Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ современных методов организационно-технологического проектирования возведения строительных площадок на слабонесущих грунтах
1.1. Принципы нормирования показателей производства строительно-монтажных работ при возведении строительных площадок на слабонесущих грунтах
1.2. Организационные и технологические особенности производства строительно-монтажных работ при возведении строительных площадок с использованием различных материалов
1.3. Методология и основные принципы проектирования организации возведения строительных площадок для складирования ресурсного обеспечения производства
1.4. Выводы по главе 1
Глава 2. Разработка моделей анализа и прогнозирования технологических показателей процесса возведения строительных площадок с использованием резинотканевых материалов 54
2.1. Экспериментальные исследования эксплуатационных свойств резинотканевых материалов для армирования основания насыпи строительной площадки 54
2.2. Разработка методов расчета конструктивных параметров возведения строительных площадок с использованием синтетических материалов 68
2.3. Организационно-технологические показатели возведения строительных площадок с прослойкой из резинотканевого материала 82
2.4. Выводы по главе 2 88
Глава 3. Исследование организации строительного производства при возведении строительных площадок с использованием в основании синтетических материалов 92
3.1. Методы комплексного укрепления слабонесущих грунтов основания строительных площадок синтетическими материалами 92
3.2. Организационно-технологические принципы возведения строительных площадок в обводненной местности 103
3.3. Разработка методов расчета организационно- технологических показателей производства строительно-монтажных работ при возведении строительных площадок 114
3.4. Выводы по главе 3 120
Глава 4. Разработка структуры инженерной подготовки организационных решений при возведении строительных площадок с учетом технико-экономического обоснования технологических процессов 124
4.1. Системотехнические основы количественного анализа технико-экономических показателей выполнения строительно-монтажных работ при возведении строительных площадок 124
4.2. Методика расчета технико-экономических показателей возведения строительных площадок с использованием синтетических материалов 132
4.3. Комплексная система анализа технико-экономических показателей возведения строительных площадок в информационной среде 138
4.4. Выводы по главе 4 148
Общие выводы 152
Литература 156
Приложение. Акты внедрения выполненных исследований 168
- Организационные и технологические особенности производства строительно-монтажных работ при возведении строительных площадок с использованием различных материалов
- Разработка методов расчета конструктивных параметров возведения строительных площадок с использованием синтетических материалов
- Организационно-технологические принципы возведения строительных площадок в обводненной местности
- Методика расчета технико-экономических показателей возведения строительных площадок с использованием синтетических материалов
Введение к работе
Актуальность темы исследования. В проекте "Концепции стратегии развития строительного комплекса Российской Федерации на перспективу до 2010 года" изложены принципы создания обновленного потенциала мощностей и материально-технической инфраструктуры строительного комплекса на основе инновационных технологий и конструктивных решений для нового строительства и реконструкции промышленных предприятий, зданий и сооружений, инженерных сетей. Предполагается модернизация производственного аппарата как на уровне строительного комплекса так и на уровне страны в целом, которые способствуют укреплению конкурентоспособности строительной отрасли и в производственной сфере направлены на создание обновленного потенциала мощностей и материально-технической инфраструктуры строительного комплекса на основе инновационных технологий.
Приоритетным содержанием строительной деятельности можно считать создание организационно-технологических процессов с использованием гибких и универсальных объемно-планировочных и конструктивных решений, обеспечивающих эксплуатационное качество возводимых строительных объектов. Для решения этих задач необходимо обеспечить: разработку рациональных унифицированных параметров сооружений, в том числе конструктивных схем, обеспечивающих при строительстве и эксплуатации объектов размещение и функционирование высокопроизводительного оборудования; применение эффективных материалов, в том числе высокопрочных легких бетонов на пористых заполнителях, клееной древесины, высокопустотных керамических камней, легких металлических конструкций, полимерных изделий, негорючих деатемных утеплителей, а также материалов на базе рационального использования техногенных отходов промышленного
производства; для районов Крайнего Севера и сейсмических районов использование наукоемких систем и методов предупреждения массовой деформации застройки, технических решений, технологий и оборудования усиления оснований и фундаментов, упрочнения слабых зон грунта; освоение подземного пространства с применением материалов и конструкций с заданными заранее свойствами, применение в производственном строительстве специальной технологии монолитного поробетона; снижение приведенной массы зданий и сооружений производственного назначения; сокращение сроков строительства.
