高层建筑施工中的机械开挖土方技术

2023-08-29 理论教育版权反馈

【摘要】：在坚硬土层开挖时要用推土机助铲或用松土器配合。图1-65铲运机运行路线小环形路线；大环形路线；“8”字形路线（三）单斗挖土机施工单斗挖土机是土方开挖的常用机械。使用单斗挖土机进行土方开挖作业时，一般需汽车配合运土。根据挖土机与基坑的相对位置关系，反铲挖土机挖土时，有以下两种开挖方式：沟端开挖[图1-68]。

土方工程工程量大，工期长。为节约劳动力，降低劳动强度，加快施工速度，对土方工程的开挖、运输、填筑、压实等施工过程应尽量采用机械施工。

土方工程施工机械的种类很多，有推土机、铲运机、单斗挖土机、多斗挖土机和装载机等。而在高层建筑工程施工中，尤以推土机、铲运机和单斗挖土机应用最广。施工时，应根据工程规模、地形条件、水文性质情况和工期要求正确选择土方施工机械。

（一）推土机施工

推土机是在履带式拖拉机的前方安装推土铲刀（推土板）制成的。按铲刀的操纵机构不同，推土机分为索式和液压式两种，图1-62所示为索式推土机的外形。

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图1-62　索式推土机的外形

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推土机

推土机能单独完成挖土、运土和卸土工作，具有操纵灵活、运转方便、所需工作面较小、行驶速度较快等特点。推土机主要适用于一到三类土的浅挖短运，如场地清理或平整、开挖深度不大的基坑以及回填、推筑高度不大的路基等。此外，推土机还可以牵引其他无动力的土方机械，如拖式铲运机、松土器、羊足碾等。推土机推运土方的运距，一般不超过100m，运距过长，土将从铲刀两侧流失过多，影响其工作效率，经济运距一般为30～60m，铲刀刨土长度一般为6～10m。

推土机的工作效率主要决定于推土板推移土的体积及切土、推土、回程等工作的循环时间。为了提高推土机的工作效率，可采取下坡推土法（利用自重增加推土能力，缩短时间），并列推土法（在场地较大时用2～3台推土机并列推土以减少土的散失），槽形推土法（利用前次推土形成的沟槽推土以减少土的散失）和分批集中、一次推送法（运距远、土质硬时用）等，还可在推土板两侧附加侧板，以增加推土体积。

（二）铲运机施工

铲运机是一种能综合完成挖、装、运、填的机械，对行驶道路要求较低，操纵灵活，生产率较高。按行走机构可将铲运机分为自行式铲运机和拖拉式铲运机两种，如图1-63、图1-64所示；按铲斗操纵方式，又可将铲运机分为索式和油压式两种。

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图1-63　自行式铲运机

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铲运机

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图1-64　拖拉式铲运机

铲运机一般适用于含水量不大于27%的一到三类土的直接挖运，常用于坡度在20°以内的大面积场地平整、大型基坑的开挖、堤坝和路基的填筑等。铲运机不适于在砾石层、冻土地带和沼泽地区使用。在坚硬土层开挖时要用推土机助铲或用松土器配合。拖式铲运机的运距以不超过800m为宜，当运距在300m左右时效率最高；自行式铲运机的行驶速度快，可适用于稍长距离的挖运，其经济运距为800～1500m，但不宜超过3500m。铲运机适宜在松土、普通土且地形起伏不大（坡度在20°以内）的大面积场地上施工。

铲运机的基本作业包括铲土、运土、卸土三个工作行程和一个空载回驶行程。在施工中，由于挖填区的分布情况不同，为了提高工作效率，应根据不同施工条件（工程大小、运距长短、土的性质和地形条件等），选择合理的开行路线和施工方法。由于挖填区的分布不同，应根据具体情况选择开行路线，铲运机的开行路线种类如下：

（1）环形路线。地形起伏不大，施工地段较短时，多采用环形路线。图1-65（a）所示为小环形路线，这是一种既简单又常用的路线。从挖方到填方按环形路线回转，每循环一次完成一次铲土和卸土，挖填交替；当挖填之间的距离较短时可采用大环形路线，如图1-65（b）所示，一个循环可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。作业时应时常按顺、逆时针方向交换行驶，以避免机械行驶部分单侧磨损。

