第二章路基土方机械施工

重庆交通大学教案《公路工程机械化施工与管理》CHONGQING授课章节第二章路基土方机械施工主要内容§2－1推土机施工§2－2铲运机施工§2－3平地机施工§2－4挖掘机施工§2－5装载机施工§2－6土方压实机械施工授课方式多媒体授课目的1.了解公路工程路基土方施工的常用机械设备2.掌握路基土方施工常用机械基本施工作业和施工工艺3.掌握路基土方施工常用机械使用范围授课主要内容第二章路基土方机械施工§2－1推土机施工1．定义推土机是以履带式或轮式拖拉机牵引车为主机，再配置悬式铲刀的铲土运输机械。2．特点eq\o\ac(○,1)所需作业面小，机动灵活；eq\o\ac(○,2)转移方便，短距离运土效率高，eq\o\ac(○,3)干湿地可以独立工作，也可配合其他机械施工。一、推土机基本作业1．工作过程铲土、运土、卸土和空回。2．作业效率的原则铲土时应以最短时间、最短距离铲满土；运土时应尽量减少土壤漏损，使较的土运送到卸土点；卸土时应根据施工条件采取不同的卸土方法，以达到施工技术要求和施工安全；空回时应以较快的速度驶回铲土处。3．推土机的基本作业直铲推土机的基本作业接力推土法、沟槽推土法、并列推土法、下坡推土法等二、推土机施工作业1．填筑路堤eq\o\ac(○,1)横向填筑穿梭法（一侧、两侧）eq\o\ac(○,2)纵向填筑移挖作填工程eq\o\ac(○,3)综合作业横、纵联合作业2．开挖路堑eq\o\ac(○,1)横向开挖路堑：“穿梭法”、“环行作业法”eq\o\ac(○,2)纵向开挖山坡路堑：傍山半路堑、开挖深路堑3．其他辅助作业平整土地、涵洞回填三、推土机使用范围与生产率的计算1．推土机使用范围eq\o\ac(○,1)填筑路基、开挖路堑、平整场地、管道和沟渠的回填以及其他辅助作业。eq\o\ac(○,2)适宜于Ⅳ级以下土壤的推运。eq\o\ac(○,3)当铲运Ⅳ级和Ⅳ级以上土壤和冻土时，必须先进行松土。eq\o\ac(○,4)如土壤中有少量的孤石，应首先破碎再进行作业。eq\o\ac(○,5)推土机的合理运距为50~100m。2．推土机生产率推土机生产率计算公式：（式2-1）式中：Q－推土机直铲作业时生产率，m3/h；V－铲刀前土堆的体积，m3；KB－时间利用系数，一般为0.80~0.85；KY－坡度影响系数，平地为1；上坡坡度5％~10％时为0.5~0.7；下坡度5％～15时为1.3~2.3；tr－每完成一个工作循环的时间，min。3．提高作业效率的基本原则铲土：最短时间、最短距离；运土：尽量减少土壤漏损；卸土：根据施工条件，采取不同的方法；空回：以最快速度驶回铲土处。§2－2铲运机施工1．定义铲运机是一种挖土兼运土的铲土运输机械，它可以在一个工作循环中独立完成挖土、装土、运输和卸土等工作，并兼有一定的土壤压实和平地作用，主要用在大土方量的填挖和运输作业。一、铲运机基本作业与施工运行路线1．铲运机基本作业铲装、运输、卸土和回驶四个工作过程。2．铲运机施工运行路线eq\o\ac(○,1)“椭圆”形优点：在不同的地形条件下布置灵活，顺逆运行方向可以随时改变，同时运行中干扰也较小。缺点：是重载上坡的转角大，转弯半径较大。eq\o\ac(○,2)“8”字形优点：在一次循环运行中可以完成两次铲土和两次卸土，同时重载和空载行驶的距离都比较短，效率高，在同一个运行路线中可以容纳多台铲运机同时施工。缺点：需有较大的施工场地，而且取土场在路线的两侧时，条件限制多。eq\o\ac(○,3)“之”字形优点：适应于较长的地段施工，并宜于机群作业。缺点：一次循环太大，施工面太长，在多雨季节很难施工。eq\o\ac(○,4)穿梭形优点：铲运机空载行驶距离短，全程也较短，因此施工组织简单。缺点：对一侧取土坑有局限性，增长了运行时间，另外铲运机单侧磨损较重。