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1、第五节 土方工程的机械化施工,土方工程施工机械的种类繁多，有推土机、铲运机、平土机、松土机、单斗挖土机及多斗挖土机和各种碾压、夯实机械等。在建筑工程施工中，以推土机、铲运机和挖掘机应用最广，也具有代表性。现将这几种机械的性能、适用范围及施工方法予以介绍。 一：推土机 1： 推土机是土方工程施工的主要机械之一，是在履带式拖拉机上安装推土板等工作装置而成的机械。常用推土机的发动机功率有45、75、90、120（kW）等数种。推土板有索式和液压操纵两种。图示是液压操纵的推土机外形图。液压操纵推土板的推土机除了可以升降推土板外，还可调整推土板的角度，因此具有更大的灵活性。,液压操纵推土机外形图,2：推
2、土机操纵灵活、运转方便、所需工作面较小、行驶速度快、,能爬30左右的缓坡，因此应用范围较广,3：推土机作业以切土和推运土为主，切土时应根据土质情况,尽量采用最大切土深度在最短距离(610m)内完成，以便缩短低,低速行进的时间，然后直接推运到预定地点。,上下坡度不得,超过35，横坡不得超过10。几台推土机同时作业时，前后距离应大于8m,3：推土机经济运距在100m以内，效率最高的运距为60m。为提高生产率，可采用下述方法： （1）槽形推土。推土机多次在一条作业线上工作，使地面形成一条浅槽，以减少从铲刀两侧散漏。这样作业可增加推土量1030。槽深以1m左右为宜，槽间土埂宽约0.5m。在推出多条槽后
3、，再将土埂推入槽内，然后运出。 （2）下坡推土。在斜坡上方顺下坡方向工作。坡度不宜大于15，以免后退时爬坡困难。 （3）并列推土。在大面积场地平整时，可采用多台推土机并列作业。通常两机并列推土可增大推土量1530，三机并列推土可增加3040。并列推土的运距宜为2060m,槽形推土,下坡推土法,并列推土,二：铲运机 铲运机是一种能综合完成全部土方施工工序(挖土、装土、运土、卸土和平土)的机械。按行走方式分为自行式铲运机和拖式铲运机两种。常用的铲运机斗容量为2m3、5m3、6m3、7m3等数种，按铲斗的操纵系统又可分为钢丝绳操纵和液压操纵两种。,C36型自行式铲运机外形图,1：铲运机操纵简单，不受
4、地形限制，能独立工作，行驶速度快，生产效率高。,2：铲运机适于开挖一类至三类土，常用于坡度20以内的大面积土方挖、填、平整、压实，大型基坑开挖和堤坝填筑等。 3：铲运机运行路线和施工方法视工程大小、运距长短、土的性质和地形条件等而定。其运行路线可采用环形路线或8字路线。其中托式铲运机的适用运距为80800m，当运距为200350m时效率最高。而自行式铲运机的适用运距为8001500m。采用下坡铲土、跨铲法、推土机助铲法等，可缩短装土时间提高土斗装土量，以充分发挥其效率。,(a)环形路线,(b)大环形路线,8字形路线,1铲土；2卸土,三：挖掘机 挖掘机按行走方式分为履带式和轮胎式两种。按传动方式
5、分为机械传动和液压传动两种。斗容量有0.2m3、0.4m3、1.0m3、1.5m3、2.5m3等多种，工作装置有正铲、反铲、抓铲，机械传动挖掘机还有拉铲。使用较多的是正铲与反铲。挖掘机利用土斗直接挖土，因此也称为单斗挖土机。 1：正铲挖掘机。 正铲挖掘机外形如图示。挖土特点是：前进向上，强制切土。它适用于开挖停机面以上的土方，且需与汽车配合完成整个挖运工作。正铲挖掘机挖掘力大，适于开挖含水量小于27的一类土至四类土和经爆破的岩石及冻土。 1）：正铲挖掘机外形 正铲的开挖方式根据开挖路线与汽车相对位置的不同分为：正向开挖、侧向装土以及正向开挖、后方装土两种，前者生产率较高。 正铲的生产率主要决定
