預(yù)應(yīng)力（后張法）二沉池施工技術(shù)研究

尚寶平

（中鐵上海工程局集團(tuán)市政環(huán)保工程有限公司，上海 200040）

我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展及人民生活水平提高，用水量在不斷增大，污水處理廠處理規(guī)模也隨之逐步增大，進(jìn)而對(duì)二沉池的容積要求也變大。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的輻流式二沉池內(nèi)徑變大，導(dǎo)致鋼筋混凝土外壁在池內(nèi)液體的側(cè)壓力作用下產(chǎn)生較大的環(huán)向拉應(yīng)力，為了滿足水處理構(gòu)筑物的強(qiáng)度及抗裂度要求，通常選用較大規(guī)格的池壁厚度以對(duì)抗該作用力。池壁采用無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)會(huì)大大減小池壁厚度，能較好地節(jié)約造價(jià)。

1 工程概況

銅川市新耀污水處理廠二期擴(kuò)建工程中二沉池為圓形池體，直徑為32.6m，高6.2m，墊層為150mm 厚C15素砼，底板采用C40 砼，S6 抗?jié)B等級(jí)，厚度為700mm。水池外壁設(shè)計(jì)應(yīng)用無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)，水池壁板結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，厚度300mm，高6.2m，內(nèi)側(cè)設(shè)有出水渠，底板為分離式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)底板。池中心設(shè)置直徑為1.2m 的進(jìn)水中心島。

2 技術(shù)要求

本工程中二沉池環(huán)向共設(shè)置13 環(huán)無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋，頂部一環(huán)設(shè)置3 束無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線，其余環(huán)向設(shè)置2 束無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線，鋼絞線采用180°角進(jìn)行張拉（每個(gè)環(huán)向設(shè)置2 個(gè)張拉墩），要求從兩個(gè)方向同一時(shí)間進(jìn)行張拉。應(yīng)用到工程實(shí)體的環(huán)向預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)該采用隔圈張拉的形式，無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋采用型號(hào)為1×7（As）的鋼絞線，其標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度Fptk=1860N/mm2，張拉控制應(yīng)力σcon=1395N/mm2，直徑d=15.2mm，公稱截面面積137mm2。本工程采用后張預(yù)應(yīng)力技術(shù)形成組合整體，提前施加應(yīng)力的鋼筋張拉端采用夾片式永久錨固裝置，預(yù)應(yīng)力筋、錨具系統(tǒng)的固有特性應(yīng)符合《預(yù)應(yīng)力筋用錨具、夾具和連接器》GB/T14370-2015[1]和《預(yù)應(yīng)力筋用錨具、夾具和連接器應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》JGJ85-2002[2]的規(guī)范性條文。張拉完成后用C40 細(xì)石膨脹混凝土進(jìn)行封錨。

3 施工難點(diǎn)

1.參照設(shè)計(jì)圖紙要求，二沉池環(huán)向共設(shè)置13 環(huán)無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋，每環(huán)分兩段，以此來(lái)保證圓形構(gòu)筑物在張拉進(jìn)行時(shí)各部分的受力分布相同，避免因外力作用，單位面積物體內(nèi)力集中，對(duì)池體結(jié)構(gòu)造成破壞。

2.預(yù)先施加壓應(yīng)力的環(huán)向鋼筋依照設(shè)計(jì)圖紙要求應(yīng)當(dāng)間隔一圈進(jìn)行張拉，其中每圈的兩段鋼筋需要同時(shí)進(jìn)行張拉，張拉的過(guò)程中應(yīng)當(dāng)盡量保證張拉所產(chǎn)生的單位面積物體內(nèi)力及伸長(zhǎng)值保持同步，對(duì)于張拉過(guò)程中各階段的協(xié)調(diào)一致性要求比較高。鋼筋的張拉施工之前應(yīng)進(jìn)行充分的事先籌備和演練，對(duì)下屬施工隊(duì)作業(yè)人員進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)交底。