eq\o\ac(○,5)螺旋形优点：是运距短，工效高。缺点：是急转弯多，铲运机易产生偏磨。二、铲运机施工作业1．填筑路堤eq\o\ac(○,1)适用范围：取土距离应在路堤100m以外，而填筑高度在2m以上较为合理。2m以下的路堤最好采用推土机、铲运机联合作业，使两者各自发挥自己的优势。eq\o\ac(○,2)分类：为纵向和横向填筑两种。2．开挖路堑横向弃土开挖和纵向移挖作填。三、铲运机使用范围与生产率计算1．铲运机使用范围eq\o\ac(○,1)中距离大规模土方工程，拖式经济运距为100~800m，自行式经济运距为800~2000m。eq\o\ac(○,2)铲运机适用在Ⅰ、Ⅱ级土壤中工作，用铲运机铲装Ⅲ、Ⅳ级以上的土壤及冻土时，必须事先进行预松。eq\o\ac(○,3)不适宜在地下水位高的潮湿地区、岩石类地区进行作业。各种铲运机的适用范围表2-1类别堆装斗容（m3）经济运距（m）道路坡度一般最大一般最佳推式铲运机2.5~1824100～1000100～3001:6～1:4自行式铲装机单发动机普通装载式链板装载式10～3010～3050①35②200～2000200～1000200～1500200～6001:20～1:121:20～1:12双发动机普通装载式链板装载式10～309.5～65034200～2000200～1000200～1500200～6001:10～1:61:10～1:62．铲运机生产率铲运机生产率计算公式：(式2-2)式中：Q－铲运机生产率，m3/h；KH－土壤充满系数（见表2－1）；KS－土壤松散系数（见表2－2）；V－铲斗的几何容量，m3；KB－时间利用系数（0.75～0.8）；tY－铲运机每一个工作循环所用的时间，min。3．提高生产率的途径eq\o\ac(○,1)对于Ⅲ级以上的土壤或冻土，应先用松土器预松，每次的松土深度不宜超20~40cm。eq\o\ac(○,2)清除铲土地段的树根、树桩、灌木林和孤石等，以免影响铲运机铲装的运行时间。eq\o\ac(○,3)应尽可能地缩短运距，减少转弯次数，并尽量采用空车转弯和上坡；尽可能地采用高速档。eq\o\ac(○,4)应尽量作到下坡铲土以增大铲土深度，缩短铲土时间和提高充满系数。4．施工现场监督eq\o\ac(○,1)铲装－尽量做到“斗平”，“斗满”；铲装过程应在33m之内完成，耗时不超过1min。eq\o\ac(○,2)运输－平均时速：拖式铲运机≥4km/h，自行式铲运机≥22km/h。合理宽度：单行道应有2倍的机械宽度，双行道应有3倍的机械宽度。eq\o\ac(○,3)卸土－耗时不超过0.5min，回程以最高档位行驶。eq\o\ac(○,4)机械技术状况－调整得当、润滑适度，机械各部件运动自如。§2－3平地机施工1．定义一种装有以铲土刮刀为主、能连续改变刮刀的平面角和倾斜角，并可使刮刀向任意一侧伸出，且配有其他多种辅助作业装置的工程机械。适用于公路、铁路、机场、矿山等大面积的场地平整作业，还可进行轻度铲掘、松土、路基成型、边坡修整、浅沟开挖及铺路材料的推平整型等作业。一、平地机基本作业1．刀角铲土侧移适用开挖边沟、修整路型或填筑路堤。2．刮刀刮土侧移适用于移土填堤、平整场地、回填沟渠、铺散或路拌材料等作业。3．刮刀刮土直移适用于最后精平工作及铺散材料等。4．机外刮土适用于修刷路堤、路堑边坡、边沟边坡等。二、平地机施工作业1.修整路形2.修刷边坡3.开挖路槽4.路拌路面材料三、平地机生产率计算生产率计算公式：（式2-3）式中：Q－平地机的生产率，m3/h；A－刮刀每次铲削土壤的面积，m2；L－平地机每一工作行程的长度，m；φ－两行程之间重叠系数（1.15~1.7）；KB－时间利用系数（0.85~0.9）；KS－土壤松散系数；tT－平地机一个循环的时间，min。四、提高生产率的途径1.尽可能减少调头次数；2.