土方冻土开挖方案.doc

是在入冬之前的秋季进行。其方法是在预先确定冬季挖土的地面上，将表土翻松并耙平。翻松耙平的深度，根据土质和当时当地气候条件而定。面积大的工程用机械翻松耙平，面积小的工程可用人工翻松耙平。经翻松的土层中，有许多充满空气的孔隙，这些孔隙可降低土层的导热性能。对于表土翻松25cm并耙平的土层冻结深度可由（2-1）式估算：（2-1）式中H表土翻松耙平层以下土的冻结深夜（cm）；A可由表2-1查得；F冻结指数（d）取正号代入（FZt）；Z土层冻地天数（d）；t土层冻结期间每天平均气温，取正号。覆盖雪保温法适用于降雪量较大的地区。利用自然条件，覆盖雪防冻效果很好。大面积的土方工程，可在地面上设篱笆或雪堤，其高度h，一般为0.51m，间距为（1015）h横向设置，如图2-1；面积较小的基槽（坑）土方工程可在基槽（坑）位置的地面上挖积雪沟，如图2-2，沟深为3050cm，宽度与基槽（坑）相同，并随时将雪填满，即可防止或减少未挖掘的土层冻结。覆盖雪层对冻结深度的影响，可用（2-2）式估算：H60（4P-P2）/K1-hSH（2-2）式中H覆盖雪层土的冻结深度（cm）；雪的平均导热系数，对松雪取3，堆雪取2，初融雪为1.5；K1不同土层采用不同保温材料时的系数，见表2-2，无保温材料时取1；hSH覆盖雪的平均厚度，按当地气象台的多年资料或工地观测的实际资料取值（cm）；P随气温和冻结时间的计算系数，用公式PZt/1000求得；Z土层冻结时间，单位以昼夜计算；t土层冻结期间的外部空气温度。 保温材料种类土的种类 雪松 树叶 创花 锯末 干炉渣 湿炉渣 松散土 密实土 混凝土 茅草 芦苇砂土粉土粉质粘土粘土 3.53.03.03.0 3.33.12.72.1 3.23.12.62.1 2.82.72.31.9 2.01.91.61.3 1.61.61.31.1 1.41.31.21.2 1.121.081.061.00 1.41.31.11.0 2.52.42.01.6 2.12.01.71.4注：表中K1值仅适用于地下水位低于2.0m情况，当地下水位较高的饱和土可取K1值为1。面积较小的地面防冻或面积较小的基槽（坑）底防冻，可以直接用保温材料覆盖。对已开挖的基槽（坑），保温材料铺设在基槽（坑）底表土上面，在靠近基槽（坑）壁处，保温材料需加厚，如图2-3。对未开挖的基槽（坑），保温材料铺设宽度为土层冻结深度的两倍与基槽（坑）底宽度之和，如图2-4。覆盖保温材料的厚度hFG可按（2-3）式计算：hFG=H/K1(2-3)式中hFG覆盖保温材料的厚度（cm）；H无保温层的土冻结深度（cm）；K1被保温土层冻结速度与保温材料冻结速度比值系数，按表2-2查得。当施工现场有足够的蒸汽热源或多余的废汽时，可采用蒸汽法融化冻土。该法是在冻土层上钻孔，插入蒸汽器，然后将低压0.10.3Mpa蒸汽送入孔内，借蒸汽热量来融化冻土。施工时，首先开始在待融化冻土地面上，测设钻孔位置，钻孔间距一般不大于1m，钻孔后铺设送汽管道网，干管可用3/23。支管宜用3/42，喷汽管通常用1/21；为了防止热量损失，排管上面覆盖一层苫布，并在送汽过程中加强检查。施工中应注意以下几点：1.基槽（坑）附近须先挖好排水井，并设泵抽水，在融化过程中冷凝水量很大，如不及时排泄，会形成大量积水或冰垛。2.