3.預(yù)先施加單位面積內(nèi)力的鋼筋在張拉端采用的錨具為夾片式，采用4 孔豎向的布置形式，按照設(shè)計(jì)圖紙，需要在每一個(gè)閉環(huán)設(shè)置3/2 束不與混凝土產(chǎn)生粘接力的預(yù)先施加單位面積內(nèi)力的鋼絞線。在這樣的背景下，需要對(duì)鋼絞線的穿錨方式、油壓千斤頂?shù)牟荚O(shè)位置、張拉方向進(jìn)行認(rèn)真的研究和分析，避免錨具出現(xiàn)偏心受力的情況。

4.預(yù)先施加單位面積內(nèi)力的鋼絞線加工完成后，將其采用標(biāo)準(zhǔn)扎絲滿綁在已完成安裝的剪力墻鋼筋上進(jìn)行固定，然后在預(yù)先留置的張拉槽里面甩出50cm 端頭的鋼絞線[3]。針對(duì)預(yù)先施加單位面積內(nèi)力的鋼絞線安裝固定精度要求比較高的情況，工序施工之前需要認(rèn)真反復(fù)地進(jìn)行技術(shù)研究，編制確定切實(shí)可行的施工方案。

4 施工工藝

鋼筋綁扎連接→一側(cè)模板定位→預(yù)應(yīng)力鋼絞線及錨夾具定位、安裝→混凝土應(yīng)變計(jì)定位安裝→封?！炷翝仓谝淮位炷翍?yīng)變檢測(cè)→第一次預(yù)應(yīng)力張拉→第二次混凝土應(yīng)變檢測(cè)→第二次預(yù)應(yīng)力張拉→第三次混凝土應(yīng)變檢測(cè)→割筋、封錨。

4.1 底板與池壁接觸面

底板采用分離式鋼筋混凝土底板，底板與池壁接觸位置采用杯口式設(shè)計(jì)[4]。

底板完成施工后，對(duì)杯口內(nèi)采用1:2 水泥砂漿找平后鋪設(shè)4mm 厚橡膠板，預(yù)應(yīng)力張拉結(jié)束后池壁外側(cè)澆筑C30 混凝土，內(nèi)側(cè)杯口內(nèi)填充100 厚雙組份聚硫密封膏+C35 細(xì)石混凝土+防水涂料3 遍。

4.2 預(yù)應(yīng)力鋼筋的制作安裝

4.2.1 鋼絞線的制作及準(zhǔn)備

1.該工藝的關(guān)鍵是預(yù)先施加單位面積內(nèi)力的鋼筋是否采用了正確且合理的下料長(zhǎng)度，其具體參數(shù)可以采用特定的計(jì)算方式求出。在此過(guò)程中，分兩步進(jìn)行下料長(zhǎng)度的計(jì)算。其中，第一部分的下料長(zhǎng)度是預(yù)埋在張拉槽里面的長(zhǎng)度，第二部分的下料長(zhǎng)度是除去預(yù)埋在張拉槽以內(nèi)的外露工作長(zhǎng)度，此部分由施工工序中所采用的錨固形式、張拉方式與千斤頂型號(hào)決定。

即鋼絞線配筋長(zhǎng)度=構(gòu)件內(nèi)長(zhǎng)度+千斤頂工作長(zhǎng)度+錨具厚度+預(yù)應(yīng)力筋外露長(zhǎng)度[5]。

本工程項(xiàng)目在現(xiàn)場(chǎng)提前劃定的集中加工區(qū)進(jìn)行不與混凝土粘結(jié)的預(yù)應(yīng)力鋼筋下料，電源自現(xiàn)場(chǎng)二級(jí)柜接入，單獨(dú)設(shè)置三級(jí)柜。按照所需要的規(guī)格尺寸完成原材料的加工后，按照規(guī)格及其對(duì)應(yīng)的數(shù)量，掛牌分類堆放。材料加工應(yīng)該使用帶有防護(hù)罩的砂輪機(jī)進(jìn)行切割，不允許采用氧乙炔焰或電弧進(jìn)行切割。

