剛果（金）ZongoII水電站邊坡處理分析

李慶鐵，趙夢巖，付培祥

（中水北方勘測設計研究有限責任公司，天津 300222）

1 工程概況

剛果民主共和國ZongoⅡ水電站位于剛果 （金）下剛果省境內(nèi)，工程由剛果河一級支流印基西河引水至剛果河。工程主要由首部攔河壩、引水發(fā)電系統(tǒng)、岸邊式地面廠房3部分組成。電站最大凈水頭114.6m，設計引水流量160.5m3/s。電站安裝3臺混流式水輪發(fā)電機組，總裝機容量150MW。

2 邊坡產(chǎn)生及發(fā)展

一期工程開挖階段從2013年的5月開始，至2013年12月底結(jié)束。

大壩右岸邊坡初始設計開挖方式為：高程385m以下剝離覆蓋層，清除坡腳崩積物；高程385m以上清理邊坡不穩(wěn)定巖塊，輔助巖體錨固。

右岸邊坡自5月下旬開始坡頂清表，處理危巖。2013年6月20日，開挖平整至頂部415m高程平臺；2013年8月3日～10月13日，剝離覆蓋層、清除危巖，開挖至385，378，368，364m高程。2013年10月18日，高程364～370m開始出現(xiàn)素噴混凝土脫落1片。10月19日，該處素噴混凝土脫落面積加大，增加到2片素噴混凝土脫落。10月25日，形成了塌洞。10月26日大片塌滑，方量幾百方。第一期開挖如圖1。

圖1 右岸邊坡第一次開挖崩塌照片

二期工程開挖階段從2014年1月開始，至2014年12月底結(jié)束。

崩塌發(fā)生后，在高程363m平臺挖了2個豎井，由豎井可知，高程361～364m為強風化的薄層粉砂巖。對右岸邊坡展開了二次開挖。設計永久邊坡最大邊坡高70m，邊坡由上向下分設412.00，400.00，382.00，374.00，360.00m 5級馬道，其中頂部第一級邊坡為土質(zhì)邊坡，頂部向下第二級邊坡為巖土混合邊坡，其余均為巖質(zhì)邊坡。

2014年6月7日，在邊坡施工過程中，邊坡坡頂、坡面及周邊鄰近部分區(qū)域發(fā)現(xiàn)了若干條張開寬度及延伸不等的裂縫。發(fā)現(xiàn)裂縫時，374m高程以上邊坡開挖已基本完成；374m高程以下覆蓋層開挖部分完成，374m高程以下巖體基本尚未開挖；412.00m馬道以上全土質(zhì)邊坡和400.00～412.00m“半巖半土”質(zhì)邊坡掛網(wǎng)噴護混凝土和系統(tǒng)錨桿、坡面排水孔已施工完成；400.00m以下開挖邊坡的噴護和錨固除局部區(qū)域正在進行外，大部分尚未實施。

2014年6月7日，在邊坡施工過程中，在邊坡坡頂、坡面及周邊鄰近部分區(qū)域發(fā)現(xiàn)了若干條張開寬度及延伸不等的裂縫。邊坡狀態(tài)如圖2。

圖2 裂縫開展情況

3 邊坡變形破壞機制分析

3.1 變形體范圍劃分

根據(jù)邊坡地質(zhì)結(jié)構和變形差異，將壩址右岸邊坡劃分為3個變形區(qū)域，即A，B，C區(qū)。B區(qū)可以進一步劃分為B1，B2兩個次級區(qū)域，如圖3。

圖3 壩址右岸邊坡變形體劃分

3.1.1 A區(qū)

A區(qū)下部邊界為407m高程馬道，直至坡頂，為土質(zhì)邊坡。經(jīng)過2014年的減載施工，A區(qū)現(xiàn)狀與原地貌已有較大變化，多處出露基巖，殘積土分布已不連續(xù)。

3.1.2 B1區(qū)

B1整體大致為三角形，高差40m。B1區(qū)巖體卸荷較為強烈。巖層緩傾坡內(nèi)，受卸荷影響，強卸荷巖體有輕微外傾。 邊坡面走向為NW340°，坡度60°～85°。構造裂隙主要有兩組，產(chǎn)狀為NE35°～45°NW∠85°和NW320°～330°SW或NE∠75°，受卸荷影響，臨空的構造裂隙大多有明顯張開。據(jù)調(diào)查，B1區(qū)共發(fā)現(xiàn)張開裂縫8條，裂縫走向平行坡面或與之小角度相交，均明顯朝向上游坡腳處的兩個開挖點。

