刘国金　刘妍　邓可库

摘 要：近年来，国内民用机场的发展迅速、工期短任务重，为保质、保量、保工期不断加大冻土施工力度。所以要熟悉冻土地区气象、地质条件以及多年冻土物理力学性质，掌握冻土基础施工方法和技术措施，做好施工安全、质量、经济、环境效果的全方位监督工作，提高施工效率。文章结合五大连池机场飞行区场道工程冻土施工，提出了新的施工方法，供大家参考应用。

关键词：土方工程；冻土；冬季施工；施工新工艺

中图分类号：U416.2 文献标志码：A 文章编号：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

五大连池机场位于黑龙江省北部，地处小兴安岭与松嫩平原的过渡带。属于寒温带大陆性气候，冬长夏短，年平均气温0℃左右。夏季较炎热，最高日温可达34℃，多见于6-7月份；冬季较冷，气温一般在-20℃左右，最低日温可达-36℃。年日照时数在2100-2850小时，年平均降水量在500毫米左右。场地为季节性冻土，标准冻土深度2.3米。场跑道：长2500m、宽45m、两侧道肩各宽1.5m。联络道：联络道长215m、宽18m、两侧道肩各宽3.5m；站坪：长240.5m、宽129.5m、两侧道肩各宽3.5m。服务车辆停放场： 长99m、宽30m。机场飞行区场道工程土方挖方为316.6万立方米。

1 冻土概述

在我国北方地区冬季施工时冻土较为常见，由于土壤中水分在温度降至零度以下时，土壤中的水分会凝结成冰，并与土颗粒呈现为胶结状态，由此而形成冻土。通常情况下可以将冻土分为三类，即短时冻土、季节冻土和多年冻土。通常将冻结半月以下的凍土称为短时冻土。将冻结时间在半月至数月之间的冻土称为季节性冻土。数年以上的冻土则被称为多年冻土。在北方冬季施工时，冻土情况十分常见，需要积极采取有效的措施来确保施工的质量。

2 冻土开挖施工方法

在针对于冻土区域进行挖掘施工时，具体可以针对实际冻土的厚度来选择适宜的施工方法，较为常用且经济的冻土开挖方法主要以人工法、爆破法和机械法为主。

2.1 人工法

采用人工法开挖冻土时，需要利用到镐和铁楔子，特别是利用铁楔子进行冻土挖掘作业时具有较高的效率。具体施工时可以由一人掌楔及一个或是两人掌大锤，分组进行施工，一个小组需要同时利用几个铁楔子，即一个铁楔子打下去冻土没有完全脱离的情况下，则利用第二个铁楔子伸入到裂缝中，将冻土进行有效剥离。铁楔子的尺寸如图1所示。

图1 松碎冻土用的铁楔子

2.2 爆破法

对于较厚的冻土层且开挖面积较大的情况，则要采用爆破法进行开挖作业。具体需要通过钻取直立爆破孔或是水平爆破孔，然后在爆破孔中放入炸药，通过引爆来达到破碎冻土的目的。冻土破碎需要利用挖土机将其挖出。对于冻土层厚度在2m以内情况下宜采用直立爆破孔，当处于2m以上的冻土深度则利用水平爆破孔能够达到更好的效果。直立爆破孔，如图2（a），水平爆破孔，如图2（b）。

在采用爆破法施工时，可以利用电钻、风钻或是人工打钎成型的方法来进行爆破孔施工。爆破孔断面以圆形为宜，直径为50～70mm。直立爆破孔与地面呈60°～90°夹角，爆破孔间距一般等于最小抵抗线长度的1.2倍，排距等于最小抵抗线长度的1.5倍。

炸药则需要使用黑色炸药、硝铵炸药或是TNT炸药，不允许使用甘油类炸药，主要是由于在零下10℃时甘油类炸药会出现冻结现象，具有较强的自爆危险。宜采用电雷管或是火雷管。对于炸药用量，可以通过具体的计算或是以不超过2/3孔深为宜，外面需要装填砂土。硝铵炸药的用量可按下式计算：

Q=NB·W3

式中：Q-硝铵炸药用量（kg）；NB-计算

系数，见表1；W-最小抵抗线（m）。

爆破冻土耗用硝铵炸药的量也可参考表2。

2.3 机械法

根据冻土层厚度来选择相应动力的挖掘机，对于0.25m以内厚度的冻土层，采用中等动力挖掘机即可，对于0.25～0.4m之间的冻土层，宜采用大马力挖掘机。当冻土块垒厚度在0.6～1m之间时，需要利用到吊锤打桩机进行打楔或是利用楔形锤打桩机进行机械松碎，通常情况下会利用最轻的打桩机，这样施工时更易于移动，如图3；也可用挖掘机配备单钩松土器施工，如图4。

厚度在1～1.5m的冻土，可以用重锤冲击破碎冻土。锤可由铸铁制成楔形或球形，重2～3t。也可使用强夯重锤。起吊设备可用吊车、简易的两步搭或三步搭支架配以卷扬机。

3 新工艺（SD320型单钩松土机破除冻土施工）

根据新建黑龙江省五大连池机场飞行区场道工程道槽区冻土冬季施工约200000m3。通过研究原始机械法、人工法不适应五大连池机场飞行区场道冻土厚度为2.3米工程大面积施工。爆破法虽然适用于冻土层较厚，开挖面积较大的土方工程，但爆破法由于办理相关安全手续太繁琐，而且离居民区较近不适合爆破施工。因此我们结合五大连池新建机场实际地域及现场施工条件，综合考虑施工成本及施工进度，定制采用新型SD320型单钩松土机破除冻土施工的施工方案。

3.1 施工方法

冻土施工采用不小于SD320型单钩松土机（见图5）。试验段采用SD320型单钩松土机进行冻土松动，入土深度控制在50cm左右。320型单钩松土机可以匀速行驶。一次施工可以挖掘冻土深度50cm左右。320型单钩松土机翻冻土间距控制在0.8m-1.0m；以150m长度为一个作业面。第一层单钩松土器破除冻土后由挖掘机清理装车结束后，第二层冻土再次用SD320型推土机再深松冻土50cm。这样反复工艺使机械挖掘全部冻土层。冻深2.3m的土层这样施工4-5次即可全部破除冻土。

3.2 试验段施工数据

DN320型单钩松土机平均每小时松动冻土面积700m2；每个台班按照8小时计算，单钩松土机翻冻土面积5600m2；平均按照0.4m松土深度，每个台班可以翻松凍土2240m3。通过试验结果表明该施工在经济效果（见表3）和施工进度都能满足现场施工要求。而且该方法适合多区段作业流水施工。

3.3 施工实例

新建黑龙江省五大连池机场飞行区场道工程跑道土方施工于2017年3月19日开始至2017年5月5日结束。施工期道槽土方（2.3m以内）均在未解冻期间完成，施工过程中在经济上和工期进度上取得了显著地效果。施工期间合计挖除冻土180000m3。通过在黑龙江省新建五大连池机场土方施工证明。该施工工艺满足施工大面积冻土施工的需要和技术要求。

4 施工工艺性价比（如表3）

5 结束语

通过对五大连池新建机场冻土施工证明，该新型机械施工方法适合大面积冻土施工。经比较分析，无论在施工成本和效率上都优于传统施工方法。该工艺适合大面积施工、多点作业、安全性高。经过现场实际验证，该工艺在大面积冻土施工中有推广应用价值。

参考文献：

[1]严鹏.公路季节性冻土路基的施工技术[J].工程技术刊物，2016（06）.

[2]闫续屏.高寒季节性冻土地区地基处理冬季施工技术[J].施工技术，2012（41）.