預應力（后張法）二沉池施工技術研究

尚寶平

（中鐵上海工程局集團市政環(huán)保工程有限公司，上海 200040）

我國經濟快速發(fā)展及人民生活水平提高，用水量在不斷增大，污水處理廠處理規(guī)模也隨之逐步增大，進而對二沉池的容積要求也變大。鋼筋混凝土結構的輻流式二沉池內徑變大，導致鋼筋混凝土外壁在池內液體的側壓力作用下產生較大的環(huán)向拉應力，為了滿足水處理構筑物的強度及抗裂度要求，通常選用較大規(guī)格的池壁厚度以對抗該作用力。池壁采用無粘結預應力結構會大大減小池壁厚度，能較好地節(jié)約造價。

1 工程概況

銅川市新耀污水處理廠二期擴建工程中二沉池為圓形池體，直徑為32.6m，高6.2m，墊層為150mm 厚C15素砼，底板采用C40 砼，S6 抗?jié)B等級，厚度為700mm。水池外壁設計應用無粘結預應力技術，水池壁板結構形式為鋼筋混凝土結構，厚度300mm，高6.2m，內側設有出水渠，底板為分離式鋼筋混凝土結構底板。池中心設置直徑為1.2m 的進水中心島。

2 技術要求

本工程中二沉池環(huán)向共設置13 環(huán)無粘結預應力鋼筋，頂部一環(huán)設置3 束無粘結預應力鋼絞線，其余環(huán)向設置2 束無粘結預應力鋼絞線，鋼絞線采用180°角進行張拉（每個環(huán)向設置2 個張拉墩），要求從兩個方向同一時間進行張拉。應用到工程實體的環(huán)向預應力鋼筋應該采用隔圈張拉的形式，無粘結預應力鋼筋采用型號為1×7（As）的鋼絞線，其標準強度Fptk=1860N/mm2，張拉控制應力σcon=1395N/mm2，直徑d=15.2mm，公稱截面面積137mm2。本工程采用后張預應力技術形成組合整體，提前施加應力的鋼筋張拉端采用夾片式永久錨固裝置，預應力筋、錨具系統(tǒng)的固有特性應符合《預應力筋用錨具、夾具和連接器》GB/T14370-2015[1]和《預應力筋用錨具、夾具和連接器應用技術規(guī)程》JGJ85-2002[2]的規(guī)范性條文。張拉完成后用C40 細石膨脹混凝土進行封錨。

3 施工難點

1.參照設計圖紙要求，二沉池環(huán)向共設置13 環(huán)無粘結預應力筋，每環(huán)分兩段，以此來保證圓形構筑物在張拉進行時各部分的受力分布相同，避免因外力作用，單位面積物體內力集中，對池體結構造成破壞。

2.預先施加壓應力的環(huán)向鋼筋依照設計圖紙要求應當間隔一圈進行張拉，其中每圈的兩段鋼筋需要同時進行張拉，張拉的過程中應當盡量保證張拉所產生的單位面積物體內力及伸長值保持同步，對于張拉過程中各階段的協(xié)調一致性要求比較高。鋼筋的張拉施工之前應進行充分的事先籌備和演練，對下屬施工隊作業(yè)人員進行詳細的技術交底。

3.預先施加單位面積內力的鋼筋在張拉端采用的錨具為夾片式，采用4 孔豎向的布置形式，按照設計圖紙，需要在每一個閉環(huán)設置3/2 束不與混凝土產生粘接力的預先施加單位面積內力的鋼絞線。在這樣的背景下，需要對鋼絞線的穿錨方式、油壓千斤頂的布設位置、張拉方向進行認真的研究和分析，避免錨具出現偏心受力的情況。

4.預先施加單位面積內力的鋼絞線加工完成后，將其采用標準扎絲滿綁在已完成安裝的剪力墻鋼筋上進行固定，然后在預先留置的張拉槽里面甩出50cm 端頭的鋼絞線[3]。針對預先施加單位面積內力的鋼絞線安裝固定精度要求比較高的情況，工序施工之前需要認真反復地進行技術研究，編制確定切實可行的施工方案。

4 施工工藝

鋼筋綁扎連接→一側模板定位→預應力鋼絞線及錨夾具定位、安裝→混凝土應變計定位安裝→封模→混凝土澆筑→第一次混凝土應變檢測→第一次預應力張拉→第二次混凝土應變檢測→第二次預應力張拉→第三次混凝土應變檢測→割筋、封錨。

4.1 底板與池壁接觸面

底板采用分離式鋼筋混凝土底板，底板與池壁接觸位置采用杯口式設計[4]。

底板完成施工后，對杯口內采用1:2 水泥砂漿找平后鋪設4mm 厚橡膠板，預應力張拉結束后池壁外側澆筑C30 混凝土，內側杯口內填充100 厚雙組份聚硫密封膏+C35 細石混凝土+防水涂料3 遍。

