豎向預(yù)應(yīng)力技術(shù)在矩形混凝土曝氣池中的應(yīng)用

元錫市蘆村污水處理廠有2組共4個(gè)大型半地下式的矩形混凝土曝氣池。現(xiàn)結(jié)合該工程介紹高效預(yù)應(yīng)力技術(shù)用于曝氣池設(shè)計(jì)與施工的具體作法。

第1章    池壁設(shè)計(jì)方案的選擇

目前，國(guó)內(nèi)曝氣池外壁設(shè)計(jì)一般有預(yù)制裝配式和整體現(xiàn)澆式2種方案。該工程曝氣池長(zhǎng)50m，寬37.45m，池高6.75m，池內(nèi)水位高6m(圖4-14-1)。該工程水位較高，壁板受力較大，根部彎矩達(dá)378kN·m，若采用預(yù)制拼裝方案，以下問(wèn)題不易解決：

l.由于壁板過(guò)高，預(yù)制壁板過(guò)重，運(yùn)輸和吊裝不便，尤其是就位時(shí)施工組織難度很大。

2.壁板拼縫內(nèi)的水平連接鋼筋要求焊接，灌縫后的混凝土須認(rèn)真養(yǎng)護(hù)。否則接縫處極易滲漏。

3.在壁板與底板接縫處，一般作法是壁板先插入底板槽中，然后在周?chē)?span>C30微膨脹細(xì)石混凝土。但由于杯口較窄，不易填實(shí)，滲漏率很大。有的工程在杯口下底周?chē)鷥蓚?cè)增加150mm厚石棉水泥，然后再填C30微膨脹細(xì)石混凝土，但仍出現(xiàn)滲漏。

若采用普通現(xiàn)澆混凝土，當(dāng)混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C25時(shí)，壁板厚度達(dá)600mm，鋼筋的配置為Ф25@90，混凝土和鋼筋的用量都較大，設(shè)計(jì)不合理。

因此，在初步設(shè)計(jì)階段，對(duì)各種方案作了對(duì)比分析，最終選擇了現(xiàn)澆后張有粘結(jié)豎向預(yù)應(yīng)力池壁的方案，把高效預(yù)應(yīng)力技術(shù)用于大型矩形水池類(lèi)的特種結(jié)構(gòu)。

第2章    池壁設(shè)計(jì)中幾個(gè)問(wèn)題的

第1節(jié)                                預(yù)應(yīng)力筋的布置方式

池壁為單向受力，上端自由。在水壓作用下，池壁根部?jī)?nèi)側(cè)彎矩最大，池壁頂部彎矩為零。為充分利用壁板中的預(yù)應(yīng)力筋，應(yīng)使其布置盡量與外荷載引起的彎矩形狀一致，池壁下部的預(yù)應(yīng)力筋靠?jī)?nèi)側(cè)布置，池壁上部的預(yù)應(yīng)力筋靠軸心線布置，位于底板厚度中心線上的固定端偏離池壁軸心線200mm，位于池壁頂面的張拉端正與池壁軸心線同心，每束預(yù)應(yīng)力筋為25Φs5，束的間距為300mm。

第2節(jié)                                池壁的抗裂設(shè)計(jì)

由于工藝要求以及預(yù)應(yīng)力筋為高強(qiáng)碳素鋼絲，池壁不允許出現(xiàn)裂縫，抗裂安全系數(shù)Kcr取1.25。

第3節(jié)                                張拉端與固定端的構(gòu)造

預(yù)應(yīng)力池壁的頂端為張拉端。常用的徽頭錨具為錨杯式，這種錨具在張拉端需預(yù)留擴(kuò)大孔，削弱了局部池壁，需增加池壁的厚度。因此，結(jié)合該工程預(yù)應(yīng)力筋短的情況，可采用錨板式鐓頭錨具，張拉時(shí)利用套筒擰到錨板上的外螺紋上，張拉至設(shè)計(jì)荷載后，用墊片塞入固定。張拉端的構(gòu)造見(jiàn)圖4-14-2上部。