Процесс возведения строительных площадок на слабонесущих грунтах зависит от многих факторов, действия которых проявляются при организации и технологии строительного производства. К этим факторам следует отнести: технологичность проектных решений; обеспечение комплексной документации в сроки, позволяющие разработать и решить все вопросы подготовки строительного производства; высокая заводская готовность конструкций, деталей, изделий, сокращающая объемы работ, выполняемых на площадке; ритмичная и комплектная поставка всех необходимых ресурсов; интенсивное использование современных высокопроизводительных машин и оборудования; непрерывное повышение квалификации рабочих и инженерных кадров; рациональное совмещение профессий; всестороннее использование организационных и технических средств научной организации труда. Разработка методов анализа организационных и технологических показателей строительного производства с учетом указанных факторов позволит повысить организационно-технологическую надежность возведения строительных площадок на слабонесущих грунтах в заданные сроки с использованием определенного количества ресурсов.
С целью дальнейшего совершенствования организационных и технологических процессов возведения строительных площадок на слабонесущих грунтах необходимо определить не только комплекс
подготовительных мероприятий для выполнения строительно-монтажных работ, но и обеспечить возможность принятия альтернативных решений в зависимости от ресурсного оснащения строительной организации. Наиболее трудоемкими и сложными работами инженерной подготовки строительного производства является возведение строительных площадок на слабонесущих грунтах с обеспечением эксплуатационного качества этих сооружений. Повышение организационно-технологической надежности возведения строительных площадок на слабонесущих грунтах требует разработки систем отслеживания организационно-технологических параметров по инженерной подготовке территории на всех этапах строительного производства. Анализ практики строительного производства на слабонесущих грунтах показал, что достаточно ответственным является организационно-технологический процесс возведения складской зоны строительной площадки.
В связи с этим возникла необходимость в проведении специальных исследований, направленных на изучение методов повышения эксплуатационного качества строительных площадок в процессе возведения на слабонесущих грунтах с использованием различных конструктивных элементов, с целью повышения темпов, сокращения стоимости и продолжительности выполнения строительно-монтажных работ. Решение этих задач обуславливает необходимость реализации современных информационных технологий с учетом специфики строительного производства на слабонесущих грунтах, чем определяется актуальность темы исследования.
Актуальность выполненных исследований связана с реализацией задач по прогнозированию показателей организационно-технологических процессов производства строительно-монтажных работ при возведении строительных площадок на слабонесущих грунтах. Разработанные методики и алгоритмы позволяют эффективно управлять строительно-монтажными работами и совершенствовать для этого нормативную базу. Изложенное определяет
актуальность выбранной темы диссертационного исследования, которая соответствует п.п. 2, 4, 5 и 10 паспорта специальности 05.23.08 - технология и организация строительства, представляет собой актуальную проблему, обладающую научной новизной и практической ценностью.
Цель диссертационной работы - разработка моделей и алгоритмов
принятия организационно-технологических решений возведения строительных
площадок с учетом повышения эксплуатационного качества сооружаемых
объектов на основе использования рациональных унифицированных
параметров сооружений, в том числе конструктивных схем, обеспечивающих
при строительстве и эксплуатации функционирование
высокопроизводительного оборудования.