4.2 預應力鋼筋的制作安裝

4.2.1 鋼絞線的制作及準備

1.該工藝的關鍵是預先施加單位面積內力的鋼筋是否采用了正確且合理的下料長度，其具體參數可以采用特定的計算方式求出。在此過程中，分兩步進行下料長度的計算。其中，第一部分的下料長度是預埋在張拉槽里面的長度，第二部分的下料長度是除去預埋在張拉槽以內的外露工作長度，此部分由施工工序中所采用的錨固形式、張拉方式與千斤頂型號決定。

即鋼絞線配筋長度=構件內長度+千斤頂工作長度+錨具厚度+預應力筋外露長度[5]。

本工程項目在現場提前劃定的集中加工區(qū)進行不與混凝土粘結的預應力鋼筋下料，電源自現場二級柜接入，單獨設置三級柜。按照所需要的規(guī)格尺寸完成原材料的加工后，按照規(guī)格及其對應的數量，掛牌分類堆放。材料加工應該使用帶有防護罩的砂輪機進行切割，不允許采用氧乙炔焰或電弧進行切割。

2.在圖紙中采用特殊標注對預應力筋位置進行標識，明確安裝位置等要求，施工過程中，按照翻樣圖紙將其標高標注在壁板的縱向非預應力筋上，以此保證其位置。

3.支架鋼筋：按照豎向尺寸線，采用C10 型號的水平鋼筋焊接在壁板的非應力縱筋上作為支架。施工過程中按照規(guī)范要求保證焊接質量，支架筋應當牢固。根據預應力筋的空間位置來確定支架鋼筋的縱向間距，其水平間距采用600mm 模數。

4.2.2 無粘結預應力筋的安裝

1.鋪放前的檢查：在施工過程中，已按照標準要求制作完成的無粘結預應力筋禁止踩踏且不能重摔，吊運過程中，在半成品材料外側，采用柔性橡膠墊在吊繩位置包裹，避免鋼絲繩等剛性吊具和其外側包裹層直接接觸，造成其表層破損。若確有損壞，則需要采取補救措施，用水密膠帶，通過纏繞包裹的方式進行修補，前后圈的搭接寬度需要大于其自身寬度的1/2，且破損位置必須全部包裹覆蓋，嚴重破損的應予報廢。

2.承壓錨墊板安裝：預先施加應力的鋼筋張拉端錨具采用凸出式構造，首先在壁板的非預應力縱筋上附加一根水平鋼筋，以此來點焊錨墊板。通過這種連接方式，保證錨墊板與錨固肋模板緊密貼合，錨墊板的水平位置、豎向標高正確，在錨墊板或者壁板的非應力縱筋上點焊螺旋筋，其緊靠錨墊板。

3.鋪放無粘結預應力筋：鋪放時考慮到施工協(xié)同性，在相鄰的兩個錨固肋分別安排兩組施工人員，同步進行施工，將無粘結預應力鋼筋按照設計要求依次置于支架鋼筋上，保證其與壁板縱筋貼合緊密，隨著預應力筋安置，采用鉛絲進行綁扎加固，保證牢固的同時注意為避免損傷外皮保護措施、影響預應力張拉產生的系統(tǒng)結果，鉛絲綁扎不能過緊。所有設計中的無粘結預應力筋需要按照其位置鋪設，并且施工完成后在其所有長度區(qū)間內不能出現死彎的情況，在曲線部分彎曲要符合物體自身特性，不允許在個別位置出現小彎的現象，張拉端螺旋筋、錨環(huán)及模板應當被預先施加應力的鋼筋穿過，其端頭與模板的相對關系為出模板不小于300mm，在此情況下，還需要特別注意，錨墊板設置的規(guī)格尺寸為300mm 的無粘結筋應當保持垂直于預先埋置的構件。

不與混凝土粘結的預先施加應力的鋼筋安裝完成之后，無粘結預應力筋鋪放完成后，應由項目質檢員及技術員共同檢查其編號、施工質量、安置平面及標高、外露長度，自檢合格之后，邀請監(jiān)理單位進行隱蔽驗收。

4.3 無粘結預應力張拉

無粘結預應力混凝土是通過放大預先施加物體內力的鋼筋與其周邊混凝土不產生有效粘結的特殊性能，當混凝土強度增長到限值后，利用無粘結筋在其外側包裹的塑料外套內能夠豎向滑動的特點，借助其兩端設置的張拉端錨具，開始張拉，通過預應力的建立使構筑物更加牢固。

