預(yù)應(yīng)力技術(shù)在市政污水廠水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中分析應(yīng)用

1、<p>　　預(yù)應(yīng)力技術(shù)在市政污水廠水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中分析應(yīng)用</p><p>　　摘要:環(huán)向預(yù)應(yīng)力技術(shù)在市政污水廠圓形水池結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用是一項(xiàng)較新的技術(shù),由于市政污水處理廠的日益增多,其技術(shù)必將得到更廣泛的應(yīng)用。本文結(jié)合工程實(shí)例,從預(yù)應(yīng)力損失分析、內(nèi)力計(jì)算、構(gòu)造設(shè)計(jì)等方面對市政污水廠采用預(yù)應(yīng)力砼水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)闡述,并對其施工工藝要點(diǎn)進(jìn)行了深入探討和總結(jié),可為同行借鑒參考。 </p>

2、<p>　　關(guān)鍵詞:市政污水廠;二沉池;預(yù)應(yīng)力損失;圓形水池:張拉 </p><p>　　中圖分類號：TU99 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A </p><p><b>　　一.引言 </b></p><p>　　現(xiàn)代城市污水處理廠的初沉池、二沉池大多為圓形,此類水池一般高度不大,且直徑較大,在水池池壁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),豎向計(jì)算模型往往采用底端鉸接,上端

3、懸臂來考慮;水平計(jì)算模型按整體圓環(huán)進(jìn)行計(jì)算。由于這種水池池壁通常高度不大,豎向設(shè)計(jì)一般采用普通鋼筋混凝土即可滿足強(qiáng)度、抗裂度要求。但在水池池壁水平向設(shè)計(jì)中,因水池直徑較大,池壁在水壓作用下均會產(chǎn)生很大的環(huán)向拉應(yīng)力,若采用普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)很難滿足水池的強(qiáng)度、抗裂度要求.如果為了同時(shí)滿足這兩項(xiàng)指標(biāo),就必須加大水池池壁壁厚,配置過密的鋼筋或者沿池壁設(shè)置豎向縫來解決這一問題。 </p><p>　　近幾年,經(jīng)過大量的工

4、程實(shí)踐與研究,采用環(huán)向預(yù)應(yīng)力技術(shù)方案能有效地解決這一問題,即預(yù)應(yīng)力筋隨池壁曲線布置在池壁外測,預(yù)應(yīng)力筋與水池池壁之間沒有粘結(jié),張拉錨固后傳到混凝土池壁上,通過對池壁外側(cè)受拉區(qū)施加預(yù)壓應(yīng)力的辦法來克服強(qiáng)度,滿足抗裂性能要求,從而使污水池的安全度、經(jīng)濟(jì)性得以大幅度提高。 </p><p>　　二.水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的分析與選擇 </p><p>　　在進(jìn)行污水廠圓形水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的選擇時(shí)，應(yīng)當(dāng)

5、首先考慮該設(shè)計(jì)方案是否能夠達(dá)到排污工程的科學(xué)、安全、高效、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)以及環(huán)保的要求。我國市政污水廠污水池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)多種多樣，符合上述要求的且具有代表性的預(yù)應(yīng)力有兩種，一個(gè)是繞絲法，另一個(gè)就是分段張拉無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力法。上述兩種方法都具有自身的設(shè)計(jì)特點(diǎn)及優(yōu)勢，因此，在排污工程的設(shè)計(jì)工作進(jìn)行時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同的工程需求，選擇不同的合理的設(shè)計(jì)方案。 </p><p><b>　　&#160; </b&g

6、t;</p><p>　　三.預(yù)應(yīng)力水池結(jié)構(gòu)分析 </p><p>　　預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的應(yīng)力主要包括張拉應(yīng)力和預(yù)應(yīng)力損失組成。從張拉建立起的預(yù)應(yīng)力到有效預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生這一過程中所出現(xiàn)的應(yīng)力減少稱之為預(yù)應(yīng)力損失，預(yù)應(yīng)力損失包括以下幾方面： </p><p>　　1）張拉端錨具變形和無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋內(nèi)縮引起的預(yù)應(yīng)力損失。由于張拉完畢后，預(yù)應(yīng)力筋錨固到位時(shí)，無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋會產(chǎn)生內(nèi)縮

7、從而引起預(yù)應(yīng)力損失。因池壁相鄰上、下兩排環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋錨固位置交錯(cuò)布置，并采用千斤頂超張拉，其值可以降低50%采用。其計(jì)算公式參照《無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ92-2004）。 </p><p>　　2）無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的摩擦損失。對于圓形水池，由于預(yù)應(yīng)力筋是沿池外壁環(huán)型布置的，呈曲線形狀，根據(jù)其弧度和弧線長度，在張拉時(shí)會產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力筋與池壁之間的摩擦引起的摩擦損失，該項(xiàng)損失與摩擦系數(shù)成正比。因池壁上、下

