水利工程中高邊坡開挖及加固設(shè)計(jì)要點(diǎn)研究

鄧力博

前言

在我國(guó)許多地區(qū)，由于受到地形條件的限制，在進(jìn)行水利工程建設(shè)的過程中，常常都會(huì)采用高邊坡的形式，而對(duì)于高邊坡工程而言，穩(wěn)定性是一個(gè)非常突出的問題，高邊坡的穩(wěn)定與否對(duì)于水利工程的整體質(zhì)量有著非常重要的影響。而開挖是影響水利工程高邊坡穩(wěn)定性的一個(gè)重要因素，因此必須要明確開挖對(duì)高邊坡穩(wěn)定性的影響，然后根據(jù)工程的實(shí)際情況對(duì)其進(jìn)行加固設(shè)計(jì)，從而使得水利工程高邊坡的穩(wěn)定性能夠得到有效的提升，因此對(duì)于水利工程高邊坡開挖及加固設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)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(jìn)行水利工程施工的過程中，常常會(huì)涉及到高邊坡工程，而在對(duì)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(dòng)，會(huì)使得坡體內(nèi)原有的力學(xué)平衡狀態(tài)被打破，進(jìn)而引起應(yīng)力發(fā)生變化，直到達(dá)到新的力學(xué)平衡狀態(tài)。在對(duì)于高邊坡進(jìn)行開挖的過程中，開挖坡體的位移場(chǎng)也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，坡體從表面到內(nèi)部的各個(gè)位置都會(huì)產(chǎn)生不同的位移，因此在對(duì)于高邊坡進(jìn)行開挖的過程中，開挖坡體內(nèi)發(fā)生應(yīng)力調(diào)整和位移變化的區(qū)域被統(tǒng)稱為開挖影響區(qū)。而在開挖的過程中，如果影響區(qū)內(nèi)一些部位的應(yīng)力發(fā)生了較大的變化，進(jìn)而導(dǎo)致大位移情況的出現(xiàn)，導(dǎo)致局部破壞發(fā)生，如果繼續(xù)進(jìn)行高邊坡的開挖，這些局部破壞區(qū)域會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)散，然后發(fā)展成為宏觀的破壞面，最終導(dǎo)致整個(gè)邊坡出現(xiàn)失穩(wěn)的情況。在開挖過程中，高邊坡十分容易在自重應(yīng)力的作用之下而出現(xiàn)滑移破壞，同時(shí)開挖影響區(qū)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(guān)系，所以在進(jìn)行水利工程高邊坡開挖的過程中，必須要有效地對(duì)于開挖影響區(qū)加以控制，提高邊坡的穩(wěn)定性。

2 水利工程高邊坡穩(wěn)定分析及加固設(shè)計(jì)理論

2.1 高邊坡穩(wěn)定分析理論

在對(duì)于高邊坡問題進(jìn)行研究的過程中，穩(wěn)定性分析方法和相應(yīng)的安全控制標(biāo)準(zhǔn)是非常關(guān)鍵的問題，在對(duì)于邊坡工程進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，常用的分析方法主要包括剛體極限平衡法和數(shù)值分析方法，剛體極限平衡法的物理概念相對(duì)較為明晰，同時(shí)實(shí)施也更加方便，因此在邊坡工程領(lǐng)域之中得到了較為廣泛的應(yīng)用。而數(shù)值分析方法是近些年發(fā)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(yīng)用，而且在對(duì)于有限元分析方法加以應(yīng)用的過程中，也考慮了巖體內(nèi)部的變形因素，所以更加符合巖體的實(shí)際情況，但是就有限元分析方法而言，當(dāng)前還沒有統(tǒng)一的安全控制標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于剛體極限平衡法而言，其控制標(biāo)準(zhǔn)在設(shè)計(jì)規(guī)范中有明確的規(guī)定，給出了控制的范圍值，在對(duì)于高邊坡穩(wěn)定性問題進(jìn)行分析的過程中需要結(jié)合工程的實(shí)際情況對(duì)于相應(yīng)的影響因素加以考慮。

2.2 高邊坡加固設(shè)計(jì)理論

在對(duì)于水利工程高邊坡進(jìn)行加固設(shè)計(jì)的過程中，必須要依據(jù)邊坡的坡體結(jié)構(gòu)類型以及對(duì)于邊坡穩(wěn)定性造成影響的主要因素，對(duì)于加固設(shè)計(jì)的基本原則加以確定，然后再采取有效的加固措施。在實(shí)際進(jìn)行高邊坡加固設(shè)計(jì)的過程中，必須要結(jié)合工程實(shí)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(shí)施周期較短的加固方案加以實(shí)施，最終通過加固使得水利工程高邊坡工程的穩(wěn)定性能夠得到有效地提升。

