基于土方工程機(jī)械選擇對挖運(yùn)土方工程造價(jià)費(fèi)用的影響

陳強(qiáng)，呂凱旋，張宇軒

(安徽建筑大學(xué) 土木工程學(xué)院，安徽 合肥 230601)

在土方工程施工機(jī)械中，挖掘機(jī)配合自卸汽車和鏟運(yùn)機(jī)都是常用的施工機(jī)械.這是由于它們具有適應(yīng)能力強(qiáng)、運(yùn)載速度快、工作效率高等亮點(diǎn)[1].機(jī)械設(shè)備的選擇是土方工程施工的重要環(huán)節(jié)之一，運(yùn)距對施工機(jī)械的選擇至關(guān)重要，不僅關(guān)系到施工機(jī)械能否合理使用，能否充分發(fā)揮其最大工作效率，而且直接影響到工程成本、工程工期和工程質(zhì)量，所以，有必要對施工機(jī)械進(jìn)行全面比較分析，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理的目的[2][3][4].建筑項(xiàng)目造價(jià)中施工機(jī)械成本是重要的組成部分，所以為了控制造價(jià)要做好施工機(jī)械的成本控制.造價(jià)控制的重要舉措之一就是選擇合理的施工機(jī)械，在土方工程中這點(diǎn)顯得尤為突出[5].建筑工程項(xiàng)目施工機(jī)械成本是工程項(xiàng)目總成本的重要組成部分,選擇合適的施工機(jī)械是確保工程項(xiàng)目取得最大經(jīng)濟(jì)效益的重要措施之一[6].

1 工程概況

古泉換流站項(xiàng)目是當(dāng)前全國直流輸變電工程中電壓等級最高、輸送距離最長、輸出電量量最大、技術(shù)水平最先進(jìn)的“四最工程 ”.本站位于宣城市古泉鎮(zhèn)，工程占地500畝，某電力設(shè)計(jì)院利用方格網(wǎng)法計(jì)算的全站土方工程量，挖方約1191416 m3，填方1160592 m3.土方工程量巨大，施工面積大，土方工程各區(qū)域挖填土方量如圖1所示，土方工程場地各區(qū)域分布如圖2所示.為減少機(jī)械的運(yùn)距，采用就近挖填，挖方多余土方運(yùn)到附近地點(diǎn)，其中最大運(yùn)距為967 m，土為三類土.

2 挖掘機(jī)

2.1 挖掘機(jī)的特點(diǎn)

挖掘機(jī)是土石方施工機(jī)械的主要機(jī)械之一，它挖土工作量大，作業(yè)效率高，在各種土壤和破碎后的巖石中都可以作業(yè)，如開挖基坑、槽溝.還可以進(jìn)行起重、破碎、夯土等作業(yè)，在工程施工中運(yùn)用十分廣泛.

圖1 土方工程各區(qū)域挖填土方量圖

圖2 土方工程場地各區(qū)域分布圖

2.2 挖掘機(jī)生產(chǎn)率的計(jì)算

挖掘機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)之一是生產(chǎn)率Q，它表示挖掘機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)鏟斗從掌子中挖取并卸到運(yùn)輸車輛的實(shí)體方量(m3)；可用下式求得：

其中：q指挖土斗容量(m3)；

n表示工作循環(huán)次數(shù)(次/h)；

KM指挖土斗裝滿系數(shù)(見表1)；

KS指土壤松散系數(shù)(見表2)；

KB表示時(shí)間利用系數(shù)，一般取0.7～0.85.

表1 裝滿系數(shù)KM 最大值

表2 土的松散系數(shù)KS值

2.3 挖掘機(jī)的選用

選擇合適的挖掘機(jī)，對于提高工程質(zhì)量，加快工程進(jìn)度，降低工程造價(jià)，都將有很大的作用，可從以下3個(gè)方面來考慮挖掘機(jī)的選型工作.①根據(jù)土方的位置選擇：正鏟挖掘機(jī)用于開挖停機(jī)面以上的土；反鏟挖掘機(jī)用于開挖停機(jī)面以下的土，當(dāng)開挖基坑、深溝時(shí)，選用拉鏟或抓斗挖掘機(jī).②按土方量選擇：當(dāng)土方量較大時(shí)，選用大型挖掘機(jī)，當(dāng)土方量不大時(shí)，可以選用輪胎式挖掘機(jī)或裝載機(jī).③按土方距離運(yùn)距選擇：當(dāng)在地勢平坦、運(yùn)距較近時(shí)，選用多斗挖掘機(jī)，當(dāng)運(yùn)距較遠(yuǎn)時(shí)，挖掘機(jī)與自卸汽車配合使用.

