道路工程机械化施工技术.doc

道路工程机械化施工技术摘要:公路建设对国民经济发展所起的重要作用，人们已有共识。为适应新时期国民经济快速增长，推动社会主义现代化建设的进程，国家加强了对各种基础设施的投资力度，公路交通设施便是其一。公路作为连接各地区的交通纽带，将带动起辐射地区经济的全面发展，发达的交通网络通常与该地区的经济增长速度成正比，这在我国内东部发展较快的几个省市已经得到了证实。国家提出了西部大开发的战略部署，作为基础设施的公路建设在这些地区正在呈蓬勃发展之势。进入20世纪90年代以后，以大城市为起点的高等级公路逐段的修筑起来，我国高速公路平均增长速度位居世界前列。与此同时，对低等级公路建设投资力度也在逐年增长。我国拟于2010年以前修筑贯通全国的“五横七纵”12条国道主干线组成的3.5万km的高速公路网络。公路建设事业任重道远，公路机械化施工势在必行。引言：在公路工程的施工中，许多工作由人工来做非常繁重，有些工作人工根本无法完成，为了使人们从繁重的体力劳动中解放出来，为了使完成的工程符合国家的质量要求，为了加快施工速度、降低成本，人们越来越多的使用施工机械进行施工作业，使施工过程成为所谓的机械化施工过程。 机械化程度的高低，一个国家和地区的机械发展状况，但他不能确切的表明机械化水平的高低。作为一个公路施工企业，主要任务是高质量、高速度、高效率、低成本的完成公路施工任务，为国家提供积累，同时促进企业自身的发展。要高效率的完成施工任务，就要按着公路施工的施工规律，科学的组织好生产力的各要素，才能优质、高效、低消耗的完成任务。一、公路机械化施工的特点1、机械化施工是一门综合性科学，它介于施工机械和施工技术、施工组织之间，是一们边缘学科。机械化施工重点在于“化”字上下功夫。把机械管理中的管、用、养、修、供和施工管理中的计划、施工技术机密结合在一起，以机械施工为主组织生产，充分发挥机械的应有作用。2、在机械化施工中，凡事可以使用机械的、经济上合算的工作，应当尽量使用机械。根据不同施工对象，选择最合适的机械，注意机械的配套；以主导机械为主，合理的、紧凑的、有计划地安排施工，尽量能使每一台机械都能均衡的参加生产，常年施工，减少闲置，从而发挥机械的所有效能，达到用最少的机械完成更多的任务的目的。3、组织专业化施工队伍，采用流水作业法进行施工，是实现机械化施工的必要条件。机械化施工的主要目的是：加快工程进度，保证工程质量，降低工程造价，提高经济效益。二、公路施工机械的分类使用在公路机械化施工中主要使用三类机械，分别是土石方机械、压实机械和路面机械，下面主要介绍以上三类机械在施工中的具体使用。土石方机械：在公路机械化施工中使用的土石方机械种类繁多，在工程中主要使用的有推土机、铲运机、平地机、松土机、单斗挖掘机、装载机等。以下主要介绍几种土石方机械的使用技术。推土机使用技术：推土机实际就是装有铲刀的拖拉机，按铲刀的操纵结构不同可分为索式和油压式两种。索式推土机的铲刀是借其本身的自重切入土中，因此在硬土中切入深度较小，目前应用较少；油压推土机的铲刀用油压操作，能强制切入土中，且可以调升铲刀和调整铲刀的角度，因此具有更大的灵活性。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度左右的缓坡，因此应用范围较广。多用于路基的清理和平整，开挖深度1.5米以内的基坑，以及配合铲运机、挖土机工作等。此外在推土机后边可安装松土装置，用以破松冻土和硬土，也可拖挂羊足碾进行土方压实工作。推土机可以挖一至三累土。