土方工程的冬期施工方法.docx

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土方工程的冬期施工方法

土方工程的冬期施工方法

在冬季进行施工的过程称为冬期施工。

冬季气温下降，不少地区温度在0°C之下（即负温），土壤、混凝土、砂浆等所含的水分冻结，建筑材料容易脆裂，给建筑施工带来许多困难。

当室外日平均气温连续5d稳定低于5℃即进入冬期施工，冬季气温下降，不少地区温度在0℃之下（即负温），土壤、混凝土、砂浆等所含的水分冻结，建筑材料容易脆裂，给建筑施工带来许多困难。

连续5日平均气温低于5℃或日最低气温低于-3℃时，就要采取冬期施工措施，以保证工程质量。

由于冬季施工需保温覆盖和消耗较多热能，增加工程造价，因此如场地平整、地基处理、室外装饰、屋面防水及高空灌筑混凝土等工程项目要尽量避免在冬季施工。

对于不得不在冬季施工的项目，则须因时因地制宜，制定冬期施工措施，并及时掌握气温变化。

一、冻土的特性

土壤在温度等于或小于0℃，含有固态冰，当温度条件改变时，其物理力学性质随之改变，并可产生冻胀、融陷、热融滑塌等现象的土称为冻土。

冻土内有未冻结水存在，使土壤改变了固有的物理-力学性能，如强度、形变性、导电性、导热性等均发生了变化。

二、冬期土方工程的基本要求

土方工程应尽量安排在入冬之前施工较为合理。

对冬期开挖的工程，要随挖、随砌、随回填，严防地基受冻。

对跨年度工程及冻前不能交付正常使用的工程，应对地基采取相应的过冬保温措施。

土方冬季施工条件：

在反复冻融地区，昼夜平均温度在-3℃以下，连续10天以上时，进行施工称为冬季施工。

当昼夜平均温度虽然上升到-3℃以上，但冻土未完全融化时，亦应按冬季施工办理。

三、土体防冻技术

土体防冻技术的选择取决于土方工程施工的进度期限和当地气候条件。

土的防冻应尽量利用自然条件，以就地取材为原则。

土体防冻应在初寒来临前实施，但要在秋季多雨期结束之后进行。

（1）地面耕松耙平防冻法。

在指定施工的部位，进入寒冻之前将表层土翻松耙平，其宽度宜为开挖时冻结深度的两倍加基槽（坑）底宽之和。

（2）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。

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、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。

（3）保温材料防冻法

对于中负温地区小面积保温可用此法。

可以用干树叶、泥炭、木屑、稻草、刨花、芦苇、炉渣等当地现有的保温材料进行土壤防冻。

也可以用合成材料，如聚酞胺薄膜、泡沫塑料、浮渣等保温材料进行土壤防冻。

四、土壤解冻技术

冻土的融解是依靠外加的热能来完成的，所以费用较高，只有在面积不大的工程上采用。

土壤的解冻技术很多，有热融法、明火融化法、辐射融化法、电热融化法、化学解冻法、蒸汽融化法、固体燃料燃烧法、液体燃料燃烧法、气体燃烧法、高频电融化法、低频电融化法、辐射法、高压电融化法、低压电融化法、表面法、加热效应法、导电效应法、电保温室法气循环针法、辐射线法、深部加热法等。

通常有循环针法、电热法和烘烤法三种。

（1）循环针法:

循环针法适用于热源充足，工程量较小的土方工程。

循环针分蒸汽循环针与热水循环针两种。

先在冻土中按预定的位置钻孔，然后把循环针插到孔中，热量通过土传导，使冻土逐渐融解。

通蒸汽循环的叫做蒸汽循环针，通热水循环的叫做热水循环针。

（2）电热法:

电热法适用于电源充足，工程量不大的土方工程。

电热法有水平电极法、垂直电极法、电针法和深电极法等。

使用电热法时，应该结合当地条件，在小量工程、急需工程，或者用此法比别的方法更为合理的时候，才可以使用电热法。

（3）烘烤法:

