楊崇惠 鐘艷

摘要：社會發(fā)展影響下，人們生產(chǎn)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(dāng)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(shè)計中其水壓和溫度應(yīng)力將會對水池壁產(chǎn)生較大的環(huán)拉力;此外，其將導(dǎo)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(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)對圓形水池的設(shè)計進(jìn)行分析，以實際的工程案例為依據(jù)，對無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土的廣泛應(yīng)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(guān)鍵詞：圓形水池;無粘結(jié);預(yù)應(yīng)力混凝土;質(zhì)量;抗震性

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

中圖分類號：TU528.571 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)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(shè)的預(yù)應(yīng)力水池，不能很好的對鋼絲進(jìn)行防銹蝕處理，且這種傳統(tǒng)預(yù)應(yīng)力建筑的方式的預(yù)應(yīng)力噸位固定，對于容量較大或者液壓產(chǎn)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(jié)預(yù)應(yīng)力工藝，雖可以確保施工質(zhì)量穩(wěn)定，但是其實際施工工具復(fù)雜，對應(yīng)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(jié)預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)

20世紀(jì)90年代分段張拉無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)就已經(jīng)開始，在此之前，對于圓形水池處理多采用預(yù)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(jié)構(gòu)，兩種傳統(tǒng)水池建筑結(jié)構(gòu)都采用連續(xù)配筋方式，以繞絲機纏繞預(yù)應(yīng)力高強鋼絲確保預(yù)應(yīng)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(yīng)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(dǎo)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(zhì)量。

在預(yù)應(yīng)力技術(shù)不斷進(jìn)步的今天，利用張拉工藝和預(yù)應(yīng)力技術(shù)可實現(xiàn)無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)，有效提高圓形水池質(zhì)量。在圓形水池中，普遍應(yīng)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(jié)構(gòu)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(yù)壓應(yīng)力，確保環(huán)形水池質(zhì)量穩(wěn)定。

2 ?無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力應(yīng)用優(yōu)越性

圓形水池設(shè)計中應(yīng)確保其自身抗震性和耐久性可靠，無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)在確保水池結(jié)構(gòu)良好上具有顯著優(yōu)越性[3]。在技術(shù)不斷發(fā)展的今天，無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用趨于成熟。圓形水池結(jié)構(gòu)設(shè)計上，應(yīng)按照設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，將預(yù)應(yīng)力筋綁扎牢固，借助無粘結(jié)預(yù)應(yīng)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(jié)性，確定混凝土強度可靠，進(jìn)而在兩端頭張拉。張拉結(jié)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(yù)應(yīng)力預(yù)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(fù)性破壞。

無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力整體應(yīng)用當(dāng)中具有多方面優(yōu)勢：

①其對混凝土本身施加預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力筋設(shè)計，摒除伸縮縫，進(jìn)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(yù)應(yīng)力筋的使用使得溫度應(yīng)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(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)使用，其對混凝土自身施加預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力影響下圓形水池耐久性提高。圓形水池結(jié)構(gòu)的無縫設(shè)計使得水池內(nèi)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(hù)中也節(jié)省大量不必要成本支出[4]。

④無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用相比于傳統(tǒng)的后張法、電熱張拉法等技術(shù)有顯著優(yōu)勢，其工藝技術(shù)操作簡單的，施工程序簡單明了，實際施工中不會產(chǎn)生較大摩擦損失，對應(yīng)施工設(shè)備投入大大降低，有效控制施工成本投入。

⑤采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)，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(jié)預(yù)應(yīng)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(yīng)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(shè)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(nèi)80%為魚塘;該工程建設(shè)中設(shè)計4座二淀池，其直徑45m，池深4.5m，埋深1.0m，冬季池內(nèi)水溫在15℃左右。其具體布置如圖1所示。該二沉池設(shè)計中，應(yīng)主要解決溫度應(yīng)力、伸縮縫、裂縫等對圓形水池穩(wěn)定性的影響。

3.1 設(shè)計前方案擬定

在具體設(shè)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(cè)混凝土澆筑完成后，等待42天時間再次進(jìn)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?；炷翝仓€(wěn)定，但是其并不能很好應(yīng)對使用過程中溫差對二沉池造成的影響;二沉池設(shè)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(chǎn)生。

②現(xiàn)澆膨脹加強帶輔助設(shè)計施工，通過在混凝土中增加適當(dāng)膨脹劑，使混凝土中用于足夠膨脹應(yīng)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(zhì)含量、性能、施工技術(shù)等多方面因素影響較大。一些養(yǎng)護(hù)條件惡劣，施工環(huán)境中膨脹劑不能起到抗裂的作用，將導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。

③無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線。無粘結(jié)預(yù)應(yīng)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(quán)衡利弊，在二沉池底板設(shè)計中采用現(xiàn)澆膨脹加強帶， 池壁設(shè)計中采用后澆帶及無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線輔助施工。

