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预应力技术在市政污水厂水池结构设计中应用苗笛

发表时间：2021/4/15 来源：《基层建设》2020年第32期作者：苗笛丁意怡

[导读] 摘要：为了确保水池结构满足抗裂性能标准，应当合理应用环向预应力技术。

        中国空分工程有限公司浙江杭州 310051
        摘要：为了确保水池结构满足抗裂性能标准，应当合理应用环向预应力技术。该项技术可以加强水池强度，预应力筋和水池池壁无粘结，在张拉锚固操作之后，预应力传导至混凝土池壁上，以此消除强度影响，全面满足抗裂要求，提升污水池的经济性与安全性。本文主要围绕市政污水厂水质结构设计展开讨论，重点分析预应力技术的应用，仅供参考。
        关键词：预应力技术；市政污水厂；水池结构；设计应用
        在设计市政污水厂水池结构时，施工人员倾向选用环向预应力技术，属于新型技术工艺，推广应用的污水水池结构设计中。一般来说，污水处理厂水池结构多为圆形，水池高度低，因此在规划设计时，必须基于计算模型，高效处理上端悬臂、底端铰接问题。竖向设计期间，通过水平设计模型计算，确保水质结构设计效果。
        1、工程概况
        本文研究的污水处理厂项目为一期工程，日均污水处理量为3万吨。污水沉淀池、二沉池均为圆形结构。沉淀池外池内径为51.15米，内池内径为23.17米，地上高度为1.2米，地下高度为3.3m。分析结构整体可知，污水处理池为半地下室结构。水池外池壁厚为30厘米，地板厚度为80cm，内池池壁为混凝土C30材质，外池池壁为混凝土C40材质。
        2、分析和选择结构设计方案
        在设计污水厂水池结构时，应当选用横向预应力技术，例如张拉无粘结预应力、绕丝法。现阶段，市政污水处理厂，多采用上述技术方法操作。然而上述技术工艺的材料应用不同，因此施工技术与方法差异较大，应用过程中表现出不同特点。在工程设计期间，深入分析和研究特点，遵循经济性、安全性原则，选择分段式，无粘结预应力法。
        在应用此种技术方法时，优先选择高质量无粘结预应力筋。基于长期经验可知，预应力筋质量、技术工艺合理性，会直接影响后期建设效果。在工程建设期间，选择低松弛、无粘结钢绞线材料，可以获得满意的施工结果，且张拉锚固操作控制难度小。此外，施工建设期间，应当对材料进行冷拔处理，同时通过热处理法消除应力。经过预处理后，可以显著提升材料天性极限、屈服强度。采用实验观察可知，应力松弛度呈现出下降趋势平，即可以使预应力筋使用数量减少，还可以加强混凝土抗裂强度。
        3、分析和计算应力水池结构
        在此次工程建设中，选择无粘结预应力钢绞线，强度标准值为1460MPa，张拉控制应力为1088MPa。无粘结预应力筋，选用高强钢丝，在表面涂刷防锈剂，外部包裹塑料套管，使其成为新型预应力筋。由于筋和混凝土粘结性低，张拉操作时，不会产生较大的摩擦损失，可以获得显著经济效益。应用专用锚具张拉预应力钢绞线。
        3.1分析预应力损失
        第一，无粘结预应力筋内缩、张拉端锚具变形，均属于预应力常见损失。张拉操作完成后，做好卸荷处理，此时预应力筋会内缩，极易引发预应力损失。在工程建设中，应用千斤顶张拉操作，池壁环向预应力筋锚固位置，极易产生交错问题。在详细计算处理后，可以降低内缩值。第二，无粘结预应力筋所致摩擦损失。在工程建设期间，需要应用圆形设计方式。圆形水池预应力筋为曲线状态，沿着池外壁环向布设，遵循水池弧度与长度。在张拉操作时，预应力筋、池壁间出现严重摩擦损失，摩擦系数持续增加，相应加大摩擦损失。在池壁上，包含上下两排环向预应力筋。值得一提的是，预应力筋锚固位置会形成交错现象，在张拉操作时，只有确保锚固值下降50%，才可以应用千斤顶。第三，在应用无粘结预应力筋时，会引发应力松弛问题。在判断预应力筋松弛状态时，应当参考钢筋种类、松弛状态。所以，为了避免预应力筋产生松弛现象，需要应用超张拉程序，以此确保张拉操作效果。第四，混凝土收缩徐变，极易加大预应力损失，此时确保锚固值下降50%，才可以考虑预应力筋损失。第五，弹性压缩所致预应力损失，由于粘结预应力筋为分批张拉操作，在张拉操作之后，预应力筋极易产生混凝土弹性压缩影响，会降低张拉预应力筋损失。在施工建设期间，完成后批张拉预应力筋张拉操作，再补偿先张拉预应力筋，应用效果显著。
        3.2优化构造设计
        第一，设置锚固肋：为了分段张拉、锚固预应力筋，应当减少施工过程预应力损失。沿着水池池壁外侧，设置扶壁柱5根，以此满足预应力筋张拉和锚固操作要求。第二，池壁和底板连接。在设计污水池结构时，为了避免竖向弯矩影响水池底板，需要采用杯槽式柔性法，连接水池底板和池壁。底板四周浇筑为槽口，待至池壁预应力筋张拉后，再浇筑槽口外壁混凝土。为了避免水池池壁根部渗漏，需要使用油麻沥青填充槽口和池壁缝隙，之后应用细石混凝土、水泥砂浆浇筑。在水池池壁扶壁柱上，设置无粘结预应力筋张拉端，在张拉操作后，与扶壁柱锚固在一起，之后使用混凝土材料封堵。
        4、水池预应力施工
        4.1铺设预应力筋
        按照施工图纸，科学计算预应力筋下料长度，同时做好下料操作。预应力筋铺设时，使用水平仪对池壁预应力筋位置进行控制，在池壁上，使用彩色笔标注预应力点位置，之后遵循设计要求，分束设置配筋数量，每相隔1m，设置定位钢筋1根，之后使用铅丝绑扎。
        4.2张拉预应力筋
        按照从上至下顺序布设预应力钢绞线，沿着池壁周圈设置锚固肋6个，张拉角度为120°，封闭圆形应力，要求三组不同位置钢绞线形成。根据施工图纸设计，初沉池断面内配置钢绞线30束，共计90束。二沉池断面内配置钢绞线26束，共计78束。在设计施工图纸时，确保不同断面钢绞线分布在不同层，按照不同应力大小、孔洞预留所致预应力筋偏移现象，在不同层面配置1-3束钢绞线。

        4.3预应力测试
        在张拉操作时，需要做好应变、应力双重控制，确保理论伸长值、实测伸长值差值小于6%，满足标准要求。一般来说，实测伸长值高于理论伸长值，表明计算摩阻力大于预应力摩阻力，出现超张拉应力。完成张拉操作后，通过现场测试，池壁出现回缩位移现象。二沉池径向回缩3mm，环向回缩19mm；初沉池径向回缩4mm，环向回缩25mm。
        5、结束语
        综上所述，通过此次研究可知，直径较大的污水处理池，选用无粘结预应力筋设计方案，能够在拉应力作用下，处理好水池池壁的抗裂、前度、刚度要求。相比于普通钢筋混凝土，经济效益显著。此外，水池池壁为低松弛、无粘结方绞线，可以提升屈服强度、弹性极限，还可以降低应力松弛度，加强混凝土抗裂刚度、抗震性能。
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