缓粘结预应力钢绞线在圆形水池中的应用

1、缓粘结预应力钢绞线在圆形水池中的应用摘要：缓粘结预应力筋具有可靠性、耐久性好和施工方便等优点，近几年通过国内科研和生产、设计等单位的努力已经有一些成功应用的实践，本文介绍了缓粘结预应力钢绞线在污水处理工程圆形水池中的应用情况。关键词：圆形水池、缓粘结预应力钢绞线、预应力筋前言：预应力技术在给水排水工程领域尤其是圆形水池、消化池中得到较为广泛的应用，随着预应力技术的不断发展，圆形水池的预应力技术也从早期的绕丝预应力发展到90年代的有粘结和无粘结预应力，以及近两年开始应用的缓粘结预应力技术。国外缓粘结预应力技术的发展已经比较成熟，如日本、法国等。其缓粘结预应力钢筋与无粘结预应力筋类似，在高强度钢绞

2、线外裹高密度聚乙烯套管，在外套和钢绞线间充填环氧树脂类缓粘结胶粘剂。国内于九十年代对缓粘结技术进行研究，早期采用的是缓凝砂浆技术，利用复合缓凝剂制成具有较强流变特性的缓凝砂浆，并应用于国内一些桥梁工程中，但该技术难以实现工厂化生产。2003年在天津第二预应力钢丝有限公司试生产出与无粘结筋类似的缓粘结预应力筋，该缓粘结预应力筋以15.2的高强度钢绞线为芯线，钢绞线外裹高密度聚乙烯外套，在外在外套和钢绞线之间充填缓粘结环氧树脂胶粘剂。 至今，缓粘结预应力技术已经成功用于污水处理工程等圆形沉淀池。2几种预应力筋的技术特点2.1无粘结预应力筋的特点和不足无粘结预应力结构体系具有空间布置灵活、施工简便、

3、摩阻系数小、预应力损失少等优点，但它也有一定的缺点，主要表现在以下几个方面：（1）极限强度：由于无粘结筋与混凝土之间存在滑动，在构件的最大弯矩处预应力筋的实际应变只是平均应变。这就造成在构件受弯极限状态下的无粘结筋的实际应力远小于相应的有粘结筋的应力。所以在受弯构件中，无粘结预应力筋的极限强度不能得到充分发挥。（2）裂缝：实验表明，无粘结预应力混凝土受弯构件的开裂较集中，这就导致混凝土应变集中，裂缝表现为少而宽。（3）连续破坏问题：对于连续多跨的单向无粘结预应力混凝土结构，当其中某一跨出现预应力筋失效时，势必将使连续结构丧失部分或全部的承载能力。（4）耐久性：针对圆形水池结构而言，无粘结筋全部

4、靠锚具传递拉力，从而提出预应力筋全程防水密封等要求。其对于锚具的质量、耐久性和抗腐蚀性要求突出。2.2有粘结预应力筋的特点和不足有粘结预应力体系其具有承载力较高，抗疲劳性能好等优点，但施工工艺较为复杂，工期长且施工阶段对构件截面消弱较多，在一些工程上的使用也受到了限制。在实际工程中发现传统的灌浆方法造成的孔道内的不密实，也影响了结构的耐久性。2.3缓粘结预应力筋结构的特点由缓粘结预应力筋结构示意图（图1）可知，其结构与无粘结筋很接近。缓粘结筋的作用机理是在预应力筋与护套之间，填充一种环氧类缓凝材料，这种材料在正常温度下，在一定时间内是几乎无凝结的。这样使其在工程现场进行安装、张拉时可完全采用无

5、粘结筋预应力技术、设备和工序。施工完成后经过预定时间，缓凝材料开始逐渐硬化，并达到相当的粘结和抗压强度，对预应力筋产生握裹、保护作用，使得预应力筋和混凝土构件粘结为一体，具备较好的自锚能力，从而后期又具备了有粘结筋的使用效果。缓粘结预应力筋是一种新的预应力筋粘结形式，缓粘结预应力筋技术是一种在预应力筋的张拉前具有无粘结筋的特点，而后期又具有有粘结筋使用效果的预应力工艺，综合了无粘结筋施工简便与有粘结筋安全可靠的两方面各自的优点。它既具有无粘结筋的施工迅速、布索灵活、使用方便、无需孔道的设置和压浆过程繁杂工艺的优点，又具有有粘结筋在后期使用上的特点和耐久性高、抗腐蚀能力强等优点。图1 缓粘结预应

6、力筋结构示意图3圆形水池缓粘结预应力的设计3.1池体基本情况李村河污水处理厂二期工程的六个圆形水池均为地下式，外半径为41m左右，池高5m，壁厚250mm，混凝土强度等级：池壁为C40, 其它均为C30,抗渗等级为S6,抗冻等级F200。设计采用缓粘结预应力钢绞线UPS15.7-1860(公称截面面积150mm²),钢绞线强度标准值fptk=1860N/mm²，根据有关单位提供的缓粘结筋预应力损失计算有关参数为=0.004，=0.152。预应力筋的锚具选用1860MPa级、公称直径dn15.7mm，单孔夹片锚具。预应力筋内缩值a5mm(有预压)。缓粘结预应力钢绞线固化龄期为

