预应力技术在圆形水池结构设计中的应用分析

杜 帅



预应力技术在圆形水池结构设计中的应用分析

杜 帅

（中国市政工程华北设计研究总院有限公司 天津 300381）

大量污水厂中圆形水池工程实践经验证明,应用环向预应力技术方案,可以充分满足圆形水池的抗裂性能要求,水池安全性和经济性得到了有效提高。

预应力技术；圆形水池；结构设计

圆形水池是污水处理厂常用的一种构筑物，一般直径较小的圆形水池采用现浇钢筋砼结构，而对于大直径的圆形水池如采用普通钢筋钢筋砼结构则水池抗裂问题很难解决。现在预应力圆形水池在污水处理厂的大直径初沉池、二沉池等结构设计中得到了广泛的应用。预应力圆形水池既可有效解决水池抗裂问题又可以提高水池的整体性和抗震性能，同时比普通钢筋砼结构更经济。在预应力水池池壁结构设计过程中，一般在计算模型中考虑上端悬臂、底端铰接，竖向设计通常利用水平设计模型展开计算。

1.结构设计方案分析及选择

在设计污水厂水池结构的过程中，分段张拉无粘结预应力法和绕丝法是常用的两种施加环向预应力的方法，当前我国多数污水处理厂工程建设都采用这两种方法施加环向预应力。然而分段张拉无粘结预应力和绕丝法由于选择材料的性能不同，同时各自的施工方法也不同，在实际应用过程中体现出了不同的特点。所以，在污水池设计过程中，出于对安全性、先进性及经济性等方面因素的考虑，充分结合分段张拉无粘结预应力和绕丝法的特点，最终选择分段张拉无粘结预应力法展开施工。应用分段张拉无粘结预应力技术时，需要选择比较好的无粘结预应力筋，按照以往的工程实践经验来看，预应力筋是否合适和选择的张拉工艺、锚具及最后的张拉效果存在密切联系，经过对比分析以后，应用低松弛无粘结预应力钢绞线进行施工，这种施工的效果非常好，同时张拉锚固也很容易得到控制。

2.预应力水池结构分析

污水水池选择的无粘结预应力钢绞线需要采用Ⅰ类锚具，这种锚具不仅可以在无粘结预应力混凝土结构中应用，同时也可以在大型水池结构中应用。无粘结预应力钢绞线由高强钢丝组成，在钢丝表面涂抹润滑油起到防锈油脂的作用，在套管外侧形成新型预应力筋的作用，这种预应力筋不会和混凝土粘结，张拉过程中的摩擦损失将会大大降低，同时经济效益也会得到提高。

2.1预应力损失分析及计算

在工程建设过程中，需要对预应力损失等基本要素进行综合分析与考虑，具体来说，工程预应力损失主要可以从以下几方面分析：

2.1.1无粘结预应力筋内缩、张拉端锚具变形出现的预应力损失。在完成张拉操作以后进行卸荷，这时无粘结预应力筋将会出现内缩的现象，这种情况下可能会引起预应力损失。同时，由于污水水池利用千斤顶张拉，池壁环向预应力筋锚固的位置出现相互交错的现象，经计算可得到其内缩值降低约50%。

2.1.2由无粘结预应力筋引起的摩擦损失。污水水池主要采用圆形设计，从整体上来看圆形水池预应力筋呈现曲线的形状，沿着池外壁进行环向布置，严格按照水池的弧线长度以及弧度，在张拉过程中不可避免的会在预应力筋和池壁之间出现很大的摩擦损失，同时随着摩擦系数的增大该项损失也会增大。池壁主要有上下两排环向预应力筋，这里需要注意的是，预应力筋锚固位置形成交错的特殊结果，在张拉过程中必须使其值降低50%才能采用千斤顶。

2.1.3由无粘结预应力筋引起的应力松弛损失。预应力筋是否松弛主要由钢筋种类及松弛等级所决定，采用超张拉法可以减少无粘结预应力筋的松弛损失，因此，为了获得较高的有效预应力，建议采用超张拉的操作方法。

