預應力混凝土沉淀池的結構設計及施工

胡汝蘭

（天津市市政工程設計研究院, 天津300051)

1 工程概況

某污水處理廠二沉池高4.4 m，圓形鋼筋混凝土水池，池直徑46 m，池壁厚250 mm。底板厚500 mm。為半地下式露天結構。底板與池壁連接處采用預留杯口的做法（見圖1）。池壁為無粘結預應力結構，池壁周圍按60°均勻設置6個錨固肋，用于錨固預應力筋（見圖2），預應力筋的張拉端分3段布置在池子外壁豎向肋的兩側。張拉端上、下層錯開。同截面張拉端數量為50%，每根預應力筋采用兩端張拉。池壁與底板杯口間接觸處先用M10砂漿找平，然后鋪設橡膠板隔開。

沉淀池的基礎均采用水泥攪拌樁。沉淀池底板下打直徑為φ600 mm水泥攪拌樁，水泥摻人量為加固土體的15%，無側限抗壓強度大于1000 kPa，水泥采用425普通硅酸鹽水泥。設計樁數1103根。樁有效樁長為底板以下13 m，去樁頭0.5 m。施工后驗樁數量為總數的0.6%。處理后的地基經測試符合設計要求后，方可進行上部結構施工。施工期間應根據現場情況采用可行的基坑排水措施，保證干土施工。

沉淀池底板混凝土強度等級為C30、池壁混凝土強度等級為C40，混凝土抗滲等級為S6，池子的混凝土施工和池壁預應力筋的分次張拉施工，是該項工程施工的重點，在施工過程中要針對混凝土的抗滲要求和預應力筋分次張拉的特點，采取切實可行的施工措施。

現以46 m直徑二沉淀池為例，將池子的混凝土結構設計及施工敘述如下。

2 沉淀池底板施工

底板及內側杯口一次連續澆搗，不得留施工縫。底板內設加強帶（見圖3）。底板混凝土中摻入HE-P抗裂泵送防水劑。以避免因溫度、干縮、徐變所引起的裂縫，具體摻入量以控制膨脹率0.02%為宜。底板加強帶摻入HE-P抗裂泵送防水劑。摻入量9%。混凝土澆搗過程中，應保證鋼筋位置及底板的平整度，混凝土初凝后要覆蓋養護，養護的時間不少于14 d，防止底板產生干縮裂縫。

3 沉淀池池壁施工

3.1 池壁施工組織及設計

由該工程池壁高僅4.4 m，沿池壁不易分段施工，故等到池壁普通鋼筋綁扎完畢后，預應力專項施工人員才開始進入現場進行無粘結預應力筋的鋪設施工。進入工作面前，需做好一切施工前準備，如預應力筋的定長下料、螺旋筋的截斷、架立筋的準備等。施工前設計并制作了上下整體式定位筋，在施工時直接將其按規定間距綁扎在普通鋼筋籠上，大大加快了施工速度，并保證了預應力筋的準確定位。

二沉淀池池壁設計時根據各部位環向拉力的不同，沿縱向變距離布置環向預應力束。環向預應力筋采用120°包角布置，即：預應力張拉順序應自下而上，每環的3束預應力筋，用6個千斤頂對每根的兩端（共6端）同時進行張拉。張拉程序為超張拉，即 0→105%，δcom（持荷 2 min）→δcom。 （見圖1）。為方便環向預應力筋的張拉，預應力筋張拉端部位均設置錨固肋。無粘結預應力鋼鉸線d=15.0（7φ5）鋼鉸線強度標準值fptk=1860 N/mm2，張拉控制應力值δcom=1302 N/mm2。張拉完畢外面噴涂40 mm厚1∶2水泥砂漿。

3.2 池壁混凝土施工

預應力的施工應遵照《無粘結預應力混凝土結構技術規程》(JGJ92-2004)，進行施工及驗收。所選用的預應力夾片錨具及組裝件靜載和疲勞錨固性能，應符合《預應力筋錨具，夾具和連結器應用技術規程》(JGJ85-2002)的Ⅰ類錨具時方可使用，張拉端錨具采用OVM15-1(錨固端頭保護盒，錨墊板及螺旋筋)等錨固系統。無粘結預應力鋼絞線的張拉工作，必須在池壁混凝土達到設計強度的85%以后方可進行。澆搗混凝土前，應將預應力系統的錨墊板，螺旋筋埋入。位置核對無誤后方可澆搗。該工程所有預應力筋張拉端均位于池壁的錨固肋上（見圖4）。

