預應力技術在圓形水池結構設計中的應用分析

杜 帥

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預應力技術在圓形水池結構設計中的應用分析

杜 帥

（中國市政工程華北設計研究總院有限公司 天津 300381）

大量污水廠中圓形水池工程實踐經驗證明,應用環向預應力技術方案,可以充分滿足圓形水池的抗裂性能要求,水池安全性和經濟性得到了有效提高。

預應力技術；圓形水池；結構設計

圓形水池是污水處理廠常用的一種構筑物，一般直徑較小的圓形水池采用現澆鋼筋砼結構，而對于大直徑的圓形水池如采用普通鋼筋鋼筋砼結構則水池抗裂問題很難解決。現在預應力圓形水池在污水處理廠的大直徑初沉池、二沉池等結構設計中得到了廣泛的應用。預應力圓形水池既可有效解決水池抗裂問題又可以提高水池的整體性和抗震性能，同時比普通鋼筋砼結構更經濟。在預應力水池池壁結構設計過程中，一般在計算模型中考慮上端懸臂、底端鉸接，豎向設計通常利用水平設計模型展開計算。

1.結構設計方案分析及選擇

在設計污水廠水池結構的過程中，分段張拉無粘結預應力法和繞絲法是常用的兩種施加環向預應力的方法，當前我國多數污水處理廠工程建設都采用這兩種方法施加環向預應力。然而分段張拉無粘結預應力和繞絲法由于選擇材料的性能不同，同時各自的施工方法也不同，在實際應用過程中體現出了不同的特點。所以，在污水池設計過程中，出于對安全性、先進性及經濟性等方面因素的考慮，充分結合分段張拉無粘結預應力和繞絲法的特點，最終選擇分段張拉無粘結預應力法展開施工。應用分段張拉無粘結預應力技術時，需要選擇比較好的無粘結預應力筋，按照以往的工程實踐經驗來看，預應力筋是否合適和選擇的張拉工藝、錨具及最后的張拉效果存在密切聯系，經過對比分析以后，應用低松弛無粘結預應力鋼絞線進行施工，這種施工的效果非常好，同時張拉錨固也很容易得到控制。

2.預應力水池結構分析

污水水池選擇的無粘結預應力鋼絞線需要采用Ⅰ類錨具，這種錨具不僅可以在無粘結預應力混凝土結構中應用，同時也可以在大型水池結構中應用。無粘結預應力鋼絞線由高強鋼絲組成，在鋼絲表面涂抹潤滑油起到防銹油脂的作用，在套管外側形成新型預應力筋的作用，這種預應力筋不會和混凝土粘結，張拉過程中的摩擦損失將會大大降低，同時經濟效益也會得到提高。

2.1預應力損失分析及計算

在工程建設過程中，需要對預應力損失等基本要素進行綜合分析與考慮，具體來說，工程預應力損失主要可以從以下幾方面分析：

2.1.1無粘結預應力筋內縮、張拉端錨具變形出現的預應力損失。在完成張拉操作以后進行卸荷，這時無粘結預應力筋將會出現內縮的現象，這種情況下可能會引起預應力損失。同時，由于污水水池利用千斤頂張拉，池壁環向預應力筋錨固的位置出現相互交錯的現象，經計算可得到其內縮值降低約50%。

2.1.2由無粘結預應力筋引起的摩擦損失。污水水池主要采用圓形設計，從整體上來看圓形水池預應力筋呈現曲線的形狀，沿著池外壁進行環向布置，嚴格按照水池的弧線長度以及弧度，在張拉過程中不可避免的會在預應力筋和池壁之間出現很大的摩擦損失，同時隨著摩擦系數的增大該項損失也會增大。池壁主要有上下兩排環向預應力筋，這里需要注意的是，預應力筋錨固位置形成交錯的特殊結果，在張拉過程中必須使其值降低50%才能采用千斤頂。

