1、大型污水處理池預應力施工技術張工文1 劉航2 李晨光2（1、中國紡織工業設計院，北京1000371；北京市建筑工程研究院，北京100039）提 要 介紹了某大型污水處理工程中預應力水池的結構方案和預應力施工技術，并進一步探討了預應力技術在大型水池中的應用。關鍵詞 水池，預應力，防腐蝕錨具，施工1 工程概況某大型污水處理項目包含多個大型矩形水池，如事故調節池（70.46m×79.38m×8.08m）、射流曝氣池(32m×80m×9m)、UASB厭氧池(20m×68m×9.5m)等，這些水池由于體型巨大，且貯水水位較高，在使用荷載下較易出

2、現裂縫，導致滲漏。為防止池壁、池底混凝土在水壓力、水溫度的作用下出現裂縫，在池壁、池底中配置了無粘結預應力筋，在拉梁中配置了有粘結預應力筋。該工程主要用于污水處理，屬于二、三類環境，采用了L&L全封閉防腐蝕錨具，另外，由于采用了不同的結構方案，各水池的預應力筋布置各不相同，本文介紹了各水池的預應力施工特點。2 結構方案2.1事故調節池圖1 事故調節池平面尺寸示意該工程事故調節池平面布置如圖1所示。從圖1可以看出，該事故調節池由三個連體水池組成，每個水池的軸線長度均為70.46m，寬度分別為23.46m、23.46m、32.46m。事故調節池池底上表面到池壁頂高度為8.08m，滿貯水時，

3、最高水位為7.6m。地基為素土強夯。由于為事故調節池，結構除承受水壓力外，還將承受80-90高溫水所帶來的溫度作用。可以看出，如采用常規鋼筋混凝土結構，在上述水壓力和溫度作用下，結構將產生較大的內力，導致池體開裂。為提高水池的抗裂能力，應主要從兩個方面采取措施：一方面是結構方案的優化，即通過采用合理的池壁和池底厚度等方法，減小結構所承受的拉應力；另一方面是通過采用預應力技術，對受拉截面施加預壓作用，從而減小結構所承受的拉應力。這兩種措施可以相互配合采用，以達到最佳的使用性能。確定采用的結構方案平面布置如圖2所示，池底采用變截面設計，中間薄，兩邊厚，池底 最薄部位厚300mm，最厚部位厚1000

4、mm。考慮到池壁截面應力自下而上迅速減小，采用變截面池壁，池壁根部厚900mm，頂部厚300mm，僅在池2頂部設置短方向的拉梁。a池底變截面布置 b池頂拉梁布置圖2 事故調節池結構布置2.2 UASB厭氧池UASB厭氧池結構平面布置如圖3所示。圖3 UASB厭氧池結構平面布置UASB厭氧池池底上表面到池壁頂高度為9.5m，滿貯水時，最高水位達8.6m。從圖3中可以看出，UASB厭氧池是由兩個連體水池組成，每個水池的平面尺寸為34.58m×20.14m，采用了扶壁柱、拉梁的結構方案。除了在池壁上設置扶壁柱外，池內也等間距設置了結構柱，拉梁位于池壁中部，而不是池頂，這一方面是由工藝要求確

5、定的，同時也改善了整個池體的受力性能，扶壁柱和拉梁的三維示意圖見圖4。經有限元優化分析后確定的池壁厚度為350mm。該池地基也為素土強夯，池底采用等截面設計，厚度680mm。圖4 UASB厭氧池扶壁柱和拉梁布置示意2.3 射流曝氣池射流曝氣池結構平面布置見圖5。圖5 射流曝氣池結構平面射流曝氣池池底上表面到池壁頂高度為9.02m，滿貯水時，水位高度為8.0m。從圖5可以看出，該射流曝氣池由兩個連體水池組成，每個水池的軸線長度均為80.14m，寬度為16.35m。為改善結構的受力性能，射流曝氣池也采用了扶壁柱、拉梁的結構方案，與UASB厭氧池不同，射流曝氣池采用雙層拉梁方案，如圖6所示。經有限元

6、優化后，邊池壁厚度為350mm，中池壁厚度為500mm。該池地基也為素土強夯，池底采用等截面設計，厚度580mm。圖6 射流曝氣池扶壁柱和拉梁示意3 預應力筋的布置本工程抗裂控制等級為一級，即在荷載效應標準組合下不允許出現拉應力：為實現上述抗裂控制要求，首先用ANSYS有限元分析軟件對各水池按活荷載不利組合進行了內力和變形分析，根據荷載短期效應標準組合下有限元分析結果計算出的最大拉應力計算所需預應力鋼筋的數量，非預應力筋按承載力驗算確定。預應力筋的曲線形狀按有限元分析得到的應力或彎矩分布圖布置，池底由于拉應力較小，且在不同工況作用下可能出現反向受力情況，池底預應力筋采用直線布置；對于可能承受正

