基于土方工程机械选择对挖运土方工程造价费用的影响

陈强，吕凯旋，张宇轩

(安徽建筑大学 土木工程学院，安徽 合肥 230601)

在土方工程施工机械中，挖掘机配合自卸汽车和铲运机都是常用的施工机械.这是由于它们具有适应能力强、运载速度快、工作效率高等亮点[1].机械设备的选择是土方工程施工的重要环节之一，运距对施工机械的选择至关重要，不仅关系到施工机械能否合理使用，能否充分发挥其最大工作效率，而且直接影响到工程成本、工程工期和工程质量，所以，有必要对施工机械进行全面比较分析，以达到经济合理的目的[2][3][4].建筑项目造价中施工机械成本是重要的组成部分，所以为了控制造价要做好施工机械的成本控制.造价控制的重要举措之一就是选择合理的施工机械，在土方工程中这点显得尤为突出[5].建筑工程项目施工机械成本是工程项目总成本的重要组成部分,选择合适的施工机械是确保工程项目取得最大经济效益的重要措施之一[6].

1 工程概况

古泉换流站项目是当前全国直流输变电工程中电压等级最高、输送距离最长、输出电量量最大、技术水平最先进的“四最工程 ”.本站位于宣城市古泉镇，工程占地500亩，某电力设计院利用方格网法计算的全站土方工程量，挖方约1191416 m3，填方1160592 m3.土方工程量巨大，施工面积大，土方工程各区域挖填土方量如图1所示，土方工程场地各区域分布如图2所示.为减少机械的运距，采用就近挖填，挖方多余土方运到附近地点，其中最大运距为967 m，土为三类土.

2 挖掘机

2.1 挖掘机的特点

挖掘机是土石方施工机械的主要机械之一，它挖土工作量大，作业效率高，在各种土壤和破碎后的岩石中都可以作业，如开挖基坑、槽沟.还可以进行起重、破碎、夯土等作业，在工程施工中运用十分广泛.

图1 土方工程各区域挖填土方量图

图2 土方工程场地各区域分布图

2.2 挖掘机生产率的计算

挖掘机的主要技术指标之一是生产率Q，它表示挖掘机在单位时间内铲斗从掌子中挖取并卸到运输车辆的实体方量(m3)；可用下式求得：

其中：q指挖土斗容量(m3)；

n表示工作循环次数(次/h)；

KM指挖土斗装满系数(见表1)；

KS指土壤松散系数(见表2)；

KB表示时间利用系数，一般取0.7～0.85.

表1 装满系数KM 最大值

表2 土的松散系数KS值

2.3 挖掘机的选用

选择合适的挖掘机，对于提高工程质量，加快工程进度，降低工程造价，都将有很大的作用，可从以下3个方面来考虑挖掘机的选型工作.①根据土方的位置选择：正铲挖掘机用于开挖停机面以上的土；反铲挖掘机用于开挖停机面以下的土，当开挖基坑、深沟时，选用拉铲或抓斗挖掘机.②按土方量选择：当土方量较大时，选用大型挖掘机，当土方量不大时，可以选用轮胎式挖掘机或装载机.③按土方距离运距选择：当在地势平坦、运距较近时，选用多斗挖掘机，当运距较远时，挖掘机与自卸汽车配合使用.

3 自卸汽车

3.1 自卸汽车的特点

自卸汽车的车身坚固，机动性和越野性能好，爬坡能力强，是土方工程中用于运土、卸土的一种运输工具，常与挖掘机配合使用，自卸汽车具有调运方便、机动灵活、爬坡能力强、转弯半径小等特点，其可以与装载设备配合使用，提高工作效率.

3.2 自卸汽车的生产率计算

(1)汽车在计划阶段时间内的生产量(Q)

式中Q——计划阶段时间内的生产量(m3)；

T——计划的阶段时间(min)，对于小时生产率T=60 min；对于各台班生产率T=60×8=480 min；对于年生产率T=60 B(B为年工作小时数，应根据具体条件而定)；q——汽车载重量(t)；K1——吨位利用系数，应根据实际测定值来选用，或参考有关资料选用；K2——时间利用系数；T0——汽车每一工作循环时间(min)；γ——所运物料的容重(t/m3)

(2)汽车需要量的计算

①在规定时间内运输一定货物所需的汽车数量：

式中n——在T(h)时间内运输G(t)货物时所需要汽车的数量；T0——汽车的工作循环时间(min)；q——汽车载重量(t)；K1——吨位利用系数；K2——时间利用系数.

②与单斗挖掘机联合工作时所需自卸汽车的数量：

式中t1——装车时间(min)；t2——载重行驶时间(min)；t3——卸车时间(min)；t4——返回装车地点的时间(min)；t5——装车、卸车、转向、调车时的等候时间和可能停车的时间(min)；t6——空车进入装料点并对准挖斗的时间(min).

3.3 自卸汽车的选用

一般情况下，挖掘机与自卸汽车配合作业，可以获得较好的经济效果.为了提高挖掘机和自卸汽车的总生产率，自卸汽车的装载量通常是挖掘机斗容量的3～5倍.自卸汽车的数量不宜过多也不宜过少，以保证挖掘机的生产率最高，同时工程成本最低为宜.

4 铲运机

4.1 铲运机的特点

铲运机是一种采用铲斗进行铲削土体，并将碎土装入铲斗进行运输的铲土运输机械，可以完成铲土、装土、运土、卸土和分层填土、局部碾实等综合作业.铲运机具有操作简单，不受地形条件限制，能够独立作业，运输速度快，生产效率高等亮点.铲运机尤其适用于一至三类土，当铲削三、四类土时，需要对土体预先松土.

