第二章路基土方机械施工.doc

授课章节第二章 路基土方机械施工主要内容§21 推土机施工§22 铲运机施工§23 平地机施工§24 挖掘机施工§25 装载机施工§26 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§21 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特点所需作业面小，机动灵活；转移方便，短距离运土效率高，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 横向填筑 穿梭法（一侧、两侧） 纵向填筑 移挖作填工程 综合作业 横、纵联合作业 2开挖路堑横向开挖路堑：“穿梭法”、“环行作业法”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 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。 适宜于级以下土壤的推运。 当铲运级和级以上土壤和冻土时，必须先进行松土。 如土壤中有少量的孤石，应首先破碎再进行作业。 推土机的合理运距为50100m。 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0.800.85； KY坡度影响系数，平地为1；上坡坡度510时为0.50.7；下坡度515时为1.32.3； t r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。§22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“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。“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。“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。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。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。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铲运机使用范围中距离大规模土方工程，拖式经济运距为100800m，自行式经济运距为8002000m。 铲运机适用在、级土壤中工作，用铲运机铲装、级以上的土壤及冻土时，必须事先进行预松。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2.5182410010001003001:61:4自行式铲装机单发动机普通装载式链板装载式1030103050352002000200100020015002006001:201:121:201:12双发动机普通装载式链板装载式10309.5650342002000200100020015002006001:101:61:101:6 2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21）； KS土壤松散系数（见表22）； V铲斗的几何容量，m3； KB时间利用系数（0.750.8）；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 对于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2040 cm 。 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。 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。 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 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。 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。 卸土耗时不超过0.5min，回程以最高档位行驶。机械技术状况调整得当、润滑适度，机械各部件运动自如。§23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； 两行程之间重叠系数（1.151.7）； KB时间利用系数（0.850.9）； 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。§24 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正铲挖掘机工作过程：挖掘、回转、卸料和返回 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6070%，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反铲挖掘机工作过程：挖掘、回转、卸料和返回 基本作业10沟端开挖法 20沟侧开挖法3拉铲挖掘机工作过程：挖掘、回转、卸料和返回 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开挖路堑正铲挖掘机开挖路堑路堑的深度在5 m以下时，可采用全断面正向开挖；当路堑深度超过5 m时，应分层开挖。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挖掘机使用范围工作物为级土壤和松动后的级以上土壤和物料。可用于装载和开挖爆破后的石方以及不大于斗容的石块。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1.52.02.53.03.54.05.00.51.01.52.02.53.00.51.01.52.02.53.00.51.01.52.02.5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0.515000100000.7520000150000.75-120001.0015000150001.0025000200001.5025000200002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（0.70.85）。 n挖掘机每小时工作次数。 3提高生产率的途径 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。 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。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 运输车辆就位停靠方位； 设置汽车就位的进出通道； 运输车辆的选择自卸车； 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。§25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 对松散物料的铲装作业铲装停机面以下物料作业铲装土丘时作业 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。斗容与自卸汽车车箱容积的匹配通常以24斗装满一车箱为宜，车箱长度要比装载斗宽大2575，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0.21m。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。§26 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。 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。 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。 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8121.81.88亚粘土12151.851.95亚砂土9151.852.08重亚粘土16201.671.79粉土16221.611.80粘土19231.581.70粉质亚砂土18211.651.74 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 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。 如一般粘性土壤可选取用光轮压路机； 重质土壤，则需选用重型或超重型压路机，并给于较多遍数的碾压； 根据土方机械和运输工具的生产能力，相应地选择压路机数量和类型。2压实机械的使用范围 光轮压路机：适用于一般的公路工程 轮胎压路机：压实粘性土、非粘性士及沥青混合料的复压 。振动压路机：压实非粘性土（破土、砂砾）、碎石、块石及不同厚度的沥青混合料面层。 夯实机械 ：用于狭窄工作面的铺层压实。3压路机作业注意事项 压路机的碾压方向、顺序、碾压遍数：（纵向运行，顺序是先边后中，遍数视具体情况而定） 碾压方法：先轻后重，速度由低到高。 碾压中出现裂缝，可适当洒水后再压，土层过湿，应水分蒸发后再压，摊铺的混合料应当天碾压完。 压路机不能在断面上同一地点停放多次或停留时间过长。 四、压路机生产率计算生产率计算公式： （式2-6）式中：Q压路机生产率，m2h；B条压实带宽度，m；b相邻两压实重叠宽度，b=B/3；L压实带长度，m；V滚压速度，mmin； t终点换向时间，一般取0.07 0.08min； n同一地点需碾压的次数； KB时间利用系数。 五、路基压实标准公路路基压实标准 表2-6填挖类型路面底面计起深度范围（cm）压实度（%）高速公路、一级公路其它公路路堤上路床0309593下路床30809593上路堤801509390下路堤>1509090零填及路堑路床0309593 六、路基压实质量控制与检查 1 环刀法 2 灌沙法 3 钻芯法 4 核子密度仪法