土石壩的土石料挖運方案

土石壩工程施工挖、運、填的工作量大,強度高，各道工序均由相互匹配的具有獨特功能的工程機械來完成，構成“一條龍”的生產工藝流程，稱為土石壩的綜合機械化施工。

一、綜合機械化的基本原則：

在組織綜合機械化施工中應遵循以下原則：

1、充分發揮主要機械的作用

主要機械是指對完成關鍵工序起主導作用的機械。充分發揮它的作用,有利於加快施工進度，降低工程成本。

例如在土石壩施工中用正向鏟挖掘機採料，自卸汽車運輸上壩，推土機平土,震動輾壓實,刨毛機刨毛,灑水車灑水進行綜合機械化作業,其中挖掘機是主要機械,一臺挖掘機發生故障將導致其它機械停工待料。

2、挖運機械的配套應根據機械的工作特點加於選擇

連續式開挖機械一般應與連續式運輸機械相配合，循環式開挖機械一般應與循環式運輸機械相配合。

3、合理佈置工作面,充分發揮機械的工作效率,減少機械的轉運時間

要求創造良好的運輸條件，避免運輸的干擾和故障。保證運輸線路有足夠的通行能力,提高運輸工具的運輸能力。應力求避免一環受阻,環環窩工。

二、挖運機械

（一）挖掘機械

按構造及工作特點分,挖掘機有循環單鬥式和連續多鬥式。單鬥式挖掘機按其工作機構又分為：正向鏟、反向鏟、索鏟、抓鏟（見下圖)。

1、正向鏟挖掘機：

正向鏟挖掘機有迴轉、行駛和挖掘三個裝置。

正向鏟是土方開挖工程中最常用的挖掘機械。它具有強力的推力裝置，能開挖各種堅硬土和破碎後的岩石，適用於挖掘停機地面以上的土石方,也可挖掘停機地面以下不深的地方。

正向鏟通常與運輸工具配合使用，常用的是自卸汽車。此時，它與運輸工具有兩種配合方式：

1）側向掌子：因在挖方寬度較大，運輸工具停在正向鏟一旁的同一平面上，或略高於正向鏟的停機面上。這種方式可使運輸工具來往方便,能較快停在裝車位置,容易發揮正向鏟的生產能力。

2）正向掌子：因在挖方高度較大,運輸工具停在正向鏟後側的同一平面上。這種方式運輸工具要倒車進入指定地點,且正向鏟裝車的轉角較大,導致其生產率下降。

2、反向鏟挖掘機：

適於開挖停機面以下土方（基坑、渠道、管溝），剷土力較正鏟小，只能挖Ⅰ--Ⅲ類土。

挖土方式：端向開挖法（溝端開行）、

側向開挖法（溝側開行）

3、拉鏟（索鏟）挖掘機

最適於開挖水下土方及含水量大的土方。挖掘半徑、卸土半徑、卸載高度較大，多用於渠道、基坑、水下砂卵石的開挖。

挖土方式：溝端開挖法（溝端開行）、

溝側開挖法（溝側開行）

4、抓鏟挖掘機

靠其合瓣式剷鬥自由下落的衝力切入土中後抓取土料提升，迴轉後卸料。適於挖掘窄深基坑、深井中的水下淤泥及砂卵石等鬆軟土方。

5、多鬥式挖掘機（有多個剷土鬥）

①鬥輪式挖掘機

適於陸上使用，生產率高。

②採砂船

將鏈鬥式挖掘機的工作機構裝在特製的船上進行工作。其構造較簡單,生產率高,可以進行水下挖取砂礫石。

工作大梁2上設有從動輪4,砂鬥3固定在鏈條上,隨主動輪5所帶動的從動輪4而轉動。砂鬥不斷挖砂,上升至接砂鬥6 的頂部時卸料,再通過皮帶機10向船的任何一側卸料。

(二) 挖運組合機械

能同時擔負開挖、運輸、卸土、鋪土任務，有推土機和鏟運機。

1、推土機

以拖拉機為原動機械,另加切土刀片的推土器,既可薄層切土又能短距離推運。有固定式和萬能式,前者結構簡單而牢固,應用普遍,多用液壓操作。右圖為國產移山-120 型推土機的外形。

