常用土方机械的选择与作业方法.docx

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常用土方机械的选择与作业方法

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常用土方机械的选择与作业方法

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6-1-8土方机械化施工

6-1-8-1土方机械的选择

土方机械化开挖应根据基础形式、工程规模、开挖深度、地质、地下水情况、土方量、运距、现场和机具设备条件、工期要求以及土方机械的特点等合理选择挖土机械，以充分发挥机械效率，节省机械费用，加速工程进度。

土方机械化施工常用机械有：

推土机、铲运机、挖掘机（包括正铲、反铲、拉铲、抓铲等）装载机等，一般常用土方机械的选择可参考表6-47。

常用土方机械的选择表6-47

一般讲，深度不大的大面积基坑开挖，宜采用推土机或装载机推土、装土，用自卸汽车运土；对长度和宽度均较大的大面积土方一次开挖，可用铲运机铲土、运土、卸土、填筑作业；对面积较深的基础多采用0.5m3或1.0m3斗容量的液压正铲挖掘机，上层土方也可用铲运机或推土机进行；如操作面狭窄，且有地下水，土体湿度大，可采用液压反铲挖掘机挖土，自卸汽车运土；在地下水中挖土，可用拉铲，效率较高；对地下水位较深，采取不排水时，亦可分层用不同机械开挖，先用正铲挖土机挖地下水位以上土方，再用拉铲或反铲挖地下水位以下土方，用自卸汽车将土方运出。

6-1-8-2常用土方机械

1．推土机

常用推土机型号及技术性能见表6-48。

常用推土机型号及技术性能表6-48

2．铲运机

常用铲运机型号及技术性能见表6-49。

铲运机的技术性能和规格表6-49

3．挖掘机

（1）正铲挖掘机

常用液压正铲挖掘机的型号及技术性能见表6-50。

液压挖掘机主要技术性能与规格表6-50

（2）反铲挖掘机

常用液压反铲挖掘机的型号及技术性能见表6-50。

（3）抓铲挖掘机

常用抓铲挖掘机型号及技术性能见表6-51。

抓铲挖掘机型号及技术性能表6-51

4．装载机

常用铰接式轮胎装载机型号及技术性能见表6-52。

铰接式轮胎装载机主要技术性能与规格表6-52

注：

1．WZ2A型带反铲，斗容量0.2m3，最大挖掘深度4.0m，挖掘半径5.25m，卸料高度2.99m。

2．转向方式均为铰接液压缸。

6-1-8-3土方机械基本作业方法

1．推土机

（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。

上下坡坡度不得超过35°，横坡不得超过10°。

几台推土机同时作业，前后距离应大于8m。

（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6-15），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。

图6-15下坡推土法

2）槽形挖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6-16）,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约50m。

适于运距较远，土层较厚时使用。

图6-16槽形推土法

3）并列推土法用2~3台推土机并列作业（图6-17）,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%。