喷汽管底端一定用木塞堵严，蒸汽不准由底端直接喷出，以防基底土层的结构被冷凝水饱和而破坏。钻孔底端距基底设计标高至少保留30cm以上。3.融化后，冻土多变成稀泥，故停止送汽后要立即挖掘，否则结成冻块后，用镐创，增加施工困难。4.钻孔位置的布置，要根据融化土方平面位置放线布置钻孔，通常为方格网形状较好。5.钻孔应尽量采用电动或风动冻土钻孔机。钻孔的直径要根据使用喷汽管的外径而确定，一般大于喷汽管的外径2cm左右。钻孔的深度应浅于设计基底标高30cm以上。电热化冻法是将一定间距的电极打入冻土（或提前埋入暖土中），通电后，靠深土层底部的水分（深电极）或在地面浇以浓度盐水（浅电极）来导电，将电能转化为热能，使冻土融化。通常的有深电极与浅电极两种方法。现分述如下：（一） 浅电极浅电极是指埋设深度小于冻土层的电极。施工时，电极可用大锤或电动打钎机打入冻土层内，电极一般用2025钢筋制成，其长度视冻土层厚度而定。电极上端露出地面1015cm，以便接线，电极间距应根据土质及土层含水量大小决定，一般为4080cm。含水量大时，间距可略大，土粒较大，含水量又小，导电性能较差，故间距应小些；在同一电压下，如电极间距小，则用电量增加，化冻快。由于土的冻结系由上而下，越接近地表面，土层温度越低，反之，土层越深，土的温度越高，而冻土的电阻比水要大，特别是冰冻严重时，地表附近电阻大，电流不易通过，所以在采用浅电极时，必须在地面铺设一层510cm厚锯末或其它保温材料，并浇以浓度为0.20.5的食盐水，以减少电阻，使冻土融化加快。（二） 深电极深电极就是把电极穿透冻土层的底层约10cm左右，即电极插进冻结层底边缘以下的暖土层，温度接近零度，冰冻现象小，而水的导电能力比冰强，故电流可迅速通过。冻土中冰体融化后，水分增多，电阻减小，电流通过区域扩大，逐步向上转移。这时，如果在表面铺上锯末，浇以食盐水，则电极上端土层也逐步向下融化，使融化速度加快。对于电极的选择，深冬时由于冰冻严重，呈坚硬冰土，这时电阻很大，电流不易通过，应选择深电极。初冬和冬末土的温度比严冬期温度高，土呈塑性冻土和松散冻土状态，与冰共存的水较多，电阻较小，电流易通过，可选择浅电极。关于电极布置，通常采用方格形或梅花形两种，间距5080cm。电极可用2025钢筋制成（下端尖），长度视冻土层厚度而定，用大锤或电动打钎机打入土中，上端露出地面1015cm便于接线。为保证钢筋周边与冻土紧贴，不可先钻孔再插入钢筋，因此准备冬季施工的土方工程，最好在结冻前将钢钎打入土中，借土层冻结时冰晶体积膨胀，将钢钎挤紧，以减少向冻土中打钢钎的困难。不论浅电极或深电极，都要根据电极的布置情况和变压器条件，决定采用单相接线或三相交叉接线的方法，如图2-7。融化透不同深度的冻土层所需要的时间，大致是：当土层为砂质粘土，含水量在2030时，采用380V电压融化时，对于冻深5060cm为土层，约需1215h，60100cm冻土层，约需2030h。当采用表2-3的电极间距时，对粉质粘土层，融化时间只需上述时间的1/3左右。对电压的选择，冻深超过60cm以上时，要尽量选择380V以上电压；如果采用220V较低的电压时，电极的间距应通过试验确定。电极间距参考表见表2-3。（三） 电极法施工操作要点1.大量打入地下电极时，可采用打钎架人工打入或用电动打钎机打入。