3 自卸汽車

3.1 自卸汽車的特點(diǎn)

自卸汽車的車身堅(jiān)固，機(jī)動性和越野性能好，爬坡能力強(qiáng)，是土方工程中用于運(yùn)土、卸土的一種運(yùn)輸工具，常與挖掘機(jī)配合使用，自卸汽車具有調(diào)運(yùn)方便、機(jī)動靈活、爬坡能力強(qiáng)、轉(zhuǎn)彎半徑小等特點(diǎn)，其可以與裝載設(shè)備配合使用，提高工作效率.

3.2 自卸汽車的生產(chǎn)率計(jì)算

(1)汽車在計(jì)劃階段時(shí)間內(nèi)的生產(chǎn)量(Q)

式中Q——計(jì)劃階段時(shí)間內(nèi)的生產(chǎn)量(m3)；

T——計(jì)劃的階段時(shí)間(min)，對于小時(shí)生產(chǎn)率T=60 min；對于各臺班生產(chǎn)率T=60×8=480 min；對于年生產(chǎn)率T=60 B(B為年工作小時(shí)數(shù)，應(yīng)根據(jù)具體條件而定)；q——汽車載重量(t)；K1——噸位利用系數(shù)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際測定值來選用，或參考有關(guān)資料選用；K2——時(shí)間利用系數(shù)；T0——汽車每一工作循環(huán)時(shí)間(min)；γ——所運(yùn)物料的容重(t/m3)

(2)汽車需要量的計(jì)算

①在規(guī)定時(shí)間內(nèi)運(yùn)輸一定貨物所需的汽車數(shù)量：

式中n——在T(h)時(shí)間內(nèi)運(yùn)輸G(t)貨物時(shí)所需要汽車的數(shù)量；T0——汽車的工作循環(huán)時(shí)間(min)；q——汽車載重量(t)；K1——噸位利用系數(shù)；K2——時(shí)間利用系數(shù).

②與單斗挖掘機(jī)聯(lián)合工作時(shí)所需自卸汽車的數(shù)量：

式中t1——裝車時(shí)間(min)；t2——載重行駛時(shí)間(min)；t3——卸車時(shí)間(min)；t4——返回裝車地點(diǎn)的時(shí)間(min)；t5——裝車、卸車、轉(zhuǎn)向、調(diào)車時(shí)的等候時(shí)間和可能停車的時(shí)間(min)；t6——空車進(jìn)入裝料點(diǎn)并對準(zhǔn)挖斗的時(shí)間(min).

3.3 自卸汽車的選用

一般情況下，挖掘機(jī)與自卸汽車配合作業(yè)，可以獲得較好的經(jīng)濟(jì)效果.為了提高挖掘機(jī)和自卸汽車的總生產(chǎn)率，自卸汽車的裝載量通常是挖掘機(jī)斗容量的3～5倍.自卸汽車的數(shù)量不宜過多也不宜過少，以保證挖掘機(jī)的生產(chǎn)率最高，同時(shí)工程成本最低為宜.

4 鏟運(yùn)機(jī)

4.1 鏟運(yùn)機(jī)的特點(diǎn)

鏟運(yùn)機(jī)是一種采用鏟斗進(jìn)行鏟削土體，并將碎土裝入鏟斗進(jìn)行運(yùn)輸?shù)溺P土運(yùn)輸機(jī)械，可以完成鏟土、裝土、運(yùn)土、卸土和分層填土、局部碾實(shí)等綜合作業(yè).鏟運(yùn)機(jī)具有操作簡單，不受地形條件限制，能夠獨(dú)立作業(yè)，運(yùn)輸速度快，生產(chǎn)效率高等亮點(diǎn).鏟運(yùn)機(jī)尤其適用于一至三類土，當(dāng)鏟削三、四類土?xí)r，需要對土體預(yù)先松土.