3 水利工程高邊坡加固設(shè)計(jì)要點(diǎn)

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(wěn)定性，才能夠保證高邊坡施工的質(zhì)量，同時(shí)避免由于邊坡失穩(wěn)對(duì)于施工活動(dòng)的正常開展造成影響，而抗滑樁在水利工程高邊坡加固設(shè)計(jì)中有著非常廣泛的應(yīng)用，所以本文主要結(jié)合抗滑樁來探討水利工程高邊坡加固設(shè)計(jì)的要點(diǎn)。

3.1 預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁設(shè)計(jì)要點(diǎn)

預(yù)應(yīng)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(yīng)用，將錨索樁應(yīng)用在高邊坡的加固之中，能夠使得整個(gè)坡體更加穩(wěn)定，在對(duì)于預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，假定每一個(gè)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(duì)于樁體的自重加以考慮，同時(shí)也不考慮樁底的反力和樁與巖土之間的摩擦力。在設(shè)計(jì)的過程中將樁和錨固段樁周巖土及錨索系統(tǒng)視為一個(gè)整體，并且將其視為超靜定結(jié)構(gòu)。在對(duì)于錨索拉力加以確定時(shí)，將樁和錨索視為一個(gè)整體，同時(shí)將樁簡(jiǎn)化為受橫向變形約束的彈性地基梁，然后再依據(jù)位移變形協(xié)調(diào)原理，按照地基系數(shù)法的相關(guān)要求對(duì)于錨索拉力和樁身內(nèi)力加以確定。在對(duì)于錨固段樁身的內(nèi)力進(jìn)行計(jì)算時(shí)，先按照普通的抗滑樁進(jìn)行計(jì)算，然后再采用多段地基系數(shù)法把錨固段樁身等分為若干個(gè)小段，每一個(gè)小段的地基系數(shù)都視為矩形分布，然后再進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算。

3.2 埋入式抗滑樁設(shè)計(jì)要點(diǎn)

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(yīng)用，在對(duì)其加以設(shè)計(jì)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(tài)下，樁的前側(cè)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(duì)埋入式抗滑樁結(jié)構(gòu)的非錨固段部分加以設(shè)置，所以在樁前一般都存在一定坡率的小部分坡體，且?guī)r土體在頂端處分布較少，但在底端處分布較多。在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，一般都假設(shè)樁前巖土體抗力沿著樁長(zhǎng)成三角形分布。在進(jìn)行計(jì)算的過程中，首先需要對(duì)于非錨固段部分沿著樁長(zhǎng)的線荷載加以計(jì)算，然后再對(duì)于非錨固段內(nèi)力進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)確定滑面處樁身的內(nèi)力，最后再對(duì)于錨固段樁身內(nèi)力和樁側(cè)巖體的反力進(jìn)行計(jì)算。

3.3 抗滑樁間距確定要點(diǎn)

在將抗滑樁用于水利工程高邊坡加固設(shè)計(jì)之中的時(shí)候，抗滑樁間距的確定是一個(gè)非常重要的問題，如果樁間距過大可能會(huì)導(dǎo)致抗滑作用失效，而樁間距過小又會(huì)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(guān)重要。在對(duì)于抗滑樁的間距加以確定時(shí)，主要需要考慮兩個(gè)方面的因素：①土拱強(qiáng)度條件；②樁間靜力平衡條件，以這兩個(gè)條件為基準(zhǔn)建立起樁間距的計(jì)算方法。在確定樁間距的過程中，尤其需要注重對(duì)于土拱效應(yīng)的分析，在對(duì)其進(jìn)行分析的過程中，可以取樁體在滑面以上范圍內(nèi)的土拱進(jìn)行分析，建立起相應(yīng)的計(jì)算模型，從而更好地確定土拱強(qiáng)度條件，合理地對(duì)于抗滑樁間距加以確定。

4 結(jié)語(yǔ)

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(shí)開挖及加固質(zhì)量的控制也會(huì)對(duì)于整個(gè)高邊坡工程的質(zhì)量造成非常重要的影響，因此必須要明確高邊坡穩(wěn)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(duì)其進(jìn)行加固設(shè)計(jì)，一方面避免在高邊坡開挖過程中出現(xiàn)大位移而導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)，另一方面通過加固設(shè)計(jì)也可以使得水利工程高邊坡的穩(wěn)定性得到有效的提升，進(jìn)而有效地保證高邊坡的質(zhì)量。本文主要就水利工程高邊坡開挖及加固設(shè)計(jì)的要點(diǎn)進(jìn)行了相應(yīng)的研究，以期能夠?yàn)樗こ谈哌吰麻_挖過程中的穩(wěn)定性控制提供相應(yīng)的參考。

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