第二章路基挖方施工工艺.docx
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第二章路基挖方施工工艺
第二章路基挖方施工
第一节一般规定
1、开工前完成挖方路基的各项准备工作，并在开工前至少28天，应将开挖工程断面图报监理工程师批准。
2、所有挖方作业均应符合图纸和《公路路基施工技术规范》（JTJ033-95）的有关规定，并应按监理工程师的要求施工。
3、在开挖中出现石方时，应现场测量土石分界线并报监理工程师鉴定认可后分层进行开挖。
如出现零星石方，应在事先测量石方数量，报监理工程师批准后，方能继续施工。
4、路基挖方材料应尽量予以利用，除图纸规定或被定为非适用材料外，不得任意废弃，并力争填、挖、借、弃合理。
5、挖方作业应保持边坡稳定，避免对邻近的各种结构物及设施产生损坏或干扰；同时在整个施工期间，必须始终保证路基排水畅通，以免对工程造成损坏。
第二节土方路堑开挖施工
一、开挖前的准备工作
（一）现场核对设计文件编制实施性的施工组织设计，制定开挖方案和调运路线。
（二）路基放样根据恢复的路线中桩和设计图表，准确测设施工中桩、边桩、护桩、路基用地界桩和路堑堑顶、边沟、弃土场等的具体位置桩，在距路中心桩一定的安全距离内设立控制桩，其间距不宜大于50m。
（三）绘制平面图、用地划界表及增加临时用地计划，送交有关单位，由业主办理有关征用土地手续。
并在有关部门的协助下，改造和拆迁施工范围内的既有房屋、道路、河沟、通讯、上下水道、坟墓及其它建筑物；用地范围内的树木、灌木丛等均应在施工前移植和清除。
（四）开挖前要对沿线的土质进行复查和取样试验，若用作填料，尚应按规范要求并按《公路土工试验规程》（JTJ051-93）的试验方法完成有关项目试验。
（五）开挖前要作好截水沟，并视土质情况作适当的防渗处理。
土方施工期间应修建临时排水设施，临时排水设施应与永久性排水系统结合起来，不得排入农田和污染水源，也不能引起淤积和冲刷。
引走一切可能影响边坡稳定的地面水和地下水，在路堑的线路方向上保持一定的纵向坡度（单向或双向）以利排水。
根据施工组织设计，组织齐全、配套良好、适合本工程环境的施工机械装备，并建一支管用养修完善的施工队伍。
二、机械选择的原则
（一）、设备的适应性、可靠性
1土方运距：
当土方的运输距离小于100m时，以选用推土机为宜，100~700m时，以铲运机为合理，＞700m时应选用自卸车运土。
2施工条件：
机械设备要满足场地的作业条件。
3机械组合：
主要设备和控制性的关键设备尽量配备2台以上，平时多开工作面，加快工作进度，一旦机械故障停机时，可以适当调整，不至全面停工。
4同一流程上的各种机械在生产能力上要相匹配，每日的工作条件发生变化时，机械设备要进行及时调配和作相应调整。
5同类机械要尽量选用同型号机械，既利于调配也便于维修和配件管理。
6建立一个良好的机械管、用、养、修及油料和配件供应的体系是高效完成机械开挖的保证。
三、开挖作业
土方路堑开挖根据路堑深度和纵向长度，开挖方式可以分为横挖法、纵挖法及混合式开挖法三种（参见《公路基施工技术规范》JTJ033—95）。
（一）横挖法：
对路堑的整个横断面的宽度和深度从一端或两端逐渐向前开挖的方法，适用于短而深的路堑。
当路堑深度不大时，可以一次挖到设计标高，称为单层横挖法；但路堑较深，且土方工程数量较大时，则可采用分层横挖法，其各层间应纵向拉开，做到多层多方向出土，可安排较多的劳动力和机械，以加快施工进度。
每层挖掘深度根据工作方便和施工安全而定，人力横挖法施工时，一般1.5~2.0m；机械横挖法施工时，每层台阶深度加大到3m~4m，均要留有运土通道和临时排水沟。
横挖法采用机械化施工时，以推土机堆土配合装载机和自卸汽车运土较为有利，边坡修整应配以平地机或人工分层修刮完成。