3.1.3 B2區(qū)

B2區(qū)為巖土混合坡。邊坡基巖面形態(tài)復雜，沿壩軸線方向發(fā)育“U”型“凹槽”，“凹槽”與臨河側(cè)邊坡之間為“巖坎”。壩軸線處“凹槽”底部高程391m，“凹槽”在河流方向高低起伏也較大?！鞍疾邸眱?nèi)為殘坡積土，下部為長石石英砂巖。凹槽處巖體風化強烈，巖石破碎，形成與基巖面形態(tài)相似的凹槽。400m高程馬道巖坎上的地表觀測點和401，383m高程兩個多點位移計觀測結(jié)果來看，B2區(qū)巖體變形以向坡外的水平變形為主。

3.1.4 C區(qū)

C區(qū)位于下游邊坡開口線附近，底部高程390m，頂部高程405m；該區(qū)上部為殘坡積砂質(zhì)黏土，厚度大于4m，下部為—5層厚層長石石英砂巖。區(qū)內(nèi)共發(fā)現(xiàn)2條裂縫，其中FL3沿巖土分界面分布，土層一側(cè)有明顯的沉降現(xiàn)象。

3.2 邊坡裂縫原因及變形機制分析

邊坡巖土體裂縫與變形的產(chǎn)生，主要有：①壩址右岸邊坡開挖較深，開挖后下部巖體會產(chǎn)生回彈變形和卸荷松弛變形。變形量逐漸向上部累計，造成巖土體拉開和裂縫。②降雨入滲等因素。

3.2.1 A區(qū)

2014年4～5月的長時間降雨，使土體含水率增加，并在巖土界面處積累，增加了邊坡上部荷載，顯著降低了土體特別是巖土界面附近土體的強度，降低了邊坡的穩(wěn)定安全裕度?！鞍疾邸眱?nèi)土層厚度較大，雨水的下滲造成土體的浸水沉降，使得上部邊坡土體失去了有效支撐。2014年5月底至6月初，開挖坡腳，造成邊坡巖體的快速顯著卸荷，加之此前開挖邊坡產(chǎn)生的卸荷變形，使得上部土體積累了較大變形量，致使后緣多處被拉開，形成裂縫。

3.2.2 B1區(qū)

B1區(qū)邊坡的變形成因和形成過程較為簡單。5月底至6月初360～374m高程間邊坡的開挖，由于開挖邊坡過陡，且上部的巖石邊坡沒有完成錨固措施，巖體卸荷松弛，使得374～400m邊坡出現(xiàn)明顯裂縫和向外側(cè)的變形。

3.2.3 B2區(qū)

B2區(qū)的變形機制較為復雜，其變形是多種因素共同作用和疊加的結(jié)果。邊坡開挖深度較大，374～400m邊坡偏陡，以及坡腳的開挖，造成邊坡產(chǎn)生適應性卸荷變形。降雨入滲造成巖土體密度加大，增加了上部巖土體荷載，降低了巖土體強度?！鞍疾邸眱?nèi)土體和風化巖體強度較低，推動“凹槽”外側(cè)巖體沿軟弱層面或?qū)娱g破碎夾層向外側(cè)變位。

3.2.4 C區(qū)

C區(qū)以沉降為主。其形成主要有兩方面因素：一方面為降水的入滲；另一方面為上部堆積渣土，增加了荷載。

3.3 邊坡結(jié)構模型及破壞類型分析

3.3.1 邊坡的結(jié)構模型

A區(qū)邊坡為土質(zhì)邊坡，為穩(wěn)定邊坡；B1區(qū)邊坡基本為巖質(zhì)邊坡，B2區(qū)邊坡為邊坡基巖面形態(tài)復雜的巖土混合坡；C區(qū)邊坡上部為土質(zhì)邊坡、下伏厚層石英砂巖。B區(qū)邊坡均為變形邊坡，邊坡巖層緩傾坡內(nèi)，屬于逆向坡。

