市政工程师谈预应力技术在市政污水厂水池结构设计中应用

以往的经验告诉我们要想在最大程度上减少水池在使用过程中发生的开裂面积，利用环向预应力技术则能够收到意想不到的效果。本文将结合江苏省徐州市某污水池的施工设计方案从不同的方面对污水池的优化设计展开详细的论述，并且介绍了预应力技术在实际施工中几种损失力的发生条件，最后笔者希望能够给国内的专业学者提供一点设计灵感。

随着城市化进程的不断发展，市政府的污水厂在日常的生活中对于保护城市环境，为居民生活用水提供安全保证起到了非常重要的影响，而如何利用预应力技术做好污水池的设计工作则是当前业内所有专家学者都在思考的重点问题，一般市政府的污水沉淀池都是标准的圆形结构，并且建设高度低于一般水池，所以在设计的过程中采用计算模型对底端的衔接进行预处理，并且对平面设计进行有效的计算，下文将结合徐州市某污水池的设计工作展开详细论述。

一、工程介绍

该污水厂位于江苏省徐州市的某郊区，按照计划方案每天能够处理的污水量为 4 万 t/d，总共可以达到 60t/d，污水的沉淀池和净化池由内部与外部的两个圆形池组成，沉淀池两个部分的直径分别为 53m 和 25m，竖直面的高度为 1.4.m 和 4.5m。综合来看这是一个偏向半地下室类型的污水处理池，其底板的厚度为 0.9m， 周围池壁的厚度为 0.5m，所用的浇筑材料为 C20 型的混凝土，外壁应为特殊性质的要求采用了强度偏大的 C40 混凝土 。

二、排水结构设计与方案选择

当前我国大部分的工程团队在进行污水池的处理工作中，一般都会采用无粘接的张拉预应力法和缠绕法，同时因为二者在施工中所使用的材料具有一定的出入所以其施工的特点也是有一定差异的，结合本工程的主要特点，本着经济，环保，合理的设计原则，最后采用了第一种处理方法。

材料的好坏将直接影响最后的完工质量，所以我们选择了强度较大，弹性较大的预应力筋，同时本工程结合低强度的无粘接绞线作为辅助材料，最后完工之后其效果还是出乎意料的，整个工程的进度也一直在合理的可控范围之内，最后在实际的施工之前，技术人员不断对这些材料进行冷却处理，消除预应力之后又进行了相关的热处理，很大程度上提升了材料的强度，从各个方面提升了材料的性能，而且我们还会从工程的最后结果看出预应力的松弛率经过改装之后显现出逐渐下降的趋势，所以采用这种方法不仅可以有效减少预应力筋的使用数量，减少不必要的开支， 同时还可以强化混凝土在后期使用过程中的抗裂能力，提升整个工程的质量 。

三、施工材料选择

为了能够减少试验的误差增加机器设备的使用频率，本工程在锚具的选择上应用了当前最为流行的 1 类锚具，不仅可以和混凝土结构完美地融合，同时还可以应用到当前大部分的水池结构设计中，我们将 7.4 高强度的无粘结低松弛的钢绞线应用到实际的建筑中，为了防止钢线上面出现锈蚀的情况，另外涂抹了一层润滑油，该润滑油对外管形成新型的预应力筋起到了促进的作用， 保证该种材料在施工中不会和混凝土差生粘连的情况，大大地减少了人工复检的频率从而提高经济效益。

四、预应力损失的原因

（一）弹性故障引起的预应力损失

由于采用分批张拉的方法进行施工，所以也就不可避免地会产生弹性压缩的现象，其原理如下，在完成最为基本的张拉工作后， 由于时间的间隔较长，最早一批的预应力筋的性能会产生性质上的改变，可能会有部分的材料在这一阶段彻底丧失预应力，在实际的施工中，技术人员为了防止弹性故障而带来的预应力损失，一般都会先张拉后批的预应力筋，而后再对前批的预应力实施张拉，只有这样经过人工的调整平衡后才能尽可能地减少预应力的损失。

（二）无粘连预应筋引起的应力损失

任何预应筋在长期使用的过程中都会出现松弛的现象，而松弛的程度很大一部分原因都是和材料的性质和松弛等级有关，在平常的工程中，为了能够尽可能地减少长期松弛的影响，技术人员在安装预应力筋的过程中一般都采用超强张拉的方法，使得预应力筋能够保持一个较为持久的张拉力。

（三）摩擦过大而引起的预应力损失

本工程污水池的设计是采用环形设计的方式，而预应力筋的放置方式也应该符合建筑物的实际构造，即预应力筋应该以曲线的形式放置在所有的混凝土中，其结果也就不可避免地与周围产生过度的摩擦，从该工程的最后质量情况来看，预应力筋在张拉的过程中会和周围的墙壁产生很大的摩擦，这不仅消耗了大量的能量，同时还会对本体造成一定的损害，该建筑同时是由两排环向预应力筋组成，这也就会出现更多预应力筋产生交错的情况， 因而在正常的施工中，应该根据工程的结构适当地降低摩擦力， 再使用千斤顶去完成后续的建筑工作 。

（四）过度张拉或者伸缩引起的损失

在完成最为基本的张拉工作之后紧接着就要进行卸荷的步骤， 往往在这个过程中最容易出现内缩的现象，而后就会出现预应力损失的结果，同时本工程采用千斤顶张拉的方式，在环形的结构内部很容易出现预应力筋相互交错的状况，笔者同样希望能够利用自己的方式技术将因为内缩而损失的预应力值降低到一半以下， 并且过度张拉对预应力筋同样会造成一定的破坏，相关的工程团队在实际的施工中要着重注意这个部分。

五、内部构造的技术要点

（一）水池的内部连接要点

竖向弯矩往往会对污水池结构的稳定性造成重大的影响，所以在设计工作开始之前应该充分考虑到弯矩的作用，并且还要制定合理的方案将影响损失降低到可接受的范围之内，另外也能够将底板的附近浇筑呈槽口的模样，经过充分的张拉工作之后再次进行浇筑混凝土的工作，为了能够防止这些槽口和池底的墙壁之间产生渗漏的情况，应该在他们二者之间做好嵌缝措施，增强其整体的密实度，只有这样才能够在水泥浆和混凝土之间形成一个令人满意的效果。

（二）内部测力前的准备工作

所谓的内力指的是水池工作时的内部压力，在进行内力计算之前要确保水池内部最为薄弱部分的任何截面都是完好无损的， 其实只要控制好这个部分的配筋比例就可以取得满意的效果，根据国家的有关规定水池内壁在进行内力测试的过程中应该做好以下几个部分的准备工作：首先水池的内部在未放水之前不能够存在任何水，外部也不能够存在任何的涂层设计，其次在试水的过程中应该在底部留有一定的水，保持测试水位的稳定性，而外部则应该防止一部分的土，最后在初始的实用阶段，其放置的水位和水量应该和测试的时候一样。

六、结束语：

从上面的论述我们可以知道无粘接预应力筋在大型的污水池设计中能够取得良好的效果，对提高工程效益，保证工程的质量具有重要的意义，同时合理的选择钢绞线的长度和强度也可以间接提高工程的总体效益，在实际的水池设计中如果能够综合选取科学合理的施工方案将会取得一个满意的效果，当然本文所提供的方法只是笔者的个人建议，尚有不足，请予以指正。