（二）纵挖法：
1分层纵挖法：
沿路堑全宽以深度不大的纵向分层挖掘前进的作业方法称为分层纵横法，适用于较长的路堑开挖。
施工中当路堑的长度较短时（不超过100m时），开挖深度不大于3m，地面较陡时，宜采用推土机作业，其适宜运距为5~7m，最远不大于100m。
当地面横坡较平缓时，表面宜横向铲土，下层的土宜纵向推运。
当路堑横向宽度较大时，宜采用两台或多台推土机横向联合作业。
当路堑前傍陡峻山坡时，宜采用斜铲推土。
当采用分层纵挖法挖掘的路堑长度较长（超过100m）时，宜采用铲运机作业。
对于拖式铲运机和铲运推土机，其铲斗容积为4～8m3的，适宜运距为100～400m；容积为9～12m3的，适宜运距为100～700m。
自行式铲运机的适宜运距可照上述运距加倍。
2通道纵挖法：
沿路堑纵向挖掘一通道，然后将通道向两侧拓宽，上层通道拓宽路堑边坡后，再开挖下层通道，如此向纵深开挖至路基标高的方法称为通道纵挖法。
这种方法快速有效，通道可作为机械通行、运输土方车辆的道路，便于土方挖掘和外运的流水作业。
3分段纵挖法：
如果路堑很长，可沿路堑纵向选择一个或几个适宜处，将较薄一侧路堑横向挖穿，将路堑在纵向分成两段或者数段，各段再纵向开挖的方法。
称为分段纵挖法。
路堑过长，弃土运距过远的傍山路堑，其一侧的堑壁不厚的路堑开挖较适用。
中间段还应有弃土场，以便于方挖方中弃土的堆放。
（三）混合式开挖法
将横挖法与通道纵挖法混合使用，适用于路堑纵向长度和深度都很大时，先将路堑纵向挖成通道后，然后沿横向坡面挖掘，以增加开挖坡面，每一个坡面设一个机械工班组进行作业。
四、路床压实要求
（一）路堑路床的处理
1当路床表层土符合路基填料的要求满足表2-2-1要求时，应进行碾压使其达到标准。
2当路床的表层下为有机土、难以晾干压实的土、CBR值小于表2-2-1规定的土或不宜作路基填料的土，均应换填满足路基填料要求的土。
换填深度应满足设计要求，当换填超过30cm时，压实度按表列数值的90%标准执行，并分层回填压实。
3当路床顶面以下土层含水量较高且为非细粒土时，应增设地下排水设施以降低地下水位，保持路床干燥至符合填料最佳含水量时，再翻松碾压密实。
对含水量高的细粒土，当降排水措施难以奏效时，可按特殊地区路基采用换填法或其他方法处理。
路基填方材料最小强度和最大粒径表表2-2-1
项目分类
（路面底面以下深度）
填料最小强度（CBR）（%）
填料最大粒径（cm）
高速公路及一级公路
二级及二级以下公路
路
堤
上路床（0~30cm）
8.0
6.0
10
下路床（30~80cm）
5.0
4.0
10
上路堤（80~150cm）
4.0
3.0
15
下路堤（＞150cm）
3.0
2.0
15
零填及路堑路床（0~30cm）
8.0
6.0
10
（二）路堑压实要求
1路堑路床进行压实，路基压实度应不低于表2-2-2标准。
土质路堤压实度标准表2-2-2
填挖类型
路面底面计起深度范围（cm）
压实度（%）
高速公路、一级公路
其它公路
路堤
上路床
0~30
≥95
≥93
下路床
30~80
≥95
≥93
上路堤
80~150
≥93
≥90
下路堤
＞150
≥90
≥90
零填及路堑路床
0~30
≥95
≥93
注：
（1）表列压实度以部颁《公路土工试验规程》重型击实试验法为准；
（2）特殊干旱地区的压实度标准可降低2%~3%；
2压实度的检验频率每2000m2检测8点，不足200m2时至少检测2点。
必须每点符合表2-2-2要求。
3土质路堑路床顶面还应进行弯沉检验，压实度和弯沉值均应满足设计要求。
4土质路堑路床的施工标高，应考虑因压实而发生的下沉量，其值由试验确定。
第三节石方路堑开挖施工
一、石方路堑的开挖方式
（一）爆破法开挖：
