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无粘结预应力混凝土在圆形水池中的应用

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杨崇惠钟艳

摘要：社会发展影响下，人们生产生活中的用水需求越来越大，对于污水处理量也大大增加。污水处理当中，初沉沉淀池、二沉池等池体的容积也越来越大。传统的水池设计中其水压和温度应力将会对水池壁产生较大的环拉力;此外，其将导致水池自身整体性差、抗震性、耐久性差，影响圆形水池的长久使用，文章基于无粘结预应力混凝土技术对圆形水池的设计进行分析，以实际的工程案例为依据，对无粘结预应力混凝土的广泛应用提供参考。

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.

关键词：圆形水池;无粘结;预应力混凝土;质量;抗震性

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

中图分类号：TU528.571 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文献标识码：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章编号：1006-4311（2019）09-0136-03

0 ?引言

传统的绕丝、电热张拉法建设的预应力水池，不能很好的對钢丝进行防锈蚀处理，且这种传统预应力建筑的方式的预应力吨位固定，对于容量较大或者液压产生的环拉力较大的圆形水池上不具有实践性意义[1]。采用有粘结预应力工艺，虽可以确保施工质量稳定，但是其实际施工工具复杂，对应摩擦损失大，投入成本高，不具有实际推广性意义。文章提出无粘结预应力混凝土工艺，有效提高了圆形水池耐久性，工艺简单，具有较高的可行性。

1 ?圆形水池中预应力技术应用基础

20世纪90年代分段张拉无粘结预应力技术就已经开始，在此之前，对于圆形水池处理多采用预制壁板拼装形成，一些特殊的大型圆形水池则采用现浇结构，两种传统水池建筑结构都采用连续配筋方式，以绕丝机缠绕预应力高强钢丝确保预应力稳定。随着我国城市化的发展对供水要求越来越大，对应污水处理工作量也越来越大[2]。水处理的圆形水池容量越来越大，导致水池受水压作用影响，环向轴拉力较大，传统钢筋混凝土池壁避免不了发生开裂，影响水池使用寿命及质量。

在预应力技术不断进步的今天，利用张拉工艺和预应力技术可实现无粘结预应力技术，有效提高圆形水池质量。在圆形水池中，普遍应用环形锚具，其在同一块开由相同数量，但锥孔方向相反锚板处，以变角张拉，以夹片，将钢绞线首位锚固在锚板上，以钢绞线张拉变形的挤压下，使结构环受到径向分布挤压力和切向拖拽力影响，形成环形预压应力，确保环形水池质量稳定。

2 ?无粘结预应力应用优越性

圆形水池设计中应确保其自身抗震性和耐久性可靠，无粘结预应力技术在确保水池结构良好上具有显著优越性[3]。在技术不断发展的今天，无粘结预应力技术应用趋于成熟。圆形水池结构设计上，应按照设计标准，将预应力筋绑扎牢固，借助无粘结预应力及混凝土之间优势，利用其之间存在的可滑动性和不粘结性，确定混凝土强度可靠，进而在两端头张拉。张拉结束后，通过锚具在锚固板固定钢绞线，确保固定完整后，采用混凝土对整个锚固端密封。操作完成后，可实现对圆形水池的预应力预压作用，确保较高工作强度下圆形水池能够正常工作，避免水压力对圆形水池造成不可修复性破坏。

无粘结预应力整体应用当中具有多方面优势：

①其对混凝土本身施加预应力，使得圆形水池自身抗震性大大提高，水池整体性得到保障，在周围环境或水体活动下，圆形水池不会轻易受其影响，发生裂变。

②采用预应力筋设计，摒除伸缩缝，进而避免圆形水池出现裂缝情况，确保其整体稳定。此外，预应力筋的使用使得温度应力问题得到有效解决，外界温度变化对圆形水池的影响大大减小，有利于一些露天水池的长久使用。

③无粘结预应力技术使用，其对混凝土自身施加预应力，使得混凝土自身受压力影响发生作用，有效提高混凝土自身抗渗性。此外，在预应力影响下圆形水池耐久性提高。圆形水池结构的无缝设计使得水池内部水源得到有效保障，避免一些水池渗漏现象发生，在后期圆形水池的维护中也节省大量不必要成本支出[4]。