Задачи исследования:
анализ современных принципов реализации организационно-технологических процессов строительного производства при возведении строительных площадок на слабонесущих грунтах;
исследование ограничений, методов и показателей организации и технологии выполнения строительно-монтажных работ при возведении строительных площадок на слабонесущих грунтах с эффективным применением различных материалов;
разработка методов количественного анализа технико-экономических показателей возведения строительных площадок с учетом конструктивных схем реализации строительно-монтажных работ при инженерной подготовке строительного производства;
разработка методов и средств оценки эксплуатационного качества строительных площадок с учетом физико-механических свойств слабонесущих грунтов и деформационно-прочностных характеристик используемых материалов;
разработка комплексной системы организационно-технологического проектирования строительно-монтажных работ при возведении строительных площадок на слабонесущих грунтах использованием различных материалов в информационной среде;
подготовка практических рекомендаций по применению результатов исследований в процессе повышения эксплуатационного качества строительных площадок при реализации инженерной подготовки строительного производства.
Объект исследования: организация и технология производства строительно-монтажных работ на слабонесущих грунтах.
Предмет исследования: методология анализа и прогнозирования показателей выполнения строительно-монтажных работ при инженерной подготовке строительного производства.
Методологические и теоретические основы исследования базируются на работах отечественных и зарубежных ученых в области системотехники строительства, методов теории прочности, вероятностно-статистического анализа, экспертного логического анализа, информационно-вычислительных технологий, обобщении исследований в области технологии и организации строительного производства.
Научно-техническая гипотеза предполагает использование современных методов организации и технологии производства строительно-монтажных работ при инженерной подготовке строительного производства и информационных технологий для прогнозирования показателей технологических процессов производства при возведении строительных площадок с использованием различных материалов, что должно существенно повысить эксплуатационное качество строительных площадок на слабонесущих фунтах.
Научная новизна результатов исследования:
- разработаны методы организационно-технологического проектирования
процессов строительного производства при возведении строительных
площадок на слабонесущих грунтах, обеспечивающие системотехническую
увязку функциональных подсистем и информационно-аналитических задач
организационно-технологического проектирования строительства;
разработаны методы прогнозирования показателей организационно-технологических процессов и конструктивных решений при возведении строительных площадок с использованием различных материалов, позволяющие осуществлять многовариантное моделирование технико-экономических показателей выполнения строительно-монтажных работ при инженерной подготовке строительного производства на слабонесущих грунтах;
предложена структура информационно-расчетного обеспечения в системе организационно-технологического проектирования строительного производства для повышения эксплуатационного качества строительных площадок на слабонесущих грунтах с комплексным использованием различных материалов.
На защиту выносятся:
- результаты анализа организационно-технологического проектирования
процессов строительного производства при возведении строительных
площадок на слабонесущих грунтах, позволившие выработать научную
гипотезу и методические рекомендации по совершенствованию
организационно-технологических процессов строительного производства на
основе использования различных материалов;
организационно-технологическое проектирование инженерной подготовки строительных работ на слабонесущих грунтах и методы оценки производства строительно-монтажных работ при возведении строительных площадок с учетом реализации многовариантного моделирования технико-экономических показателей выполнения строительных работ;
структура информационно-расчетного обеспечения в системе организационно-технологического проектирования строительно-монтажных работ.
Практическая значимость и внедрение результатов исследования.