这是当前广泛采用的开挖方法，它又可分为薄层开挖、分层开挖、全断面一次开挖和特高梯段开挖等。
（二）直接应用机械开挖使用带有松土器的重型推土机破碎岩石，一次破碎深度约0.6~1.0m。
适用于施工场地宽阔、大方量的软岩石方工程。
（三）静态破碎法在炮孔内装入破碎剂，利用药剂自身产生的膨胀力，缓缓地作用于孔壁，经过数小时至24h达到300~500Mpa的压力，使介质开裂。
对大型的或复杂的工程，主要使用破碎剂时，还要考虑使用机械挖除或与控制爆破配合才能提高工作效率。
二、机械选择
石方开挖主要使用钻孔机械和土方机械，土方机械见其它有关章节，凿岩机适应于钻小直径的炮孔，穿孔机适于较大直径的钻孔。
常用凿岩机的性能及应用范围表2-3-1。
常用凿岩穿孔机主要特性及应用范围表2-3-1
类别
组别
型别
型号举例
钻孔尺寸
岩石坚固系数f
钻孔方向
架持方式
质量
（kg）
应用条件
孔径（㎜）
孔深（m）
凿岩机
风动
手持式
01-30，
Y-24
34～42
4.0
6～15
水平，倾斜，向下
手持，风动支架
20～28
开挖量小，层薄，工作场面窄小，以及解炮等使用
气腿式
YT23，
YT24，
YT26
34～42
5.0
8～18
水平，倾斜，向下
气腿，
台车
23～30
向上式
YSP45，
01-45
35～45
4～6
8～18
与水平面上斜60O～900
气腿
44～45
工作场面允许时采用
导轨式
YG40，
YGP35，
YGZ90
40～80
15～40
8～18
任意方向
台车，
支架
30～100
开挖量小，层薄，工作面小，以及解炮等使用
液压
导轨式
YYG-80
42
14～18
任意方向
台车
80
开挖量小，层薄，工作面小，以及解炮等使用
电动
手持气腿式
YDX40A，
YTD25
35～45
4～5
6～15
水平，倾斜，向下
手持，气腿，支腿
25～31
内燃
手持式
YN30A，
YN25
6
10～14
水平，向下
手持
23～28
电钻
手持导轨式
YTD30，
YTD25
35～45
5
＜10
水平，倾斜，向下
螺旋推进器
25～92
台车
轮胎式
履带式
CZ301，
CT-400A
50～70
75～150
20～30
30
6～18
8～12
水平，倾斜，向下
轮胎
800
4500
工作面许可时使用
CL-1
水平，倾斜，向下
履带
4500
类别
组别
型别
型号举例
钻孔尺寸
岩石坚固系数f
钻孔方向
架持方式
质量
（kg）
应用条件
孔径（㎜）
孔深（m）
穿孔机
潜孔式
露天式
CLQ-8O
85～130
20
8～12
00～900
风动履带
4500
工作面大，开挖厚度大，方量多在开挖技术规范许可时，可以应用
YQ-100
100～150
18
8～16
00～900
600～900
风动履带
7000～1500
YQ-150
YQ-170
170
18
8～16
600～900
履带自行
15000
回转钻
履带式
KZ-120，
YCZ76
95～150
30
＜12
700～900
履带自行
5000～11000
牙轮钻
履带式
KHY-200
190～214
16.5
8～12
750～900
液压气动控制
41000
料场开采
KY-250C
225～250
17
6～18
900
84000
三、路基石方爆破施工
（一）浅孔爆破：
浅孔爆破是指炮孔孔径小于50mm，炮孔深度小于5m的爆破。
使用手持式或气腿式轻型凿岩机，或人工打眼获得炮孔。
装药量小，围岩破坏范围小，可以有效地控制爆破岩石的移动方向和块度。
主要用于：
清刷石方边坡，5m内深孔预裂，光面爆破及石方深孔控制爆破钻孔平台的平整和清理等。
1露天小台阶爆破。
装药深度一般为孔深的1/3～1/2,特殊情况下也不超过眼深的2/3，以留出足够的堵塞长度。
4m以上孔深可采用药壶爆破工艺以提高效率。