打钎架由78人操作，1人掌钎（电极），67人拽绳提锤打入。对于粉质粘土2m长的电极打入1.8m深，每班能打150根左右。电动打钎机由2人操作，1人掌钎，1人操纵击锤（但移动时尚需2人辅助），2m长的电极打入1.8m，每班能打120根左右。2.拔电极可利用杠杆架和卡板，卡板用钢板制作，中间钻3cm左右椭圆孔如图2-8，在拔电极时它就自动卡紧电极，利用杠杆作用原理，不费多大力气即可将电极拔出。拔出的电极，将弯的调直，以备下次再用。3.通常连接电极的导线可用46mm2的裸铝线（连接电极57根），支线为1016mm2的绝缘包皮铝线，干线则根据各支线总负荷进行选择。4.变压器及电热线路上的总开关可设置一个或数个，总开关下设若干个分闸开关，一个分开关控制1521根电极，每相线上接57根电热线（电极）。5.电极接线完毕，经检查无误后，方可送电。送电时应陆续闭合各分闸开关，以免在经验不足的情况下，一次化冻面积过大，造成超负荷状况。6.通电后，由值班电工负责，每小时测记一次各支路的电流数值，发现有异常情况时，应查找原因及时处理。7.通电过程中，不许随便停电，当不得已停电后，再行通电时应分批送电，以免在启动电流过大的情况下造成超负荷状况。8.当地表有积水时，务必先将水排出，然后再送电。（四） 保证安全措施1.昼夜设值班电工（每班二人）。2.施工现场加设围栏，并设明显“有电危险”等醒目标牌，周围2m以内禁止通行。3.加设“红灯”，以示通电标志。4.高压用是设备，绝对禁止带电作业；低压用电设备，一般也不得带电作业，在操作时一定要断电。5.变压器放在地面上时，周围也必须加设围栏，门加锁，并在围栏周围挂上“止步”，“高压危险”等警示牌。6.用电线路，必须架设在临时柱或建筑物上，离地面最小高度：当使用裸线时不低于6m；使用绝缘橡皮线时不低于2.5m；经常有车辆通行的地方，不低于5m。7.大面积电热化冻土时，打钎子和化冻土必须分段、分块流水作业，合理安排施工顺序以确保施工人员的安全。8.电热区域内的一切易燃品，必须清除出去，电线不要通过易燃品。9.发生着火等意外事故时，必须首先立即切断电源，不允许在带电情况下进入现场抢救。1.适用范围：适用开挖面积较小的沟槽（坑）和不具备用其它方法的条件下才采用人工开挖。2.开挖方法：一般是1个人用尖镐创或34人一组用铁楔子劈冻土。3.施工工具：有尖镐、铁锹、1824磅大锤和用5060圆钢，小铁道钢或45号工具钢制作的铁楔子，尖端碾扁，如图2-9。4.操作要点：个人掌铁楔子，23个人轮流打大锤，将冻土按茬劈开，一般备有23个铁楔子，当第一个楔子还没有完全劈开时，就把第二个铁楔子放在旁边的裂缝上加进去，直至冻土剥离为止。5.保证安全措施：1） 要注意去掉铁楔子头打出的飞刺，以免飞出去伤人；2） 掌铁楔子的人与打锤的人不能面对面，必须成90角，以免锤子掉头伤人；掌铁楔子时，要用粗铁丝或6钢筋作成把手，防止震坏手和误伤等，如图2-9。1.机械挖冻土方法：当冻土层厚度为0.4m以内时，可选用不同类型机械设备直接进行挖掘，如果冻土层厚度超过0.41.2m时，要用重锤击碎冻土，然后用装载机或反、正铲装车运出。2.适用范围：采用机械挖冻土，主要适用大面积冻土方的开挖作业，而不适用狭小的沟槽（坑）的开挖。3.机械设备选型：一般根据土层的冻结厚度，选用不同性能的机械设备，见表2-4。4.