Совокупность полученных результатов дает методику организационно-
технологического проектирования выполнения строительно-монтажных работ
в процессе возведения строительных площадок на слабонесущих грунтах с
высоким эксплуатационным качеством, а разработанные информационно-
расчетные технологии позволяют анализировать показатели организационно-
технологических процессов инженерной подготовки строительного
производства с учетом полученных в работе подходов оценки эффективности
выполнения строительно-монтажных работ. В процессе работы было
выполнено промышленное внедрение результатов исследования
производственным предприятием ООО "Строй Тэк" (обеспечение
количественного анализа технико-экономических показателей
организационно-технологических процессов ресурсного обеспечения строительного производства при выполнении строительно-монтажных работ в условиях инженерной подготовки строительной площадки при возведении жилого микрорайона "Опалиха" - корпус № 1 по адресу Московская обл., Красногорский р-н, п. Ново-Никольское и инженерная подготовка строительной площадки в условиях механизированного сноса панельного жилого дома по адресу г. Москва, Северное Тушино, ул. Виллиса Лациса, д. 3) и производственным предприятием 000 "Инжстрой-плюс" (обеспечение количественного анализа организационно-технологических решений выполнения строительно-монтажных работ при возведении строительных площадок в условиях производства земляных работ со шпунтовым ограждением из труб 0 325x8 мм и обустройством распорной системы с анкерами по адресу г. Москва, ул. Таллиннская, вл. 32, а также земляных работ
с разработкой траншей для инженерных коммуникаций по адресу г. Москва, Куркино - 2-я очередь, мкр. 9). Результаты исследований и научно-технические разработки включены в многоцелевой программный комплекс CAS (Computer Aided System - информационная технология в виде пакета прикладных программ): CAS = Classification and Methods of Designing Parameteres of Building Grounds - классификация и методы расчета показателей строительно-монтажных работ при возведении строительных площадок, что подтверждается актами внедрения.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на: научно-практических конференциях, семинарах и заседаниях секции "Строительство" Российской инженерной академии (г. Москва, 2002, 2003); Московском городском семинаре "Системология и системотехника комплексной обработки данных и документации" (г. Москва, 2004); 11-ой международной научно-практической конференции "Диагностика-2001" (г. Москва, 2001); научных семинарах секции "Организация строительства и автоматизированного проектирования" ЗАО ЦНИИОМТП и других учебных и практических проектных организаций отрасли строительства РФ.
Организационные и технологические особенности производства строительно-монтажных работ при возведении строительных площадок с использованием различных материалов
Вопросы выполнения подготовительных работ при сооружении объектов различного назначения представляют собой часть общего комплекса задач организации строительного производства [10, 11, 42-47]. Своевременное и качественное проведение подготовительных работ является одним из решающих факторов успешного осуществления строительства [3, 4, 20, 49]. Однако, это достигается не всегда. В действительности на стройках часто задействованы материально-технические ресурсы, количество которых отличается от запланированного, ход выполнения работ отличается от расчетного, отраженного в графиках и циклограммах, и, наконец, сроки завершения строительства объектов обличаются от директивы. Это доказывает необходимость дальнейшего глубокого теоретического осмысливания природы строительных процессов, разработки новых схем производства работ и методологии организации строительного производства.
Подготовка строительного производства по содержанию и характеру комплексно решаемых задач является многоплановой проблемой, поскольку она выполняется на различных уровнях: в генподрядных и субподрядных трестах и их подразделениях, в вышестоящих по отношению к тресту органах управления, у заказчика, в проектных организациях. Следует отметить и то обстоятельство, что до настоящего времени проектирование объектов, проектирование подготовки производства и управление строительством выполняются без достаточной взаимосвязи. Как показал анализ эффективности строительного производства, эти процессы существенно влияют друг на друга, причем связи весьма неоднородны по своей природе и нестабильны [21, 24-27, 96, 97, 108]. Поэтому строительство промышленных и гражданских объектов необходимо рассматривать как сложную динамическую систему [124].
Теоретические основы организации подготовки строительного производства были изложены в работах [50, 78, 79, 114, 115]. В настоящее время также ведутся научные исследования по совершенствованию форм и методов производства этих работ, исходя из конкретных условий строительства. При этом делается попытка комплексного подхода к вопросам совершенствования подготовки строительного производства. Но, совершенствование подготовки строительного производства нередко ведется в строительных организациях стихийно, путем решения только первоочередных проблем, без учета развития всей системы организации строительства.
