預應力技術在市政污水廠水池結構設計中應用

楊海燕+王景濤

摘 要：從以往大多數的工程經驗中能夠明顯的看出，如果想要在最大響度上的滿足構件的抗裂性要求，采用環向預應力技術方案往往能夠收到意想不到的效果。本文在研究的過程中選擇了上海市某污水廠作為研究對象，從多個方面對市政污水廠水池結構的應用進行了系列的論述，希望能夠相關設計人員提供良好的借鑒價值。

關鍵詞：預應力技術；市政污水廠；水池結構設計

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.14.010

0 引言

在對市政污水廠進行設計的過程中，環向預應力技術是目前很多設計人員都普遍采用的一種新型的技術，其在目前的市政污水廠設計的過程中得到了十分廣泛的應用。通常情況下，在設計一處市政污水處理廠的過程中多數的沉淀池都為圓形結構，同時水池的高度比較小，所以在對其進行設計的過程中，在選擇計算模型時應當將其作為上端懸臂、底端鉸接的情況處理，在進行豎向設計的過程中利用水平設計模型進行有效的計算。以下將結合上海市某市政污水廠水池結構設計情況進行系統的闡述。

1 工程概況

該污水廠為一期工程，計劃每日處理污水量近期為3萬t/d，而遠期則為53萬t/d，其中污水沉淀池以及二沉池是由兩部分所組成及內部以及外部，兩者均為圓形。沉淀池外池和內池的內徑分別為52.16m以及24.28m，地上和地下的高度分別為1.3m以及3.4m，從該結構的整體來看，是一個半地下室的結構。水池的地板厚度為0.8m，外池的壁厚為0.3m，內池池壁的材料為C30混凝土，而外池池壁的材料則為C40混凝土。

2 結構設計方案分析及選擇

在對污水廠水池進行設計的過程中，主要使用的兩種環向預應力方法主要包括分段張拉無粘結預應力法以及繞絲法，目前我國很多市政污水處理廠都是采用的這兩種方法進行的設計。但是這兩種方法因為選擇的材料不同，所在自身的施工方法也存在著比較大的差異，在實際運用的過程中往往呈現出的是不同的特點。在對本工程進行設計的過程中對其特點進行了比較充分的考慮，本著安全性和經濟性的原則最終選擇了分段張拉無粘結預應力法進行施工工作。

在應用該種方法的過程中，應當選擇質量較好的無粘結預應力筋，從以往的工程經驗上來看，其質量的好壞以及選擇的工藝是否合理將會對后期的質量產生比較大的影響。本工程在實際施工的過程中使用了低松弛無粘結鋼絞線作為了施工材料，從最終的施工結果上來看，效果還是十分令人滿意的，張拉錨固的相關工作也很容易被控制。另外，在實際施工過程中首先對該種施工材料進行了多次冷拔，并對其進行了消除應力的相關熱處理工作，通過這樣的處理之后，其屈服強度以及天性極限都得到了比較明顯的提升，而且通過實驗觀察發現其應力松弛率也呈現出下降的趨勢。從采用這種方法所帶來的效果上來看，不斷有效的降低了預應力筋的使用數量，還使得混凝土的抗裂程度得到了比較顯著的提高。

3 預應力水池結構分析及計算

為了能夠最大限度上的提高錨具的使用頻率，本工程選用了I類錨具，其不但能在無粘結預應力混凝土中得到廣泛的運用，還能有效的使用到大型水池結構中去。同時本工程所選用的低松弛無粘結鋼絞線是由7φ5高強鋼絲構成，并在鋼絲表面涂上了一層潤滑油，從而良好的起到防銹油脂的作用，而且還能有效的在套管外側形成新型預應力筋的作用，這種新型的預應力筋不會和混凝土產生粘結的現象，在其張拉的過程中由于摩擦損耗的能量將會得到極大的降低，有效的提高了經濟效益。

