加筋挡墙在山区变电工程中研究与应用PPT课件

1、 我国在古代就应用了植物加筋填土技术，进行地基和土工构筑物加固处理，取得了良好的实效。现代土工加筋方法由法国建筑工程师亨瑞威尔在1960年早期采用。他的研究引导了加筋技术的产生和发展,最早采用的是钢带加固，而后广泛应用了高分子聚合物加筋材料。1979年云南省煤炭设计院在云南田坝矿区建成了我国第一座加筋土挡墙储煤仓 成为我国引入现代加筋土技术的标志。加筋土技术的设计理论和施工技术也日趋成熟，其应用领域也不断扩大，迄今已在全国建成加筋土工程逾千座，取得了巨大的经济效益和显著的社会效益。在电力系统膨胀土地区330kV变电工程中应用尚无先例 。第1页/共28页1.1加筋土挡墙的技术特点加筋土挡墙的技术

2、特点 加筋土挡墙与传统的钢筋混凝土和圬工挡墙相比有许多优点加筋土挡墙与传统的钢筋混凝土和圬工挡墙相比有许多优点, ,表现在表现在: : 施工过程简便、快速施工过程简便、快速, ,不需要大型的施工机械。不需要大型的施工机械。 施工时不需要特殊技术人员。施工时不需要特殊技术人员。 与其他结构相比与其他结构相比, ,需要较少的现场准备工作。需要较少的现场准备工作。 施工时占用场地更小。施工时占用场地更小。 减少道路用地要求。减少道路用地要求。 加筋土结构能适应地基沉降变形能力强加筋土结构能适应地基沉降变形能力强, ,故不需要坚固的地基。故不需要坚固的地基。 造价经济。可节省工程造价造价经济。可节省工

3、程造价 25255050。 高于高于2525的墙体的墙体, ,技术可行。技术可行。 加筋土挡墙最大的优点在于它对软弱地基的适应性和承受变形的能力。加筋土挡墙最大的优点在于它对软弱地基的适应性和承受变形的能力。 根据在地震活动地区的观察根据在地震活动地区的观察, ,这种结构证明了它具有比刚性混凝土结这种结构证明了它具有比刚性混凝土结构更高的抗震能力。构更高的抗震能力。 第2页/共28页1.2膨胀土地区山区变电工程出现的问膨胀土地区山区变电工程出现的问题题 1 1 山区变电工程出现的问题山区变电工程出现的问题 由于变电站的选址要求由于变电站的选址要求, ,站址常位于山区站址常位于山区, ,山区地势

4、山区地势起伏不定，地质颇为复杂。平整场地往往采用挡土墙结起伏不定，地质颇为复杂。平整场地往往采用挡土墙结构，由于地势起伏回填土层不均匀，虽然地基满足承载构，由于地势起伏回填土层不均匀，虽然地基满足承载力的要求力的要求, ,但因为回填土和原状土存在压缩性差异但因为回填土和原状土存在压缩性差异, , 地地基的不均匀沉降会导致建筑物产生楼板开裂、墙体产生基的不均匀沉降会导致建筑物产生楼板开裂、墙体产生裂缝等现象变电站工程属生命线工程，对侧向和竖向裂缝等现象变电站工程属生命线工程，对侧向和竖向差异变形控制及要求非常严格，差异变形控制及要求非常严格，本课题的目的就是要严本课题的目的就是要严格控制超高挡土

5、墙的以上两种变形和膨胀土的不良地质格控制超高挡土墙的以上两种变形和膨胀土的不良地质作用，确保变电站的安全运行作用，确保变电站的安全运行第3页/共28页2 2 膨胀土的特性膨胀土的特性 膨胀土即指土的粘土矿物成分中富含亲水性粘土矿物膨胀土即指土的粘土矿物成分中富含亲水性粘土矿物, ,以强亲水的蒙脱石以强亲水的蒙脱石和伊利石为主，具有吸水显著膨胀软化和伊利石为主，具有吸水显著膨胀软化, ,失水急剧收缩硬裂失水急剧收缩硬裂, ,以及往复湿胀干缩以及往复湿胀干缩特性的高塑性粘性土。当膨胀土作为回填土时，膨胀土的侧向和竖向膨胀变形特性的高塑性粘性土。当膨胀土作为回填土时，膨胀土的侧向和竖向膨胀变形会引起

6、地基裂缝和不均匀沉降，给工程设计和建设带来了严峻的考验。会引起地基裂缝和不均匀沉降，给工程设计和建设带来了严峻的考验。1.2膨胀土地区山区变电工程出现的问题第4页/共28页1.31.3超高加筋土挡墙在山区变电工程中应超高加筋土挡墙在山区变电工程中应用用 加筋土结构由于拉筋具有柔性，能较好地随土下沉而变形，加筋土结构由于拉筋具有柔性，能较好地随土下沉而变形，充分利用材料的性能以及与筋带的共同作用，因而能克服较大充分利用材料的性能以及与筋带的共同作用，因而能克服较大沉降差异。沉降差异。在山区变电工程，尤其是膨胀土地区的山区变电工程，在在山区变电工程，尤其是膨胀土地区的山区变电工程，在变电站站区采用

