22-2 冬季土方工程施工作业指导书.doc
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1、22-2 土方工程土方工程土在冬期,由于遭受冻结,变为坚硬,挖掘困难,施工费用比常温期高,所以土方工程的冬期施工,必须在经济及技术条件上认为合理时,方可进行。22-2-1 土的冻结土的冻结土的冻结有它的自然规律,在整个冬期的冻结深度,在地表面无雪和草皮覆盖条件下的全年标准冻结深度 H0 可按下式估计:(m) (22-1)5 . 0728. 00mTH式中 Tm低于 0的月平均气温的累计值(取连续十年以上的年平均值) ,以正号代入。【例】根据气象资料查得某地低于。的月平均气温为:一月-20.2,二月-16,三月-6.2,十一月-6.9,十二月-17.1,试估计该地的全年冻结深度。【解】Tm20.
2、2166.26.917.166.4依公式(22-1)得=1.9m5 . 074 .6628. 00H暴露在外界大气中的土冻结时,其冻结速度与外界气温有表 22-3 的规律,但这只是冻结初期的规律,当上层冻结以后,下面土由于有了上层冻结层的覆盖,传热阻发生变化,就不按照这个规律了。根据气温确定土的冻结速度表 表 22-3在下列气温条件下,接近最佳含水量时, 土的冻结速度(cm/h)土的种类-5-10-15-20 覆盖有积雪的砂质粉土和粉质粘土0.030.050.080.10没有积雪覆盖的砂质粉土和粉质粘土0.150.300.350.50基于土冻结的规律,冬期施工时必须周密计划,组织强有力的施工力
3、量,进行连续不断的施工。一般来说,土方工程尽量安排在入冬之前施工较为合理。22-2-2 土的防冻土的防冻土的防冻应尽量利用自然条件,以就地取材为原则。其防冻方法一般有地面耕松耙平防冻、覆雪防冻、隔热材料防冻等,现分述如下:1地面耕松耙平防冻法预定冬期施工的土方工程,土的防冻工作,必须在入冬前进行。其方法是在指定施工的部位,进入寒冻之前将表层土翻松耙平,其厚度宜为 2530cm,其宽度宜为开挖时冻结深度的两倍加基槽(坑)底宽之和。如图 22-1 所示。图 22-1 预防土冻结耕松耙平图1-天然雪层;2-地表面;3-耕松厚度 250mm;4-耙平厚度 150mm;5-拟挖掘的地槽轮廓;H-土的最大
4、冻结深度在上述情况下,经过 z 昼夜后的冻结深度 H 可按下式计算:H(4PP2) (22-2)式中 H翻松耙平或粘土覆盖后的冻结深度(cm) ;土的防冻计算系数,按表 22-4 选用;P冻结指数,;1000T tPt土体冻结时间(d) ;T土体冻结期间的室外平均气温() ,以正号代入。土的防冻计算系数 表 22-4P 值地面保温的方法0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.01.52.0耕松 25cm 并耙平151617182022242628303030覆盖松土不少于 50cm353637394144475155596060【例】某地为粘土,由 11 月 7 日开始冻结,
5、于冻结前耕松地面 25cm,并耙平之,11 月的平均温度为-2.1,12 月的平均温度为-8,试计算该地在 1月 1 日的冻结深度。【解】11 月冻结了 306=24d,12 月冻结了 31d。11 月 tT242.15112 月 tT318248tT51248299P299/10000.3从表 22-4 查得 17,代入公式(22-2)得该地在 1 月 1 日的冻结深度为:H17(40.30.32)19cm2覆雪防冻法在积雪量大的地方,可以利用自然条件,覆雪防冻,效果很好。覆雪防冻的方法,通常有三种类型:第一种类型是利用灌木和小树林等植物挡风起涡旋存雪,这些植物应等到挖土开始之前再铲除,如图