工程量小的工程可采用烘烤法。

烘烤所用燃料最常用的是锯末、刨花、劈柴、植物杆、树枝、稻壳、板皮等，也有工业废料可作燃料的，如铝镁石粉、废机油、油渣等。

（4）冻土电化学加热法:

冻土解冻速度取决于融化区的电阻。

用电解质溶液可减小电阻，电解质溶液通过电流时时放出大量的热。

（5）冻土化学解冻法:

氯化钠溶液在土内融化冰晶，用这种方法解冻的土具有不冻土的强度，可以用普通挖土机械开挖。

五、防止土体冻胀措施

在低温时间较长、土粒较细、补给水较充裕地区，其土壤在冻结期间，由于土粒周围薄膜水和毛细水的作用，土中水分不断地向冻结线积聚，形成冰层，体积增大，以致土粒间的空隙无法容纳而向上隆起，造成冻胀，其胀力可大至0.5～1.0MPa。

如不做妥善处理，基础会被抬起，使建筑物开裂、倾斜、抬高乃至倒坍。

所以在冻胀土上建造建筑物时，要考虑基础形式，尽量减少底面及侧面面积，合理确定其埋置深度，加强土壤保温，做好地表排水。

此外，铺设砂垫层可以切断土壤的毛细水作用，回填多孔材料也可防止冻胀影响。

（1）防止地基土冻结和提高冻胀内基础稳定性的措施

①尽可能地干燥施工场地，并排出进入坑槽内的水。

建筑场地应尽量选择地势高、地下水位低、地表排水良好的地段。

为避免施工和使用期间的雨水、地表水、生产废水和生活污水等浸入地基，应做好排水设施。

②缩小坑槽尺寸。

③加快从槽底解冻到基础施工并进行回填土的整个施工进度。

对跨年度工程及冻前不能交付正常使用的工程，应对地基采取相应的过冬保温措施。

（2）防止冻胀土的措施

①土壤排水，排表面水和冰层水;电化学法加固土壤。

②构筑防胀地基。

合理确定基础的埋置深度，采用独立基础、桩基或砂垫层等措施，使基础埋设在冻结线以下。

③采用施工结构措施，绝热堆积物、排水建筑物、集水管、钻孔等。

对建在标准冻深大于2m及标准冻深大于1.5m，基底以上为冻胀土和强冻胀土上的非采暖建筑物，为防止冻切力对基础侧面的作用，可在基础侧面回填粗砂、中砂、炉渣等非冻胀性材料或其他保温材料。

当基础梁下有冻胀性土时，应在梁下填以炉渣等松散材料。

（3）减少土壤工业化侵蚀的措施

保护基础附近的季节性可冻土免遭过分湿润，在的季节性可冻土冻结土层范围内的基础表面上涂润滑油、聚合膜等，把基础锚固在季节性冻融层以下的土中。

六、冬期土方工程施工方法

1、土方开挖

冬期土方工程施工方法的主要工作程序如下。

在冬期到来前要采取措施防止土体冻结，在土方工程前要热融冻土。

进行土方工程时，首先用爆破、冲击、切割、振动、掘凿等方法再开挖冻土前将其疏松，最后进行机械开挖。

若早知道冬期开挖地点，事先应采取措施防止土体冻结。

开挖冻土通常采用机械和爆破两种方法。

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。

当冻土层厚度不超过0.4m时，可用大马力的掘土机开掘土体。

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0.6-lm的冻土，通常是用吊锤打桩机或用楔形锤打桩机进行机械松碎。