7、超高加筋土挡墙技术，不仅能大大降低工程造变电站站区采用超高加筋土挡墙技术，不仅能大大降低工程造价，更重要的是能保证整个变电站站区及站内建构筑物的安全、价，更重要的是能保证整个变电站站区及站内建构筑物的安全、达到站内电气设备对沉降、变形的要求。从而为变电站的安全达到站内电气设备对沉降、变形的要求。从而为变电站的安全运行提供有力保障，具有很好的安全效益、社会效益和很大的运行提供有力保障，具有很好的安全效益、社会效益和很大的经济效益。经济效益。第5页/共28页1.41.4课题依托工程及项目课题依托工程及项目 本课题结合本课题结合330kV330kV金州变工程金州变工程 330kV330kV金州变电站

8、工程：金州变电站工程： 位于安康市关庙镇一个哑铃形的山顶，东位于安康市关庙镇一个哑铃形的山顶，东南侧场地高差约南侧场地高差约9m9m； 场地分布弱膨胀性土，作为填筑材料压实场地分布弱膨胀性土，作为填筑材料压实后，尽管填土比较密实，但浸水后仍有较大的后，尽管填土比较密实，但浸水后仍有较大的膨胀变形，不利于变电站地基稳定；膨胀变形，不利于变电站地基稳定； 该工程采用了弱膨胀性土的加筋土挡墙维该工程采用了弱膨胀性土的加筋土挡墙维持填土地基工程的稳定措施。持填土地基工程的稳定措施。本课题结合国家自然基金项目本课题结合国家自然基金项目 非饱和土等效固结变形试验研究与理论分非饱和土等效固结变形试验研究与理

9、论分析，项目编号析，项目编号5077905450779054 第6页/共28页总平面及竖向布置图总平面及竖向布置图第7页/共28页膨胀土的基本力学参数膨胀土的基本力学参数 330kV330kV金州变工程填土为膨胀土，而填土的基金州变工程填土为膨胀土，而填土的基本力学参数是进行加筋土室内模型试验成果分析和本力学参数是进行加筋土室内模型试验成果分析和挡土墙稳定性验算的基础，从现场取土分别进行了挡土墙稳定性验算的基础，从现场取土分别进行了室内室内膨胀土力学参数试验膨胀土力学参数试验和和加筋土模拟试验加筋土模拟试验。室内。室内模型试验主要分析筋带与填土之间的摩阻和抗拔特模型试验主要分析筋带与填土之间的

10、摩阻和抗拔特性，进行单根筋带填埋于填土中拉拔过程的荷载与性，进行单根筋带填埋于填土中拉拔过程的荷载与位移变化，揭示筋带在填土中的实际受力状态，验位移变化，揭示筋带在填土中的实际受力状态，验证设计的合理性，保证加筋土挡墙的稳定性证设计的合理性，保证加筋土挡墙的稳定性 。第8页/共28页模型试验的设计模型试验的设计 模型试验利用西安理工大学为本项目自主研制开发的加筋土模型试验机，最大限度地模拟现场加筋土挡墙中筋带与填土之间的作用机理，探讨和研究二者之间的摩擦相互作用特性，以及加筋土挡墙的稳定性与筋带的抗拉拔特性、破坏形式之间的变化规律，从而获得基本的物理力学参数，为现场加筋土挡墙的设计和施工提供必

11、要的基础和条件。 第9页/共28页1 1 加筋土模拟试验机加筋土模拟试验机 模型试验机由模型试验槽、土层上覆荷载模拟加压系统、锚固拉拔系统和加筋带应力应变量测系统四部分构成。第10页/共28页2.4 2.4 拉拔模型试验拉拔模型试验 1 1 试验内容：试验内容： 试验依据试验依据公路加筋土工程设计规范公路加筋土工程设计规范(JTJ/ (JTJ/ 015-91)015-91)进行。具体试验内容如下：进行。具体试验内容如下： (1)(1)不同长度筋带，在不同上覆压力时的拉拔试验；不同长度筋带，在不同上覆压力时的拉拔试验； (2)(2)沿筋带不同长度的应力和应变测试；沿筋带不同长度的应力和应变测试；

12、 (3)(3)不同的填土压实度时，筋带的拉拔试验。不同的填土压实度时，筋带的拉拔试验。 通过以上试验可以测试筋带的握裹力，筋带通过以上试验可以测试筋带的握裹力，筋带的抗拉拔强度，沿筋带的应力分布情况，研究填的抗拉拔强度，沿筋带的应力分布情况，研究填土与筋带之间的摩擦力作用机理。土与筋带之间的摩擦力作用机理。第11页/共28页2.52.5试验部分结果试验部分结果第12页/共28页 第13页/共28页2.62.6室内试验的结论与建议室内试验的结论与建议 (1) 筋带内钢丝和聚合物之间滑动摩擦力，即握裹力大小，由于实际工程中聚合物的表面承受上覆土压力，因此这种握裹力与单纯对筋带测试得到的握裹力不同，