2爆破设计
（1）爆眼深度，根据岩石坚硬程度而决定炮眼深度，可按下式计算。
L=CH
式中：
L——炮眼深度（m）
C——系数，坚石用1.0～1.15，次坚石用0.85～0.95，软石为0.7～0.9
（2）最小抵抗线长度W
W=Kwd
式中：
W——由炮眼到临空面的最小距离（m）
d——钻孔最大直径（cm）
Kw——系数，一般取15～30。
坚硬岩石用小值，中等硬岩用大值。
（3）炮眼间距：
用排炮爆破时同排炮眼的间距，视岩石类别、节理发育程度，参照下式计算确定。
a=kw（m）
式中：
a炮眼间距（m）
k系数，采用火雷管起爆为1.2～2.0，采用电雷管起爆为0.8～2.3
w最小抵抗线（m）
当使用多排排爆爆破时，距眼应按梅花形布置，炮排距约为同排炮孔距的0.86倍。
（4）炮眼排距：
b=（0.85～1.1）W（m）
（5）单孔装药量计算
Q=qWaH（kg）
式中
q——单位炸药消耗量kg/m3
依2号岩石硝铵炸药计，一般为（0.3～0.7）kg/m3之间。
石质松软，台阶陡直采用小值，但单孔药量的容积不能大于2/3孔深，否则换用高威力炸药和缩小孔间距。
2二次破碎
孔深一般应保有不少于40㎝填塞长度。
若岩石太大，又需防止爆破飞石过远，可采用加深孔深，缩小间距和孔内分段间隔小药量装药一次电起爆，或间隔装药、导爆索配合电雷管一次起爆的控制爆破方法施工，以减小块石和防止飞石。
药量：
Q=q弧V
式中：
q弧——单位炸药消耗量，一般为0.1～0.2kg/m3
V——弧石体积，m3
（二）裸露爆破
裸露爆破是把药包放在物体表面，在药包上覆盖草皮或稀泥然后进行爆破，主要
用于破碎弧石或大岩石的二次爆破。
爆破所需药量：
Q=qV
式中：
q——单位耗药量kg/m3，其值处决于岩石的性质和炸药特性。
通常取1.3～
2.0kg/m3。
V——岩石体积
通常裸露药包采用筒装炸药。
为了安全，每次爆破炸药量不得大于20kg。
并用下式确定空气冲击波对在掩体内作业人员最小安全距离Rk（m）：
式中：
Q——一次爆破的炸药量kg；秒延期时，Q按各延期段中最大药量计算，
毫秒延期爆破时，Q按一次爆破的总炸药量计算。
考虑可能引起的飞石，安全操作规程内定最小安全距离为400m。
（三）猫洞炮
猫洞炮是将集中药包直接放入直径为0.2～0.5m、深度在2～6m的水平或略有倾斜的炮洞中的一种炮型。
炮孔用人工冲钎的方法或手持式钻孔，适用于硬土，胶结良好的古河床、水渍层，软石和节理发育的次坚石、坚石，可利用裂隙修成导洞或药室。
图2-3-2
1、炮孔间距计算
a=（1.0～1.3）W
式中：
W——相邻两药包计算抵抗线的平均值（m）；
1.0～1.3——系数，可根据岩石硬度，节理发育程度及地面坡度（α）的大小而定，一般采用1.0～1.2，当α＞70O时，可采用1.2～1.3，当梯段高度超过水平孔W值的2.5倍时，需设置上下层药包，并应上下交错，如地质条件许可，药壶炮与猫洞炮综合使用，见图2-3-2。
2、单孔装药量计算
当被炸松的岩体能坍塌出路基时
Q=KW3f（α）d
式中：
Q——用药量（㎏）
K——为单位岩石标准耗药量，kg/m3，查表2-3-2取得单位炸药消耗量、压缩系数和A值
W——最小抵抗线，m；
d——堵塞系数，可近似用d=3/L计算，L为眼深；
f（α）——抛坍系数；当地面横坡α＜30O时，f（α）=1-a2/7000，当α≥30O时，f（α）=26/a
当被炸松的岩体不能坍塌出路基时：
Q=0.35KW3d
式中符号同上述，其中0.35系数相当于式中a=70°～75°时的情况。
单位炸药消耗量、压缩系数和A值表2-3-2
土岩类别
单位炸药消耗量
K值（kg/m3）
压缩系数
（μ）
各种n值下的A值
0.75
1.0
1.25
1.50
1.75
2.0
