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 3.53.03.03.0 3.33.12.72.1 3.23.12.62.1 2.82.72.31.9 2.01.91.61.3 1.6 1.61.31.1 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0.1～0.3Mpa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1 0～15cm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，