预应力技术在市政污水厂水池结构设计中应用研究

刘丹

摘 要：随着市政项目不断增加，对于市政项目的相关要求也在不断增加。要想市政项目可以最大化的发挥其应有的作用，那么对其质量就要提出更高的要求。本文将会对预应力技术在市政污水厂水池结构设计中具体使用来进行阐述。首先，以工程实例讲解的方式进行技术措施的详细描述，保证内容的指导性更强。其次，分析了结构设计方案配置要点，而后是预应力水池结构分析及计算环节，包括的内容如预应力损失分析、计算内力、构造设计等。同时还会阐述水池预应力施工要点以及对预应力在特种结构中的使用。

关键词：预应力技术;市政污水厂;水池结构设计;应用

1 前言

环向预应力技术在目前的市政污水厂圆形水池结构中的运用已经逐渐被认可。如今经济快速的发展，各行各业都如火如荼的发展，因为发展带来的污水也越来越多，因此，为了保护环境，减少污水的排放，污水处理厂数量便急剧上升。环向预应力技术在污水处理厂建设中起到很大的作用，因此要对该项技术着重进行推广。因为现在很多的处理厂沉淀池基本上都是以圆形为主，水池高度一般不打，所以在水池池壁结构设计时候，要进行综合考虑。

2 工程概况

为保证技术应用解析内容更加详细、充分，本文以某污水处理厂一期工程项目建设为例。首先，这个污水处理厂的近期与远期的日处理污水量为4万t/d、55万t/d，污水的第一个处理环节，即初沉池与二沉池主要有两个部分组成，分别为内外两个，这两个沉淀池的形状都是圆形的。初沉池的内径是53m，内池的内径是25m，但是地下和地下的内径分别为1.3m和3.5m，其中高度为5m。这个污水处理池是属于半地下室结构，而且是没有盖子的。水池池壁厚度、底板壁厚、壁高、外池的壁厚以及水池的地板厚度分别为0.25m、0.45m、5.0m、0.4m和0.8m，其中池内的水深为4.6m。而且污水处理池外池池壁利用C40混凝土，底板利用C30混凝土，内池池壁也利用C30混凝土。

3 结构设计方案配置

分段张拉无粘结绕丝法以及预应力法在目前污水厂在进行水池设计的时候经常会采用的方法，而且这也凸显了在實际应用中施加环向的预应力技术方法的优良效果，因此相关设计人员可以根据实际的建设场地环境与预算进行选择。而且，现在我国绝大多数的污水处理厂一般都会从这两种方法中选择一种施加环向预应力。

值得注意的是，由于分段张拉无粘结预应力与绕丝法的材料使用是不一样的，所以在施工的过程当中要注意各自的步骤和顺序。实际应用的过程中，必须要依据实际的施工环境与各类影响因素做出一个最为正确的判断。本文中的市政污水厂施工项目出于对安全、节约、先进性等方面的考虑，最后结合两种预应力施工技术方法的特点，选择了分段张拉无粘结预应力法。

无粘结预应力筋可以在很大程度上提高分段张拉无粘结预应力施工技术价值，通过现在的工程实践来看，预应力筋是不是很合适以及张拉工艺是不是合适和锚具对应的合不合适等都会对张拉效果呈现产生一定的影响。而且，通过对比可以很容易发现，把低松弛无粘结钢绞线施工技术应用到该工程项目当中，可以让施工效果变的更好，因为这样可以使张拉锚具更好的被控制。同时，应力松弛率也大幅降低。因此从整个技术操作效果上看，预应力筋的使用量得到减少后，混凝土的抗裂度等都得到了较大的提升。

4 预应力水池结构分析及计算

Ⅰ类锚具是在这次工程项目使用的无粘结预应力钢绞线辅助工具，Ⅰ类锚具对使用场景要求相对较低，而且Ⅰ类锚具功能发挥也非常的稳定。Ⅰ类锚具可以很好的应用到无粘结预应力混凝土结构中，而且即使是大型的水池结构也能够获得比较理想的操作效果。同时，在这个工程中无粘结预应力钢绞线是由7φ5高强钢丝组成的，这种钢绞线韧性好非常的结实且比较耐用，可以获得较好的使用效果与寿命，同时为了让其使用过程中可以有效抵挡那些水分、混凝土对其造成的氧化，可以在其表面进行润滑油涂抹，同时进行套管设置，让其预应力筋的作用可以更为全面的发挥。但是需要注意的一点是，这种形式的预应力筋不可以与混凝土进行粘接处理，因为张拉的过程中会出现较为明显的摩擦损失问题，同时建筑企业的经济效益会受到影响，故想要获得较好的使用效果与施工质量，必须要选择XMI5-3锚具对预应力钢绞线进行张拉处理。