经济运送距离为100米，效率最高的运送距离为4060米。推土机的生产率主要决定推土刀移土的体积及切土、推土、回程等工作的循环时间。为了提高推土机的生产效率，缩短推土时间和减少土的失散，常用以下几种施工方法：1） 下坡推土：推土机沿下坡方向切土和推土，借助机械本身的重力作用，增加推土能力和缩短推土时间。一般可以提高生产率30%40%之间，但是推土坡度应该在15度以内。2） 并列推土：这种推土方法在平整场地面积较大的时候使用，可以用两台或者三台推土机并列推土作业。铲刀相距150300之间。一般来说，两台推土机并列推土可以提高13%30%的效率，但是运距不异超过5070m，也不异小于20m。3） 槽型推土:这种推土方法是推土机重复再一条作业线上切土和推土，使得地面逐渐形成一条浅槽，这种方法可以减少土从铲刀两侧流散，从而增加10%30%的推土量。4） 多产集运:在运至的途中，切入深度往往不大，这样的话就可以运用多次铲土、分批集中、一次推送的方法。这种方法可以有效的利用推土机的功效，缩短运土的时间。值得注意的是，我们还可以在铲刀的两侧在附加侧板，这样就可以增加铲刀的刀前推土量。铲运机的使用技术：铲运机是一种独立完成铲土、运土、卸土、填筑、整平的土方机械，按它运走的方式可以分为自行式铲运机,拖式铲运机;按铲斗的操作方式可以分为索式和油压式两种.铲运机的工作装置时铲斗的前方有一个能开启的斗门,铲斗前还有切土的刀片，切土时候斗门打开，铲斗下降，刀片切入土中，铲运机前进的时候，被切入的土就被挤入铲斗，颤抖装满后提起铲斗，放下斗门将土运到卸土的地点。铲运机对行驶道路要求较低，操作灵活，行驶速度快，生产效率高，费用低，在土方工程中用于大面积场地平整、开挖大型的基坑、填筑堤坝和路基等。最合适使用的开挖含水量不超过27%的一至三类土。要是硬土上使用的话，则需要先用松土机预松后才能开挖，自行铲运机适用于8003500m的大型土方工程施工，其中当运距在8001500m的范围内生产效率最高；而托式铲运机则使用与运距在80800m的土方施工，当运距在200350m的时候生产效率最高。铲运机的运行路线:运行路线应该根据填方和挖方区的分布情况并且结合当地的具体条件进行合理的选择。一般有以下两种形式，一种是环形路线，当地形起伏不大、施工地段较短时，可采用环形路线。环形路线每一循环只完成一次铲土和卸土，挖土和填土的交替。挖填之间距离较短时，可采用大循环路线，一个循环可以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。采用环形路线，为了防止机件的单侧摩擦，应每隔一定时间按顺序、反时针方向交换行驶，避免紧紧向一侧转弯。第二种是“8”字形路线，施工地段较长或地形起伏较大时，多采用“8”字形运土路线。这种运行路线是铲运机在上下坡时斜向行驶，每一循环完成两种作业（两次铲土和卸土），比起环形路线来说，这种运行路线减少了弯转和空使的距离。提高铲运机生产率的措施：1） 下坡铲土法，指铲运机利用地形进行下坡铲土，借助铲运机的重力加深铲斗切土深度，以缩短铲土时间。2） 跨铲法，指铲运机间隔铲土，预留土埂。这样在间隔铲土时由于形成一个土槽，可减少向外撒土量，铲土埂时，铲土阻力减少。一般土埂高度300，宽度不大于拖拉机两履带之间净距。3） 助铲法，地势平坦，土质坚硬时，可用推土机在铲运机后边顶推。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做松土和平整工作，为铲运机创造作业条件。