机械化施工：土方工程的最佳实践

土（石）方工程有人工开挖、机械开挖和爆破三种开挖方法。人工开挖只适用于小型基坑（槽）、管沟及土方量少的场所，土方量大时一般选择机械开挖。当开挖难度很大时，如冻土、岩石土的开挖，也可采用爆破技术进行爆破。土方工程的施工过程主要包括土方开挖、运输、填筑与压实等。常用的施工机械有推土机、铲运机、单斗挖掘机、装载机等，施工时应正确选用施工机械，加快施工进度。

（一）推土机施工

1.特点

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，因此应用较广。推土机多用于场地清理和平整，开挖深度1.5 m以内的基坑，填平沟坑，配合铲运机、挖掘机工作等。此外，在推土机后面可安装松土装置，也可拖挂羊足辗进行土方压料工作。推土机可以推挖一至三类土，运距在100 m以内的平土或移挖作填宜采用推土机，尤其是当运距在30～60 m时效率最高。

2.作业方法

推土机可以完成铲土、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（6～10 m）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时，前后距离应大于8 m。

3.生产率计算

（1）推土机的小时生产率

式中：TV——从推土到将土送到填土地点的循环延续时间（s）；

q——推土机每次的推土量（m3）；

KS——土的可松性系数。

（2）推土机的台班生产率

式中，KB一般在0.72～0.75之间。

（二）铲运机施工

1.特点

铲运机能综合完成铲土、运土、平土或填土等全部土方施工工序，对行驶道路要求较低，操纵灵活，运转方便，生产率高。铲运机常应用于大面积场地平整，开挖大基坑、沟槽以及填筑路基、堤坝等工程。铲运机适合铲运含水率不大于27%的松土和普通土，不适合在砾石层、冻土地带及沼泽区工作，当铲运三、四类较坚硬的土时，宜用推土机助铲或用松土机配合将土翻松0.2～0.4 m，以减少机械磨损，提高生产率。

2.开行路线

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，应根据不同的施工条件（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。铲运机的开行路线有环形路线、大环形路线、8字形路线等。

图1-8　铲运机运行路线

3.生产率计算

（1）铲运机的小时生产率

式中：q——铲斗容量（m3）；

KC——铲斗装土的充盈系数（一般砂土为0.75，其他土为0.85～1，最高可达1.5）；

KS——土的可松性系数；

TV——从挖土开始到卸土完毕的循环延续时间（s），可按下式计算：

式中：t1——装土时间，一般取60～90 s；

L——平均运距（m），由开行路线决定；

VC——运土与回程的平均速度，一般取1～2 m/s；

t2——卸土时间，一般取15～30 s；

t3——换挡和调头时间，一般取30 s。

（2）铲运机的台班生产率

式中，KB一般在0.7～0.9之间。

（三）单斗挖掘机施工

1.正铲挖掘机

挖掘能力强，生产率高，适用于开挖停机面以上的一至四类土，它与运输汽车配合能完成整个挖运任务，可用于开挖大型干燥基坑以及土丘等。

（1）适用范围(www.xing528.com)

①含水率不大于27%的一至四类土和经爆破后的岩石与冻土碎块。

②大型场地整平土方。

③工作面狭小且较深的大型管沟和基槽、路堑。

④独立基坑。

⑤边坡开挖。

（2）开挖方式

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，一般有以下两种开挖方式。

①正向开挖，侧向卸土：正铲向前进方向挖土，汽车位于正铲的侧向装土。本法铲臂卸土回转角度小于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，后方卸土：正铲向前进方向挖土，汽车停在正铲的后面。本法开挖工作面较大，但铲臂卸土回转角度较大，约180°，且汽车要侧向行车，增加循环时间，降低生产效率（回转角度180°，效率降低约23%；回转角度130°，效率降低约13%），用于开挖工作面较大且较深的基坑（槽）、管沟和路堑等。

2.反铲挖掘机

特点：操作灵活，挖土、卸土均在地面作业，不用开运输道。

适用范围：

①含水率大的一至三类砂土或黏土。

②管沟和基槽。

③独立基坑。

④边坡开挖。

3.拉铲挖掘机

拉铲挖掘机的挖土特点是“后退向下，自重切土”。其挖土半径和挖土深度较大，能开挖停机面以下的一、二类土。工作时，利用惯性将铲斗甩出去，挖得比较远，但不如反铲灵活准确，宜用于开挖大而深的基坑或水下挖土。

4.抓铲挖掘机

抓铲挖掘机的挖土特点是直上直下，自重切土，挖掘力较小，适用于开挖停机面以下的一、二类土，如挖窄而深的基坑、疏通旧有渠道以及挖淤泥等，或用于装卸碎石、矿渣等松散材料。在软土地基的地区，常用于开挖基坑等。

5.生产率计算

（1）单斗挖掘机的小时生产率

式中：t——挖掘机每一工作循环延续时间（s），根据经验数字确定，W1-100正铲挖掘机为25～40 s，W1-100拉铲挖掘机为45～60 s；

q——铲斗容量（m3）；

k——铲斗利用系数，与土的可松性系数和铲斗装土的充盈系数有关，砂土为0.8～0.9，黏土为0.85～0.95。

（2）单斗挖掘机的台班生产率

式中，KB指工作时间利用系数，向汽车装土时为0.68～0.72，侧向推土时为0.78～0.88，挖爆破后的岩石时为0.60。

（3）单斗挖掘机需用数量

单斗挖掘机需用数量根据土方工程量和工期要求并考虑合理的经济效果，按下式计算：

式中：Q——土方工程量（m3）；

Qd——单斗挖掘机的台班生产率（m3/台班）；

T——工期（d）；

C——每天作业班数（台班）；

Kt——时间利用系数，一般为0.8～0.85，或查机械定额。

6.选择机械原则

（1）土的含水率较小，可结合运距长短、挖掘深浅，分别采用推土机、铲运机或正铲挖掘机配合自卸汽车进行施工。当基坑深度在1～2 m、基坑不太长时可采用推土机；深度在2 m以内、长度较大的线状基坑，宜由铲运机开挖；当基坑较大、工程量集中时，可选用正铲挖掘机挖土。

（2）如地下水位较高，又不采用降水措施，或土质松软，可能造成正铲挖掘机和铲运机陷车时，则采用反铲、拉铲或抓铲挖掘机配合自卸汽车较为合适，挖掘深度见有关机械的性能表。

总之，土方工程综合机械化施工就是根据土方工程工期要求，适量选取完成该施工过程的土方机械，并以此为依据，合理配备完成其他辅助施工过程的机械，做到土方工程各施工过程均实现机械化施工。主导机械与所配备的辅助机械的数量及生产率应尽可能协调一致，以充分发挥施工机械的效能。