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【摘 要】经过大量研究发现，预应力技术在水池结构设计中的应用，能够有效解决多个结构问题，该技术通过对圆形池壁外侧受拉区施加预压应力的方式来满足水池的强度和抗裂性要求，由此一来，水池的安全性得到了提升，同时也提高了其经济性。本文选取实例，就预应力技术在市政污水厂水池结构设计中的应用进行了具体分析，以期为相关工作者提供借鉴。
【关键词】市政污水厂；预应力技术；水池结构设计
【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. 工程概况与设计方案
（1）重庆市某污水處理厂二期扩建工程，设计规模日处理量为3万t/d，二沉池内直径40m，深度地上1.5m，地下3.45m，池顶无盖，属于半地下池体结构。一般情况下，直径较小的圆形水池通常采用现浇钢筋砼结构，而大直径的水池如果仍采用该种结构将会导致抗裂问题，故本工程二沉池外池壁为后张法预应力结构（水平环向设置无粘结钢绞线），底板为普通钢筋混凝土筏板结构。池壁厚300mm，底板厚600mm，设置膨胀加强带。
（2）圆形水池池壁在水压力作用下全断面受轴向拉力，对于水位高、直径大的圆形水池池壁采用普通钢筋砼结构，壁厚往往过厚仍难以抵抗轴拉力，出现池壁砼开裂，不仅浪费大量材料而且影响使用，因而采用无粘结预应力张拉技术是圆形水池减薄壁厚和池壁抗裂的最佳选择。本工程如果做成普通钢筋混凝土结构，壁厚至少要做到500mm，此时配筋按裂缝控制仍然很大，不易施工振捣且浪费材料，为降低壁厚且满足抗裂要求，用水平向张拉无粘结预应力可使壁厚减薄至300mm。
（3）该工程已于2016年7月完成施工，在回填土前，根据相关规范要求进行了闭水试验，结果满足要求，该池经过两年的正常运行，也没有出现任何问题。
2. 预应力水池结构分析
2.1 预应力损失分析及计算。
（1）污水处理厂水池通常会选择无粘结预应力钢绞线，同时还要辅以Ⅰ类锚具，该类锚具同样适用于大型水池结构。而钢绞线主要是由高强钢丝组成的，为了防锈，钢丝表面还会涂抹润滑油，将其用在套管外侧，可以看做是一种新型预应力筋，且其不会和混凝土发生粘结，这样一来就减少了张拉过程中的摩擦损失，同时提高经济效益。
（2）本工程采用1×7（s）钢绞线，直径d=15.2mm，强度标准值fptk=1860N/mm2；预应力钢筋张拉端采用夹片锚具，锚固端采用P型锚具；池壁混凝土强度等级C40；池壁预应力筋为后张无粘结预应力钢筋，预应力构件预埋制孔用的管材为金属波纹管。
2.2 内力计算。
（1）为使环向预应力筋的张拉应力最大限度的产生混凝土环向压应力，池壁下端宜采用滑动支承，池壁所带的水槽、顶板宜在池壁预应力筋张拉结束后二次浇注混凝土。在施加预应力阶段，杯槽不填封，池壁与底板间可简化为铰接连接，但应考虑填封材料的一定嵌固作用。
（2）池壁与底板采用杯槽式连接。池壁在内水压作用下，其环向拉力Nθ按池壁底端铰接、顶端自由情况计算。
（3）计算池壁各点环拉力NθK，可知池壁跨中水平最大拉力标准值位置为0.5H处，取447.2KN/m，截取1m宽横条计算，采用理正软件分别对预应力筋张拉工况、闭水试验工况、使用时池内无水工况的池壁环向内力、竖向内力进行计算并进行配筋，最终配筋结果如图1、图2。
2.3 构造设计。
（1）锚固肋设置。
为了确保分段张拉的正常操作，满足锚固预应力筋的构造要求，在水池施工过程中应当自池外侧均匀设置6个锚固肋，用以减少由预应力引起的损失。锚固肋突出壁板外侧的厚度不应小于锚垫板宽度与二倍混凝土保护层厚度之和，且锚垫板应与预应力筋垂直。
（2）池壁和底板连接。