挖掘机的使用技术：挖掘机的分类：常见的挖掘机按驱动方式有内燃机驱动挖掘机和电力驱动挖掘机两种。其中电动挖掘机主要应用在高原缺氧与地下矿井和其它一些易燃易爆的场所;按照行走方式的不同，挖掘机可分为履带式挖掘机和轮式挖掘机;按照传动方式的不同，挖掘机可分为液压挖掘机和机械挖掘机,机械挖掘机主要用在一些大型矿山上;按照用途来分，挖掘机又可以分为通用挖掘机，矿用挖掘机，船用挖掘机，特种挖掘机等不同的类别;按照铲斗来分，挖掘机又可以分为正铲挖掘机、反铲挖掘机拉铲挖掘机和抓铲挖掘机。正铲挖掘机多用于挖掘地表以上的物料，反铲挖掘机多用于挖掘地表以下的物料。反铲挖掘机：是我们见过最常见的，向后向下，强制切土。可以用于停机作业面以下的挖掘，基本作业方式有：沟端挖掘、沟侧挖掘、直线挖掘、曲线挖掘、保持一定角度挖掘、超深沟挖掘和沟坡挖掘等。正铲挖掘机：铲土动作形式，其特点是“前进向上，强制切土”。正铲挖掘力大，能开挖停机面以上的土，宜用于开挖高度大于2m的干燥基坑，但须设置上下坡道。正铲的挖斗比同当量的反铲的挖掘机的斗要大一些，可开挖含水量不大于27%的一至三类土，且与自卸汽车配合完成整个挖掘运输作业，还可以挖掘大型干燥基坑和土丘等。正铲挖土机的开挖方式根据开挖路线与运输车辆的相对位置的不同，挖土和卸土的方式有以下两种：正向挖土，侧向卸土；正向挖土，反向卸土。全液压全回转挖掘机现今的挖掘机占绝大部分的是全液压全回转挖掘机。液压挖掘机主要由发动机、液压系统、工作装置、行走装置和电气控制等部分组成。液压系统由液压泵、控制阀、液压缸、液压马达、管路、油箱等组成。电气控制系统包括监控盘、发动机控制系统、泵控制系统、各类传感器、电磁阀等。液压挖掘机一般由工作装置、回转装置和行走装置三大部分组成。据其构造和用途可以区分为：履带式、轮胎式、步履式、全液压、半液压、全回转、非全回转、通用型、专用型、铰接式、伸缩臂式等多种类型。工作装置是直接完成挖掘任务的装置。它由动臂、斗杆、铲斗等三部分铰接而成。动臂起落、斗杆伸缩和铲斗转动都用往复式双作用液压缸控制。为了适应各种不同施工作业的需要，液压挖掘机可以配装多种工作装置，如挖掘、起重、装载、平整、夹钳、推土、冲击锤等多种作业机具。回转与行走装置是液压挖掘机的机体，转台上部设有动力装置和传动系统。发动机是液压挖掘机的动力源，大多采用柴油要在方便的场地， 也可改用电动机。液压传动系统通过液压泵将发动机的动力传递给液压马达、液压缸等执行元件，推动工作装置动作，从而完成各种作业。压实机械：主要包括静力式和振动式压路机，其主要工作是压实路基和路面等，使之符合一定的技术标准。静力式压路机使用技术：静力压路机是压路机中的一种。可以用来压实公路路基、铁路路基、建筑物基础及水利、广场、机场跑道的地基以提高基础的强度、不透水性及稳定性，使之达到一定的承载能力和平整的表面。由于振动压路机的迅速发展，在地基、路基压实工程中有逐步替代的趋势。但是静力式压路机在路面的最终压实，并获取较高平整度方面仍有一定的特殊作用，因而得到使用。静力式压路机包括静力光轮压路机，凸块式压路机和羊足碾，依靠碾压轮自重及荷重，产生静压力直接作用于铺填层上，使被压材料的固定颗粒相互靠紧，形成有一定强度和稳定性的整体结构。静力式压路机的正确选用：1、根据机械配套情况正确选用压路机。一般来说机械化施工程度高则应选用压实功能大，作业效率高的压路机，反之应选用相应功能且经济性较好的压路机。静力式压路机通常用在机械化施工程度较低的压实作业中。2、根据压实作业项目正确选用压路机。