任務1.5 土方工程機械化施工

任務描述

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知識課堂

由于土方開挖工程量一般均很大，采用人工挖土效率較低，故常采用機械施工，以提高工作效率、確保工期。土方機械化施工常用機械有單斗挖土機、推土機、鏟運機、平地機、裝卸機與自卸車等。

1.5.1 單斗挖土機

單斗挖土機按工作裝置不同，可分為正鏟、反鏟、抓鏟和拉鏟四種（圖1-37）；單斗挖土機根據其行走方式的不同，可分為履帶式或輪胎式兩類；按其操縱機構的不同，可分為機械式和液壓式兩類。

1．正鏟挖土機

正鏟挖土機適用于開挖停機面以上的土方，且需與汽車配合完成整個挖運工作。

正鏟挖土機挖掘力大，適用于開挖含水量較小的一至三類土和經爆破的巖石及凍土。其一般可用于大型基坑工程，也可用于場地平整施工。正鏟挖土機的挖土特點是：“前進向上，強制切土”。根據開挖路線與運輸汽車相對位置的不同，一般有以下兩種：

（1）正向開挖，側向裝土法。正鏟向前進方向挖土，汽車位于正鏟的側向裝車[圖1-38（a）、（b）]。此法鏟臂卸土回轉角度最小（＜90°），裝車方便，循環時間短，生產效率高。其適用于開挖工作面較大，深度不大的邊坡、基坑（槽）、溝渠和路塹等，為最常用的開挖方法。

（2）正向開挖，后方裝土法。正鏟向前進方向挖土，汽車停在正鏟的后面[圖1-38（c）]。此法開挖工作面較大，但鏟臂卸土回轉角度較大（在180°左右），且汽車要側向行車，增加工作循環時間，生產效率降低（回轉角度為180°，效率約降低23%；回轉角度為130°，約降低13%）。其適用于開挖工作面較小且較深的基坑（槽）、管溝和路塹等。

2．反鏟挖土機

反鏟挖土機的挖土特點是：后退向下，強制切土。其能開挖停機面以下的一至三類土，適用于一次開挖深度在4m左右的基坑（槽）、管溝，也可用于地下水水位較高的土方開挖；在深基坑開挖中，可采取通過下坡道、臺階式接力等方式進行開挖。反鏟挖土機可以與自卸汽車配合，裝土運走，也可棄土于坑槽附近。根據挖土機的開挖路線與運輸汽車的相對位置不同，一般有以下幾種挖法：

（1）溝端開挖法。反鏟停于溝端，后退挖土，同時往溝一側棄土或裝汽車運走[圖1-39（a）]。挖掘寬度可不受機械最大挖掘半徑的限制，臂桿回轉半徑僅為45°～90°，同時可挖到最大深度。對較寬的基坑可采用[圖1-39（b）]的方法，其最大一次挖掘寬度為反鏟有效挖掘半徑的兩倍，但汽車須停在機身后面裝土，生產效率降低；或采用幾次溝端開挖法完成作業。其適用于一次成溝后退挖土，挖出土方隨即運走，或就地取土填筑路基或修筑堤壩等。

（2）溝側開挖法。反鏟停于溝側沿溝邊開挖，汽車停在機旁裝土或往溝一側卸土[圖1-39（c）]。本法鏟臂回轉角度小，能將土棄于距溝邊較遠的地方，但挖土寬度比挖掘半徑小，邊坡不好控制，同時機身靠溝邊停放，穩定性較差。其適用于橫挖土體和需將土方甩到與溝邊較遠的距離時。

（3）多層接力開挖法。用兩臺或多臺挖土機設在不同作業高度上同時挖土，邊挖土，邊將土傳遞到上層，由地表挖土機連挖土帶裝土（圖1-40）；上部可用大型反鏟，中、下層用大型或小型反鏟，進行挖土和裝土，均衡連續作業。一般兩層挖土可挖深10m，三層可挖深15 m左右。采用本法開挖較深基坑，能夠一次開挖到設計標高，一次性完成作業，可避免汽車在坑下裝運作業，提高生產效率，且不必設專用墊道。其適用于開挖土質較好、深10m以上的大型基坑、溝槽和渠道。

3．抓鏟挖土機

抓鏟挖土機是在挖土機臂端用鋼絲繩吊裝一個抓斗。其挖土特點是：直上直下，自重切土。其挖掘力較小，能開挖停機面以下的一至二類土。其適用于開挖軟土地基基坑，特別是對窄而深的基坑、深槽、深井采用抓鏟效果理想。抓鏟還可用于疏通舊有渠道以及挖取水中淤泥等，或用于裝卸碎石、礦渣等松散材料。在軟土地區，常用抓鏟挖土機開挖基坑、沉井等（圖1-41）。

4．拉鏟挖土機

拉鏟挖土機的土斗用鋼絲繩懸掛在挖土機長臂上，挖土時土斗在自重作用下落到地面切入土中。其挖土特點是：后退向下，自重切土。其挖土深度和挖土半徑均較大，能開挖停機面以下的一至二類土，但不如反鏟動作靈活準確。其適用于開挖較深較大的基坑（槽）、溝渠，挖取水中泥土以及填筑路基，修筑堤壩等。拉鏟挖土機的開挖方式與反鏟挖土機的開挖方式相似，既可溝側開挖也可溝端開挖（圖1-42）。

