第四章水利工程施工机械第一节土方机械一、土方机械概论土方工程施工过程中，一般包括以下几种作业：土方准备和辅助作业；土方开挖和装卸；土方运输；土方铺填和压实；土方建筑物整修工作。按照机械完成的主要作业性质，土方机械类型可以分为：挖运机械，如推土机、铲运机以及作为辅助设备松土机等；挖掘机械，如单斗挖掘机和多斗挖掘机等；水下挖掘机械，如吸泥船等；压实机械，如碾压机、夯实机和振动压实机等。二、单斗挖掘机挖掘和装载土石的一种主要施工机械，用一个刚性或挠性连接的铲斗，以间歇重复的循环进行周期作业的自行式土石方机械。具有挖掘能力强、构造通用性好、能适应不同作业要求特点。（一）单斗挖掘机的分类：按工作装置划分1.按工作装置划分（1）正铲挖掘机。铲斗向上，主要挖掘停机面以上的物料，其挖掘能力较大。（2）反铲挖掘机。一般用于挖掘停机面以下的物料。（3）拉铲挖掘机。适宜挖掘停机面以下的物料，特别适合水下作业。受铲斗自重限制，只能挖掘～级土壤及砂砾料。（4）抓斗挖掘机。可在提升高度及挖掘深度范围内挖掘停机面以上及以下的物料。适宜挖掘边坡陡直的基坑和深井，其挖掘能力也受抓斗自重限制（限于重力抓斗），一般用来挖掘土料、砂砾和松散物（5）单斗挖掘机的其他工作装置。机械传动的单斗挖掘机，利用钢丝绳装置，将铲斗换上其他工作装置，即可进行下列作业：1）吊钩，用来进行装卸、安装等作业。2）桩锤，用以进行打桩，成为打桩机。3）夯板，用以进行夯实土壤，也称为夯土机。4）电磁吸盘装置，用来吊运具有导磁性的黑色金属材料及其制品，如钢板、钢管及各种型钢等。2.按传动方式分类：机械传动、液压传动和混合传动三种。3.按用途分类（1）建筑型挖掘机。用于水利、建筑、道路等工程施工，铲斗容量一般在2m以下，且有多种换用装置。如正铲、反铲、拉铲、起重吊钩、抓斗等，也称为通用型挖掘机。（2）专用型挖掘机。采矿型挖掘机用于采掘爆破后矿石和岩石。目前，各水利水电工地普遍采用4m的采矿型挖掘机开挖基坑和采集石料。剥离型挖掘机用于露天矿表层剥离和砂砾料开采、开挖河道以及大型土坝填筑等，铲斗容量4～25m4.按工作质量分类：微型、小型、中型、大型和特大型。5.按其他方式分类按行走装置：履带式、轮胎式、步行式、浮动式、铁道式。按动力装置：有内燃机驱动、电力驱动、复合驱动。（二）单斗挖掘机的基本结构由工作装置（正铲装置是机械传动挖掘机的基本工作装置）、回转平台（上部基架）、行走装置（下部基架）三大部分组成。（三）机械常见型号主要参数：工作质量、标准铲斗容量和发动机额定功率。挖掘机的型号一般由字母和数字组成：（1）“W”表示挖掘机；用“Y”表示液压挖掘机，用“D”表示电动挖掘机。进口和合资生产的挖掘机用字母“L”表示“加长型履带”；“LC”表示采用加宽加长履带，目的是加大履带与地面的接触面积，一般用于施工地面松软的工况；“H”表示重载型。（2）主参数代号：用数字表示工作质量，单位为t。（3）变型更新代号：按变形更新的顺序用大写的汉语拼音字母A、B、C、D等表示。（4）我国过去一直沿用以斗容量为第一主参数，如WY250表示斗容为2.5m的液压型挖掘机。越来越多国家使用整机重量作为挖掘机分级和型号编制标准。SY220C：表示整机质量为22t第三次改进的三一牌挖掘机。三、推土机以拖拉机或专用牵引车为主机，利用前端推土板（通称铲刀），主要进行短距离的推运土方、石渣等作业。（1）行走方式：履带式推土机、轮胎式推土机。（2）传动方式：机械式、液力机械式、全液压式三种。