第二章路基土方機(jī)械施工

重慶交通大學(xué)教案《公路工程機(jī)械化施工與管理》CHONGQING授課章節(jié)第二章路基土方機(jī)械施工主要內(nèi)容§2－1推土機(jī)施工§2－2鏟運(yùn)機(jī)施工§2－3平地機(jī)施工§2－4挖掘機(jī)施工§2－5裝載機(jī)施工§2－6土方壓實(shí)機(jī)械施工授課方式多媒體授課目的1.了解公路工程路基土方施工的常用機(jī)械設(shè)備2.掌握路基土方施工常用機(jī)械基本施工作業(yè)和施工工藝3.掌握路基土方施工常用機(jī)械使用范圍授課主要內(nèi)容第二章路基土方機(jī)械施工§2－1推土機(jī)施工1．定義推土機(jī)是以履帶式或輪式拖拉機(jī)牽引車為主機(jī)，再配置懸式鏟刀的鏟土運(yùn)輸機(jī)械。2．特點(diǎn)eq\o\ac(○,1)所需作業(yè)面小，機(jī)動(dòng)靈活；eq\o\ac(○,2)轉(zhuǎn)移方便，短距離運(yùn)土效率高，eq\o\ac(○,3)干濕地可以獨(dú)立工作，也可配合其他機(jī)械施工。一、推土機(jī)基本作業(yè)1．工作過程鏟土、運(yùn)土、卸土和空回。2．作業(yè)效率的原則鏟土?xí)r應(yīng)以最短時(shí)間、最短距離鏟滿土；運(yùn)土?xí)r應(yīng)盡量減少土壤漏損，使較的土運(yùn)送到卸土點(diǎn)；卸土?xí)r應(yīng)根據(jù)施工條件采取不同的卸土方法，以達(dá)到施工技術(shù)要求和施工安全；空回時(shí)應(yīng)以較快的速度駛回鏟土處。3．推土機(jī)的基本作業(yè)直鏟推土機(jī)的基本作業(yè)接力推土法、溝槽推土法、并列推土法、下坡推土法等二、推土機(jī)施工作業(yè)1．填筑路堤eq\o\ac(○,1)橫向填筑穿梭法（一側(cè)、兩側(cè)）eq\o\ac(○,2)縱向填筑移挖作填工程eq\o\ac(○,3)綜合作業(yè)橫、縱聯(lián)合作業(yè)2．開挖路塹eq\o\ac(○,1)橫向開挖路塹：“穿梭法”、“環(huán)行作業(yè)法”eq\o\ac(○,2)縱向開挖山坡路塹：傍山半路塹、開挖深路塹3．其他輔助作業(yè)平整土地、涵洞回填三、推土機(jī)使用范圍與生產(chǎn)率的計(jì)算1．推土機(jī)使用范圍eq\o\ac(○,1)填筑路基、開挖路塹、平整場(chǎng)地、管道和溝渠的回填以及其他輔助作業(yè)。eq\o\ac(○,2)適宜于Ⅳ級(jí)以下土壤的推運(yùn)。eq\o\ac(○,3)當(dāng)鏟運(yùn)Ⅳ級(jí)和Ⅳ級(jí)以上土壤和凍土?xí)r，必須先進(jìn)行松土。eq\o\ac(○,4)如土壤中有少量的孤石，應(yīng)首先破碎再進(jìn)行作業(yè)。eq\o\ac(○,5)推土機(jī)的合理運(yùn)距為50~100m。2．推土機(jī)生產(chǎn)率推土機(jī)生產(chǎn)率計(jì)算公式：（式2-1）式中：Q－推土機(jī)直鏟作業(yè)時(shí)生產(chǎn)率，m3/h；V－鏟刀前土堆的體積，m3；KB－時(shí)間利用系數(shù)，一般為0.80~0.85；KY－坡度影響系數(shù)，平地為1；上坡坡度5％~10％時(shí)為0.5~0.7；下坡度5％～15時(shí)為1.3~2.3；tr－每完成一個(gè)工作循環(huán)的時(shí)間，min。3．提高作業(yè)效率的基本原則鏟土：最短時(shí)間、最短距離；運(yùn)土：盡量減少土壤漏損；卸土：根據(jù)施工條件，采取不同的方法；空回：以最快速度駛回鏟土處?！?