课题2.1 土方开挖
2.1.1 施工准备
土方开挖前需要做好下列准备工作。
(1)场地清理。施工区域内的障碍物要调查清楚,制订方案,听取主管部门的意见并征得其同意,拆除影响施工的建筑物、构筑物,拆除和改造通信和电力设施、自来水管道、煤气管道和地下管道,迁移树木。
(2)排除地面积水。尽可能利用自然地形和永久性排水设施,采用排水沟、截水沟或挡水坝等措施,把施工区域内的雨雪自然水、低洼地区的积水及时排除,使场地保持干燥,便于土方工程施工。
(3)测设地面控制点。大型场地的平整,利用经纬仪、水准仪,将场地设计平面图的方格网在地面上测设固定下来,各角点用木桩定位,并在桩上注明桩号、施工高度数值,便于施工。
(4)修筑临时设施。修好临时道路、电力、通信及供水设施,以及生活和生产用临时房屋。
2.1.2 土方机械化施工
土方工程施工包括土方开挖、运输、填筑和压实等。由于土方工程量大,劳动繁重,施工时应尽量采用机械化施工,以减少繁重的体力劳动,加快施工进度。
2.1.2.1 推土机施工
推土机由拖拉机和推土铲刀组成。按铲刀的操纵机构不同,推土机分为钢索式和液压式两种。目前常用的主要是液压式,如图2.1所示。
推土机能够单独完成挖土、运土和卸土工作,具有操作灵活、运转方便、所需工作面小、行驶速度快、易于转移等特点。
推土机经济运距在100m以内,效率最高的运距在60m。为提高生产效率,可采用槽形推土、下坡推土及并列推土等方法。
2.1.2.2 铲运机施工
铲运机是一种能独立完成铲土、运土、卸土、填筑、场地平整的土方施工机械。按行走方式分为牵引式铲运机和自行式铲运机,按铲斗操纵系统可分为有液压操纵和机械操纵两种,如图2.2所示。
图2.1 T-L180型推土机外形图(单位:mm)
图2.2 CL7型自行式铲运机(单位:mm)
1—驾驶室;2—前轮;3—中央框架;4—转角油缸;5—辕架;6—提斗油缸;7—斗门;8—铲斗;9—斗门油缸;10—后轮;11—尾架
铲运机对道路要求较低,操纵灵活,具有生产效率较高的特点。它使用在一至三类土中直接挖土、运土。经济运距为600～1500m,当运距为800m时效率最高。常用于坡度在20°以内的大面积场地平整,大型基坑开挖及填筑路基等,不适用于淤泥层、冻土地带及沼泽地区。
为了提高铲运机的生产效率,可以采取下坡铲土、推土机推土助铲等方法,缩短装土时间,使铲斗的土装得较满。铲运机在运行时,根据填、挖方区分布情况,结合当地具体条件,合理选择运行路线,提高生产率。一般有环形路线和“8”字形路线两种形式。
2.1.2.3 单斗挖土机施工
单斗挖土机是土方开挖常用的一种机械。按工作装置不同,可分为正铲、反铲、抓铲和拉铲4种,如图2.3所示;按其行走装置不同,分为履带式和轮胎式两种;按操纵机构不同,可分为机械式和液压式两种。液压式单斗挖土机调速范围大,作业时惯性小,转动平稳,结构简单,一机多用,操纵省力,易实现自动化。
1.正铲挖土机
正铲挖土机的工作特点是:前进行驶,铲斗由下向上强制切土,挖掘力大,生产效率高;适用于开挖停机面以上的一至三类土,且与自卸汽车配合完成整个挖掘运输作业,可用于挖掘大型干燥的基坑和土丘等。
图2.3 单斗挖土机工作装置类型
正铲挖土机的开挖方式,根据开挖路线与运输车辆相对位置的不同,可分为正向挖土、反向卸土[图2.4(a)]和正向挖土、侧向卸土[图2.4(b)]两种。正向挖土、反向卸土,挖土机沿前进方向挖土,运输车辆停在挖土机后方装土。这种作业方式所开挖的工作面较大,但挖土机卸土时动臂回转角度大,生产率低,运输车辆要倒车开入,一般只适宜开挖工作面较小且较深的基坑。正向挖土、侧向卸土,挖土机沿前进方向挖土,运输车辆停在侧面装土。采用这种作业方式,挖土机卸土时动臂回转角度小,运输工具行驶方便,生产率高,使用广泛。
图2.4 正铲挖土机作业方式
2.反铲挖土机
反铲挖土机的工作特点是:机械后退行驶,铲斗由上而下强制切土;挖土能力比正铲小;用于开挖停机面以下的一至三类土,适用于挖掘深度不大于4m的基坑、基槽、管沟开挖,也可用于湿土、含水量较大及地下水位以下的土壤开挖。
