预应力技术在市政污水厂水池结构设计中应用

杨海燕+王景涛

摘 要：从以往大多数的工程经验中能够明显的看出，如果想要在最大响度上的满足构件的抗裂性要求，采用环向预应力技术方案往往能够收到意想不到的效果。本文在研究的过程中选择了上海市某污水厂作为研究对象，从多个方面对市政污水厂水池结构的应用进行了系列的论述，希望能够相关设计人员提供良好的借鉴价值。

关键词：预应力技术；市政污水厂；水池结构设计

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

0 引言

在对市政污水厂进行设计的过程中，环向预应力技术是目前很多设计人员都普遍采用的一种新型的技术，其在目前的市政污水厂设计的过程中得到了十分广泛的应用。通常情况下，在设计一处市政污水处理厂的过程中多数的沉淀池都为圆形结构，同时水池的高度比较小，所以在对其进行设计的过程中，在选择计算模型时应当将其作为上端悬臂、底端铰接的情况处理，在进行竖向设计的过程中利用水平设计模型进行有效的计算。以下将结合上海市某市政污水厂水池结构设计情况进行系统的阐述。

1 工程概况

该污水厂为一期工程，计划每日处理污水量近期为3万t/d，而远期则为53万t/d，其中污水沉淀池以及二沉池是由两部分所组成及内部以及外部，两者均为圆形。沉淀池外池和内池的内径分别为52.16m以及24.28m，地上和地下的高度分别为1.3m以及3.4m，从该结构的整体来看，是一个半地下室的结构。水池的地板厚度为0.8m，外池的壁厚为0.3m，内池池壁的材料为C30混凝土，而外池池壁的材料则为C40混凝土。

2 结构设计方案分析及选择

在对污水厂水池进行设计的过程中，主要使用的两种环向预应力方法主要包括分段张拉无粘结预应力法以及绕丝法，目前我国很多市政污水处理厂都是采用的这两种方法进行的设计。但是这两种方法因为选择的材料不同，所在自身的施工方法也存在着比较大的差异，在实际运用的过程中往往呈现出的是不同的特点。在对本工程进行设计的过程中对其特点进行了比较充分的考虑，本着安全性和经济性的原则最终选择了分段张拉无粘结预应力法进行施工工作。

在应用该种方法的过程中，应当选择质量较好的无粘结预应力筋，从以往的工程经验上来看，其质量的好坏以及选择的工艺是否合理将会对后期的质量产生比较大的影响。本工程在实际施工的过程中使用了低松弛无粘结钢绞线作为了施工材料，从最终的施工结果上来看，效果还是十分令人满意的，张拉锚固的相关工作也很容易被控制。另外，在实际施工过程中首先对该种施工材料进行了多次冷拔，并对其进行了消除应力的相关热处理工作，通过这样的处理之后，其屈服强度以及天性极限都得到了比较明显的提升，而且通过实验观察发现其应力松弛率也呈现出下降的趋势。从采用这种方法所带来的效果上来看，不断有效的降低了预应力筋的使用数量，还使得混凝土的抗裂程度得到了比较显著的提高。

3 预应力水池结构分析及计算

为了能够最大限度上的提高锚具的使用频率，本工程选用了I类锚具，其不但能在无粘结预应力混凝土中得到广泛的运用，还能有效的使用到大型水池结构中去。同时本工程所选用的低松弛无粘结钢绞线是由7φ5高强钢丝构成，并在钢丝表面涂上了一层润滑油，从而良好的起到防锈油脂的作用，而且还能有效的在套管外侧形成新型预应力筋的作用，这种新型的预应力筋不会和混凝土产生粘结的现象，在其张拉的过程中由于摩擦损耗的能量將会得到极大的降低，有效的提高了经济效益。

3.1 预应力损失分析

3.1.1 无粘结预应力筋收缩、张拉段锚具出现的预应力损失

在进行完相应的张拉工作之后就可以适当的进行卸荷的工作，在这个过程中其就可能会出现内缩的现象，而这种现象造成的直接后果就是预应力会产生一定的损失。另一方面，本工程所采用的的是千斤顶张拉的方式，池壁环向预应力筋锚固的位置可能会出现相互交错的情况，通过笔者的详细技术能够得到该内缩值一般会降低一般以上。

