摘要：大型预应力混凝土水池具有良好的保水性、耐久性、抗震性、经济性和适用性，将是今后大型水池、地下停车场等结构设计的重要发展方向，为探讨污水处理厂水池结构设计，本文对大湾镇污水处理厂的设计情况进行了简单的总结，旨在为污水处理厂水池结构设计提供理论指导。
关键词：污水处理厂；水池；结构设计；预应力损失
1 工程简介
大湾镇污水处理厂工程位于广东省高要市，工程拟建工程场地总占地面积大约5万m2，设计规模为5万吨，该工程总建筑长度大约为100m左右，总宽度大约为60m左右。该污水处理厂的日处理量非常大。其中污水初沉池与二沉池主要由外部和内部两个部分组合而成，且均采用圆形进行设计。该污水处理厂外池池壁运用的是C40混凝土，内池的池壁与底板则均运用的是C30混凝土。
2 水池结构设计方案的分析与选择
目前，在全国范围内，大型污水处理厂的设计主要采取两种方法，分别为分段张拉无粘结预应力和绕丝法来完成环向预应力的施加[1]。分段张拉无粘结预应力和绕丝法各自具有各自的特点，并且在进行施工时，这两种方法说采用的材料与方法也有所差异。
在对本工程污水处理厂水池结构进行设计时，为了更加满足本工程的需要，我们对上述两种设计方案进行了对比，最终选取分段张拉无粘结预应力作为本次设计方案，主要是由于其具有更高的经济性、安全性和可操作性，最关键的是，更加符合本工程的实际情况。
分段张拉无粘结预应力最关键之处在于无粘结预应力材料的优良性，尤其是张拉效果与张拉工艺都是预应力筋所决定的。通过总结分析，在本工程的设计中，我们选取了低松弛无粘结钢绞线，其更加容易对张拉锚固进行控制，更加利于设计方案的实施。
与此同时，由于低松弛钢绞线所采用的钢丝，均是通过多次冷拨形成的，同时还经过多次消除应力热处理最终形成，这使其具有较高的屈服强度和弹性极限，这就使其应力松弛率得到了较好的控制，并且更加利于对混凝土抗裂度的提升。
3 预应力水池结构分析与计算
由于本工程需要运用到无粘结预应力钢绞线，故同时还需要运用到I类锚具，该锚具的性能不仅能够用于大型水池结构，同时还可用于动载、静载的无粘结预应力混凝土房屋结构。
而本工程所选取的钢绞线主要是由75高强钢丝组合而成，通过外包塑料套管形成，并运用润滑防锈油脂，最终形成新型预应力筋[2]。这种新型的预应力筋不会与混凝土相互粘结，这就能够最大程度上实现对摩擦损失的有效控制，进而提升经济效益。此外，在本工程中，张拉锚具的选择上，我们主要采用了XMI5-3锚具。
3.1预应力损失分析
在水池结构设计中，预应力损失一项非常重要的基本要素，而通过分析发现，本工程预应力损失主要表现为以下几点：
3.1.1无粘结预应力筋的摩擦损失
由于本次污水处理厂运用的是圆形，这就需要水池预应力筋主要表现为曲线形状，并沿着池外壁呈现为环向分布，按照弧线的长度和弧度，在进行张拉的过程中，池壁与预应力筋两者间必然会因摩擦产生大量的摩擦损失，这是不可控因素，并且该损失必然会随着摩擦系数的不断增加而增加。
池壁的下方与上方两排环向预应力筋锚固位置始终呈现为交错分布，正式由于这种交错分布的特殊结构，与在进行布置的过程中，需要运用到千斤顶进行张拉，这些因素使其值必须降低50%才能够进行运用。
3.1.2无粘结预应力筋内缩与张拉端锚具变形导致的损失
在进行卸荷的过程中，往往已经成功完成了张拉，这时无粘结预应力筋也会呈现为内缩现象，这在很大程度上必然会致死预应力出现损失。在本工程中，因需要运用到千斤顶来进行张拉，加之，池壁下排与上排本身呈现为环向，这使得预应力筋锚固的位置呈现为相互交错，故通过计算即可发现，其值下降了50%。
