水利工程中高邊坡開挖及加固設計要點研究

鄧力博

前言

在我國許多地區，由于受到地形條件的限制，在進行水利工程建設的過程中，常常都會采用高邊坡的形式，而對于高邊坡工程而言，穩定性是一個非常突出的問題，高邊坡的穩定與否對于水利工程的整體質量有著非常重要的影響。而開挖是影響水利工程高邊坡穩定性的一個重要因素，因此必須要明確開挖對高邊坡穩定性的影響，然后根據工程的實際情況對其進行加固設計，從而使得水利工程高邊坡的穩定性能夠得到有效的提升，因此對于水利工程高邊坡開挖及加固設計要點進行研究有著非常重要的意義。

1 水利工程高邊坡開挖變形分析

在進行水利工程施工的過程中，常常會涉及到高邊坡工程，而在對于高邊坡開挖的過程中，由于原始的自然坡體受到人為開挖的擾動，會使得坡體內原有的力學平衡狀態被打破，進而引起應力發生變化，直到達到新的力學平衡狀態。在對于高邊坡進行開挖的過程中，開挖坡體的位移場也會發生相應的變化，坡體從表面到內部的各個位置都會產生不同的位移，因此在對于高邊坡進行開挖的過程中，開挖坡體內發生應力調整和位移變化的區域被統稱為開挖影響區。而在開挖的過程中，如果影響區內一些部位的應力發生了較大的變化，進而導致大位移情況的出現，導致局部破壞發生，如果繼續進行高邊坡的開挖，這些局部破壞區域會進一步擴散，然后發展成為宏觀的破壞面，最終導致整個邊坡出現失穩的情況。在開挖過程中，高邊坡十分容易在自重應力的作用之下而出現滑移破壞，同時開挖影響區的大小又與開挖施工方法的選擇、雨水滲入坡體和地下水等因素有著非常密切的關系，所以在進行水利工程高邊坡開挖的過程中，必須要有效地對于開挖影響區加以控制，提高邊坡的穩定性。

2 水利工程高邊坡穩定分析及加固設計理論

2.1 高邊坡穩定分析理論

在對于高邊坡問題進行研究的過程中，穩定性分析方法和相應的安全控制標準是非常關鍵的問題，在對于邊坡工程進行設計的過程中，常用的分析方法主要包括剛體極限平衡法和數值分析方法，剛體極限平衡法的物理概念相對較為明晰，同時實施也更加方便，因此在邊坡工程領域之中得到了較為廣泛的應用。而數值分析方法是近些年發展起來的一種分析方法，在巖土工程中也得到了較為廣泛的應用，而且在對于有限元分析方法加以應用的過程中，也考慮了巖體內部的變形因素，所以更加符合巖體的實際情況，但是就有限元分析方法而言，當前還沒有統一的安全控制標準。對于剛體極限平衡法而言，其控制標準在設計規范中有明確的規定，給出了控制的范圍值，在對于高邊坡穩定性問題進行分析的過程中需要結合工程的實際情況對于相應的影響因素加以考慮。

2.2 高邊坡加固設計理論

在對于水利工程高邊坡進行加固設計的過程中，必須要依據邊坡的坡體結構類型以及對于邊坡穩定性造成影響的主要因素，對于加固設計的基本原則加以確定，然后再采取有效的加固措施。在實際進行高邊坡加固設計的過程中，必須要結合工程實際情況擬定多種加固方案，并且明確每一種加固方案的加固工程量，最后選擇工作量較少且實施周期較短的加固方案加以實施，最終通過加固使得水利工程高邊坡工程的穩定性能夠得到有效地提升。

3 水利工程高邊坡加固設計要點

在水利工程高邊坡開挖過程中，必須要有效地保證邊坡開挖的穩定性，才能夠保證高邊坡施工的質量，同時避免由于邊坡失穩對于施工活動的正常開展造成影響，而抗滑樁在水利工程高邊坡加固設計中有著非常廣泛的應用，所以本文主要結合抗滑樁來探討水利工程高邊坡加固設計的要點。

