土方冻土开挖方案.docx
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土方冻土开挖方案
土方冻土开挖方案
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(F=∑Zt);
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0.5~1m,间距为(10~15)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30~50cm,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:
H=60(4P-P2)/K1-λhSH (2-2)
式中 H ── 覆盖雪层土的冻结深度(cm);
λ ── 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P=∑Zt/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3.53.03.03.03.33.12.72.13.23.12.62.12.82.72.31.92.01.91.61.31.61.61.31.11.41.31.21.21.121.081.061.001.41.31.11.02.52.42.01.62.12.01.71.4
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0.1~0.3Mpa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φ3/2″~3″。
支管宜用φ3/4″~2″,喷汽管通常用φ1/2″~1″;
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φ20~φ25钢筋制成,其长度视冻土层厚度而定。
电极上端露出地面10~15cm,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40~80cm。
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5~10cm厚锯末或其它保温材料,并浇以浓度为0.2%~0.5%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50~80cm。
电极可用φ20~φ25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10~15cm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20%~30%时,采用380V电压融化时,对于冻深50~60cm为土层,约需12~15h,60~100cm冻土层,约需20~30h。
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7~8人操作,1人掌钎(电极),6~7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4~6mm2的裸铝线(连接电极5~7根),支线为10~16mm2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15~21根电极,每相线上接5~7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3~4人一组用铁楔子劈冻土。
3.施工工具:
有尖镐、铁锹、18~24磅大锤和用φ50~φ60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:
1个人掌铁楔子,2~3个人轮流打大锤,将冻土按茬劈开,一般备有2~3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φ6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0.4~1.2m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2~3t。
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(φ6.6×35mm)及8号(φ6.6×40mm)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100~125m/s,缓燃导火索燃速180~210m/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≯0.25Ω
(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:
Q=NB·W3 (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0.7~2.5m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φ20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b=1.3H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5.0~6.0cm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)0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.00.4 0.45 0.55 0.60 0.65 0.75 0.9 1.1 1.3 1.4 1.6
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(1~2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4~6cm,使雷管居中(每包放1~2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20~30cm;
(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;干线末端也要接成短路,用胶布包扎好,以防误触电源;
(5)在引爆前应仔细检查接线情况,待一切均安排妥善后,才能下令引爆;
(6)在引爆中,必须设专人计数响炮个数,引爆后,不要一哄而上,在最后一炮爆炸完5min以后,由爆破员进入现场检查;如果不以计数或者有怀疑时,应至少等待20min以后,方可进入爆炸现场;
(7)瞎炮处理,引爆后发现的瞎炮,应用白灰圈上,做出标记,然后由专人进行处理,严禁乱动。
当雷管能通电时,可重新通电,将瞎炮炸毁,不能通电时,应在距瞎炮60cm处,再进行钻眼放炮,将瞎炮带起来;
(8)严禁在一次爆破中使用不同燃速的导火索;
(9)群炮爆破时,不准用明火点燃导火索,只有一个药包需要点燃时才可使用明火点燃。
5.保证安全措施。
(1)装完药后一定要将雷管脚线端接短路,严禁与电器在设备以及其它导电物质接触;
(2)装药量一定要按经过计算而确定的数量装,不得任意增减药量;
(3)引爆干线必须端接短路!
不准与其它动力线、照明线等电线接触;
(4)爆炸材料的运输、堆放、保管、试验、包扎、接线及引爆等,必须由经过专门训练的有一定技术知识的人员承担;
(5)炸药和雷管必须设专人,分开保管。
炸药和雷管分别放在上锁木箱和铁箱内;
(6)现场人员必须戴安全帽,引爆信号发出后周围100m以内不准有人;
(7)开始引爆及引爆过程中,均用哨子和红旗做信号。
第一次信号在装药、接线前发出,此时非操作人员全部退出警戒区(半径100m)。
第二次信号在装药、接线完毕后发出,此时除引爆员及其助手外,全部退出警戒区;引爆员检查无误后,进入隐蔽所,合闸引爆。
5min后,引爆员进入现场,对炮眼逐个检查,确认无问题后,可发出第三次信号,解除警戒。
(8)炸药和雷管设专人负责管理,并建立严格的领退手续,两者不能同车运输,要分开装运。
(9)当爆破现场附近有居民或精密仪表等设备怕震动时,应提前做好保护工作。