（2）“8”字形路线。施工地段加长或地形起伏较大时，多采用“8”字形路线，如图1-65（c）所示。采用这种开行路线，铲运机在上、下坡时是斜向行驶，受地形坡度限制小；一个循环中两次转弯的方向不同，可避免机械行驶的单侧磨损；一个循环完成两次铲土和卸土，减少了转弯次数及空车行驶距离，从而缩短了运行时间，提高了工作效率。

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图1-65　铲运机运行路线

（a）小环形路线；（b）大环形路线；（c）“8”字形路线

（三）单斗挖土机施工

单斗挖土机是土方开挖的常用机械。按行走装置的不同，其可分为履带式和轮胎式两类；按传动方式其可分为索具式和液压式两种；根据工作装置其可分为正铲、反铲、拉铲和抓铲四种，如图1-66所示。使用单斗挖土机进行土方开挖作业时，一般需汽车配合运土。

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图1-66　单斗挖土机工作简图

（a）正铲挖土机；（b）反铲挖土机；（c）拉铲挖土机；（d）抓铲挖土机

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单斗挖土机

1.正铲挖土机施工

正铲挖土机挖掘能力大，工作效率高，适用于开挖停机面以上的一到三类土。它与运土汽车配合能完成整个挖运任务，可用于开挖大型干燥基坑以及土丘等。正铲挖土机的挖土特点是“前进向上，强制切土”。根据开挖路线与运土汽车相对位置的不同，其一般有以下两种开挖方式：

（1）正向开挖，侧向装土。正铲向前进方向挖土，汽车位于正铲的侧向装土，如图1-67（a）和（b）所示。本法铲臂卸土回转角度最小，小于90°，装车方便，循环时间短，生产效率高，用于开挖工作面较大，深度不大的边坡、基坑（槽）、沟渠和路堑等，为最常用的开挖方法。

（2）正向开挖，后方装土。正铲向前进方向挖土，汽车停在正铲的后面，如图1-67（c）所示。本法开挖工作面较大，但铲臂卸土回转角度较大，约180°，且汽车要侧向行车，增加工作循环时间，工作效率较低（若回转角度为180°，效率约降低23%；若回转角度为130°，效率约降低13%），用于开挖工作面较小且较深的基坑（槽）、管沟和路堑等。

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图1-67　正铲挖土机开挖方式

（a）、（b）正向开挖，侧向装土；（c）正向开挖，后方装土

2.反铲挖土机施工

反铲挖土机的挖土特点是“后退向下，强制切土”，随挖随行或后退。反铲挖土机的挖掘力比正铲挖土机的小，适用于开挖停机面以下的一到三类土的基坑、基槽或管沟，不需设置进出口通道，可挖水下淤泥质土，每层的开挖深度宜为1.5～3.0m。

根据挖土机与基坑的相对位置关系，反铲挖土机挖土时，有以下两种开挖方式：

（1）沟端开挖[图1-68（a）]。挖土机停在基坑（槽）端部，向后倒退挖土，汽车停在两侧装土，此法采用最广。其工作面宽度可达1.3R（单面装土，R为挖土机最大挖土半径）或1.7R（双面装土），深度可达挖土机最大挖土深度H。当基坑较宽（＞1.7R）时，可分次开挖或按“之”字形路线开挖。

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图1-68　反铲挖土机的工作方式与工作面

（a）沟端开挖；（b）沟侧开挖
1—反铲挖土机；2—运土汽车；3—弃土堆

（2）沟侧开挖[图1-68（b）]。挖土机停在基坑（槽）的一侧，向侧面移动挖土，可用汽车配合运土，也可将土弃于距基坑（槽）较远处。此法挖土机移动方向与挖土方向垂直，稳定性较差，且挖土的深度和宽度均较小，不易控制边坡坡度。因此，只在无法采用沟端开挖或所挖的土不需运走时采用。

3.拉铲挖土机施工

拉铲挖土机适用于开挖大而深的基坑或水下挖土。其挖土特点是“后退向下，自重切土”。其挖掘半径和深度均较大，但挖掘力小，只能开挖一到二类土（软土），且不如反铲挖土机灵活准确。

拉铲挖土机的开挖方式基本上与反铲挖土机相似，也可分为沟端开挖和沟侧开挖两种方式。

4.抓铲挖土机施工

抓铲挖土机适用于开挖窄而深的基坑（槽）、沉井或水中淤泥。其挖土特点是“直上直下，自重切土”。其挖掘力较小，只能开挖一到二类土，其抓铲能在回转半径范围内开挖基坑任何位置的土方，并可在任何高度上卸土。

高层建筑施工中的机械开挖土方技术

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