反铲挖土机的开挖方式有沟端开挖和沟侧开挖两种。沟端开挖,如图2.5(a)所示,挖土机停在沟端,向后倒退挖土,汽车停在两旁装土,开挖工作面宽。沟侧开挖,如图2.5(b)所示,挖土机沿沟槽一侧直线移动挖土,挖土机移动方向与挖土方向垂直,此法能将土弃于距沟较远处,但挖土宽度受到限制。
3.拉铲挖土机
拉铲挖土机工作时利用惯性,把铲斗甩出后靠收紧和放松钢丝绳进行挖土或卸土,铲斗由上而下,靠自重切土。可以开挖一、二类土壤的基坑、基槽和管沟,特别适用于含水量较大的水下松软土和普通土的挖掘。拉铲开挖方式与反铲挖土机相似,有沟端开挖、沟侧开挖两种。
图2.5 反铲挖土机开挖方式
1—反铲挖土机;2—自卸汽车;3—弃土堆
4.抓铲挖土机
抓铲挖土机主要用于开挖土质比较松软、施工面比较狭窄的基坑、沟槽和沉井等工程,特别适于水下挖土,土质坚硬时不能用抓铲施工。
2.1.2.4 装载机
装载机按行走方式分为履带式和轮胎式两种,按工作方式分单斗装载机、链式装载机和轮斗式装载机。土方工程主要使用单斗式装载机,它具有操作灵活、轻便和快速等特点。适用于装卸土方和散料,也可用于松软土的表层剥离、地面平整和场地清理等工作。
2.1.2.5 压实机械
根据土体压实机理,压实机械可分为冲击式、碾压式和振动压实机械三大类。
1.冲击式压实机械
冲击式压实机械主要有蛙式打夯机和内燃式打夯机两种,蛙式打夯机一般以电为动力。这两种打夯机适用于狭小的场地和沟槽作业,也可用于室内地面的夯实及大型机械无法到达的边角的夯实。
2.碾压式压实机械
按行走方式不同,碾压式压实机械可分为自行式压路机和牵引式压路机两种。自行式压路机常用的有光轮压路机、轮胎压路机。自行式压路机主要用于土方、砾石、碎石的回填压实及沥青混凝土路面的施工。牵引式压路机的行走动力一般采用推土机(或拖拉机)牵引,常用的有光面碾、羊足碾。光面碾用于土方的回填压实,羊足碾适用于黏性土的回填压实,不能用于砂土和面层土的压实。
3.振动压实机械
振动压实机械是利用机械的高频振动,把能量传给被压土,降低土颗粒间的摩擦力,在压实能量的作用下,达到较大的密实度。
按行走方式不同,振动压实机械分为手扶平板式振动压实机和振动压路机两类。手扶平板式振动压实机主要用于小面积的地基夯实。振动压路机按行走方式分为自行式和牵引式两种。振动压路机的生产效率高,压实效果好,能压实多种性质的土,主要用在工程量大的大型土方工程中。
2.1.3 土方开挖方式与机械选择
在土方工程施工中合理选择土方机械,充分发挥机械性能,并使各种机械相互配合使用,以加快施工进度,提高施工质量,降低工程成本,具有十分重要的意义。具体举例如下:
(1)场地平整。场地平整由土方的开挖、运输、填筑和压实等工序。地势较平坦、含水量适中的大面积平整场地,选用铲运机较适宜;地形起伏较大,挖方、填方量大且集中的平整场地,运距在1000m以上时,可选择正铲挖土机配合自卸车进行挖土、运土,在填方区配备推土机平整及压路机碾压施工;挖填方高度不大,运距在100m以内时,采用推土机施工,灵活、经济。
(2)基坑开挖。单个基坑和中小型基础基坑,多采用抓铲挖土机和反铲挖土机开挖。抓铲挖土机适用于一、二类土质和较深的基坑,反铲挖土机适于四类以下土质、深度在4m以内的基坑。
(3)基槽、管沟开挖。在地面上开挖具有一定截面、长度的基槽或沟槽,挖大型厂房的柱列基础和管沟,宜采用反铲挖土机挖土。如果在水中取土或开挖土质为淤泥,且坑底较深,则可选择抓铲挖土机挖土。如果土质干燥,槽底开挖不深,基槽长30m以上,可采用推土机或铲运机施工。
(4)整片开挖。基坑较浅,开挖面积大,且基坑土干燥,可采用正铲挖土机开挖。若基坑内土体潮湿,含水量较大,则采用拉铲或反铲挖土机作业。
(5)柱基础基坑、条形基础基槽开挖。对于独立柱基础的基坑及小截面条形基础基槽,可采用小型液压轮胎式反铲挖土机配以翻斗车来完成浅基坑(槽)的挖掘和运土。