粘土
1.1～1.35
1.1～1.4
1.25～1.4
1.4～1.6
250
150
50
20
0.415
0.362
0.283
0.235
0.474
0.413
0.323
0.268
0.550
0.479
0.375
0.311
0.635
0.549
0.433
0.360
0.725
0.632
0.494
0.411
0.820
0.715
0.558
0.464
坚硬土
松软岩石
中等坚硬岩石
坚硬岩石
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
2.0
2.1
2.2以上
10
10
10
10
10
10
10
10
0.21
0.215
0.219
0.224
0.227
0.231
0.236
0.239
0.24
0.246
0.250
0.265
0.260
0.264
0.269
0.273
0.279
0.284
0.290
0.296
0.302
0.306
0.312
0.332
0.322
0.328
0.335
0.342
0.348
0.354
0.361
0.385
0.368
0.375
0.363
0.390
0.398
0.404
0.412
0.418
0.406
0.424
0.433
0.411
0.450
0.457
0.466
0.472
3、装药回填注意事项：
（1）药室底部需达到一定的容积，以保证药量集中，最大装填范围不宜超过1/3孔深，以保证回填堵塞质量，增加炸药利用率。
（2）在高台阶地段（8～12m），可采用上下排同时起爆或毫秒微差及同排跳段起爆方法获取最佳爆破效果。
（四）药壶炮爆破
药壶炮爆破是炮孔底部，用小药量多次爆扩，使底部一定范围内的岩石在炸药能量不断作用下连续产生粉碎性破坏，被粉碎的石渣石屑与爆轰气体顺着炮孔方向同时排出，使孔底形成一定的容药空腔（俗称“扩壶”或“烘”），成为药壶后再进行最终装药爆破的方法（图2-3-3）。
其炮眼深度较深，为5～7m，它适用于均匀致密的硬土、坚石、次坚石中硬较稳定的岩石中，石方量较大，开挖深度较小。
具有省药，爆能利用高等优点，但操作复杂，目前不。
对于炮眼深度小于2.5m，节理发育的软石，一下水发育或雨季施工时不宜采用。
1扩药壶工艺
要求扩大的药壶体积应满足设计药量的要求，但不能过大，也不能过小，且在扩壶过程中还得防止爆塌炮孔，为关键工序。
（1）壶药量和次数
用药量由少到多，第一次扩壶装药量一般在50～100g，以后各次以下比例增加（设第一次扩壶药量基数为1）：
第二次用药：
2
第三次用药：
3
第四次用药：
7
扩大药壶需要的总药量与设计要求的药壶装药量及岩石性质有关，可用经验公式估算：
Q＇=Q/P
式中：
Q＇——扩大药壶需要的总药量，㎏
Q——设计要求的药壶装药量，㎏
P——岩石的炸胀指数，按岩石的等级取值：
Ⅷ级以上P=1～5
Ⅴ～ⅦP=5～10
Ⅳ～ⅥP=10～25
（2）扩壶工艺
①.扩壶时用电雷管或非电雷管起爆，一般不用导爆壶将炮孔炸坏。
②.扩壶时一般可用少量砂或干砂堵塞，也可不堵塞，但炸药能量损失大，降低扩壶效果。
③.两次爆破之间要有一定的间隔时间，再进行下一次爆破前要测量壶内温度，确保降到40ْC以下后才能装药。
亦可滴入少量盐水增加降温速度。
④.扩壶时，人员的安全距离要大于50m，深孔扩壶时大于100m。
2药壶体积的测算与计算
用二根等长的绳索分别系在一根铁棍的两端，先将铁棍竖着放入，再提绳索，使铁棍趋入水平，根据绳索的长度确定铁棍的位置，由此确定壶的内径，分别用不同的铁棍测出药壶不同位置的直径根据药壶的体积（V,cm3），再计算药壶的容纳的炸药质量（Q,g）即Q=ΔV后取均值，按圆柱体近似计算药壶体积。
式中Δ——装药密度，约为0.8g/cm3.
