湖北水利水电职业技术学院：《水利水电工程施工技术》课程教学资源（授课教案）第八章土石建筑物施工 8.3 土方工程施工工艺.doc_大学文库

第一节土方工程施工工艺、土方开挖 1推土机推土机是一种挖运综合作业机械。是在拖拉机上装上推土铲刀而成图9-2)。按推土板的操作方式不同, 可分为索式和液压式两种。索式推土机的铲刀是借刀具自重切入土中,切土深度较小:液压推土机能强制切土,推土板的切土角度可以调整,切土深度较大。因此,液压推土机是目前工程中常用的一种推土机推土机构造简单,操作灵活,运转方便,所需作业面小,功率大,能爬30左右的缓坡。适用于施工场地清理和平整,开挖深度不超过1.5m的基坑以及沟槽的回填土,堆筑高度在1.5m以内的路基、堤坝等在推土机后面安装松土装置,可破松硬土和冻土,还可牵引无动力的土方机械(如拖式铲运机、羊脚碾进行其它土方作业。推土机的推运距离宜在100m以内,当推运距离在30~60m时,经济效益最好。 2730 3975 5966 7176×4200 T180推土机(单位:mm) 图92 提高推土机生产效率的方法: (1)下坡推土。借推土机自重,增大铲刀的切土深度和运土数量,以提高推土能力和缩短运土时间。般可提高效率30~40%。 (2)并列推土。对于大面积土方工程,可用2~3台推土机并列推土。推土时,两铲刀相距15~30cm,以减少土的侧向散失,倒车时,分别按先后顺序退回。平均运距不超过50~75m时,效率最高 (3)沟槽推土。当运距较远,挖土层较厚时,利用前次推土形成的槽推土,可大大减少土方散失,从而提高效率。此外,还可在推土板两侧附加侧板,增大推土板前的推土体积以提高推土效率 2.铲运机按行走机构不同,铲运机有拖式和自行式两种。拖式铲运机由拖拉机牵引,工作时靠拖拉机上的操作机构进行操作。根据操作机构不同,拖式铲运机又分索式和液压式两种。自行式铲运机的行驶和工作都靠本身的动力设备,不需要其它机械的牵引和操作,如图9-3。教师签名第_3页

教师签名：第 3 页第一节土方工程施工工艺一、土方开挖 1.推土机推土机是一种挖运综合作业机械。是在拖拉机上装上推土铲刀而成(图 9-2)。按推土板的操作方式不同，可分为索式和液压式两种。索式推土机的铲刀是借刀具自重切入土中，切土深度较小；液压推土机能强制切土，推土板的切土角度可以调整，切土深度较大。因此，液压推土机是目前工程中常用的一种推土机。推土机构造简单，操作灵活，运转方便，所需作业面小，功率大，能爬 30°左右的缓坡。适用于施工场地清理和平整，开挖深度不超过 1.5m 的基坑以及沟槽的回填土，堆筑高度在 1.5m 以内的路基、堤坝等。在推土机后面安装松土装置，可破松硬土和冻土，还可牵引无动力的土方机械 (如拖式铲运机、羊脚碾等) 进行其它土方作业。推土机的推运距离宜在 100m 以内，当推运距离在 30~60m 时，经济效益最好。图 9-2 提高推土机生产效率的方法： (1)下坡推土。借推土机自重，增大铲刀的切土深度和运土数量，以提高推土能力和缩短运土时间。一般可提高效率 30~40%。 (2)并列推土。对于大面积土方工程，可用 2~3 台推土机并列推土。推土时，两铲刀相距 15~30cm，以减少土的侧向散失，倒车时，分别按先后顺序退回。平均运距不超过 50~75m 时，效率最高。 (3)沟槽推土。当运距较远，挖土层较厚时，利用前次推土形成的槽推土，可大大减少土方散失，从而提高效率。此外，还可在推土板两侧附加侧板，增大推土板前的推土体积以提高推土效率。 2．铲运机按行走机构不同，铲运机有拖式和自行式两种。拖式铲运机由拖拉机牵引，工作时靠拖拉机上的操作机构进行操作。根据操作机构不同，拖式铲运机又分索式和液压式两种。自行式铲运机的行驶和工作都靠本身的动力设备，不需要其它机械的牵引和操作，如图 9-3

