土方路基施工机械配置合理性分析

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【摘 要】为了减轻劳动强度和提高劳动生产率、保证工程质量，土方路基施工的挖、装、运、拌和、摊铺、碾压等作业均采用机械化施工。路基按横断面全宽采用水平分层摊铺、分层碾压，逐层向上填筑。本文着重介绍土方路基施工机械的选型、数量、配置。
【关键词】土方路基；机械；配置；合理
公路施工机械是现代公路建设中极其重要的关键设备。公路修筑等级的高低、质量的好坏，公路施工机械是重要的因素之一。随着公路建设事业的发展，施工机械在公路工程中的地位和作用显得更加重要了。尤其在高等级公路工程的施工中，机械化施工不但能保证路基的质量，更为路面的高质量做好铺垫。然而如何做到物尽其用，使机械在施工过程中提高生产率是本文的关键。
1.作业区段规划
路堤填筑施工按六区段、十流程组织施工。
公路延伸方向
图1.1路堤填筑区段
A段：检验区段，施工人员利用检验仪器设备，检测路堤的质量标准。检测的内容：路堤几何尺寸、压实程度和灰剂量。
B段：碾压区段，压实机械在对铺层进行反复碾压。C段：拌和区段，稳定土拌和机拌和两遍，再用平地机调路拱横坡2～4%。D段：布灰区段，在地面上打方格计算每车石灰的摊铺面积，在方格内均匀摊灰。E段：平整区段，整平机械（摊铺机粗平，平地机精平）在按设计要求的断面形状和宽度进行平整。F段：布土区段，选定的自卸车往这段堆送路堤填筑材料。
从以上描述可知，在同一时间内，担负不同作业工序内容的机械设备分别在各自的段落之内，有条不紊地进行着规定的作业内容。当自卸车在F段填够了规定的土方量后，它们又到近邻的G段进行着同样的工作。此时G段成了布土区段，而F段、D段、C段和B段则分别成了平整区段、布灰区段、拌和区段、碾压区段和检验区段，如此延伸下去。这种施工法优点在于：保证了各类施工机械作业时互不干扰，避免等待，不会窝工。这样的规划法便于施工组织者及时尽快找出作业的“不平衡点”，从而调整机械配置。作业区段的长度根据公路施工实践经验定200m为一个标准区段，因为区段规划太长，机械调整不过来，特别是压实区段要求每层土的碾压时间不能超过一天。然而，规划的区段太小，也有一些不利影响。首先，规划长度小，会使执行填筑任务的机械在此区段工作时容易发生互相干扰；再则是对压路机的作业效率会产生不利影响。因为压路机在道路施工中的碾压过程是一个往复过程，每到行程的终点都要进行“挪道操作”，行程太短，挪道操作所占时间的比例明显增多，因而降低了压路机的生产率。
2.施工机械选择
在进行施工机械选型时，必须遵循：a.机械的可行性；b.有较高的生产率；c.作业质量能得到保证；d.使单位工程造价最低。然而机械的选型和配备方案，通常是与施工工艺方案密切相关的。
2.1挖掘机
挖掘机是土石方工程施工的主要机械，本项目用于取土场开挖，配合自卸汽车运输。据统计，工程施工中约60%以上的土石方工程是挖掘机完成的。挖掘机的作业特点是效率高、产量大、但机动性能较差。因此选用大型挖掘机施工时要考虑地形条件、工程量的大小以及运输条件等。挖掘机的作业装置类型有正铲、拉铲、反铲、抓铲四种。根据现场实际情况，本项目选择液压式反铲挖掘机。
2.2推土机
用于初平、修筑便道和翻晒土。推土机有履带式和轮胎式。按其铲刀安装形式的不同可分为固定式和回转式两种；按其操纵形式的不同，可分为钢索操纵式和液压操纵式两种类型。联系实际，本项目采用液压操纵履带式推土机。
2.3平地机
用于精平，一般用在布灰前和碾压前。平地机有拖式和自行式两种。自行式平地机按操纵的不同，可分为机械操纵式和液压操纵式两种。按轮子数的不同，又可分为四轮式和六轮式两种。考虑到六轮平地机稳定性强、功能好、旋转半径小、不容易损坏；机械操纵式价格相对比较便宜，又能符合施工需要。本项目采用六轮机械操纵式平地机。
2.4稳定土拌和机
用于灰土的最后粉碎。可分为履带式和轮胎式两种。按工作装置在拌和机上的位置可分为前置式、后置式和中置式三种。按转子的旋转方向可分为正转和反转两种。根据实际情况，本项目采用后置、反转、轮胎式稳定土拌和机。
2.5压路机
在进行压实作业之前，必须选择适当的压实机械。压实机械选择的主要依据是：被压材料的种类、性质、颗粒组成、含水量和施工试验所确定的铺层厚度，还有施工条件、工程进度以及所要求的压实度和各种压实机械的技术性能。本项目根据具体土质情况采用18t振动压路机，18～21t、21～25t光轮压路机。
3.施工机械的数量
3.1土方机械机群规模
