土木工程施工土方工程4.ppt
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1.5土方工程的机械化施工1.5.1土方机械的类型:
挖掘机械:
正铲、反铲、拉铲、抓铲;挖运机械:
推土机、装载机、铲运机、挖土机等;运输机械:
自卸汽车、翻斗车等;密实机械:
压路机、蛙式夯、振动夯等。
1.5.2常见土方机械的特点,适用范围及作业方法1.5.2.1推土机推土机由拖拉机和推土铲刀组成,是一种自行式的挖土、运土工具。
按行走的方式分履带式和轮胎式,按铲刀的操作方式分为索式和液压式,按铲刀的安装方式又分为固定式和回转式。
适于运距在100m以内的的平整场地、平土或移挖作填,以3060m为最佳。
一般可挖运一三类土。
推土机的特点是操作灵活,运输方便,所需工作面较小,行驶速度较快,易于转移,且具有多种用途。
为了提高推土机的工作效率,必须增大铲刀前的土壤体积,减少推土过程中土壤的散失,缩短切土、运土、回程等每一工作循环的延续时间。
为此,常用以下几种作业方法:
(1)下坡推土法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,可增加铲刀的切土力量和运铲土深度和运土数量,提高推土机能力和缩短推土时间,一般可提高生产率30%40%,在推土丘、回填管沟时均可采用,但推土坡度应在0.5m以内。
图1.59下坡推土法图1.60槽形推土法
(2)分批集中,一次推送法当运距较远而土质又比较坚硬时,由于切土的深度不大,一次铲土不多,宜采用多次铲土,分批集中,一次推送。
以便在铲刀前保持满载,有效地利用推土机的功率,缩短运土时间,应用此法可提高生产效率12%18%。
(3)槽形推土法当运距远,挖土层较厚时,利用前次推土的槽形推土,前次推土所形成的土埂能有效阻止土的散失,从而增大推土量。
此法可以和分批集中,一次推送法联合运用。
能更有效地利用推土机,缩短运土时间。
(4)并列推土法在较大面积的平整场地施工中,采用两台或三台推土机并列推土,能减少土的散失面。
一般可使每台推土机的推土量增加20%,提高运土效率。
但需注意,相邻两台推土机的铲刀应保持150300cm间距,避免相互影响;且并列台数不宜超过4台。
(5)斜角推土法将回转式铲刀斜装在支架上,与推土机前进方向形成一定倾斜角度进行推土。
可减少机械的来回行驶,提高效率。
适于在基槽、管沟回填时采用。
图1.61并列推土法图1.62斜角推送法作业此外,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,以增加铲刀前土壤的体积,减少土壤向两侧散失。
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。
1.5.2.2铲运机铲运机是一种能独立完成挖土、运土、卸土、填筑等工作的土方机械。
按有无动力设备,铲运机分为自行式铲运机(运距8001500m)和拖式铲运机(运距200350m)两种。
自行式铲运机(图1.63a)的行驶和工作都靠本身的动力设备,不需要其他机械的牵引和操纵拖式铲运机(图1.63b)是由拖拉机牵引,工作时亦靠拖拉机上的卷扬机或油泵进行操纵,所以,拖式铲运机又分为液压式或索式两种。
(a)(b)图1.63铲运机(a)自形式铲运机;(b)拖式铲运机
(1)铲运机的运行路线铲运机的运行路线,对提高生产效率影响很大,应根据填、挖方区的分布情况及具体条件进行合理选择。
一般有以下两种形式:
1)环形路线对于地形起伏不大,而施工地段又较短(50100m)和填方不高(0.11.5m)的路堤、基坑及场地平整工程宜采用图1.64a、b所示的环形路线。
当填、挖交替,且相互之间的距离又不大时,则可采用图1.64c所示的环形路线。
这样,可进行多次铲土和卸土,从而减少了铲运机转弯次数,相应提高了工作效率。