張拉過程中，應注意以下幾點：

（1）必須待相應部位混凝土強度達到或超過規范及設計要求后，方可開始張拉。

（2）預應力筋編號與安裝的位置要吻合，預留的工作長度要能滿足張拉工藝要求。

（3）非預應力筋和預應力筋安裝位置有矛盾時，適當調整非預應力筋位置，以確保預應力筋鋪設的流暢。

（4）張拉端錨墊板必須與預應力筋完全垂直，端部加強筋位置準確，與錨板焊接牢固。以減少張拉時不必要的應力損失。

（5）環向長束張拉過程中，兩端應使用對講機保持聯系，如發現另一端錨具的夾片滑移，應暫停張拉，用套管打緊夾片后再開始張拉。

（6）張拉前應先計算預應力張拉理論伸長值，每批預應力筋張拉完畢，應立即測量校對伸長值，如發現誤差超過規范規定，應暫停張拉，待查明原因并采取措施后再繼續張拉。

（7）張拉中鋼鉸線如發生斷裂，應立即停止張拉，視具體情況處理。

（8）、對于壁板上較大空洞（見圖1），根據設計要求，可將預應力筋彎曲半徑適當放大，預應力筋離開洞邊一定距離，以及繞洞口配回形彎筋，將側向力傳遞給周圍的混凝土，達到“限制裂縫”的目的。

（9）無粘結預應力筋水平方向固定點必須牢固，對操作不慎造成表面包裝破損的必須修補完好。

張拉端的封堵（見圖5）：預應力筋張拉后，經監理驗收合格，用機械方法將外露預應力筋切斷，錨具外剩余約30～40 mm，然后進行張拉端的處理。清除污物后，在錨具及裸露的承壓板表面涂防銹油脂，然后用微膨脹細石混凝土封堵密實。以防錨具及鋼絞線銹蝕。錨具及鋼絞等零件的力學性質須符合《預應力混凝土用鋼絞線》（GB/T5224-2003）的決定。為保證后澆混凝土與原結構混凝土粘結緊密，錨固肋上都預留了胡子筋，與外掛鋼筋網片綁扎牢固，封堵前用水泥素漿刷原混凝土表面，然后再澆筑微膨脹細石混凝土。

4 無粘結預應力圓形水池結構設計及施工要點

（1）水池結構體系的選擇，無粘結預應力技術節省鋼材、施工簡便，筆者建議首選無粘結預應力體系（尤其是結構直徑較大時）。設置錨固肋可解決預應力筋的錨固問題，且張拉施工方便。池壁洞口兩側設置錨固肋，是解決洞口處預應力張拉位置問題的可行辦法。

（2）預應力筋和錨具的選擇，無粘結預應力筋應盡量選擇強度高、市場上最常用的預應力鋼鉸線，必須選擇Ⅰ類錨具，其尺寸規格應滿足相應工程需要。

（3）預應力筋的鋪設，合理設計預應力定位筋的形式，應根據預應力筋所在部位、施工組織的不同選擇不同形式的定位筋。應滿足定位準確、施工方便等要求。張拉端的選擇應考慮是否方便張拉、安裝是否簡單和外觀要求幾個方面，在外觀允許的條件下，應首先考慮最便于安裝和張拉的外露式張拉端。一般情況下，水池池壁的環向筋均利用錨固肋采用外露式張拉端。

（4）預應力筋的張拉機具應盡量選擇施工簡單方便、重量較輕的張拉設備。且應按期標定。為減小預應力錨具回縮損失，宜采用液壓頂壓頭千斤頂。應仔細制定預應力張拉方案，盡量避免對結構產生不利影響。

5 總結

該工程預應力圓形水池于2005年建成并投入使用，至今工作正常。

十幾年來，經過近百座無粘結圓形水池的設計、施工和運行，證明了無粘結預應力技術在圓形水池中有著廣泛的應用前景。采用預應力技術進行大型水池的設計與施工。它具有以下優點：（1）保水性。預應力水池取消了溫度伸縮縫、施工縫，從而使滲透量大大降低。（2）耐久性。預應力混凝土水池阻礙了有害污水或雜質對混凝土的侵蝕，由于預應力鋼絞線外具有完全密閉的高密度聚乙烯保護層，鋼絲銹蝕幾乎是不可能的。（3）經濟性。在保證結構安全的前提下，減少了底板、池壁、頂板的厚度，并可以相應地減少基礎的尺寸，從而大大減少了混凝土的用量。另外，滲透量的降低也對水資源的節約和環境保護具有積極意義。（4）適用性。預應力技術已成功應用于圓形混凝土水池，效果很好。（5）施工的快速性。由于取消了溫度伸縮縫，在條件允許下底板和頂板可以一次性澆筑完畢。大大提高了施工速度。具有廣泛的推廣應用價值。

[1]JGJ92-2004，無粘結預應力混凝土結構技術規程[S].

[2]JGJ85-2002，預應力筋錨具，夾具和連結器應用技術規程[S].

[3]GB/T5224-2003，預應力混凝土用鋼絞線[S].