任务1.5 土方工程机械化施工

任务描述

任务分析

知识课堂

由于土方开挖工程量一般均很大，采用人工挖土效率较低，故常采用机械施工，以提高工作效率、确保工期。土方机械化施工常用机械有单斗挖土机、推土机、铲运机、平地机、装卸机与自卸车等。

1.5.1 单斗挖土机

单斗挖土机按工作装置不同，可分为正铲、反铲、抓铲和拉铲四种（图1-37）；单斗挖土机根据其行走方式的不同，可分为履带式或轮胎式两类；按其操纵机构的不同，可分为机械式和液压式两类。

1．正铲挖土机

正铲挖土机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。

正铲挖土机挖掘力大，适用于开挖含水量较小的一至三类土和经爆破的岩石及冻土。其一般可用于大型基坑工程，也可用于场地平整施工。正铲挖土机的挖土特点是：“前进向上，强制切土”。根据开挖路线与运输汽车相对位置的不同，一般有以下两种：

（1）正向开挖，侧向装土法。正铲向前进方向挖土，汽车位于正铲的侧向装车[图1-38（a）、（b）]。此法铲臂卸土回转角度最小（＜90°），装车方便，循环时间短，生产效率高。其适用于开挖工作面较大，深度不大的边坡、基坑（槽）、沟渠和路堑等，为最常用的开挖方法。

（2）正向开挖，后方装土法。正铲向前进方向挖土，汽车停在正铲的后面[图1-38（c）]。此法开挖工作面较大，但铲臂卸土回转角度较大（在180°左右），且汽车要侧向行车，增加工作循环时间，生产效率降低（回转角度为180°，效率约降低23%；回转角度为130°，约降低13%）。其适用于开挖工作面较小且较深的基坑（槽）、管沟和路堑等。

2．反铲挖土机

反铲挖土机的挖土特点是：后退向下，强制切土。其能开挖停机面以下的一至三类土，适用于一次开挖深度在4m左右的基坑（槽）、管沟，也可用于地下水水位较高的土方开挖；在深基坑开挖中，可采取通过下坡道、台阶式接力等方式进行开挖。反铲挖土机可以与自卸汽车配合，装土运走，也可弃土于坑槽附近。根据挖土机的开挖路线与运输汽车的相对位置不同，一般有以下几种挖法：

（1）沟端开挖法。反铲停于沟端，后退挖土，同时往沟一侧弃土或装汽车运走[图1-39（a）]。挖掘宽度可不受机械最大挖掘半径的限制，臂杆回转半径仅为45°～90°，同时可挖到最大深度。对较宽的基坑可采用[图1-39（b）]的方法，其最大一次挖掘宽度为反铲有效挖掘半径的两倍，但汽车须停在机身后面装土，生产效率降低；或采用几次沟端开挖法完成作业。其适用于一次成沟后退挖土，挖出土方随即运走，或就地取土填筑路基或修筑堤坝等。

（2）沟侧开挖法。反铲停于沟侧沿沟边开挖，汽车停在机旁装土或往沟一侧卸土[图1-39（c）]。本法铲臂回转角度小，能将土弃于距沟边较远的地方，但挖土宽度比挖掘半径小，边坡不好控制，同时机身靠沟边停放，稳定性较差。其适用于横挖土体和需将土方甩到与沟边较远的距离时。

（3）多层接力开挖法。用两台或多台挖土机设在不同作业高度上同时挖土，边挖土，边将土传递到上层，由地表挖土机连挖土带装土（图1-40）；上部可用大型反铲，中、下层用大型或小型反铲，进行挖土和装土，均衡连续作业。一般两层挖土可挖深10m，三层可挖深15 m左右。采用本法开挖较深基坑，能够一次开挖到设计标高，一次性完成作业，可避免汽车在坑下装运作业，提高生产效率，且不必设专用垫道。其适用于开挖土质较好、深10m以上的大型基坑、沟槽和渠道。

3．抓铲挖土机

抓铲挖土机是在挖土机臂端用钢丝绳吊装一个抓斗。其挖土特点是：直上直下，自重切土。其挖掘力较小，能开挖停机面以下的一至二类土。其适用于开挖软土地基基坑，特别是对窄而深的基坑、深槽、深井采用抓铲效果理想。抓铲还可用于疏通旧有渠道以及挖取水中淤泥等，或用于装卸碎石、矿渣等松散材料。在软土地区，常用抓铲挖土机开挖基坑、沉井等（图1-41）。

4．拉铲挖土机

拉铲挖土机的土斗用钢丝绳悬挂在挖土机长臂上，挖土时土斗在自重作用下落到地面切入土中。其挖土特点是：后退向下，自重切土。其挖土深度和挖土半径均较大，能开挖停机面以下的一至二类土，但不如反铲动作灵活准确。其适用于开挖较深较大的基坑（槽）、沟渠，挖取水中泥土以及填筑路基，修筑堤坝等。拉铲挖土机的开挖方式与反铲挖土机的开挖方式相似，既可沟侧开挖也可沟端开挖（图1-42）。

