圓形預(yù)應(yīng)力水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

王萍

【摘 要】經(jīng)過(guò)大量研究發(fā)現(xiàn)，預(yù)應(yīng)力技術(shù)在水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，能夠有效解決多個(gè)結(jié)構(gòu)問(wèn)題，該技術(shù)通過(guò)對(duì)圓形池壁外側(cè)受拉區(qū)施加預(yù)壓應(yīng)力的方式來(lái)滿足水池的強(qiáng)度和抗裂性要求，由此一來(lái)，水池的安全性得到了提升，同時(shí)也提高了其經(jīng)濟(jì)性。本文選取實(shí)例，就預(yù)應(yīng)力技術(shù)在市政污水廠水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行了具體分析，以期為相關(guān)工作者提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】市政污水廠；預(yù)應(yīng)力技術(shù)；水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

【Abstract】After extensive research， it has been found that the application of prestressing technology in the design of the pool structure can effectively solve a number of structural problems. The technique satisfies the strength and crack resistance of the pool by applying pre-compression stress to the outer tension zone of the circular pool wall. Sexual requirements， as a result， the safety of the pool has been improved， while also improving its economy. This paper selects examples and analyzes the application of prestressing technology in the design of municipal wastewater treatment plant basins， in order to provide reference for relevant workers.

【Key words】Municipal sewage plant；Prestressing technology；Pool structure design

1. 工程概況與設(shè)計(jì)方案

（1）重慶市某污水處理廠二期擴(kuò)建工程，設(shè)計(jì)規(guī)模日處理量為3萬(wàn)t/d，二沉池內(nèi)直徑40m，深度地上1.5m，地下3.45m，池頂無(wú)蓋，屬于半地下池體結(jié)構(gòu)。一般情況下，直徑較小的圓形水池通常采用現(xiàn)澆鋼筋砼結(jié)構(gòu)，而大直徑的水池如果仍采用該種結(jié)構(gòu)將會(huì)導(dǎo)致抗裂問(wèn)題，故本工程二沉池外池壁為后張法預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)（水平環(huán)向設(shè)置無(wú)粘結(jié)鋼絞線），底板為普通鋼筋混凝土筏板結(jié)構(gòu)。池壁厚300mm，底板厚600mm，設(shè)置膨脹加強(qiáng)帶。

（2）圓形水池池壁在水壓力作用下全斷面受軸向拉力，對(duì)于水位高、直徑大的圓形水池池壁采用普通鋼筋砼結(jié)構(gòu)，壁厚往往過(guò)厚仍難以抵抗軸拉力，出現(xiàn)池壁砼開裂，不僅浪費(fèi)大量材料而且影響使用，因而采用無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力張拉技術(shù)是圓形水池減薄壁厚和池壁抗裂的最佳選擇。本工程如果做成普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，壁厚至少要做到500mm，此時(shí)配筋按裂縫控制仍然很大，不易施工振搗且浪費(fèi)材料，為降低壁厚且滿足抗裂要求，用水平向張拉無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力可使壁厚減薄至300mm。

（3）該工程已于2016年7月完成施工，在回填土前，根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行了閉水試驗(yàn)，結(jié)果滿足要求，該池經(jīng)過(guò)兩年的正常運(yùn)行，也沒有出現(xiàn)任何問(wèn)題。

2. 預(yù)應(yīng)力水池結(jié)構(gòu)分析

2.1 預(yù)應(yīng)力損失分析及計(jì)算。

（1）污水處理廠水池通常會(huì)選擇無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線，同時(shí)還要輔以Ⅰ類錨具，該類錨具同樣適用于大型水池結(jié)構(gòu)。而鋼絞線主要是由高強(qiáng)鋼絲組成的，為了防銹，鋼絲表面還會(huì)涂抹潤(rùn)滑油，將其用在套管外側(cè)，可以看做是一種新型預(yù)應(yīng)力筋，且其不會(huì)和混凝土發(fā)生粘結(jié)，這樣一來(lái)就減少了張拉過(guò)程中的摩擦損失，同時(shí)提高經(jīng)濟(jì)效益。

（2）本工程采用1×7（s）鋼絞線，直徑d=15.2mm，強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fptk=1860N/mm2；預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉端采用夾片錨具，錨固端采用P型錨具；池壁混凝土強(qiáng)度等級(jí)C40；池壁預(yù)應(yīng)力筋為后張無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋，預(yù)應(yīng)力構(gòu)件預(yù)埋制孔用的管材為金屬波紋管。

2.2 內(nèi)力計(jì)算。

（1）為使環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋的張拉應(yīng)力最大限度的產(chǎn)生混凝土環(huán)向壓應(yīng)力，池壁下端宜采用滑動(dòng)支承，池壁所帶的水槽、頂板宜在池壁預(yù)應(yīng)力筋張拉結(jié)束后二次澆注混凝土。在施加預(yù)應(yīng)力階段，杯槽不填封，池壁與底板間可簡(jiǎn)化為鉸接連接，但應(yīng)考慮填封材料的一定嵌固作用。