适于大面积场地平整及运送土用。

图6-17并列推土法

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6-18）。

堆积距离不宜大于30m，推土高度以2m内为宜。

本法能提高生产效率15%左右。

适于运送距离较远、而土质又比较坚硬，或长距离分段送土时采用。

图6-18分堆集中，一次推送法

5）斜角推土法将铲刀斜装在支架上或水平放置，并与前进方向成一倾斜角度（松土为60°，坚实土为45°）进行推土（图6-19）。

本法可减少机械来回行驶，提高效率，但推土阻力较大，需较大功率的推土机。

适于管沟推土回填、垂直方向无倒车余地或在坡脚及山坡下推土用。

图6-19斜角推土法

6）之字斜角推土法推土机与回填的管沟或洼地边缘成“之”字或一定角度推土（图6-20）。

本法可减少平均负荷距离和改善推集中土的条件，并可使推土机转角减少一半，可提高台班生产率，但需较宽的运行场地。

适于回填基坑、槽、管沟时采用。

图6-20之字斜角推土法

（a）、（b）之字形推土法；（c）斜角推土法

7）铲刀附加侧板法对于运送疏松土壤，且运距较大时，可在铲刀两边加装侧板，增加铲刀前的土方体积和减少推土漏头量。

2．铲运机

（1）作业方法

铲运机的基本作业是铲土、运土、卸土三个工作行程和一个空载回驶行程。

在施工中，由于挖填区的分布情况不同，为了提高生产效率，应根据不同施工条件（工程大小、运距长短、土的性质和地形条件等），选择合理的开行路线和施工方法。

开行路线有如下几种：

1）椭圆形开行路线从挖方到填方按椭圆形路线回转（图6-21a）。

作业时应常调换方向行驶，以避免机械行驶部分的单侧磨损。

适于长100m内，填土高1.5m内的路堤、路堑及基坑开挖、场地平整等工程采用。

2）“8”字形开行路线装土、运土和卸土时按“8”字形运行，一个循环完成两次挖土和卸土作业（图6-21b）。

装土和卸土沿直线开行时进行，转弯时刚好把土装完或倾卸完毕，但两条路线间的夹角α应小于60°。

本法可减少转弯次数和空车行驶距离，提高生产率，同时一个循环中两次转变方向不同，可避免机械行驶部分单侧磨损。

适于开挖管沟、沟边卸土或取土坑较长（300~500m）的侧向取土、填筑路基以及场地平整等工程采用。

图6-21椭圆形及“8”字形开行路线

（a）椭圆形开行路线；（b）“8”字形开行路线

1-铲土；2-卸土；3-取土坑；4-路堤

3）大环形开行路线从挖方到填方均按封闭的环形路线回转。

当挖土和填土交替，而刚好填土区在挖土区的两端时，则可采用大环形路线（图6-22a），其优点是一个循环能完成多次铲土和卸土，减少铲运机的转弯次数，提高生产效率，本法亦应常调换方向行驶，以避免机械行驶部分的单侧磨损。

适于工作面很短（50~100m）和填方不高（0.1~1.5m）的路堤、路堑、基坑以及场地平整等工程采用。

4）连续式开行路线铲运机在同一直线段连续地进行铲土和卸土作业（图6-22b）。

本法可消除跑空车现象，减少转弯次数，提高生产效率，同时还可使整个填方面积得到均匀压实。

适于大面积场地整平填方和挖方轮次交替出现的地段采用。

图6-22大环形及连续式开行路线

（a）大环形开行路线；（b）连续式开行路线

1-铲土；2-卸土

5）锯齿形开行路线铲运机从挖土地段到卸土地段，以及从卸土地段到挖土地段都是顺转弯，铲土和卸土交替地进行，直到工作段的末端才转180°弯，然后再按相反方向作锯齿形开行（图6-23）。

本法调头转弯次数相对减少，同时运行方向经常改变，使机械磨损减轻。

适于工作地段很长（500m以上）的路堤、堤坝修筑时采用。

图6-23锯齿形开行路线

1-铲土；2-卸土

6）螺旋形开行路线铲运机成螺旋形开行，每一循环装卸土两次（图6-24）。

本法可提高工效和压实质量。

适于填筑很宽的堤坝或开挖很宽的基坑、路堑。

图6-24螺旋形开行路线

（2）提高生产率的方法

1）下坡铲土法铲运机顺地势（坡度一般3°~9°）下坡铲土（图6-25），借机械往下

图6-25下坡铲土

运行重量产生的附加牵引力来增加切土深度和充盈数量，可提高生产率25%左右，最大坡度不应超过20°，铲土厚度以20cm为宜，平坦地形可将取土地段的一端先铲低，保持一定坡度向后延伸，创造下坡铲土条件，一般保持铲满铲斗的工作距离为15~20cm。

在大坡度上应放低铲斗，低速前进。

适于斜坡地形大面积场地平整或推土回填沟渠用。

2）跨铲法在较坚硬的地段挖土时，采取预留土埂间隔铲土（图6-26）。

土埂两边沟槽深度以不大于0.3m、宽度在1.6m以内为宜。

本法铲土埂时增加了两个自由面，阻力减少，可缩短铲土时间和减少向外撒土，比一般方法可提高效率。

适于较坚硬的土铲土回填或场地平整。

图6-26跨铲法

1-沟槽；2-土埂

A-铲斗宽；B-不大于拖拉机履带净距

3）交错铲土法铲运机开始铲土的宽度取大一些，随着铲土阻力增加，适当减少铲土宽度，使铲运机能很快装满土（图6-27）。

当铲第一排时，互相之间相隔铲斗一半宽度，铲第二排土则退离第一排挖土长度的一半位置，与第一排所挖各条交错开，以下所挖各排均与第二排相同。

适于一般比较坚硬的土的场地平整。

图6-27交错铲土法

A-铲斗宽

4）助铲法在坚硬的土体中，使用自行铲运机，另配一台推土机在铲运机的后拖杆上进行顶推，协助铲土（图6-28），可缩短每次铲土时间，装满铲斗，可提高生产率30%左右，推土机在助铲的空余时间，可作松土和零星的平整工作。