曝氣池底板厚600mm，為保證固定端錨固牢靠，該工程在鋼絲束下端設(shè)置鐓頭錨板。為防止?jié)仓炷習(xí)r，錨板因上浮而脫開(kāi)鐓頭的頭部以及鋼絲下沉，設(shè)計(jì)時(shí)采用一塊薄鋼板焊在錨板下部將鐓頭頭部托住。固定端的構(gòu)造見(jiàn)圖4-14-2下部。

第3章    池壁預(yù)應(yīng)力施工

第1節(jié)                                預(yù)應(yīng)力筋下料

對(duì)鐓頭錨具，在預(yù)應(yīng)力筋較短時(shí)，鋼絲下料長(zhǎng)度應(yīng)嚴(yán)格控制，這是因?yàn)檎`差大將使同束鋼絲的應(yīng)力差異增大。通常采用細(xì)鋼管限位下料，但該工程采用的下料方法為：鋼絲第1次開(kāi)盤(pán)下料長(zhǎng)度為束長(zhǎng)的8~10倍，并增加100mm預(yù)留量。例如下料長(zhǎng)度為5.05m，那么先下50.5m，增加0.1m后為50.6m，下足25根后，綁成捆，放在下料平臺(tái)上，穿過(guò)Ф30圓孔（1in鐵管）后放到角鋼支架上，并對(duì)齊頂緊到限位擋板上，量取所需尺寸，再用砂輪切割機(jī)2次下料，以縮小同束的下料長(zhǎng)度差異。

第2節(jié)                                留孔波紋管的組裝

留孔波紋管的組裝孔道采用波紋管留設(shè)，規(guī)格為Ф50，接頭管規(guī)格為Ф55。由于固定端采用錨板，張拉端采用帶外螺紋的錨板，錨板的外徑為90mm，大于波紋管的直徑，而鋼絲束端部因?yàn)榛疹^，需留出400mm左右的自由長(zhǎng)度，所以，利用Ф50的波紋管能在Ф55的接頭管內(nèi)旋進(jìn)旋出的特長(zhǎng)，留孔波紋管的組裝按以下步驟進(jìn)行：

l.先組裝固定端。錨板穿入鋼絲束并徽頭，然后將3mm厚鋼板與錨板點(diǎn)焊牢。

2.留孔用的￠50波紋管為兩段對(duì)接而成，對(duì)接后的長(zhǎng)度比上下鋪具承壓板間距短約400mm。對(duì)接部分采用長(zhǎng)600mm的Ф55波紋管。組裝時(shí)Ф50波紋管分別旋人接頭管內(nèi)約300mm，組裝后套入已安裝固定端的鋼絲束(圖4-14-3a)。

3.將張拉端帶有外螺紋的錨板穿人鋼絲束，并完成鐓頭(圖4-14-3b)。

4.張拉端的鋪板退至鐓頭部，旋動(dòng)Ф50波紋管，分別退出接頭管約200mm，直至兩端頂入承壓板孔內(nèi)，接頭管接口處用膠帶封裹(圖4-l4-3c)。

全部組裝完的鋼絲束用人工立束，再安裝到池壁模板中。

第3節(jié)                                張拉程序與順序

張拉設(shè)備采用YC一60型千斤頂和工具式拉桿。澆筑混凝土后強(qiáng)度達(dá)l00%時(shí)進(jìn)行張拉。

張拉的程序?yàn)椋?span>0→初應(yīng)力(0.l~0.2σcon)→超張拉(1.05σcon)→插入墊片→1.0σcon (量測(cè)伸長(zhǎng)值)。

由于鋼絲束較多，為保證池壁張拉時(shí)受力均勻，采取隔束張拉的順序。即先張拉編號(hào)為單號(hào)的預(yù)應(yīng)力筋，后返回張拉編號(hào)為雙號(hào)的預(yù)應(yīng)力筋。

第4節(jié)                                孔道灌漿

灌漿孔采用內(nèi)徑15mm的半硬塑料管，管前端劈開(kāi)約l00mm，包于波紋管開(kāi)口處，接口處用膠帶包扎嚴(yán)密。為保證密封質(zhì)量，再涂環(huán)氧樹(shù)脂。施工順序?yàn)橄劝芎箝_(kāi)孔，灌漿材料采用水灰比為0.4~0.45的凈水泥漿，并適當(dāng)摻堿水劑。灌漿自下而上進(jìn)行，加壓至頂部錨板處噴出濃漿為止。