反铲挖掘机为液压操作方式,适用于停机面以下土方开挖。挖土时后退向下,强制切土,挖掘力比正铲挖掘机小,主要用于小型基坑、基槽和管沟开挖。反铲挖土时,可用自卸汽车配合运土,也可直接弃土于坑槽附近。反铲挖掘机工作方式分为以下两种: 內沟端开挖,如图φ-%(a):挖掘机停在基坑端部,后退挖土,汽车停在两侧装土沟侧开挖,如图9-%b]ε挖掘机停在基坑的一侧移动挖土,可用汽车配合运土,也可将土弃于土堆。由于挖掘机与挖土方向垂直,挖掘机稳定性较差,而且挖土的深度和宽度均较小,故这种开挖方法只是在无法采用沟端开挖或不需将弃土运走时采用。反铲挖掘机开挖方式与工作面 a)沟端开挖:(b)沟侧开挖 1-反铲挖掘机:2-自卸汽车:3-弃土堆图99 )单斗挖掘机生产效率的计算挖掘机的生产率是指在单位时间内从掌子中挖取并卸入土堆或车箱的土方量。影响挖掘机生产率的主要因素有:土壤性质、掌子的高度、旋转角度、工作时间的利用程度、运输车辆的大小、司机的操作水平和挖掘机的技术状况等。根据具体施工条件分析上述因素后,单斗挖掘机生产率可按下式计算,即 (m3h,自然方) 其中 K修=1/(0.4K±+0.6B) 式中n-设计每分钟循环次数,n=3600/T,T为挖掘机一个工作循环时间(s) q一铲斗平装容量,即铲斗的几何容积,m; K充一铲斗充盈系数,与土质有关,一般取080~1.10 K修一工作循环时间修正系数: K±-土壤级别修正系数可采用1.0~1.2: β一转角修正系数,转角90时取1.0,100~135时取1.08-1.37 K时一时间利用系数,取0.80.9 K-联合工作系数,卸入弃土堆时取1.0,卸入车箱时取0.9 K松一土壤的可松性系数。提高挖掘机生产效率的措施:合理布置掌子面,缩短挖掘机工作循环时间;合理配套挖运设备:规范施工方法和步骤,提高机械设备操作水平,加强施工管理,提高时间利用系数:加强机械维修保养,保证机械正常运转。二、土方运输土方运输机械可分为:有轨运输、无轨运输和皮带机运输。教师签名 7页

教师签名：第 7 页反铲挖掘机为液压操作方式，适用于停机面以下土方开挖。挖土时后退向下，强制切土，挖掘力比正铲挖掘机小，主要用于小型基坑、基槽和管沟开挖。反铲挖土时，可用自卸汽车配合运土，也可直接弃土于坑槽附近。反铲挖掘机工作方式分为以下两种： [沟端开挖，如图 9-9(ａ)]：挖掘机停在基坑端部，后退挖土，汽车停在两侧装土。 [沟侧开挖，如图 9-9(b)]：挖掘机停在基坑的一侧移动挖土，可用汽车配合运土，也可将土弃于土堆。由于挖掘机与挖土方向垂直，挖掘机稳定性较差，而且挖土的深度和宽度均较小，故这种开挖方法只是在无法采用沟端开挖或不需将弃土运走时采用。图 9-9 (3)单斗挖掘机生产效率的计算挖掘机的生产率是指在单位时间内从掌子中挖取并卸入土堆或车箱的土方量。影响挖掘机生产率的主要因素有：土壤性质、掌子的高度、旋转角度、工作时间的利用程度、运输车辆的大小、司机的操作水平和挖掘机的技术状况等。根据具体施工条件分析上述因素后，单斗挖掘机生产率可按下式计算，即 P=60nqK 充 K 修 K 时 K 延/K 松 (m3 /h，自然方) (9－2) 其中 K 修＝1/(0.4K 土+0.6β) 式中 n－设计每分钟循环次数，ｎ＝3600/T，T 为挖掘机一个工作循环时间(s)； q－铲斗平装容量，即铲斗的几何容积，ｍ３； K 充－铲斗充盈系数，与土质有关，一般取 0.80~1.10； K 修－工作循环时间修正系数； K 土－土壤级别修正系数,可采用 1.0~1.2； β－转角修正系数，转角 90。时取 1.0，100~135。时取 1.08~1.37； K 时－时间利用系数，取 0.8~0.9； K 延－联合工作系数，卸入弃土堆时取 1.0，卸入车箱时取 0.9； K 松－土壤的可松性系数。提高挖掘机生产效率的措施：合理布置掌子面，缩短挖掘机工作循环时间；合理配套挖运设备；规范施工方法和步骤，提高机械设备操作水平，加强施工管理，提高时间利用系数；加强机械维修保养，保证机械正常运转。二、土方运输土方运输机械可分为：有轨运输、无轨运输和皮带机运输

