預應力技術在市政污水廠水池結構設計中應用研究

劉丹

摘 要：隨著市政項目不斷增加，對于市政項目的相關要求也在不斷增加。要想市政項目可以最大化的發揮其應有的作用，那么對其質量就要提出更高的要求。本文將會對預應力技術在市政污水廠水池結構設計中具體使用來進行闡述。首先，以工程實例講解的方式進行技術措施的詳細描述，保證內容的指導性更強。其次，分析了結構設計方案配置要點，而后是預應力水池結構分析及計算環節，包括的內容如預應力損失分析、計算內力、構造設計等。同時還會闡述水池預應力施工要點以及對預應力在特種結構中的使用。

關鍵詞：預應力技術;市政污水廠;水池結構設計;應用

1 前言

環向預應力技術在目前的市政污水廠圓形水池結構中的運用已經逐漸被認可。如今經濟快速的發展，各行各業都如火如荼的發展，因為發展帶來的污水也越來越多，因此，為了保護環境，減少污水的排放，污水處理廠數量便急劇上升。環向預應力技術在污水處理廠建設中起到很大的作用，因此要對該項技術著重進行推廣。因為現在很多的處理廠沉淀池基本上都是以圓形為主，水池高度一般不打，所以在水池池壁結構設計時候，要進行綜合考慮。

2 工程概況

為保證技術應用解析內容更加詳細、充分，本文以某污水處理廠一期工程項目建設為例。首先，這個污水處理廠的近期與遠期的日處理污水量為4萬t/d、55萬t/d，污水的第一個處理環節，即初沉池與二沉池主要有兩個部分組成，分別為內外兩個，這兩個沉淀池的形狀都是圓形的。初沉池的內徑是53m，內池的內徑是25m，但是地下和地下的內徑分別為1.3m和3.5m，其中高度為5m。這個污水處理池是屬于半地下室結構，而且是沒有蓋子的。水池池壁厚度、底板壁厚、壁高、外池的壁厚以及水池的地板厚度分別為0.25m、0.45m、5.0m、0.4m和0.8m，其中池內的水深為4.6m。而且污水處理池外池池壁利用C40混凝土，底板利用C30混凝土，內池池壁也利用C30混凝土。

3 結構設計方案配置

分段張拉無粘結繞絲法以及預應力法在目前污水廠在進行水池設計的時候經常會采用的方法，而且這也凸顯了在實際應用中施加環向的預應力技術方法的優良效果，因此相關設計人員可以根據實際的建設場地環境與預算進行選擇。而且，現在我國絕大多數的污水處理廠一般都會從這兩種方法中選擇一種施加環向預應力。

值得注意的是，由于分段張拉無粘結預應力與繞絲法的材料使用是不一樣的，所以在施工的過程當中要注意各自的步驟和順序。實際應用的過程中，必須要依據實際的施工環境與各類影響因素做出一個最為正確的判斷。本文中的市政污水廠施工項目出于對安全、節約、先進性等方面的考慮，最后結合兩種預應力施工技術方法的特點，選擇了分段張拉無粘結預應力法。

無粘結預應力筋可以在很大程度上提高分段張拉無粘結預應力施工技術價值，通過現在的工程實踐來看，預應力筋是不是很合適以及張拉工藝是不是合適和錨具對應的合不合適等都會對張拉效果呈現產生一定的影響。而且，通過對比可以很容易發現，把低松弛無粘結鋼絞線施工技術應用到該工程項目當中，可以讓施工效果變的更好，因為這樣可以使張拉錨具更好的被控制。同時，應力松弛率也大幅降低。因此從整個技術操作效果上看，預應力筋的使用量得到減少后，混凝土的抗裂度等都得到了較大的提升。

4 預應力水池結構分析及計算

Ⅰ類錨具是在這次工程項目使用的無粘結預應力鋼絞線輔助工具，Ⅰ類錨具對使用場景要求相對較低，而且Ⅰ類錨具功能發揮也非常的穩定。Ⅰ類錨具可以很好的應用到無粘結預應力混凝土結構中，而且即使是大型的水池結構也能夠獲得比較理想的操作效果。同時，在這個工程中無粘結預應力鋼絞線是由7φ5高強鋼絲組成的，這種鋼絞線韌性好非常的結實且比較耐用，可以獲得較好的使用效果與壽命，同時為了讓其使用過程中可以有效抵擋那些水分、混凝土對其造成的氧化，可以在其表面進行潤滑油涂抹，同時進行套管設置，讓其預應力筋的作用可以更為全面的發揮。但是需要注意的一點是，這種形式的預應力筋不可以與混凝土進行粘接處理，因為張拉的過程中會出現較為明顯的摩擦損失問題，同時建筑企業的經濟效益會受到影響，故想要獲得較好的使用效果與施工質量，必須要選擇XMI5-3錨具對預應力鋼絞線進行張拉處理。

