土方工程冬期施工方案
1地基土的保温防冻计算
1.1翻松表土耙平法
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:
HA(F0.018F) (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。
1.2覆盖雪保温法
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。
不同土层采用不同保温材料时系数K1取值表 表2-2
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。
1.3覆盖保温材料法
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。
1.4暖棚保温法
暖棚保温法是用于防止已经开挖的沟、槽(坑)基土受冻的一种方法。做法有两种:一是在沟、槽(坑)上面铺设木楞、板皮和15~20cm厚的保温材料,保持基土不要受冻;另一种是在沟槽(坑)底面铺设一层珍珠岩袋、稻草、炉渣等保温材料,然后在沟槽(坑)上面搭设密封的塑料大棚。
2.冻土融化
2.1蒸汽化冻法
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。
2.2电热化冻法
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4~6mm的裸铝线(连接电极5~7根),支线为10~16mm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。
3.冻土开挖
1.基坑、基槽等砌筑完毕后,允许用含有冻土块的土回填时,冻土颗粒直径不得大于15cm,而且含量不得超过填土总体积的15%。冻土块应均匀分布,逐层压实。
2.房屋内部不允许用冻土回填。
3.回填地下管道的沟槽时,管顶上50cm厚范围内不得用冻土回填,其余部分冻土体积不得超过15%
4.构筑物及有路面的道路,路基范围内管沟不得用冻土回填。
5.为确保冬季回填的质量,对一些重大工程项目,必要时可用干砂土进行回填。
6.在冻胀土上的地梁,桩基的承台,其下面有可能被冻土降起,要回填炉渣、矿渣等松散材料。
7.所有回填地方,均必须排除积水,清除冰块等杂物。其每层填铺厚度,应比夏季小为宜,一般不超过20cm,用夯锤夯实或羊足碾压机压实。
8.回填土工作应连续进行,防止基土或已填土层受冻。
22