4.1 预应力损失分析

在对预应力损失进行考虑、计算时，可以从以下几个方面入手：

4.1.1 无粘结预应力筋内缩、张拉断锚具变形的预应力损失

卸荷要在张拉都已经完成才可以进行，这个时候，预应力筋便会在一定程度上出现內缩，预应力损失自然而然也就会出现。千斤顶是这个工程在进行张拉时采用的工具来对內缩值进行干预，为了最大限度降低內缩值还进行池壁环向预应力筋锚固交错位置设置，如此一来，内宿值可以得到50%的降低幅度。

4.1.2 无粘结预应力筋导致的摩擦损失

因为该污水处理厂的水池形状是圆形的，所以如果从整体上看，水池预应力筋形状便呈现曲线形状。而且还是顺着污水池的外壁来展开环向设置，同时还要根据污水池的弧度以及弧线长度来进行相关操作。因此，在具体的施工过程当中，便会自然而然的出现预应力筋、池壁的摩擦损失的问题。而且，如果摩擦系数比较大的话，那么造成的摩擦损失的程度也会变大。池壁预应力筋的基本上是上下两排环向的，为了让张拉的效果达到最佳的状态，环向交错的设置便必不可少。

4.1.3无粘结预应力筋引起的应力松弛损失

钢筋种类与松弛等级在很大程度上会影响到预应力筋松弛度，为了最大程度的避免因为无粘结预应力筋造成的松弛而带来的不必要损失，本工程将会利用超张拉程序来开展张拉操作。

4.1.4 混凝土收缩徐变导致的预应力损失

混凝土收缩徐变在一定程度上也会使得预应力出现损失，因此，在工程进行实际施工的时候，一定要把相应的数值进行调整，让数值可以降到一定系数，从而最大限度的减少应力筋损失。

4.1.5 弹性压缩导致的预应力损失

对分批张拉操作进行方法操作时，混凝土就会出现较为明显的弹性压缩，同时完成张拉操作后，及时的把无粘结预应力筋应用上，这样之前张拉的预应力筋的性能便会出现一些变化，这个时候预应力损失也会在一定程度上得到控制，还有可能让预应力损失的情况不在出现。因此，在实际的施工中，相关技术人员要先对后批预应力筋进行的张拉操作，然后在进行先批预应力筋的张拉操作，尽可能的做到让二者的张拉施工都可以取得较好的效果。

4.2 计算内力

实际的水池池壁施工过程中，很可能出现水池壁裂缝问题，因此为了防止此类问题的出现，必须要在不利荷载组合的作用之下进行配筋的合理设置。同时，根据规定，在对水池池壁无粘结预应力筋进行计算时，必须要对以下几类荷载组合进行科学考虑：

首先，保证施工阶段的水池内不可以有水，同时池外不可有土层分布。其次，试水阶段，池内必须要有水，但是池外不可没有土。试水与试用必须要保证一致性。最后，检修、功能审查等阶段的工作必须要与施工阶段的作业操作具备一定的一致性。

4.3 构造设计

4.3.1 锚固肋设置

如果能够把预应力出现的损失降到最低，那么对之后的施工会有很大的利处，而且对分段张拉与锚固预应力筋也有益。同时，5根扶壁柱要进行合理科学的进行位置设置以满足施工相关要求和规定。

4.3.2 池壁与底板链接

对污水池的结构进行设计时，必须要对竖向弯矩作用进行考虑，尽量可以通过施工技术操作，将竖向弯矩可能对底板造成的影响降低到最低，同时尽量使用杯槽式柔性连接，底板的周围还要进行槽口浇筑设置，但是浇筑操作必须要在张拉之后。同时，还要注意不能让水池壁根部有渗水的问题，要对槽口与池壁间的缝隙做好封闭。只有这样才能够更好实现水泥砂浆与混凝土的粘结。这个时候，拉端一定要固定在池壁的扶壁柱上，然后张拉，之后在开始扶壁柱锚固。最后一步便可以用混凝土封堵。