3.1.3无粘结预应力筋的应力松弛损失
预应力筋的松弛度往往是由钢筋的松弛等级和种类共同决定的。为了有效控制无粘结预应力筋的松弛程度，使松弛损失控制到最低，本工程在进行张拉时，采用了超张拉程序。
3.1.4弹性压缩影响预应力损失
通过分批张拉的方式对无粘结预应力筋进行张拉处理，通过这种方法能够起到较为显著的降低预应力损失的效果，主要是通过产生的混凝土弹性对张拉后批无粘结预应力筋进行压缩，进而实现对前批次预应力筋张拉过程中性能的改变，故能够实现对损失的控制。
为此，在进行施工时，首先对后批次的预应力筋进行张拉处理，再对前批次预应力筋进行补张拉，这就能够有效提升实施效果[3]。
3.1.5混凝土收缩徐变引起的预应力损失
在预应力损失中，一部分主要是由于混凝土收缩引起的徐变所致，为此，需要考虑对预应力筋损失降低50%。
3.2内力计算
按照相关标准的规定要求来看，当出现不利于荷载组合的情况下，无论是何种情况，均要求在使用阶段不得出现水池池壁各载面裂缝现象，为此，这就需要对配筋进行控制。在对水池池壁无粘结预应力筋进行计算时，需要对荷载组合进行充分考虑：
（1）施工阶段：要求池外不能够有土层出现，而池内则必须保持无水；
（2）试水阶段：与施工阶段相反的是，在试水阶段，池外同样需要保持无土，但池内却需要保持有水；
（3）使用阶段：在这个阶段各方面都需要与是前一阶段保持一致；
（4）检修阶段：该阶段则应当与施工阶段的要求保持一致。
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通过四种荷载配合就能够较好的实现对配筋的控制。
3.3构造设计
3.3.1一般构造要求
配筋方式：池壁与池壁转角处、池壁与底板顶板连接处应配置≮Φ8@200的构造筋，并在转角处设45°腋角，以增强连接处的抗裂性。池壁底板的受力筋应采用间距较密直径较小的钢筋，当钢筋直径≤10mm 时采用 HPB300 级钢筋；当钢筋直径 >10mm时，采用HRB400 级钢筋。
3.3.2抗震设防
本区抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g，设计地震分组为第一组。建筑的场地类别属Ⅲ类建筑场地，地震动反应谱特征周期值为0.45s，属抗震不利地段。
3.3.3底板与池壁的连接
在对污水处理厂水池结构进行设计时，可通过怀槽式柔性连接来对竖向弯矩所产生的水池底板进行改善。在底板的四周应当浇筑起槽口，而浇筑则需要待到预张拉之后。
与此同时，为了能够对水池壁根部渗漏现象进行控制，可通过在槽口与池壁之间开设一条嵌缝，最后在将浇筑完成密实处理后，可采用细石混凝土以及水泥砂浆来进行处理，其能够取得较好的使用效果。在池壁的扶壁柱上对拉端进行设置，而在进行张拉处理后，则可扶壁柱上将其锚固，最后再运用混凝土对其进行封堵。
3.3.4伸缩缝的构造
伸缩缝上下贯通，确保两侧的温度区段具有充裕的伸缩余地，伸缩缝宽度为 20～25mm，长度 >30m。
3.3.2锚固助的设置
尽可能对施工中出现的预应力损失进行控制，这对预应力筋锚固和分段张拉有非常显著的效果。为了能够更好的满足预应力筋锚固以及张拉等构造的相关规定，可沿着水池的池外侧设置5根扶壁柱，通过该方法能够较好的保障预应力筋锚固以及张拉的实施。
4 水池预应力施工
4.1对预应力筋的铺设处理