Таким образом, можно предположить, что дальнейшее развитие организационных и технологических форм скоростного строительства невозможно без совершенствования всей системы организационной подготовки. Современные тенденции скоростного строительства основываются на широком внедрении агрегирования структур строительных организаций по принципам комплексного выполнения законченных этапов работ. В то же время традиционная схема проектирования сооружений не только не предусматривает опережающую разработку проектных решений по подготовке объектов к строительству, а, как правило, вообще не расшифровывает конкретные объемы подготовительных работ. Уже сейчас требуется принципиально изменить систему проектирования объектов с обязательным отражением работ, связанных с подготовкой строительного производства. Проекты организации строительства должны прямо и непосредственно планировать выполнение объемов подготовительных работ, ставя их в зависимость от требований наиболее эффективного использования ресурсов потоков и ускорения темпов строительства.
К задачам подготовки строительного производства при сооружении объектов на слабонесущих грунтах можно отнести следующие мероприятия и работы. Организационные подготовительные мероприятия: решение вопроса об условиях использования для нужд строительства существующих транспортных и инженерных коммуникаций; решение вопроса о порядке использования местных строительных материалов [2]; распределение работ по исполнителям; решение вопроса о необходимости передислокации или наращивания производственных мощностей строительно-монтажных организаций и привлечения специализированных организаций для выполнения отдельных видов работ; заключение договоров подряда на капитальное строительство. Внеплощадочные подготовительные работы: строительство перевалочных баз для поступающих материалов на стройку, разгрузочных площадок, причалов, железнодорожных веток, технологических дорог различного типа, полевых жилых городков, складов ГСМ и др. Внутриплощадочные подготовительные работы: создание геодезической разбивочной основы для строительства; снос и перенос строений и коммуникаций; инженерная подготовка строительных площадок, создание общеплощадочного складского хозяйства и площадок укрупненной сборки оборудования и конструкций; монтаж инвентарных зданий и механизированных установок; возведение постоянных - зданий и сооружений, используемых временно для строительства; обеспечение строительных площадок водоснабжением, связью, опережающее выполнение работ по строительству переходов, включая работы по рекультивации земель и охране окружающей среды; создание промежуточных трубосварочных и трубоизоляционных баз и др. Подготовительные работы должны быть увязаны с общим потоком основных строительно-монтажных работ и обеспечивать необходимый фронт работ строительным подразделениям. Производство строительно-монтажных работ можно начинать после завершения организационных подготовительных мероприятий, внеплощадочных и внутриплощадочных работ.
Такая трактовка задач подготовки строительного производства для различных объектов позволяет дифференцировать работы по степени их важности [33]. Необходимо отметить, что организационно-технологические решения подготовки строительного производства, принимаемые в проектах организации строительства и проектах производства работ, за последние годы во многом усложнились, также усложнились решаемые в них задачи по снижению трудоемкости и стоимости строительных работ [103-105]. Следует особо подчеркнуть главную отличительную особенность систем строительного производства - их организационный характер, объединение в производственном процессе не только технических, но и социальных элементов.
Разработка методов расчета конструктивных параметров возведения строительных площадок с использованием синтетических материалов
Сборная деревянная одежда СП состоит из сплошного настила покрытия и основания с подстилающим слоем хворостяной выстилки. Покрытие и основание устраивают из отдельных сборных деревянных элементов, которые изготавливают из бревен или брусьев деловой древесины. На подготовленный подстилающий слой основания из хворостяной выстилки с помощью автокрана грузоподъемностью не менее 10 тонн последовательно укладывают сборные деревянные элементы основания - щиты, а затем монтируют щиты покрытия с готового участка дороги. К щитам покрытия у кромок проезжей части технологической дороги закрепляют колесоотбойные брусья. Одновременно, щиты покрытия, находящиеся у кромок проезжей части, скрепляют со щитами верхнего слоя основания для обеспечения поперечной устойчивости покрытия. Хворостяную выстилку в два слоя устраивают заблаговременно, до монтажа щитов и плит покрытия. Сначала хворост укладывают на торфяную поверхность, уплотняют его гусеницами трелевочного трактора за один проход по каждому месту дороги, а затем укладывают и уплотняют второй слой выстилки.
