Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Оборудование и инструмент для алмазной резки и сверления железобетона 10
1.1. История возникновения метода алмазной резки и сверления 10
1.2. Классификация алмазной техники 11
1.3. Алмазный инструмент 33
1.4. Опыт применения алмазных технологий при реконструкции и демонтаже объектов промышленно-гражданского, транспортного и энергетического строительства 43
1.5. Опыт применения алмазных технологий при реконструкции и демонтаже объектов гидротехнического строительства 55
Выводы по главе 1 76
Глава 2. Оптимизация технологического процесса при производстве работ по алмазному сверлению 78
2.1. Теоретические основы алмазной резки бетона 78
2.2. Методика расчета времени при выполнении работ по алмазной резке железобетона 87
2.3. Проведение работ по алмазному сверлению в подводном положении.. 104
2.4. Расчет себестоимости алмазного инструмента 106
Выводы по главе 2 108
Глава 3. Оптимизация технологического процесса при производстве работ по алмазной резке 109
3.1. Расчет геометрических параметров отрезаемого элемента 109
3.2. Методика расчета времени при выполнении работ по алмазной резке железобетона 111
3.3. Проведение работ по алмазной резке в подводном положении 126
Выводы по главе 3 127
Глава 4. Технико-экономическое сравнение технологии алмазной резки и сверления с другими методами выполнения работ 128
Выводы по главе 4 135
Глава 5. Экологическая безопасность технологии алмазной резки 136
Выводы по главе 5 142
Общие выводы 143
Литература 145
Приложение 1 152
- Опыт применения алмазных технологий при реконструкции и демонтаже объектов промышленно-гражданского, транспортного и энергетического строительства
- Методика расчета времени при выполнении работ по алмазной резке железобетона
- Методика расчета времени при выполнении работ по алмазной резке железобетона
- Экологическая безопасность технологии алмазной резки
Введение к работе
Актуальность темы исследования. При ремонте и реконструкции гидротехнических сооружений особое внимание уделяется неразрушающему воздействию на существующие конструкции при изготовлении в них проемов и отверстий. С 1975 года в европейских странах и США начали использовать алмазные стенорезные машины для резки строительных конструкций из железобетона. В 1992 году эту технологию стали применять в нашей стране. Новизна метода заключается в применении алмазного инструмента в качестве рабочего органа именно стенорезной машины, которая не создает ударных нагрузок при воздействии на конструкции и не оставляет после себя макро- и микротрещин. Отсутствие ударных нагрузок на сооружение и возможность проведения работ в подводной части сооружений делает особенно привлекательным использование метода в гидротехническом строительстве, поскольку в процессе возведения, эксплуатации и ремонта требуется создание проемов и отверстий, а также демонтаж конструкций в целом или частично. Применение технологии алмазной резки и сверления позволяет решать уникальные задачи, которые невозможно решить другими методами. Данный метод обладает также экономической эффективностью по сравнению с применением других технологий по демонтажу конструкций из бетона и железобетона, а также высокой экономичностью.
Цель диссертации – на основе обобщения отечественного и зарубежного опыта разработать научное обоснование оптимальной технологии алмазного сверления и резки в гидротехническом строительстве. Для достижения цели были сформулированы следующие задачи:
- провести анализ технических характеристик и возможностей алмазной техники и инструмента;
- разработать теоретическое обоснование эффективности технологического процесса алмазной резки и сверления;
- изучить особенности технологии выполнения работ по алмазной резке и сверлению в подводных условиях.
- разработать оптимальные технологические процессы по применению алмазной резки и сверления с учетом ограничений в гидротехническом строительстве.
- исследовать экономическую и организационную эффективность использования метода при возведении, эксплуатации и ремонте гидротехнических сооружений.
Объектом исследования является метод алмазной резки и сверления бетона и железобетона при возведении, ремонте и демонтаже гидротехнических сооружений.
Предметом исследований является изучение технологического процесса алмазного сверления и резки бетона и железобетона с целью разработки рекомендации по его оптимальной организации при возведении, ремонте и демонтаже гидротехнических сооружений.