1.5.2 推土机

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铲刀等工作装置而成的机械。常用的是液压式推土机，其铲刀可强制切入土中，切入深度较大。同时，铲刀还可以调整角度，具有更大的灵活性。推土机多用于挖土深度不大的场地平整、开挖深度不大于1.5m的基坑、回填基坑和沟槽等施工。推土机可以推挖一至三类土，经济运距为100m以内，效率最高为40～60m。

1．作业方法

推土机开挖的基本作业是铲土、运土和卸土三个工作行程和空载回驶行程。铲土时应根据土质情况，尽量采用最大切土深度并在最短距离（6～10m）内完成，以便缩短低速运行时间，然后直接推运到预定地点。回填土和填沟渠时，铲刀不得超出土坡边沿。

2．提高生产率的方法

（1）下坡推土法。在斜坡上，推土机顺下坡方向切土与堆运（图1-43），借机械向下的重力作用切土，增大切土深度和运土数量，可提高生产率30%～40%，但坡度不宜超过15°，避免后退时爬坡困难。

（2）槽形推土法。推土机重复多次在一条作业线上切土和推土，使地面逐渐形成一条浅槽（图1-44），再反复在沟槽中进行推土，以减少土从铲刀两侧漏散，可增加10%～30%的推土量。槽的深度以1m左右为宜，槽与槽之间的土坑宽度约为50m。其适合在运距较远、土层较厚时使用。

（3）并列推土法。用2～3台推土机并列作业（图1-45），以减少土体漏失量。铲刀相距15～30cm，一般采用两机并列推土，可增大推土量15%～30%。其适用于大面积场地平整及运送土。

（4）分堆集中，一次推送法。在硬质土中，切土深度不大，将土先积聚在一个或数个中间点，然后再整批推送到卸土区，使铲刀前保持满载（图1-46）。堆积距离不宜大于30 m，推土高度以2m内为宜。本法能提高生产效率15%左右。其适合在运送距离较远，而土质又比较坚硬，或长距离分段送土时使用。

1.5.3 铲运机

铲运机是一种利用安装在前后轮轴或左右履带之间的带有铲刃的铲斗，在行进中顺序完成铲削、装载、运输和卸铺的铲土运输机械。铲运机由牵引机械和土斗组成。按其行走方式可分为拖式和自行式两种；按铲斗操纵系统可分为油压式和索式（图1-47）。

1．铲运机的特点和应用

铲运机能综合完成挖、运、平、填等全部土方施工工序，对道路要求低，操纵灵活，运转方便，生产率高。常应用于大面积场地平整，开挖大基坑、沟槽及填筑路基、堤坝等工程。其适用于铲运含水量不大于27%的松土和普通土，不适于在砾石层和冻土地带及沼泽区工作。在铲运较坚硬的土时，宜先松土。其经济运距是：自行式铲运机的经济运距为800～1500m，拖式铲运机的经济运距为600m，当运距为200～300m时效率最高。斗容量确定后，生产率的高低取决于机械的开行路线和施工方法。

2．铲运机的施工方法

（1）下坡铲土。利用有利地形，借助铲运机重力加大铲土能力，缩短装土时间，提高生产率。

（2）跨铲法。在较坚硬的土中挖土时，可预留土埂间隔铲土。土埂高度应不大于300 mm，宽度不大于铲运机两履带间净距。

（3）助铲法。在坚硬的土层中铲土时，以推土机协助铲土（图1-48）。

1.5.4 平地机

平地机是利用刮刀平整地面的土方机械。其刮刀安装在机械前、后轮轴之间，能升降、倾斜、回转和外伸。平地机动作灵活准确，操纵方便，平整场地有较高的精度，广泛用于公路、机场等大面积的地面平整作业，如图1-49所示。

1.5.5 装载机与自卸车

（1）装载机如图1-50（a）所示。装载机是用机身前端的铲斗进行铲、装、运、卸作业的施工机械，广泛用于建筑、公路等建设工程的土石方施工机械。它主要用于铲装土壤、砂石、石灰等散装物料。在软土地区，装载机也可用于基坑开挖，换装不同的辅助工作装置还可进行推土、起重和其他物料的装卸作业。

装载机具有作业速度快、效率高、机动性好、操作轻便等优点，因此，它成为工程建设中土石方施工的主要机种之一。

（2）自卸车是指通过液压或机械举升而自行卸载货物的车辆，又称翻斗车。其由汽车底盘、液压举升机构、货厢和取力装置等部件组成。自卸车的发动机、底盘及驾驶室的构造和一般载重汽车相同。建筑工地常用功能作业型自卸车，其运输距离短，一般不超过10km，装卸频繁，货厢相对较小。其对底盘的要求是轴距短，扭矩大。自卸车的车厢分后向倾翻和侧向倾翻两种。

自卸车在土木工程中，经常与挖掘机、装载机、带式输送机等工程机械联合作业，构成装、运、卸生产线，进行土方、砂石、散料的装卸运输工作[图1-50（b）]。

第二课堂

1．实地考察一个建筑工地的土方机械作业方法。

2．简述各种土方机械的作业特点和适用范围。