3.1 預應力損失分析

3.1.1 無粘結預應力筋收縮、張拉段錨具出現的預應力損失

在進行完相應的張拉工作之后就可以適當的進行卸荷的工作，在這個過程中其就可能會出現內縮的現象，而這種現象造成的直接后果就是預應力會產生一定的損失。另一方面，本工程所采用的的是千斤頂張拉的方式，池壁環向預應力筋錨固的位置可能會出現相互交錯的情況，通過筆者的詳細技術能夠得到該內縮值一般會降低一般以上。

3.1.2 由無粘結預應力筋而引起的摩擦損失

在設計本工程的過程中主要還是將其按照圓形進行設計，而這將直接導致其內部的預應力筋將會呈現曲線的形狀，所以在對其張拉的過程中為了保證最終的質量，應當嚴格按照水池的形狀對其進行張拉工作。但是從施工現場得到的反饋來看，在張拉的過程中經常會出現預應力筋和池壁四周產生十分大的摩擦，導致了能量的降低。該項目池壁是由上下兩排環向預應力筋構成中的，從而導致了這些預應力筋的錨固位置彼此會出現交錯的情況，所以一般在實際施工的過程中應當將其適當的降低之后再使用千斤頂。

3.1.3 由無粘結預應力筋引起的應力松弛損失

通常情況下，預應力筋是否會產生松弛現象，主要會受到鋼筋的種類以及松弛等級所影響，所以在本工程進行的過程中為了最大限度上的降低這種影響，使用了超張拉程序進行操作。

3.1.4 由彈性壓縮引起的預應力損失

通常情況下如果使用分批張拉的方法進行施工的過程中，混凝土一般都會產生彈性壓縮的現象，在張拉完成以后使用無粘結預應力筋，但是在這種情況下，最先一批進行張拉的預應力筋的性能會出現比較大的變化，嚴重情況下可能會導致預應力的能力產生損失的現象發生。所以在實際施工的過程中，應當盡量先張拉后批次的預應力筋，之后再對先批預應力筋進行張拉，只有這樣才能在最大限度上防止能量損失的現象發生。

3.2 內力計算

當在計算的過程中應當保證水池壁在最不利的荷載組合作用下，水池池壁的任何截面都不應當有裂縫的產生，而如果能對配筋進行良好的控制的話，就能達到這一目的。按照相關規定的要求，在對水池池壁進行內力計算的過程中應當盡可能的采取以下幾種何在組合：（1）在施工的過程中水池內不應當有誰，而且水池外部也不應當存在圖層；（2）在之后的試水過程中池內應當留有充足的水分，水池之外應當理由一部分的土；（3）在施工完畢的試用階段，其工作環境應當與試水階段保持一致；（4）如果水池在使用的過程中出現問題的話檢修是必不可少的，而在檢修的過程中應當與施工階段的作業操作保持一致。

3.3 構造設計

3.3.1 錨固肋設置

在實際施工的過程中應當盡量的降低由于預應力引起的損失，針對于分段張拉及錨固預應力筋來說是十分有利的。通常情況為了能夠讓張拉、錨固預應力筋的構造要求符合相關規范的規定，通常情況下會在水池池壁的外側設置5根扶壁柱并將其進行較為均勻的設置。

3.3.2 池壁和底板連接

在對污水池結構進行設計的過程中，應當充分的考慮豎向彎矩對其的作用，應當采取一定的措施彎矩對其造成的不利影響降低到最小。筆者建議可以嘗試采用杯槽式柔性連接對其進行控制，同時也可以將底板周圍澆筑成為槽口，在對其進行充分的張拉之后在澆筑混凝土。另一方面為了避免能夠在水池壁根部出現滲漏的現象，應當在槽口和池壁間進行嵌縫措施，在最大程度上的對其進行密實，通過這種做法能夠將水泥砂漿以及混凝土之間形成比較好的效果。

4 小結

通過以上的論述我們就能夠比較清楚的發現，如果能在大型污水池工程中良好的使用無粘性預應力筋的方法進行設計的話，將會有效的提高水池池壁的剛度以及強度，能在最大限度上的提高工程項目的經濟效益。同時，選擇鋼絞線低松弛無粘結方式對水池池壁進行施工的話可以有效的提升強度以及彈性。在實際運用的過程中合理的采取了這些方法并產生了非常好的效果。

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