机群规模大小不当，对施工企业都是不利的。规模大于实际需要，则会加大施工单位的机械设备投资，同时给机械的保管和管理额外增加负担；规模小于实际需要，则不能如期完成担负的施工任务，或者为了赶工期，不得不让机械每日超时运转，甚至安排突击加班，这又会给机械的正常维修保养和机械设备的操作人员的正常劳动秩序和精力带来诸多不良影响。合理确定土方机械机群规模，能使施工企业如期完成合同任务、保持生产活动的有序性，而又不会额外加大设备投资费用。机群的合理规模由两方面的因素决定：工程量和工期要求、机群的台班产量。
3.2土方机械作业能力计算
土方机械小时作业方量可按公式（3-1）计算
Q=qNE=qE60/t （3-1）
式中：Q—土方机械小时作业方量（m3/h）
q—土方机械一个工程循环作业作业方量（m3/次）
N—每小时的工作循环次数（次/h）
t—完成一个工作循环所需的时间（min）
E—作业效率
3.3土方机械所需台数
所需土方的台数n，由任务平衡方程式得出。所谓任务平衡方程式是指机械在规定的施工期限内所能完成的作业量应与工程总量平衡，用简单的数学方程式（3-2）表达。
W=8QDn （3-2）
式中：W—工程项目总方量（m3），应折算成松方量
Q—机械的小时作业方量（m3/h）
D—合同期限内实际可施工天数（d）
n—所需土方机械台数（台），由平衡方程式导出：
n=W/8QD（台） （3-3）
3.4自卸车需要量
按保证挖掘机不停歇地连续装车，来计算自卸汽车的需要量。用公式（3-4）计算。
N=T/t1 （3-4）
式中：T—自卸汽车送一次土的平均循环时间
t1—装车时间
4.施工机械的配置
使用配套施工机械，可极大地减轻劳动强度和提高劳动生产率，保证工程质量。合理运用施工机械是提高机械化水平的主要手段。
完成某一项目或工序，往往一种机械难以胜任，必须两种或两种以上的机械配合作业才行，施工机械化中，配套的合理性，像机械的选型那样重要，是施工有序进行的条件，也是提高机械化水平的关键因素。公路施工机械化有关机械配套问题在道路施工的各个阶段都是至关重要的。机械配套的方法也随各阶段施工要求侧重点的不同而不同：a.流水作业中，机械配套时应保持各机械作业能力平衡。作业能力，犹如一只水桶的容水能力，总是服从最弱者。因此，在进行机械配套组合时，力求做到套中各类机械作业能力的平衡，是完全必要的。b.在组织机械化施工时，要注意分成几个系列的机械组合，同时并列施工，这样可以减少当组合中某一台机械发生故障时造成全面停工现象；另外，在组合机械时，力求选用统一的机型，以便维修和管理。
5.施工机械配置合理性的分析
现以项目某一区段作为分析对象，其平均运距为2.2km。机械配置如下：a.一台CATE330B挖掘机在六号取土场为8t、10t自卸车车队装土；b.自卸车卸完十车土后，由一台T220推土机将土堆推平；c.用一台铧犁翻松；d.用一台旋耕机打两三遍；e.用一台PY180平地机按松铺厚度为30cm将路基整平，并调出2%～4%的路供横坡；f.用一台18t YZ18振动压路机（不开振动）稳压一边；g.小型拖拉机运灰，由人工布灰；h.用一台WB23稳定土拌和机拌和一遍；i. 用一台PY180平地机将路基整平，并调出2%～4%的路供横坡；j.用一台18t振动压路机静压一边（速度为3km/h将路基整平，重叠1/3轮宽），轻振一遍；k.用一台21～25t3Y21/25光轮压路机碾压三遍（速度为2km/h，重叠1/2轮宽）；l.取样检验。按此方案进行现场施工。当汽车台数为12台时，系统的单位施工费用较低；此时该工序的压实机械达到满负荷，成为控制施工进度的关键工序。挖掘机与汽车配合没有达到最佳，汽车太忙，挖掘机过于空闲。当汽车数为16台时，挖掘机与汽车的配合数达到最合理。但此时系统的单位施工费用却高了很多。这是由于主要压实工序的机械作业能力已落后于汽车运输能力，造成汽车数量增加而总工时却几乎未减小。所以，系统方案还需要进一步的改进。在主要压实工序作业中，压实规范要求以2～4km/h的速度，大振幅碾压。为提高工序作业能力，可将碾压速度从原来的2km/h提高到3km/h。同时，稳压作业，由原来静压一遍、轻压一遍改为静压一遍、轻振一遍然后再强振一遍。这样调整后，可进一步提高路基压实度。旋耕机多打几遍有效减小土块的粒径，然后相应提高拌和速度。此外，对推土机和平地机也可作适当的调整，以增强作业后的平整度。按调整后的作业参数再进行施工。 经过对比分析，发现第二次方案比第一次方案好得多，其工时最短。此时，挖掘机与汽车配合达到最佳。汽车运输能力与压实能力正好相协调。因此，调整后的方案，在车辆数为18辆时施工系统的机械配套以及作业参数匹配为最佳，该施工系统经济性也最好。
总结：
目前施工生产中，机械化施工的管理还是个薄弱环节。部分企业由于机械组织不当而造成亏损。随着科技的发展，工程质量、工期、造价都离不开施工机械的使用。施工中机械的合理配置会显得尤为重要。
参考文献：
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