При устройстве деревянного настила используются поперечные и продольные лаги, а также прижимные колесоотбойные брусья. На хворостяную выстилку по краям и в середине технологической дороги укладываются три продольные лаги - лежни. На лежни, вплотную друг к другу, накатываются поперечные лаги комлями в разные стороны. На поперечные лаги к краю настила укладываются прижимные колесоотбойные брусья, которые скрепляются с крайними лежнями проволочными скрутками.
Для устройства защитного покрытия СП используется привозной грунт с дренирующими свойствами. Ему придается односкатный поперечный профиль с уклоном в сторону, противоположную оси технологической дороги и строящегося объекта.
В последнее время разработаны конструкции площадок с использованием местных дорожно-строительных материалов и элементов заводского изготовления. Строительство площадок с различными типами сборно-разборных деревянных покрытий типа ЛВ-11, ЛВ-11М на водонасыщенных, переувлажненных и заболоченных участках позволяет сократить трудозатраты на200-г250чел.дней[81].
В последнее время большое внимание при строительстве СП уделяется использованию различных синтетических материалов (СМ) [7]. О распространении конструкций с прослойками из синтетического материала свидетельствует тот факт, что в конструкциях СП предусмотрены варианты с устройством щебеночного или гравийного покрытия поверх прослойки из нетканого или резинотканевого синтетического материала, а также грунтового покрытия поверх сетчатого синтетического материала. В конструкциях дренажей СМ служит для предотвращения попадания с водой в дрену или дренирующую прослойку грунтовых частиц. Используемый для этих целей СМ должен обладать тремя основными свойствами - быть непроницаемым для большинства частиц грунта, обеспечивать заданную долговечность и эффективность работы дренажа.
Синтетические материалы применяются при строительстве СП на участках слабонесущих грунтов и предназначаются, прежде всего, для снижения неравномерности осадок насыпей, возводимых на сжимаемых основаниях. Прослойки из СМ воспринимают горизонтальные растягивающие напряжения, снижают сдвигающие напряжения и темпы роста остаточных деформаций, т.е. синтетический материал снимает часть напряжений, действующих на поверхность слабой толщи грунта от внешней нагрузки [99,100]. Кроме того, в процессе строительства крупнофракционный материал насыпного основания не проникает в грунт. В результате повышается несущая способность основания, создается возможность уменьшения его толщины и увеличения срока службы СП. Физико-механические свойства нетканых материалов во многом определяются свойствами слагающих их волокон, что в свою очередь, имеет большое значение для оценки возможности применения СМ в конструкциях СП (табл. 1.4).
В таблице приняты следующие обозначения волокон на основе: В] -полиэфира, В2 - полипропилена, В3 - полиамида, В4 - полиэтилена, УПВ -устойчивость против воздействия: + - хорошая, + + - очень хорошая, + — средняя, - - плохая; склонность к ползучести: + + - очень большая, + - большая, + - - незначительная.
Используемые в строительстве СМ вырабатывают из синтетических волокон на основе различных волокнообразующих полимеров - полиамидов (капрон), полиэфиров (лавсан) и полипропиленов; возможно также получение СМ, состоящих из смеси различных синтетических волокон. Полиэтилен в качестве волокнообразующего полимера почти не используют, а применяют иногда как связующее.
Из трех названных полимеров наименьшее распространение в производстве СМ получили материалы на основе полиамидов. Это связано со значительным ухудшением механических характеристик полиамидного волокна при водопоглощении - наблюдается снижение прочности до 30%.
Строительные площадки с прослойкой в основании из СМ возводят на переувлажненных минеральных грунтах, на болотах и обводненных участках местности. Технологические параметры СП с прослойкой в основании из нетканого синтетического материала приведены в табл. 1.5.
