1.5 土方工程的机械化施工

土方的开挖、运输、填筑和压实等施工过程中应尽量采用机械化施工，以减轻繁重的体力劳动，加快施工进度。

土方工程施工机械的种类繁多，有推土机、铲运机、平土机、松土机、单斗挖土机及多斗挖土机和各种碾压、夯实机械等。而在房屋建筑工程施工中，尤以推土机、铲运机和单斗挖土机应用最广。以下将就这几种类型机械的性能、使用范围及施工方法作重点介绍。

1.5.1 推土机施工

推土机是集铲、运、平、填于一身的综合性机械，操作机动灵活，运转方便迅速，所需工作面小，易于转移，在建筑工程中应用最多。目前主要使用的是液压式推土机，其外形如图1-33所示。

推土机除适用于切土深度不大的场地平整外，也用于开挖深度不大于1.5m的基槽，尤其适合浅基础的面式开挖；还可用于回填基坑、基槽和管沟，以及用于堆筑高度在1.5m以内的路基、堤坝，平整其他机械装置的土堆，推送松散的硬土、岩石和冻土以及配合铲运机助铲等工作。推土机可挖掘Ⅰ～Ⅳ类土，挖掘Ⅲ、Ⅳ类土前应予以翻松。推土机推填距离宜在100m以内，距离在60m时效率最高。推土机可采用下坡推土、并列推土、槽形推土和多铲集运四种推土方法。

1．下坡推土

下坡推土是推土机顺地面坡势沿下坡方向推土，借助机械往下的重力作用，可增大铲刀切土深度和运土数量，可提高推土机能力和缩短推土时间，一般可提高生产效率30%～40%，但坡度不宜大于15°，以免后退时爬坡困难。具体作业方式如图1-34（a）所示。

2．并列推土

对于大面积的施工区，可用2～3台推土机并列推土。推土时两铲刀相距150～300mm，这样可以减少土的散失而增大推土量，能提高生产效率15%～30%。但平均运距不宜超过50～75m，亦不宜小于20m，且推土机数量不宜超过3台，否则倒车不便，行驶不一致，反而影响生产效率。具体作业方式如图1-34（b）所示。

3．槽形推土

槽形推土是指当运距较远、挖土层较厚时，利用已推过的土槽再次推土。其可以减少铲刀两侧土的散漏，这样作业可提高效率10%～30%。槽深1m左右为宜，槽间土埂宽约0.5m。在推出多条槽后，再将土埂推入槽内，然后运出。具体作业方式如图1-34（c）所示。

4．多铲集运

多铲集运是指在硬质土中，切土深度不大时，可将土先堆积在一处，然后集中推送到卸土区。这样可以有效地提高推土的效率，缩短运土时间，但堆积距离不宜大于30m，堆土高度在2m以内为宜。具体作业方式如图1-34（d）所示。

1.5.2 铲运机施工

铲运机是一种能够独立完成铲土、运土、卸土、填筑、平整的土方机械。其按行走方式可分为拖式铲运机和自行式铲运机两种，具体外形如图1-35所示。拖式铲运机由拖拉机牵引，自行式铲运机的行驶和作业都靠本身的动力设备。

1．铲运机的使用范围

铲运机对行驶道路要求较低，行驶速度快，操纵灵活，运转方便，生产率高，可在一至三类土中直接挖、运土，适用于大面积场地平整，开挖大型基坑、沟槽，以及填筑路基、堤坝等工程。铲运机可铲运含水量不大于27%的松土和普通土，但不适于在砾石层、冻土地带和沼泽区工作。当铲运较坚硬的土壤时，宜先用松土机把土翻松0.2～0.4m，以减少机械磨损，提高生产效率。

在土木工程中，常使用的铲运机的铲斗容量为2.5～8m3；自行式铲运机的经济运距为800～1500m，最大可达3500m；拖工铲运机的运距以600m为宜，当运距为200～350m时效率最高，如果采用双联铲运或挂大斗铲运时，其运距可增加到1000m。运距越长，生产率越低，因此，在规划铲运机的运行路线时，应力求符合经济运距的要求。

2．铲运机的运行路线

铲运机的运行路线，对提高生产效率影响很大，应根据填、挖方区的分布情况并结合当地具体条件进行合理选择。其一般有以下两种形式：

（1）环形路线

当地形起伏不大、施工地段较短时，多采用环形路线，如图1-36（a）（b）所示。环形路线每一循环只完成一次铲土和卸土，挖土和填土交替；挖填之间距离较短时，则可采用大循环路线，如图1-36（c）所示，一个大循环能完成多次铲土和卸土，这样可减少铲运机的转弯次数，提供工作效率。

（2）“8”字形路线

在地形起伏较大、施工地段狭长的情况下，宜采用“8”字形路线，如图1-36（d）所示。这种运行路线，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方向不同，可避免机械行驶时的单侧磨损；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，亦可缩短运行时间，提高生产率。

尚需指出，铲运机应避免在转弯时铲土，否则，铲刀受力不均易引起翻车事故。因此，为了充分发挥铲运机的效能，保证能在直线段上铲土并装满土斗，要求铲土区应有足够的最小铲土长度。