1.有轨运输 1)标准轨运输(轨距1435mm)工程量一般不少于30万m3,运距不少于lkm,坡度不宜大于25%, 转弯半径不小于200m (2)窄轨运输轨距有1000mm、762mm、6l0mm三种。窄轨运输设备简单,线路要求比准轨低,能量消耗少,在工程中得到广泛使用有轨运输路基施工较难,效率较低,除窄轨运输有时用于隧洞出碴外,一般较少采用。 2.无轨运输 (1)自卸汽车运输机动灵活,运输线路布置受地形影响小,但运输效率易受气候条件的影响,燃料消耗多,维修费用高。自卸汽车运输,运距一般不宜小于300m,重车上坡最大允许坡度为8~10%,转弯半径不宜小于20m (2)拖拉机运输拖拉机运输是用拖拉机拖带拖车进行运输。根据行走装置不同,拖拉机分为履带式和轮胎式两种。履带式拖拉机牵引力大,对道路要求低,但行驶速度慢,适用于运距短、道路不良的情况。轮式拖拉机对道路的要求与自卸汽车相同,适用于道路良好,运距较大的情况。 3.皮带机运输皮带机是一种连续式的运输设备。与车辆运输相比,皮带机具有以下特点:结构简单、工作可靠、管理方便,易于实现自动控制;负荷均匀,动力装置的功率小,能耗低;连续运输,生产效率高。如图9-10。 2 移动式皮带机 1-前机架:2-后机架:3-下托辊:4上托辊:5-皮带:6行走轮:7-尾部导向轮图9-10 三、土方压实 (一)压实理论填筑于土坝或土堤上的土方,通过对其压实,可以达到以下目的:提高土体密度,提高土方承载能力; 加大土坝或土堤坡角,减小填方断面面积,减少工程量,从而减少工程投资,加快工程进度;提高土方防渗性能,提高土坝或土堤的渗透稳定性。土坝或土堤填方的稳定性主要取决于土料的内摩擦力和凝聚力。土料的内摩擦力、凝聚力和防渗性能都随填土的密实程度的增大而提高。例如某种砂壤土的干密度为1.4gαm3压实提高到1.7gm,其抗压强度可提高4倍,渗透系数将降低为原来的1/2000。土体是三相体,即由固相的土粒、液相的水和气相的空气所组成。通常土粒和水是不会被压缩的,土料压实的实质是将水包裹的土粒挤压填充到土粒间的空隙里,排走空气占有的空间,使土料的空隙率减少密实度提高。所以,土料压实的过程实际上就是在外力作用下土料的三相重新组合的过程。试验表明,粘性土的主要压实阻力是土体内的凝聚力。在铺土厚度不变的条件下,粘性土的压实效果 (即干密度)随含水量的增大而增大,当含水量增大到某一临界值时,干密度达到最大,如此时进一步增加土体含水量,干密度反而减小,此临界含水量值称为土体的最优含水量,即相同压实功能时压实效果最大的含水量。当土料中的含水量超过最优含水量后,土体中的空隙体积逐步被水填充,此时作用在土体上的外荷,有一部分作用在水上,因此即使压实功能增加,但由于水的反作用抵消了一部分外荷,被压实土体的体积变化却很小,而呈此伏彼起的状态,土体的压实效果反而降低教师签名第_8页