2.在圖紙中采用特殊標(biāo)注對(duì)預(yù)應(yīng)力筋位置進(jìn)行標(biāo)識(shí)，明確安裝位置等要求，施工過(guò)程中，按照翻樣圖紙將其標(biāo)高標(biāo)注在壁板的縱向非預(yù)應(yīng)力筋上，以此保證其位置。

3.支架鋼筋：按照豎向尺寸線，采用C10 型號(hào)的水平鋼筋焊接在壁板的非應(yīng)力縱筋上作為支架。施工過(guò)程中按照規(guī)范要求保證焊接質(zhì)量，支架筋應(yīng)當(dāng)牢固。根據(jù)預(yù)應(yīng)力筋的空間位置來(lái)確定支架鋼筋的縱向間距，其水平間距采用600mm 模數(shù)。

4.2.2 無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的安裝

1.鋪放前的檢查：在施工過(guò)程中，已按照標(biāo)準(zhǔn)要求制作完成的無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋禁止踩踏且不能重摔，吊運(yùn)過(guò)程中，在半成品材料外側(cè)，采用柔性橡膠墊在吊繩位置包裹，避免鋼絲繩等剛性吊具和其外側(cè)包裹層直接接觸，造成其表層破損。若確有損壞，則需要采取補(bǔ)救措施，用水密膠帶，通過(guò)纏繞包裹的方式進(jìn)行修補(bǔ)，前后圈的搭接寬度需要大于其自身寬度的1/2，且破損位置必須全部包裹覆蓋，嚴(yán)重破損的應(yīng)予報(bào)廢。

2.承壓錨墊板安裝：預(yù)先施加應(yīng)力的鋼筋張拉端錨具采用凸出式構(gòu)造，首先在壁板的非預(yù)應(yīng)力縱筋上附加一根水平鋼筋，以此來(lái)點(diǎn)焊錨墊板。通過(guò)這種連接方式，保證錨墊板與錨固肋模板緊密貼合，錨墊板的水平位置、豎向標(biāo)高正確，在錨墊板或者壁板的非應(yīng)力縱筋上點(diǎn)焊螺旋筋，其緊靠錨墊板。

3.鋪放無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋：鋪放時(shí)考慮到施工協(xié)同性，在相鄰的兩個(gè)錨固肋分別安排兩組施工人員，同步進(jìn)行施工，將無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋按照設(shè)計(jì)要求依次置于支架鋼筋上，保證其與壁板縱筋貼合緊密，隨著預(yù)應(yīng)力筋安置，采用鉛絲進(jìn)行綁扎加固，保證牢固的同時(shí)注意為避免損傷外皮保護(hù)措施、影響預(yù)應(yīng)力張拉產(chǎn)生的系統(tǒng)結(jié)果，鉛絲綁扎不能過(guò)緊。所有設(shè)計(jì)中的無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋需要按照其位置鋪設(shè)，并且施工完成后在其所有長(zhǎng)度區(qū)間內(nèi)不能出現(xiàn)死彎的情況，在曲線部分彎曲要符合物體自身特性，不允許在個(gè)別位置出現(xiàn)小彎的現(xiàn)象，張拉端螺旋筋、錨環(huán)及模板應(yīng)當(dāng)被預(yù)先施加應(yīng)力的鋼筋穿過(guò)，其端頭與模板的相對(duì)關(guān)系為出模板不小于300mm，在此情況下，還需要特別注意，錨墊板設(shè)置的規(guī)格尺寸為300mm 的無(wú)粘結(jié)筋應(yīng)當(dāng)保持垂直于預(yù)先埋置的構(gòu)件。

