土方工程的施工过程包括:土方开挖、运输、填筑与压实等。由于土方工程量大、劳动繁重,施工时应尽可能采用机械化、半机械化施工,以减轻繁重的体力劳动,加快施工进度、降低工程造价。
1.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。按铲刀的操纵机构不同,推土机分为索式和液压式两种。索式推土机的铲刀借本身自重切入土中,在硬土中切土深度较小。液压式推土机由于用液压操纵,能使铲刀强制切入土中,切入深度较大。同时,液压式推土机铲刀还可以调整角度,具有更大的灵活性,是目前常用的一种推土机(图)。
液压式推土机外形图
推土机操纵灵活,运转方便,所需工作面较小、行驶速度快、易于转移,能爬30°左右的缓坡,因此应用范围较广。适用于开挖一至三类土。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,堆筑高度在1.5m以内的路基、堤坝,平整其他机械卸置的土堆;推送松散的硬土、岩石和冻土,配合铲运机进行助铲;配合挖土机施工,为挖土机清理余土和创造工作面。此外,将铲刀卸下后,还能牵引其他无动力的土方施工机械,如拖式铲运机、松土机、羊足碾等,进行土方其他施工过程的施工。
推土机的运距宜在100m以内,效率最高的推运距离为40~60m。为提高生产率,可采用下述方法:
1)下坡推土(图)
推土机顺地面坡势沿下坡方向推土,借助机械往下的重力作用,可增大铲刀切土深度和运土数量,可提高推土机能力和缩短推土时间,一般可提高生产率30%~40%。但坡度不宜大于15°,以免后退时爬坡困难。
下坡推土法槽形推土
2)槽形推土(图)
当运距较远,挖土层较厚时,利用已推过的土槽再次推土,可以减少铲刀两侧土的散漏.
这样作业可提高效率10%~30%。槽深1m左右为宜,槽间土埂宽约0.5m。在推出多条槽后,再将土埂推入槽内,然后运出。
此外,对于推运疏松土壤,,且运距较大时,还应在铲刀两侧装置挡板,以增加铲刀前土的体积,减少土向两侧散失。在土层较硬的情况下,则可在铲刀前面装置活动松土齿,当推土机倒退回程时,即可将土翻松。这样,便可减少切土时阻力,从而可提高切土运行速度。
3)并列推土(图8)
对于大面积的施工区,可用2~3台推土机并列推土。推土时两铲刀相距15~30cm,这样可以减少土的散失而增大推土量,能提高生产率15%~30%。但平均运距不宜超过50~75m,亦不宜小于20m;且推土机数量不宜超过3台,否则倒车不便,行驶不一致,反而影响生产率的提高。
并列推土
⑷分批集中,一次推送
若运距较远而土质又比较坚硬时,由于切土的深度不大,宜采用多次铲土,分批集中,再一次推送的方法,使铲刀前保持满载,以提高生产率。
2.铲运机
铲运机是一种能够独立完成铲土、运土、卸土、填筑、整平的土方机械。按行走机构可分为拖式铲运机(图)和自行式铲运机(图)两种。拖式铲运机由拖拉机牵引,自行式铲运机的行驶和作业都靠本身的动力设备。
C6-2.5型拖式铲运机外形图
C3-6型自行式铲运机外形图
铲运机的工作装置是铲斗,铲斗前方有一个能开启的斗门,铲斗前设有切土刀片。切土时,铲斗门打开,铲斗下降,刀片切入土中。铲运机前进时,被切入的土挤入铲斗;铲斗装满土后,提起土斗,放下斗门,将土运至卸土地点。
铲运机对行驶的道路要求较低,操纵灵活,生产率较高。可在一~三类土中直接挖、运土,常用于坡度在20°以内的大面积土方挖、填、平整和压实,大型基坑、沟槽的开挖,路基和堤坝的填筑,不适于砾石层、冻土地带及沼泽地区使用。坚硬土开挖时要用推土机助铲或用松土机配合。
在土方工程中,常使用的铲运机的铲斗容量为2.5~8m3;自行式铲运机适用于运距800~3500m的大型土方工程施工,以运距在800~1500m的范围内的生产效率最高;拖式铲运机适用于运距为80~800m的土方工程施工,而运距在200~350m时,效率最高。如果采用双联铲运或挂大斗铲运时,其运距可增加到1000m。运距越长,生产率越低,因此,在规划铲运机的运行路线时,应力求符合经济运距的要求。为提高生产率,一般采用下述方法:
1)合理选择铲运机的开行路线
在场地平整施工中,铲运机的开行路线应根据场地挖、填方区分布的具体情况合理选择,这对提高铲运机的生产率有很大关系。铲运机的开行路线,一般有以下几种;
(1)环形路线
当地形起伏不大,施工地段较短时,多采用环形路线(图a、b)。环形路线每一循环只完成一次铲土和卸土,挖土和填土交替;挖填之间距离较短时,则可采用大循环路线(图1.45c),一个循环能完成多次铲土和卸土,这样可减少铲运机的转弯次数,提高工作效率。
铲运机开行路线
(a)环形路线(b)环形路线(c)大环形路线(d)8字形路线
(2)“8”字形路线
施工地段较长或地形起伏较大时,多采用“8”字形开行路线(图11d)。这种开行路线,铲运机在上下坡时是斜向行驶,受地形坡度限制小;一个循环中两次转弯方向不同,可避免机械行驶时的单侧磨损;一个循环完成两次铲土和卸土,减少了转弯次数及空车行驶距离,从而亦可缩短运行时间,提高生产率。
尚需指出,铲运机应避免在转弯时铲土,否则。铲刀受力不均易引起翻车事故。因此,为了充分发挥铲运机的效能,保证能在直线段上铲土并装满土斗,要求铲土区应有足够的最小铲土长度。
2)下坡铲土
铲运机利用地形进行下坡推土,借助铲运机的重力,加深铲斗切土深度。缩短铲土时间;但纵坡不得超过25°,横坡不大于5°,铲运机不能在陡坡上急转弯,以免翻车。
⑶跨铲法(图)
铲运机间隔铲土,预留土埂。这样,在间隔铲土时由于形成一个土槽,减少向外撒土量;铲土埂时,铲土阻力减小。一般土埂高不大于300mm,宽度不大于拖拉机两履带间的净距。
跨铲法推土机助铲
1—沟槽;2—土埂;A—铲土宽;B—不大于拖拉机履带净距1—铲运机;2—推土机
⑷推土机助铲(图 )
地势平坦、土质较坚硬时,可用推土机在铲运机后面顶推,以加大铲刀切土能力,缩短铲土时间,提高生产率。推土机在助铲的空隙可兼作松土或平整工作,为铲运机创造作业条件。
⑸双联铲运法(图 )
当拖式铲运机的动力有富裕时,可在拖拉机后面串联两个铲斗进行双联铲运。对坚硬土层,可用双联单铲,即一个土斗铲满后,再铲另一斗土;对松软土层,则可用双联双铲,即两个土斗同时铲土。
双联铲运法
⑹挂大斗铲运
在土质松软地区,可改挂大型铲土斗,以充分利用拖拉机的牵引力来提高工效。