角度、切土深度和宽度视土壤性质而定；3.选用平地机联合作业。§2－4挖掘机施工1．定义挖掘机是利用挖土斗来挖取土壤，并将土壤卸在运土车辆上，或者将挖取的土壤直接卸在弃土场上的一种土方工程机械。据统计工程施工中约60％以上的土石方是挖掘机械完成的。其特点是效率高、产量大、机动性较差。一、挖掘机的工作过程与基本作业1．正铲挖掘机eq\o\ac(○,1)工作过程：挖掘、回转、卸料和返回eq\o\ac(○,2)基本作业10侧向开挖法优点，卸土时动臂回转角度小，装料车可依次装车，不需倒车，工作循环时间缩短，效率高。缺点：挖土宽度为最大宽度的60～70%，由于挖掘面积小，因此需经常向前移位。20正向开挖法优点：机械移位次数较少。缺点：卸土时动臂转角较大，挖掘机的生产效率低，而且运输线路较窄，易造成车辆拥挤，调度困难，影响挖掘机卸料。30中心开挖法优点：工作效率高，挖掘机移位方便，平均卸料回转半径小于90°，而且装料车调车也较方便。缺点：需经常移位2．反铲挖掘机eq\o\ac(○,1)工作过程：挖掘、回转、卸料和返回eq\o\ac(○,2)基本作业10沟端开挖法20沟侧开挖法3．拉铲挖掘机eq\o\ac(○,1)工作过程：挖掘、回转、卸料和返回eq\o\ac(○,2)基本作业10沟侧开挖法20沟端开挖法二、挖掘机施工作业1．开挖路堑eq\o\ac(○,1)正铲挖掘机开挖路堑路堑的深度在5m以下时，可采用全断面正向开挖；当路堑深度超过5m时，应分层开挖。eq\o\ac(○,2)反铲挖掘机开挖路堑2．填筑路堤 三、挖掘机使用范围与生产率计算1．挖掘机使用范围eq\o\ac(○,1)工作物为Ⅰ～Ⅳ级土壤和松动后的Ⅴ级以上土壤和物料。eq\o\ac(○,2)可用于装载和开挖爆破后的石方以及不大于斗容的石块。eq\o\ac(○,3)在使用挖掘机时应考虑最小工程量和最低工作面高度。正铲挖掘机工作面最小高度表2-2工作面高度m斗容量m3

土壤级别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正铲、拉铲挖掘机最小工作量表2-3铲斗容量m正铲挖掘机拉铲挖掘机工程量土壤级别工程量土壤级别0.515000Ⅰ～Ⅳ10000Ⅰ～Ⅱ0.7520000Ⅰ～Ⅳ15000Ⅰ～Ⅱ0.75-------－－12000Ⅲ1.0015000Ⅴ～Ⅵ15000Ⅰ～Ⅱ1.0025000Ⅰ～Ⅳ20000Ⅲ1.5025000Ⅴ～Ⅵ20000Ⅰ～Ⅱ2．挖掘机生产率生产率计算公式：（式2-4）式中：Q－挖掘机生产率，m3/h；q－铲斗几何容量，m3；KH－铲斗充满系数；Ks－土壤松散系数；KB－时间利用系数（0.7~0.85）。n－挖掘机每小时工作次数。3．提高生产率的途径eq\o\ac(○,1)施工组织设计方面。运输车辆应达到挖掘机生产能力的要求，而装载的容量应为铲斗容量的整数倍。eq\o\ac(○,2)施工技术操作过程方面。挖掘机驾驶员应具有熟练的操作技能，以缩短每一个工作循环的时间。eq\o\ac(○,3)挖掘机的技术状况，铲斗斗齿的锋利程度等，对挖掘机生产率都有影响。4．挖掘机的施工生产组织eq\o\ac(○,1)运输车辆就位——停靠方位；eq\o\ac(○,2)设置汽车就位的进出通道；eq\o\ac(○,3)运输车辆的选择——自卸车；eq\o\ac(○,4)运输能力的组织设计——自卸车需要量的计算：传统计算法，排队论计算法。§2－5装载机施工1．定义装载机是一种兼有推土机和挖掘机两者工作能力，可以进行挖掘、推运、平整、装卸和牵引等多项作业的土方工程机械。装载机可用于装载松散物料、爆破后的碎石及对土壤作轻度的铲掘工作，同时还能用于清理、刮平场地、短距离装运物料等作业。一、装载机基本作业与铲装方法1．工作过程装料、运料、卸料和返回。2．