6、 22-2。图 22-2 利用植物挡雪防冻第二种类型是在面积宽阔而又没有植物的地面上,可设篱笆或造雪堤以为积雪之用,设置时应使长边垂直于主要方向,其互相间的距离从 10h 到 15h,h是篱笆或雪堤的高度,通常采用 0.51m,如图 22-3。图 22-3 设置篱笆或雪堤挡雪防冻第三种类型是在面积较小的地面,特别是拟挖掘的地沟面,若在土冻结之前,初次降雪后,即在地沟的位置上挖沟。深度为 3050cm,宽度与预计深度的两倍加基槽(坑)底宽之和。随即将雪填满,即可防止未挖掘的土冻结,如图 22-4。图 22-4 挖沟填雪防冻H0-土的最大冻结深度3保温材料防冻法面积较小的地面防冻,可以直接用保温材
7、料覆盖,覆盖层的厚度 h 可按下列公式计算:hH/ (22-3)式中 h保温材料厚度(cm) ;H不保温时的土体冻结深度(cm) ;各种材料对土体冻结影响系数,按表 22-5 选用。各种材料对土体冻结影响系数 表 22-5保温材料土壤种类树叶刨花锯末干炉 渣麦草膨胀珍 珠岩炉渣芦苇草帘泥炭 土松散 土密实 土砂土3.33.22.82.02.53.81.62.12.52.81.41.12粉土3.13.12.71.92.43.61.62.02.42.91.31.08粉质粘土2.72.62.31.62.03.51.31.72.02.31.21.06粘土2.12.11.91.31.63.51.11.4
8、1.61.91.21.00注:1表中数值适用于地下水位在冻结线 1m 以下。2当地下水位较高时(饱和水的) ,其值可取 1.0。3松散材料表面应加以盖压,以免被风吹走。【例】某工地计划在 1 月份开始挖槽,根据气象资料计算,如无保温层时土的冻结深度可达 67cm,为防止冻结,拟用锯末覆盖保温。土为粉土,应铺多厚的锯末?【解】查表 22-5 得 2.7,代入公式(22-3)锯末厚h67/2.725cm在被保温地面上的全部保温层厚度必须一致。保温层铺出的宽度,应不小于最大冻结深度。如图 22-5 所示。图 22-5 保温层铺出的宽度示意H0-土的最大冻结深度;D-基础埋深开挖完的土方,必须防止基槽
9、(坑)的底部受冻或相邻建筑物的地基及其他设施受冻。如基槽(坑)挖完后不能及时进行下道工序施工,应在基底标高上预留适当厚度土层,并覆盖保温材料保温。22-2-3 冻土的破碎与挖掘冻土的破碎与挖掘在没有保温防冻的条件,或土已冻结时,比较经济的土方施工方法是破碎冻土,然后挖掘。一般有爆破法、机械法和人工法三种。1爆破法爆破法适用于冻土层较厚,开挖面积较大的土方工程。这个方法是以炸药放入直立爆破孔或水平爆破孔中进行爆破,冻土破碎后用挖土机挖出,或借爆破的力量向四外崩出,形成需要的沟槽。适用于冻土层较厚的土方工程。冻土深度在 2m 以内时可以采用直立爆破孔,如图 22-6(a) 。冻土深度在 2m 以上
10、时可以采用水平爆破孔,如图 22-6(b) 。图 22-6 爆破法和土层冻结深度的关系(a)直立爆破孔;(b)水平爆破孔H-冻土层厚度;W-最小抵抗线(由药包中心至地面的最小距离)爆破孔断面的形状为圆形,直径为 5070mm。直立爆破孔与地面呈 6090夹角,深度为冻层厚度的 0.60.85 倍。爆破孔间距一般等于最小抵抗线长度的 1.2 倍,排距等于最小抵抗线长度的 1.5 倍。爆破孔可用电钻、风钻或人工打钎成型。炸药可使用黑色炸药、硝铵炸药或 TNT 炸药。冬期严禁使用甘油类炸药,因为它在温度-10时就会冻结,并有自爆的危险。雷管可使用电雷管或火雷管。炸药用量由计算确定或不超过孔深的 2/
11、3,外面装以砂土。硝铵炸药的用量可按下式计算:QNBW3 (22-4)式中 Q硝铵炸药用量(kg) ;NB计算系数,见表 22-6;W最小抵抗线(m) 。硝铵炸药计算系数 NB 表 22-6土的种类用直立爆破孔爆破时 NB的约值粘土0.81.0含小石土0.60.8黑土及砂土0.40.6【例】在斜坡上的冻土凿眼爆破,如图 22-7 所示,凿眼深度为 1.2m,土质为粘土,问需装多少硝铵炸药?【解】最小抵抗线为药包中心至地面的最小距离,即mW17. 14142 . 1cos2 . 122 查表 22-6,得 NB1,需装硝铵炸药的量按公式(22-4)为:Q11.1731.6kg爆破冻土耗用硝钱炸药
