预应力混凝土沉淀池的结构设计及施工

胡汝兰

（天津市市政工程设计研究院, 天津300051)

1 工程概况

某污水处理厂二沉池高4.4 m，圆形钢筋混凝土水池，池直径46 m，池壁厚250 mm。底板厚500 mm。为半地下式露天结构。底板与池壁连接处采用预留杯口的做法（见图1）。池壁为无粘结预应力结构，池壁周围按60°均匀设置6个锚固肋，用于锚固预应力筋（见图2），预应力筋的张拉端分3段布置在池子外壁竖向肋的两侧。张拉端上、下层错开。同截面张拉端数量为50%，每根预应力筋采用两端张拉。池壁与底板杯口间接触处先用M10砂浆找平，然后铺设橡胶板隔开。

沉淀池的基础均采用水泥搅拌桩。沉淀池底板下打直径为φ600 mm水泥搅拌桩，水泥掺人量为加固土体的15%，无侧限抗压强度大于1000 kPa，水泥采用425普通硅酸盐水泥。设计桩数1103根。桩有效桩长为底板以下13 m，去桩头0.5 m。施工后验桩数量为总数的0.6%。处理后的地基经测试符合设计要求后，方可进行上部结构施工。施工期间应根据现场情况采用可行的基坑排水措施，保证干土施工。

沉淀池底板混凝土强度等级为C30、池壁混凝土强度等级为C40，混凝土抗渗等级为S6，池子的混凝土施工和池壁预应力筋的分次张拉施工，是该项工程施工的重点，在施工过程中要针对混凝土的抗渗要求和预应力筋分次张拉的特点，采取切实可行的施工措施。

现以46 m直径二沉淀池为例，将池子的混凝土结构设计及施工叙述如下。

2 沉淀池底板施工

底板及内侧杯口一次连续浇捣，不得留施工缝。底板内设加强带（见图3）。底板混凝土中掺入HE-P抗裂泵送防水剂。以避免因温度、干缩、徐变所引起的裂缝，具体掺入量以控制膨胀率0.02%为宜。底板加强带掺入HE-P抗裂泵送防水剂。掺入量9%。混凝土浇捣过程中，应保证钢筋位置及底板的平整度，混凝土初凝后要覆盖养护，养护的时间不少于14 d，防止底板产生干缩裂缝。

3 沉淀池池壁施工

3.1 池壁施工组织及设计

由该工程池壁高仅4.4 m，沿池壁不易分段施工，故等到池壁普通钢筋绑扎完毕后，预应力专项施工人员才开始进入现场进行无粘结预应力筋的铺设施工。进入工作面前，需做好一切施工前准备，如预应力筋的定长下料、螺旋筋的截断、架立筋的准备等。施工前设计并制作了上下整体式定位筋，在施工时直接将其按规定间距绑扎在普通钢筋笼上，大大加快了施工速度，并保证了预应力筋的准确定位。

二沉淀池池壁设计时根据各部位环向拉力的不同，沿纵向变距离布置环向预应力束。环向预应力筋采用120°包角布置，即：预应力张拉顺序应自下而上，每环的3束预应力筋，用6个千斤顶对每根的两端（共6端）同时进行张拉。张拉程序为超张拉，即 0→105%，δcom（持荷 2 min）→δcom。 （见图1）。为方便环向预应力筋的张拉，预应力筋张拉端部位均设置锚固肋。无粘结预应力钢铰线d=15.0（7φ5）钢铰线强度标准值fptk=1860 N/mm2，张拉控制应力值δcom=1302 N/mm2。张拉完毕外面喷涂40 mm厚1∶2水泥砂浆。

3.2 池壁混凝土施工

预应力的施工应遵照《无粘结预应力混凝土结构技术规程》(JGJ92-2004)，进行施工及验收。所选用的预应力夹片锚具及组装件静载和疲劳锚固性能，应符合《预应力筋锚具，夹具和连结器应用技术规程》(JGJ85-2002)的Ⅰ类锚具时方可使用，张拉端锚具采用OVM15-1(锚固端头保护盒，锚垫板及螺旋筋)等锚固系统。无粘结预应力钢绞线的张拉工作，必须在池壁混凝土达到设计强度的85%以后方可进行。浇捣混凝土前，应将预应力系统的锚垫板，螺旋筋埋入。位置核对无误后方可浇捣。该工程所有预应力筋张拉端均位于池壁的锚固肋上（见图4）。