不與混凝土粘結(jié)的預(yù)先施加應(yīng)力的鋼筋安裝完成之后，無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋鋪放完成后，應(yīng)由項(xiàng)目質(zhì)檢員及技術(shù)員共同檢查其編號(hào)、施工質(zhì)量、安置平面及標(biāo)高、外露長(zhǎng)度，自檢合格之后，邀請(qǐng)監(jiān)理單位進(jìn)行隱蔽驗(yàn)收。

4.3 無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力張拉

無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土是通過(guò)放大預(yù)先施加物體內(nèi)力的鋼筋與其周邊混凝土不產(chǎn)生有效粘結(jié)的特殊性能，當(dāng)混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)到限值后，利用無(wú)粘結(jié)筋在其外側(cè)包裹的塑料外套內(nèi)能夠豎向滑動(dòng)的特點(diǎn)，借助其兩端設(shè)置的張拉端錨具，開(kāi)始張拉，通過(guò)預(yù)應(yīng)力的建立使構(gòu)筑物更加牢固。

4.3.1 張拉前的準(zhǔn)備

張拉施工之前應(yīng)當(dāng)對(duì)預(yù)應(yīng)力筋外露尺寸是否符合設(shè)計(jì)要求進(jìn)行檢查，另外還需要檢查預(yù)應(yīng)力鋼筋的損傷情況，如果出現(xiàn)此類情況，應(yīng)該采用相應(yīng)的措施處理。

張拉施工需要在既定的區(qū)域內(nèi)設(shè)置操作平臺(tái)，平臺(tái)周?chē)踩雷o(hù)應(yīng)當(dāng)經(jīng)過(guò)項(xiàng)目安質(zhì)主管部門(mén)檢查驗(yàn)收合格后方可使用。如果出現(xiàn)安全隱患，應(yīng)第一時(shí)間進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)整改。另外，根據(jù)類似經(jīng)驗(yàn)，施工組織時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮預(yù)應(yīng)力筋與腳手架的相對(duì)位置關(guān)系，保證腳手架不妨礙預(yù)應(yīng)力筋張拉施工。

把錨環(huán)清理干凈，剝?nèi)ネ饴抖螣o(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的塑料外套，安裝好錨具。

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行下料，按順序?qū)o(wú)粘結(jié)筋編號(hào)，并在張拉端處做出明確標(biāo)識(shí)。

4.3.2 錨固體系及張拉機(jī)具選用

本工程采用“OVM”錨固體系，采用等級(jí)為1860級(jí)的鋼絞線作為預(yù)先施加內(nèi)力的鋼筋，其張拉采用型號(hào)為“OVM15-1”的夾片式錨具，并結(jié)合配套穿心式千斤頂、油壓表及電動(dòng)高壓油泵來(lái)完成全過(guò)程的預(yù)應(yīng)力施工工藝。

4.3.3 張拉順序

1.張拉順序?yàn)閺南孪蛏希羧埨?/p>

2.每根鋼筋須兩端張拉。同一圈兩根鋼絞線同時(shí)同步張拉（采用四個(gè)千斤頂同時(shí)張拉）。

4.3.4 施張預(yù)應(yīng)力

張拉前應(yīng)檢查張拉設(shè)備，配備6 臺(tái)千斤頂（兩臺(tái)備用）及四臺(tái)高壓電動(dòng)油泵?，F(xiàn)場(chǎng)張拉施工之前有必要對(duì)千斤頂與油表在具有試驗(yàn)檢測(cè)資質(zhì)的正規(guī)機(jī)構(gòu)，在萬(wàn)能機(jī)上按主動(dòng)態(tài)（即和張拉工作狀態(tài)一致）的方式進(jìn)行配套標(biāo)定。預(yù)先施加物體內(nèi)力的鋼筋張拉控制應(yīng)力為：1395N/mm2，超張拉3%后每根預(yù)應(yīng)力筋最終張拉力為：201KN。

預(yù)應(yīng)力施加方法：環(huán)向預(yù)先施加應(yīng)力的鋼絞線，按照施工過(guò)程中的實(shí)際驗(yàn)算以及類似工程施工的經(jīng)驗(yàn)，采用兩端雙向張拉的形式，張拉的程序?yàn)椋?/p>