厚度在1-1.5m的冻土，可以用重锤冲击破碎冻土。

当冻土深度超过0.7m时，机械挖土已不经济，可用爆破。

爆破冻土宜用硝铵炸药，以雷管引爆。

其炮眼位置、孔径、孔深及炸药用量经计算确定，操作时要注意人身安全。

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。

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、硝按炸药或TNT炸药。

冬期严禁使用甘油类炸药。

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2/3，外面装以砂土。

冻土深度在2m以内时可以采用直立爆破孔。

冻土深度在2m以上时可以采用水平爆破孔。

此外，为了减轻挖掘困难，可用蒸汽循环针或电气加热融化冻土的方法。

但耗用热能甚巨，只在电力热源充沛、经济合理等条件下采用。

2、土方回填

冻土块坚硬不易压实，解冻融化后易导致塌陷，故回填尽量采用不冻土，如用冻土应限制其粒径与掺用量。

3、堤防工程冬季负气温土方填筑施工方法

一种堤防工程冬季负气温土方填筑施工方法。

即在冬季负气温条件下，地表冻结变硬，承载力提高，各种大、中型施工机械设备可以顺利进场，解决了非冬季陷车、不能施工的问题。

堤防工程冬季负气温土方填筑施工包括以下主要步骤：

①将料场、堤基和老堤堤坡、堤炕以及堤基范围内坑、槽、沟表面的不合格土、杂草、冰雪、植物根系清除干净，堤基范围内的坑、槽、沟进行回填处理；②用履带推土机平行堤轴线错轨碾压三遍，使堤基土密实；③在堤基土上部分段作业进行分层填筑土料；④将填筑后的土表面的坑、洼整平，然后进行碾压；⑤每层铺土碾压后进行干密度和含水率的检测；⑥冻土融化后进行土堤整形。

七、冬期回填土

冬期回填土方时，每层铺土厚度应比常温施工时减少20%-5%。

预留沉陷量应比常温施工时增加。

对于大面积回填土和有路面的路基及其人行道范围内的平整场地填方，可采用含有冻土块的土回填。

填方边坡的表层100cm以内，不得采用含有冻土块的土填筑;整个填方上层部位应采用未冻的或透水性好的土回填。

室外的基槽（坑）或管沟可采用含有冻土块的土回填，管沟底以上5Ocm范围内不得用含有冻土块的土回填。

室内的基槽（坑）或管沟不得采用含有冻土块的土回填。

八、建筑土方工程冬季施工质量事故原因及防治

1、挖方的事故原因及防治

（1）基础下残留冻土层过厚使地基融沉现象：

在初春气温上升，解冻后较长一段时间内，建筑墙体出现裂缝，由裂缝的走向来看，属于基础沉降而引起。

房屋两端裂缝呈正八字或倒八字形；房屋中央部位的裂缝呈上宽下窄或上窄下宽。

原因分析：

春融期间挖土方到达基础底面标高时，下面仍存在较厚的冻土层，施工人员因缺乏冻土特性的知识，而把基础放在过厚的冻土层上。

解冻之后几个月时间内，由于基础下冻土层融化地基产生压缩变形，加之地基土质不均匀，融化后压缩变形也不相同，以及由于阳面和阴面冻土融化速度不同等原因，使基础发生了不均匀沉降而导致墙体裂缝。

防治方法：

在季节性冻土地区，基础下留有一定厚度的残留冻土层是允许的。

但是应当注意的是要根据地基土的融沉性来确定容许残留的冻土厚度。

如果超过允许范畴，冻土层过厚，就容易产生沉降导致裂缝。

事故处理：

由于残留冻土层过厚而产生不均匀沉降是一次性的，当墙体裂缝趋于稳定后，不会再扩展。

因此，可根据墙体裂缝情况采取措施，一次处理完毕。

（2）冬期挖槽后基础施工不及时，基底受冻现象：

与上面的现象相似。

原因分析：

地基开挖后由于某种原因没有及时进行基础施工，使基槽受冻。

由于土的含水率不同、室外温度不同，基槽冻深也不同。

基础施工时在冻土层上，当此冻土层厚度过大，气温上升、地基土解冻后，地基产生不均匀压缩变形，基础不均匀沉降，导致墙体开裂。

防治方法：

冬期地槽开挖后不能及时施工时，应按土方工程的有关规定，对开挖地槽进行人工维护，采取有效保温措施，防止地槽受冻。

保温应因地而异，就地取材。

其厚度要通过热工计算来确定。

事故处理：

裂缝出现后，经过一个夏季已基本稳定，要在临冬之前将墙体处理完毕，如正在施工过程中出现的裂缝，应在没施工的楼层采取增强房屋整体刚性的措施，以承担由于基础沉降不均匀而产生的内力。