助铲法取土场宽不宜小于20m，长度不宜小于40m，采用一台推土机配合3~4台铲运机助铲时，铲运机的半周程距离不应小于250m，几台铲运机要适当安排铲土次序和开行路线，互相交叉进行流水作业，以发挥推土机效率。

适于地势平坦、土质坚硬、宽度大、长度长的大型场地平整工程采用。

图6-28助铲法

1-铲运机铲土；2-推土机助铲

5）双联铲运法铲运机运土时所需牵引力较小，当下坡铲土时，可将两个铲斗前后串在一起，形成一起一落依次铲土、装土（又称双联单铲）（图6-29）。

当地面较平坦时，采取将两个铲斗串成同时起落，同时进行铲土，又同时起斗开行（称为双联双铲），前者可提高工效20%~30%，后者可提高工效约60%。

适于较松软的土，进行大面积场地平整及筑堤时采用。

图6-29双联铲运法

3．挖掘机

（1）正铲挖掘机

1）作业方法

正铲挖掘机的挖土特点是：

“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6-30a、b）。

本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。

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6-30c）。

本法开挖工作面较大，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180°，效率约降低23%，回转角度130°，约降低13%）。

用于开挖工作面较小、且较深的基坑（槽）、管沟和路堑等。

图6-30正铲挖掘机开挖方式

（a）、（b）正向开挖，侧向装土；（c）正向开挖，后方装土

正铲经济合理的挖土高度见表6-53。

正铲开挖高度参考数值（m）表6-53

挖土机挖土装车时，回转角度对生产率的影响数值，参见表6-54。

影响生产效率参考表表6-54

2）提高生产率的方法

①分层开挖法将开挖面按机械的合理高度分为多层开挖（图6-31a）；当开挖面高度不能成为一次挖掘深度的整数倍时，则可在挖方的边缘或中部先开挖一条浅槽作为第一次挖土运输的线路（图6-31b），然后再逐次开挖直至基坑底部。

用于开挖大型基坑或沟渠，工作面高度大于机械挖掘的合理高度时采用。

图6-31分层挖土法

（a）分层挖土法；（b）设先锋槽分层挖土法

1-下坑通道；I、II、III-一、二、三层

②多层挖土法将开挖面按机械的合理开挖高度，分为多层同时开挖，以加快开挖速度，土方可以分层运出，亦可分层递送，至最上层（或下层）用汽车运出（图6-32）。

但两台挖土机沿前进方向，上层应先开挖，与下层保持30~50m距离。

适于开挖高边坡或大型基坑。

图6-32多层挖土法

③中心开挖法正铲先在挖土区的中心开挖，当向前挖至回转角度超过90°时，则转向两侧开挖，运土汽车按八字形停放装土（图6-33）。

本法开挖移位方便，回转角度小（＜90°）。

挖土区宽度宜在40m以上，以便于汽车靠近正铲装车。

适用于开挖较宽的山坡地段或基坑、沟渠等。

图6-33中心开挖法

④上下轮换开挖法先将土层上部1m以下土挖深30~40cm，然后再挖土层上部1m厚的土，如此上下轮换开挖（图6-34）。

本法挖土阻力小，易装满铲斗，卸土容易。

适于土层较高，土质不太硬，铲斗挖掘距离很短时使用。

图6-34上下轮换开挖法

⑤顺铲开挖法正铲挖掘机铲斗从一侧向另一侧，一斗挨一斗地顺序进行开挖（图6-35a），每次挖土增加一个自由面，使阻力减小，易于挖掘。

也可依据土质的坚硬程度使每次只挖2~3个斗牙位置的土。

适于土质坚硬，挖土时不易装满铲斗，而且装土时间长时采用。

⑥间隔开挖法即在扇形工作面上第一铲与第二铲之间保留一定距离（图6-35b），使铲斗接触土体的摩擦面减少，两侧受力均匀，铲土速度加快，容易装满铲斗，生产效率高。

适于开挖土质不太硬、较宽的边坡或基坑、沟渠等。

图6-35顺铲和间隔开挖法

（a）顺铲开挖法；（b）间隔开挖法

（2）反铲挖掘机

反铲挖掘机的挖土特点是：

“后退向下，强制切土”。

根据挖掘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：

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6-36a）。

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45°~90°，同时可挖到最大深度。

对较宽的基坑可采用（图6-36b）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。

适于一次成沟后退挖土，挖出土方随即运走时采用，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6-36c）。