一般进行路基压实作业时，多选用压实功能大的重型或超重型静力式压路机，当进行路面压实作业时，为使表层密实平整，多选用中型双轮静力式压路机。当进行人行道，小面积修补等压实作业时，则可选择轻型或小型压路机。3、根据被压实的土壤和材料的特性正确选择压路机。在公路施工中所使用的土壤和材料的压实特性对压路机的选用是非常重要的。静力式光轮压路机对于砂土混合土的压实效果比较理想，粘土的效果不理想；凸块式压路机和羊足碾对于粘土的效果比较理想，而对砂土、碎石的压实效果则不理想。4、根据铺填层含水量正确选择压路机。铺填层土壤和材料的含水量是直接影响压路机效果的重要因素之一。最佳含水量状态下，才能得到理想的压实效果，对于静力式压路机的最佳含水量为8-12%，具体应用时可根据实际的施工条件确定。振动式压路机的使用技术：振动压路机因其压实效果好、生产率高和节省能源等优点,在高等级公路路基路面压实中得到广泛应用。震动压路机的压实是依靠静压力和振动力共同作用。振动力与压力波的方式向土体内传递，并能达到较大的深度。在震动作用下土颗粒间的摩擦力急剧降低，并在静压力作用下产生移动充填孔隙而达到密实状态。实验证明，振动压路机对砂石料及含有大量石块的土压实非常有效。但对粘性土和料径均匀地粉砂的压实效果则较差。在土的压实过程中。影像压实效果的因素主要有土的性质、含水量、颗粒级配、碾压速度、压路机整机质量、震动参数及碾压变数等。多年来，施工经验得知a、进行土压实，压实设备的振动频率因比土的固有频率高几赫兹。进行沥青混合料压实，压实设备的振动频率要尽量高，但也不能过高，因为振动频率过高，将是机械受到损害，在2550hz之间有一个最佳值可供选择。b、如果其他因素（频率、振幅）不变可增加振动压路机的整机质量。土所受静、动压力的增加与压路机质量增加成正比，因此静荷载（线压力）是震动压路机的重要参数之一。c、在压实填石、颗粒状土时，压实速度对压实效应有显著影像。压实土的速度以24km/h为好，压实沥青的速度以8-10km/h为宜，这样生产率高且不影响质量。d、进行大容量的土和厚层填石压实作业的振动压路机，采取高振幅并选择25-28hz振动频率最为合适。e、两轮振动压路机，进行沥青面层的压实效果很好。实践证明，当频率为42-50hz，振幅为0.4-0.8压实效果最佳。f、在土处于最佳含水量，且土颗粒级配适宜时进行压实作业，能得到最好的压实效果。在压实时，沥青铺成温度高，所需碾压的变数少，而当温度过低时，则难以得到满意的压实效果，甚至不能压实。路面机械:包括半刚性基层（稳定土）搅合机械、沥青路面机械和水泥路面机械等。三、公路建设施工中路基施工与机械的结合运用 为了保证机械化施工任务的顺利进行，必须根据机械的使用计划充分做好机械组织和机械使用前的准备工作。1、 根据机械化施工的机械使用计划，了解需要的和缺少的机械数量及其来源，编制机械使用计划，机械修理与保养计划，机械零部件、然润料等机械运行材料的供应计划。2、 根据劳动力计划，按现有专业工种、辅助工种、等级差别、现有人数、需要增加人数或对剩余工人数量进行安排。3、 根据附属生产企业的工作计划，安排生产量，保证及时供应零部件。4、 根据运输计划，研究运输方法，落实运输工具。正确选用机械，合理组织机械化施工，充分发挥机械效能，完成和超额完成机械化施工施工任务，是施工管理人员、施工技术人员和机械技术人员的共同责任。 公路路基工程机械化施工：在公路建筑中路基工程数占有较大比重，需要集中大量的人力设备，进行较长的时间的施工作业，路基施工是整个公路施工进展的关键。