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水利水电工程主体工程施工
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土石方开挖工程
2F313011
掌握土方开挖技术
土的种类繁多，其分类方法也很多。广义的土包含岩石和一般意义的土。按土的基本物质组成分类有：岩石、碎石土、砂土、黏性土和人工填土。其中，岩石按照坚固程度可分硬质、软质；按照风化程度可分为微风化、中风化、强风化、全风化、残积土。碎石土又有漂石、块石、卵石、碎石、圆砾、角砾。砂土可分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂；按照其密实程度又有密实、中密、稍密和松散的砂土。黏性土也可分为黏土和粉质黏土两类；并根据其状态分为坚硬、硬塑、可塑、软塑和流塑等黏性土。
一、土的工程分类
水利水电工程施工中常用土的工程分类，依开挖方法、开挖难易程度等，土分
类。开挖方法上，用铁锹或略加脚踩开挖的土为
I类；用铁锹，且需用脚踩开挖的土为II类；用镐、三齿耙开挖或用锹需用力加脚踩开挖的土为III类；用镐、三齿耙等开挖的土为IV类。见表
2F313011。
二、开挖方式
开挖方式包括自上而下开挖、上下结合开挖、先河槽后岸坡开挖和分期分段开挖等。
三、开挖方法
土方开挖的方法主要有机械开挖、人工开挖等。
（一）机械开挖
机械开挖施工常用的机械有挖掘机、推土机、铲运机和装载机等。
．挖掘机
（1）单斗挖掘机三单斗挖掘机由工作装置、行驶装置和动力装置组成。按工作装置不同有正铲、反铲、索铲和抓铲等。行驶装置有履带式、轮胎式两种。动力装置可分为：内燃机拖动、电力拖动和复合拖动等。按操纵方式不同，单斗挖掘机可分为机械式（钢索）和液压操纵两种。
1）正铲挖掘机。正铲挖掘机是土方开挖中常用的一种机械。它具有稳定性好、挖掘力大、查产率高等优点。适用于I一IV
类土及爆破石渣的挖掘。
正铲挖掘机的挖土特点是：向前向上，强切土，主要挖掘停机面以上的掌子。按其与输工具相对停留位置的不同，有侧向开挖和正向开挖两种方式（图
2F313011
一
1)，采用侧开挖时，挖掘机回转角度小，生产效率高。
2）反铲挖掘机。反铲挖掘机是正铲挖掘的一种换用装置，一般斗容量较正铲小，工循环时间比正铲长
8％一
％。其稳定性及抢掘力均比正铲小，适用于I一III类土。反铲挖土特点是：向后向下，强制切土。主要挖翻停机面以下的掌子，多用于开挖深度不大的基槽和水下石渣。其开挖方式分沟端开挖和沟侧开挖两种，见图
2F313011
一
2。
3）索铲挖掘机。索铲挖掘机适宜于开挖停机面以下的掌子，其斗容量较大，多用于开挖深度较大的基槽，沟渠和水下土石。
4）抓铲挖掘机。抓铲挖掘机可以挖掘停机面以上及以下的掌子。水利水电工程中常用于开挖土质比较松软（I一II类土）、施工面狭窄而深的集水井、深井及挖掘探水中的物料，其挖掘深度可达
30m
以上。
（2）多斗挖掘机
多斗挖掘机是一种连续工作的挖掘机械，从构造上可以分为链斗式和斗轮式两种。
．推土机
推土机是一种在拖拉机上安装有推土工作装置（推土铲）的常用的土方工程机械。它可以独立完成推土、运土及卸土三种作业。在水利水电工程中，它主要用于平整场地，开挖基坑，推平填方及压实，堆积土石料及回填沟槽等作业，宜用于
100m
以内运距、I一
III
类土的挖运，但挖深不宜大于
.5
一
.0m，填高不宜大于
一
3m。
（1）推土机按行走装置不同有履带式和轮胎式两类，履带式在工程中应用更为广泛。按传动方式不同有机械式、液力机械式和液压式三种。新型的大功率推土机多采用后两种方式。按推土铲安装方式又可分为回转式、固定式两种。固定式推土铲仅能升降，而回转式推土铲不仅能升降，还可以在三个方向调整一定的角度。固定式结构简单，使用广泛。