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。

用于横挖土体和需将土方甩到离沟边较远的距离时使用。

图6-36反铲沟端及沟侧开挖法

（a）、（b）沟端开挖法；（c）沟侧开挖法

3）沟角开挖法反铲位于沟前端的边角上，随着沟槽的掘进，机身沿着沟边往后作“之”字形移动（图6-37）。

臂杆回转角度平均在45°左右，机身稳定性好，可挖较硬的土体，并能挖出一定的坡度。

适于开挖土质较硬，宽度较小的沟槽（坑）。

图6-37反铲沟角开挖法

（a）沟角开挖平剖面；（b）扇形开挖平面；（c）三角开挖平面

4）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6-38）；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15m左右。

本法开挖较深基坑，一次开挖到设计标高，一次完成，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。

适于开挖土质较好、深10m以上的大型基坑、沟槽和渠道。

图6-38反铲多层接力开挖法

（3）抓铲挖掘机

抓铲挖掘机的挖土特点是：

“直上直下，自重切土”。

抓铲能在回转半径范围内开挖基坑上任何位置的土方，并可在任何高度上卸土（装车或弃土）。

对小型基坑，抓铲立于一侧抓土；对较宽的基坑，则在两侧或四侧抓土。

抓铲应离基坑边一定距离，土方可直接装入自卸汽车运走（图6-39），或堆弃在基坑旁或用推土机推到远处堆放。

挖淤泥时，抓斗易被淤泥吸住，应避免用力过猛，以防翻车。

抓铲施工，一般均需加配重。

图6-39抓铲挖土机挖土

4．装载机

作业方法与推土机基本类似，在土方工程中，也有铲装、转运、卸料、返回等四个过程（略）。

6-1-8-4土方机械施工要点

1，土方开挖应绘制土方开挖图（图6-40），确定开挖路线、顺序、范围、基底标高、边坡坡度、排水沟、集水井位置以及挖出的土方堆放地点等。

绘制土方开挖图应尽可能使机械多挖，减少机械超挖和人工挖方。

图6-40土方开挖图

1-排水沟；2-集水井；3-土方机械进出口

I、II、III、IV-开挖次序

2．大面积基础群基坑底标高不一，机械开挖次序一般采取先整片挖至平均标高，然后再挖个别较深部位。

当一次开挖深度超过挖土机最大挖掘高度（5m以上）时，宜分二~三层开挖，并修筑10%~15%坡道，以便挖土及运输车辆进出。

3．基坑边角部位，机械开挖不到之处，应用少量人工配合清坡，将松土清至机械作业半径范围内，再用机械掏取运走。

人工清土所占比例一般为1.5%~4%，修坡以厘米作限制误差。

大基坑宜另配一台推土机清土、送土、运土。

4．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两侧相邻的基础（以后需开挖的）部位，使它互相贯通作为车道，或利用提前挖除土方后的地下设施部位作为相邻的几个基坑开挖地下运输通道，以减少挖土量。

5．机械开挖应由深而浅，基底及边坡应预留一层150~300mm厚土层用人工清底、修坡、找平，以保证基底标高和边坡坡度正确，避免超挖和土层遭受扰动。

6．做好机械的表面清洁和运输道路的清理工作，以提高挖土和运输效率。

7．基坑土方开挖可能影响邻近建筑物、管线安全使用时，必须有可靠的保护措施。

8．机械开挖施工时，应保护井点、支撑等不受碰撞或损坏，同时应对平面控制桩、水准点、基坑平面位置、水平标高、边坡坡度等定期进行复测检查。

9．雨期开挖土方，工作面不宜过大，应逐段分期完成。

如为软土地基，进入基坑行走需铺垫钢板或铺路基箱垫道。

坑面、坑底排水系统应保持良好；汛期应有防洪措施，防止雨水浸入基坑。

冬期开挖基坑，如挖完土隔一段时间施工基础需预留适当厚度的松土，以防基土遭受冻结。

10．当基坑开挖局部遇露头岩石，应先采用控制爆破方法，将基岩松动、爆破成碎块，其块度应小于铲斗宽的2/3，再用挖土机挖出，可避免破坏邻近基础和地基；对大面积较深的基坑，宜采用打竖井的方法进行松爆，使一次基本达到要求深度。

此项工作一般在工程平整场地时预先完成。

在基坑内爆破，宜采用打眼放炮的方法，采用多炮眼，少装药，分层松动爆破，分层清渣，每层厚1.2m左右。