A 端：0 →10%σcon（測(cè)量初值）→20%σcon→60%σcon→100%σcon→103σcon（測(cè)量終值，保壓1 分鐘）→錨固。

張拉應(yīng)力為0～1.03σcon，張拉過(guò)程要求應(yīng)力應(yīng)變雙控。張拉過(guò)程主要控制其張拉應(yīng)力，同時(shí)校核預(yù)應(yīng)力筋的伸長(zhǎng)值。各曲線段的理論伸長(zhǎng)值可以按照以下公式進(jìn)行計(jì)算后疊加：

Ep——預(yù)應(yīng)力筋平均張拉力（KN）。

Ap——預(yù)應(yīng)力筋的截面積（mm2）。

Lp——預(yù)應(yīng)力筋的長(zhǎng)度（mm）。

Ep——預(yù)應(yīng)力筋彈性模量（N/mm2）。

張拉注意事項(xiàng)：

1.預(yù)應(yīng)力筋的張拉采用雙控，以控制張拉力為主，伸長(zhǎng)值作為校核。

2.千斤頂卡槽卡正到位，保證張拉力與鋼絞線軸線重合。

3.張拉施工過(guò)程中，要注重于查驗(yàn)張拉結(jié)果，其理論伸長(zhǎng)值與實(shí)測(cè)數(shù)值之間的誤差不得超過(guò)施工驗(yàn)收規(guī)范允許范圍（-6%～6%）。

4.預(yù)先施加應(yīng)力的鋼絞線在施工過(guò)程中要嚴(yán)格按照既定方案的要求進(jìn)行張拉。

5.張拉過(guò)程中，預(yù)先施加應(yīng)力的鋼絞線兩端以及油壓千斤頂之后不允許人員站立，各施工人員應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格聽(tīng)從負(fù)責(zé)人安排。

6.張拉過(guò)程中，操作平臺(tái)周?chē)吧舷虏辉试S其他作業(yè)人員同時(shí)施工，以此來(lái)保證作業(yè)的安全性。

7.錨具封堵當(dāng)及時(shí)采用帶有護(hù)具的砂輪機(jī)將多余的鋼絞線切掉，預(yù)先施加應(yīng)力的鋼絞線經(jīng)過(guò)切割之后，露出錨具（夾片）外的長(zhǎng)度30mm 為合格，封錨前采用環(huán)氧樹(shù)脂粘結(jié)劑，在錨具夾片及外露鋼絞線處涂刷，同時(shí)對(duì)新舊混凝土結(jié)合面鑿毛后清理干凈，涂刷環(huán)氧樹(shù)脂粘結(jié)劑以加強(qiáng)新舊混凝土連接，然后在外露的錨具上套塑料蓋，塑料蓋內(nèi)應(yīng)當(dāng)灌有防腐油脂。同時(shí)用聚硫密封膏及C30 細(xì)石混凝土堵塞底板杯口。

4.4 其他注意事項(xiàng)

1.本工程采用應(yīng)力與應(yīng)變雙控制指標(biāo)控制張拉，張拉過(guò)程中除了控制物體內(nèi)力，還應(yīng)校核無(wú)粘結(jié)筋的伸長(zhǎng)值，如果通過(guò)計(jì)算得到的伸長(zhǎng)值的數(shù)值小于實(shí)際伸長(zhǎng)值10%或大于5%，應(yīng)停止張拉，查明原因，采用相應(yīng)的有效措施對(duì)此調(diào)整后方可繼續(xù)張拉，張拉前應(yīng)提前計(jì)算出伸長(zhǎng)值以備校核。

2.池內(nèi)水槽、挑梁及池外除渣井待預(yù)應(yīng)力張拉完后施工。

5 結(jié)論

采用預(yù)應(yīng)力鋼束，可以有效防治池壁裂縫的產(chǎn)生，降低鋼筋及混凝土使用量。