無粘結預應力混凝土在圓形水池中的應用

楊崇惠 鐘艷

摘要：社會發(fā)展影響下，人們生產生活中的用水需求越來越大，對于污水處理量也大大增加。 污水處理當中，初沉沉淀池、二沉池等池體的容積也越來越大。傳統(tǒng)的水池設計中其水壓和溫度應力將會對水池壁產生較大的環(huán)拉力;此外，其將導致水池自身整體性差、抗震性、耐久性差，影響圓形水池的長久使用，文章基于無粘結預應力混凝土技術對圓形水池的設計進行分析，以實際的工程案例為依據(jù)，對無粘結預應力混凝土的廣泛應用提供參考。

Abstract： Under the influence of social development， the demand for water in production and life is increasing， and the amount of sewage treatment is also greatly increased. In the sewage treatment， the volume of the pool body such as the primary sedimentation tank and the secondary sedimentation tank is also increasing. In the traditional pool design， the water pressure and temperature stress will produce a large ring tension on the pool wall; in addition， it will result in poor overall stability， shock resistance and durability of the pool itself， affecting the long-term use of the circular pool. The prestressed concrete technology is used to analyze the design of the circular pool. Based on the actual engineering case， it provides reference for the wide application of unbonded prestressed concrete.

關鍵詞：圓形水池;無粘結;預應力混凝土;質量;抗震性

Key words： circular pool;unbonded;prestressed concrete;quality;seismic resistance

中圖分類號：TU528.571 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）09-0136-03

0 ?引言

傳統(tǒng)的繞絲、電熱張拉法建設的預應力水池，不能很好的對鋼絲進行防銹蝕處理，且這種傳統(tǒng)預應力建筑的方式的預應力噸位固定，對于容量較大或者液壓產生的環(huán)拉力較大的圓形水池上不具有實踐性意義[1]。采用有粘結預應力工藝，雖可以確保施工質量穩(wěn)定，但是其實際施工工具復雜，對應摩擦損失大， 投入成本高，不具有實際推廣性意義。文章提出無粘結預應力混凝土工藝，有效提高了圓形水池耐久性，工藝簡單，具有較高的可行性。

1 ?圓形水池中預應力技術應用基礎

20世紀90年代分段張拉無粘結預應力技術就已經(jīng)開始，在此之前，對于圓形水池處理多采用預制壁板拼裝形成，一些特殊的大型圓形水池則采用現(xiàn)澆結構，兩種傳統(tǒng)水池建筑結構都采用連續(xù)配筋方式，以繞絲機纏繞預應力高強鋼絲確保預應力穩(wěn)定。隨著我國城市化的發(fā)展對供水要求越來越大，對應污水處理工作量也越來越大[2]。水處理的圓形水池容量越來越大，導致水池受水壓作用影響，環(huán)向軸拉力較大，傳統(tǒng)鋼筋混凝土池壁避免不了發(fā)生開裂，影響水池使用壽命及質量。

在預應力技術不斷進步的今天，利用張拉工藝和預應力技術可實現(xiàn)無粘結預應力技術，有效提高圓形水池質量。在圓形水池中，普遍應用環(huán)形錨具，其在同一塊開由相同數(shù)量，但錐孔方向相反錨板處，以變角張拉，以夾片，將鋼絞線首位錨固在錨板上，以鋼絞線張拉變形的擠壓下，使結構環(huán)受到徑向分布擠壓力和切向拖拽力影響，形成環(huán)形預壓應力，確保環(huán)形水池質量穩(wěn)定。

2 ?無粘結預應力應用優(yōu)越性

圓形水池設計中應確保其自身抗震性和耐久性可靠，無粘結預應力技術在確保水池結構良好上具有顯著優(yōu)越性[3]。在技術不斷發(fā)展的今天，無粘結預應力技術應用趨于成熟。圓形水池結構設計上，應按照設計標準，將預應力筋綁扎牢固，借助無粘結預應力及混凝土之間優(yōu)勢，利用其之間存在的可滑動性和不粘結性，確定混凝土強度可靠，進而在兩端頭張拉。張拉結束后，通過錨具在錨固板固定鋼絞線，確保固定完整后，采用混凝土對整個錨固端密封。操作完成后，可實現(xiàn)對圓形水池的預應力預壓作用，確保較高工作強度下圓形水池能夠正常工作，避免水壓力對圓形水池造成不可修復性破壞。

無粘結預應力整體應用當中具有多方面優(yōu)勢：

①其對混凝土本身施加預應力，使得圓形水池自身抗震性大大提高，水池整體性得到保障，在周圍環(huán)境或水體活動下，圓形水池不會輕易受其影響，發(fā)生裂變。

②采用預應力筋設計，摒除伸縮縫，進而避免圓形水池出現(xiàn)裂縫情況，確保其整體穩(wěn)定。此外，預應力筋的使用使得溫度應力問題得到有效解決，外界溫度變化對圓形水池的影響大大減小，有利于一些露天水池的長久使用。