④无粘结预应力技术的应用相比于传统的后张法、电热张拉法等技术有显著优势，其工艺技术操作简单的，施工程序简单明了，实际施工中不会产生较大摩擦损失，对应施工设备投入大大降低，有效控制施工成本投入。

⑤采用无粘结预应力技术，在超过30m以上容量的圆形水池使用中，其表现出较高的优势：无粘结预应力混凝土相比于普通钢筋混凝土而言，其圆形水池池壁厚度的大大减小，对应混凝土量需求较少，能够节省大量混凝土消耗（大约在15-35%之间的量），从而减少建成本投入，发挥较强经济性。

3 ?案例分析

洛阳市新区污水处理工程总设计规模20万吨/日，近期10万吨/日，该污水处理厂位于伊河岸边，厂区用地范围内80%为鱼塘;该工程建设中设计4座二淀池，其直径45m，池深4.5m，埋深1.0m，冬季池内水温在15℃左右。其具体布置如图1所示。该二沉池设计中，应主要解决温度应力、伸缩缝、裂缝等对圆形水池稳定性的影响。

3.1 设计前方案拟定

在具体设计前共提供了三个备选方案。

①混凝土后浇带，混凝土后浇带待两侧混凝土浇筑完成后，等待42天时间再次进行浇筑，后浇带能够很好的解决施工期间混凝土收缩问题，确保混凝土浇筑稳定，但是其并不能很好应对使用过程中温差对二沉池造成的影响;二沉池设计施工中，其后浇带不能确保浇筑后的混凝土无开裂或渗水现象产生。

②现浇膨胀加强带辅助设计施工，通过在混凝土中增加适当膨胀剂，使混凝土中用于足够膨胀应力。但是，膨胀加强带的膨胀值有一定界限，超出界限后，无法发挥自身优势。此外，膨胀剂的实际运用受水泥品牌、矿物质含量、性能、施工技术等多方面因素影响较大。一些养护条件恶劣，施工环境中膨胀剂不能起到抗裂的作用，将导致混凝土出现开裂现象。

③无粘结预应力钢绞线。无粘结预应力钢绞线可有效解决昼夜、季节温差对二沉池稳定性的影响。

综上所述，分析以上三种方案，权衡利弊，在二沉池底板设计中采用现浇膨胀加强带，池壁设计中采用后浇带及无粘结预应力钢绞线辅助施工。

3.2 确定方案后对应难题处理

3.2.1 二沉池池壁设计

①确定二沉池圆柱壳计算竖向受力及环向受力具体大小。

②材料选择上应遵循《给水排水工程预应力混凝土圆形水池结构技术规程》，科学选材，选择合理的混凝土强度等级，避免过高强度的混凝土给二沉池池壁设计带来较大温度应力影响;在钢筋选择上以带肋钢筋为主，预应力筋选择无粘结预应力钢绞线。

③池壁厚度设计上应避免较厚池壁，导致二沉池温度应力及预应力筋数量增加，造成成本投入加大。本工程设计池壁厚为300mm，采用专业性施工技术，克服300mm厚度的施工难度。

④池壁环拉力的计算上，考虑二沉池中水压力作用及池壁壁面温差导致的环拉力，计算中考虑整体抗震性，计算环拉力并算出需求预应力钢筋，若池壁顶部自由，底部铰接，计算应考虑到实际中预应力的损失，全面考虑锚具变形、池壁摩擦损失、应力松弛损失、建设混凝土局部压陷损失、分批张拉损失、混凝土收缩变形损失等内容。

⑤池壁竖向受弯及配筋设计，二沉池池壁竖向弯矩受实际工作中水压、池外土压、池壁温差等影响。水压、池壁温差及土压影响下，池壁竖向弯矩以池壁底端铰接、顶端自由，充分考虑到杯槽嵌固作用影响。按照二沉池壁底端滑动、顶端自由合理计算。其中，四组荷载应以施加预应力、试水、使用等不同工作结合起来，严格控制池壁裂缝小于0.2mm，在此基础上配筋计算。