机械挖冻土的方案：1）要根据开面积的大小、形状和开挖的深度等具体条件、合理的布置挖掘机、装载机和破碎机等的作业方向，保证运输道路畅通，要有合理的进出环形道路，充分发挥各种作业机械设备的效率；2）要根据土的冻结深度和工期，土方产量及土方的运距等，配备各种机械设备。5.重锤击碎冻土。击碎冻土采用的重锤由铸铁铸造成楔形或环形状，重23t。利用吊车做起重架，用钢丝绳系牢，防止滑脱。施工时应先在击碎地点挖宽1m，深度略超过冻土厚度，长度由工作面确定的导沟。重锤击碎冻土震动很大，故需距建筑物20m以上，在靠近精密仪表及变电所等处不能使用。（一） 适用范围采用爆破方法开挖冻土，现在被广泛地用在工业与民用建筑和道路梁工程中。冻土层厚度小于2m时，采用此法不仅加快了施工进度，而且只要计划周密、措施得当、管理妥善，既不会出现安全事故，也不会“得不偿失”。（二） 爆破材料种类和性能1. 炸药爆破冻土所用炸药有黑色炸药、硝铵炸药及T.N.T等，其中黑色炸药系由硝酸钾、硫磺与炭末制成，爆破力较小；T.N.T系烈性炸药，一般用于大规模爆破。工地通常所用的硝铵炸药呈淡黄色，燃点在270以上，比较安全。冬季施工绝对不得使用任何甘油类炸药！因其在低温凝固时稍受震动即行爆炸，十分危险。常用硝铵炸药种类与性能，见表2-5。硝铵炸药含水量应不大于1.5，否则将影响爆炸效果，所以在施工中要妥善保存。2. 雷管雷管是用于引爆炸药的材料，按起爆方式不同，可分为火雷管与电雷管两种，管壳有铜、铝、纸三种。一般常用的是6号（6.635mm）及8号（6.640mm）两种规格。不论那种雷管，如遇撞击摩擦、搔扒、按压、火花、灼热等影响，会发生爆炸，受潮后容易失效。3. 导火索导火索是用于传递火焰引燃火雷管的起爆材料，它是用黑火药做心药，用麻、线和纸做包皮，并涂有防潮剂。根据燃烧速度的不同，可分为正常燃烧导火索及缓燃导火索两种，正常燃烧导火索燃速100125m/s，缓燃导火索燃速180210m/s。（三） 起爆方法1.火花起爆是将导火索引入火雷管，起爆时，首先点燃导火索，燃烧的火花先引燃雷管、然后使炸药爆炸。这种引爆方式好处是炮眼逐个爆炸，可凭炮声数来确定有无瞎炮，但导线易燃，不够安全。2.电力起爆是利用电雷管中的电力引火装置。通电后使雷管中的起爆药爆炸，然后使炸药全部爆炸，它适用成批爆炸的炮眼。在同一电引爆炸网路中，必须使用同厂、同批号、同牌号的电雷管，其电阻0.25（四） 炸药用量计算爆炸冻土大都使用硝铵炸药，装入炮孔内的药量Q按下式计算：QNBW3（2-4）式中Q装入炮孔内的炸药量（kg）；NB计算系数，见表2-6；W最小抵抗线（m）。(五)火线雷管安装1.根据导火索及火雷管的规格，质量要求，按起爆所需长度（最短不得小于1m），用剪刀将导火索剪齐，然后将导火索轻轻插入火雷管内接触到加帽的地方即可，不能用力猛插或转动以免雷管爆炸伤人。2.火雷管与导火索连接的固定方法，随管壳材料来定，如使用金属火雷管时，可用雷管钳夹紧管体上部管口5mm以内的的边缘处，使导火索固定在雷管上，严禁用石头之类敲打。如使用纸壳雷管时，可用麻绳或胶布缠缚。电雷管安装比较简单，只是把脚线和联线相接就行了。（六）钻孔机具和其它材料1. 冻土钻孔机有风动和电动两种，当无钻孔机时，可采用人工捣孔。