（3）靠近原有房屋挖槽后，没做保温而停工越冬，使原有房屋受冻胀现象：

在基槽挖完后的第一个冬季，原有房屋的墙体产生裂缝，靠近挖槽处裂缝较严重，裂缝一般情况下为上大下小。

来年解冻后裂缝逐渐缩小。

原因分析：

基槽挖完后，由于停建、缓建等原因，工程必须越冬暂停。

停工时对基槽和原有的基础没有采取有效保温覆盖措施，在负温条件下地基直接受冻，将房屋基础拱起，墙体上移。

原有房屋远离基槽的其它基础，没有受冻胀影响，墙体则保持不动。

由此使墙体产生裂缝。

由于冻胀力是向上拱的，所以墙体裂缝呈上小下大。

解冻后冻胀的地基土又被压缩，拱起房屋又下沉，因而裂缝也随之减小。

防治方法：

基槽挖完后，原有的房屋的基础已暴露在外面。

在越冬之前必须将已暴露的基础和地基作妥善保温覆盖处理。

常用的方法是把袋装珍珠岩沿原有基础通常堆成2m宽、1m高一道保温墙，待明年复工时珍珠岩没有耗损还可以利用。

事故处理：

由于上述原因而产生的裂缝不要急于处理，必须待基槽和原有基础的保温覆盖完成之后，在冻土完全融化后，裂缝基本恢复时才能对墙体裂缝和其它破坏处进行维修、加固。

对此类裂缝处理一般方法是：

小缝采取堵缝、大缝剔砖重砌、裂缝严重的拆除等，其原则是保证墙体的整体性和保温性能。

（4）越冬工程先施工设备地沟，使地基冻胀现象：

越冬工程的第一个冬季，靠地沟的墙和基础就产生裂缝，不仅此墙产生裂缝，此前与其它墙连接处也产生裂缝。

原因分析：

在跨年施工中，先施工地沟，造成地沟处基础埋深不足，在地沟底处地基受冻胀将基础拱起，使墙体产生裂缝。

防治方法：

有两种情况，一是挖完地沟后才决定该工程需越冬时，应在临冬前对地沟采取保温措施，避免基底土受冻；二是事先已决定该工程需越冬，在安排施工时不能先施工地沟。

事故处理：

待来年解冻，地基土融化后，才能对裂缝进行处理，这时地基融沉已经稳定，裂缝基本恢复，处理后不会再发生新的裂缝。

对水平裂缝的处理一般采取堵缝及压力灌浆方法。

对竖直缝和其它缝的处理应根据裂缝情况而定，采取堵缝，剔砖新砌、拆除重砌等措施。

（5）冻胀土地区地梁下没留空隙，造成冻害现象：

每年冬季地梁被冻胀土拱起，使外墙产生裂缝；外墙与内墙连接处也产生斜裂缝。

夏季裂缝又有所恢复。

原因分析：

由于地梁底直接贴冻胀土，冬季地梁下的土发生冻胀后，把地梁抬起来，使上部墙体产生裂缝。

梁底面直接贴土，是由于施工地梁时将土当底模所致。

防治方法：

施工地梁时可以把土作梁底模使用，但地梁到达预定的强度后，应将梁底下面的土挖空。

事故处理：

处理是将地梁底的土挖空5-15cm，而后两侧用立砖挡住，在梁下形成空气隔层，然后在两侧再回填。

2、填方的事故原因及防治

（1）用冻结法施工砂垫层和砂石垫层，造成融沉事故现象：

当人工地基采用砂垫层时，在解冻后出现基础不均匀下沉、墙体开裂等。

原因分析：

冬期施工砂垫层时，对砂石没有加热，也没有掺加防冻溶液，而采用冷作施工，分层夯实。