－2鏟運(yùn)機(jī)施工1．定義鏟運(yùn)機(jī)是一種挖土兼運(yùn)土的鏟土運(yùn)輸機(jī)械，它可以在一個(gè)工作循環(huán)中獨(dú)立完成挖土、裝土、運(yùn)輸和卸土等工作，并兼有一定的土壤壓實(shí)和平地作用，主要用在大土方量的填挖和運(yùn)輸作業(yè)。一、鏟運(yùn)機(jī)基本作業(yè)與施工運(yùn)行路線1．鏟運(yùn)機(jī)基本作業(yè)鏟裝、運(yùn)輸、卸土和回駛四個(gè)工作過程。2．鏟運(yùn)機(jī)施工運(yùn)行路線eq\o\ac(○,1)“橢圓”形優(yōu)點(diǎn)：在不同的地形條件下布置靈活，順逆運(yùn)行方向可以隨時(shí)改變，同時(shí)運(yùn)行中干擾也較小。缺點(diǎn)：是重載上坡的轉(zhuǎn)角大，轉(zhuǎn)彎半徑較大。eq\o\ac(○,2)“8”字形優(yōu)點(diǎn)：在一次循環(huán)運(yùn)行中可以完成兩次鏟土和兩次卸土，同時(shí)重載和空載行駛的距離都比較短，效率高，在同一個(gè)運(yùn)行路線中可以容納多臺(tái)鏟運(yùn)機(jī)同時(shí)施工。缺點(diǎn)：需有較大的施工場(chǎng)地，而且取土場(chǎng)在路線的兩側(cè)時(shí)，條件限制多。eq\o\ac(○,3)“之”字形優(yōu)點(diǎn)：適應(yīng)于較長的地段施工，并宜于機(jī)群作業(yè)。缺點(diǎn)：一次循環(huán)太大，施工面太長，在多雨季節(jié)很難施工。eq\o\ac(○,4)穿梭形優(yōu)點(diǎn)：鏟運(yùn)機(jī)空載行駛距離短，全程也較短，因此施工組織簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：對(duì)一側(cè)取土坑有局限性，增長了運(yùn)行時(shí)間，另外鏟運(yùn)機(jī)單側(cè)磨損較重。eq\o\ac(○,5)螺旋形優(yōu)點(diǎn)：是運(yùn)距短，工效高。缺點(diǎn)：是急轉(zhuǎn)彎多，鏟運(yùn)機(jī)易產(chǎn)生偏磨。二、鏟運(yùn)機(jī)施工作業(yè)1．填筑路堤eq\o\ac(○,1)適用范圍：取土距離應(yīng)在路堤100m以外，而填筑高度在2m以上較為合理。2m以下的路堤最好采用推土機(jī)、鏟運(yùn)機(jī)聯(lián)合作業(yè)，使兩者各自發(fā)揮自己的優(yōu)勢(shì)。eq\o\ac(○,2)分類：為縱向和橫向填筑兩種。2．開挖路塹橫向棄土開挖和縱向移挖作填。三、鏟運(yùn)機(jī)使用范圍與生產(chǎn)率計(jì)算1．鏟運(yùn)機(jī)使用范圍eq\o\ac(○,1)中距離大規(guī)模土方工程，拖式經(jīng)濟(jì)運(yùn)距為100~800m，自行式經(jīng)濟(jì)運(yùn)距為800~2000m。eq\o\ac(○,2)鏟運(yùn)機(jī)適用在Ⅰ、Ⅱ級(jí)土壤中工作，用鏟運(yùn)機(jī)鏟裝Ⅲ、Ⅳ級(jí)以上的土壤及凍土?xí)r，必須事先進(jìn)行預(yù)松。eq\o\ac(○,3)不適宜在地下水位高的潮濕地區(qū)、巖石類地區(qū)進(jìn)行作業(yè)。各種鏟運(yùn)機(jī)的適用范圍表2-1類別堆裝斗容（m3）經(jīng)濟(jì)運(yùn)距（m）道路坡度一般最大一般最佳推式鏟運(yùn)機(jī)2.5~1824100～1000100～3001:6～1:4自行式鏟裝機(jī)單發(fā)動(dòng)機(jī)普通裝載式鏈板裝載式10～3010～3050①35②200～2000200～1000200～1500200～6001:20～1:121:20～1:12雙發(fā)動(dòng)機(jī)普通裝載式鏈板裝載式10～309.5～65034200～2000200～1000200～1500200～6001:10～1:61:10～1:62．