天津市市政工程设计研究院 天津 300392
摘要：环向预应力技术在市政污水厂圆形水池结构中的应用是一项较新的技术，由于市政污水处理厂的日益增多，其技术必将得到更广泛的应用。本文结合工程实例，从预应力损失分析、内力计算、构造设计等方面对市政污水厂采用预应力砼水池结构设计要点进行了详细阐述，并对其施工工艺要点进行了深入探讨和总结，可为同行借鉴参考。
关键词：市政污水厂；预应力损失；圆形水池；张拉
引言
现代城市污水处理厂的初沉池、二沉池大多为圆形，此类水池一般高度不大，且直径较大，在水池池壁结构设计时，竖向计算模型往往采用底端铰接，上端悬臂来考虑；水平计算模型按整体圆环进行计算。由于这种水池池壁通常高度不大，竖向设计一般采用普通钢筋混凝土即可满足强度、抗裂度要求。但在水池池壁水平向设计中，因水池直径较大，池壁在水压作用下均会产生很大的环向拉应力，若采用普通钢筋混凝土结构很难满足水池的强度、抗裂度要求.如果为了同时满足这两项指标，就必须加大水池池壁壁厚，配置过密的钢筋或者沿池壁设置竖向缝来解决这一问题。
近几年，经过大量的工程实践与研究，采用环向预应力技术方案能有效地解决这一问题，即预应力筋随池壁曲线布置在池壁外测，预应力筋与水池池壁之间没有粘结，张拉锚固后传到混凝土池壁上，通过对池壁外侧受拉区施加预压应力的办法来克服强度，满足抗裂性能要求，从而使污水池的安全度、经济性得以大幅度提高。
1 水池结构设计方案的分析与选择
在进行污水厂圆形水池结构设计方案的选择时，应当首先考虑该设计方案是否能够达到排污工程的科学、安全、高效、节能、经济以及环保的要求。我国市政污水厂污水池的结构设计多种多样，符合上述要求的且具有代表性的预应力有两种，一个是绕丝法，另一个就是分段张拉无粘结预应力法。上述两种方法都具有自身的设计特点及优势，因此，在排污工程的设计工作进行时，应根据不同的工程需求，选择不同的合理的设计方案。
2 预应力水池结构分析
预应力产生的应力主要包括张拉应力和预应力损失组成。从张拉建立起的预应力到有效预应力产生这一过程中所出现的应力减少称之为预应力损失，预应力损失包括以下几方面：
2.1张拉端锚具变形和无粘结预应力筋内缩引起的预应力损失。由于张拉完毕后，预应力筋锚固到位时，无粘结预应力筋会产生内缩从而引起预应力损失。因池壁相邻上、下两排环向预应力筋锚固位置交错布置，并采用千斤顶超张拉，其值可以降低50%采用。其计算公式参照《无粘结预应力混凝土结构技术规程》（JGJ92-2004）。
2.2无粘结预应力筋的摩擦损失。对于圆形水池，由于预应力筋是沿池外壁环型布置的，呈曲线形状，根据其弧度和弧线长度，在张拉时会产生预应力筋与池壁之间的摩擦引起的摩擦损失，该项损失与摩擦系数成正比。因池壁上、下两排环向预应力筋锚固位置交错布置，并采用千斤顶张拉，其值也降低50%采用。其计算公式参照《无粘结预应力混凝土结构技术规程》（JGJ92-2004）。
2.3无粘结预应力筋的应力松弛损失。预应力筋的松弛首先取决于钢筋的种类及松弛等级。工程中可采用超张拉程序进行张拉，以减少无粘结预应力筋的松弛损失。无粘结预应力筋的超张拉程序为：0→0.1σcon→1.03σcon（持荷2分钟）→σcon。
2.4混凝土收缩徐变引起的预应力损失σ15。该损失主要是使用期间，由于混凝土水分的不断减少，在预压应力作用下，混凝土逐渐收缩变形，从而造成预应力筋的有效应力降低。该项预应力筋损失也降低50%考虑，并按《无粘结预应力混凝土结构技术规程》（JGJ92-2004）计算。
2.5当无粘结预应力筋采用分批张拉时，其张拉后批无粘结预应力筋时会产生混凝土弹性压缩从而影响先批张拉预应力筋的预应力损失降低即。因此，在预应力施工时，后批张拉预应力筋张拉完毕后，须再对先批张拉的预应力筋进行补张拉，从而获得更好的预应力效果。
3 预应力水池结构内力计算
根据《无粘结预应力混凝土结构技术规程》（JGJ/T92.93）的规定，以抗裂度要求控制配筋，使在各种不利荷载组合作用下，水池池壁各计算载面在施工和使用阶段均要求不得出现裂缝a水池池壁无粘结预应力筋的计算考虑了以下四种荷载的组合：（1）施工阶段池内无水，池外无土；（2）试水阶段池内有水，池外无土；（3）使用阶段池内有水，池外有土：（4）检修阶段池内无水，池外有土。
3.1锚固肋的设置
为了便于预应力筋的分段张拉和锚固，尽可能减少施工过程中的预应力损失，沿水池池壁外侧均匀设置5根扶壁柱，便于预应力筋张拉与锚固等构造要求。
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3.2池壁与底板的连接