4.3.1 張拉前的準備

張拉施工之前應當對預應力筋外露尺寸是否符合設計要求進行檢查，另外還需要檢查預應力鋼筋的損傷情況，如果出現此類情況，應該采用相應的措施處理。

張拉施工需要在既定的區(qū)域內設置操作平臺，平臺周圍安全防護應當經過項目安質主管部門檢查驗收合格后方可使用。如果出現安全隱患，應第一時間進行現場整改。另外，根據類似經驗，施工組織時應當考慮預應力筋與腳手架的相對位置關系，保證腳手架不妨礙預應力筋張拉施工。

把錨環(huán)清理干凈，剝去外露段無粘結預應力筋的塑料外套，安裝好錨具。

根據設計圖紙進行下料，按順序對無粘結筋編號，并在張拉端處做出明確標識。

4.3.2 錨固體系及張拉機具選用

本工程采用“OVM”錨固體系，采用等級為1860級的鋼絞線作為預先施加內力的鋼筋，其張拉采用型號為“OVM15-1”的夾片式錨具，并結合配套穿心式千斤頂、油壓表及電動高壓油泵來完成全過程的預應力施工工藝。

4.3.3 張拉順序

1.張拉順序為從下向上，隔圈張拉。

2.每根鋼筋須兩端張拉。同一圈兩根鋼絞線同時同步張拉（采用四個千斤頂同時張拉）。

4.3.4 施張預應力

張拉前應檢查張拉設備，配備6 臺千斤頂（兩臺備用）及四臺高壓電動油泵。現場張拉施工之前有必要對千斤頂與油表在具有試驗檢測資質的正規(guī)機構，在萬能機上按主動態(tài)（即和張拉工作狀態(tài)一致）的方式進行配套標定。預先施加物體內力的鋼筋張拉控制應力為：1395N/mm2，超張拉3%后每根預應力筋最終張拉力為：201KN。

預應力施加方法：環(huán)向預先施加應力的鋼絞線，按照施工過程中的實際驗算以及類似工程施工的經驗，采用兩端雙向張拉的形式，張拉的程序為：

A 端：0 →10%σcon（測量初值）→20%σcon→60%σcon→100%σcon→103σcon（測量終值，保壓1 分鐘）→錨固。

張拉應力為0～1.03σcon，張拉過程要求應力應變雙控。張拉過程主要控制其張拉應力，同時校核預應力筋的伸長值。各曲線段的理論伸長值可以按照以下公式進行計算后疊加：

Ep——預應力筋平均張拉力（KN）。

Ap——預應力筋的截面積（mm2）。

Lp——預應力筋的長度（mm）。

Ep——預應力筋彈性模量（N/mm2）。

張拉注意事項：

1.預應力筋的張拉采用雙控，以控制張拉力為主，伸長值作為校核。

2.千斤頂卡槽卡正到位，保證張拉力與鋼絞線軸線重合。

3.張拉施工過程中，要注重于查驗張拉結果，其理論伸長值與實測數值之間的誤差不得超過施工驗收規(guī)范允許范圍（-6%～6%）。

4.預先施加應力的鋼絞線在施工過程中要嚴格按照既定方案的要求進行張拉。

5.張拉過程中，預先施加應力的鋼絞線兩端以及油壓千斤頂之后不允許人員站立，各施工人員應當嚴格聽從負責人安排。

6.張拉過程中，操作平臺周圍及上下不允許其他作業(yè)人員同時施工，以此來保證作業(yè)的安全性。

7.錨具封堵當及時采用帶有護具的砂輪機將多余的鋼絞線切掉，預先施加應力的鋼絞線經過切割之后，露出錨具（夾片）外的長度30mm 為合格，封錨前采用環(huán)氧樹脂粘結劑，在錨具夾片及外露鋼絞線處涂刷，同時對新舊混凝土結合面鑿毛后清理干凈，涂刷環(huán)氧樹脂粘結劑以加強新舊混凝土連接，然后在外露的錨具上套塑料蓋，塑料蓋內應當灌有防腐油脂。同時用聚硫密封膏及C30 細石混凝土堵塞底板杯口。

4.4 其他注意事項

1.本工程采用應力與應變雙控制指標控制張拉，張拉過程中除了控制物體內力，還應校核無粘結筋的伸長值，如果通過計算得到的伸長值的數值小于實際伸長值10%或大于5%，應停止張拉，查明原因，采用相應的有效措施對此調整后方可繼續(xù)張拉，張拉前應提前計算出伸長值以備校核。

2.池內水槽、挑梁及池外除渣井待預應力張拉完后施工。

5 結論

采用預應力鋼束，可以有效防治池壁裂縫的產生，降低鋼筋及混凝土使用量。