鏟運(yùn)機(jī)生產(chǎn)率鏟運(yùn)機(jī)生產(chǎn)率計(jì)算公式：(式2-2)式中：Q－鏟運(yùn)機(jī)生產(chǎn)率，m3/h；KH－土壤充滿系數(shù)（見表2－1）；KS－土壤松散系數(shù)（見表2－2）；V－鏟斗的幾何容量，m3；KB－時(shí)間利用系數(shù)（0.75～0.8）；tY－鏟運(yùn)機(jī)每一個(gè)工作循環(huán)所用的時(shí)間，min。3．提高生產(chǎn)率的途徑eq\o\ac(○,1)對(duì)于Ⅲ級(jí)以上的土壤或凍土，應(yīng)先用松土器預(yù)松，每次的松土深度不宜超20~40cm。eq\o\ac(○,2)清除鏟土地段的樹根、樹樁、灌木林和孤石等，以免影響鏟運(yùn)機(jī)鏟裝的運(yùn)行時(shí)間。eq\o\ac(○,3)應(yīng)盡可能地縮短運(yùn)距，減少轉(zhuǎn)彎次數(shù)，并盡量采用空車轉(zhuǎn)彎和上坡；盡可能地采用高速檔。eq\o\ac(○,4)應(yīng)盡量作到下坡鏟土以增大鏟土深度，縮短鏟土?xí)r間和提高充滿系數(shù)。4．施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督eq\o\ac(○,1)鏟裝－盡量做到“斗平”，“斗滿”；鏟裝過程應(yīng)在33m之內(nèi)完成，耗時(shí)不超過1min。eq\o\ac(○,2)運(yùn)輸－平均時(shí)速：拖式鏟運(yùn)機(jī)≥4km/h，自行式鏟運(yùn)機(jī)≥22km/h。合理寬度：?jiǎn)涡械缿?yīng)有2倍的機(jī)械寬度，雙行道應(yīng)有3倍的機(jī)械寬度。eq\o\ac(○,3)卸土－耗時(shí)不超過0.5min，回程以最高檔位行駛。eq\o\ac(○,4)機(jī)械技術(shù)狀況－調(diào)整得當(dāng)、潤滑適度，機(jī)械各部件運(yùn)動(dòng)自如?！?－3平地機(jī)施工1．定義一種裝有以鏟土刮刀為主、能連續(xù)改變刮刀的平面角和傾斜角，并可使刮刀向任意一側(cè)伸出，且配有其他多種輔助作業(yè)裝置的工程機(jī)械。適用于公路、鐵路、機(jī)場(chǎng)、礦山等大面積的場(chǎng)地平整作業(yè)，還可進(jìn)行輕度鏟掘、松土、路基成型、邊坡修整、淺溝開挖及鋪路材料的推平整型等作業(yè)。一、平地機(jī)基本作業(yè)1．刀角鏟土側(cè)移適用開挖邊溝、修整路型或填筑路堤。2．刮刀刮土側(cè)移適用于移土填堤、平整場(chǎng)地、回填溝渠、鋪散或路拌材料等作業(yè)。3．刮刀刮土直移適用于最后精平工作及鋪散材料等。4．機(jī)外刮土適用于修刷路堤、路塹邊坡、邊溝邊坡等。二、平地機(jī)施工作業(yè)1.修整路形2.修刷邊坡3.開挖路槽4.路拌路面材料三、平地機(jī)生產(chǎn)率計(jì)算生產(chǎn)率計(jì)算公式：（式2-3）式中：Q－平地機(jī)的生產(chǎn)率，m3/h；A－刮刀每次鏟削土壤的面積，m2；L－平地機(jī)每一工作行程的長度，m；φ－兩行程之間重疊系數(shù)（1.15~1.7）；KB－時(shí)間利用系數(shù)（0.85~0.9）；KS－土壤松散系數(shù)；tT－平地機(jī)一個(gè)循環(huán)的時(shí)間，min。