4.2 鏟運(yùn)機(jī)的生產(chǎn)率計(jì)算

鏟運(yùn)機(jī)的生產(chǎn)率(Q)(m3/h)可由下式計(jì)算：

式中V——鏟運(yùn)機(jī)鏟斗的幾何斗容量(m3)；KH——土壤的充滿系數(shù)，見表3；KP——土壤的松散系數(shù)，見表4；KB——時(shí)間利用率；t——鏟運(yùn)機(jī)每一作業(yè)循環(huán)所需要的時(shí)間(min)，可由下式計(jì)算：

式中L1、v1——鏟裝路程和速度(m、m/min)；L2、v2——運(yùn)送路程和速度(m、m/min)；L3、v3——卸土路程和速度(m、m/min)；L4、v4——回駛路程和速度(m、m/min)；t1——每一循環(huán)中換擋所用的時(shí)間(min)；t2——在始點(diǎn)和終點(diǎn)轉(zhuǎn)向所用的時(shí)間(min).

表3 普通式鏟運(yùn)機(jī)鏟斗的充滿系數(shù)KH值

表4 土壤的松散系數(shù)KP

4.3 鏟運(yùn)機(jī)作業(yè)過程和選用

鏟運(yùn)機(jī)的工作過程包括：放下鏟斗，打開斗門，向前行駛，斗前刀片切削土體，碎土進(jìn)入鏟斗并裝填，提升鏟斗，關(guān)上斗門，運(yùn)輸土體；到達(dá)卸土地點(diǎn)后打開斗門，進(jìn)行卸土；卸土完畢，返回.鏟運(yùn)機(jī)的選用應(yīng)考慮工程規(guī)模、運(yùn)距長短、土的性質(zhì)、地形地質(zhì)條件和工程造價(jià)費(fèi)用等確定.

5 挖掘機(jī)配合自卸汽車和鏟運(yùn)機(jī)的造價(jià)費(fèi)用

根據(jù)《全國統(tǒng)一市政工程預(yù)算定額安徽省估價(jià)表》的定額規(guī)范得到相關(guān)數(shù)據(jù)如下：

5.1 挖掘機(jī)挖土造價(jià)費(fèi)用

正鏟挖掘機(jī)(斗容量0.6 m3)挖土定額見表5所示 ，正鏟挖掘機(jī)(斗容量1.0 m3)挖土定額見表6所示.

表5 正鏟挖掘機(jī)(斗容量0.6 m3)挖土定額 計(jì)量單位：1000 m3

表6 正鏟挖掘機(jī)(斗容量1.0 m3)挖土定額 計(jì)量單位：1000m3

根據(jù)工程概況土為三類土，當(dāng)采用正鏟挖掘機(jī)(斗容量0.6 m3)裝車時(shí)，按定額編號1-219進(jìn)行計(jì)算，所需造價(jià)費(fèi)用為S1=1191416÷1000×3391.23=4040366元；當(dāng)采用正鏟挖掘機(jī)(斗容量1.0m3)裝車時(shí)，按定額編號1-225進(jìn)行計(jì)算，所需造價(jià)費(fèi)用為S1=1191416÷1000×2913.14=3470762元.如表7所示

表7 斗容量0.6 m3和1.0 m3正鏟挖掘機(jī)造價(jià)費(fèi)用

5.2 自卸汽車運(yùn)土造價(jià)費(fèi)用

自卸汽車載重4.5 t內(nèi)和載重6.5 t內(nèi)運(yùn)土定額見表8，自卸汽車載重8 t內(nèi)和載重10 t內(nèi)運(yùn)土定額見表9，自卸汽車載重12 t內(nèi)和載重15 t內(nèi)運(yùn)土定額見表10.