3.2.2 钢绞线分段长度

无粘结预应力钢绞分段长度过长，则影响张拉效果，经专业施工分析后，选择采用30m范围长度设计施工，以两端张拉及交错张拉方式设计。

3.2.3 预应力筋锚具

锚具选择结合工程施工及施工单位技术要求，可选择夹片锚具，锚固肋出夹片锚具露出混凝土面，预应力筋张拉结束后，将预应力筋外露部分距锚具50mm处切断，对外露锚具、锚板、预应力筋防腐处理，以混凝土浇筑方式封闭，如图2所示。

3.2.4 池底板底部设计

池底板设计杯口，池壁插入杯口，池壁底部设计橡胶板，施工中应先浇筑壁板内侧杯口混凝土，完成后浇筑整体壁板混凝土，张拉预应力钢筋，满足池壁板底部铰接设计，浇筑池壁板外侧杯口混凝土，同时采用灌浆料及防水油膏弥补缝隙，避免漏水事故发生。该设计可满足实际使用中池壁板底部半刚半铰，如图3所示。

3.2.5 池底板膨胀加强带

该二沉池底板面积较大，考虑膨胀加强带设计，底板沿径向设6条现浇膨胀加强带，以此处混凝土和膨胀剂融合，控制温度应力。

3.2.6 其他

施工中应要求施工方严格控制水泥用量及水胶比，合理配置石子、砂子实际粒径及含泥量。池壁高且薄，以串筒浇筑，避免混凝土出现离析。受池壁周长普遍较长影响，可采用多罐車连续浇筑，池壁混凝土养护应采用悬挂塑料水管密孔喷洒水方式。

采用无粘结预应力技术设计二沉池，其实际寿命大大延长，相应开裂等现象得到有效控制，污水处理效率及质量得到提升。

4 ?无粘结预应力技术总结

在无粘结预应力技术应用中，需要注意一下几点内容：

①在设计施工中，应注重对现场的科学勘察，根据具体工程环境和工作需求，确定施工方案及具体工艺流程。

②预应力钢筋及锚具的选择和维护是工作重点，实际工作中要选择强度可靠的预应力钢筋，选择合适钢绞线。锚具选择须确保质量稳定，选择国家一类锚具辅助设计，且实际施工便捷，锚固能力可靠，受施工影响较小。

③科学铺设预应力钢筋，确保钢筋处于合理位置。大直径的预应力筋铺设长度较长，且伴随弯曲，工程应在一般部位、锚固肋部位及洞口处以曲线定位方式指导操作，确保施工效果。

④张拉工艺及顺序也是无粘结预应力技术应用中重要内容，实际应用中应针对大直径特点，适当设置锚固肋数量，减少预应力筋转角使用，控制张拉每圈预应力钢筋段数。采用一端分级超张拉技术，较小摩擦损失出现，以应力和伸长量双向控制张拉施工。每圈可采用一根预应力筋张拉，施工简单，对应多跟预应力筋，可逐根张拉，保障施工质量。

随着锚具行业的不断技术更新，环形锚具应用的越来越广泛，其具有良好的自锚性能、静载锚固性能高，锚固稳定、可靠、操作方便等优点，对池体的外形美观也起到一定作用，现广泛应用于预应力混凝土水池中。

5 ?结束语

综上所述，该工程预应力圆形水池投入五年以上时间，无裂缝及渗水异常出现，渗漏指标满足国家相关建设规范要求，预应力圆形水池结构设计自身整体性、抗震性、耐久性相比于传统钢筋混凝土水池具有较强优势，圆形水池采用预应力技术，节省大量建筑成本。在经济不断发展的今天，对无粘结预应力技术的应用，为相关污水处理发展提供科学经验，为其可持续发展奠定坚实的基础。

参考文献：

[1]黄坚，赵曙光.无粘结预应力钢绞线在圆形二沉池中的应用[J].建材发展导向：下，2017，15（2）：102-103.

[2]苏安军，许淼，刘晓.预应力二沉池结构设计[J].山西建筑， 2016，42（28）：50-51.

[3]杜丙勋，孟丰香.无粘结预应力技术在建筑工程施工中的应用[J].建材发展导向：上，2017，15（7）：57.

[4]蒋仓兰，吉中亮.混凝土施工中無粘结预应力技术的应用[J].江西建材，2016（13）：59-60.

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