四、提高生產(chǎn)率的途徑1.盡可能減少調(diào)頭次數(shù)；2.角度、切土深度和寬度視土壤性質(zhì)而定；3.選用平地機(jī)聯(lián)合作業(yè)?！?－4挖掘機(jī)施工1．定義挖掘機(jī)是利用挖土斗來挖取土壤，并將土壤卸在運(yùn)土車輛上，或者將挖取的土壤直接卸在棄土場(chǎng)上的一種土方工程機(jī)械。據(jù)統(tǒng)計(jì)工程施工中約60％以上的土石方是挖掘機(jī)械完成的。其特點(diǎn)是效率高、產(chǎn)量大、機(jī)動(dòng)性較差。一、挖掘機(jī)的工作過程與基本作業(yè)1．正鏟挖掘機(jī)eq\o\ac(○,1)工作過程：挖掘、回轉(zhuǎn)、卸料和返回eq\o\ac(○,2)基本作業(yè)10側(cè)向開挖法優(yōu)點(diǎn)，卸土?xí)r動(dòng)臂回轉(zhuǎn)角度小，裝料車可依次裝車，不需倒車，工作循環(huán)時(shí)間縮短，效率高。缺點(diǎn)：挖土寬度為最大寬度的60～70%，由于挖掘面積小，因此需經(jīng)常向前移位。20正向開挖法優(yōu)點(diǎn)：機(jī)械移位次數(shù)較少。缺點(diǎn)：卸土?xí)r動(dòng)臂轉(zhuǎn)角較大，挖掘機(jī)的生產(chǎn)效率低，而且運(yùn)輸線路較窄，易造成車輛擁擠，調(diào)度困難，影響挖掘機(jī)卸料。30中心開挖法優(yōu)點(diǎn)：工作效率高，挖掘機(jī)移位方便，平均卸料回轉(zhuǎn)半徑小于90°，而且裝料車調(diào)車也較方便。缺點(diǎn)：需經(jīng)常移位2．反鏟挖掘機(jī)eq\o\ac(○,1)工作過程：挖掘、回轉(zhuǎn)、卸料和返回eq\o\ac(○,2)基本作業(yè)10溝端開挖法20溝側(cè)開挖法3．拉鏟挖掘機(jī)eq\o\ac(○,1)工作過程：挖掘、回轉(zhuǎn)、卸料和返回eq\o\ac(○,2)基本作業(yè)10溝側(cè)開挖法20溝端開挖法二、挖掘機(jī)施工作業(yè)1．開挖路塹eq\o\ac(○,1)正鏟挖掘機(jī)開挖路塹路塹的深度在5m以下時(shí)，可采用全斷面正向開挖；當(dāng)路塹深度超過5m時(shí)，應(yīng)分層開挖。eq\o\ac(○,2)反鏟挖掘機(jī)開挖路塹2．填筑路堤 三、挖掘機(jī)使用范圍與生產(chǎn)率計(jì)算1．挖掘機(jī)使用范圍eq\o\ac(○,1)工作物為Ⅰ～Ⅳ級(jí)土壤和松動(dòng)后的Ⅴ級(jí)以上土壤和物料。eq\o\ac(○,2)可用于裝載和開挖爆破后的石方以及不大于斗容的石塊。eq\o\ac(○,3)在使用挖掘機(jī)時(shí)應(yīng)考慮最小工程量和最低工作面高度。正鏟挖掘機(jī)工作面最小高度表2-2工作面高度m斗容量m3

土壤級(jí)別1.52.02.53.03.54.05.0Ⅰ～Ⅱ0.51.01.52.02.53.0－Ⅲ－0.51.01.52.02.53.0Ⅳ－－0.51.01.52.02.5正鏟、拉鏟挖掘機(jī)最小工作量表2-3鏟斗容量m正鏟挖掘機(jī)拉鏟挖掘機(jī)工程量土壤級(jí)別工程量土壤級(jí)別0.515000Ⅰ～Ⅳ10000Ⅰ～Ⅱ0.7520000Ⅰ～Ⅳ15000Ⅰ～Ⅱ0.75-------－－12000Ⅲ1.0015000Ⅴ～Ⅵ15000Ⅰ～Ⅱ1.0025000Ⅰ～Ⅳ20000Ⅲ1.5025000Ⅴ～Ⅵ20000Ⅰ～Ⅱ2．