竖向预应力技术在矩形混凝土曝气池中的应用

竖向预应力技术在矩形混凝土曝气池中的应用

元锡市芦村污水处理厂有2组共4个大型半地下式的矩形混凝土曝气池。现结合该工程介绍高效预应力技术用于曝气池设计与施工的具体作法。

第1章    池壁设计方案的选择

目前，国内曝气池外壁设计一般有预制装配式和整体现浇式2种方案。该工程曝气池长50m，宽37.45m，池高6.75m，池内水位高6m(图4-14-1)。该工程水位较高，壁板受力较大，根部弯矩达378kN·m，若采用预制拼装方案，以下问题不易解决：

l.由于壁板过高，预制壁板过重，运输和吊装不便，尤其是就位时施工组织难度很大。

2.壁板拼缝内的水平连接钢筋要求焊接，灌缝后的混凝土须认真养护。否则接缝处极易渗漏。

3.在壁板与底板接缝处，一般作法是壁板先插入底板槽中，然后在周围填C30微膨胀细石混凝土。但由于杯口较窄，不易填实，渗漏率很大。有的工程在杯口下底周围两侧增加150mm厚石棉水泥，然后再填C30微膨胀细石混凝土，但仍出现渗漏。

若采用普通现浇混凝土，当混凝土的设计强度为C25时，壁板厚度达600mm，钢筋的配置为Ф25@90，混凝土和钢筋的用量都较大，设计不合理。

因此，在初步设计阶段，对各种方案作了对比分析，最终选择了现浇后张有粘结竖向预应力池壁的方案，把高效预应力技术用于大型矩形水池类的特种结构。

第2章    池壁设计中几个问题的

第1节                                预应力筋的布置方式

池壁为单向受力，上端自由。在水压作用下，池壁根部内侧弯矩最大，池壁顶部弯矩为零。为充分利用壁板中的预应力筋，应使其布置尽量与外荷载引起的弯矩形状一致，池壁下部的预应力筋靠内侧布置，池壁上部的预应力筋靠轴心线布置，位于底板厚度中心线上的固定端偏离池壁轴心线200mm，位于池壁顶面的张拉端正与池壁轴心线同心，每束预应力筋为25Φs5，束的间距为300mm。

第2节                                池壁的抗裂设计

由于工艺要求以及预应力筋为高强碳素钢丝，池壁不允许出现裂缝，抗裂安全系数Kcr取1.25。

第3节                                张拉端与固定端的构造

预应力池壁的顶端为张拉端。常用的徽头锚具为锚杯式，这种锚具在张拉端需预留扩大孔，削弱了局部池壁，需增加池壁的厚度。因此，结合该工程预应力筋短的情况，可采用锚板式镦头锚具，张拉时利用套筒拧到锚板上的外螺纹上，张拉至设计荷载后，用垫片塞入固定。张拉端的构造见图4-14-2上部。

曝气池底板厚600mm，为保证固定端锚固牢靠，该工程在钢丝束下端设置镦头锚板。为防止浇筑混凝土时，锚板因上浮而脱开镦头的头部以及钢丝下沉，设计时采用一块薄钢板焊在锚板下部将镦头头部托住。固定端的构造见图4-14-2下部。

第3章    池壁预应力施工

第1节                                预应力筋下料

对镦头锚具，在预应力筋较短时，钢丝下料长度应严格控制，这是因为误差大将使同束钢丝的应力差异增大。通常采用细钢管限位下料，但该工程采用的下料方法为：钢丝第1次开盘下料长度为束长的8~10倍，并增加100mm预留量。例如下料长度为5.05m，那么先下50.5m，增加0.1m后为50.6m，下足25根后，绑成捆，放在下料平台上，穿过Ф30圆孔（1in铁管）后放到角钢支架上，并对齐顶紧到限位挡板上，量取所需尺寸，再用砂轮切割机2次下料，以缩小同束的下料长度差异。

第2节                                留孔波纹管的组装

留孔波纹管的组装孔道采用波纹管留设，规格为Ф50，接头管规格为Ф55。由于固定端采用锚板，张拉端采用带外螺纹的锚板，锚板的外径为90mm，大于波纹管的直径，而钢丝束端部因为徽头，需留出400mm左右的自由长度，所以，利用Ф50的波纹管能在Ф55的接头管内旋进旋出的特长，留孔波纹管的组装按以下步骤进行：

l.先组装固定端。锚板穿入钢丝束并徽头，然后将3mm厚钢板与锚板点焊牢。

2.留孔用的￠50波纹管为两段对接而成，对接后的长度比上下铺具承压板间距短约400mm。对接部分采用长600mm的Ф55波纹管。组装时Ф50波纹管分别旋人接头管内约300mm，组装后套入已安装固定端的钢丝束(图4-14-3a)。

3.将张拉端带有外螺纹的锚板穿人钢丝束，并完成镦头(图4-14-3b)。

4.张拉端的铺板退至镦头部，旋动Ф50波纹管，分别退出接头管约200mm，直至两端顶入承压板孔内，接头管接口处用胶带封裹(图4-l4-3c)。

全部组装完的钢丝束用人工立束，再安装到池壁模板中。

第3节                                张拉程序与顺序

张拉设备采用YC一60型千斤顶和工具式拉杆。浇筑混凝土后强度达l00%时进行张拉。

张拉的程序为：0→初应力(0.l~0.2σcon)→超张拉(1.05σcon)→插入垫片→1.0σcon (量测伸长值)。

由于钢丝束较多，为保证池壁张拉时受力均匀，采取隔束张拉的顺序。即先张拉编号为单号的预应力筋，后返回张拉编号为双号的预应力筋。

第4节                                孔道灌浆

灌浆孔采用内径15mm的半硬塑料管，管前端劈开约l00mm，包于波纹管开口处，接口处用胶带包扎严密。为保证密封质量，再涂环氧树脂。施工顺序为先包管后开孔，灌浆材料采用水灰比为0.4~0.45的净水泥浆，并适当掺碱水剂。灌浆自下而上进行，加压至顶部锚板处喷出浓浆为止。