4.2 铲运机的生产率计算

铲运机的生产率(Q)(m3/h)可由下式计算：

式中V——铲运机铲斗的几何斗容量(m3)；KH——土壤的充满系数，见表3；KP——土壤的松散系数，见表4；KB——时间利用率；t——铲运机每一作业循环所需要的时间(min)，可由下式计算：

式中L1、v1——铲装路程和速度(m、m/min)；L2、v2——运送路程和速度(m、m/min)；L3、v3——卸土路程和速度(m、m/min)；L4、v4——回驶路程和速度(m、m/min)；t1——每一循环中换挡所用的时间(min)；t2——在始点和终点转向所用的时间(min).

表3 普通式铲运机铲斗的充满系数KH值

表4 土壤的松散系数KP

4.3 铲运机作业过程和选用

铲运机的工作过程包括：放下铲斗，打开斗门，向前行驶，斗前刀片切削土体，碎土进入铲斗并装填，提升铲斗，关上斗门，运输土体；到达卸土地点后打开斗门，进行卸土；卸土完毕，返回.铲运机的选用应考虑工程规模、运距长短、土的性质、地形地质条件和工程造价费用等确定.

5 挖掘机配合自卸汽车和铲运机的造价费用

根据《全国统一市政工程预算定额安徽省估价表》的定额规范得到相关数据如下：

5.1 挖掘机挖土造价费用

正铲挖掘机(斗容量0.6 m3)挖土定额见表5所示 ，正铲挖掘机(斗容量1.0 m3)挖土定额见表6所示.

表5 正铲挖掘机(斗容量0.6 m3)挖土定额 计量单位：1000 m3

表6 正铲挖掘机(斗容量1.0 m3)挖土定额 计量单位：1000m3

根据工程概况土为三类土，当采用正铲挖掘机(斗容量0.6 m3)装车时，按定额编号1-219进行计算，所需造价费用为S1=1191416÷1000×3391.23=4040366元；当采用正铲挖掘机(斗容量1.0m3)装车时，按定额编号1-225进行计算，所需造价费用为S1=1191416÷1000×2913.14=3470762元.如表7所示

表7 斗容量0.6 m3和1.0 m3正铲挖掘机造价费用

5.2 自卸汽车运土造价费用

自卸汽车载重4.5 t内和载重6.5 t内运土定额见表8，自卸汽车载重8 t内和载重10 t内运土定额见表9，自卸汽车载重12 t内和载重15 t内运土定额见表10.

表8 自卸汽车载重4.5 t内和载重6.5 t内运土定额 计量单位：1000 m3

表9 自卸汽车载重8 t内和载重10 t内运土定额 计量单位：1000 m3

表10 自卸汽车载重12 t内和载重15 t内运土定额 计量单位：1000 m3

由于工程最大运距为967 m，按照1 km以内计算.采用定额编号1-270自卸汽车(载重4.5 t 内)时，工程造价费用为1191416÷1000×5853.71=6974204元；采用定额编号1-280自卸汽车(载重6.5 t内)时，工程造价费用为1191416÷1000×5537.86=6597895元；采用定额编号1-290自卸汽车(载重8 t内)时，工程造价费用为1191416÷1000×6009.03=7159254元；采用定额编号1-300自卸汽车(载重10 t内)时，工程造价费用为1191416÷1000×6432.02=7663211元；采用定额编号1-310自卸汽车(载重12 t内)时，工程造价费用为1191416÷1000×6561.61=7817607元；采用定额编号1-320自卸汽车(载重15 t内)时，工程造价费用为1191416÷1000×7973.86=9500184元.见表11.

表11 不同吨位的自卸汽车造价费用

5.3 铲运机造价费用

自行铲运机铲运土1000 m内8-10 m3和10-12 m3内的定额见表12

表12 自行铲运机铲运土1000 m内8-10 m3和10-12 m3内的定额 计量单位：1000 m3

由于土为三类土，当采用定额编号1-177自行铲运机铲运土1000 m内(8-10 m3)时，造价费用为1191416÷1000×6805.18=8107800元；当采用定额编号1-201自行铲运机铲运土1000 m内(10-12 m3)时，造价费用为1191416÷1000×6382.88=7604665元.

5.4 挖掘机配合自卸汽车与铲运机造价费用比较

为使挖掘机费用最小，采用正铲挖掘机(斗容量1.0 m3)装车，造价费用为3470762元；为使自卸汽车造价费用最小，采用自卸汽车(载重6.5 t 内)运距(1 km内)，造价费用为6597895元，挖掘机配合自卸汽车的最小费用为3470762+6597895=10068657元；当铲运机采用定额编号1-177自行铲运机铲运土1000 m内(8-10 m3)时，造价费用为8107800元，此时对比挖掘机配合自卸汽车可减少费用10068657-8107800=1960857元；当铲运机采用定额编号1-201自行铲运机铲运土1000 m内(10-12 m3)时，造价费用为7604665元，此时对比挖掘机配合自卸汽车可减少费用10068657-7604665=2463992元.所以本工程采用铲运机定额编号1-201自行铲运机铲运土1000 m内(10-12 m3)，不仅可以节约造价费用2463992元，而且斗容量大可以节约工程工期和机械数量.

6 结 论

在运距1000 m范围内，通过对挖掘机配合自卸汽车和铲运机的工程造价进行比较分析可知，本工程宜采用自行铲运机铲运土1000 m内(10-12 m3)，不仅可以降低造价费用2463992元，而且斗容量大可以节约机械数量，同时根据铲运机的特点、作业过程和选用的规定，可以满足本工程的需要.