（5）功率等级：小型、中型、大型推土机。1）履带推土机：是基础工程施工的主要机械，在施工机械比重中占1/3以上。其机动性能大，动作灵活，能在较小的工作面上工作，接地比压较低，适宜于普通土壤、石渣、砂砾及松软潮湿场地作业。如将履带板加宽，则能在湿地和沼泽地带作业，不易陷机。缺点是履带容易磨损，行动时易破坏地面。2）轮胎推土机：采用轮胎为行走机构，行驶速度比履带推土机快，机动性能好，且对路面无损坏，并可作为平板拖车的牵引车。但由于轮胎接地比压大，附着牵引性能比履带推土机差，所以在泥泞、松软场地作业时易打滑、陷机。（二）工作循环：铲土、运土、卸土和空回四道工序组成。（三）主要型号：以发动机的功率为主要参数表示的。“T”表示推土机；“Y”表示液压传动；“L”表示轮胎式。TY180：液压操纵推土机，功率180马力（1hp=0.735kW）。四、装载机是一种以铲装和短距离转运松散料为主的机械。可配有多种工作装置，可铲取散粒物料，装车或自行装运，还能进行硬土等轻度铲挖作业、平整场地、牵引车辆、起重、抓举等作业。（一）装载机的分类（1）按工作装置的作业形式不同：单斗式、挖掘装载式和多斗式三种，通常我们所称的装载机多指（2）按卸载形式的不同：前卸式、侧卸式和回转式三种。（4）接铲斗的额定载重量不同：小型、轻型、中型、重型。（6）按行走装置的不同：分为轮胎式和履带式。轮胎式装载机：最显著优点是行驶速度快，机动性能好，转移工作场地方便，缺点在潮湿地面作业易于打滑，轮胎磨损较快。履带式装载机：履带有良好的附着性能，挖掘能力强；最大缺点就是行驶速度慢，转移场地不方便，故实际使用较少。（二）装载机的基本结构1.轮胎式装载机的基本结构：由工作装置、传动装置、转向系统、制动系统、液压系统、行走装置、车架和动力装置等组成。（三）主要型号参数：发动机功率、斗容、额定载重量、牵引力、最大爬坡度。1.一般用“Z”表示装载机；“L”表示轮胎式；，“C”表示履带式；“S”表示滑移转向轮式。ZL50：表示为轮胎式装载机额定载重量为5t。2.国际上用数字形式“9”表示装载机，中间数字1、2、3、4、5代表额定载重量，最后数字代表第几代产品，字母表示厂家。XG910：厦门厦工机械股份有限公司额定载重量为1t的装载机第一代产品。五、铲运机利用装在轮轴之间的铲运斗，在行驶中顺序进行铲削、装载、运输和铺卸土作业的铲土运输机械。它适用于级以下土壤的铲运，要求作业地区的土壤不含树根、大石块和过多的杂草。如用于IV级以上土壤或冻土时，必须事先预松土壤。（一）铲运机的分类（1）按行走方式：拖式和自行式两种。（3）按卸土方式：强制式、半强制式和自由式三种。（5）按铲斗容量：小、中（6～15m）、大三种。斗容量是按堆装几何容量计量。六、平地机：以刮刀为主，配以其他多种可换作业装置，进行土地平整和整形作业的土方工程施工机械。在水利水电工程中，可用于修筑道路、渠道及平整场地和土坝施工中的平土作业。1.自行式平地机根据轮胎数目可分为四轮、六轮两种；根据车轮的转向情况可分为前轮转向、后轮转向和全轮转向；根据车轮驱动情况有后轮驱动和全轮驱动。表示方法是：转向轮对数驱动轮对数车轮总对数，共有五种型式，即112；123；22123：表示转向轮对数1，驱动轮对数2，车轮总对数3。驱动轮越多，在工作中所产生的附着力越大。转向轮数越多，机械的转弯半径越小，因此333型性能最好。 2.按铲刀长度和发动机功率大小不同：轻型、中型和大型。 挖掘机按工作质量分类：微型、小型、中型、大型和特大型。 