3爆破参数计算：
用药量：
抛掷爆破：
Q=q标.W3.f（n）
松动爆破：
Q=q松.a.f.H.W
式中:
Q——药壶装药量，㎏。
Q标——标准抛掷爆破单位用药量，㎏/m3，查表2-3-3。
Q松——松动爆破单位用药量，㎏/m3。
W——最小抵抗线，m
F（n）——爆破作用指数函数
a——药包间距，m
H——台阶高度，m
各种岩石炸药单位耗药量表2-3-3
岩石f值
0．8～2
3～4
5
6
8
10
12
14
16
20
q（㎏/m3）
0．4
0．43
0．46
0．5
0．53
0．56
0．6
0．64
0．67
0．7
抛掷爆破中：
a=0.5W（1+n）
b=（0.87～1）a
式中a——药包间距，m
b——药包排距，m
n——爆破的作用指数
松动爆破中：
取a=W，b=1.5W（多排群炮的排距）
用药量：
Q=q松·W3
（五）深孔松动爆破
深孔是孔径大于50mm，孔深超过5m的爆孔，深孔梯段爆破是指朝向自由面，以一排或数排垂直或倾斜炮孔进行的爆破。
按开挖形式分，有挖槽深孔爆破和梯段深孔爆破，前者爆破只有向上一个临空面，多用于挖槽路堑开挖中，后者有两个临空面，爆破效果较好，适合机械化开挖运，是石方开挖施工中较好的爆破形式。
适用于深挖路堑施工。
由于本方法应用大中型凿岩机进行爆破施工，必须可先改造地形，修筑进场便道。
先将地面修成台阶，称为梯段，梯段倾角最好为60°～75°，高度5～15m之间。
1台阶要素，钻孔形式与布孔方式
深孔爆破的台阶要素如图2-3-4所示。
钻孔形式如图2-3-5所示。
2深孔爆破参数的选取
（1）抵抗线长度W
W=HDŋd/150
式中H——阶梯高度，m
D——硬度系度，D=0.45～0.56
d——炮孔直径,mm
ŋ——高度影响系数，见表3-3-3
高度影响系数表3-3-3
H（m）
10
12
15
17
20
22
25
27
30
Ŋ值
1.0
0.85
0.74
0.67
0.60
0.56
0.52
0.47
0.42
（2）炮眼深度L，m
L=（1.0～1.15）H
（3）孔距a，m
a=（0.7～1.4）W
（4）孔距b，m
方格布置炮孔b=a
三角布置炮孔b=0.87a
（5）装药量Q（㎏）
Q=0.33KHWa
式中：
k——单位耗药量（㎏/m3），k值见表2-3-4
除查表外，可用经验公式计算K值
K=0.1N+b
式中：
N——岩石等级，（16级分级法）
b——系数，当N≤7时，b=0.7，当N>7时，b=0.6
（6）填塞长度
L=（20～30）d
L≥（0.7～1.0）W
对于非常坚硬的岩石，可将上式系数取到1以上，对垂直深孔，填塞长度等于排距。
当钻孔直径大，装药长度小时，则填塞长度可能偏大，可考虑采用分散装药结构或在填塞段内补充辅助小药包改善上部岩体破碎效果。
底层药量占单孔药量的70%，上层药量占30%，充填物最好选择干砂或干燥土捣实均匀。
耗药量K值表表2-3-4
岩石名称
岩石等级（
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