4.1 預應力損失分析

在對預應力損失進行考慮、計算時，可以從以下幾個方面入手：

4.1.1 無粘結預應力筋內縮、張拉斷錨具變形的預應力損失

卸荷要在張拉都已經完成才可以進行，這個時候，預應力筋便會在一定程度上出現內縮，預應力損失自然而然也就會出現。千斤頂是這個工程在進行張拉時采用的工具來對內縮值進行干預，為了最大限度降低內縮值還進行池壁環向預應力筋錨固交錯位置設置，如此一來，內宿值可以得到50%的降低幅度。

4.1.2 無粘結預應力筋導致的摩擦損失

因為該污水處理廠的水池形狀是圓形的，所以如果從整體上看，水池預應力筋形狀便呈現曲線形狀。而且還是順著污水池的外壁來展開環向設置，同時還要根據污水池的弧度以及弧線長度來進行相關操作。因此，在具體的施工過程當中，便會自然而然的出現預應力筋、池壁的摩擦損失的問題。而且，如果摩擦系數比較大的話，那么造成的摩擦損失的程度也會變大。池壁預應力筋的基本上是上下兩排環向的，為了讓張拉的效果達到最佳的狀態，環向交錯的設置便必不可少。

4.1.3無粘結預應力筋引起的應力松弛損失

鋼筋種類與松弛等級在很大程度上會影響到預應力筋松弛度，為了最大程度的避免因為無粘結預應力筋造成的松弛而帶來的不必要損失，本工程將會利用超張拉程序來開展張拉操作。

4.1.4 混凝土收縮徐變導致的預應力損失

混凝土收縮徐變在一定程度上也會使得預應力出現損失，因此，在工程進行實際施工的時候，一定要把相應的數值進行調整，讓數值可以降到一定系數，從而最大限度的減少應力筋損失。

4.1.5 彈性壓縮導致的預應力損失

對分批張拉操作進行方法操作時，混凝土就會出現較為明顯的彈性壓縮，同時完成張拉操作后，及時的把無粘結預應力筋應用上，這樣之前張拉的預應力筋的性能便會出現一些變化，這個時候預應力損失也會在一定程度上得到控制，還有可能讓預應力損失的情況不在出現。因此，在實際的施工中，相關技術人員要先對后批預應力筋進行的張拉操作，然后在進行先批預應力筋的張拉操作，盡可能的做到讓二者的張拉施工都可以取得較好的效果。

4.2 計算內力

實際的水池池壁施工過程中，很可能出現水池壁裂縫問題，因此為了防止此類問題的出現，必須要在不利荷載組合的作用之下進行配筋的合理設置。同時，根據規定，在對水池池壁無粘結預應力筋進行計算時，必須要對以下幾類荷載組合進行科學考慮：

首先，保證施工階段的水池內不可以有水，同時池外不可有土層分布。其次，試水階段，池內必須要有水，但是池外不可沒有土。試水與試用必須要保證一致性。最后，檢修、功能審查等階段的工作必須要與施工階段的作業操作具備一定的一致性。

4.3 構造設計

4.3.1 錨固肋設置

如果能夠把預應力出現的損失降到最低，那么對之后的施工會有很大的利處，而且對分段張拉與錨固預應力筋也有益。同時，5根扶壁柱要進行合理科學的進行位置設置以滿足施工相關要求和規定。

4.3.2 池壁與底板鏈接

對污水池的結構進行設計時，必須要對豎向彎矩作用進行考慮，盡量可以通過施工技術操作，將豎向彎矩可能對底板造成的影響降低到最低，同時盡量使用杯槽式柔性連接，底板的周圍還要進行槽口澆筑設置，但是澆筑操作必須要在張拉之后。同時，還要注意不能讓水池壁根部有滲水的問題，要對槽口與池壁間的縫隙做好封閉。只有這樣才能夠更好實現水泥砂漿與混凝土的粘結。這個時候，拉端一定要固定在池壁的扶壁柱上，然后張拉，之后在開始扶壁柱錨固。最后一步便可以用混凝土封堵。