Научная новизна работы: на основании анализа факторов, характеризующих алмазную резку и сверление (мощность используемого оборудования, прочностные характеристики бетона и железобетона, количество подаваемой для охлаждения воды и хронометраж технологических операций) разработаны рекомендации по выбору оптимальной организации процессов резки и сверления при возведении, ремонте и демонтаже гидротехнических объектов.
В соответствии с рекомендациями Международной ассоциации специалистов по алмазной резке и сверлению (IACDS) в работе была проведена классификация алмазной техники, что позволило на ее основе создать международный нормативный документ по определению и классификации технических параметров оборудования и механизмов для алмазной резки и сверления.
Практическая значимость работы состоит в том, что разработанные соискателем рекомендации позволяют организовать оптимальный технологический процесс алмазной резки и сверления бетона и железобетона при его использовании в гидротехническом строительстве.
На защиту выносятся: методика оптимального выбора технологического процесса алмазной резки и сверления и ее апробирование на различных типах гидросооружений.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечена результатами, полученными при использовании метода для ре-конструкции и демонтажа гидротехнических сооружений, а также сооружений промышленно-гражданского и транспортного назначений.
Личный вклад автора состоит в том, что соискатель, используя свой опыт применения метода при строительстве, эксплуатации, ремонте и демонтаже сооружений различного назначения, одним из первых в нашей стране, показав его технологические преимущества, влияние на безопасность гидросооружений и высокую экологичность, начал активно внедрять метод в практику гидротехнического строительства. При личном участии автора был разработан и принят международный нормативный документ по определению и классификации технических параметров оборудования и механизмов для алмазной резки и сверления.
Результаты исследования были внедрены: при проектировании Краснополянской ГЭС-2, при реконструкции плотины гидроузла «Кузьминск» на р. Ока, при ремонте на объектах канала им. Москвы, Акуловского гидроузла Мосводоканала, реконструкции нефтеналивного причала Новороссийского порта и при демонтаже АЭС Белене (Болгария) и других сооружений промышленно-гражданского назначения.
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 3 печатных работах.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5-ти глав, основных выводов, списка литературы из 110 наименований и приложений на 5 листах. Объем диссертации составляет 163 страниц, включая 110 страниц текста, 6 таблиц, 140 иллюстраций.
Опыт применения алмазных технологий при реконструкции и демонтаже объектов промышленно-гражданского, транспортного и энергетического строительства
Технологически работа не составляла никаких проблем, толщина перекрытий была не более 25 см, а колонн 40-50 см. Главная сложность работ состояла в том, что демонтаж производился в непосредственной близости от действующего здания гостиницы «Международная» (расстояние между стенками зданий составляло 5 см).
Сначала при помощи дисковых стенорезных машин была отрезана бетонная кровля, имеющая толщину 25 см. и декоративные элементы. Демонтаж первой отрезанной конструкции представлен на рис.4.13. Сильно-армированная кровля была разрезана на куски, различные по размеру и весу вследствие конструктивной особенности кровли и грузоподъемности используемого подъемного крана. Часть кровли, которая находилась в отдалении от подъемного крана, была порезана на мелкие куски размером 2,2 м на 0,5 м в то время как ближайшие к подъемному крану элементы, могли быть разрезаны на крупные блоки, размерами приблизительно 7,2 м на 2,2 м . Как только была отрезана часть кровли, элементы были собраны, вывезены и помещены на склад временного хранения, расположенный на уровни земли.
Стены лифтовых шахт были разрезаны на блоки, размер которых составлял примерно 2,0 м на 0,3 м в длину, 3,0 м высотой и толщиной 0,3 м было обусловлено грузоподъемностью подъемного крана.
После демонтажа кровли и стен лифтовых шахт, операторы выполнили резку колонн и горизонтальных балок, которые поддерживали бетонную кровлю. Эти колонны имели высоту 3,0 м и толщину 0,3 м, а балки были 6,0 м в длину и толщину около 0,2 м Для строповки отрезанных конструкций было просверлено 892 отверстия, глубиной 25 см.
