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水利水電工程主體工程施工

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土石方開挖工程

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掌握土方開挖技術

土的種類繁多，其分類方法也很多。廣義的土包含巖石和一般意義的土。按土的基本物質組成分類有：巖石、碎石土、砂土、黏性土和人工填土。其中，巖石按照堅固程度可分硬質、軟質；按照風化程度可分為微風化、中風化、強風化、全風化、殘積土。碎石土又有漂石、塊石、卵石、碎石、圓礫、角礫。砂土可分為礫砂、粗砂、中砂、細砂和粉砂；按照其密實程度又有密實、中密、稍密和松散的砂土。黏性土也可分為黏土和粉質黏土兩類；并根據其狀態分為堅硬、硬塑、可塑、軟塑和流塑等黏性土。

一、土的工程分類

水利水電工程施工中常用土的工程分類，依開挖方法、開挖難易程度等，土分

類。開挖方法上，用鐵鍬或略加腳踩開挖的土為

I類；用鐵鍬，且需用腳踩開挖的土為II類；用鎬、三齒耙開挖或用鍬需用力加腳踩開挖的土為III類；用鎬、三齒耙等開挖的土為IV類。見表

2F313011。

二、開挖方式

開挖方式包括自上而下開挖、上下結合開挖、先河槽后岸坡開挖和分期分段開挖等。

三、開挖方法

土方開挖的方法主要有機械開挖、人工開挖等。

（一）機械開挖

機械開挖施工常用的機械有挖掘機、推土機、鏟運機和裝載機等。

．挖掘機

（1）單斗挖掘機三單斗挖掘機由工作裝置、行駛裝置和動力裝置組成。按工作裝置不同有正鏟、反鏟、索鏟和抓鏟等。行駛裝置有履帶式、輪胎式兩種。動力裝置可分為：內燃機拖動、電力拖動和復合拖動等。按操縱方式不同，單斗挖掘機可分為機械式（鋼索）和液壓操縱兩種。

1）正鏟挖掘機。正鏟挖掘機是土方開挖中常用的一種機械。它具有穩定性好、挖掘力大、查產率高等優點。適用于I一IV

類土及爆破石渣的挖掘。

正鏟挖掘機的挖土特點是：向前向上，強切土，主要挖掘停機面以上的掌子。按其與輸工具相對停留位置的不同，有側向開挖和正向開挖兩種方式（圖

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一

1)，采用側開挖時，挖掘機回轉角度小，生產效率高。

2）反鏟挖掘機。反鏟挖掘機是正鏟挖掘的一種換用裝置，一般斗容量較正鏟小，工循環時間比正鏟長

8％一

％。其穩定性及搶掘力均比正鏟小，適用于I一III類土。反鏟挖土特點是：向后向下，強制切土。主要挖翻停機面以下的掌子，多用于開挖深度不大的基槽和水下石渣。其開挖方式分溝端開挖和溝側開挖兩種，見圖

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一

2。

3）索鏟挖掘機。索鏟挖掘機適宜于開挖停機面以下的掌子，其斗容量較大，多用于開挖深度較大的基槽，溝渠和水下土石。

4）抓鏟挖掘機。抓鏟挖掘機可以挖掘停機面以上及以下的掌子。水利水電工程中常用于開挖土質比較松軟（I一II類土）、施工面狹窄而深的集水井、深井及挖掘探水中的物料，其挖掘深度可達

30m

以上。

（2）多斗挖掘機

多斗挖掘機是一種連續工作的挖掘機械，從構造上可以分為鏈斗式和斗輪式兩種。

．推土機

推土機是一種在拖拉機上安裝有推土工作裝置（推土鏟）的常用的土方工程機械。它可以獨立完成推土、運土及卸土三種作業。在水利水電工程中，它主要用于平整場地，開挖基坑，推平填方及壓實，堆積土石料及回填溝槽等作業，宜用于

100m

以內運距、I一

III

類土的挖運，但挖深不宜大于

.5

一

.0m，填高不宜大于

一

3m。

（1）推土機按行走裝置不同有履帶式和輪胎式兩類，履帶式在工程中應用更為廣泛。按傳動方式不同有機械式、液力機械式和液壓式三種。新型的大功率推土機多采用后兩種方式。按推土鏟安裝方式又可分為回轉式、固定式兩種。固定式推土鏟僅能升降，而回轉式推土鏟不僅能升降，還可以在三個方向調整一定的角度。固定式結構簡單，使用廣泛。