张拉过程中，应注意以下几点：

（1）必须待相应部位混凝土强度达到或超过规范及设计要求后，方可开始张拉。

（2）预应力筋编号与安装的位置要吻合，预留的工作长度要能满足张拉工艺要求。

（3）非预应力筋和预应力筋安装位置有矛盾时，适当调整非预应力筋位置，以确保预应力筋铺设的流畅。

（4）张拉端锚垫板必须与预应力筋完全垂直，端部加强筋位置准确，与锚板焊接牢固。以减少张拉时不必要的应力损失。

（5）环向长束张拉过程中，两端应使用对讲机保持联系，如发现另一端锚具的夹片滑移，应暂停张拉，用套管打紧夹片后再开始张拉。

（6）张拉前应先计算预应力张拉理论伸长值，每批预应力筋张拉完毕，应立即测量校对伸长值，如发现误差超过规范规定，应暂停张拉，待查明原因并采取措施后再继续张拉。

（7）张拉中钢铰线如发生断裂，应立即停止张拉，视具体情况处理。

（8）、对于壁板上较大空洞（见图1），根据设计要求，可将预应力筋弯曲半径适当放大，预应力筋离开洞边一定距离，以及绕洞口配回形弯筋，将侧向力传递给周围的混凝土，达到“限制裂缝”的目的。

（9）无粘结预应力筋水平方向固定点必须牢固，对操作不慎造成表面包装破损的必须修补完好。

张拉端的封堵（见图5）：预应力筋张拉后，经监理验收合格，用机械方法将外露预应力筋切断，锚具外剩余约30～40 mm，然后进行张拉端的处理。清除污物后，在锚具及裸露的承压板表面涂防锈油脂，然后用微膨胀细石混凝土封堵密实。以防锚具及钢绞线锈蚀。锚具及钢绞等零件的力学性质须符合《预应力混凝土用钢绞线》（GB/T5224-2003）的决定。为保证后浇混凝土与原结构混凝土粘结紧密，锚固肋上都预留了胡子筋，与外挂钢筋网片绑扎牢固，封堵前用水泥素浆刷原混凝土表面，然后再浇筑微膨胀细石混凝土。

4 无粘结预应力圆形水池结构设计及施工要点

（1）水池结构体系的选择，无粘结预应力技术节省钢材、施工简便，笔者建议首选无粘结预应力体系（尤其是结构直径较大时）。设置锚固肋可解决预应力筋的锚固问题，且张拉施工方便。池壁洞口两侧设置锚固肋，是解决洞口处预应力张拉位置问题的可行办法。

（2）预应力筋和锚具的选择，无粘结预应力筋应尽量选择强度高、市场上最常用的预应力钢铰线，必须选择Ⅰ类锚具，其尺寸规格应满足相应工程需要。

（3）预应力筋的铺设，合理设计预应力定位筋的形式，应根据预应力筋所在部位、施工组织的不同选择不同形式的定位筋。应满足定位准确、施工方便等要求。张拉端的选择应考虑是否方便张拉、安装是否简单和外观要求几个方面，在外观允许的条件下，应首先考虑最便于安装和张拉的外露式张拉端。一般情况下，水池池壁的环向筋均利用锚固肋采用外露式张拉端。

（4）预应力筋的张拉机具应尽量选择施工简单方便、重量较轻的张拉设备。且应按期标定。为减小预应力锚具回缩损失，宜采用液压顶压头千斤顶。应仔细制定预应力张拉方案，尽量避免对结构产生不利影响。

5 总结

该工程预应力圆形水池于2005年建成并投入使用，至今工作正常。

十几年来，经过近百座无粘结圆形水池的设计、施工和运行，证明了无粘结预应力技术在圆形水池中有着广泛的应用前景。采用预应力技术进行大型水池的设计与施工。它具有以下优点：（1）保水性。预应力水池取消了温度伸缩缝、施工缝，从而使渗透量大大降低。（2）耐久性。预应力混凝土水池阻碍了有害污水或杂质对混凝土的侵蚀，由于预应力钢绞线外具有完全密闭的高密度聚乙烯保护层，钢丝锈蚀几乎是不可能的。（3）经济性。在保证结构安全的前提下，减少了底板、池壁、顶板的厚度，并可以相应地减少基础的尺寸，从而大大减少了混凝土的用量。另外，渗透量的降低也对水资源的节约和环境保护具有积极意义。（4）适用性。预应力技术已成功应用于圆形混凝土水池，效果很好。（5）施工的快速性。由于取消了温度伸缩缝，在条件允许下底板和顶板可以一次性浇筑完毕。大大提高了施工速度。具有广泛的推广应用价值。

[1]JGJ92-2004，无粘结预应力混凝土结构技术规程[S].

[2]JGJ85-2002，预应力筋锚具，夹具和连结器应用技术规程[S].

[3]GB/T5224-2003，预应力混凝土用钢绞线[S].