Технология демонтажа данного сооружения была разработана соискателем. Работы по алмазной резке и демонтажу проводились под его руководством. Демонтаж конструкций Лужнецкого метромоста При реконструкции Лужнецкого метромоста в Москве (1999 год) силами Мостоотряда №4 и при непосредственном участии соискателя был произведен демонтаж железобетонных конструкций (балок пролетного строения и ригелей) в объеме 25 000 кубических метров. Работа по алмазной резке производилась следующим образом: дисковая резка производилась вдоль верхней полки балки на глубину до 300 мм (рис. 1.27). При выполнении работ по дисковой резке специалисты столкнулись с проблемой изменения толщины шва, остающегося после прохода алмазного диска. Это было вызвано воздействием нагрузок от колес тягача, вывозящего демонтированные балки. В момент прохода тягача в непосредственной близости от места реза, последний раскрывался, а после исчезновения нагрузки вновь стремился к закрытию. В результате получался рез с различной толщиной шва, что приводило к заклиниванию диска при последующей резке. Для того, чтобы избежать заклинивания диска, была разработана следующая технология: рельсы стенорезной машины были установлены на всю длину балки и по ним одна за другой двигались две стенорезные головы. Первая с диском 800 мм в диаметре выполняла пилотный рез, а вторая с диском 1000 мм в диаметре прорезала железобетон до конца. Это позволяло нейтрализовать влияние изменяющихся нагрузок на геометрические параметры шва. Поперечный рез по торцу балки выполнялся с помощью канатной стенорезной машины (рис. 1.28). После окончания резов балку строповали и совместной работой двух козловых кранов 60-ти тонная балка укладывалась на специальный тягач с прицепной двухосной тележкой, который перевозил балку к месту ее разделки на отдельные фрагменты по длине и подготовки к дальнейшей утилизации. Применение алмазных технологий позволило выполнить весь комплекс работ по демонтажу пролетной части моста за пять месяцев.[34] Демонтаж железобетонного фундамента при строительстве гостинично-делового центра «Лоттэ Плаза». Практический опыт применения технологии резки алмазным канатом с использованием канатных стенорезных машин был наглядно продемонстрирован при демонтаже массивного железобетонного фундамента при строительстве гостинично-делового центра «Лоттэ Плаза». Работы проводились под руководством соискателя. Для обеспечения строительной площадки под строительство гостинично-делового центра предусматривался демонтаж железобетонного фундамента. В соответствие с техническим заданием, проектной документацией и геодезической съемкой объекта, была разработана технология демонтажа с применением алмазной техники. Основным требованием заказчика при проведении строительных работ на данном объекте было полное отсутствие динамических нагрузок на здание и близлежащие сооружения. Это обусловило применение алмазной технологии демонтажа железобетонного фундамента. Технологически процесс выглядел следующим образом: - сверление технологических отверстий для запасовки алмазного каната; - проведение земляных работ под подошвой фундамента (изготовление проколов в грунте) для запасовки алмазного каната; - алмазная канатная резка; - демонтаж отрезанного элемента. Для быстрой резки железобетонного фундаментного блока применялся алмазный канат марки BS421 производства компании «Tyrolit» (Австрия). Для обеспечения максимальной производительности использовалась специализированная универсальная канатная машина марки «SK-SD/CR-3» производства компании «Hydrostress».
Методика расчета времени при выполнении работ по алмазной резке железобетона
При выполнении работ по реконструкции Новороссийского морского порта был проведен ремонт нефтеналивного пирса. Пирс изначально был сооружен из предварительно напряженных железобетонных плит. В процессе эксплуатации между ними образовались промежутки, вызванные перемещениями плит, и пирс перестал быть единой конструкцией. Для решения этой проблемы был предложен следующий метод: соединить плиты между собой путем пропущенных через них, тросов (попеременно с верхней стороны плиты и с нижней). Для этого в каждой плите предусматривалось изготовление двух пар встречных по направлению отверстий под углом 25 градусов к горизонту диаметром 80 миллиметров и глубиной 180 сантиметров.
При сверлении преднапряженных конструкций из железобетона приходится сталкиваться с проблемой перерезания пучка холоднокатаной стальной проволоки. В тот момент, когда алмазная коронка разрезает первые несколько нитей каната, некоторые из них попадают между сегментами, что приводит к отрыву одного или нескольких сегментов от корпуса коронки. После отрыва сегменты остаются в зоне реза, что делает дальнейшую работу невозможной. Для решения подобной задачи была разработана специальная конструкция алмазной коронки с увеличенным количеством сегментов, стоящих практически вплотную друг к другу. При диаметре 80 миллиметров на коронку ставится 7 алмазных сегментов, на специальную коронку было поставлено 9 штук, что привело к значительному сокращению промежутков между сегментами. Это позволило избежать попадания проволоки между сегментами и организовать стабильную работу по сверлению отверстий.