5 水池预应力施工

5.1 预应力筋敷設

采用下料方式来铺设无粘结预应力筋，这种施工效果相对比较好。但是，在进行铺设的时候一定要按照施工图纸中下料的长度计算，让铺设质量能够达到施工要求。同时，在铺设的时候还要注意水平度，这个时候便要利用水平仪，在每个预应力点的位置做相应的标记，同时还要设置配筋的根数，还要将配筋进行分束，在钢筋都定位好以后，一定要把钢筋牢固捆扎。

5.2 预应力筋张拉

对于执行预应力筋张拉的具体使用操作时采用双控手段，即张拉操作是采用控制的方法进行的，并展开无粘结预应力的伸长操作，这便是我们所说的双控手段。这种双控手段可以让施工效果变的更好。但是在实际操作中，对材料混凝土试验值有着严格的要求，必须要达到一定强度，只有材料混凝土试验值符合要求以后才可进行无粘结应力张拉操作。同时，还要在应力的时候，当完成预应力筋的张拉操作后，要对水池池壁以及锚固肋端部展开检查，看看有没有裂缝，把相关的信息进行记录。

本工程项目预应力钢绞线设置主要是采用自下而上的形式，然后顺着污水池池壁四周对锚固肋展开设置，一般把数量控制在5～6个。而且利用120°张拉，将3组钢绞线在池壁四周不同的位置进行设置，这便形成了封闭的圆形应力。

6 预应力在特种结构中的应用及发展趋势

像市政污水厂这类的特征结构，因为有特殊的用途，因此存在很多方向的拉伸应力，同时使用功能层面也存在很多的需求，如较强的抗裂性、抗震性、风力等，因此结构设计与施工的过程有很多难题，具备一定的挑战性。其中，预应力施工技术操作可让这些难题得到更为彻底的解决，不仅可以为结构性能提供保证，还可以有效缩小横截面尺寸，这有助于缩减混凝土、钢筋等各种材料的使用量，节约建设成本。同时，这可有效解决钢材量增加设置，但是仍然不能让裂缝宽度得到满足的问题。大箍筋力结构，如一些池塘、消化池、污水处理池等，由于形状的原因，混凝土的预应力会将由径向引起的应力进行消除，以达到裂纹预防的目的，同时，这种方式还可让结构的防渗与防水性能得到有效提升。这种优异的结构性能在市政污水处理厂水池这种圆形的筒状的结构设计与施工获得更好的效果。同时，严格限制核电厂预应力混凝土围护结构不仅仅是环梁，还有垂直梁与弯梁，所以，在实际的施工中必须对结构的安全与可靠性进行全面保证，而预应力技术则可以让这些要求得到高水平满足。随着技术的不断改进与革新，相信此种技术的变形将会更多，满足更多形式与特殊要求的工程项目要求，设计与施工技术人员在实际的操作过程中必须要结合工程项目建设的实际进行科学的方法选择与对应，保证其施工效果达到预设要求，并未施工企业节省更多的成本，获取更多的经济与社会效益。

7 结语

本文的市政污水池工程项目在对无粘结预应力筋技术进行操作时，需要注意的一点是与普通设计方法相比，这种设计与施工手法可以让预应力作用下的水池池壁刚度更好、强度更高，让施工技术人员在应用中获得更好的效果。同时，需要注意的一点是钢绞线低松弛无粘结技术方法在水池池壁的施工上可以让结构的强度与弹性更好，获得较好的好应用效果同时，还可以让工程承担的成本得到缩减。

参考文献：

[1]贺成刚，郑伟光，王志华.市政污水处理厂水池结构设计要点分析[J].建筑技术开发，2019，46（13）：86-87.

[2]杨海燕，王景涛.预应力技术在市政污水厂水池结构设计中应用[J].山东工业技术，2017（14）：13-14.

[3]冯涛.市政污水厂水池结构设计的分析应用[J].中华建设，2014（03）：128-129.

[4]唐旭.预应力技术在市政污水厂水池结构设计中分析应用[J].中外建筑，2010（04）：145-147.