③無粘結預應力技術使用，其對混凝土自身施加預應力，使得混凝土自身受壓力影響發(fā)生作用，有效提高混凝土自身抗?jié)B性。此外，在預應力影響下圓形水池耐久性提高。圓形水池結構的無縫設計使得水池內部水源得到有效保障，避免一些水池滲漏現(xiàn)象發(fā)生，在后期圓形水池的維護中也節(jié)省大量不必要成本支出[4]。

④無粘結預應力技術的應用相比于傳統(tǒng)的后張法、電熱張拉法等技術有顯著優(yōu)勢，其工藝技術操作簡單的，施工程序簡單明了，實際施工中不會產生較大摩擦損失，對應施工設備投入大大降低，有效控制施工成本投入。

⑤采用無粘結預應力技術，在超過30m以上容量的圓形水池使用中，其表現(xiàn)出較高的優(yōu)勢：無粘結預應力混凝土相比于普通鋼筋混凝土而言，其圓形水池池壁厚度的大大減小，對應混凝土量需求較少，能夠節(jié)省大量混凝土消耗（大約在15-35%之間的量），從而減少建成本投入，發(fā)揮較強經(jīng)濟性。

3 ?案例分析

洛陽市新區(qū)污水處理工程總設計規(guī)模20萬噸/日，近期10萬噸/日，該污水處理廠位于伊河岸邊，廠區(qū)用地范圍內80%為魚塘;該工程建設中設計4座二淀池，其直徑45m，池深4.5m，埋深1.0m，冬季池內水溫在15℃左右。其具體布置如圖1所示。該二沉池設計中，應主要解決溫度應力、伸縮縫、裂縫等對圓形水池穩(wěn)定性的影響。

3.1 設計前方案擬定

在具體設計前共提供了三個備選方案。

①混凝土后澆帶，混凝土后澆帶待兩側混凝土澆筑完成后，等待42天時間再次進行澆筑，后澆帶能夠很好的解決施工期間混凝土收縮問題，確保混凝土澆筑穩(wěn)定，但是其并不能很好應對使用過程中溫差對二沉池造成的影響;二沉池設計施工中，其后澆帶不能確保澆筑后的混凝土無開裂或滲水現(xiàn)象產生。

②現(xiàn)澆膨脹加強帶輔助設計施工，通過在混凝土中增加適當膨脹劑，使混凝土中用于足夠膨脹應力。但是，膨脹加強帶的膨脹值有一定界限，超出界限后，無法發(fā)揮自身優(yōu)勢。此外，膨脹劑的實際運用受水泥品牌、礦物質含量、性能、施工技術等多方面因素影響較大。一些養(yǎng)護條件惡劣，施工環(huán)境中膨脹劑不能起到抗裂的作用，將導致混凝土出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。

③無粘結預應力鋼絞線。無粘結預應力鋼絞線可有效解決晝夜、季節(jié)溫差對二沉池穩(wěn)定性的影響。

綜上所述，分析以上三種方案，權衡利弊，在二沉池底板設計中采用現(xiàn)澆膨脹加強帶， 池壁設計中采用后澆帶及無粘結預應力鋼絞線輔助施工。

3.2 確定方案后對應難題處理

3.2.1 二沉池池壁設計

①確定二沉池圓柱殼計算豎向受力及環(huán)向受力具體大小。

②材料選擇上應遵循《給水排水工程預應力混凝土圓形水池結構技術規(guī)程》，科學選材，選擇合理的混凝土強度等級，避免過高強度的混凝土給二沉池池壁設計帶來較大溫度應力影響;在鋼筋選擇上以帶肋鋼筋為主，預應力筋選擇無粘結預應力鋼絞線。

③池壁厚度設計上應避免較厚池壁，導致二沉池溫度應力及預應力筋數(shù)量增加，造成成本投入加大。本工程設計池壁厚為300mm，采用專業(yè)性施工技術，克服300mm厚度的施工難度。

④池壁環(huán)拉力的計算上，考慮二沉池中水壓力作用及池壁壁面溫差導致的環(huán)拉力，計算中考慮整體抗震性，計算環(huán)拉力并算出需求預應力鋼筋，若池壁頂部自由，底部鉸接，計算應考慮到實際中預應力的損失，全面考慮錨具變形、池壁摩擦損失、應力松弛損失、建設混凝土局部壓陷損失、分批張拉損失、混凝土收縮變形損失等內容。