12、的量也可参考表 22-7。爆破 100m3冻土消耗的硝铵炸药用量(kg) 表 22-7冻层厚度(m)冻土种类0.51.01.5粘土、建筑瓦砾676060含小砾石的土504848黑土及砂土393434图 22-7 斜坡冻土凿眼爆破爆破孔应注意事项:爆破孔在装药前,应将钻孔剩余的冻土屑清除,如落入水时,应用干砂、破布或其他吸水材料,把水吸出,已经清理好的爆破孔在爆破前应用木塞塞上,木塞的上头须高出地平线 1020cm。装炸药常识:装炸药时,开始应装入容量的一半,再装入雷管,最后填入余下的炸药,用木棍轻加压实,再放入 1015cm 的干砂或细干土层,爆破孔的上部塞入融解的土。装入带筒的炸药包,可以用
13、绳放入,不应用缓燃导火线或电气雷管线。填孔时需特别注意不要使导火线或电线受到破坏。爆破的安全注意事项:爆破施工要离建筑物 50m 以外,距高压电线 200m以外。爆破工作应在专业人员指挥下,由受过爆破知识和安全知识教育的人员担任,爆破之前应有技术安全措施,经主管部门批准,在现场应设立警告标志、信号、警戒哨和指挥站等防卫危险区的设施。放炮后要经过 20min 才可以前往检查。遇有瞎炮,严禁掏挖或在原炮眼内重装炸药,应该在距离原炮眼 60cm以外的地方另行打眼放炮。2机械法当冻土层厚度为 0.25m 以内时,可用中等动力的普通挖土机挖掘,其在冬期的工作效能与夏天相差不大。当冻土层厚度不超过 0.4
14、m 时,可用大马力的掘土机(其戽斗容积为 1m3或大于 1m3)开掘土体,并不需预先准备即能进行。用拖拉机牵引的专用松土机,能够松碎不超过 0.3m 的冻土层。厚度在 0.61m 的冻土,通常是用吊锤打桩机往地里打楔或用楔形锤打桩机进行机械松碎。但为了易于移动,通常用最轻的打桩机,如图 22-8。图 22-8 松碎冻土的打桩机厚度在 11.5m 的冻土,可以用重锤冲击破碎冻土。锤可由铸铁制成楔形或球形,重 23t。也可使用强夯重锤。起吊设备可用吊车、简易的两步搭或三步搭支架配以卷扬机。有风镐设备的单位可用风镐将冻土打碎,然后用人工或机械运输,其施工较简单,工人不需要更多训练。3人工法普通常用的
15、工具有镐、铁楔子,使用铁楔子挖冻土比用其他手工工具效果为好,效率较高。施工时一人掌楔,一人或两人掌大锤,一个小组常用几个铁楔子,当一个铁楔子打下去而冻土尚未脱离时,再把第二个铁楔子在旁边的裂缝上加进去,直至冻土剥离为止。但要注意去掉楔头打出的飞刺,以免飞出伤人。掌铁楔的人与掌锤的人不能脸对着脸,必须互成 90。此方法耗费劳动量较大,是一种比较落后的方法,但在场地狭窄、不适宜用大型机械的地方,尚可使用,比使用镐来挖掘要省力得多。铁楔子的尺寸如图 22-9 所示。图 22-9 松碎冻土用的铁楔子4冻土的挖掘破碎后的冻土可用机械或人工方法挖掘。与常温施工不同的是由于外界气温处于 0以下,使未冻的土很
16、快冻结,因此应注意下列几点:1必须周密计划,组织强有力的施工力量,必要时应留出预备力量,以便进行连续不断的施工。2各种管道、机械设备和炸药、油料等必须采取保温措施,防止因冻结遭受破坏或变质。3对运输的道路须采取防滑措施,如撒上炉渣或砂子等,以保持正常运输和安全。4土方开挖完毕,或完成了一段落,必须暂停一段时期,如在一天以内,可在未冻土上覆盖一层草垫等简单的保温材料,以防已挖完的基土冻结。如间歇时间稍长,则应在地基上留一层土暂不挖除,或覆以其他保温材料,待砌基础或埋设管道之前再将基坑(槽)或管沟底部清除干净。22-2-4 冻土的融解冻土的融解冻土的融解是依靠外加的热能来完成的,所以费用较高,只有
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