Только использование технологии прецизионного алмазного сверления позволило собрать все плиты пирса в единую конструкцию, а применение основанного на этом инженерного решения по реконструкции пирса дало возможность избежать демонтажа причального сооружения. Все это позволило получить ощутимый экономический эффект.
Ремонт плотины гидроузла «Кузыиинск» на р. Ока При реконструкции водосливной плотины гидроузла «Кузьминск» на р. Ока для укрепления сооружения возникла потребность в разборке и снятии облицовки верха правого устоя плотины.
Сооружение, построенное в 1913 году, представляло собой комбинацию из блочной кладки из природного камня (песчаник с облицовкой блоками из кварцита) и участков железобетона (следствие проведения ремонтных работ). В теле устоя были обнаружены трещины, а некоторые части сооружения были смещены, что в результате вызвало необходимость в укреплении конструкции путем заключения ее в железобетонный каркас.
Для бетонирования верхней плиты нужно было снять 200 миллиметров верхней поверхности устоя. Методом, позволяющим решить данную задачу, был выбран метод алмазной резки, как не вызывающий динамических нагрузок на конструкции при выполнении работ. Не нарушая целостности сооружения, было снято 20,3 кубометра бетона и природного камня с площади в 101,3 квадратных метра, с нарезкой на отдельные блоки.
Изначально была проведена разбивка массива на блоки весом не более 4 тонн. По границам этих захваток, стенорезными машинами были изготовлены штробы глубиной 220 мм и шириной 20 мм для запасовки каната. Затем была произведена подсечка массива под основание с помощью канатных машин. Резка проводилась параллельно лицевой поверхности. После чего с помощью бульдозера, с закрепленными на рым чалками, отрезанные блоки были удалены с поверхности сооружения и отправлены на утилизацию.
Применение технологии алмазной резки в данном проекте было обусловлено недопустимостью приложения динамических нагрузок на сооружение, имеющее сборную несущую конструкцию, что можно было сделать только с применением алмазной техники.
И в заключении можно привести пример использования компактности и мобильности алмазного оборудования в работе, где соискатель не принимал личного участия. В период с сентября 2002 г по март 2003 г специализированной фирмой «Ольвекс» были проведены работы по отбору кернов 0 300 мм скважинами до 15 метров из укатанного бетона тела плотины на Бурей-ской ГЭС. Размеры галерей, в которых проводились работы, составляли 3 метра в высоту и 3 метра в ширину. Отсутствие буровых станков, способных развернуться внутри такого ограниченного пространства, привело к использованию технологии алмазного сверления. Сложность работ состояла еще и в том, что нужно было сохранить получаемые керны.
На отметках от + 120 м до + 159 м от уровня воды были пробурены отверстия 0 300 мм на глубину 15 метров в разных направлениях. Задача была сформулирована следующим образом: произвести веерный отбор кернов по длине галереи Направления бурения изменялись от вертикального вниз, горизонтального по нисходящей и восходящей до вертикального вверх.
Методика расчета времени при выполнении работ по алмазной резке железобетона
При проведении технико-экономического сравнения необходимо учитывать специфику гидротехнического строительства, и определить какие методы можно применять. В гидротехническом строительстве существует ряд специфических ограничений характерных только для данной отрасли строительства. К особым условиям производства работ можно отнести: - не допустимость потери сплошности бетона; - не допустимость возникновения динамических нагрузок; - не допустимость возникновения трещинообразования; - не допустимость нарушения основания фундамента; - не допустимость нарушения основания; - необходимость частичной разборки сооружения; - необходимость проведения работ в стесненных условиях; - необходимость проведения работ в замкнутом пространстве. Из-за сильных динамических воздействий на конструкцию применение тяжелой техники не допустимо. Использование химических разрушающих составов в непосредственной близости от воды также не возможно по экологическим причинам. Таким образом, остается буровзрывной метод, применение отбойного молотка и алмазные технологии. Поскольку данные по такому сравнению в зарубежной, да и в отечественной литературе отсутствуют, соискатель опирался на собственный опыт выполнения работ на гидротехнических сооружениях, которые приведены в главе 1.