⑤池壁豎向受彎及配筋設計，二沉池池壁豎向彎矩受實際工作中水壓、池外土壓、池壁溫差等影響。水壓、池壁溫差及土壓影響下，池壁豎向彎矩以池壁底端鉸接、頂端自由，充分考慮到杯槽嵌固作用影響。按照二沉池壁底端滑動、頂端自由合理計算。其中，四組荷載應以施加預應力、試水、使用等不同工作結合起來，嚴格控制池壁裂縫小于0.2mm，在此基礎上配筋計算。

3.2.2 鋼絞線分段長度

無粘結預應力鋼絞分段長度過長，則影響張拉效果，經(jīng)專業(yè)施工分析后，選擇采用30m范圍長度設計施工，以兩端張拉及交錯張拉方式設計。

3.2.3 預應力筋錨具

錨具選擇結合工程施工及施工單位技術要求，可選擇夾片錨具，錨固肋出夾片錨具露出混凝土面，預應力筋張拉結束后，將預應力筋外露部分距錨具50mm處切斷，對外露錨具、錨板、預應力筋防腐處理，以混凝土澆筑方式封閉，如圖2所示。

3.2.4 池底板底部設計

池底板設計杯口，池壁插入杯口，池壁底部設計橡膠板，施工中應先澆筑壁板內側杯口混凝土，完成后澆筑整體壁板混凝土，張拉預應力鋼筋，滿足池壁板底部鉸接設計，澆筑池壁板外側杯口混凝土，同時采用灌漿料及防水油膏彌補縫隙，避免漏水事故發(fā)生。該設計可滿足實際使用中池壁板底部半剛半鉸，如圖3所示。

3.2.5 池底板膨脹加強帶

該二沉池底板面積較大，考慮膨脹加強帶設計，底板沿徑向設6條現(xiàn)澆膨脹加強帶，以此處混凝土和膨脹劑融合，控制溫度應力。

3.2.6 其他

施工中應要求施工方嚴格控制水泥用量及水膠比，合理配置石子、砂子實際粒徑及含泥量。池壁高且薄，以串筒澆筑，避免混凝土出現(xiàn)離析。受池壁周長普遍較長影響，可采用多罐車連續(xù)澆筑，池壁混凝土養(yǎng)護應采用懸掛塑料水管密孔噴灑水方式。

采用無粘結預應力技術設計二沉池，其實際壽命大大延長，相應開裂等現(xiàn)象得到有效控制，污水處理效率及質量得到提升。

4 ?無粘結預應力技術總結

在無粘結預應力技術應用中，需要注意一下幾點內容：

①在設計施工中，應注重對現(xiàn)場的科學勘察，根據(jù)具體工程環(huán)境和工作需求，確定施工方案及具體工藝流程。

②預應力鋼筋及錨具的選擇和維護是工作重點，實際工作中要選擇強度可靠的預應力鋼筋，選擇合適鋼絞線。錨具選擇須確保質量穩(wěn)定，選擇國家一類錨具輔助設計，且實際施工便捷，錨固能力可靠，受施工影響較小。

③科學鋪設預應力鋼筋，確保鋼筋處于合理位置。大直徑的預應力筋鋪設長度較長，且伴隨彎曲，工程應在一般部位、錨固肋部位及洞口處以曲線定位方式指導操作，確保施工效果。

④張拉工藝及順序也是無粘結預應力技術應用中重要內容，實際應用中應針對大直徑特點，適當設置錨固肋數(shù)量，減少預應力筋轉角使用，控制張拉每圈預應力鋼筋段數(shù)。采用一端分級超張拉技術，較小摩擦損失出現(xiàn)，以應力和伸長量雙向控制張拉施工。每圈可采用一根預應力筋張拉，施工簡單，對應多跟預應力筋，可逐根張拉，保障施工質量。

隨著錨具行業(yè)的不斷技術更新，環(huán)形錨具應用的越來越廣泛，其具有良好的自錨性能、靜載錨固性能高，錨固穩(wěn)定、可靠、操作方便等優(yōu)點，對池體的外形美觀也起到一定作用，現(xiàn)廣泛應用于預應力混凝土水池中。

5 ?結束語

綜上所述，該工程預應力圓形水池投入五年以上時間，無裂縫及滲水異常出現(xiàn)，滲漏指標滿足國家相關建設規(guī)范要求，預應力圓形水池結構設計自身整體性、抗震性、耐久性相比于傳統(tǒng)鋼筋混凝土水池具有較強優(yōu)勢，圓形水池采用預應力技術，節(jié)省大量建筑成本。在經(jīng)濟不斷發(fā)展的今天，對無粘結預應力技術的應用，為相關污水處理發(fā)展提供科學經(jīng)驗，為其可持續(xù)發(fā)展奠定堅實的基礎。

參考文獻：

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