2.1.4由混凝土收缩徐变引起的预应力损失。预应力损失也可能是因为混凝土收缩徐变造成的，所以必须降低50%对预应力筋损失进行考虑，计算时应予以注意。

2.1.5由弹性压缩引起的预应力损失。应用分批张拉方法时，混凝土会产生弹性压缩，在张拉完成以后应用无粘结预应力筋，这种情况下先批张拉的预应力筋其性能会发生一系列变化，有效降低预应力损失的发生。因此，在具体施工过程中，应该先进行后批预应力筋的张拉，然后再对先批预应力筋进行张拉，这样才能保证获得比较好的效果。

2.2内力计算

池壁竖向弯矩由池内水压、池外土压、池壁温差和预应力钢筋施加压力产生；水压，池壁温差及土压作用下，池壁竖向弯矩按池壁底端铰接、顶端自由情况计算，但考虑杯槽部分嵌固作用；预应力钢筋压力产生的池壁竖向弯矩，按池壁底端滑动、顶端自由情况计算；四组荷载作用按照施加预应力阶段、试水阶段 和使用阶段分别组合，控制池壁裂缝不大于0.2mm的前提下进行配筋计算。

2.3构造设计

2.3.1锚固肋设置。施工过程中应该尽量减少由预应力引起的损失，这对分段张拉及锚固预应力筋非常有利。为了使张拉、锚固预应力筋的构造要求得到满足，必须沿着水池池壁的外侧对扶壁柱进行均匀设置（见图1）。

2.3.2池壁和底板连接。设计污水池结构时，充分考虑到竖向弯矩作用，有效消除竖向弯矩对底板造成的不利影响，采用杯槽式柔性连接，同时将底板周围浇筑成槽口，完成张拉操作以后采用细石混凝土进行浇筑。此外，为了避免水池壁根部出现渗漏现象，应在槽口和池壁间采用嵌缝措施，然后对混凝土进行密实的浇筑，这样水泥砂浆就可以和混凝土形成比较好的效果。将拉端设置在池壁扶壁柱上，经过张拉操作以后进行扶壁柱锚固，最后利用混凝土进行封堵操作（见图2）。

3.水池预应力施工

3.1铺设预应力筋

利用下料方法进行无粘结预应力筋的铺设，注意铺设过程中必须对施工图计算中下料长度进行考虑。在预应力筋的铺设过程中，需要利用水平仪对池壁上预应力筋的位置进行设定，同时将池壁上每道预应力点的坐标位置进行确定，然后按照设计要求设置配筋根数，将其分束以后设置定位钢筋，最后进行牢固的绑扎。

3.2张拉预应力筋

在无粘结预应力筋的张拉过程中，通常在张拉过程中需要用到双控的手段，所谓双控是指利用控制力方式展开张拉操作，这是主要的工作内容，同时还要在此基础上进行无粘结预应力伸长操作。注意必须在材料混凝土试验值达到了一定强度才能进行无粘结预应力张拉，在应力过程中，完成每对预应力筋的张拉以后，进行锚固肋端部和水池池壁部位是否存在裂缝的检验，还要注意将记录工作做好。水池应用自下而上的设计方式对预应力钢绞线进行设计，沿着池壁四周进行锚固肋的设置，利用120°或者180°张拉，在不同位置上进行钢绞线的设置，形成封闭的圆形应力。

4.结语

综上所述，大直径污水池工程应用无粘结预应力筋方法进行设计，这种方法和普通结构相比，池壁厚度可以大大减少，能够很好的解决水池池壁在环向较大拉应力作用下强度、抗裂度要求，具有较好的经济效益。

[1]冯树健，王长祥，李欣，梁坚印，白旭峰.采用缓粘结预应力技术的某圆形水池的结构设计及施工[J].特种结构，2010，05：35~38.

[2]刘航，彭新坡，杨学中，吴文奇.矩形预应力水池结构的ANSYS有限元分析[J].建筑技术开发，2012，03：1~4+53.

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