污水池的结构设计，必须要考虑到竖向弯矩的作用，将其消除能够减轻其对于底板的影响，而后采用杯槽式柔性连接，对底板进行浇筑操作，使之形成槽口，最后再采用细石混凝土进行浇筑。渗漏是水池壁根部的常见问题，此时需要在槽口和池壁间进行嵌缝操作，再进行浇筑，确保壁根的密实性。拉端的设置要合理，池壁扶壁柱是其最佳选择，张拉操作完毕后进行扶壁柱锚固，再将其封堵。
（3）预应力筋的布置及张拉顺序。
预埋制孔采用金属波纹管，内径45mm，波纹管之间的净间距不宜小于50mm，且不小于粗骨料粒径的1.25倍。当普通钢筋位置与预应力金属波纹管位置发生冲突时，首先应保证预应力波纹管位置，可适当调整普通钢筋位置。待池壁混凝土强度达到设计强度的100%时方可张拉，张拉时，每圈环向预应力筋分三段同时张拉且每段两端同时张拉，竖向顺序为自下而上间隔张拉后再从上而下间隔张拉并确保钢绞线与锚板垂直，其余要求须遵从《无粘结预应力混凝土结构技术规程》（JGJ/T92-2016）相关规定。
（4）池壁设置有孔洞的构造要求。
孔洞的直径和边长不宜大于1000mm，孔洞的分布应力求对称，并尽可能采用圆孔，孔洞距离池壁边缘的净距不应小于孔洞本身直径或边长。当管道穿过池壁时，池壁的预留洞直径大于环向预应力钢筋间距时，可将该处的预应力钢筋间距局部放大并绕过管道布置。但当管道直径比钢筋间距大2倍以上时，则宜锚固在专门的钢锚固架上。
3. 结语
综上所述，结合以往经验，本文通过分析得出污水厂水池结构设计工程应用预应力技术，其效果明显优于普通钢筋混凝土结构的水池：面对较大的拉应力，水池池壁的强度和抗裂刚度要求都得到了满足。另外，低松弛无粘结钢绞线的选用，增强了池壁的弹性极限和屈服强度，同时也降低了其应力松弛率和预应力筋的用量，水池的抗震性能得到了进一步提高。随着科技革新与进步，预应力技术有着更为广阔的发展空间。
参考文献
[1] 王长祥，程子悦，史卿，李沛文.预应力圆形水池环向抗裂度分析[J].特种结构，2016，33（01）：1～6.
[2] 叶柏万.无粘结预应力在圆形水池结构设计中的应用探究[J].建材与装饰，2016（04）：84～85.
[文章编号]1619-2737（2018）05-28-859
【关键词】市政污水厂；预应力技术；水池结构设计
【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. 工程概况与设计方案
（1）重庆市某污水處理厂二期扩建工程，设计规模日处理量为3万t/d，二沉池内直径40m，深度地上1.5m，地下3.45m，池顶无盖，属于半地下池体结构。一般情况下，直径较小的圆形水池通常采用现浇钢筋砼结构，而大直径的水池如果仍采用该种结构将会导致抗裂问题，故本工程二沉池外池壁为后张法预应力结构（水平环向设置无粘结钢绞线），底板为普通钢筋混凝土筏板结构。池壁厚300mm，底板厚600mm，设置膨胀加强带。
（2）圆形水池池壁在水压力作用下全断面受轴向拉力，对于水位高、直径大的圆形水池池壁采用普通钢筋砼结构，壁厚往往过厚仍难以抵抗轴拉力，出现池壁砼开裂，不仅浪费大量材料而且影响使用，因而采用无粘结预应力张拉技术是圆形水池减薄壁厚和池壁抗裂的最佳选择。本工程如果做成普通钢筋混凝土结构，壁厚至少要做到500mm，此时配筋按裂缝控制仍然很大，不易施工振捣且浪费材料，为降低壁厚且满足抗裂要求，用水平向张拉无粘结预应力可使壁厚减薄至300mm。
（3）该工程已于2016年7月完成施工，在回填土前，根据相关规范要求进行了闭水试验，结果满足要求，该池经过两年的正常运行，也没有出现任何问题。
2. 预应力水池结构分析
2.1 预应力损失分析及计算。
（1）污水处理厂水池通常会选择无粘结预应力钢绞线，同时还要辅以Ⅰ类锚具，该类锚具同样适用于大型水池结构。而钢绞线主要是由高强钢丝组成的，为了防锈，钢丝表面还会涂抹润滑油，将其用在套管外侧，可以看做是一种新型预应力筋，且其不会和混凝土发生粘结，这样一来就减少了张拉过程中的摩擦损失，同时提高经济效益。