推土机功率等级：小型、中型、大型推土机。 装载机按铲斗的额定载重量不同：小型、轻型、中型、重型。 铲运机铲斗容量：小、中（6～15m ）、大三种。平地机铲刀长度和发动机功率：轻型、中型和大型。 七、压实机械 主要用于对土石坝、河堤、围堰、建筑物基础和路基的土壤、堆石、砂砾石、石渣等进行压实，以 提高建筑物的强度、不透水性和稳定性，防止因受雨水风雪侵蚀引起软化和膨胀，产生沉陷破坏。 （一）压实机械的分类 1.按照压实力原理分类 （1）静作用碾压机械。碾轮沿被压实材料表面往复滚动，靠碾压机械自重产生的静压力作用，使被 压层产生永久变形达到压实。 （2）振动碾压机械。碾轮沿被压实材料表面既作往复滚动，又以一定频率、振幅振动，被压层同时 受到碾轮的静压力和振动力。 （3）振荡碾压机械。碾轮在被压实材料表面既作往复滚动，又以一定的振荡力作用于被压层，在振 荡轮自重及交变力矩作用下，产生并加速振荡碾轮下被压材料的交变剪切，压实效果更好。 （4）组合式碾压机械。通过串联式、铰接式或三轴式结构将轮胎碾和振动碾或振荡碾等优点相组合 在一起的碾压机械。 （5）夯实机械。分为振动夯实机械和夯实机械两类。 夯实机械利用重物自一定高度落下，冲击被压层使其在冲击能量的作用下而达到压实。振动夯实除 冲击夯实力之外，还有一个附加的振动力同时作用于被压层。 上述各类压实机械中，夯实机械虽压实深度较大，压实效果好，但因生产率低，施工成本高，仅作 为小型机具用于狭窄作业区或作为大型压实机械的辅助压实。 4.按照驱动方式分类 后轮驱动时，前轮是被动轮，在它的滚动前部产生弓形土坡，后部产生尾坡，为了克服以上缺点， 采用全轮驱动。 全轮驱动压路机不但相当于两遍单轮驱动的效果，而且改善了碾的爬坡能力和通过性能，并在压实 中增大了沥青铺层或干硬性混凝土铺层的稳定性。 （二）压实机械的应用条件 1.静作用碾压机械 （1）光轮压路机。依靠滚轮的静压力来压实土壤；由于土壤存在内摩擦力，因此静作用的压实作用 和压实深度都受到限制，且压实不均匀。它不适用于水工建筑物（如干硬性混凝土坝、土坝、河堤、围 堰的碾压），主要用于筑路工程。 平碾由于结构简单，便于制造，一般还用来压实干容重设计要求较低的黏性土，高含水量黏土、砂 砾料、风化料、冲积砾质土等。 （2）羊脚压路机（羊角碾）。适用于黏性土壤和碎石、砾石土壤的压实。由于滚轮上突出部分与土 壤接触时，单位压力较大，且具有很大的剪切土壤力，能不断翻松表层土，使黏土内的气泡或水泡受到 破坏，增大土壤的密实度，有很好的压实效果。 尤其在黏土成分超过50%的场合，它将成为较有效的压实机械，因此广泛地用于黏性土料的分层碾压。 当对碎石、砾石土壤压实时，能挤碎石块，将细小颗粒充填到大块的碎石和砾石之间，使之得到更密实 的结构。 羊角碾对于非黏性土料和高含水量黏土的压实效果不好。 （3）轮胎压路机（简称为轮胎碾）。轮胎碾除了沥青铺装层的整平作用外，几乎可适用于所有的压 实工作，使用范围广。轮胎碾的接触压力主要取决于轮胎内的充气压力。 在轮胎碾碾压时，因轮胎具有弹性，与被压材料同时变形，使土壤受到全应力的作用维持一定时间。 对于土壤，尤其是黏结性土壤，密实过程需要一定时间，轮胎碾全应力作用时间长，有较好的压实效果。 适用于压实黏结性土壤和非黏结性土壤，如壤土、砂壤土、砂土、砂砾料等。

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