新建五大連池機(jī)場(chǎng)凍土施工新工藝研究與應(yīng)用

劉國(guó)金　劉妍　鄧可庫(kù)

摘 要：近年來(lái)，國(guó)內(nèi)民用機(jī)場(chǎng)的發(fā)展迅速、工期短任務(wù)重，為保質(zhì)、保量、保工期不斷加大凍土施工力度。所以要熟悉凍土地區(qū)氣象、地質(zhì)條件以及多年凍土物理力學(xué)性質(zhì)，掌握凍土基礎(chǔ)施工方法和技術(shù)措施，做好施工安全、質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效果的全方位監(jiān)督工作，提高施工效率。文章結(jié)合五大連池機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)場(chǎng)道工程凍土施工，提出了新的施工方法，供大家參考應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：土方工程；凍土；冬季施工；施工新工藝

中圖分類號(hào)：U416.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）35-0111-03

Abstract： Recent years saw the rapid development of domestic civil airports and short duration of the task. To ensure the quality， quantity， and duration of the construction， efforts are made to continuouslyadvance frozen soil construction. Therefore， it is necessary to be familiar with the meteorological and geological conditions as well as the physical and mechanical properties of permafrost in frozen soil areas， master the construction methods and technical measures of frozen soil foundation， and facilitate the all-round supervision of construction safety， quality， economy and environmental effects， so as to improve the efficiency of construction. This paper puts forward a new construction method based on the construction of frozen soil in the field road of Wudalianchi Airport， which can be used for reference.

Keywords： earthwork； frozen soil； construction in winter； new construction technology

前言

五大連池機(jī)場(chǎng)位于黑龍江省北部，地處小興安嶺與松嫩平原的過(guò)渡帶。屬于寒溫帶大陸性氣候，冬長(zhǎng)夏短，年平均氣溫0℃左右。夏季較炎熱，最高日溫可達(dá)34℃，多見(jiàn)于6-7月份；冬季較冷，氣溫一般在-20℃左右，最低日溫可達(dá)-36℃。年日照時(shí)數(shù)在2100-2850小時(shí)，年平均降水量在500毫米左右。場(chǎng)地為季節(jié)性凍土，標(biāo)準(zhǔn)凍土深度2.3米。場(chǎng)跑道：長(zhǎng)2500m、寬45m、兩側(cè)道肩各寬1.5m。聯(lián)絡(luò)道：聯(lián)絡(luò)道長(zhǎng)215m、寬18m、兩側(cè)道肩各寬3.5m；站坪：長(zhǎng)240.5m、寬129.5m、兩側(cè)道肩各寬3.5m。服務(wù)車(chē)輛停放場(chǎng)： 長(zhǎng)99m、寬30m。機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)場(chǎng)道工程土方挖方為316.6萬(wàn)立方米。

1 凍土概述

在我國(guó)北方地區(qū)冬季施工時(shí)凍土較為常見(jiàn)，由于土壤中水分在溫度降至零度以下時(shí)，土壤中的水分會(huì)凝結(jié)成冰，并與土顆粒呈現(xiàn)為膠結(jié)狀態(tài)，由此而形成凍土。通常情況下可以將凍土分為三類，即短時(shí)凍土、季節(jié)凍土和多年凍土。通常將凍結(jié)半月以下的凍土稱為短時(shí)凍土。將凍結(jié)時(shí)間在半月至數(shù)月之間的凍土稱為季節(jié)性凍土。數(shù)年以上的凍土則被稱為多年凍土。在北方冬季施工時(shí)，凍土情況十分常見(jiàn)，需要積極采取有效的措施來(lái)確保施工的質(zhì)量。

2 凍土開(kāi)挖施工方法

在針對(duì)于凍土區(qū)域進(jìn)行挖掘施工時(shí)，具體可以針對(duì)實(shí)際凍土的厚度來(lái)選擇適宜的施工方法，較為常用且經(jīng)濟(jì)的凍土開(kāi)挖方法主要以人工法、爆破法和機(jī)械法為主。

2.1 人工法

采用人工法開(kāi)挖凍土?xí)r，需要利用到鎬和鐵楔子，特別是利用鐵楔子進(jìn)行凍土挖掘作業(yè)時(shí)具有較高的效率。具體施工時(shí)可以由一人掌楔及一個(gè)或是兩人掌大錘，分組進(jìn)行施工，一個(gè)小組需要同時(shí)利用幾個(gè)鐵楔子，即一個(gè)鐵楔子打下去凍土沒(méi)有完全脫離的情況下，則利用第二個(gè)鐵楔子伸入到裂縫中，將凍土進(jìn)行有效剝離。鐵楔子的尺寸如圖1所示。

圖1 松碎凍土用的鐵楔子

2.2 爆破法

對(duì)于較厚的凍土層且開(kāi)挖面積較大的情況，則要采用爆破法進(jìn)行開(kāi)挖作業(yè)。具體需要通過(guò)鉆取直立爆破孔或是水平爆破孔，然后在爆破孔中放入炸藥，通過(guò)引爆來(lái)達(dá)到破碎凍土的目的。凍土破碎需要利用挖土機(jī)將其挖出。對(duì)于凍土層厚度在2m以內(nèi)情況下宜采用直立爆破孔，當(dāng)處于2m以上的凍土深度則利用水平爆破孔能夠達(dá)到更好的效果。直立爆破孔，如圖2（a），水平爆破孔，如圖2（b）。

在采用爆破法施工時(shí)，可以利用電鉆、風(fēng)鉆或是人工打釬成型的方法來(lái)進(jìn)行爆破孔施工。爆破孔斷面以圓形為宜，直徑為50～70mm。直立爆破孔與地面呈60°～90°夾角，爆破孔間距一般等于最小抵抗線長(zhǎng)度的1.2倍，排距等于最小抵抗線長(zhǎng)度的1.5倍。