（2）本工程采用1×7（s）钢绞线，直径d=15.2mm，强度标准值fptk=1860N/mm2；预应力钢筋张拉端采用夹片锚具，锚固端采用P型锚具；池壁混凝土强度等级C40；池壁预应力筋为后张无粘结预应力钢筋，预应力构件预埋制孔用的管材为金属波纹管。
2.2 内力计算。
（1）为使环向预应力筋的张拉应力最大限度的产生混凝土环向压应力，池壁下端宜采用滑动支承，池壁所带的水槽、顶板宜在池壁预应力筋张拉结束后二次浇注混凝土。在施加预应力阶段，杯槽不填封，池壁与底板间可简化为铰接连接，但应考虑填封材料的一定嵌固作用。
（2）池壁与底板采用杯槽式连接。池壁在内水压作用下，其环向拉力Nθ按池壁底端铰接、顶端自由情况计算。
（3）计算池壁各点环拉力NθK，可知池壁跨中水平最大拉力标准值位置为0.5H处，取447.2KN/m，截取1m宽横条计算，采用理正软件分别对预应力筋张拉工况、闭水试验工况、使用时池内无水工况的池壁环向内力、竖向内力进行计算并进行配筋，最终配筋结果如图1、图2。
2.3 构造设计。
（1）锚固肋设置。
为了确保分段张拉的正常操作，满足锚固预应力筋的构造要求，在水池施工过程中应当自池外侧均匀设置6个锚固肋，用以减少由预应力引起的损失。锚固肋突出壁板外侧的厚度不应小于锚垫板宽度与二倍混凝土保护层厚度之和，且锚垫板应与预应力筋垂直。
（2）池壁和底板连接。
污水池的结构设计，必须要考虑到竖向弯矩的作用，将其消除能够减轻其对于底板的影响，而后采用杯槽式柔性连接，对底板进行浇筑操作，使之形成槽口，最后再采用细石混凝土进行浇筑。渗漏是水池壁根部的常见问题，此时需要在槽口和池壁间进行嵌缝操作，再进行浇筑，确保壁根的密实性。拉端的设置要合理，池壁扶壁柱是其最佳选择，张拉操作完毕后进行扶壁柱锚固，再将其封堵。
（3）预应力筋的布置及张拉顺序。
预埋制孔采用金属波纹管，内径45mm，波纹管之间的净间距不宜小于50mm，且不小于粗骨料粒径的1.25倍。当普通钢筋位置与预应力金属波纹管位置发生冲突时，首先应保证预应力波纹管位置，可适当调整普通钢筋位置。待池壁混凝土强度达到设计强度的100%时方可张拉，张拉时，每圈环向预应力筋分三段同时张拉且每段两端同时张拉，竖向顺序为自下而上间隔张拉后再从上而下间隔张拉并确保钢绞线与锚板垂直，其余要求须遵从《无粘结预应力混凝土结构技术规程》（JGJ/T92-2016）相关规定。
（4）池壁设置有孔洞的构造要求。
孔洞的直径和边长不宜大于1000mm，孔洞的分布应力求对称，并尽可能采用圆孔，孔洞距离池壁边缘的净距不应小于孔洞本身直径或边长。当管道穿过池壁时，池壁的预留洞直径大于环向预应力钢筋间距时，可将该处的预应力钢筋间距局部放大并绕过管道布置。但当管道直径比钢筋间距大2倍以上时，则宜锚固在专门的钢锚固架上。
3. 结语
综上所述，结合以往经验，本文通过分析得出污水厂水池结构设计工程应用预应力技术，其效果明显优于普通钢筋混凝土结构的水池：面对较大的拉应力，水池池壁的强度和抗裂刚度要求都得到了满足。另外，低松弛无粘结钢绞线的选用，增强了池壁的弹性极限和屈服强度，同时也降低了其应力松弛率和预应力筋的用量，水池的抗震性能得到了进一步提高。随着科技革新与进步，预应力技术有着更为广阔的发展空间。
参考文献
[1] 王长祥，程子悦，史卿，李沛文.预应力圆形水池环向抗裂度分析[J].特种结构，2016，33（01）：1～6.
[2] 叶柏万.无粘结预应力在圆形水池结构设计中的应用探究[J].建材与装饰，2016（04）：84～85.
[文章编号]1619-2737（2018）05-28-859