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 3.53.03.03.0 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，

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10～16 mm2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6 m；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，