筋网(6.2)之间；所述预制混凝土(3)填充预约束块材(9)内的间隙；所述预制混凝土(3)包裹管片钢筋网(6)，并填充预约束块材(9)和管片钢筋网(6)之间的间隙。
2.根据权利要求1所述的预制预约束块材管片，其特征在于：所述块材(1)为石块、钢筋混凝土块、混凝土块或水泥砂浆块；所述约束笼(2)在端部封闭；所述笼架(2.1)包括侧壁架(2.1.1)和端部封闭件(2.1.2)；所述端部封闭件(2.1.2)为侧壁架(2.1.1)延伸形成或为专用的端部封闭件(2.1.2)；所述专用的端部封闭件(2.1.2)与所述侧壁架(2.1.1)连接为一体；所述约束笼孔洞(2.2)处有预制混凝土(3)，使约束笼(2)内的预制混凝土(3)和约束笼(2)外的预制混凝土(3)连接为一体；所述块材(1)距离预制混凝土(3)的端部有一定距离；所述预约束块材(9)位于管片截面高度的中部区域。
3.根据权利要求2所述的预制预约束块材管片，其特征在于：所述约束笼(2)为两端封闭；所述约束笼(2)为约束筋笼或网格笼；所述约束筋笼的笼架(2.1)由约束筋(4)组成；所述约束筋(4)为钢筋或钢丝或frp筋；所述网格笼的笼架(2.1)由金属网或带孔洞的钢板组成。
4.根据权利要求3所述的预制预约束块材管片，其特征在于：所述约束筋(4)包括纵向筋(4.1)、横向筋(4.2)和/或斜向筋(4.3)；所述约束筋笼的端部封闭件(2.1.2)由纵向筋(4.1)或斜向筋(4.3)在端部固定连接或弯折形成或为独立的端部封闭件(2.1.2)；所述独立的端部封闭件(2.1.2)与纵向筋(4.1)或斜向筋(4.3)固定连接；所述管片钢筋(5)不伸出预制混凝土(3)。
5.根据权利要求1所述的预制预约束块材管片，其特征在于：所述笼架(2.1)有多个子空间；所述子空间相互独立，内放置有块材(1)。
6.根据权利要求1所述的预制预约束块材管片，其特征在于：所述预约束块材(9)有多个；所述预约束块材(9)顺着管片纵向布置；所述预约束块材(9)距离管片边的距离不小于管片厚度的15％。
7.根据权利要求1所述的预制预约束块材管片，其特征在于：所述预制预约束块材管片上开设有洞口(8)；所述洞口(8)距离预约束块材(9)有一定距离；所述洞口(8)放置连接螺栓(11)。
8.根据权利要求1所述的预制预约束块材管片，其特征在于：所述预制预约束块材管片上端部放置有止水片(10)；所述止水片(10)为金属或橡胶或塑料。
9.一种管片连接节点，其特征在于：权利要求1-8中任意一项所述的预制预约束块材管片之间固定连接；所述预制预约束块材管片的洞口(8)相互对应布置，洞口中穿有连接螺栓(11)。
10.根据权利要求1-8中任意一项所述的预制预约束块材管片的施工方法，其特征在于，施工步骤如下：