1.5.2 推土機

推土機是土方工程施工的主要機械之一，是在履帶式拖拉機上安裝推土鏟刀等工作裝置而成的機械。常用的是液壓式推土機，其鏟刀可強制切入土中，切入深度較大。同時，鏟刀還可以調整角度，具有更大的靈活性。推土機多用于挖土深度不大的場地平整、開挖深度不大于1.5m的基坑、回填基坑和溝槽等施工。推土機可以推挖一至三類土，經濟運距為100m以內，效率最高為40～60m。

1．作業方法

推土機開挖的基本作業是鏟土、運土和卸土三個工作行程和空載回駛行程。鏟土時應根據土質情況，盡量采用最大切土深度并在最短距離（6～10m）內完成，以便縮短低速運行時間，然后直接推運到預定地點。回填土和填溝渠時，鏟刀不得超出土坡邊沿。

2．提高生產率的方法

（1）下坡推土法。在斜坡上，推土機順下坡方向切土與堆運（圖1-43），借機械向下的重力作用切土，增大切土深度和運土數量，可提高生產率30%～40%，但坡度不宜超過15°，避免后退時爬坡困難。

（2）槽形推土法。推土機重復多次在一條作業線上切土和推土，使地面逐漸形成一條淺槽（圖1-44），再反復在溝槽中進行推土，以減少土從鏟刀兩側漏散，可增加10%～30%的推土量。槽的深度以1m左右為宜，槽與槽之間的土坑寬度約為50m。其適合在運距較遠、土層較厚時使用。

（3）并列推土法。用2～3臺推土機并列作業（圖1-45），以減少土體漏失量。鏟刀相距15～30cm，一般采用兩機并列推土，可增大推土量15%～30%。其適用于大面積場地平整及運送土。

（4）分堆集中，一次推送法。在硬質土中，切土深度不大，將土先積聚在一個或數個中間點，然后再整批推送到卸土區，使鏟刀前保持滿載（圖1-46）。堆積距離不宜大于30 m，推土高度以2m內為宜。本法能提高生產效率15%左右。其適合在運送距離較遠，而土質又比較堅硬，或長距離分段送土時使用。

1.5.3 鏟運機

鏟運機是一種利用安裝在前后輪軸或左右履帶之間的帶有鏟刃的鏟斗，在行進中順序完成鏟削、裝載、運輸和卸鋪的鏟土運輸機械。鏟運機由牽引機械和土斗組成。按其行走方式可分為拖式和自行式兩種；按鏟斗操縱系統可分為油壓式和索式（圖1-47）。

1．鏟運機的特點和應用

鏟運機能綜合完成挖、運、平、填等全部土方施工工序，對道路要求低，操縱靈活，運轉方便，生產率高。常應用于大面積場地平整，開挖大基坑、溝槽及填筑路基、堤壩等工程。其適用于鏟運含水量不大于27%的松土和普通土，不適于在礫石層和凍土地帶及沼澤區工作。在鏟運較堅硬的土時，宜先松土。其經濟運距是：自行式鏟運機的經濟運距為800～1500m，拖式鏟運機的經濟運距為600m，當運距為200～300m時效率最高。斗容量確定后，生產率的高低取決于機械的開行路線和施工方法。

2．鏟運機的施工方法

（1）下坡鏟土。利用有利地形，借助鏟運機重力加大鏟土能力，縮短裝土時間，提高生產率。

（2）跨鏟法。在較堅硬的土中挖土時，可預留土埂間隔鏟土。土埂高度應不大于300 mm，寬度不大于鏟運機兩履帶間凈距。

（3）助鏟法。在堅硬的土層中鏟土時，以推土機協助鏟土（圖1-48）。

1.5.4 平地機

平地機是利用刮刀平整地面的土方機械。其刮刀安裝在機械前、后輪軸之間，能升降、傾斜、回轉和外伸。平地機動作靈活準確，操縱方便，平整場地有較高的精度，廣泛用于公路、機場等大面積的地面平整作業，如圖1-49所示。

1.5.5 裝載機與自卸車

（1）裝載機如圖1-50（a）所示。裝載機是用機身前端的鏟斗進行鏟、裝、運、卸作業的施工機械，廣泛用于建筑、公路等建設工程的土石方施工機械。它主要用于鏟裝土壤、砂石、石灰等散裝物料。在軟土地區，裝載機也可用于基坑開挖，換裝不同的輔助工作裝置還可進行推土、起重和其他物料的裝卸作業。

裝載機具有作業速度快、效率高、機動性好、操作輕便等優點，因此，它成為工程建設中土石方施工的主要機種之一。

（2）自卸車是指通過液壓或機械舉升而自行卸載貨物的車輛，又稱翻斗車。其由汽車底盤、液壓舉升機構、貨廂和取力裝置等部件組成。自卸車的發動機、底盤及駕駛室的構造和一般載重汽車相同。建筑工地常用功能作業型自卸車，其運輸距離短，一般不超過10km，裝卸頻繁，貨廂相對較小。其對底盤的要求是軸距短，扭矩大。自卸車的車廂分后向傾翻和側向傾翻兩種。

自卸車在土木工程中，經常與挖掘機、裝載機、帶式輸送機等工程機械聯合作業，構成裝、運、卸生產線，進行土方、砂石、散料的裝卸運輸工作[圖1-50（b）]。

第二課堂

1．實地考察一個建筑工地的土方機械作業方法。

2．簡述各種土方機械的作業特點和適用范圍。