路基施工包括施工前的准备工作、修建小型人工构造物、路基石方工程及路基工程的检查与验收。以下是路基施工中具体准备和顺序。（一）、施工准备1、交接线路中桩，复核gps点，进行路线贯通测量，内容包括导线、中线及高程的复测，水平点的复查与增设，横断面的测量与绘制等，然后送交监理工程师核查，核对无误后进行现场放样测量，放出路基中桩、边桩，并标注路基挖填高度，以及取土坑、借土场、弃土场等的具体位置，并提交监理工程师检查批准。2、填料试验：取土场的填料取有代表性的土样进行试验，试验方法按公路土工试验规程（jtj051-93）执行。试验项目如下：a液限、b.塑限、c.颗粒大小分析试验、c.含水量试验、d.土的承载比试验（cbr）值、e.有机质含量试验、 f.易溶盐含量试验。把调查和试验结果以书面形式报告监理工程师备案。如所调查和试验的结果与图纸资料不符时，提出解决方案报监理工程师审批。3、调查施工范围内的地质、水文、障碍物、文物古迹的详细情况。4、调查沿线电缆、光缆及管线位置、埋深，按设计要求进行改移或埋设明显标志。5、修建临时排水设施，做到永临结合，以保证施工场地处于良好的排水状态。6、场地清理：施工前将路基用地范围内的树木，灌木、垃圾、有机物残渣及原地面以下10-20cm内的草皮和表土清除。对妨碍视线、影响行车的树木、灌木丛等进行砍伐或移植及清理。将树根全部挖除，清除的垃圾由装载机配备汽车运至指定堆放区，场地清除完后全面进行填前碾压，使密实度达到设计要求。7、拆除工程：根据现场的实际情况、施工、交通需要，制定确实可行的拆除方案，经监理工程师批准后，按设计和规范要求进行拆除工作，拆除一些钢筋砼结构物、砖石砌体结构物、拦水坝、急流槽等。8、规化作业程序、机械作业路线，做好土石方调配方案。9、施工中需要（推土机2台、挖掘机2台、装载机4台、压路机2台、平地机2台、自卸车6台）。（二）、路堑开挖1、土方开挖：（1）施工前按图恢复中线，复测断面、测设出开挖边线，并鉴定即有边坡是否稳定，如不稳定，采取必要的加固防护措施。（2）做好堑顶截排水，并随时注意检查。临时排水设施与永久性排水设施相结合。（3）土方开挖以机械为主，分段进行。每段自上而下分层开挖，并及时用人工配合挖掘机整刷边坡，对不便机械施工的地段采用人力开挖。（4）开挖过程中，派专人仔细调查开挖坡面稳定情况，发现问题及时加固处理，同时做好地下设备的调查和勘察工作。（5）土方地段的路床顶面标高，考虑因压实而产生的下沉量，其值由实验确定。路床顶面以下30cm的压实度不小于95%.（6）加强测量控制，边坡随开挖随成型，保持边坡平顺。（7）冬季施工时，开工未挖完的土质路堑、基坑时，将开挖面表层翻松30-40cm，耙平作为保温层防冻；已开挖完的，表层预覆松土或草袋上覆松土，待继续施工时再清除。土方开挖完毕，立即施工上部结构，防止基底冻结；如有工艺间歇，按冬季防护办法处理。冻土的一次松碎量，应根据挖去能力和气候条件确定，连续挖掘清除，随挖随运，避免重新冻结。基坑回填作好土质保温，防止地基周边和基坑四周的土受冻。（8）雨季开挖土路堑时，分层进行开挖，每层底面设大于1%的纵坡，挖方边坡沿边坡预留30cm厚，待雨后再整修到设计边坡线，开挖路堑在距基顶面30cm时停止开挖，待雨季后再挖到设计标高。（9）土方开挖时，对地下管线、缆线、文物古迹和其他构造物做好妥善保护。（10）在居民区附近开挖土方时，采取有效措施保证居民及施工人员的安全，并为附近居民的生活提供有效的临时便道或便桥。