无粘结预应力筋主要运用通过下料的方式来进行铺设，这需要结合施工图来对下料长度进行计算。铺设预应力筋的过程中，首先需要对水平仪所采用的池壁预应力筋位置进行设定，同时在池壁上对每道预应力筋进行明确，标注好各个预应力筋的设置坐位，此后，再根据设计要求对配筋的根数进行设定，将其进行分束处理即可，在完成钢筋的定位设置之后，最后将其绑扎牢固即可[4]。
4.2对预应力筋行张拉处理
在对预应力筋进行张拉处理的过程中，通常情况下，需要实施双控手段来实施张拉。双控方法主要是指，通过对应力进行控制的方式来实现对张拉的控制，这种最主要的控制部分，同时还可进行无粘结预应力筋伸长的辅助控制。
无粘结预应力筋张拉需要在材料混凝土的强度试验值中达到相应的强度。在进行应力控制时，通过运用锚环、孔道以及千斤顶三个对预应力筋张拉进行张拉处理后，即可采用水池池壁部位以及锚固肋端，是否出现了裂缝进行检验，并对其做好相应的记录。
通过从下到下的方式对预应力钢绞线进行设计布置，并沿着池壁的周围分别设置6个锚固肋来实现对池壁的加固，再以120°来进行张拉处理，选取三个不同的位置，运用钢绞线来形成圆形应力，确保其具备封闭效应。根据施工的设计要求，二沉池与初沉池的断面均可配置相应的钢绞线。
设计时，可在不同的区域内均设置相应的断面钢绞线分布，并能够在此基础上，对预应力筋偏移和应力大小等现象进行处理，再在同排中配置适量的钢绞线。
4.2.1伸长值相关值的计算
对公称面积、张拉控制应力、跨中拉力平均值等进行计算。
4.2.2张拉施工处理
应确保池壁混凝土抗压强度能够满足设计要求，并能够使设计的强度达到85%以上，并在此情况下是张拉。针对各个张拉层面上的钢绞线，都应当通过这种双向张拉的方式来进行处理，并能够做好相应的记录。
4.3预应力测试
为了使预应力能够达到标准要求范围内（-5%-10%），可通过应变双控和应力张拉的方式来进行处理，同时需要对理论伸长值以及实际伸长值之间的差进行对比，使差值能够控制在-1%-6%的范围内。
若实际获取的预应力摩擦阻力的比较值相对较小，那表明其会发生相应的占超张拉应力。在这种情况下，实际测得的伸长值通常相较于理论伸长值要更长，并在进行张拉处理后，还需要再次进行现场测试，此时均可观察发现，池壁有回缩移位的情况。
5 结语
在本污水处理厂水池结构进行设计时，主要采用的是无粘结预应力筋设计方案，其与普通的结构比较，能够对水池池壁的应力刚度、强度进行有效的解决，使其达到标准范围内，才能够充分发挥其相应的经济效益。
与此同时，水池池壁所采取的钢绞线会致使其表现为低松弛无粘结，这就能够最大程度上实现对强度和弹性的提升，并且还可促使低松弛无粘结松弛，这就能够有效实现对预应力筋用量的减少和混您图抗裂刚度的提升。此外，同时双控制方法也能够有效提升设计效果。
参考文献：
[1]李志宇.污水处理厂水池结构问题分析[J].江西建材，2013，（6）：116-117.
[2]侯东.污水处理厂水池结构设计探讨[J].中国房地产业，2013，（3）：166.
[3]孙毓蕾.污水处理厂中水池结构设计要点的分析[J].中国新技术新产品，2012，（5）：62.
[4]张勇.某大型污水处理厂水池结构设计探讨[J].中国新技术新产品，2011，（7）：198.
论文作者:张国彬
论文发表刊物:《基层建设》2018年第30期
论文发表时间:2018/11/16
标签：预应力论文; 水池论文; 污水处理论文; 锚固论文; 损失论文; 应力论文; 混凝土论文; 《基层建设》2018年第30期论文;