若長距離推土,土料從推土器兩側散失較多,有效推土量大為減少。推土機的經濟運距為60-10Om。為了減少土料的散失,可在推土器兩側加擋板,或先推成槽,然後在槽中推土,或多臺並列推土。

2、鏟運機

按行駛方式,鏟運機分為牽引式和自行式。前者用拖拉機牽引剷鬥,後者自身有行駛動力裝置。當今多用自行式,因其結構輕便,可帶較大的剷鬥,行駛速度高,多用低壓輪胎,有較好的越野性能。圖4-5是剷鬥容量7m3的國產CL7型自行式鏟運機。

鏟運機的經濟運距與剷鬥容量有關,一般在幾百米至幾公里以內。大容量的擴運機要求牽引為大,運行的靈活性降低。

(三) 運輸機械

運輸機械有循環式和連續式兩種。

1、循環式有:有軌機車和自卸汽車。自卸汽車的噸位一般在10-35t, 汽車噸位大小應根據需要並結合路涵條件來考慮。

2、連續式:最常用的連續運輸機械是帶式運輸機。根據有無行駛裝置,分為移動式和固定式兩種。前者多用於短程運輸和散體材料的裝卸堆存。固定式常採用分段佈置,每段一般在20Om 以內。

優缺點：帶式運輸機不受地形限制,結構簡單,運行方便靈活,生產率很高。使用時應防止和減輕帶的磨損、老化、斷裂。

3、裝載機是一種短程裝運結合的機械。常用的鬥容量1-3m3, 運行靈活方便。

三、挖運設備的生產能力

要確定挖運機械設備的數量, 應掌握土石壩施工高峰時段的施工強度,確定選用設備的生產能力（可根據有關產品手冊確定,也可以結合實際施工條件,選定參數計算複核）。

1、挖掘機械

①挖掘機、裝載機和鏟運機的生產能力P（臺班生產率）

可按下式確定：

V——剷鬥的幾何容積 ,m3;

T——臺班工作時間；

Kch——剷鬥充盈係數,表示實際裝料容積與土鬥幾何容

積的比值;與挖掘機械及土質有關；

Kk——土的鬆散影響係數,係指挖後鬆土體積與挖前

實土體積的比值,一般取1.10～1.30;

Kt——時間利用係數,表示挖掘機工作日時間利用程度,

挖掘機取0.7，裝載機取0.7～0.8，鏟運機取0.65～0.75;

t——每次作業循環時間，min．

要提高挖掘機械的實際生產率,必須提高循環式挖掘機的循環次數,即縮短每一循環的工作時間。此外,當挖掘鬆散土料時, 可更換較大的土鬥以增大土鬥容積;加強機械的現場維修,合理佈置掌子面,協調並改善回車和錯車場地,改善挖運設備的配合等,都將有利於提高挖掘機械的實際生產率。

②機械需要量N計算:

Q——由工程總進度決定的月開挖強度， m3/月;

M——單機月工作臺班數;

P——單機臺班生產率， m3/臺班．

2、運輸機械

(1) 循環式運輸機械數量 n 的確定

QT ——運輸強度(一晝夜或一班運載的總方量)；

q ——運輸機械裝載的有效方量；

T1—— 一晝夜或一班的時間,min;

T2——一晝夜或一班內運輸工具的非工作時間,min;

t ——運輸工具週轉一次的循環時間,min。對於工地常用的汽

車、拖拉機,t值為：

t1——裝車時間,min; t2——卸車時間,min;

L——運距,km; V——平均行駛速度 ,km/h。

則設晝夜或每班運輸循環次數m=（T1--T2）/t，生產能力PT為：

(2) 連續帶式運輸機

帶式運輸機的生產率,取決於帶寬、帶速及帶上物料的裝滿程度。帶的裝滿程度與帶的形狀、所裝物料性質和運輸機械佈置的傾角有關。若以實方計,帶式運輸機的實際小時生產率PT(m3/h)可按下式計算 :