炸藥則需要使用黑色炸藥、硝銨炸藥或是TNT炸藥，不允許使用甘油類炸藥，主要是由于在零下10℃時(shí)甘油類炸藥會(huì)出現(xiàn)凍結(jié)現(xiàn)象，具有較強(qiáng)的自爆危險(xiǎn)。宜采用電雷管或是火雷管。對(duì)于炸藥用量，可以通過(guò)具體的計(jì)算或是以不超過(guò)2/3孔深為宜，外面需要裝填砂土。硝銨炸藥的用量可按下式計(jì)算：

Q=NB·W3

式中：Q-硝銨炸藥用量（kg）；NB-計(jì)算

系數(shù)，見(jiàn)表1；W-最小抵抗線（m）。

爆破凍土耗用硝銨炸藥的量也可參考表2。

2.3 機(jī)械法

根據(jù)凍土層厚度來(lái)選擇相應(yīng)動(dòng)力的挖掘機(jī)，對(duì)于0.25m以內(nèi)厚度的凍土層，采用中等動(dòng)力挖掘機(jī)即可，對(duì)于0.25～0.4m之間的凍土層，宜采用大馬力挖掘機(jī)。當(dāng)凍土塊壘厚度在0.6～1m之間時(shí)，需要利用到吊錘打樁機(jī)進(jìn)行打楔或是利用楔形錘打樁機(jī)進(jìn)行機(jī)械松碎，通常情況下會(huì)利用最輕的打樁機(jī)，這樣施工時(shí)更易于移動(dòng)，如圖3；也可用挖掘機(jī)配備單鉤松土器施工，如圖4。

厚度在1～1.5m的凍土，可以用重錘沖擊破碎凍土。錘可由鑄鐵制成楔形或球形，重2～3t。也可使用強(qiáng)夯重錘。起吊設(shè)備可用吊車(chē)、簡(jiǎn)易的兩步搭或三步搭支架配以卷?yè)P(yáng)機(jī)。

3 新工藝（SD320型單鉤松土機(jī)破除凍土施工）

根據(jù)新建黑龍江省五大連池機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)場(chǎng)道工程道槽區(qū)凍土冬季施工約200000m3。通過(guò)研究原始機(jī)械法、人工法不適應(yīng)五大連池機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)場(chǎng)道凍土厚度為2.3米工程大面積施工。爆破法雖然適用于凍土層較厚，開(kāi)挖面積較大的土方工程，但爆破法由于辦理相關(guān)安全手續(xù)太繁瑣，而且離居民區(qū)較近不適合爆破施工。因此我們結(jié)合五大連池新建機(jī)場(chǎng)實(shí)際地域及現(xiàn)場(chǎng)施工條件，綜合考慮施工成本及施工進(jìn)度，定制采用新型SD320型單鉤松土機(jī)破除凍土施工的施工方案。

3.1 施工方法

凍土施工采用不小于SD320型單鉤松土機(jī)（見(jiàn)圖5）。試驗(yàn)段采用SD320型單鉤松土機(jī)進(jìn)行凍土松動(dòng)，入土深度控制在50cm左右。320型單鉤松土機(jī)可以勻速行駛。一次施工可以挖掘凍土深度50cm左右。320型單鉤松土機(jī)翻凍土間距控制在0.8m-1.0m；以150m長(zhǎng)度為一個(gè)作業(yè)面。第一層單鉤松土器破除凍土后由挖掘機(jī)清理裝車(chē)結(jié)束后，第二層凍土再次用SD320型推土機(jī)再深松凍土50cm。這樣反復(fù)工藝使機(jī)械挖掘全部?jī)鐾翆印錾?.3m的土層這樣施工4-5次即可全部破除凍土。

3.2 試驗(yàn)段施工數(shù)據(jù)

DN320型單鉤松土機(jī)平均每小時(shí)松動(dòng)凍土面積700m2；每個(gè)臺(tái)班按照8小時(shí)計(jì)算，單鉤松土機(jī)翻凍土面積5600m2；平均按照0.4m松土深度，每個(gè)臺(tái)班可以翻松凍土2240m3。通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果表明該施工在經(jīng)濟(jì)效果（見(jiàn)表3）和施工進(jìn)度都能滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求。而且該方法適合多區(qū)段作業(yè)流水施工。

3.3 施工實(shí)例

新建黑龍江省五大連池機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)場(chǎng)道工程跑道土方施工于2017年3月19日開(kāi)始至2017年5月5日結(jié)束。施工期道槽土方（2.3m以內(nèi)）均在未解凍期間完成，施工過(guò)程中在經(jīng)濟(jì)上和工期進(jìn)度上取得了顯著地效果。施工期間合計(jì)挖除凍土180000m3。通過(guò)在黑龍江省新建五大連池機(jī)場(chǎng)土方施工證明。該施工工藝滿足施工大面積凍土施工的需要和技術(shù)要求。

4 施工工藝性價(jià)比（如表3）

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)五大連池新建機(jī)場(chǎng)凍土施工證明，該新型機(jī)械施工方法適合大面積凍土施工。經(jīng)比較分析，無(wú)論在施工成本和效率上都優(yōu)于傳統(tǒng)施工方法。該工藝適合大面積施工、多點(diǎn)作業(yè)、安全性高。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際驗(yàn)證，該工藝在大面積凍土施工中有推廣應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]嚴(yán)鵬.公路季節(jié)性凍土路基的施工技術(shù)[J].工程技術(shù)刊物，2016（06）.

[2]閆續(xù)屏.高寒季節(jié)性凍土地區(qū)地基處理冬季施工技術(shù)[J].施工技術(shù)，2012（41）.