Прежде чем проанализировать применение метода на конкретных гидротехнических объектах рассмотрим использование метода алмазной резки и сверления при изготовлении канала для прокладки внутренних коммуникаций в строящемся сооружении (например, в здании ГЭС). Отверстия, как в перекрытиях, так и в стенах, могут быть сделаны тремя способами. Первый, с помощью отбойного молотка. Второй-методом применения специальной опалубки, с оставлением короба в том месте, где будет проложена труба. Третий - методом алмазного сверления. Рассмотрим все три варианта.
В первом случае, для получения отверстия потребуется работа пневматического отбойного молотка, соответственно рабочего, компрессора с ком-прессорщиком и штукатура, для заделки, полученной в процессе выполнения отверстия, воронки. Диаметр этой воронки может достигать трех и более диаметров необходимого отверстия. Срок изготовления отверстия первым методом составит не менее 3-х часов и полное выполнение работ возможно только в три этапа (первый- пробивка отверстия, второй- закладка трубы, третий- заделка краев отверстия).
При рассмотрении второго варианта (устройства нестандартной опалубки) сравнение представляется затруднительным, так как на практике закладные короба для коммуникаций часто смещаются при заливке бетоном, либо вообще не попадают в нужное для отверстия место в связи с ошибками, допущенными при бетонировании других этажей или стен. Это приводит к необходимости расширения отверстия или к его полному изготовлению. В некоторых странах данный метод практически исключен. В Финляндии, для снижения затрат по прокладке внутренних коммуникаций, запрещено устройство опалубки с закладыванием коробов для отверстий менее 300 миллиметров. Расходы на производство работ по алмазной технологии в данном случае на 30% ниже стоимости работ выполненных отбойным молотком и на 50% ниже стоимости работ с индивидуальной опалубкой.
В качестве примера по применению алмазной резки можно сравнить работы по разрушению бетона объемом 10 м3. Исходя из нормативных документов (Территориальные Строительные Нормы), при работе пневматическими отбойными молотками стоимость составит 211 152 рублей, а стоимость алмазной резки того же объема будет 78 535 рублей. Трудозатраты по данному объему при работе пневмоотбойником составят 26,18 человеко-часа, а при алмазной резке 7,85 человеко-часа. Таким образом, технология алмазной резки имеет себестоимость и трудозатраты ниже, чем при работе отбойного молотка (рис.4.1.)
Также необходимо сказать об эффективности работы операторов алмазной техники. По результатам исследования были получены следующие данные: в течение одного года выработка одного оператора составляет в среднем до 3 млн. рублей. Таким образом, объем освоения фирмы имеющей до 10 операторов, а это основная доля организаций на рынке, составляет около 30 000 000 рублей в год.
Работы, проведенные на Акуловском гидроузле при изготовлении отверстия большого диаметра объем вынутого железобетона составил 9,49 м3, а в том случае, когда работы проводились отбойным молотком, для получения отверстия необходимого размера, вынималось 25,75 м3, только из-за того, что изготовить цилиндрическое отверстие по данной технологии невозможно.
Экологическая безопасность технологии алмазной резки
При рассмотрении метода алмазной резки и сверления с точки зрения технологической и экологической безопасности, как и в случае сравнения технико-экономических показателей, из-за отсутствия данных в литературе рассмотрим опыт работ соискателя, проведенных на гидротехнических сооружениях, изложенный в главе 1.
Для проведения работ по ремонту стен камеры шлюза № 5 Яхромского гидроузла канала им. Москвы использовали две технологии одновременно. На одной стороне шлюзовой камеры был применен буровзрывной метод, а на другой - метод алмазной резки.
При проведении буровзрывных работ разброс образовавшейся пыли, за счет аэродинамических особенностей шлюзовой камеры, доходил до 300 метров от места производства работ. Шумовое воздействие заставляло сотрудников гидроузла прерывать свою работу при проведении взрывов.