教师签名：第 8 页 1．有轨运输 (1)标准轨运输(轨距 1435mm) 工程量一般不少于 30 万 m3，运距不少于 1km，坡度不宜大于 2.5%，转弯半径不小于 200m。 (2)窄轨运输轨距有 1000 mm、762 mm、610mm 三种。窄轨运输设备简单，线路要求比准轨低，能量消耗少，在工程中得到广泛使用。有轨运输路基施工较难，效率较低，除窄轨运输有时用于隧洞出碴外，一般较少采用。 2．无轨运输 (1)自卸汽车运输机动灵活，运输线路布置受地形影响小，但运输效率易受气候条件的影响，燃料消耗多，维修费用高。自卸汽车运输，运距一般不宜小于 300m，重车上坡最大允许坡度为 8~10%，转弯半径不宜小于 20m。 (2)拖拉机运输拖拉机运输是用拖拉机拖带拖车进行运输。根据行走装置不同，拖拉机分为履带式和轮胎式两种。履带式拖拉机牵引力大，对道路要求低，但行驶速度慢，适用于运距短、道路不良的情况。轮式拖拉机对道路的要求与自卸汽车相同，适用于道路良好，运距较大的情况。 3．皮带机运输皮带机是一种连续式的运输设备。与车辆运输相比，皮带机具有以下特点：结构简单、工作可靠、管理方便，易于实现自动控制；负荷均匀，动力装置的功率小，能耗低；连续运输，生产效率高。如图 9-10。图 9-10 三、土方压实 (一)压实理论填筑于土坝或土堤上的土方，通过对其压实，可以达到以下目的：提高土体密度，提高土方承载能力；加大土坝或土堤坡角，减小填方断面面积，减少工程量，从而减少工程投资，加快工程进度；提高土方防渗性能，提高土坝或土堤的渗透稳定性。土坝或土堤填方的稳定性主要取决于土料的内摩擦力和凝聚力。土料的内摩擦力、凝聚力和防渗性能都随填土的密实程度的增大而提高。例如某种砂壤土的干密度为 1.4 g/cm3压实提高到 1.7 g/cm3，其抗压强度可提高 4 倍，渗透系数将降低为原来的 1/2000。土体是三相体，即由固相的土粒、液相的水和气相的空气所组成。通常土粒和水是不会被压缩的，土料压实的实质是将水包裹的土粒挤压填充到土粒间的空隙里，排走空气占有的空间，使土料的空隙率减少，密实度提高。所以，土料压实的过程实际上就是在外力作用下土料的三相重新组合的过程。试验表明，粘性土的主要压实阻力是土体内的凝聚力。在铺土厚度不变的条件下，粘性土的压实效果 (即干密度)随含水量的增大而增大，当含水量增大到某一临界值时，干密度达到最大，如此时进一步增加土体含水量，干密度反而减小，此临界含水量值称为土体的最优含水量，即相同压实功能时压实效果最大的含水量。当土料中的含水量超过最优含水量后，土体中的空隙体积逐步被水填充，此时作用在土体上的外荷，有一部分作用在水上，因此即使压实功能增加，但由于水的反作用抵消了一部分外荷，被压实土体的体积变化却很小，而呈此伏彼起的状态，土体的压实效果反而降低

