摘要：采用环向预应力技术方案可以在最大程度上的满足构件的抗裂要求，从以往大多数的工程经验中能够明显地看出其效果。现以南京某污水处理厂二沉池作为研究对象进行了相关研究，希望可以对读者有一定的启发和帮助。
关键词：预应力技术；市政污水厂；水池结构设计
预应力技术的环向应用，是一种可以满足市政污水水池设计要求并被广泛使用的技术。在通常情况下，由于圆形结构受力合理，其广泛地应用到市政污水处理厂建设的过程中。其中，二沉池设计所采用最多的结构形式便是圆形结构。直径小于30m的圆形水池，其壁板的计算，通常将壁板顶端视为自由端，池壁与底板之间连接视为弹性固端；直径大于30m的圆形水池，宜采用预应力结构，通常壁板底部与底板采用环形杯口连接，壁板的计算时，将壁板顶端简化为自由端，下部简化为铰接。笔者主要对预应力技术在水池结构设计中应用进行了相关地阐述。
1工程概况
随着贯彻党和国家“绿水青山就是金山银山”的生态文明建设，环境保护生态和谐被重视起来。其中，生活污水和工业污水的处理在保护环境工程中担当起了重要的角色。一些已建成的污水厂进行了扩能提标改造，其排放标准得到提高。与此同时，污水处理对水池结构设计也提出更高的要求。本工程设计规模15万m3/d，共有4座二沉池。二沉池内径为48.0m，壁板厚度为0.3m，底板厚度为0.45m，混凝土强度等级为C40，抗渗等级为S6。基础采用φ=400预应力混凝土管桩，抗浮措施采用预应力混凝土管桩进行抗浮。二沉池地上部分为3.4m，地下埋置深度为1.95m，属于地面式构筑物。
2预应力技术概述
预应力技术在随着市场经济和科学技术的进步下不断地发展和创新，因其独有的特质被不断地应用在我国市政污水厂水池结构设计中而被广泛关注，这意味着预应力技术有着广泛的适用性和运用的成熟性。在市政污水水池结构设计的过程中，技术人员应当控制施加预应力的大小。施加预应力过小，则不能达到混凝土抗裂的目的，进而出现污水渗漏的现象。
3结构设计方案分析及选择
预应力圆形水池结构通常采用内埋式有粘结或无粘结预应力钢绞线，结合本工程的特点以及经验，二沉池采用无粘结预应力钢绞线。在以往市政污水池结构的设计中，无粘结预应力材料的应用，在工程质量方面起着决定性作用。因此，在本次二沉池结构设计的过程中，二沉池结构设计必须考虑到低松弛无粘结钢绞线材料对工程质量的影响，张拉锚固的相关工作材料的特性，均会影响到二沉池的质量。在二沉池设计过程中，应通过试验观察低松弛无粘结钢绞线其应力松弛率的趋势，降低预应力的损失，以此，提高混凝土的抗裂程度，提高二沉池建成的质量。
4预应力水池结构分析与设计
在本工程设计过程中，内力计算以理论分析为基础，同时应用有限元软件（如SAP2000，Midas）辅助验证计算结果的正确性与可靠性。通过有限元软件分析，SAP2000索单元可以比较准确地模拟预应力。该水池的结构设计中所选用的材料为低松弛无粘结钢绞线，沿池壁高度均匀设置16-2φs15.2@300钢绞线，池壁顶端加密设置3-2φs15.2@170钢绞线。张拉端锚固采用垫板连体式夹片锚具。为了防止低松弛无粘结钢绞线生锈，应当在钢丝的表面加上润滑油，在润滑油的作用下能够减少钢绞线的腐蚀性。
4.1预应力造成的损失分析
4.1.1无粘结预应力筋内缩、锚具变形的预应力的损失现象
本工程所采用的是千斤顶张拉的方式，卸荷工作的开展，应当在张拉工作完成以后在进行，在这个过程中可能会出现预应力筋内缩的现象，从而导致预应力会产生一定的损失。
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4.1.2无粘结预应力筋引起的摩擦损失