8、兩排環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋錨固位置交錯(cuò)布置，并采用千斤頂張拉，其值也降低50%采用。其計(jì)算公式參照《無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ92-2004）。 </p><p>　　3）無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力松弛損失。預(yù)應(yīng)力筋的松弛首先取決于鋼筋的種類及松弛等級。工程中可采用超張拉程序進(jìn)行張拉，以減少無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的松弛損失。無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的超張拉程序?yàn)椋?→0.1σcon→1.03σcon（持荷2分鐘）→σcon。 <

9、;/p><p>　　4）混凝土收縮徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失σ15。該損失主要是使用期間，由于混凝土水分的不斷減少，在預(yù)壓應(yīng)力作用下，混凝土逐漸收縮變形，從而造成預(yù)應(yīng)力筋的有效應(yīng)力降低。該項(xiàng)預(yù)應(yīng)力筋損失也降低50%考慮，并按《無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ92-2004）計(jì)算。 </p><p>　　5）當(dāng)無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋采用分批張拉時(shí)，其張拉后批無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋時(shí)會產(chǎn)生混凝土彈性壓縮從而影響

10、先批張拉預(yù)應(yīng)力筋的預(yù)應(yīng)力損失降低即。因此，在預(yù)應(yīng)力施工時(shí)，后批張拉預(yù)應(yīng)力筋張拉完畢后，須再對先批張拉的預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行補(bǔ)張拉，從而獲得更好的預(yù)應(yīng)力效果。 </p><p>　　四.預(yù)應(yīng)力水池結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算&#160;根據(jù)《無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T92.93)的規(guī)定,以抗裂度要求控制配筋,使在各種不利荷載組合作用下,水池池壁各計(jì)算載面在施工和使用階段均要求不得出現(xiàn)裂縫a水池池壁無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的

11、計(jì)算考慮了以下四種荷載的組合:(1)施工階段池內(nèi)無水,池外無土;(2)試水階段池內(nèi)有水,池外無土;(3)使用階段池內(nèi)有水,池外有土:(4)檢修階段池內(nèi)無水,池外有土。 </p><p>　　4.1錨固肋的設(shè)置&#160;為了便于預(yù)應(yīng)力筋的分段張拉和錨固,盡可能減少施工過程中的預(yù)應(yīng)力損失,沿水池池壁外側(cè)均勻設(shè)置5根扶壁柱,便于預(yù)應(yīng)力筋張拉與錨固等構(gòu)造要求,如圖2所示。&#160;4.2池壁與底板的連

12、接 </p><p>　　在污水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,為了消除豎向彎矩對水池底板的影響,水池池壁與底板采用杯槽式柔性連接。即底板四周澆筑成槽口,槽口外壁混凝土待池壁預(yù)應(yīng)力筋張拉后進(jìn)行澆筑,同時(shí)為了防止水池池壁根部滲漏,池壁與槽口之間內(nèi)側(cè)采用油麻瀝青嵌縫,然后用水泥砂漿和細(xì)石混凝土澆筑密實(shí),如圖3所示。&#160;無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋張拉端均設(shè)置在水池池壁的扶壁柱上,張拉后錨固于扶壁柱,最后用混凝土封堵。 五.構(gòu)造設(shè)計(jì)

13、</p><p>　　為了便于預(yù)應(yīng)力筋的分段張拉和錨固，盡可能減少施工過程中的預(yù)應(yīng)力損失，須沿水池池壁外側(cè)均勻設(shè)置錨固肋，錨固肋的間距需滿足雙向張拉預(yù)應(yīng)力所能影響的長度，錨固肋中須設(shè)置便于預(yù)應(yīng)力筋張拉與錨固的錨具等構(gòu)造措施。同時(shí)為防止錨具腐蝕造成預(yù)應(yīng)力筋破壞，預(yù)應(yīng)力筋錨固完成后需對外露構(gòu)件進(jìn)行防腐處理。 </p><p>　　在圓形水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為了消除豎向彎矩對水池底板的影響，水池池壁

14、與底板的連接采用杯口式連接，在池壁與底板間設(shè)置橡膠帶，保證張拉預(yù)應(yīng)力時(shí)底板不約束池壁，張拉完畢后對杯口空隙用密封膏進(jìn)行填塞。 </p><p><b>　　水池底板施工要點(diǎn) </b></p><p>　　(1)混凝土墊層(基礎(chǔ)) 澆筑前,應(yīng)檢查地基土質(zhì)是否與設(shè)計(jì)資料相符合,如有不同,則應(yīng)該針對不同情況加以處理,然后再澆筑混凝土墊層。 </p><p

15、>　　(2) 混凝土墊層在澆筑完畢后的1 d～2 d (視施工時(shí)的溫度而定)，在墊層面測定底板中心,然后根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行放線,定出柱基及底板的邊線,畫出鋼筋分布線,依線鋪放綁扎鋼筋,接著安裝柱基和底板外模板。 </p><p>　　(3) 鋼筋綁扎時(shí),應(yīng)詳細(xì)檢查鋼筋直徑、間距、位置、搭接長度、上下層鋼筋的間距、保護(hù)層及預(yù)埋件的位置和數(shù)量,均應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。上下層的鋼筋要用鐵撐(馬凳) 加以固定,防止在澆筑混