表8 自卸汽車載重4.5 t內(nèi)和載重6.5 t內(nèi)運(yùn)土定額 計(jì)量單位：1000 m3

表9 自卸汽車載重8 t內(nèi)和載重10 t內(nèi)運(yùn)土定額 計(jì)量單位：1000 m3

表10 自卸汽車載重12 t內(nèi)和載重15 t內(nèi)運(yùn)土定額 計(jì)量單位：1000 m3

由于工程最大運(yùn)距為967 m，按照1 km以內(nèi)計(jì)算.采用定額編號1-270自卸汽車(載重4.5 t 內(nèi))時(shí)，工程造價(jià)費(fèi)用為1191416÷1000×5853.71=6974204元；采用定額編號1-280自卸汽車(載重6.5 t內(nèi))時(shí)，工程造價(jià)費(fèi)用為1191416÷1000×5537.86=6597895元；采用定額編號1-290自卸汽車(載重8 t內(nèi))時(shí)，工程造價(jià)費(fèi)用為1191416÷1000×6009.03=7159254元；采用定額編號1-300自卸汽車(載重10 t內(nèi))時(shí)，工程造價(jià)費(fèi)用為1191416÷1000×6432.02=7663211元；采用定額編號1-310自卸汽車(載重12 t內(nèi))時(shí)，工程造價(jià)費(fèi)用為1191416÷1000×6561.61=7817607元；采用定額編號1-320自卸汽車(載重15 t內(nèi))時(shí)，工程造價(jià)費(fèi)用為1191416÷1000×7973.86=9500184元.見表11.

表11 不同噸位的自卸汽車造價(jià)費(fèi)用

5.3 鏟運(yùn)機(jī)造價(jià)費(fèi)用

自行鏟運(yùn)機(jī)鏟運(yùn)土1000 m內(nèi)8-10 m3和10-12 m3內(nèi)的定額見表12

表12 自行鏟運(yùn)機(jī)鏟運(yùn)土1000 m內(nèi)8-10 m3和10-12 m3內(nèi)的定額 計(jì)量單位：1000 m3

由于土為三類土，當(dāng)采用定額編號1-177自行鏟運(yùn)機(jī)鏟運(yùn)土1000 m內(nèi)(8-10 m3)時(shí)，造價(jià)費(fèi)用為1191416÷1000×6805.18=8107800元；當(dāng)采用定額編號1-201自行鏟運(yùn)機(jī)鏟運(yùn)土1000 m內(nèi)(10-12 m3)時(shí)，造價(jià)費(fèi)用為1191416÷1000×6382.88=7604665元.

5.4 挖掘機(jī)配合自卸汽車與鏟運(yùn)機(jī)造價(jià)費(fèi)用比較

為使挖掘機(jī)費(fèi)用最小，采用正鏟挖掘機(jī)(斗容量1.0 m3)裝車，造價(jià)費(fèi)用為3470762元；為使自卸汽車造價(jià)費(fèi)用最小，采用自卸汽車(載重6.5 t 內(nèi))運(yùn)距(1 km內(nèi))，造價(jià)費(fèi)用為6597895元，挖掘機(jī)配合自卸汽車的最小費(fèi)用為3470762+6597895=10068657元；當(dāng)鏟運(yùn)機(jī)采用定額編號1-177自行鏟運(yùn)機(jī)鏟運(yùn)土1000 m內(nèi)(8-10 m3)時(shí)，造價(jià)費(fèi)用為8107800元，此時(shí)對比挖掘機(jī)配合自卸汽車可減少費(fèi)用10068657-8107800=1960857元；當(dāng)鏟運(yùn)機(jī)采用定額編號1-201自行鏟運(yùn)機(jī)鏟運(yùn)土1000 m內(nèi)(10-12 m3)時(shí)，造價(jià)費(fèi)用為7604665元，此時(shí)對比挖掘機(jī)配合自卸汽車可減少費(fèi)用10068657-7604665=2463992元.所以本工程采用鏟運(yùn)機(jī)定額編號1-201自行鏟運(yùn)機(jī)鏟運(yùn)土1000 m內(nèi)(10-12 m3)，不僅可以節(jié)約造價(jià)費(fèi)用2463992元，而且斗容量大可以節(jié)約工程工期和機(jī)械數(shù)量.

6 結(jié) 論

在運(yùn)距1000 m范圍內(nèi)，通過對挖掘機(jī)配合自卸汽車和鏟運(yùn)機(jī)的工程造價(jià)進(jìn)行比較分析可知，本工程宜采用自行鏟運(yùn)機(jī)鏟運(yùn)土1000 m內(nèi)(10-12 m3)，不僅可以降低造價(jià)費(fèi)用2463992元，而且斗容量大可以節(jié)約機(jī)械數(shù)量，同時(shí)根據(jù)鏟運(yùn)機(jī)的特點(diǎn)、作業(yè)過程和選用的規(guī)定，可以滿足本工程的需要.