2.1.3由無粘結預應力筋引起的應力松弛損失。預應力筋是否松弛主要由鋼筋種類及松弛等級所決定，采用超張拉法可以減少無粘結預應力筋的松弛損失，因此，為了獲得較高的有效預應力，建議采用超張拉的操作方法。

2.1.4由混凝土收縮徐變引起的預應力損失。預應力損失也可能是因為混凝土收縮徐變造成的，所以必須降低50%對預應力筋損失進行考慮，計算時應予以注意。

2.1.5由彈性壓縮引起的預應力損失。應用分批張拉方法時，混凝土會產生彈性壓縮，在張拉完成以后應用無粘結預應力筋，這種情況下先批張拉的預應力筋其性能會發生一系列變化，有效降低預應力損失的發生。因此，在具體施工過程中，應該先進行后批預應力筋的張拉，然后再對先批預應力筋進行張拉，這樣才能保證獲得比較好的效果。

2.2內力計算

池壁豎向彎矩由池內水壓、池外土壓、池壁溫差和預應力鋼筋施加壓力產生；水壓，池壁溫差及土壓作用下，池壁豎向彎矩按池壁底端鉸接、頂端自由情況計算，但考慮杯槽部分嵌固作用；預應力鋼筋壓力產生的池壁豎向彎矩，按池壁底端滑動、頂端自由情況計算；四組荷載作用按照施加預應力階段、試水階段 和使用階段分別組合，控制池壁裂縫不大于0.2mm的前提下進行配筋計算。

2.3構造設計

2.3.1錨固肋設置。施工過程中應該盡量減少由預應力引起的損失，這對分段張拉及錨固預應力筋非常有利。為了使張拉、錨固預應力筋的構造要求得到滿足，必須沿著水池池壁的外側對扶壁柱進行均勻設置（見圖1）。

2.3.2池壁和底板連接。設計污水池結構時，充分考慮到豎向彎矩作用，有效消除豎向彎矩對底板造成的不利影響，采用杯槽式柔性連接，同時將底板周圍澆筑成槽口，完成張拉操作以后采用細石混凝土進行澆筑。此外，為了避免水池壁根部出現滲漏現象，應在槽口和池壁間采用嵌縫措施，然后對混凝土進行密實的澆筑，這樣水泥砂漿就可以和混凝土形成比較好的效果。將拉端設置在池壁扶壁柱上，經過張拉操作以后進行扶壁柱錨固，最后利用混凝土進行封堵操作（見圖2）。

3.水池預應力施工

3.1鋪設預應力筋

利用下料方法進行無粘結預應力筋的鋪設，注意鋪設過程中必須對施工圖計算中下料長度進行考慮。在預應力筋的鋪設過程中，需要利用水平儀對池壁上預應力筋的位置進行設定，同時將池壁上每道預應力點的坐標位置進行確定，然后按照設計要求設置配筋根數，將其分束以后設置定位鋼筋，最后進行牢固的綁扎。

3.2張拉預應力筋

在無粘結預應力筋的張拉過程中，通常在張拉過程中需要用到雙控的手段，所謂雙控是指利用控制力方式展開張拉操作，這是主要的工作內容，同時還要在此基礎上進行無粘結預應力伸長操作。注意必須在材料混凝土試驗值達到了一定強度才能進行無粘結預應力張拉，在應力過程中，完成每對預應力筋的張拉以后，進行錨固肋端部和水池池壁部位是否存在裂縫的檢驗，還要注意將記錄工作做好。水池應用自下而上的設計方式對預應力鋼絞線進行設計，沿著池壁四周進行錨固肋的設置，利用120°或者180°張拉，在不同位置上進行鋼絞線的設置，形成封閉的圓形應力。

4.結語

綜上所述，大直徑污水池工程應用無粘結預應力筋方法進行設計，這種方法和普通結構相比，池壁厚度可以大大減少，能夠很好的解決水池池壁在環向較大拉應力作用下強度、抗裂度要求，具有較好的經濟效益。

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