土石方工程施工机械的合理选择

□王泽民(河南省水利第一工程局)

一、引言

土石方工程是机械化程度较高的工程项目，需要采用相应的施工机械去完成，或按施工工序连续作业，或若干种、若干台施工机械联合作业。土石方工程许多时候是以选择施工机械为主来确定施工方法，并且施工机械成本在项目施工成本中占了很大的比重，所以施工机械的选择往往成为施工中的主要问题。选择的合理与否直接影响工程质量和工期要求。针对土石方工程的不同需要选用合适的机械是个灵活多变的问题，要同时考虑各种复杂因素，进行科学分析和决策，把功能上的先进性和工程使用的合理性结合起来，把技术标准与经济方案统一起来，切实从实际出发，做好机械选择这一复杂而细致的工作。

二、合理选择施工机械的一般原则

（一）根据土石方机械用途和性能进行选择

严格按照土石方机械使用范围选择，所选土石方机械的性能应与其作业工况相适应，禁止长期低速、小负荷运转和长期超速、超负荷作业。对于以挖掘作业为主的工程应选用挖掘机；铲运土壤并平整的工程应根据作业场地的大小选择推土机或者铲运机；路基构筑的平整作业可以视情况选用平地机或者推土机。

（二）根据工程量进行选择

当工程量大而集中时，应优先选择大型、专用履带式机械；工程量小而分散时，应选择中小型和机动性好的轮式机械。空气稀薄的高原地区，即使工程量不是很大，也应选用配备增压柴油机为动力装置的施工机械。不同斗容的挖掘机适应的最小工程量范围见表1。

表1 挖掘机适应的最小工程量范围表

（三）根据施工条件进行选择

1.根据不同作业内容进行选择不同作业可根据表2所列的工程类别选择主要施工机械与设备。

表2 不同作业内容主要机械设备的选择表

2.运距和路况

运距的长短和道路条件是铲土运输机械选用的重要条件之一，见表3。

表3 施工机械经济运距表

3.土质

土壤的性质和状态直接影响施工机械作业的质量、功效及成本等，是选择机械的重要依据。土壤等级分为6类16个等级，一般三类Ⅳ级以下土壤可用机械直接开挖；四类Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ级要辅助爆破法才能开挖；而五类及六类则必须采用爆破法。根据土质工程特性进行施工机械的选择见表4。

表4 硬土开挖运输机械的选择表

4.其他因素（如气象条件等）的影响

久晴不下雨、土质干燥时可选择轮式施工机械进行作业；旷日持久下雨、土壤过分潮湿和作业场地及道路泥泞时，则选用履带式施工机械进行作业为宜。

三、施工机械的合理组合

（一）施工机械技术性能的合理组合

一是，主要机械与配套机械的组合：以主要机械为基准，其它配套机械要确保主要机械充分发挥效率为选配标准，配套机械的工作容量、生产率和数量应稍大一点。例如，自卸运输车的车厢容积应是挖掘机铲斗工作容量的3～5倍，但不要大于7～8倍；二是，主要机械与辅助机械的组合：辅助机械的生产率应略大一些，以便充分发挥主要机械的生产率；三是，牵引车与其他机具的组合：两者要互相适应，不能出现“大马拉小车或小马拉大车”现象，以便获得最佳的“联合作业”效益；四是，同一作业尽量使用同一型号的机械，便于管理和维修。

（二）施工机械类型与其数量的合理组合

1.施工机械类型及数量宜少不宜多

根据作业内容，尽可能地选用大工作容量、高作业效率的相同类型的施工机械或综合型设备。一般来说，组合的施工机械台数适当减少，有利于提高协同作业的效率；施工机械品种、规格单一时，便于施工过程中的调度、管理和维护。

2.并列组合

在可能的情况下适当注意组列中的薄弱(运行可靠性低)环节，实现局部的并列化。只依靠一套施工机械组合作业，当主要施工机械发生故障时，就会造成项目全线停工。若选用两套或多套施工机械并列作业，则可避免或减少全线停工现象的发生。

四、机械选择的经济评价

（一）综合评分法

当有多台同类机械设备可供选择时，可以考虑机械的技术特点，通过对某种特征分级打分的方法比较其优劣。在用综合评分法评比后，选择最高得分者用于施工。如有4台设备的技术性能均可满足某项目，在选择时考虑10个特性，根据每个特性的重要程度给予不同的权重。进行综合评分，结果见表5。

表5 综合加权评分表

（二）单位工程量成本比较法

机械设备使用的成本费用分为可变费用和固定费用，可变费用有操作人员工资、燃料动力费、小修理费、直接材料费等；固定费用有折旧费、大修理费、机械管理费等。有多台机械可供选用时，优先选择单位工程量成本较低的机械。

单位工程量成本的计算公式：C=（R+PX）/QX

式中C为单位工程量成本；R为一定期间固定费用；P为单位时间变动成本；Q为单位作业时间产量；X为实际作业时间（机械使用时间）。

如挖掘机A和B均能满足项目需要，A机的月固定费7000元，每小时操作费30.8元，每小时产量45m3；B机的固定费8400元，每小时操作费28元，每小时产量50 m3。预计每月使用时间均为130h，采用单位工程量成本比较法选择挖掘机：分别计算A、B两机的单位工程量成本：

A 机：（7000+30.8×130）元/（130×45）m3=1.88 元/m3

B 机：（8400+28×130）元/（130×50）m3=1.85 元/m3

根据计算结果，选择挖土机B。

（三）界限使用时间比较法

由方法2的计算公式可知单位工程量成本C是机械作业时间X的函数。界限使用时间（X0）是指两台机械的单位工程量成本相同时的时间。当A，B两台机械的单位工程量成本相同，即CA=CB时，则：

界限使用时间=（RbQa-RaQb）/（PaQb-PbQa）

当A，B两台机械作业时间产量相同，即Qa=Qb时，则：X0=（Rb-Ra）/（Pa-Pb）

由图1（a）可以看出，当Qa=Qb时，应按总费用多少选择机械。由于项目已定，两台机械需要的使用时间X是相同的，即：Xa=Xb

当X＜X0时，选择B机械；当X＞X0时，选择A机械。

由图1（b）可以看出，当Qa≠Qb时，两台机械的需要使用时间不同，Xa≠Xb。在二者都能满足项目施工进度要求的条件下，需要使用时间X应根据单位工程量成本低者选择机械。当X＜X0时，选择B机械；当X＞X0时，选择A机械。

4、机械组合的经济评价

评价组合方案优劣的指标有：单位产品成本、劳动消耗量和施工持续时间（工期）等。如以单位产品成本为经济评价指标，则单位产品成本最低者为优。

图1 界限使用时间比较法图

公式表示为：MinCj=ΣEi/ΣPi+Fj/Qj

式中：Cj为组合J的单位产品机械化施工成本；ΣEi为参加施工过程的各种机械的台班成本之和；ΣPi为各种机械台班生产率之和；Fj为为完成机械化施工的准备费用；Qj为施工过程的工程量。

五 、结语

由于影响土石方工程机械化施工的因素很多且很复杂，除了上述因素外，还要考虑燃料供应、机械安全性、通用性和专用性、机械维修与管理、机械的调迁与转场等。对于水利水电工程来说，机械费用一般占直接工程成本的20%～35%。土石方工程施工机械选择应以追求利润最大化为目的：即最大限度地发挥工程机械的生产效率，提高工程质量，降低生产成本，创造良好的社会和经济效益。