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        剛果(金)ZongoII水電站邊坡處理分析

        2018-10-17 01:37:32李慶鐵趙夢巖付培祥
        水科學(xué)與工程技術(shù) 2018年5期
        關(guān)鍵詞:變形

        李慶鐵,趙夢巖,付培祥

        (中水北方勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)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(shè)計(jì)引水流量160.5m3/s。電站安裝3臺混流式水輪發(fā)電機(jī)組,總裝機(jī)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(shè)計(jì)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(gè)豎井,由豎井可知,高程361~364m為強(qiáng)風(fēng)化的薄層粉砂巖。對右岸邊坡展開了二次開挖。設(shè)計(jì)永久邊坡最大邊坡高70m,邊坡由上向下分設(shè)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(shí),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(hù)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(hù)和錨固除局部區(qū)域正在進(jìn)行外,大部分尚未實(shí)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(jī)制分析

        3.1 變形體范圍劃分

        根據(jù)邊坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)和變形差異,將壩址右岸邊坡劃分為3個(gè)變形區(qū)域,即A,B,C區(qū)。B區(qū)可以進(jìn)一步劃分為B1,B2兩個(gè)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(qiáng)烈。巖層緩傾坡內(nèi),受卸荷影響,強(qiáng)卸荷巖體有輕微外傾。 邊坡面走向?yàn)镹W340°,坡度60°~85°。構(gòu)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(gòu)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(gè)開挖點(diǎn)。

        3.1.3 B2區(qū)

        B2區(qū)為巖土混合坡。邊坡基巖面形態(tài)復(fù)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(fēng)化強(qiáng)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(diǎn)和401,383m高程兩個(gè)多點(diǎn)位移計(jì)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(jī)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(jì),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(shí)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(qiáng)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(jī)制較為復(fù)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(yīng)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(qiáng)度?!鞍疾邸眱?nèi)土體和風(fēng)化巖體強(qiáng)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(gòu)模型及破壞類型分析

        3.3.1 邊坡的結(jié)構(gòu)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(fù)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(yīng)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(gòu),根據(jù)規(guī)范有關(guān)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(xué)強(qiáng)度較低,水理性質(zhì)和抗風(fēng)化能力較差,有可能成為邊坡變形的一個(gè)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(hù)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(shí)坡面采用混凝土框格梁加長錨桿支護(hù),格梁之間覆以植草護(hù)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(shí)設(shè)置較深排水孔,及時(shí)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(fēng)化惡化和局部落石,B區(qū)坡面均進(jìn)行掛網(wǎng)噴混凝土防護(hù)。

        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(hù)支撐作用,因此采用深錨重點(diǎn)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(hù),噴混凝土層厚10cm,鋼筋直徑φ8,間距150mm×150mm。

        本區(qū)弱風(fēng)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(jìn)行系統(tǒng)防護(hù)。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(hù)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(shí)施前應(yīng)先對坡面進(jìn)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(yīng),變形以土體沉降為主,其后為完整巖體,變形后果較輕,重點(diǎn)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(yùn)行過程中,邊坡穩(wěn)定性良好。

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