挖掘機(jī)生產(chǎn)率生產(chǎn)率計(jì)算公式：（式2-4）式中：Q－挖掘機(jī)生產(chǎn)率，m3/h；q－鏟斗幾何容量，m3；KH－鏟斗充滿系數(shù)；Ks－土壤松散系數(shù)；KB－時(shí)間利用系數(shù)（0.7~0.85）。n－挖掘機(jī)每小時(shí)工作次數(shù)。3．提高生產(chǎn)率的途徑eq\o\ac(○,1)施工組織設(shè)計(jì)方面。運(yùn)輸車輛應(yīng)達(dá)到挖掘機(jī)生產(chǎn)能力的要求，而裝載的容量應(yīng)為鏟斗容量的整數(shù)倍。eq\o\ac(○,2)施工技術(shù)操作過程方面。挖掘機(jī)駕駛員應(yīng)具有熟練的操作技能，以縮短每一個(gè)工作循環(huán)的時(shí)間。eq\o\ac(○,3)挖掘機(jī)的技術(shù)狀況，鏟斗斗齒的鋒利程度等，對(duì)挖掘機(jī)生產(chǎn)率都有影響。4．挖掘機(jī)的施工生產(chǎn)組織eq\o\ac(○,1)運(yùn)輸車輛就位——?？糠轿?；eq\o\ac(○,2)設(shè)置汽車就位的進(jìn)出通道；eq\o\ac(○,3)運(yùn)輸車輛的選擇——自卸車；eq\o\ac(○,4)運(yùn)輸能力的組織設(shè)計(jì)——自卸車需要量的計(jì)算：傳統(tǒng)計(jì)算法，排隊(duì)論計(jì)算法?！?－5裝載機(jī)施工1．定義裝載機(jī)是一種兼有推土機(jī)和挖掘機(jī)兩者工作能力，可以進(jìn)行挖掘、推運(yùn)、平整、裝卸和牽引等多項(xiàng)作業(yè)的土方工程機(jī)械。裝載機(jī)可用于裝載松散物料、爆破后的碎石及對(duì)土壤作輕度的鏟掘工作，同時(shí)還能用于清理、刮平場(chǎng)地、短距離裝運(yùn)物料等作業(yè)。一、裝載機(jī)基本作業(yè)與鏟裝方法1．工作過程裝料、運(yùn)料、卸料和返回。2．鏟裝作業(yè)eq\o\ac(○,1)對(duì)松散物料的鏟裝作業(yè)eq\o\ac(○,2)鏟裝停機(jī)面以下物料作業(yè)eq\o\ac(○,3)鏟裝土丘時(shí)作業(yè)二、施工作業(yè)1施工作業(yè)主要是與汽車配合填筑路堤。2在施工中裝載機(jī)的轉(zhuǎn)移、卸料與車輛位置配合的好壞，對(duì)生產(chǎn)率影響較大。3應(yīng)根據(jù)堆場(chǎng)的大小和料堆的情況，盡可能做到來回行駛距離短、轉(zhuǎn)彎次數(shù)少的組織原則進(jìn)行施工。4常用的組織方式有“V”形和“穿梭”式。三、裝載機(jī)的使用范圍與生產(chǎn)率計(jì)算1．裝載機(jī)的使用范圍eq\o\ac(○,1)經(jīng)濟(jì)合理的運(yùn)距：循環(huán)作業(yè)時(shí)間<3min，自鏟自運(yùn)；循環(huán)作業(yè)時(shí)間≥3min，與自卸車配合。eq\o\ac(○,2)斗容與自卸汽車車箱容積的匹配通常以2~4斗裝滿一車箱為宜，車箱長度要比裝載斗寬大25％~75％，裝載機(jī)鏟斗45°，傾斜卸載時(shí)，斗齒最低點(diǎn)的高度要比車箱側(cè)壁高0.2~1m。eq\o\ac(○,3)充分發(fā)揮裝載機(jī)的效率作業(yè)循環(huán)時(shí)間，小型的不超過45s，大型的不超過60s。2．裝載機(jī)生產(chǎn)率的計(jì)算生產(chǎn)率計(jì)算公式：（式2-5）式中：QT—裝載機(jī)技術(shù)生產(chǎn)率，m3/h；q—裝載機(jī)額定斗容量，m3；KB—時(shí)間利用系數(shù)；KH—鏟斗充滿系數(shù)；tT—每班工作時(shí)間，h；KS—物料松散系數(shù)；t—每裝一斗的循環(huán)時(shí)間，s?！?