6、于每斗的装土量和每斗作业的循环延续时间。为了提高其生产率，除了工作面高度必须满足装满土斗的要求之外，还要考虑开挖方式和与运土机械配合的问题，尽量减少回转角度，缩短每个循环的延续时间。,2：反铲挖掘机。 1）：反铲适用于开挖一类至三类的砂土或粘土。挖土特点是：后退向下，强制切土。主要用于开挖停机面以下的土方，最大挖土深度46m，经济合理的挖土深度为24m。反铲也需配备运土汽车进行运输，其外形如图示。 2）：反铲的开挖方式可以采用沟端开挖法，即反铲停于沟端，后退挖土，向沟一侧弃土或装汽车运走，也可采用沟侧开挖法，即反铲停于沟侧，沿沟边开挖，它可将土弃于距沟较远的地方，如装车则回转角度也小，但边坡不
7、易控制。 3：拉铲挖掘机。 1）：适用于一类至三类的土，可开挖较大基坑(槽)和沟渠，挖取水下泥土，也可用于填筑路基、堤坝等。挖土特点是：后退向下，自重切土，其挖土深度和挖土半径都很大。拉铲能开挖停机面以下的土方，其工作状况如图示。 2）： 拉铲挖土时，依靠土斗自重及拉索拉力切土，卸土时斗齿朝下，利用惯性，较湿的粘土也能卸净。它的开挖方式也有沟端开挖和沟侧开挖两种。,正铲挖掘机外形,(a)正向挖土、 反向卸土,(b)正向挖土、侧向卸土,正铲挖土机卸土方式,反铲挖掘机外形,(a)沟端开挖,(b)沟侧开挖,抓铲挖掘机。 抓铲适用于开挖较松软的土。挖土特点是：直上直下，自重切土，挖土力较小。对施工面狭
8、窄而深的基坑、深槽、深井采用抓铲可取得理想效果。抓铲还可用于挖取水中淤泥，装卸碎石、矿碴等松散材料。抓铲的传动方式主要有机械传动和液压传动两种。 抓铲挖土时，通常立于基坑一侧进行，对较宽的基坑则在两侧或四侧抓土。挖淤泥时抓斗易被淤泥“吸住”，应避免起吊用力过猛，以防翻车。,拉铲工作状况,抓铲工作状况,四：土方机械的选择与合理配置 1：土方机械的选择 土方机械的选择，通常应根据工程特点和技术条件提出几种可行方案，然后进行技术经济分析比较，选择效率高、综合费用低的机械进行施工，一般选用土方施工单价最小的机械。在大型建设项目中，土方工程量很大，而当时现有的施工机械的类型及数量常常有一定的限制，此时必
9、须将现有机械进行统筹分配，以使施工费用最小。一般可以用线性规划的方法来确定土方施工机械的最优分配方案。 2：前面叙述了主要的挖土机械的性能和适用范围，现综合介绍选择土方施工机械的要点如下： 1）当地形起伏不大、坡度在20以内、挖填平整土方的面积较大、土的含水量适当、平均运距短(一般在1km以内)时，采用铲运机较为合适；如果土质坚硬或冬季冻土层厚度超过100150mm时，必须由其他机械辅助翻松再铲运。当一般土的含水量大于25或粘土含水量超过30时，铲运机要陷车，必须将水疏干后再施工。,2）地形起伏大的山区丘陵地带，一般挖土高度在3m以上，运输距离超过1000m，工程量较大且集中，一般可采用正(反