K——帶形係數;對於平面帶,K=200;對於槽形帶,K=400；

B ——帶寬,m;

v——帶的運行速度,m/s, 通常可取1-2m/s；

KB——時間利用係數,可取0.75-0.85；

KH——充盈係數,與裝料特性和運載情況有關;砂土取0.85,

粘土取0.77,岩石取0.70；

Kd——土石粒徑係數；

Ka——傾角影響係數。

K‘P——土的鬆散影響係數。

四、挖運強度和挖運機械數量的確定

1、挖運強度的確定

土石壩施工的挖運強度取決於土石壩的上壩強度,

在施工組織設計中,一般根據施工進度計劃各個階段要求

完成的壩體方量來確定上壩和挖運強度。合理的施工組

織管理應有利於實現均衡生產,避免生產大起大落,使人

力、機械設備不能充分利用,造成不必要的浪費。

上壩強度又取決於施工中的氣象水文條件、施工導

流方式、施工分期、工作面的大小、勞動力、機械設

上壩強度通常為1-3 萬m3,高的達 10萬m3左右。

（1）上壩強度QD( m3/d) 按下式計算 :

V′—分期完成的壩體設計方量,以壓實方計 ;

Ka—壩體沉陷影響係數,可取1.03-1.05;

K—施工不均衡係數,可取1.2-1.35;

K1—壩面作業土料損失係數,可取0.9-0.95;

T—施工分期時段的有效工作日數，為該時段的總日數

扣除法定節假日和因雨停工日數。

(2) 運輸強度QT計算:

Kc——壓實影響係數,Kc=γ0/γT，γ0為壩體設計幹容

重,t/m3,γT為土料運輸的鬆散容重, t/m3。

K2——運輸損失係數,可取0.95-0.99, 因土料性質及運

輸方式而異。

(3) 開挖強度 Qc的計算：

KC′——壓實係數,為壩體設計幹容重γ0與料場土料天然

容重γc的比值;

K3 ——土料開挖損失係數,隨土料特性和開挖方式而異,一

般取幾 =0.92~0.97 。

2、挖運機械數量的確定

1）裝車斗數計算

水利工程施工中,採用正向鏟與自卸汽車配合是最普遍的挖運方案。挖掘機的鬥容量與自卸汽車的載重量為滿足工藝要求有個合理匹配關係,應通過計算,複核所選挖掘機的裝車斗數m（一般3～5）。

Q—自卸汽車的載重量,t；

q—選定挖掘機的鬥容量,m3；

γC—料場土的天然容重，t/m3 ；

KH—挖掘機的土鬥充盈係數;

KP′—土料的鬆散影響係數。

挖掘機裝一車所需斗數要適當：

①若m過大,說明所選挖掘機的鬥容量偏小,要求挖掘機的數量太多,汽車裝車時間過長,影響汽車運輸能力的發揮,相應也影響挖掘機作用的發揮,這時宜增大挖掘機的鬥容量;

②若m過小,說明汽車的載重量偏小,需要汽車的數量過多,由於換車頻繁,候車時間過長,既影響挖掘機也影響汽車運輸能力的發揮,這時應適當增大汽車的載重量。

2）挖掘機及汽車數量計算

通常應使一臺挖掘機所需的汽車數n所對應的生產能力略

大於此挖掘機的生產率,以充分發揮挖掘機的生產潛力。

Pa≥ Pc/n

Pa—— 一輛汽車的生產率 ,m3/h；

Pc—— 一臺挖掘機的生產率 ,m3/h 。

滿足高峰施工期上壩強度的挖掘機的數量應為 :

NC=QCmax/ Pc

滿足高峰施工期上壩強度的汽車總數應為 :

Na=QTmax/ Pa

Qcmax、 QTmax分別為高峰施工期開挖及運輸土料的最大小時強度(m3/h)。

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