机具如下：（1） 钢钎：一般用3/2实心圆钢做成，下端煅成劈尖，先在焦炭炉上烧红，再进行捣孔，钢钎须按0.72.5m长配成一套，先用短的捣，再用长的捣，随孔深变换。使用钢钎捣孔时，用钢制的掏勺清渣。（2） 钻具：在20圆钢筋上用扁铁焊成螺旋形钻，下端煅成劈尖，上端做成把手，这种工具不用烧红，直接钻冻土，用掏勺随时清除钻孔内碎冻土粉；这种钻孔办法功效较高，采用较多。2. 工具及材料（1） 代有刻度的木探尺；（2） 塑料布和牛皮纸；（3） 小白线和万用表；（4） 盛炸药和盛雷管用两个带锁的小木箱；（5） 木板及小木棒；（6） 指挥旗和口哨；（7） 塑料绝缘电线（2.5mm2）；（8） 多股绝缘电线（0.7mm2）；（9） 闸刀开关（15A、250A）；（10）铁锹和装运砂子推车；（11）秤及铁皮漏斗等。（七）劳动组织当用一台电动钻机时，劳动组织配备如下：1. 钻孔配备4人（包括司钻、调整钻杆、盖孔等）；2. 下炸药、下雷管、下砂子等配备6人；3. 接线引爆安排2人；4. 指挥1人。当无钻孔机而用手工捣孔时，每组增加捣孔人员10人（总人数中减去司钻4人）。（八）操作要点1.布置爆破孔。要根据需要开挖冻土方的面积放线，布置爆破孔，爆破孔的布置通常有梅花形与方格形两种，如图2-11，孔间距离b1.3H或1.4W。爆破孔可钻成直的，也可以钻成斜的，为了把土投向四方，爆破孔可钻成斜30角的孔。当炮眼较深（大于1.2m）时，梅花形与方格形布置两种炮眼效果差不多，当饱眼较浅时，经梅花形为佳，因为方格容易留出孔眼间土梗，需人工挖除。2.钻眼。钻眼应尽量采用冻土钻孔机，按照规定的顺序进行。炮眼直径5.06.0cm为宜，孔深可根据现场实际冻土厚度，参照表2-8确定。冻土层的厚度H(m)炮眼的深度(m) 0.50.60.70.80.91.01.21.41.61.82.00.40.450.550.600.650.750.91.11.31.41.6炮眼钻成后，用半截红砖盖住孔口，以免土块掉进孔内。当钻头在进钻中遇到坚硬的石块等障碍，出现颤动时，应提钻，在附进重钻；当电机出现异常情况时，应停机进行修理。3. 装炸药及下雷管。（1）装炸药分散装及药包两种，均需过秤。当钻孔内干燥无水时，可采用散装法。首先检查炮眼深度，无误后，将每眼用药量分二次装入炮眼，保证雷管（12个）放入炸药中间，用木棒轻轻捣实后，下砂，再捣实；（2）当眼内有少许水或潮湿时，可用塑料布事先做成炸药包，其直径为46cm，使雷管居中（每包放12个雷管）。药包制作及存放应选择隐蔽地点，不许闲人走近，不许吸烟及有明火；（3）药包用麻绳或小白线捆好后，应将雷管的端线轻轻地绕在麻绳上，投药包时，可使麻绳受力，在任何情况下，不准拉动雷管引线，雷管引线应伸出孔口外2030cm；（4）药包放入炮眼后，应检查是否落底，药包上部应填以干砂，并用木棒轻轻捣实；（5）未正式施工前应在安全地带，根据初步计算的炸药量，做爆炸试验，以鉴定炸药的数量进行调整，试爆方法及安全措施与正式爆破相同。4. 接线及引爆（1） 电爆线路采用并联连接，如图2-12；（2）引爆干线需用断面为2.5mm2的塑胶线，连接线断面为0.7mm2的塑料线，所有线的接头均用绝缘橡皮布包扎严密；（3）电源与雷管一定要分开放置，电闸开关箱要上锁，并由专人看管，得到放炮命令后，才能开锁合闸；（4）每个电雷管的脚线应接成短路，直到接线时，才能解开；干线末端也要接