水利工程中高边坡开挖及加固设计要点研究

邓力博

前言

在我国许多地区，由于受到地形条件的限制，在进行水利工程建设的过程中，常常都会采用高边坡的形式，而对于高边坡工程而言，稳定性是一个非常突出的问题，高边坡的稳定与否对于水利工程的整体质量有着非常重要的影响。而开挖是影响水利工程高边坡稳定性的一个重要因素，因此必须要明确开挖对高边坡稳定性的影响，然后根据工程的实际情况对其进行加固设计，从而使得水利工程高边坡的稳定性能够得到有效的提升，因此对于水利工程高边坡开挖及加固设计要点进行研究有着非常重要的意义。

1 水利工程高边坡开挖变形分析

在进行水利工程施工的过程中，常常会涉及到高边坡工程，而在对于高边坡开挖的过程中，由于原始的自然坡体受到人为开挖的扰动，会使得坡体内原有的力学平衡状态被打破，进而引起应力发生变化，直到达到新的力学平衡状态。在对于高边坡进行开挖的过程中，开挖坡体的位移场也会发生相应的变化，坡体从表面到内部的各个位置都会产生不同的位移，因此在对于高边坡进行开挖的过程中，开挖坡体内发生应力调整和位移变化的区域被统称为开挖影响区。而在开挖的过程中，如果影响区内一些部位的应力发生了较大的变化，进而导致大位移情况的出现，导致局部破坏发生，如果继续进行高边坡的开挖，这些局部破坏区域会进一步扩散，然后发展成为宏观的破坏面，最终导致整个边坡出现失稳的情况。在开挖过程中，高边坡十分容易在自重应力的作用之下而出现滑移破坏，同时开挖影响区的大小又与开挖施工方法的选择、雨水渗入坡体和地下水等因素有着非常密切的关系，所以在进行水利工程高边坡开挖的过程中，必须要有效地对于开挖影响区加以控制，提高边坡的稳定性。

2 水利工程高边坡稳定分析及加固设计理论

2.1 高边坡稳定分析理论

在对于高边坡问题进行研究的过程中，稳定性分析方法和相应的安全控制标准是非常关键的问题，在对于边坡工程进行设计的过程中，常用的分析方法主要包括刚体极限平衡法和数值分析方法，刚体极限平衡法的物理概念相对较为明晰，同时实施也更加方便，因此在边坡工程领域之中得到了较为广泛的应用。而数值分析方法是近些年发展起来的一种分析方法，在岩土工程中也得到了较为广泛的应用，而且在对于有限元分析方法加以应用的过程中，也考虑了岩体内部的变形因素，所以更加符合岩体的实际情况，但是就有限元分析方法而言，当前还没有统一的安全控制标准。对于刚体极限平衡法而言，其控制标准在设计规范中有明确的规定，给出了控制的范围值，在对于高边坡稳定性问题进行分析的过程中需要结合工程的实际情况对于相应的影响因素加以考虑。

2.2 高边坡加固设计理论

在对于水利工程高边坡进行加固设计的过程中，必须要依据边坡的坡体结构类型以及对于边坡稳定性造成影响的主要因素，对于加固设计的基本原则加以确定，然后再采取有效的加固措施。在实际进行高边坡加固设计的过程中，必须要结合工程实际情况拟定多种加固方案，并且明确每一种加固方案的加固工程量，最后选择工作量较少且实施周期较短的加固方案加以实施，最终通过加固使得水利工程高边坡工程的稳定性能够得到有效地提升。

3 水利工程高边坡加固设计要点

在水利工程高边坡开挖过程中，必须要有效地保证边坡开挖的稳定性，才能够保证高边坡施工的质量，同时避免由于边坡失稳对于施工活动的正常开展造成影响，而抗滑桩在水利工程高边坡加固设计中有着非常广泛的应用，所以本文主要结合抗滑桩来探讨水利工程高边坡加固设计的要点。

3.1 预应力锚索抗滑桩设计要点

预应力锚索抗滑桩在水利工程高边坡加固中有着较为广泛的应用，将锚索桩应用在高边坡的加固之中，能够使得整个坡体更加稳定，在对于预应力锚索抗滑桩进行设计的过程中，假定每一个锚索桩都承受相邻两桩的“中——中”岩土压力，作用在桩上的力主要包括了岩土压力、锚索拉力和锚固段桩周岩土作用力，但是不对于桩体的自重加以考虑，同时也不考虑桩底的反力和桩与岩土之间的摩擦力。在设计的过程中将桩和锚固段桩周岩土及锚索系统视为一个整体，并且将其视为超静定结构。在对于锚索拉力加以确定时，将桩和锚索视为一个整体，同时将桩简化为受横向变形约束的弹性地基梁，然后再依据位移变形协调原理，按照地基系数法的相关要求对于锚索拉力和桩身内力加以确定。在对于锚固段桩身的内力进行计算时，先按照普通的抗滑桩进行计算，然后再采用多段地基系数法把锚固段桩身等分为若干个小段，每一个小段的地基系数都视为矩形分布，然后再进行相应的计算。

3.2 埋入式抗滑桩设计要点

埋入式抗滑桩在水利工程高边坡加固中也有着非常广泛的应用，在对其加以设计的过程中，由于桩前和桩后都存在岩土体，所以在正常的工作状态下，桩的前侧是承受岩土体抗力的，而桩后则主要承载坡体推力。在开挖边坡过程中往往需要对埋入式抗滑桩结构的非锚固段部分加以设置，所以在桩前一般都存在一定坡率的小部分坡体，且岩土体在顶端处分布较少，但在底端处分布较多。在进行设计的过程中，一般都假设桩前岩土体抗力沿着桩长成三角形分布。在进行计算的过程中，首先需要对于非锚固段部分沿着桩长的线荷载加以计算，然后再对于非锚固段内力进行计算，同时确定滑面处桩身的内力，最后再对于锚固段桩身内力和桩侧岩体的反力进行计算。

3.3 抗滑桩间距确定要点

在将抗滑桩用于水利工程高边坡加固设计之中的时候，抗滑桩间距的确定是一个非常重要的问题，如果桩间距过大可能会导致抗滑作用失效，而桩间距过小又会使得施工难度和投资增加，所以确定合理的桩距就显得至关重要。在对于抗滑桩的间距加以确定时，主要需要考虑两个方面的因素：①土拱强度条件；②桩间静力平衡条件，以这两个条件为基准建立起桩间距的计算方法。在确定桩间距的过程中，尤其需要注重对于土拱效应的分析，在对其进行分析的过程中，可以取桩体在滑面以上范围内的土拱进行分析，建立起相应的计算模型，从而更好地确定土拱强度条件，合理地对于抗滑桩间距加以确定。

4 结语

在水利工程之中，高边坡的开挖以及加固是非常重要的问题，同时开挖及加固质量的控制也会对于整个高边坡工程的质量造成非常重要的影响，因此必须要明确高边坡稳定性分析的常用方法，然后在开挖的过程中采取合理的措施对其进行加固设计，一方面避免在高边坡开挖过程中出现大位移而导致边坡失稳，另一方面通过加固设计也可以使得水利工程高边坡的稳定性得到有效的提升，进而有效地保证高边坡的质量。本文主要就水利工程高边坡开挖及加固设计的要点进行了相应的研究，以期能够为水利工程高边坡开挖过程中的稳定性控制提供相应的参考。

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