10、)铲挖掘机配合自卸汽车进行施工，并在弃土区配备推土机平整场地。当挖土层厚度在56m以上时，可在挖土段的较低处设置倒土漏斗，用推土机将土推入漏斗中，并用自卸汽车在漏斗下装土并运走。漏斗上口尺寸为3.5m左右，由钢框架支承，底部预先挖平以便装车，漏斗左右及后侧土壁应加以支护。也可以用挖掘机或推土机开挖土方并将土方集中堆放，再用装载机把土装到自卸汽车上运走。 3： 开挖基坑时，如土的含水量较小，可结合运距、挖掘深度，分别选用推土机、铲运机或正铲(或反铲)挖掘机配以自卸汽车进行施工。当基坑深度在12m、基坑不太长时，可采用推土机；长度较大、深度在2m以内的线状基坑，可用铲运机；当基坑较大、工程量集中时
11、，可选用正铲挖掘机。如地下水位较高，又不采用降水措施，或土质松软，可能造成机械陷车时，则采用反铲、拉铲或抓铲挖掘机配以自卸汽车施工较为合适。移挖作填以及基坑和管沟的回填，运距在60100m以内时可用推土机。,(二)挖土机械配套计算 1挖土机数量确定 (台) 式中 Q土方量(m3)； P挖土机生产率(m3台班) ，可查定额手册或按公式137计算； T工期(工作日)； C每天工作班数； K时间利用系数(0.80.9)。,(m3台班) t挖土机每次作业循环延续时间(s)，W1100正铲挖土机为2540s，W1100拉铲挖土机为4560s； q挖土机斗容量(m3)； Kc土的充盈系数，可取0.81.1
12、； Ks土的最初可松性系数； KB工作时间利用系数，一般为0.70.9。,2自卸汽车配套计算 式中 Ts自卸汽车每一工作循环的延续时间(min)； t1自卸汽车每次装车时间(min)，t1nt； n自卸汽车每车装土次数： Ql自卸汽车的载重量(m3)； 实土表观密度，一般取1.7tm3； L运土距离(m)； VC重车与空车的平均速度(mmin)；一般取2030kmh； t2卸车时间，一般为lmin； t3操纵时间(包括停放待装、等车、让车等)，取23min。,(三) 开挖施工要点 1应根据地下水位、机械条件、进度要求等合理选用施工机械 。 2土方开挖应绘制土方开挖图 。 3基底标高不一时，可采
13、取先整片挖至一平均标高，然后再挖个别较深部位 。 4基坑边角部位，机械开挖不到之处，应用少量人工配合清坡。 5挖掘机、运土汽车进出基坑的运输道路，应尽量利用基础一侧或地下车库坡道部位作为运输通道，以减少挖土量。,6软土地基或在雨期施工时，大型机械在坑下作业，需铺垫钢板或铺路基箱垫道。 7对某些面积不大、深度较大的基坑，应尽量不开或少开坡道。 8机械开挖应由深而浅，基底及边坡应预留一层200300mm厚土层用人工清底、修坡、找平 。 9. 基坑挖好后，应紧接着进行下打钎验槽，尽量减少暴露时间 。,第六节 土方填筑与压实,一、土料选择与填筑方法 碎石类土、砂土、爆破石渣及含水量符合压实要求的粘性土
14、均可作为填方土料。冻土、淤泥、膨胀性土及有机物含量大于8的土、可溶性硫酸盐含量大于5的土均不能做填土。填方土料为粘性土时，应检验其含水量是否在控制范围内，含水量大的粘土不宜做填土用。 填方应尽量采用同类土填筑。当采用土料的透水性不同时，不得掺杂乱倒，应分层填筑，并将透水性较小的土料填在上层，,二、填土的要求 最好采用同类土壤填筑 填方土料应符合设计要求，如设计无要求时，应符合下列规定： 1）碎石类土、砂土和爆破石渣（粒径不大于每层铺厚的2/3）可用于表层下的填料； 2）含水量符合压实要求的粘性土，可用作各层填料； 3）碎块草皮和有机质含量大于8%的土，仅用于无压实要求的填方； 4）淤泥和淤泥质
