土方冻土开挖方案讲解学习.docx

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土方冻土开挖方案讲解学习

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。