3.1 預應力錨索抗滑樁設計要點

預應力錨索抗滑樁在水利工程高邊坡加固中有著較為廣泛的應用，將錨索樁應用在高邊坡的加固之中，能夠使得整個坡體更加穩定，在對于預應力錨索抗滑樁進行設計的過程中，假定每一個錨索樁都承受相鄰兩樁的“中——中”巖土壓力，作用在樁上的力主要包括了巖土壓力、錨索拉力和錨固段樁周巖土作用力，但是不對于樁體的自重加以考慮，同時也不考慮樁底的反力和樁與巖土之間的摩擦力。在設計的過程中將樁和錨固段樁周巖土及錨索系統視為一個整體，并且將其視為超靜定結構。在對于錨索拉力加以確定時，將樁和錨索視為一個整體，同時將樁簡化為受橫向變形約束的彈性地基梁，然后再依據位移變形協調原理，按照地基系數法的相關要求對于錨索拉力和樁身內力加以確定。在對于錨固段樁身的內力進行計算時，先按照普通的抗滑樁進行計算，然后再采用多段地基系數法把錨固段樁身等分為若干個小段，每一個小段的地基系數都視為矩形分布，然后再進行相應的計算。

3.2 埋入式抗滑樁設計要點

埋入式抗滑樁在水利工程高邊坡加固中也有著非常廣泛的應用，在對其加以設計的過程中，由于樁前和樁后都存在巖土體，所以在正常的工作狀態下，樁的前側是承受巖土體抗力的，而樁后則主要承載坡體推力。在開挖邊坡過程中往往需要對埋入式抗滑樁結構的非錨固段部分加以設置，所以在樁前一般都存在一定坡率的小部分坡體，且巖土體在頂端處分布較少，但在底端處分布較多。在進行設計的過程中，一般都假設樁前巖土體抗力沿著樁長成三角形分布。在進行計算的過程中，首先需要對于非錨固段部分沿著樁長的線荷載加以計算，然后再對于非錨固段內力進行計算，同時確定滑面處樁身的內力，最后再對于錨固段樁身內力和樁側巖體的反力進行計算。

3.3 抗滑樁間距確定要點

在將抗滑樁用于水利工程高邊坡加固設計之中的時候，抗滑樁間距的確定是一個非常重要的問題，如果樁間距過大可能會導致抗滑作用失效，而樁間距過小又會使得施工難度和投資增加，所以確定合理的樁距就顯得至關重要。在對于抗滑樁的間距加以確定時，主要需要考慮兩個方面的因素：①土拱強度條件；②樁間靜力平衡條件，以這兩個條件為基準建立起樁間距的計算方法。在確定樁間距的過程中，尤其需要注重對于土拱效應的分析，在對其進行分析的過程中，可以取樁體在滑面以上范圍內的土拱進行分析，建立起相應的計算模型，從而更好地確定土拱強度條件，合理地對于抗滑樁間距加以確定。

4 結語

在水利工程之中，高邊坡的開挖以及加固是非常重要的問題，同時開挖及加固質量的控制也會對于整個高邊坡工程的質量造成非常重要的影響，因此必須要明確高邊坡穩定性分析的常用方法，然后在開挖的過程中采取合理的措施對其進行加固設計，一方面避免在高邊坡開挖過程中出現大位移而導致邊坡失穩，另一方面通過加固設計也可以使得水利工程高邊坡的穩定性得到有效的提升，進而有效地保證高邊坡的質量。本文主要就水利工程高邊坡開挖及加固設計的要點進行了相應的研究，以期能夠為水利工程高邊坡開挖過程中的穩定性控制提供相應的參考。

[1]胡超，趙春菊，周宜紅，潘志國.水利工程高邊坡開挖面質量實時控制方法及應用[J].水電能源科學，2017（10）：125～128+58.

[2]滕旭君.水利水電工程高邊坡的治理與加固探討[J].現代工業經濟和信息化，2016（22）：22～23.

[3]董鋒，汪金.試論水利水電工程高邊坡加固與處理措施[J].低碳世界，2016（32）：106～107.