15、土一般不能用作填料，但在软土或沼泽地区，经过处理使含水量符合压实要求后，可用于填方中的次要部位； 5）有水溶性硫酸盐大于5%的土，不能用作回填土，在地下水作用下，硫酸盐会逐渐溶解流失，形成孔洞，影响土的密实性。 6）冻土、膨胀性土等不应作为填方土料。,三、填土压实方法 填土压实方法有碾压、夯实和振动三种 (一)碾压法,图1-65 碾压机械 (d)自行式平碾；(6)拖式羊脚碾,(1) 碾压法是由沿着表面滚动的鼓筒或轮子的压力压实土壤。一切拖动和自动的碾压机具，如平滚碾、羊足碾和气胎碾等的工作都属于同一原理。 (2)碾压法主要用于大面积的填土，如场地平整、路基、堤坝等工程。平滚碾适用于碾压粘性和非
16、粘性土壤；羊足碾只能用来压实粘性土壤；气胎碾对土壤压力较为均匀，故其填土质量较好。 (3)按碾轮重量，平滚碾又分为轻型(重5t以下)、中型(重8t以下)和重型(重10t)三种。轻型滚碾压实土层的厚度不大，但土层上部变得较密实，当用轻型滚碾初碾后，再用重型滚碾碾压，就会取得较好的效果。如直接用重型滚碾碾压松土，则由于强烈的起伏现象，其碾压效果较差。 (4) 用碾压法压实壤土时，铺土应均匀一致，碾压遍数要一样，碾压方向应从填土区的两边逐渐压向中心，每次碾压应有1520cm的重叠。,(二)夯实法,(1) 夯实法是利用夯锤自由下落的冲击力来夯实土壤，主要用于小面积的回填土。夯实机具的类型较多，有木夯、
17、石硪、蛙式打夯机、火力夯以及利用挖土机或起重机装上夯板后的夯土机等。其中蛙式打夯机轻巧灵活，构造简单，在小型土方工程中应用最广。 (2) 夯实法的优点是，可以夯实较厚的土层，如重锤夯的夯实厚度可达11.5m，强力夯可对深层土壤夯实。但对木夯、石硪或蛙式打夯机等机具，其夯实厚度则较小，一般均在20cm以内。,(三)振动压实法,图1-67 平板振动机,(1) 振动法是将重锤放在土层的表面或内部，借助于振动设备使重锤振动，土壤颗粒即发生相对位移达到紧密状态。此法用于振实非粘性土壤效果较好。 (2) 近年来，又将碾压和振动法结合起来而设计和制造了振动平碾、振动凸块碾等新型压实机械。振动平碾适用于填料为
18、爆破碎石渣、碎石类土、杂填土或轻亚粘土的大型填方；振动凸块碾则适用于亚粘土或粘土的大型填方。当压实爆破石渣或碎石类土时，可选用重815t的振动平碾，铺土厚度为0.61.5m，先静压、后碾压，碾压遍数由现场试验确定，一般为68遍。,四、影响填方压实效果的主要因素 影响土壤压实效果的因素主要有：含水量、压实功、每层铺土厚度。 1.含水量 土中含水量对压实效果的影响比较显著。回填土含水量过大、过小都难以夯压密实。为此，要求回填土应有最佳的含水量，也就是当土壤在这种含水量的条件下压实时，能获得最大的密实度，而且所需的夯击能最小。所以，当回填土过湿时，应先晒干或掺入干土及其他吸水材料；过干时，则应洒水进行湿润，尽可能使土壤保持在最佳含水量的范围内。 土的最佳含水量时的最大干密度，可由击实试验取得，也可查经验表确定。 2.压实功 压实功（指压实工具的重量、碾压遍数或锤落高度、作用时间等）对压实效果的影响。 3.每层铺土厚度 铺土过厚，下部土体所受压实作用力小于土体本身的粘结力和摩擦力，土颗粒不能相互移动，无论压实多少遍，填方也不能被压实；铺土过薄，则下层土体压实次数过多，而受剪切破坏，所以规定了一定的铺土厚度。最优的铺土厚度应能使填方压实而机械的功耗费最小。,