在结构预应力水池结构设计的过程中，当按照圆形结构形式进行设计时，圆形结构形式使污水池中内部的预应力筋呈现出弧度。预应力筋的弧度大小的确定需要根据水池形状的尺寸而设定。由于实际施工的过程中，会出现各种问题，特别是张拉阶段预应力筋在拉抻的过程中，预应力筋与池壁墙壁由于受到相互的摩擦，在摩擦力与反向摩擦的作用下，最终导致预应力筋的预应力值呈现出下降趋势。
4.1.3无粘结预应力筋引起的应力松弛损失
在一般情况下，钢绞线种类的选择以及其松弛程度会使预应力筋产生松弛的现象，在这种情况下为了减少无粘结预应力筋引起的应力松弛损失现象，在工程施工过程中运用了超张拉方式进行操作，以减少这种情况下所产生的影响。
4.1.4混凝土弹性压缩引起的预应力损失
在二沉池预应力结构设计的过程中，设计人员应当考虑到采用分批张拉方法时，后批张拉预应力筋引起的混凝土弹性压缩对先批张拉筋的影响。在该情况的影响之下，张拉完成以后无粘结预应力筋的预应力会出现不稳定的现象。对于这种现象的产生，情况严重者可能会导致预应力值产生损失，对工程质量产生影响。为了防止上述现象的发生，最大限度上减少其预应力值的损失，我们要做的应当尽量先张拉后批次的预应力筋，然后再对先批预应力筋进行张拉。让其可以在工作中保持预应力，这样可以尽量减少其预应力值的损失，甚至于杜绝预应力值的损失，保证工程质量。
4.2内力计算
在二沉池预应力结构的设计中，应保证在最不利的荷载组合工况下，水池池壁的任何截面在预应力的作用下均不应当有裂缝的产生。
张拉完成后池壁在几种最不利工况下进行内力计算：（1）水池外部无覆土，水池正常水位，温（湿）差作用；（2）试水过程中，池内水达到设计水位，池外无覆土；（3）水池内正常工作水位，池壁外部有覆土，与正常工作情况一致；（4）在使用的过程中，水池出现问题并进行检修，水池内无水，水池外有覆土。
4.3节点设计
根据工艺需求，二沉池池壁上设置有进出水孔、排渣闸门、排渣管，预留孔洞及套管的位置与原预应力筋的布置发生冲突。对于尺寸较小的预留孔洞，调整孔洞处预应力筋的布置，预应力筋以曲线形式绕过洞口；对于尺寸较大的预留孔洞，在孔洞周围设置槽钢传力架，预应力筋通过槽钢传力架传递预应力，有效地达到了预期的效果。
4.4构造设计
在二沉池预应力结构设计的过程中，应当考虑到在实际施工的过程中如何降低预应力损失，这将有利于分段张拉及锚固预应力筋的实施。本次设计过程中，水池池壁的外侧设置了8个锚固肋，锚固肋能够起到使环向预应筋间隔锚固的作用，并将预应力进行较为均匀地分布，保证了施工质量和效果。
5施工中注意事项
预应力筋的铺设应按照设计预应力筋曲线坐标位置定位并固定牢靠，防止在混凝土浇筑工程中预应力筋发生移位，避免无粘结筋外皮损坏，预应力筋的矢高改变对预应力效果产生影响。杯口内的橡胶垫板在预应力张拉过程中起到了关键性的作用。橡胶垫板使壁板与底板隔离开来，张拉时壁板能不受约束地变形，故橡胶垫板的选用应满足设计要求。同时，张拉预应力筋时，混凝土强度应符合设计要求方能进行张拉。
6.小结
综上所述，无粘性预应力筋技术在对大型污水水池进行设计时有着优良的效果，有效地提高水池池壁的抗裂度以及刚度，在整个工程过程中发挥着不可取代的作用。再者，低松弛无粘结钢绞线的运用，能够提升水池池壁强度以及弹性。这些技术的合理应用可以对实际施工产生良好的效果，大大地提升了项目的质量和使用效果，并对整个工程有着优良的指导意义，希望可以对读者有所帮助。
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论文作者:祝年虎
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第13期
论文发表时间:2019/1/22
标签：预应力论文; 水池论文; 污水论文; 过程中论文; 结构设计论文; 壁板论文; 松弛论文; 《建筑细部》2018年第13期论文;