7、反兩方向的中池壁及中池壁上的扶壁柱，也采用對稱直線布置預應力筋。事故調節池的邊池壁預應力筋布置見圖7。圖7 事故調節池邊池壁預應力筋布置 由圖7可見，對于事故調節池的邊池壁，其豎向應力主要為內側受拉，且隨高度逐漸減小，因此預應力筋貼池壁內側布置，到池頂趨于中心線；水平應力的分布則較豎向應力有較大不同，對于短池壁而言，跨中部位池壁外側受拉，支座部位內側受拉，因此預應力筋采用了拋物線形狀布置；對于長池壁，支座內側受拉，而離開支座一定距離后，水平方向基本沒有拉應力，因此采用了圖示的預應力筋布置方式。圖8為UASB厭氧池邊池壁的預應力筋布置。圖8 UASB厭氧池邊池壁預應力筋布置由圖8可見，對于UAS

8、B厭氧池的邊池壁，其豎向應力分布主要呈現池壁根部內側受拉，中部外側受拉，頂部應力很小的特點，因此豎向預應力筋采用了拋物線與直線相接的布置方式，以盡可能符合其拉應力分布；由于長池壁和短池壁均設置了扶壁柱，水平應力的分布基本相同，即跨中部位池壁外側受拉，支座部位內側受拉，因此預應力筋采用了拋物線形狀布置。對于射流曝氣池的邊池壁，其豎向應力和水平應力分布與UASB厭氧池基本相同，即跨中部位池壁外側受拉，支座部位內側受拉，因此預應力筋采用了拋物線形狀布置。4 預應力筋的施工4.1全封閉防腐蝕錨具圖9 L&L全封閉防腐蝕群錨構造由于該工程屬污水處理工程，且位于江邊，對防腐蝕的要求較高，為進一步提

9、高預應力筋的防腐蝕性能，設計采用了L&L系列全封閉防腐蝕錨具，該錨具的應用使預應力筋又多了兩道防線。L&L系列全封閉防腐蝕群錨的構造如圖9所示。單根無粘結預應力筋張拉端錨具構造如圖10所示。封端罩圖10 單根無粘結張拉端構造4.2 預應力筋的鋪設預應力筋的鋪設與非預應力鋼筋的綁扎同步進行，對于上述水池，由于池底、池壁、拉梁、扶壁柱等構件中均要施加預應力，在鋪設預應力筋時，配合土建施工順序，按先底板，后池壁和扶壁柱，最后拉梁的順序進行預應力筋鋪設，曲線預應力筋的定位按固定馬凳或定位鋼筋實現。直線預應力筋利用非預應力鋼筋進行固定。池壁內預應力鋼筋定位示意圖如圖11所示。圖11 池壁

10、預應力筋鋪放示意圖另外，為保證池頂標高，同時也為使水池外立面保持整潔，預應力張拉端通過設置穴模而不露出混凝土表面，單孔錨具的張拉端穴模做法如圖10所示。對于有粘結預應力，采用鍍鋅波紋管作為預留孔道。在鋪設波紋管時，設置灌漿孔，并保證波紋管連接處的密閉性。4.3 預應力筋的張拉由于池底、池壁、扶壁柱以及拉梁等構件中均要施加預應力，應盡量減小施加預應力時，各構件間的不均勻變形。因此需要配合土建施工，制訂最優的預應力張拉順序。由于張拉預應力時，占荷載主要比重的水荷載尚未施加，池底、池壁、梁、柱等有可能在預應力等效荷載的作用下出現變形，另外，水池混凝土的澆筑是先底板，后池壁和扶壁柱，最后是拉梁，施工周

11、期較長，先澆筑的混凝土達到設計強度時，后續構件可能尚未澆筑，結構整體也尚未形成。如張拉方案設置不當，在張拉過程中可能出現不期望出現的情況。綜上考慮，本工程預應力張拉除考慮對稱性原則外，還采取了如下張拉原則：1、 隨土建施工順序進行張拉土建施工的順序，是先澆筑池底，然后澆筑池壁、扶壁柱、最后澆筑拉梁。為使結構受力均勻，減少預應力次內力的影響，同時也符合施工順序，減少張拉占用的工期，張拉順序也按底板、扶壁柱、池壁及拉梁的順序進行張拉，也就是當混凝土強度達到設計強度時，即可對該部位進行張拉。2、 預應力筋分級張拉預應力筋的張拉至少應分兩級進行，這同樣是為了保證結構受力均勻。當混凝土強度達到張拉要求后，整體結構尚未形成前，首先應張拉部分預應力筋，待整體結構形成后，應張拉剩余的預應力筋，實現結構的內力重分布，以盡量減小不均勻變形。5 結論本文以某大型污水處理工程中預應力水池的設計和施工為例，介紹了有關的結構方案及預應力技術的特點和節點構造，從中可以得到如下結論：大型水池抗裂要求較為嚴格，如按一、二級抗裂要求設計，一般應采用預應力技術以提高抗裂能力。 在對大型水池的結構方案進行比選時，應綜合考慮其受力性能和經濟指標，只要其內力和變形在規范容許范圍內，應盡可能選擇更為經濟的方案。污水處理工程的預應力水池，一般屬二、三類環境，