16、凝土?xí)r發(fā)生變位。 </p><p>　　(4) 柱基模板是懸空架設(shè),下面用臨時(shí)小方木撐在墊層上,邊澆混凝土邊取出小方木。 </p><p>　　(5) 底板應(yīng)一次連續(xù)澆筑完,不留施工縫。施工間歇時(shí)間不得超過混凝土的初凝時(shí)間。平板厚度在20 cm 以內(nèi)可用平板振動器,厚度較厚時(shí),則采用插入式振動器。 </p><p>　　(6) 池壁為現(xiàn)澆混凝土?xí)r,底板與池壁連接處的

17、施工縫可留在基礎(chǔ)上口20 cm 處,如設(shè)計(jì)要求有止水鋼板,在澆搗混凝土前,應(yīng)將止水鋼板安放固定。 </p><p>　　(7) 混凝土澆筑完畢后,其強(qiáng)度尚未達(dá)到1. 2 MPa 時(shí),禁止振動,不得在底板上搭設(shè)腳手架,安放模板或搬運(yùn)工具,并注意對混凝土的養(yǎng)護(hù)。(8) 遇特殊情況需留施工縫時(shí),應(yīng)做成垂直的結(jié)合面,并注意結(jié)合面附近混凝土的密實(shí)。 </p><p>　　六.水池預(yù)應(yīng)力施工 <

18、/p><p>　　6.1 預(yù)應(yīng)力筋鋪設(shè) </p><p>　　無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋須根據(jù)施工圖所計(jì)算得預(yù)應(yīng)力筋下料長度進(jìn)行下料。鋪設(shè)預(yù)應(yīng)力筋時(shí)須用水平儀嚴(yán)格控制池壁上預(yù)應(yīng)力筋的位置，并用色筆在池壁上畫出每道預(yù)應(yīng)力筋各點(diǎn)的坐標(biāo)位置，然后按施工圖要求的配筋根數(shù)分束設(shè)置，并每隔一米設(shè)置一根定位鋼筋，用鉛絲綁扎牢固。 </p><p>　　6.2 預(yù)應(yīng)力筋張拉 </p>

19、<p>　　在張拉無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋時(shí)，一般采用雙控方法進(jìn)行張拉。即以應(yīng)力控制方法進(jìn)行張拉控制為主，并以無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋伸長值校驗(yàn)為輔。 </p><p>　　必須在水池池壁混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定的100%混凝土強(qiáng)度后方可進(jìn)行無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋張拉。在張拉過程中，應(yīng)做到孔道、錨環(huán)和千斤頂三孔對中，每根預(yù)應(yīng)力筋張拉完畢后須檢查錨固肋端部和水池池壁部位是否有裂縫，并填寫隱蔽記錄。 </p><p

20、>　　6.3 預(yù)應(yīng)力測試 </p><p>　　張拉采用應(yīng)力、應(yīng)變雙控，最終將實(shí)測伸長值與理論伸長值之差控制在-1%-6%的范圍以內(nèi)，以滿足規(guī)范-5%-10%范圍內(nèi)的要求。實(shí)測的伸長值一般比理論伸長值要長一些，主要是實(shí)際的預(yù)應(yīng)力摩阻力比計(jì)算摩阻力要小，即使用超張拉后有一部分的反向摩擦力。 </p><p><b>　　結(jié)語 </b></p><

21、;p>　　預(yù)應(yīng)力技術(shù)在各類水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用仍然需要進(jìn)一步提升，從而進(jìn)一步的減小混凝土構(gòu)件的截面，從而達(dá)到節(jié)約資源目的，在應(yīng)用過程中得出的結(jié)論總結(jié)如下。 </p><p>　　1）對于大直徑圓形水池采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的設(shè)計(jì)方案，能夠很好的解決水池池壁在環(huán)向拉應(yīng)力作用下強(qiáng)度、抗裂度不足的問題，與普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。 </p><p>　　2）水池池壁預(yù)應(yīng)力筋宜

22、選擇低松弛無粘結(jié)鋼絞線，因?yàn)殇摻g線不但彈性極限強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度較高，而且應(yīng)力松弛率也大大降低，有利于提高混凝土池體的抗裂性能和減少預(yù)應(yīng)力筋的用量，也可以提高水池的抗震性能。 </p><p>　　3）在張拉預(yù)應(yīng)力筋過程中應(yīng)采用雙控制方法進(jìn)行張拉，即以應(yīng)力控制方法進(jìn)行張拉為主，以無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋伸長值校驗(yàn)為輔。 </p><p>　　4）在水池池壁無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋張拉完畢后，應(yīng)對無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行

23、監(jiān)控，并做好記錄工作，直到水池池壁建立的預(yù)應(yīng)力值基本穩(wěn)定為止，根據(jù)變化頻率校核預(yù)應(yīng)力筋有無破損，預(yù)應(yīng)力是否有效存在。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1]呂志濤，孟少平，現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)[M]，東南大學(xué)建筑工業(yè)出版社，2006 </p><p>　　[2]何德湛，圓形水池采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)的若干問題探討