3.2 確定方案后對應(yīng)難題處理

3.2.1 二沉池池壁設(shè)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(yīng)遵循《給水排水工程預(yù)應(yīng)力混凝土圓形水池結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》，科學(xué)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(shè)計帶來較大溫度應(yīng)力影響;在鋼筋選擇上以帶肋鋼筋為主，預(yù)應(yīng)力筋選擇無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線。

③池壁厚度設(shè)計上應(yīng)避免較厚池壁，導(dǎo)致二沉池溫度應(yīng)力及預(yù)應(yīng)力筋數(shù)量增加，造成成本投入加大。本工程設(shè)計池壁厚為300mm，采用專業(yè)性施工技術(shù)，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(dǎo)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(yù)應(yīng)力鋼筋，若池壁頂部自由，底部鉸接，計算應(yīng)考慮到實際中預(yù)應(yīng)力的損失，全面考慮錨具變形、池壁摩擦損失、應(yīng)力松弛損失、建設(shè)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(nèi)容。

⑤池壁豎向受彎及配筋設(shè)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(yīng)以施加預(yù)應(yīng)力、試水、使用等不同工作結(jié)合起來，嚴(yán)格控制池壁裂縫小于0.2mm，在此基礎(chǔ)上配筋計算。

3.2.2 鋼絞線分段長度

無粘結(jié)預(yù)應(yīng)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(shè)計施工，以兩端張拉及交錯張拉方式設(shè)計。

3.2.3 預(yù)應(yīng)力筋錨具

錨具選擇結(jié)合工程施工及施工單位技術(shù)要求，可選擇夾片錨具，錨固肋出夾片錨具露出混凝土面，預(yù)應(yīng)力筋張拉結(jié)束后，將預(yù)應(yīng)力筋外露部分距錨具50mm處切斷，對外露錨具、錨板、預(yù)應(yīng)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(shè)計

池底板設(shè)計杯口，池壁插入杯口，池壁底部設(shè)計橡膠板，施工中應(yīng)先澆筑壁板內(nèi)側(cè)杯口混凝土，完成后澆筑整體壁板混凝土，張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋，滿足池壁板底部鉸接設(shè)計，澆筑池壁板外側(cè)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(shè)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(shè)計，底板沿徑向設(shè)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(yīng)力。

3.2.6 其他

施工中應(yīng)要求施工方嚴(yán)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(hù)應(yīng)采用懸掛塑料水管密孔噴灑水方式。

采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)設(shè)計二沉池，其實際壽命大大延長，相應(yīng)開裂等現(xiàn)象得到有效控制，污水處理效率及質(zhì)量得到提升。

4 ?無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)總結(jié)

在無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用中，需要注意一下幾點內(nèi)容：

①在設(shè)計施工中，應(yīng)注重對現(xiàn)場的科學(xué)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(yù)應(yīng)力鋼筋及錨具的選擇和維護(hù)是工作重點，實際工作中要選擇強度可靠的預(yù)應(yīng)力鋼筋，選擇合適鋼絞線。錨具選擇須確保質(zhì)量穩(wěn)定，選擇國家一類錨具輔助設(shè)計，且實際施工便捷，錨固能力可靠，受施工影響較小。

③科學(xué)鋪設(shè)預(yù)應(yīng)力鋼筋，確保鋼筋處于合理位置。大直徑的預(yù)應(yīng)力筋鋪設(shè)長度較長，且伴隨彎曲，工程應(yīng)在一般部位、錨固肋部位及洞口處以曲線定位方式指導(dǎo)操作，確保施工效果。

④張拉工藝及順序也是無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用中重要內(nèi)容，實際應(yīng)用中應(yīng)針對大直徑特點，適當(dāng)設(shè)置錨固肋數(shù)量，減少預(yù)應(yīng)力筋轉(zhuǎn)角使用，控制張拉每圈預(yù)應(yīng)力鋼筋段數(shù)。采用一端分級超張拉技術(shù)，較小摩擦損失出現(xiàn)，以應(yīng)力和伸長量雙向控制張拉施工。每圈可采用一根預(yù)應(yīng)力筋張拉，施工簡單，對應(yīng)多跟預(yù)應(yīng)力筋，可逐根張拉，保障施工質(zhì)量。

隨著錨具行業(yè)的不斷技術(shù)更新，環(huán)形錨具應(yīng)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(yīng)用于預(yù)應(yīng)力混凝土水池中。

5 ?結(jié)束語

綜上所述，該工程預(yù)應(yīng)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(biāo)滿足國家相關(guān)建設(shè)規(guī)范要求，預(yù)應(yīng)力圓形水池結(jié)構(gòu)設(shè)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(yù)應(yīng)力技術(shù)，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(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用，為相關(guān)污水處理發(fā)展提供科學(xué)經(jīng)驗，為其可持續(xù)發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)。

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