3.1.2 由无粘结预应力筋而引起的摩擦损失

在设计本工程的过程中主要还是将其按照圆形进行设计，而这将直接导致其内部的预应力筋将会呈现曲线的形状，所以在对其张拉的过程中为了保证最终的质量，应当严格按照水池的形状对其进行张拉工作。但是从施工现场得到的反馈来看，在张拉的过程中经常会出现预应力筋和池壁四周产生十分大的摩擦，导致了能量的降低。该项目池壁是由上下两排环向预应力筋构成中的，从而导致了这些预应力筋的锚固位置彼此会出现交错的情况，所以一般在实际施工的过程中应当将其适当的降低之后再使用千斤顶。

3.1.3 由无粘结预应力筋引起的应力松弛损失

通常情况下，预应力筋是否会产生松弛现象，主要会受到钢筋的种类以及松弛等级所影响，所以在本工程进行的过程中为了最大限度上的降低这种影响，使用了超张拉程序进行操作。

3.1.4 由弹性压缩引起的预应力损失

通常情况下如果使用分批张拉的方法进行施工的过程中，混凝土一般都会产生弹性压缩的现象，在张拉完成以后使用无粘结预应力筋，但是在这种情况下，最先一批进行张拉的预应力筋的性能会出现比较大的变化，严重情况下可能会导致预应力的能力产生损失的现象发生。所以在实际施工的过程中，应当尽量先张拉后批次的预应力筋，之后再对先批预应力筋进行张拉，只有这样才能在最大限度上防止能量损失的现象发生。

3.2 内力计算

当在计算的过程中应当保证水池壁在最不利的荷载组合作用下，水池池壁的任何截面都不应当有裂缝的产生，而如果能对配筋进行良好的控制的话，就能达到这一目的。按照相关规定的要求，在对水池池壁进行内力计算的过程中应当尽可能的采取以下几种何在组合：（1）在施工的过程中水池内不应当有谁，而且水池外部也不应当存在图层；（2）在之后的试水过程中池内应当留有充足的水分，水池之外应当理由一部分的土；（3）在施工完毕的试用阶段，其工作环境应当与试水阶段保持一致；（4）如果水池在使用的过程中出现问题的话检修是必不可少的，而在检修的过程中应当与施工阶段的作业操作保持一致。

3.3 构造设计

3.3.1 锚固肋设置

在实际施工的过程中应当尽量的降低由于预应力引起的损失，针对于分段张拉及锚固预应力筋来说是十分有利的。通常情况为了能够让张拉、锚固预应力筋的构造要求符合相关规范的规定，通常情况下会在水池池壁的外侧设置5根扶壁柱并将其进行较为均匀的设置。

3.3.2 池壁和底板连接

在对污水池结构进行设计的过程中，应当充分的考虑竖向弯矩对其的作用，应当采取一定的措施弯矩对其造成的不利影响降低到最小。笔者建议可以尝试采用杯槽式柔性连接对其进行控制，同时也可以将底板周围浇筑成为槽口，在对其进行充分的张拉之后在浇筑混凝土。另一方面为了避免能够在水池壁根部出现渗漏的现象，应当在槽口和池壁间进行嵌缝措施，在最大程度上的对其进行密实，通过这种做法能够将水泥砂浆以及混凝土之间形成比较好的效果。

4 小结

通过以上的论述我们就能够比较清楚的发现，如果能在大型污水池工程中良好的使用无粘性预应力筋的方法进行设计的话，将会有效的提高水池池壁的刚度以及强度，能在最大限度上的提高工程项目的经济效益。同时，选择钢绞线低松弛无粘结方式对水池池壁进行施工的话可以有效的提升强度以及弹性。在实际运用的过程中合理的采取了这些方法并产生了非常好的效果。

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