（2）池壁與底板采用杯槽式連接。池壁在內(nèi)水壓作用下，其環(huán)向拉力Nθ按池壁底端鉸接、頂端自由情況計(jì)算。

（3）計(jì)算池壁各點(diǎn)環(huán)拉力NθK，可知池壁跨中水平最大拉力標(biāo)準(zhǔn)值位置為0.5H處，取447.2KN/m，截取1m寬橫條計(jì)算，采用理正軟件分別對(duì)預(yù)應(yīng)力筋張拉工況、閉水試驗(yàn)工況、使用時(shí)池內(nèi)無(wú)水工況的池壁環(huán)向內(nèi)力、豎向內(nèi)力進(jìn)行計(jì)算并進(jìn)行配筋，最終配筋結(jié)果如圖1、圖2。

2.3 構(gòu)造設(shè)計(jì)。

（1）錨固肋設(shè)置。

為了確保分段張拉的正常操作，滿足錨固預(yù)應(yīng)力筋的構(gòu)造要求，在水池施工過(guò)程中應(yīng)當(dāng)自池外側(cè)均勻設(shè)置6個(gè)錨固肋，用以減少由預(yù)應(yīng)力引起的損失。錨固肋突出壁板外側(cè)的厚度不應(yīng)小于錨墊板寬度與二倍混凝土保護(hù)層厚度之和，且錨墊板應(yīng)與預(yù)應(yīng)力筋垂直。

（2）池壁和底板連接。

污水池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，必須要考慮到豎向彎矩的作用，將其消除能夠減輕其對(duì)于底板的影響，而后采用杯槽式柔性連接，對(duì)底板進(jìn)行澆筑操作，使之形成槽口，最后再采用細(xì)石混凝土進(jìn)行澆筑。滲漏是水池壁根部的常見問(wèn)題，此時(shí)需要在槽口和池壁間進(jìn)行嵌縫操作，再進(jìn)行澆筑，確保壁根的密實(shí)性。拉端的設(shè)置要合理，池壁扶壁柱是其最佳選擇，張拉操作完畢后進(jìn)行扶壁柱錨固，再將其封堵。

（3）預(yù)應(yīng)力筋的布置及張拉順序。

預(yù)埋制孔采用金屬波紋管，內(nèi)徑45mm，波紋管之間的凈間距不宜小于50mm，且不小于粗骨料粒徑的1.25倍。當(dāng)普通鋼筋位置與預(yù)應(yīng)力金屬波紋管位置發(fā)生沖突時(shí)，首先應(yīng)保證預(yù)應(yīng)力波紋管位置，可適當(dāng)調(diào)整普通鋼筋位置。待池壁混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100%時(shí)方可張拉，張拉時(shí)，每圈環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋分三段同時(shí)張拉且每段兩端同時(shí)張拉，豎向順序?yàn)樽韵露祥g隔張拉后再?gòu)纳隙麻g隔張拉并確保鋼絞線與錨板垂直，其余要求須遵從《無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T92-2016）相關(guān)規(guī)定。

（4）池壁設(shè)置有孔洞的構(gòu)造要求。

孔洞的直徑和邊長(zhǎng)不宜大于1000mm，孔洞的分布應(yīng)力求對(duì)稱，并盡可能采用圓孔，孔洞距離池壁邊緣的凈距不應(yīng)小于孔洞本身直徑或邊長(zhǎng)。當(dāng)管道穿過(guò)池壁時(shí)，池壁的預(yù)留洞直徑大于環(huán)向預(yù)應(yīng)力鋼筋間距時(shí)，可將該處的預(yù)應(yīng)力鋼筋間距局部放大并繞過(guò)管道布置。但當(dāng)管道直徑比鋼筋間距大2倍以上時(shí)，則宜錨固在專門的鋼錨固架上。

3. 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)，本文通過(guò)分析得出污水廠水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程應(yīng)用預(yù)應(yīng)力技術(shù)，其效果明顯優(yōu)于普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的水池：面對(duì)較大的拉應(yīng)力，水池池壁的強(qiáng)度和抗裂剛度要求都得到了滿足。另外，低松弛無(wú)粘結(jié)鋼絞線的選用，增強(qiáng)了池壁的彈性極限和屈服強(qiáng)度，同時(shí)也降低了其應(yīng)力松弛率和預(yù)應(yīng)力筋的用量，水池的抗震性能得到了進(jìn)一步提高。隨著科技革新與進(jìn)步，預(yù)應(yīng)力技術(shù)有著更為廣闊的發(fā)展空間。

參考文獻(xiàn)

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[文章編號(hào)]1619-2737（2018）05-28-859