采用环形路线时,铲运机应每隔一定时间按顺、反时针的方向交替行驶,以免长期沿一侧转弯,导致机件的单侧磨损。
2)“8”字形路线在地形起伏较大、施工地段狭长的情况下,宜采用“8”字形路线(图1.65d)。
因这种运行路线,铲运机在上下坡时是斜向行驶,所以坡度平缓;一个循环中两次转弯方向不同,故机械磨损均匀;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。
(c)(d)(a)(b)图1.65铲运机开行路线(a)、(b)环形路线;(c)大环形路线;(d)8字路线
(2)提高铲运机生产率的措施1)下坡铲土利用机械重力的水平分力来加大切土深度和缩短铲土时间,但纵坡不得超过250,横坡不大于50,铲运机不能在陡坡上急转弯,以免翻车。
2)挖近填远,挖远填近即挖土先从距离填土区最近一端开始,由近而远;填土则从距离挖土区最远一端开始,由远而近。
这样,既可使铲运机始终在合理的运距内工作,又可创造下坡铲土的条件。
3)推土机助铲在较坚硬的土层中用推土机助铲,可加大铲刀切削力、切土深度和铲土速度。
助铲间歇,推土机可兼作松土、平整工作。
4)双联铲运法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,再铲另一土斗;对松软土层,则可用双联双铲,即两个土斗同时铲土。
图1.64助铲法示意图1铲运机;2推土机5)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。
6)跨铲法即预留土埂,间隔铲土,以减少土壤散失,铲除土埂时,又可减少铲土阻力,加快速度。
1.5.2.3挖土机常用挖土机主要为单斗挖土机,只用于挖土,运土由自卸式汽车完成。
根据挖土方式不同,单斗挖土机铲斗类型可分为:
正铲、反铲、拉铲和抓铲。
图1.66单斗挖土机工作简图(a)正铲挖土机;(b)反铲挖土机;图1.66单斗挖土机工作简图(c)拉铲挖土机;(d)抓铲挖土机
(1)正铲挖土机:
1)工作特点:
只能挖土、挖土机必须在工作面;“前进向上,强制切土”;挖土深度大、装车效率高,易与汽车配合。
2)适用于:
停机面以上,含水量30以下,工作面无涌水,一四类土的大型基坑。
3)作业方法:
正向挖土后方卸土,正向挖土侧向卸土。
图1.67正铲挖土机开挖方式(a)正向挖土侧向卸土;(b)正向挖土后方卸土l一正铲挖土机;2一自卸汽车(a)(b)图1.68正铲开挖基坑工作面及开行通道a)一层通道多次开挖;b)之字开行加宽工作面;c)多层通道开挖(a)(c)(b)
(2)反铲挖土机:
1)工作特点:
“后退向下,强制切土”,可与汽车配合。
挖土机可在地面、边坡留土、挖土深度比正铲小。
2)适用于:
停机面以下、一三类土的基坑、基槽、独立柱基、管沟开挖。
其挖掘力比正铲小,每层经济合理的开挖深度为1.53.0m,对地下水位较高处也适用。
3)作业方法:
沟端开挖,即挖土机停在沟端,向后倒退挖土,汽车停在两旁装土;沟侧开挖,即挖土机沿沟一侧直线移动挖土。
图1.69反铲挖土机开挖方式(a)沟端开挖;(b)沟侧开挖1反铲挖土机;2自卸汽车;3弃土堆(a)(b)(3)拉铲挖土机:
拉铲挖土机的铲斗悬挂在钢丝绳下,土斗借重力切入土中,可用于开挖12类土,开挖深度和宽度较大。
由于开挖的精确性较差,边坡要留更多的土,且大多用于将土弃于土堆。
1)挖土特点是:
“后退向下,自重切土”。
其挖土半径和挖土深度较大,甩土方便,能开挖停机面以下的一二类土。
2)适用于:
停机面以下、一二类土的较大基坑开挖,填筑堤坝,河道清淤。
3)开挖方式,与反铲挖土机相似,也分为沟端开挖和沟侧开挖。
图1.70拉铲挖土机的开行方式(a)沟侧开行;(b)沟端开行;(c)三角形开行(a)(b)(c)(4)抓铲挖土机:
是在挖土机臂端用钢索装一抓斗,可挖12类土,特别适合独立基坑水下挖土。
1)工作特点:
“直上直下,自重切土”,效率较低。
2)适用于:
停机面以下、一二类土的、面积小而深度较大的坑、井开挖。
施工面狭窄而深的基坑、深槽、沉井等开挖,清理河泥等工程,最适于水下挖土,或装卸碎石、矿渣等松散材料。
图1.71抓铲挖土机工作示意(a)抓铲开挖柱基基坑;(b)抓铲斗工作示意1-斗瓣;2-中心铰;3-拉杆;4-顶铰;5-升降索;6-取土索(a)(b)1.5.2.4挖土设备和运土设备数量的配套计算原则:
保证挖土机连续工作
(1)挖土设备数量的计算:
(1.43)式中Q土方量,m3;Qd挖土机生产率,m3/台班;T工期(工作日);C每天工作班数;K工作时间利用系数(0.80.9)。
1.5.2.4挖土设备和运土设备数量的配套计算
(2)运土设备数量的计算:
当用挖土机挖土时,运土设备数量应与挖土设备数量配套。
汽车数量:
或者(1.44)式中T汽车每一工作循环的延续时间;t每次装车时间;Q1挖土机台班产量;Q2汽车台班产量。
1.5.2.5开挖施工要点:
(1)应根据地下水位、机械条件、进度要求等合理选用施工机械;
(2)土方开挖应绘制土方开挖图;(3)基底标高不一时,可采取先整片挖至一平均标高,然后再挖个别较深部位;(4)基坑边角部位,机械开挖不到之处,应用少量人工配合清坡;(5)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地下车库坡道部位作为运输通道,以减少挖土量;(6)软土地基或在雨期施工时,大型机械在坑下作业,需铺垫钢板或铺路基箱垫道;(7)对某些面积不大、深度较大的基坑,应尽量不开或少开坡道;(8)机械开挖应由深而浅,基底及边坡应预留一层200300mm厚土层用人工清底、修坡、找平;(9)基坑挖好后,应紧接着进行下打钎验槽,尽量减少暴露时间。
1.6土方填筑与压实1.6.1土料选择和填筑方法1.6.1.1土料选择
(1)不能用的土:
冻土、淤泥、膨胀性土、有机质含量大于8的土、可溶性硫酸盐含量大于5的土;
(2)不宜用的土:
含水量过大的粘性土。
1.6.1.2填筑方法
(1)水平分层填土。
分层填筑,分层压实,分层检查填筑压实质量。
(2)无限制的斜坡填土,先切出台阶,台阶高宽为0.20.3m1m。
(3)透水性不同的土不得混杂乱填,应将透水性好的填在下部(防止水囊)。
图1.72碾压机械(a)自行式平碾;(b)拖式羊脚碾(a)(b)图1.73蛙式打夯机1夯头;2夯架;3三角皮带;4托盘1.6.2压实方法与影响压实质量的因素:
1.6.2.1压实方法
(1)碾压法适用于大面积填筑工程。
利用滚轮压力压实,常用机械压路机、平碾、羊足碾等。
(2)夯实法适用于小面积填筑工程。
利用冲击力压实,常用机械蛙式夯、柴油夯等。
(3)人工夯振动法适用于非粘性土填筑。
作用原理为颗粒失重、排列填充。
常用机械为振动夯、平板振捣器等。
图1.74平板振动机1.6.2.2影响压实质量的因素
(1)机械的压实功:
不同机械的吨位或冲击力不同,压实遍数不同;
(2)铺土厚度:
不同机械有效影响深度不同,铺土厚度不同;(3)含水量:
含水量小则不粘结、摩阻大,含水量大则橡皮土;含水量应为最佳含水量。
1.6.3填土压实的质量检验1.6.3.1检验内容密实度;检验指标干密度d;检验方法环刀取样,测干密度;1.6.3.2要求:
(1.45)式中Dy压实系数。
(一般场地平整0.9,填土作地基0.95);dmax该种土质的最大干密度(通过击实试验确定)。
1.6.3.3取样方法与数量:
分层进行,每层不少于1点(场地平整100400m2,回填30100m2,灰土垫层2050m2);位置:
该层下半部。
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