在污水池结构设计中，为了消除竖向弯矩对水池底板的影响，水池池壁与底板采用杯槽式柔性连接。即底板四周浇筑成槽口，槽口外壁混凝土待池壁预应力筋张拉后进行浇筑，同时为了防止水池池壁根部渗漏，池壁与槽口之间内侧采用油麻沥青嵌缝，然后用水泥砂浆和细石混凝土浇筑密实。无粘结预应力筋张拉端均设置在水池池壁的扶壁柱上，张拉后锚固于扶壁柱，最后用混凝土封堵。
4 构造设计
为了便于预应力筋的分段张拉和锚固，尽可能减少施工过程中的预应力损失，须沿水池池壁外侧均匀设置锚固肋，锚固肋的间距需满足双向张拉预应力所能影响的长度，锚固肋中须设置便于预应力筋张拉与锚固的锚具等构造措施。同时为防止锚具腐蚀造成预应力筋破坏，预应力筋锚固完成后需对外露构件进行防腐处理。
在圆形水池结构设计中，为了消除竖向弯矩对水池底板的影响，水池池壁与底板的连接采用杯口式连接，在池壁与底板间设置橡胶带，保证张拉预应力时底板不约束池壁，张拉完毕后对杯口空隙用密封膏进行填塞。
水池底板施工要点
（1）混凝土垫层（基础）浇筑前，应检查地基土质是否与设计资料相符合，如有不同，则应该针对不同情况加以处理，然后再浇筑混凝土垫层。
（2）混凝土垫层在浇筑完毕后的1 d～2 d（视施工时的温度而定），在垫层面测定底板中心，然后根据设计尺寸进行放线，定出柱基及底板的边线，画出钢筋分布线，依线铺放绑扎钢筋，接着安装柱基和底板外模板。
（3）钢筋绑扎时，应详细检查钢筋直径、间距、位置、搭接长度、上下层钢筋的间距、保护层及预埋件的位置和数量，均应符合设计要求。上下层的钢筋要用铁撑（马凳）加以固定，防止在浇筑混凝土时发生变位。
（4）柱基模板是悬空架设，下面用临时小方木撑在垫层上，边浇混凝土边取出小方木。
（5）底板应一次连续浇筑完，不留施工缝。施工间歇时间不得超过混凝土的初凝时间。平板厚度在20 cm 以内可用平板振动器，厚度较厚时，则采用插入式振动器。
（6）池壁为现浇混凝土时，底板与池壁连接处的施工缝可留在基础上口20 cm 处，如设计要求有止水钢板，在浇捣混凝土前，应将止水钢板安放固定。
（7）混凝土浇筑完毕后，其强度尚未达到1.2 MPa 时，禁止振动，不得在底板上搭设脚手架，安放模板或搬运工具，并注意对混凝土的养护。（8）遇特殊情况需留施工缝时，应做成垂直的结合面，并注意结合面附近混凝土的密实。
6 水池预应力施工
6.1预应力筋铺设
无粘结预应力筋须根据施工图所计算得预应力筋下料长度进行下料。铺设预应力筋时须用水平仪严格控制池壁上预应力筋的位置，并用色笔在池壁上画出每道预应力筋各点的坐标位置，然后按施工图要求的配筋根数分束设置，并每隔一米设置一根定位钢筋，用铅丝绑扎牢固。
6.2预应力筋张拉
在张拉无粘结预应力筋时，一般采用双控方法进行张拉。即以应力控制方法进行张拉控制为主，并以无粘结预应力筋伸长值校验为辅。
必须在水池池壁混凝土强度达到设计规定的100%混凝土强度后方可进行无粘结预应力筋张拉。在张拉过程中，应做到孔道、锚环和千斤顶三孔对中，每根预应力筋张拉完毕后须检查锚固肋端部和水池池壁部位是否有裂缝，并填写隐蔽记录。
6.3预应力测试
张拉采用应力、应变双控，最终将实测伸长值与理论伸长值之差控制在-1%-6%的范围以内，以满足规范-5%-10%范围内的要求。实测的伸长值一般比理论伸长值要长一些，主要是实际的预应力摩阻力比计算摩阻力要小，即使用超张拉后有一部分的反向摩擦力。
结语
预应力技术在各类水池结构设计中的应用仍然需要进一步提升，从而进一步的减小混凝土构件的截面，从而达到节约资源目的，在应用过程中得出的结论总结如下。
1）对于大直径圆形水池采用无粘结预应力筋的设计方案，能够很好的解决水池池壁在环向拉应力作用下强度、抗裂度不足的问题，与普通钢筋混凝土结构相比，具有良好的经济效益。
2）水池池壁预应力筋宜选择低松弛无粘结钢绞线，因为钢绞线不但弹性极限强度和屈服强度较高，而且应力松弛率也大大降低，有利于提高混凝土池体的抗裂性能和减少预应力筋的用量，也可以提高水池的抗震性能。
3）在张拉预应力筋过程中应采用双控制方法进行张拉，即以应力控制方法进行张拉为主，以无粘结预应力筋伸长值校验为辅。
4）在水池池壁无粘结预应力筋张拉完毕后，应对无粘结预应力筋进行监控，并做好记录工作，直到水池池壁建立的预应力值基本稳定为止，根据变化频率校核预应力筋有无破损，预应力是否有效存在。
参考文献：
[1]吕志涛，孟少平，现代预应力设计[M]，东南大学建筑工业出版社，2006
[2]何德湛，圆形水池采用无粘结预应力技术的若干问题探讨[J]，结构工程师，2001.3
论文作者:于江
论文发表刊物:《防护工程》2018年第34期
论文发表时间:2019/3/22
标签：预应力论文; 水池论文; 混凝土论文; 锚固论文; 底板论文; 应力论文; 损失论文; 《防护工程》2018年第34期论文;