实质上冻结的砂石在表面有一层冰膜，即使夯实，也是在冻结条件下进行的。

待解冻之后冰膜融化，砂石垫层产生融沉，使墙体开裂。

因为砂石要保证不冻胀，其含水量有一定要求。

砂石属于粗颗粒土，在冻结期间如果水能自由排出，则不具有冻胀性；若水分不能自由排出，含水量大于起始冻胀含水量时，仍能产生冻胀融沉。

当砂石垫层周围土透水性不好时，冬季用冷做法施工也会出现事故。

防治方法：

如必须在冬期施工砂垫层或砂石垫层时，应采取将砂石加热，控制含水率不大于初始冻胀含水率，并按当时温度掺入适量的防冻外加剂，然后分层夯实，施工完毕后及时做好保温处理，以砂石冻结。

在一般情况下，冬期不宜施工砂垫层和砂石垫层。

不能认为砂石在任何情况下都是非冻胀材料。

事故处理：

因砂垫层和砂石垫层冻胀后融沉而产生墙体裂缝是一次性的，不必急于处理，待夏季彻底融化后变形停止时再作处理。

（2）越冬工程基础被冻胀拱起现象：

完全按设计施工图施工的工程，因当年不能交付使用而越冬，而没有基础被冻起，墙体产生裂缝。

在寒冷地区多发生在内墙基础被拱起，夏季又恢复。

原因分析：

虽然基础埋深完全符合设计要求，但设计只考虑当年交付使用，而没有考虑越冬。

若地基属于冻胀性土，在冬季寒冷季节内墙基础埋深不足，地基产生冻胀使墙体产生裂缝。

裂缝随着气温的降低而逐渐发展。

防治方法：

越冬时，应在结冻之前与设计部门共同商定越冬措施。

事故处理：

由于没有采取越冬措施而使地基冻胀也属于一次性的，应在来年解冻后对墙体裂缝进行处理。

应注意的是：

由于某种原因而在第二个冬季之前仍不能交付使用时，除对裂缝进行处理外，还必须采取可靠的越冬保温措施。

（3）用冻土块作回填，使地面下沉现象：

解冻后发现回填冻土的地面下沉，形成陷坑，影响正常使用。

在工业建筑中，由于地面下沉，使其上部设备也随之下沉。

原因分析：

由于用超过规定粒径的冻土块和超过最大冻土含量的土进行填方，即使夯实，也达不到致密的效果，冻土在冬季很硬，填方空隙较大，待冻土解冻之后，发生融沉，出现陷坑。

一般呈现出较大沉陷量。

防治方法：

不应采用冻土进行填方，冬期施工填方之前应准备好暖土，或冻土加温融化后才可利用。

冬期施工中填方工程应遵守有关规定。

事故处理：

由于采用冻土填方造成融沉，使地面塌陷的事故是一次性的，待融沉完毕后可进行继续填平的处理。

如果管沟发生坍陷，应先检查管道有无损坏，而后再填平。

九、结语

土方工程尽量安排在入冬之前施工较为合理，但有时由于工期要求，为了保证建筑施工常年进行，不受气候影响，进行冬期进行施工又在所难免。

在进行冬期土方工程时有三个基本目标，一是要保证工程质量，二是要降低工程成本，三是要保证施工安全。

为此要根据当地的气候条件和具体的施工情况选择适当的施工方法。

一般而言，在确定进行冬期土方工程后要对土体开始进行保温，施工前要进行解冻，土方开挖要根据具体施工情况确定是采用人工开挖或机械开挖或爆破方法，土方回填要保证回填土的质量。