（2）推土机开行方式基本是穿梭式的。为了提高推土机的生产效率，应力求减少推土器两侧散失土料，一般可采用槽形开挖，分段铲土、集中推运，多机并列推土及下坡推土等方法
．铲运机
铲运机是一种能综合完成铲土、装土、运土、卸土并能控制填土厚度等工序的土方工程机械。其斗容量从几立方米到几十立方米，适用于I一III级土，经济运距为
一
500m
之间的铲运作业。水利工程中多用于平整场地、开采土料、修筑渠道和路基等。当对坚土进行铲运遇到困难时，应先用松土器对土壤耙松后再铲运，当土中含有大块石或树根，以及沼泽地区均不宜使用铲运机。铲运机按操纵方式分为液压式和机械式两类；按牵引方式可分为拖式和自行式两类，按卸土方式可分为强制式、半强制式和自由式卸土三类。
．装载机
装载机是装载松散物料的工程机械。它不仅可以对堆积的松散物料进行装、运、卸作业和短距离的运土。也可对岩石、硬土进行轻度挖掘和推土作业，还可以进行清理，刮平场地，起重、牵引等作业。配备相应的工作装置后又可完成松土，进行圆木、管状物料的挟持和装卸工作。工作效率高，用途广泛。装载机按行走装置分为轮式和履带式两种。我国轮式装载机发展很快，应用广泛。按卸载方式可分为前卸式、后卸式、侧卸式和回转式四种，前卸式结构简单，应用最广。按额定载重量可分为小型（1t）、轻型（1
一
3t）、中型（4
—8t）、重型（10t）四种。
（二）人工开挖
在不具备采用机械开挖的条件下或在机械设备不足的情况下，一般采用人工开挖。
处于河床或地下水位以下的建筑物基础开挖，应特别注意做好排水工作。在安排施工程序时，应先挖出排水沟，然后再分层下挖。临近设计高程时，应留出
0.2~0.3m的保护层暂不开挖，待上部结构施工时，再予以挖除。对于呈线状布置的工程（如溢洪道、渠道）宜采用分段施工的平行流水作业组织方式进行开挖。分段的长度可按一个工作小组在一个工作班内能完成的挖方量来考虑。
当开挖坚实黏性土和冻土时，采用爆破松土与人工、推土机、装载机等开挖方式配洽，可显著提高开挖效率。
四、土方开挖的一般技术要求
．合理布置开挖工作面和出土路线。确定开挖分层、分段，以便充分发挥人力、设备的生产能力，使开挖效率达到最优。
．合理选择和布置出土地点和弃土地点。做好挖填方平衡，使得开挖出来的土方尽歇来作为填方土料。
．开挖边坡，要防止塌滑，保证开挖安全。
．地下水位以下土方的开挖，应根据施工方法的要求，切实做好排水工作。
五、渠道开挖
渠道开挖的施工方法有人工开挖、机械开挖等。选择开挖方法取决于技术条件、土壤种类、渠道纵横断面尺寸、地下水位等因素。渠道开挖的土方多堆在渠道两侧用做渠堤。
（一）人工开挖
在干地上开挖渠道应自中心向外，分层下挖，边坡处可按边坡比挖成台阶状，待挖至设计深度时，再进行削坡。必须弃土时，做到近挖远倒，远挖近倒，先平后高。受地下水影响的渠道应设排水沟，开挖方式有一次到底法和分层下挖法（图
2F313011-3）。
（二）机械开挖
机械开挖主要有推土机开挖和铲运机开挖。
推土机开挖渠道：采用推土机开挖渠道，其开挖深度不宜超过
.5
一
.0m，填筑堤顶高度不宜超过
一
3m，其坡度不宜陡于
1：2
。施工中，推土机还可平整渠底，清除植土层，修整边坡，压实渠堤等。
铲运机开挖渠道：半挖半填渠道或全挖方渠道就近弃土时，采用铲运机开挖最为有利。需要在纵向调配土方渠道，如运距不远也可用铲运机开挖。铲运机开挖渠道的开行方式有：环形开行和，“
”字形开行（图2F313011
一
4）。当渠道开挖宽度大于铲土长度，而填土或弃土宽度又大于卸土长度，可采用横向环形开行。反之，则采用纵向环形开行，铲土和填土位置可逐渐错动，以完成所需断面。当工作前线较长，填挖高差较大时，则应采用“8
”字形开行。遇到岩石渠段时，施工作业可采用钻孔爆破配合挖掘机、装载机及自卸汽车进行。
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