（2）推土機開行方式基本是穿梭式的。為了提高推土機的生產效率，應力求減少推土器兩側散失土料，一般可采用槽形開挖，分段鏟土、集中推運，多機并列推土及下坡推土等方法

．鏟運機

鏟運機是一種能綜合完成鏟土、裝土、運土、卸土并能控制填土厚度等工序的土方工程機械。其斗容量從幾立方米到幾十立方米，適用于I一III級土，經濟運距為

一

500m

之間的鏟運作業。水利工程中多用于平整場地、開采土料、修筑渠道和路基等。當對堅土進行鏟運遇到困難時，應先用松土器對土壤耙松后再鏟運，當土中含有大塊石或樹根，以及沼澤地區均不宜使用鏟運機。鏟運機按操縱方式分為液壓式和機械式兩類；按牽引方式可分為拖式和自行式兩類，按卸土方式可分為強制式、半強制式和自由式卸土三類。

．裝載機

裝載機是裝載松散物料的工程機械。它不僅可以對堆積的松散物料進行裝、運、卸作業和短距離的運土。也可對巖石、硬土進行輕度挖掘和推土作業，還可以進行清理，刮平場地，起重、牽引等作業。配備相應的工作裝置后又可完成松土，進行圓木、管狀物料的挾持和裝卸工作。工作效率高，用途廣泛。裝載機按行走裝置分為輪式和履帶式兩種。我國輪式裝載機發展很快，應用廣泛。按卸載方式可分為前卸式、后卸式、側卸式和回轉式四種，前卸式結構簡單，應用最廣。按額定載重量可分為小型（1t）、輕型（1

一

3t）、中型（4

—8t）、重型（10t）四種。

（二）人工開挖

在不具備采用機械開挖的條件下或在機械設備不足的情況下，一般采用人工開挖。

處于河床或地下水位以下的建筑物基礎開挖，應特別注意做好排水工作。在安排施工程序時，應先挖出排水溝，然后再分層下挖。臨近設計高程時，應留出

0.2~0.3m的保護層暫不開挖，待上部結構施工時，再予以挖除。對于呈線狀布置的工程（如溢洪道、渠道）宜采用分段施工的平行流水作業組織方式進行開挖。分段的長度可按一個工作小組在一個工作班內能完成的挖方量來考慮。

當開挖堅實黏性土和凍土時，采用爆破松土與人工、推土機、裝載機等開挖方式配洽，可顯著提高開挖效率。

四、土方開挖的一般技術要求

．合理布置開挖工作面和出土路線。確定開挖分層、分段，以便充分發揮人力、設備的生產能力，使開挖效率達到最優。

．合理選擇和布置出土地點和棄土地點。做好挖填方平衡，使得開挖出來的土方盡歇來作為填方土料。

．開挖邊坡，要防止塌滑，保證開挖安全。

．地下水位以下土方的開挖，應根據施工方法的要求，切實做好排水工作。

五、渠道開挖

渠道開挖的施工方法有人工開挖、機械開挖等。選擇開挖方法取決于技術條件、土壤種類、渠道縱橫斷面尺寸、地下水位等因素。渠道開挖的土方多堆在渠道兩側用做渠堤。

（一）人工開挖

在干地上開挖渠道應自中心向外，分層下挖，邊坡處可按邊坡比挖成臺階狀，待挖至設計深度時，再進行削坡。必須棄土時，做到近挖遠倒，遠挖近倒，先平后高。受地下水影響的渠道應設排水溝，開挖方式有一次到底法和分層下挖法（圖

2F313011-3）。

（二）機械開挖

機械開挖主要有推土機開挖和鏟運機開挖。

推土機開挖渠道：采用推土機開挖渠道，其開挖深度不宜超過

.5

一

.0m，填筑堤頂高度不宜超過

一

3m，其坡度不宜陡于

1：2

。施工中，推土機還可平整渠底，清除植土層，修整邊坡，壓實渠堤等。

鏟運機開挖渠道：半挖半填渠道或全挖方渠道就近棄土時，采用鏟運機開挖最為有利。需要在縱向調配土方渠道，如運距不遠也可用鏟運機開挖。鏟運機開挖渠道的開行方式有：環形開行和，“

”字形開行（圖2F313011

一

4）。當渠道開挖寬度大于鏟土長度，而填土或棄土寬度又大于卸土長度，可采用橫向環形開行。反之，則采用縱向環形開行，鏟土和填土位置可逐漸錯動，以完成所需斷面。當工作前線較長，填挖高差較大時，則應采用“8

”字形開行。遇到巖石渠段時，施工作業可采用鉆孔爆破配合挖掘機、裝載機及自卸汽車進行。