3.3.2 邊坡的潛在破壞類型

（1）A區(qū)邊坡為土質(zhì)邊坡，若發(fā)生失穩(wěn)，其失穩(wěn)主要表現(xiàn)形式應為弧形滑動。

（2）B1區(qū)邊坡巖體為沉積巖，為具有層狀反傾坡里的層狀結(jié)構，根據(jù)規(guī)范有關判定，該類邊坡的穩(wěn)定性較好，但邊坡巖體表層卸荷裂隙發(fā)育，受其影響，裂隙切割表部巖體易發(fā)生崩塌。

（3）B2區(qū)邊坡下伏巖體基巖面的形態(tài)、水的入滲及水對土層的浸泡，對邊坡的穩(wěn)定影響較大，其變形主要表現(xiàn)形式可能為平面滑動、弧形滑動和蠕變傾倒，尤其是下伏薄層粉砂巖層工程地質(zhì)較差，力學強度較低，水理性質(zhì)和抗風化能力較差，有可能成為邊坡變形的一個潛在控制面。

（4）C區(qū)邊坡上部土體排水不暢，宜產(chǎn)生蠕變沉降變形。

4 邊坡處理

處理內(nèi)容包括頂部土質(zhì)邊坡削坡減載、下部坡腳壓坡、中部巖質(zhì)坡錨固、坡頂及坡腳和坡體排水、薄層巖體保護等。

4.1 A區(qū)處理

本區(qū)以削坡減載為主，并盡可能使上部土質(zhì)邊坡坡腳有可靠巖體穩(wěn)定支撐，分離凹槽沉降影響。同時坡面采用混凝土框格梁加長錨桿支護，格梁之間覆以植草護坡，以有效防治坡面雨水下滲和沖蝕破壞，提高邊坡抵抗淺層滑動安全度。

4.2 B區(qū)處理

對于有潛在崩塌失穩(wěn)可能的上游B1區(qū)域，采取坡面錨筋束穿過切割裂隙連成整體，同時設置較深排水孔，及時排除基巖裂隙水。

對于下游B2區(qū)域，巖體較為完整，采取坡面系統(tǒng)錨桿加排水孔處理。

為避免巖石風化惡化和局部落石，B區(qū)坡面均進行掛網(wǎng)噴混凝土防護。

對于360馬道和374馬道以上的軟弱薄層出露面，采取混凝土貼坡墻或石渣壓坡處理封閉，并做好內(nèi)部排水和錨筋束錨固。

4.2.1 B1區(qū)

B1區(qū)為NW320°～330°陡傾角裂隙面的上游臨空區(qū)，該區(qū)的穩(wěn)定對下游B1區(qū)巖體的穩(wěn)定有保護支撐作用，因此采用深錨重點加固。

本區(qū)采用3根φ25錨筋束錨固，錨筋束間排距4m×4m。邊坡坡面采用網(wǎng)噴混凝土防護，噴混凝土層厚10cm，鋼筋直徑φ8，間距150mm×150mm。

本區(qū)弱風化巖體下限厚8m，考慮錨桿錨固長度，錨筋束總長12m，其中入巖長11.7m。

4.2.2 B2區(qū)

B2區(qū)采取坡面淺層錨固方式進行系統(tǒng)防護。淺層錨固采用系統(tǒng)砂漿錨桿，錨桿長4m，直徑φ25，深入巖石3.8m，間排距2m×2m。B2區(qū)坡面仍采用掛網(wǎng)噴護混凝土厚10cm，網(wǎng)筋φ8間距150mm×150mm。B2區(qū)高程360～366m與堆石壓坡的重疊區(qū)域，在壓坡實施前應先對坡面進行錨固。錨固采用系統(tǒng)錨筋束，錨筋束采用2根φ25，錨筋長12m，間排距2.5m×2.5m。

4.3 C區(qū)處理

C區(qū)基本對應，變形以土體沉降為主，其后為完整巖體，變形后果較輕，重點做好排水整治。

5 結(jié)語

通過對邊坡的綜合分區(qū)處理，邊坡穩(wěn)定得到了控制，后期施工和電站運行過程中，邊坡穩(wěn)定性良好。