2 工程概况
南沟水库位于双丰林业局向阳山林场南小河上游,设计最大坝高3.2m,坝长450m,兴利库容16×104m3,放水闸位于大坝东段,河流右岸滩地上,滩地为季节性沼泽,夏季地表积水,不能通行。11月以后,地表水消落,地面冻结,才能进行施工活动。当地最大冻深2.3m,土质粘重,含水量大,为强冻胀型。放水闸设计流量0.4 m3/s,没有防洪要求,但要考虑水库放空时的泄流量。
2.1 工程地质
闸址处地表长满水塔头,根据探坑观察和以往打井资料,地基土从上至下可分为3层;
(1)黑褐色塔头土层:层厚0.3m,有密集的塔头根盘结,开挖后呈筏块状,含水接近饱和。
(2)松软的黄土层:层厚1.2m,密度小,含水饱和,潜水位达该层顶面,呈流塑状态。
(3)深黄色粘土层:层厚达几米,较上层略密实,含水略小,呈软塑状态。
2.2 总体布置
放水闸主体为钢筋混凝土整体箱涵结构。箱型涵体作为输水洞穿过坝基,下卧于地面以下2.5m,直接座落于粘土软基。
3 施工
施工分基坑开挖和混凝土浇筑两大部分,难点在基坑开挖。该地清晨不见积水,但地表不久即融化,低洼地带形成积水,必须穿靴子且土壤很粘鞋,行走困难。在开挖机械不能进场的条件下,如采用人工开挖,饱含渗水的黄粘土一经施工扰动即呈稀泥状,给开挖造成很大困难。由于当时天气已经比较寒冷,混凝土养护将在暖棚内进行,基坑开挖时间过长将给混凝土养护带来更多的不便。经过多方案比较,确定采用爆破方式开挖。其优点一是省时省力,可以提前工期,二是在基坑开挖过程中不用排水,没有工序干扰。另外,在爆破压力作用下有提高基土密度,提高承载力,封闭地下水渗流通道,从而免去施工排水的可能。
3.1 炮孔布置与药量计算
基坑尺寸:深2.5m,长20m,宽3m,边坡1:1。在基坑纵轴线上均匀布设6个炮孔,孔距3m,孔深2.1m。爆破方式为标准抛掷爆破。装药为普通硝铵炸药,单孔装药量用下式计算:
Q=KW3f(n)
式中:Q——药包装药量(kg)
K——单位耗药量,粘土取K=1.1
W——最小抵抗线长度,W=2.0
f(n) ——爆破作用指数函数,标准抛掷爆破为1。
则:Q=KW3=8.8kg,取Q=9.0(kg)
3.2 爆破过程
人力造孔时,直接用两把合绑在一起的铁锹向孔位剁戳,再将铁锹中间带出的稀淤取出,如此反复,未用一天即造孔完毕。翌日,开挖出的炮孔积满了渗水。将药包用塑料膜密封严密,用木棍压入孔底后填土压实。六个药包采用电雷管同时起爆。
爆破取得了满意的效果:基坑尺寸基本符合开挖要求,稍加平整即可;坑底均为爆破冲击波作用下产生的径向和环向裂缝,未见渗水;承载力有很大提高,行走自如,给施工活动带来很大方便。
在随后的混凝土浇筑等其它工序中,基坑始终未见渗水,说明爆破冲击波确实起到了压实土体从而提高承载力、封闭渗水通道从而提高土壤抗渗性能的作用。整个施工过程均在未排水的情况下进行,有效地保证了工程质量,提高效率一倍以上,投入有所降低。
整个基坑开挖时间为5天,作业人数不足10人。从这个角度说,这是一种省时省力的施工方法。
3.3 工程运行状况
该工程自建成投入运行以来工况良好,建筑物稳定、安全、运行正常,充分发挥了工程的作用,保证了下游水田的用水要求,说明该工程的设计和施工是相当成功的。
4 实用意义
通过爆破,解决了在多水软基上施工时基坑开挖困难、施工排水成本高这两个问题,同时对基底产生了一定的压实作用,对提高地基承载力和建筑物防渗有相当的益处。本工程的规模和型式均接近于堤防排水闸,对其同样适用,在为数众多的田间构造物上也较适用。因此,这种施工方法有较大的应用空间和较好的借鉴作用。