－6土方壓實(shí)機(jī)械施工1．定義壓實(shí)機(jī)械是一種利用機(jī)械自重、振動(dòng)或沖擊等方法，對(duì)被壓實(shí)材料重復(fù)加載，排除其內(nèi)部的空氣和水分，使之達(dá)到一定密實(shí)度和平整度的工程機(jī)械。2．作用提高土壤的密實(shí)度，降低土體的透水性，減小毛細(xì)水的上升高度，防止水分集聚和侵蝕，或因凍脹而引起不均勻的變形，以保證公路強(qiáng)度和穩(wěn)定性。一、土壤的壓實(shí)原理及壓實(shí)特性1．土壤的壓實(shí)原理利用機(jī)械的方法改變土的“三相”結(jié)構(gòu)（土粒、水分和空氣），即土壤中水分和空氣的含量，以達(dá)到提高土的強(qiáng)度和穩(wěn)定性的目的。2．土壤的垂直載荷與沉陷的關(guān)系3．土壤的壓實(shí)特性eq\o\ac(○,1)同一種類型的土壤，在同樣的施壓條件下，如果含水量不同，壓實(shí)的密度也不相同。eq\o\ac(○,2)對(duì)同一種土壤增加施壓次數(shù)，可以在較小的含水量下得到較大的密實(shí)度，但這是有限度的。eq\o\ac(○,3)土壤在外力作用下，所得到的壓實(shí)效果是表層的密實(shí)度大，隨著深度的增加其密實(shí)逐漸遞減。eq\o\ac(○,4)非粘性土與粘性土的壓實(shí)性是不相同的。各種土壤的最佳含水量和最大密實(shí)度表2-5土壤類別最佳含水量（%）最大密實(shí)度(kg/cm3)土壤類別最佳含水量(%)最大密實(shí)度(kg/cm3)砂土8~121.8~1.88亞粘土12~151.85~1.95亞砂土9~151.85~2.08重亞粘土16~201.67~1.79粉土16~221.61~1.80粘土19~231.58~1.70粉質(zhì)亞砂土18~211.65~1.74二、土的壓實(shí)方法與特點(diǎn)1．靜力碾壓利用機(jī)械自身重力產(chǎn)生的靜滾壓力作用，迫使被壓實(shí)材料產(chǎn)生永久性變形而達(dá)到壓實(shí)的目的。特點(diǎn)：循環(huán)延續(xù)時(shí)間長，材料應(yīng)力狀態(tài)的變化速度不大，但應(yīng)力較大。2．沖擊壓實(shí)利用一塊質(zhì)量為m的物體，從一定高度H處落下，沖擊被壓材料，使之產(chǎn)生永久變形而達(dá)到壓實(shí)目的。特點(diǎn)：材料產(chǎn)生的應(yīng)力變化速度很大，延續(xù)時(shí)間短。3．振動(dòng)壓實(shí)利用固定在質(zhì)量為m的物體上的振動(dòng)器所產(chǎn)生的激振力，迫使被壓實(shí)材料作垂直強(qiáng)迫振動(dòng)，急劇減小圖顆粒間的內(nèi)摩阻力，使顆?？拷?，密實(shí)度增加，從而達(dá)到壓實(shí)的目的。特點(diǎn)：其表面應(yīng)力不大，過程時(shí)間短，加載頻率大，同時(shí)還可以根據(jù)不同的鋪筑材料和鋪層厚度，合理選擇振動(dòng)頻率和振幅。三、壓實(shí)機(jī)械的選擇和使用1．壓實(shí)機(jī)械選擇的基本原則eq\o\ac(○,1)根據(jù)土壤類型和濕度、壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)、壓實(shí)層厚度、壓路機(jī)的生產(chǎn)率、施工條件以及和其他土方機(jī)械的配合等因素綜合考慮。eq\o\ac(○,2)如一般粘性土壤可選取用光輪壓路機(jī)；eq\o\ac(○,3)重質(zhì)土壤，則需選用重型或超重型壓路機(jī)，并給于較