(三)、铺筑试验段开工前，在熟悉设计文件的基础上，进行现场核对和施工调查，按照有关规定进行试验后，把试验结果以书面形式报告监理工程师，待监理工程师审批后，按照监理工程师给定的各种土质参数如：松铺系数，压实厚度等，根据不同的地质条件，分别选择有代表性的路段，铺筑面积不小于20m20m作为试验段，试验时记录：压实设备的类型、最佳组合方式；碾压遍数及碾压速度、工序；每层材料的含水量等。绘制填料厚度、含水量、压实方法、压实遍数与设计指标相关的规律曲线，确定施工最佳参数。在现场试验时直到该种填料达到规定的压实度，各种质量检查达到标准为止。将试验结果报监理工程师批准后，确定标准化施工工艺以指导施工。施工过程中如填料、压实机械发生变化时，重新做试验，取得准确参数。(四)、路堤填筑1、填土路基施工中采取横断面全宽、纵向分层填筑方法施工。填料采用挖掘机配合自卸汽车运输，推土机、平地机进行摊铺，分层填筑，振动压路机碾压。按“四区段、八流程”作业法组织各项作业均衡进行，合理安排施工顺序、工序进度和关键工序的作业循环，做到挖、装、运、卸、压实等工序紧密衔接连续作业，尽量避免施工干扰，做到路基施工的正规化、标准化。详见路基填筑施工工艺框图（1）填方路基按路基平行线分层控制填土标高，分层进行平行摊铺，保证路基压实度。每层填料铺设的宽度每侧超出路堤设计宽度的30cm，以保证修整路基边坡后的路堤边缘有足够的压实度。不同土质的填料分层填筑，且尽量减少层数，每种填料层总厚不得小于50cm，路堤填筑至路床顶面最后一层的压实层厚度不小于10cm.（2）路基填土高度小80cm（包括零填）时，对于原地清理与挖除之后的土质基底，将表面翻松深30cm，然后整平压实，其压实度不小于95%.路基填土高度（不包括路面厚度）大于80cm时，路堤基底整平处理并在填筑前进行碾压，其压实度不小于90%.（3）地面自然横坡或纵坡陡于1：5时，将原地面挖成台阶，台阶宽度不小于1m，用小型夯实机具加以夯实。台阶顶作2%的内倾斜坡，且台阶保持无水。（4）加宽旧路堤时，沿旧路堤边坡挖成内倾2%、高1m、宽2m的台阶。所用填料与旧路堤相同或选用透水性较好的材料。（5）路基填筑分几个作业段施工时，两个相邻段交接处不在同一时间填筑，则先填段按1：1坡度分层留台阶；如两段同时施工，则分层相互交叠衔接，其搭接长度不小于2m.（6）用透水性较小的土填筑路堤时，将含水量控制在最佳含水量2%范围内，当填筑路堤下层时，其顶部做成4%的双向横坡，填筑上层时，不覆盖在由透水性较好的土质所填筑的下层边坡上。（7）路基填土要求洒水至最佳含水量碾压，对路基填土的土质严格按设计要求取用，对土质不满足cbr值要求的进行换填，在指定的取土场取土进行路基填筑。（8）填方高度小于8米时边坡率为1：1.5，大于8米时，每8米设2米宽的护坡道，边坡率为1：1.5.（9）雨季填筑路堤时，保证随挖、随运、随填、随压，每层填土表面筑成23%的横坡，并在雨前和收工前将铺填的松土碾压密实。（10）零填顶面以下0-30cm范围内的压密度，不小于95%.如果不符合要求，翻松再压实，使压实度达到规定的要求（11）旧路改造主要利用旧路路段，填方段根据旧路基填土及病害和程度不同采用不同的工程措施，密实度及cbr值达不到要求的段落，将旧路基按要求部分挖除，并换填cbr值满足要求的填料；有层间水的挖方段落，底基层以下换填60cm砂砾垫层并设盲沟；土质不良地段，将旧路基全部挖除，然后填筑满足cbr值的填料。(五)、填石路堤（1）修筑填石路堤，将石块逐层水平填筑，分层厚度不大于50cm.石块最大粒径不得超过压实厚度的2/3，大面向下摆放