圓形預應力水池結構設計

王萍

【摘 要】經過大量研究發現，預應力技術在水池結構設計中的應用，能夠有效解決多個結構問題，該技術通過對圓形池壁外側受拉區施加預壓應力的方式來滿足水池的強度和抗裂性要求，由此一來，水池的安全性得到了提升，同時也提高了其經濟性。本文選取實例，就預應力技術在市政污水廠水池結構設計中的應用進行了具體分析，以期為相關工作者提供借鑒。

【關鍵詞】市政污水廠；預應力技術；水池結構設計

【Abstract】After extensive research， it has been found that the application of prestressing technology in the design of the pool structure can effectively solve a number of structural problems. The technique satisfies the strength and crack resistance of the pool by applying pre-compression stress to the outer tension zone of the circular pool wall. Sexual requirements， as a result， the safety of the pool has been improved， while also improving its economy. This paper selects examples and analyzes the application of prestressing technology in the design of municipal wastewater treatment plant basins， in order to provide reference for relevant workers.

【Key words】Municipal sewage plant；Prestressing technology；Pool structure design

1. 工程概況與設計方案

（1）重慶市某污水處理廠二期擴建工程，設計規模日處理量為3萬t/d，二沉池內直徑40m，深度地上1.5m，地下3.45m，池頂無蓋，屬于半地下池體結構。一般情況下，直徑較小的圓形水池通常采用現澆鋼筋砼結構，而大直徑的水池如果仍采用該種結構將會導致抗裂問題，故本工程二沉池外池壁為后張法預應力結構（水平環向設置無粘結鋼絞線），底板為普通鋼筋混凝土筏板結構。池壁厚300mm，底板厚600mm，設置膨脹加強帶。

（2）圓形水池池壁在水壓力作用下全斷面受軸向拉力，對于水位高、直徑大的圓形水池池壁采用普通鋼筋砼結構，壁厚往往過厚仍難以抵抗軸拉力，出現池壁砼開裂，不僅浪費大量材料而且影響使用，因而采用無粘結預應力張拉技術是圓形水池減薄壁厚和池壁抗裂的最佳選擇。本工程如果做成普通鋼筋混凝土結構，壁厚至少要做到500mm，此時配筋按裂縫控制仍然很大，不易施工振搗且浪費材料，為降低壁厚且滿足抗裂要求，用水平向張拉無粘結預應力可使壁厚減薄至300mm。

（3）該工程已于2016年7月完成施工，在回填土前，根據相關規范要求進行了閉水試驗，結果滿足要求，該池經過兩年的正常運行，也沒有出現任何問題。

2. 預應力水池結構分析

2.1 預應力損失分析及計算。

（1）污水處理廠水池通常會選擇無粘結預應力鋼絞線，同時還要輔以Ⅰ類錨具，該類錨具同樣適用于大型水池結構。而鋼絞線主要是由高強鋼絲組成的，為了防銹，鋼絲表面還會涂抹潤滑油，將其用在套管外側，可以看做是一種新型預應力筋，且其不會和混凝土發生粘結，這樣一來就減少了張拉過程中的摩擦損失，同時提高經濟效益。

（2）本工程采用1×7（s）鋼絞線，直徑d=15.2mm，強度標準值fptk=1860N/mm2；預應力鋼筋張拉端采用夾片錨具，錨固端采用P型錨具；池壁混凝土強度等級C40；池壁預應力筋為后張無粘結預應力鋼筋，預應力構件預埋制孔用的管材為金屬波紋管。

2.2 內力計算。

（1）為使環向預應力筋的張拉應力最大限度的產生混凝土環向壓應力，池壁下端宜采用滑動支承，池壁所帶的水槽、頂板宜在池壁預應力筋張拉結束后二次澆注混凝土。在施加預應力階段，杯槽不填封，池壁與底板間可簡化為鉸接連接，但應考慮填封材料的一定嵌固作用。

（2）池壁與底板采用杯槽式連接。池壁在內水壓作用下，其環向拉力Nθ按池壁底端鉸接、頂端自由情況計算。

（3）計算池壁各點環拉力NθK，可知池壁跨中水平最大拉力標準值位置為0.5H處，取447.2KN/m，截取1m寬橫條計算，采用理正軟件分別對預應力筋張拉工況、閉水試驗工況、使用時池內無水工況的池壁環向內力、豎向內力進行計算并進行配筋，最終配筋結果如圖1、圖2。

2.3 構造設計。

（1）錨固肋設置。

為了確保分段張拉的正常操作，滿足錨固預應力筋的構造要求，在水池施工過程中應當自池外側均勻設置6個錨固肋，用以減少由預應力引起的損失。錨固肋突出壁板外側的厚度不應小于錨墊板寬度與二倍混凝土保護層厚度之和，且錨墊板應與預應力筋垂直。

（2）池壁和底板連接。

污水池的結構設計，必須要考慮到豎向彎矩的作用，將其消除能夠減輕其對于底板的影響，而后采用杯槽式柔性連接，對底板進行澆筑操作，使之形成槽口，最后再采用細石混凝土進行澆筑。滲漏是水池壁根部的常見問題，此時需要在槽口和池壁間進行嵌縫操作，再進行澆筑，確保壁根的密實性。拉端的設置要合理，池壁扶壁柱是其最佳選擇，張拉操作完畢后進行扶壁柱錨固，再將其封堵。

（3）預應力筋的布置及張拉順序。

預埋制孔采用金屬波紋管，內徑45mm，波紋管之間的凈間距不宜小于50mm，且不小于粗骨料粒徑的1.25倍。當普通鋼筋位置與預應力金屬波紋管位置發生沖突時，首先應保證預應力波紋管位置，可適當調整普通鋼筋位置。待池壁混凝土強度達到設計強度的100%時方可張拉，張拉時，每圈環向預應力筋分三段同時張拉且每段兩端同時張拉，豎向順序為自下而上間隔張拉后再從上而下間隔張拉并確保鋼絞線與錨板垂直，其余要求須遵從《無粘結預應力混凝土結構技術規程》（JGJ/T92-2016）相關規定。

（4）池壁設置有孔洞的構造要求。

孔洞的直徑和邊長不宜大于1000mm，孔洞的分布應力求對稱，并盡可能采用圓孔，孔洞距離池壁邊緣的凈距不應小于孔洞本身直徑或邊長。當管道穿過池壁時，池壁的預留洞直徑大于環向預應力鋼筋間距時，可將該處的預應力鋼筋間距局部放大并繞過管道布置。但當管道直徑比鋼筋間距大2倍以上時，則宜錨固在專門的鋼錨固架上。

3. 結語

綜上所述，結合以往經驗，本文通過分析得出污水廠水池結構設計工程應用預應力技術，其效果明顯優于普通鋼筋混凝土結構的水池：面對較大的拉應力，水池池壁的強度和抗裂剛度要求都得到了滿足。另外，低松弛無粘結鋼絞線的選用，增強了池壁的彈性極限和屈服強度，同時也降低了其應力松弛率和預應力筋的用量，水池的抗震性能得到了進一步提高。隨著科技革新與進步，預應力技術有著更為廣闊的發展空間。

參考文獻

[1] 王長祥，程子悅，史卿，李沛文.預應力圓形水池環向抗裂度分析[J].特種結構，2016，33（01）：1～6.

[2] 葉柏萬.無粘結預應力在圓形水池結構設計中的應用探究[J].建材與裝飾，2016（04）：84～85.

[文章編號]1619-2737（2018）05-28-859