13、只有通过模型试验才能得到，这种摩擦力又通过聚合物传递给土体，是此时加筋提供给土体的加固力。对不同阶段的变形和受力机理研究清楚，才能提出切实可行、安全可靠的设计方案。 第14页/共28页 （2）在试验中观察到拉筋带钢丝与聚氯乙烯材料之间有时会发生滑移、筋带被拉断（上覆压力较高）和筋带被拔出（上覆压力比较低）的现象, 当筋带内拉力达到聚合物与钢丝之间的握裹力后，即产生相对滑移，表现为聚合物延伸率增大；聚合物延伸变形的结果使其发生拉断破坏。筋带抗拉拔力与握裹力和钢丝表面的聚合物性质有关。挡土墙结构中底部拉筋的设置应当避免发生滑移现象。 （3）筋带的极限抗拉拔力强度随筋带长度的增大呈非线性增长变化，且

14、增长幅度逐渐趋于一个极限值，与刚性带（钢板带等）的变化规律不同。对现有的刚性带设计方法应做出修正；第15页/共28页 （4）拉拔力施加端筋带的变形发展突出，聚合物钢丝之间首先产生相对滑动变形。筋带周围土的摩阻作用使筋带保护层的变形减小，且距拉拔端越远变形越小； （5）筋带长度与抗拉拔力成非线性增长关系。当钢塑带作为支挡结构拉筋材料时,考虑填土特性及上部加载压力影响来决定拉筋长度是非常重要的。粗粒料是加筋土工程的优选填料,填土的密实度对拉筋抗拔力的发挥影响十分显著。因此,施工中要注意填土的密实度； （6）CAT钢塑复合拉筋带的主要受力部分是聚氯乙烯内裹的钢丝。钢丝同聚氯乙烯外壳的摩擦力得到了保证

15、才能保证整个筋带同土的摩擦性质。即在高填土的设计中要避免筋带滑移现象的产生，并且在选择拉筋带时要选择表面粗糙和利于施工的拉筋带；第16页/共28页 （7）摩阻力随上覆压力增加而增加。当超过某个数值时(本次试验是400kPa左右),摩阻随增加不明显,并逐渐趋于稳定； （8）用传统的计算公式得出的结论是：随着筋带长度的增加，筋带能够提供的摩擦力就越大；但是从试验得出的结论是：土与筋带之间的摩擦力不仅与长度有关，而且还与筋带的握裹力有关。筋带的握裹力是决定挡土墙稳定性的一个关键因素； （9）拉筋受拉变形，使填土土体受到扰动，引起竖直土压力重新分布，由于土的自然成拱作用，重新分布后的竖直压应力值在其重

16、新分布前的总值中所占的比例将随填土高度的增加而减少。第17页/共28页3 3 加筋土挡墙的设计与验算加筋土挡墙的设计与验算 3.1根据加筋土挡墙规范对330金州变工程进行了挡土墙设计第18页/共28页3.2 330kV3.2 330kV金州变加筋土挡墙稳定性金州变加筋土挡墙稳定性验算验算 外部稳定性验算，包括滑动稳定性验算、倾覆稳定性验算、地基应力验算和整体稳定性分析。考虑场地环境影响条件下加筋土挡墙稳定性，还对挡土墙进行了浸水挡墙验算和抗震挡墙验算。第19页/共28页整体稳定性分析整体稳定性分析整体稳定性分析，即加筋体随地基一起滑动的验算，其目的在于确定潜在破裂面的安全系数。在进行验算时，对

17、于如何考虑埋置于土中的筋带效果，至今尚无确切和统一的方法。本课题采用的方法有以下两种：（1）不考虑筋带作用，筋带长度不超过可能的滑动面，可以按普通的圆弧法计算，即不考虑筋带的作用。（2）考虑筋带作用，破裂面穿过筋带时，将伸入滑弧后面的筋带长度产生的摩阻力和筋带的抗拉强度两者的小值对滑弧圆心取矩，视为稳定力矩。筋带的作用按两种方法考虑：假定筋带作用力沿筋带方向；假定筋带作用力沿圆弧滑动面切向。 综上所述，330kV金州变电站加筋土挡墙工程稳定性满足要求第20页/共28页在山区变电工程现场监测在山区变电工程现场监测 330kV金州变工程加筋土挡墙主体工程设计最高高度1米，填土料为膨胀土，在内部因素

18、(膨胀)和外部自然条件(雨季)的影响下，加筋土挡墙的工作性态和安全状况时刻在发生着变化。为了确保施工的合理化进行以及膨胀性土加筋土挡墙的稳定性，我们就该加筋土挡墙的几个特征断面进行监测，旨在及时发现安全隐患问题，采取有效措施，保证挡土墙工程的稳定性；不仅如此，现场监测还可以验证设计参数，对挡土墙的施工工艺进行评价和改进等。 第21页/共28页4.14.1监测内容监测内容1 竖向土压力和侧向土压力的监测，可以了解挡土墙墙背所承受的侧向土压力，以及土压力随填土高度的变化情况。因为侧向土压力过大会导致面板向外凸出，给加筋土挡墙的稳定性带来威胁。2 变形观测，可以发现不利于挡土墙的侧向位移和不均匀沉降，直观的反映出位