3．提高铲运机生产率的措施

（1）下坡铲土

铲运机利用地形进行下坡推土，借助机械重力的水平分力来加大切土深度和缩短铲土时间，但纵坡不得超过25°，横坡不大于5°，铲运机不能在陡坡上急转弯，以免翻车。

（2）挖近填远

挖土先从距离填土区最近一端开始，由近而远；填土则从距离挖土区最远一端开始，由远而近。这样，既可使铲运机始终在合理的运距内工作，又可创造下坡铲土的条件。

（3）推土机助铲

在较坚硬的土层中可用推土机助铲，可加大铲刀切削力、切土深度和铲土速度。助铲间歇，推土机可兼作松土、平整工作。

（4）双联铲运法

当拖式铲运机的动力有富裕时，可在拖拉机后面串联两个铲斗进行双联铲运。对坚硬土层，可用双联单铲，即一个土斗铲满后，再铲另一土斗；对松软土层，则可用双联双铲，即两个土斗同时铲土。

（5）挂大斗铲运

在土质松软地区，可改挂大型铲土斗，以充分利用拖拉机的牵引力来提高工作效率。

（6）跨铲法

跨铲法是指预留土埂，间隔铲土，以减少土壤散失；而在铲除土埂时，又可减少铲土阻力，加快速度。

1.5.3 单斗挖土机施工

单斗挖土机用以挖掘基坑、沟槽，清理和平整场地；更换工作装置后，还可进行装卸、起重、打桩等其他作业，是工程建设中常用的机械设备。按行走装置的不同，其分为履带式和轮胎式两类；按工作装置不同，其分为正铲、反铲、拉铲和抓铲四种，单斗挖土机的类型如图1-37所示。

1．正铲挖土机

正铲挖土机的工作特点是：前进向上，强制切土。可以用于开挖停机面以上的Ⅰ～Ⅳ类土和爆破后的岩石、冻土等，需与相当数量的自卸运土汽车配合完成。其挖掘力大，生产率高，可以用于开挖大型干燥基坑及土丘等。正铲挖土机的工作面高度一般不应小于1.5m，否则一次起挖不能装满铲斗，生产效率将降低。正铲挖土机有两种工作方式，即正向工作面和侧向工作面：正向工作面挖土适用于开挖工作面狭小，且较深的基坑（槽）、管沟和路堑等；侧向工作面挖土适用于开挖工作面大，深度不大的边坡、基坑（槽）、沟渠和路堑等。正铲挖土机按其装置可分为履带式和轮胎式两种，正铲挖土机的斗容量有0.25、0.5、0.6、0.75、1.0、2.0m3等几种。一般常用的有万能履带式单斗正铲挖土机。此外，正铲挖土机还可以根据不同操作环境的需要，改装成反铲、拉铲、抓铲等不同的形式。

2．反铲挖土机

反铲挖土机的工作特点是：后退向下，强制切土。其挖掘力比正铲挖土机小，可以用于开挖停机面以下的Ⅰ～Ⅲ类土。机身和装土均在地面上操作，省去下坑通道，适用于开挖深度不大的基坑、基槽、沟渠、管沟及含水量大或地下水位高的土坑，可同时采用沟端和沟侧开挖。沟端开挖适用于一次或沟内后退挖土，挖出土方随即运走，或就地取土填筑路基或修筑路基等。沟侧开挖适用于横挖土或需将土方甩到离沟边较远的距离时使用。反铲挖土机的斗容量有0.25～1.0m3不等，最大挖土深度有4～6m不等，比较经济的挖土深度为1.5～3.0m。对于较大、较深的基坑可采用多层接力法开挖，或配备自卸汽车运走。

3．拉铲挖土机

拉铲挖土机的工作特点是：后退向下，自重切土。其挖土深度和挖土半径较大，而且铲斗是挂在钢丝绳上的，可以甩得较远，挖得较深，但不如反铲灵活，适用于挖掘停机面以下的Ⅰ～Ⅲ类土，可开挖较深较大的基坑（槽）、沟渠，挖取水中泥土以及填筑路基、修筑堤坝等。拉铲挖土机的斗容量有0.35、0.5、1.0、1.5、2.0m3。最大挖土深度有7.6（W3-30）～16.3m（W1-200）不等。拉铲挖土机可将土直接甩在坑、槽、沟旁，或配合推土机将土推送到较远处堆放，或配备自卸汽车运土。

4．抓铲挖土机

抓铲挖土机的工作特点是：直上直下，自重切土。其可用于开挖停机面以下的Ⅰ～Ⅲ类土，宜于挖窄而深的基坑，疏通旧有渠道以及挖取水中淤泥等，或用于装卸碎石、矿渣等松散材料，在软土地基的地区，常用于开挖基坑等，可直接开挖直井或在开口沉井内挖土，可以装车也可以甩土。抓铲挖土机由于使用钢丝绳牵拉，工作效率不高，液压式的深度又受到限制，因此，除在面积小的深基础及深基坑（槽）之外，应用范围很小。