2000 土方压实机械(单位:mm) (a)平碳:(b)肋形碾:(c)羊脚碾:(d)气胎碾:(e)振动平稞:(f)蛙夯 1-碾滚;2-机架:3-羊脚:4-充气轮胎:5-压重箱:6-主动轮:7传动皮带 8-偏心块:9-夯头:10-扶手:11-电缆:12电动机图9-12 1.平碾平碾的构造如图φ-12(a)所示。钢铁空心滚筒侧面设有加载孔,加载大小根据设计要求而定。平碾碾压质量差,效率低,较少采用。 2.肋碾肋碾的构造如图9-12(b)所示。一般采用钢筋混凝土预制。肋碾单位面积压力较平碾大,压实效果比平碾好,用于粘性土的碾压。 3.羊脚碾羊脚碾的构造如图912(所示。其碾压滚简表面设有交错排列的羊脚,钢铁空心滚筒侧面设有加载孔,加载大小根据设计要求而定。羊脚碾的羊脚插入土中,不仅使羊脚底部的土体受到压实,而且使其侧向土体受到挤压,从而达到均匀压实的效果。碾筒滚动时,表层土体被翻松,有利于上下层间结合。但对于非粘性土,由于插入土体中的羊脚使无粘性颗粒产生向上和侧向移动,会低压实效果,所以羊脚碾不适于非粘性土的压实。 4.气胎碾气胎碾是一种拖式碾压机械,分单轴和双轴两种。图9-12(d所示是单轴气胎碾。单轴气胎碾的主要构造是由装载荷载的金属车箱和装在轴上的4~6个充气轮胎组成。碾压时在金属车厢内加载同时将气胎充气至设计压力。为避免气胎损坏,停工时用千斤顶将金属车箱顶起,并把胎内的气放出一些。气胎碾在压实土料时,充气轮胎随土体的变形而发生变形。开始时,土体很松,轮胎的变形小,土体的压缩变形大。随着土体压实密度的增大,气胎的变形也相应增大,气胎与土体的接触面积也增大,始终能保持较均匀的压实效果。另外,还可通过调整气胎内压,来控制作用于土体上的最大应力不致超过土粽的极限抗压强度。增加轮胎上的荷重后,由于轮胎的变形调节,压实面积也相应增加,所以平均压实应力的变化并不大。因此,气胎的荷重可以增加到很大的数值。而对于平碾和羊脚碾,由于碾滚是刚性的,不能适应土壤的变形,当荷载过大就会使碾滚的接触应力超过土壤的极限抗压强度,而使土壤结构遭到破坏气胎碾既适宜于压实粘性土,又适宜于压实非粘性土,适用条件好,压实效率高,是一种十分有效的教师签名第_10页

教师签名：第 10 页图 9-12 1．平碾平碾的构造如图 9-12(a) 所示。钢铁空心滚筒侧面设有加载孔，加载大小根据设计要求而定。平碾碾压质量差，效率低，较少采用。 2．肋碾肋碾的构造如图 9-12(b) 所示。一般采用钢筋混凝土预制。肋碾单位面积压力较平碾大，压实效果比平碾好，用于粘性土的碾压。 3．羊脚碾羊脚碾的构造如图 9-12(c) 所示。其碾压滚筒表面设有交错排列的羊脚。钢铁空心滚筒侧面设有加载孔，加载大小根据设计要求而定。羊脚碾的羊脚插入土中，不仅使羊脚底部的土体受到压实，而且使其侧向土体受到挤压，从而达到均匀压实的效果。碾筒滚动时，表层土体被翻松，有利于上下层间结合。但对于非粘性土，由于插入土体中的羊脚使无粘性颗粒产生向上和侧向移动，会低压实效果，所以羊脚碾不适于非粘性土的压实。 4．气胎碾气胎碾是一种拖式碾压机械，分单轴和双轴两种。图 9-12(d)所示是单轴气胎碾。单轴气胎碾的主要构造是由装载荷载的金属车箱和装在轴上的 4~6 个充气轮胎组成。碾压时在金属车厢内加载同时将气胎充气至设计压力。为避免气胎损坏，停工时用千斤顶将金属车箱顶起，并把胎内的气放出一些。气胎碾在压实土料时，充气轮胎随土体的变形而发生变形。开始时，土体很松，轮胎的变形小，土体的压缩变形大。随着土体压实密度的增大，气胎的变形也相应增大，气胎与土体的接触面积也增大，始终能保持较均匀的压实效果。另外，还可通过调整气胎内压，来控制作用于土体上的最大应力不致超过土料的极限抗压强度。增加轮胎上的荷重后，由于轮胎的变形调节，压实面积也相应增加，所以平均压实应力的变化并不大。因此，气胎的荷重可以增加到很大的数值。而对于平碾和羊脚碾，由于碾滚是刚性的，不能适应土壤的变形，当荷载过大就会使碾滚的接触应力超过土壤的极限抗压强度，而使土壤结构遭到破坏。气胎碾既适宜于压实粘性土，又适宜于压实非粘性土，适用条件好，压实效率高，是一种十分有效的

湖北水利水电职业技术学院：《水利水电工程施工技术》课程教学资源（授课教案）第八章 土石建筑物施工 8.3 土方工程施工工艺

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