5 水池預應力施工

5.1 預應力筋敷設

采用下料方式來鋪設無粘結預應力筋，這種施工效果相對比較好。但是，在進行鋪設的時候一定要按照施工圖紙中下料的長度計算，讓鋪設質量能夠達到施工要求。同時，在鋪設的時候還要注意水平度，這個時候便要利用水平儀，在每個預應力點的位置做相應的標記，同時還要設置配筋的根數，還要將配筋進行分束，在鋼筋都定位好以后，一定要把鋼筋牢固捆扎。

5.2 預應力筋張拉

對于執行預應力筋張拉的具體使用操作時采用雙控手段，即張拉操作是采用控制的方法進行的，并展開無粘結預應力的伸長操作，這便是我們所說的雙控手段。這種雙控手段可以讓施工效果變的更好。但是在實際操作中，對材料混凝土試驗值有著嚴格的要求，必須要達到一定強度，只有材料混凝土試驗值符合要求以后才可進行無粘結應力張拉操作。同時，還要在應力的時候，當完成預應力筋的張拉操作后，要對水池池壁以及錨固肋端部展開檢查，看看有沒有裂縫，把相關的信息進行記錄。

本工程項目預應力鋼絞線設置主要是采用自下而上的形式，然后順著污水池池壁四周對錨固肋展開設置，一般把數量控制在5～6個。而且利用120°張拉，將3組鋼絞線在池壁四周不同的位置進行設置，這便形成了封閉的圓形應力。

6 預應力在特種結構中的應用及發展趨勢

像市政污水廠這類的特征結構，因為有特殊的用途，因此存在很多方向的拉伸應力，同時使用功能層面也存在很多的需求，如較強的抗裂性、抗震性、風力等，因此結構設計與施工的過程有很多難題，具備一定的挑戰性。其中，預應力施工技術操作可讓這些難題得到更為徹底的解決，不僅可以為結構性能提供保證，還可以有效縮小橫截面尺寸，這有助于縮減混凝土、鋼筋等各種材料的使用量，節約建設成本。同時，這可有效解決鋼材量增加設置，但是仍然不能讓裂縫寬度得到滿足的問題。大箍筋力結構，如一些池塘、消化池、污水處理池等，由于形狀的原因，混凝土的預應力會將由徑向引起的應力進行消除，以達到裂紋預防的目的，同時，這種方式還可讓結構的防滲與防水性能得到有效提升。這種優異的結構性能在市政污水處理廠水池這種圓形的筒狀的結構設計與施工獲得更好的效果。同時，嚴格限制核電廠預應力混凝土圍護結構不僅僅是環梁，還有垂直梁與彎梁，所以，在實際的施工中必須對結構的安全與可靠性進行全面保證，而預應力技術則可以讓這些要求得到高水平滿足。隨著技術的不斷改進與革新，相信此種技術的變形將會更多，滿足更多形式與特殊要求的工程項目要求，設計與施工技術人員在實際的操作過程中必須要結合工程項目建設的實際進行科學的方法選擇與對應，保證其施工效果達到預設要求，并未施工企業節省更多的成本，獲取更多的經濟與社會效益。

7 結語

本文的市政污水池工程項目在對無粘結預應力筋技術進行操作時，需要注意的一點是與普通設計方法相比，這種設計與施工手法可以讓預應力作用下的水池池壁剛度更好、強度更高，讓施工技術人員在應用中獲得更好的效果。同時，需要注意的一點是鋼絞線低松弛無粘結技術方法在水池池壁的施工上可以讓結構的強度與彈性更好，獲得較好的好應用效果同時，還可以讓工程承擔的成本得到縮減。

參考文獻：

[1]賀成剛，鄭偉光，王志華.市政污水處理廠水池結構設計要點分析[J].建筑技術開發，2019，46（13）：86-87.

[2]楊海燕，王景濤.預應力技術在市政污水廠水池結構設計中應用[J].山東工業技術，2017（14）：13-14.

[3]馮濤.市政污水廠水池結構設計的分析應用[J].中華建設，2014（03）：128-129.

[4]唐旭.預應力技術在市政污水廠水池結構設計中分析應用[J].中外建筑，2010（04）：145-147.