铲装作业eq\o\ac(○,1)对松散物料的铲装作业eq\o\ac(○,2)铲装停机面以下物料作业eq\o\ac(○,3)铲装土丘时作业二、施工作业1施工作业主要是与汽车配合填筑路堤。2在施工中装载机的转移、卸料与车辆位置配合的好坏，对生产率影响较大。3应根据堆场的大小和料堆的情况，尽可能做到来回行驶距离短、转弯次数少的组织原则进行施工。4常用的组织方式有“V”形和“穿梭”式。三、装载机的使用范围与生产率计算1．装载机的使用范围eq\o\ac(○,1)经济合理的运距：循环作业时间<3min，自铲自运；循环作业时间≥3min，与自卸车配合。eq\o\ac(○,2)斗容与自卸汽车车箱容积的匹配通常以2~4斗装满一车箱为宜，车箱长度要比装载斗宽大25％~75％，装载机铲斗45°，倾斜卸载时，斗齿最低点的高度要比车箱侧壁高0.2~1m。eq\o\ac(○,3)充分发挥装载机的效率作业循环时间，小型的不超过45s，大型的不超过60s。2．装载机生产率的计算生产率计算公式：（式2-5）式中：QT—装载机技术生产率，m3/h；q—装载机额定斗容量，m3；KB—时间利用系数；KH—铲斗充满系数；tT—每班工作时间，h；KS—物料松散系数；t—每装一斗的循环时间，s。§2－6土方压实机械施工1．定义压实机械是一种利用机械自重、振动或冲击等方法，对被压实材料重复加载，排除其内部的空气和水分，使之达到一定密实度和平整度的工程机械。2．作用提高土壤的密实度，降低土体的透水性，减小毛细水的上升高度，防止水分集聚和侵蚀，或因冻胀而引起不均匀的变形，以保证公路强度和稳定性。一、土壤的压实原理及压实特性1．土壤的压实原理利用机械的方法改变土的“三相”结构（土粒、水分和空气），即土壤中水分和空气的含量，以达到提高土的强度和稳定性的目的。2．土壤的垂直载荷与沉陷的关系3．土壤的压实特性eq\o\ac(○,1)同一种类型的土壤，在同样的施压条件下，如果含水量不同，压实的密度也不相同。eq\o\ac(○,2)对同一种土壤增加施压次数，可以在较小的含水量下得到较大的密实度，但这是有限度的。eq\o\ac(○,3)土壤在外力作用下，所得到的压实效果是表层的密实度大，随着深度的增加其密实逐渐递减。eq\o\ac(○,4)非粘性土与粘性土的压实性是不相同的。各种土壤的最佳含水量和最大密实度表2-5土壤类别最佳含水量（%）最大密实度(kg/cm3)土壤类别最佳含水量(%)最大密实度(kg/cm3)砂土8~121.8~1.88亚粘土12~151.85~1.95亚砂土9~151.85~2.08重亚粘土16~201.67~1.79粉土16~221.61~1.80粘土19~231.58~1.70粉质亚砂土18~211.65~1.74二、土的压实方法与特点1．静力碾压利用机械自身重力产生的静滚压力作用，迫使被压实材料产生永久性变形而达到压实的目的。特点：循环延续时间长，材料应力状态的变化速度不大，但应力较大。2．冲击压实利用一块质量为m的物体，从一定高度H处落下，冲击被压材料，使之产生永久变形而达到压实目的。特点：材料产生的应力变化速度很大，延续时间短。3．振动压实利用固定在质量为m的物体上的振动器所产生的激振力，迫使被压实材料作垂直强迫振动，急剧减小图颗粒间的内摩阻力，使颗粒靠近，密实度增加，从而达到压实的目的。特点：其表面应力不大，过程时间短，加载频率大，同时还可以根据不同的铺筑材料和铺层厚度，合理选择振动频率和振幅。三、压实机械的选择和使用1．压实机械选择的基本原则eq\o\ac(○,1)根据土壤类型和湿度、压实度标准、压实层厚度、压路机的生产率、施工条件以及和其他土方机械的配合等因素综合考虑。eq\o\ac(○,2)如一般粘性土壤可选取用光轮压路机；eq\o\ac(○,3)重质土壤，则需选用重型或超重型压路机，并给于较