7、3个月（限于当时的技术条件，现可达到12个月），最佳张拉时间在固化龄期的1/31/2之间。预应力筋张拉控制应力con=1415N/mm2，单根预应力筋张拉力F=212.25kN。3.3设计要点（1）结构型式池壁与底板连接为杯口型式，张拉缓粘结预应力筋时池壁底端为滑动链杆（图2），张拉缓粘结预应力筋后池壁底端为固定铰支座（图3）。图2 滑动链杆结构型式图 图3 固定铰支座结构型式图张拉缓粘结预应力筋时池壁底端滑动，便于在阻力很小的条件下对池壁高效地施加压力，预应力对底板不产生次应力，结构受力简捷、明确。缓粘结预应力筋张拉后，池壁底端为固定铰支座，是利用底板对池壁底端水平环向固定铰向约束，减少池壁

8、的拉应力，受力合理且节省预应力筋。（2）设计工况结合本池的实际条件，设计考虑了两种控制性工况，第一种工况：试水阶段；第二种工况：使用阶段空池检修即内空外土。a.试水阶段工况的荷载组合为：池壁内水外空时的内水压力+池壁的壁面温差(或壁面湿差的当量温差)t。b.使用阶段工况的荷载组合为： 池外地坪堆载+土压力+预应力筋产生的侧压力 。（3）抗裂控制计算池壁拉应力时，应计算池壁边缘法向拉应力，也就是池壁的轴向拉应力+池壁水平弯矩产生的边缘法向拉应力（图4）。并由此进行抗裂控制，确定预应力筋数量。图4 边缘法向拉应力组合图（4）预应力筋的布置及张拉端的构造预应力筋每圈由3段长度为47m的缓粘结预应力钢

9、铰线组成，分别锚固在沿圆周间隔60°布置的6个锚固肋上。每段预应力筋间隔锚固于相隔120°布置的2个锚固肋上。预应力筋锚固位置交错布置可减少预应力摩擦损失。预应力筋在圆形水池池壁内沿其高度共铺设14圈。张拉锚固端采用无穴模后浇砼包封的构造型式，缓粘结预应力筋端头及锚具涂防腐油脂用塑料长封套密封，砼结合面凿毛，并配拉结钢筋，用后浇细石微膨胀混凝土对缓粘结预应力筋端头及锚具进行保护（图5）。a. 预应力筋张拉锚固端平面图b. 预应力筋张拉锚固端剖面图 图5缓粘结预应力筋张拉端的构造图（5）预应力筋张拉缓粘结预应力筋张拉作业，在池壁混凝土达到设计强度的85%以上时进行,采用一次张

10、拉。 缓粘结预应力筋张拉顺序：先自上而下隔圈张拉,再自下而上隔圈张拉(施工时可自行安排先自上或先自下张拉)；采用同一圈三根缓粘结预应力钢铰线同步张拉，每根缓粘结预应力筋两端张拉的工艺施工。4圆形水池缓粘结预应力筋的施工4.1预应力施工要点根据预应力筋圆形水池的工程实践，缓粘结预应力筋在施工中应注意下列几个方面：a.贮存与运输缓粘结预应力筋宜成盘运输，在运输、装卸时，吊索应外包橡胶、尼龙带等柔性材料并轻装轻卸。缓粘结预应力钢铰线在成品堆放期间，应按不同规格堆放在通风良好的仓库里，不得直接堆放在地面上。b.下料与安装缓粘结预应力筋第一次下料时，由于其早期流淌性较好，应首先观察端部缓凝涂料有无流淌形

11、成中空，若有应切割掉中空部分再下料。下料好的缓粘结预应力筋端头均应用聚乙烯胶带严密封裹，防止缓凝涂料流淌。下料时对缓粘结预应力筋轻微破损处应用聚乙烯胶带修补，若破损严重或是缓凝涂料溢出现象比较严重，应报废该段缓粘结预应力筋。挤压锚挤压完成后，缓粘结筋包皮离挤压锚套管根部应小于510mm，同时用聚乙烯胶带封裹。c.张拉缓粘结预应力筋张拉前，割掉外露表皮。除皮过早，缓凝涂料容易流出；过晚则缓凝涂料逐渐固化，不易除掉。除皮时，同时清理掉钢铰线表面的缓凝涂料，防止张拉时由于钢铰线表面杂物进入，而降低工具锚的锚固性能。张拉时间必须在缓凝涂料未固化前。最佳张拉时间在整个固化龄期固化龄期的1/31/2之间（现可1/41/2之间），该期间摩阻最为稳定，且数值较小。若张拉时间较为靠后，有条件时可在正式张拉前几天进行预拉，单端抽动钢绞线至另一段发生移动20mm以上为止。目的是减少正式张拉时的摩阻，有利于预应力的建立。d.现场测试因为存储条件、施工周期和环境温、湿度的千差万别，为保证缓粘结预应力筋张拉施工质量，应该在正式张拉前进行现场实际摩擦损失试验，以确定相应系数，进行缓粘结预应力钢绞线伸长值的计算和校核，并根据实际情况对张拉方案进行调整。5总结缓粘结预应力筋技术是一种在预应力筋的张拉及施工过程中具备无粘结筋的特点，而施工完成后又具备有粘结预应力筋使用效果的预应力技术