Сравнение двух вышеописанных методов с точки зрения технологической безопасности также наглядно показывает преимущество алмазного метода. Полное отсутствие щебня после вырезки бетонных блоков и их вывоз сразу по окончании резки, позволил избежать возможности по получению травм, связанных со строительным мусором на территории производства работ.
При прокладке дополнительных водоводов на Акуловском гидроузле в железобетонной камере было необходимо устроить круглое отверстие диаметром 2,25 м и глубиной до 2,50 м.
Изначально были испробован взрывной метод, его применение привело к образованию макро- и микротрещин в теле сооружения. После проведения взрыва образовалось большое количество бетонных обломков, потребовался длительный перерыв в работах для проветривания внутренней камеры от пыли.
Также оказался неприменим метод динамического разрушения с помощью отбойного молотка из-за того, что пыль, образующаяся при работе, полностью закрывала зону производства работ внутри камеры, а на внешней части сооружения рабочим приходилось постоянно сменять друг друга, так как работать отбойным молотком находящимся в горизонтальном положении чрезвычайно тяжело. Для решения задачи было предложено использование алмазных технологий. Одной из основных причин выбора была экологическая чистота метода, особо важная для системы Мосводоканала.
При реконструкции водосливной плотины гидроузла «Кузьминск» на р. Оке для укрепления сооружения возникла потребность в разборке и снятии облицовки верха правого устоя плотины. Для бетонирования верхней плиты нужно было удалить верхнюю поверхность устоя. Методом, позволяющим решить данную задачу, был выбран метод алмазной резки, как не только не подвергающий сооружение динамическим нагрузкам, но и не вызывающий пылеобразования и загрязнения воды при выполнении работ в водоохраной зоне.
При реконструкции Новороссийского морского порта был проведен ремонт нефтеналивного пирса. В процессе эксплуатации между плитами пирса образовались промежутки, вызванные перемещениями плит, и он перестал быть единой конструкцией. Использование метода прецизионного алмазного сверления позволило собрать все плиты пирса в единую конструкцию. Это позволило избежать демонтажа плит при котором, в воду неизбежно попало бы большое количество строительного мусора.
Для прохода земляной драги для очистки дна каналов подвода воды к турбинам электростанции Яхромского гидроузла было необходимо демонтировать часть причальной стенки, закрывающей проход. Для выполнения данной задачи железобетонная конструкция отделялась от свай и разрезалась на элементы для демонтажа. Это было возможно сделать только методом алмазной канатной резки. Отрезанный элемент был погружен на баржу с помощью плавучего крана, для транспортировки к месту утилизации.
Применение других методов разрушения железобетона (взрывные работы, гидромолот и пр.) в данном случае было невозможно по причине частичного нахождения конструкции в воде. Как показала практика, при проведении подводных работ метод алмазной резки и сверления является единственным, не наносящим вреда окружающей среде.
Результатом работы выполняемой методом алмазной резки являются куски железобетона прямоугольной либо цилиндрической формы, аккуратно выпиленные или высверленные. Они могут быть применены в дальнейшем для решения различных задач. Отсутствие строительного мусора в условиях строительной площадки исключает загрязнение окружающей среды, в противовес использованию отбойного молотка и буровзрывных технологий.
Операторы алмазной техники не подвергаются как местной, так и общей вибрации. Из-за отсутствия загрязнения воздушной среды продуктами разрушения бетона им не требуется использование специальных средств защиты.
Шум определяют как совокупность апериодических звуков различной интенсивности и частоты. Окружающие человека шумы имеют разную интенсивность: для колеблющегося во времени и прерывистого шума максимальный уровень звука не должен превышать 110 дБ А, а для импульсного шума 125 дБ AI так автосирена - 100 дБ А, шум двигателя легкового автомобиля - 80 дБ А, шум от движения трамвая - 70...80 дБ А, уровень шума в читальном зале библиотеки составляет 60 децибел, а максимальный уровень шума алмазной техники равен 89 дБ А. Соотношение максимального уровня шума алмазной техники и максимальнодопустимого уровня шума представлено на рис.5.1. На диаграмме видно различие двух максимальных значений, иллюстрирующее более 19% разницы между ними.
Похожие диссертации на Использование технологии алмазной резки и сверления при ремонте и реконструкции гидротехнических сооружений.
