无粘结预应力技术在市政水池结构设计中应用

无粘结预应力技术在市政水池结构设计中应用

赵芳兴

身份证号码：3416231990****0436

摘要：随着经济和生活条件的改善，生产用水和生活用水越来越多。近年来，污水处理量大幅增加，污水处理工程建设仍需加强。吸附沉淀池、二沉池等构筑物作为污水处理工程大量存在。随着污水处理能力的增加，对其容积提出了更高的要求。在水池结构的设计中，确保水池结构具有良好的抗震性能和耐久性是非常重要的，而无粘结预应力技术对实现水池结构设计的良好性能起着重要作用。

关键词：预应力技术；市政污水厂；水池结构设计；

现阶段，无粘结预应力技术是一种新型技术，在市政工程设计中得到广泛应用，从以往的工程经验中可以看出采用该技术能够大大满足构件抗裂性能，收到很多意想不到的效果。

一、无粘结预应力应用设计方案

1.工程实例。以某污水处理场为例。该污水处理场占地32.1hm2，[l1]现污水处理规模为3伊105m3/d[l2]。该污水处理场为大型，设有4个直径56m、高5.5m的吸附及再生沉淀池，8个直径53m，高5.0m的二沉池。以下即以该污水处理场的吸附及再生沉淀池为例，就圆形水池结构设计中的无粘结预应力应用进行探讨（如图1）。

图1吸附及再生沉淀池平面图

2.圆形水池设计方案分析。在吸附及再生沉淀池的结构设计中，考虑3个方案，需主要解决的有裂缝问题、温度应力问题、伸缩缝问题。方案一：通过设置混凝土后浇带解决混凝土收缩问题。完成两侧混凝土的浇筑作业，需等待至少两个月的时间，然后再实施后浇带混凝土的浇注作业。要注意的是，采用混凝土后浇带的设计方案对解决温度应力问题没有帮助。而且，对于吸附及再生沉淀池这样的水池构筑物，很容易因为时间的推移发生池体混凝土开裂情况，严重时可出现渗水，后浇带方案很难防范这种情况的发生。方案二：设置膨胀加强带。此设计方案是通过向混凝土中掺加膨胀剂的办法来形成膨胀应力，以便解决裂缝及伸缩缝问题。但是，膨胀应力的作用并不是无限的，如果高出界限范围，膨胀应力也无法解决问题。不仅如此，膨胀剂的效用还受到矿物成分、混凝土施工等多方面的影响，如果养护条件不好，很难保证膨胀剂能发挥抗裂作用。方案三：解决吸附及再生沉淀池结构设计中的温度应力问题，通过无粘结预应力钢绞线来完成。该污水处理场建设工程是软弱土地基，没有较强的土质，在工程建设中对地基进行碎石桩处理。而吸附及再生沉淀池为锥型池底，初期水池容量高于3000m3[l3]，且地基会与水池产生较大的摩擦力，结合吸附及再生沉淀池的这些特点，并结合上述三个设计方案，得出吸附及再生沉淀池结构设计的最终方案：吸附及再生沉淀池池底板的结构设计采用方案二，池壁的结构设计采用方案三。

二、预应力水池结构分析及计算

1.预应力损失分析。（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，工程所采用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。（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。（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。（4）由混凝土收缩引起的预应力损失。在污水厂水池结构设计中，预应力损失可以是混凝土收缩造成的，对此要降低50%之后来对预应力损失进行考虑。（5）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。

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.构造设计。（1）锚固肋设置。在开展具体工作时要尽可能的降低预应力造成的损失，这对分段张拉、锚固预应力筋具有非常重要的作用。一般要想确保张拉和锚固预应力筋的结构构造与相关规范和要求相符合，会在水池池壁的外侧设置5根扶壁柱，并且对其进行均匀的设置。（2）池壁和底板连接。在进行污水厂水池结构设计时应该对竖向弯矩的作用进行充分考虑，并且采取相应的措施，将弯矩造成的不利影响降低到做小。可以采用杯槽式柔性连接的方式对其进行控制，也可以将地板四周浇筑成槽口，在进行充分张拉后再进行混凝土浇筑。

三、水池预应力施工

1.预应力筋铺设。在水池预应力施工中，预应力筋铺设是非常重要的环节，首先无粘结预应力筋要根据施工图对预应力下料长度进行计算，并且做好下料工作；随后在进行预应力筋铺设的时候使用水平仪对池壁上的预应力筋位置进行严格控制，且用彩色笔在池壁上勾画出每一道预应力各点的坐标位置；其次按照设计的具体要求对配筋根数分束进行设置，每间隔1m设置1根定位钢筋；最后用铅丝将其绑扎牢固。

2.预应力筋张拉。关于预应力在开展张拉工作的过程中，预应力钢绞线要自下而上的布置，因为沿池壁四周设置了6个锚固肋，所以要采用120°张拉，且每一个封闭的圆形预应力要在3组不同位置进行钢绞线设置。同时严格按照施工图进行设计，在初沉池每个断面内部配置30束钢绞线，3组一共是90束，在二沉池每个断面内部配置26束钢绞线，3组一共是78束。其次在施工图设计中将每一个断面需要的钢绞线分布在不同的层面上，并且根据应力大小的不同、预留孔洞引起的预应力筋位置偏移等，在每一个层面上并排配置1~3束钢绞线。

3.预应力测试。在对预应力进行测试的时候，张拉应该采用应力、应变双控，并且将测试的实际伸长值和理论伸长值之间的差距控制在－1~6%之间，进而满足相关规范－5~10%之间的要求。通常情况下实际测试的伸长值要比理论伸长值长，这样就说明预应力摩阻力与计算摩阻力相比要小些，从而发生了一定的超张拉力。最后在完成张拉之后，通过对现场测试所有池壁都会发生回缩位置移动，其中初沉池直径向回缩4mm左右，环向回缩25mm，二沉池向回缩3mm左右，环向回缩19mm。

总之，经过无粘结预应力应用设计后，该污水处理场工程的吸附及再生沉淀池已投入使用。从该吸附及再生沉淀池将近一年的使用效果来看，尚未发现裂缝及渗水问题，使用性能良好[l4]。

参考文献：

[1]吴萍.预应力技术在市政污水厂水池结构设计中运用.2020.

[2]张红英.预应力技术在市政污水厂水池结构设计中应用探讨.2021.

[l1]32.1hm2

[l2]3×105m³/d

[l3]3000m3

[l4]根据建设后的运营观察，吸附及再生沉淀池使用效果较好，未出现池体裂缝并未出现池体渗水的现象。