Прослойку из СМ укладывают, как правило, непосредственно на грунт под слой основания из минеральных грунтов. Конструкции СП с применением СМ могут быть изменены в зависимости от грунтовых условий, состояния и вида подстилающего основания путем устройства дополнительного слоя из хворостяной выстилки, лежневого настила или выравнивающего песчаного слоя. Конструкция насыпей с прослойками предусматривает укладку СМ в основание или в отсыпаемый грунт (рис. 1.2).
Организационно-технологические принципы возведения строительных площадок в обводненной местности
Следует отметить, что существенное влияние на технико-экономические показатели возведения строительной площадки будет оказывать и высота насыпи (рис. 2.10). Чем больше высота насыпного слоя грунта, тем шире деформируемая часть основания и величина осадки строительной площадки. Результаты графического построения дают возможность делать выводы о соответствии решения задачи напряженно-деформированного состояния прослойки критерию работоспособности конструкции. Прежде всего, удлинение армирующей прослойки должно находиться в упругой области значений. В противном случае работа материала, а следовательно и конструкции, не будет соответствовать рассматриваемой модели и в теоретической части расчета необходимо будет учесть пластические деформации. С другой стороны, можно внести изменения в конструкцию армирующей прослойки или произвести замену исходного материала для ее изготовления с целью увеличения модуля упругой деформации.
Таким образом, разработанная математическая модель и алгоритм поиска параметров напряженно-деформированного состояния основания насыпи строительной площадки позволяют принимать обоснованные проектные решения, связанные с определением конструктивных особенностей армированных строительной площадки в условиях слабонесущих грунтов, обеспечивая эксплуатационную надежность сооружения. Своевременное возведение строительных площадок с правильной организацией их эксплуатации, при правильном выборе конструкции с учетом природно-климатических условий позволит обеспечить определенный темп строительства объекта в целом с наименьшими затратами трудовых и материальных ресурсов.
Разработаны методы анализа и прогнозирования технологических показателей процесса возведения строительных площадок с использованием резинотканевых материалов. При этом, выполнены экспериментальные исследования эксплуатационных свойств резинотканевых материалов для армирования основания насыпи строительной площадки, разработаны методы расчета конструктивных параметров возведения строительных площадок с использованием синтетических материалов, рассмотрены организационно-технологические показатели возведения строительных площадок с прослойкой из резинотканевого материала.
Разработка методов повышения эксплуатационного качества строительных площадок в процессе возведения на слабонесущих грунтах основана на математическом моделировании процесса деформации основания насыпи строительных площадок из комбинации резинотканевых материалов и грунта. В основу расчета минимальной толщины насыпного слоя конструкции строительной площадки на слабонесущем грунте с применением прослоек из резинотканевых материалов были положены следующие соображения: деформации армирующей прослойки от растягивающих усилий находятся в упругой области; конструкция строительной площадки включает слабое основание, армирующую прослойку, насыпь и при отсутствии временной нагрузки находится в ненапряженном состоянии; модуль деформации грунта основания имеет постоянное минимальное значение; при этом реакцию отпора слабого основания на воздействие временных нагрузок можно не учитывать; нагрузка от подвижного состава носит кратковременный характер; процессы, связанные с выдавливанием или уплотнением грунта слабого основания, не успевают развиться, и общая деформация слабого основания после снятия нагрузки будет определяться весом грунта насыпи.
Экспериментальные исследования резинотканевых материалов показали, что существует два основных типа их деформации. Первый удовлетворяет гипотезе работы материала в упругой области при заданных величинах прикладываемой нагрузки. К этим материалам следует отнести резинотканевые ленты с количеством слоев полотна 4т5и площадью покрытия резиной более 55%. Для указанного материала модуль деформации изменяется от 0,573 МПа до 0,935 МПа. С точки зрения максимального удовлетворения условиям работы армирующего материала в слабых грунтах с малыми значениями модулей деформации является материал с количеством слоев полотна равным 5, покрытый резиной на 70% площади поверхности. Этот материал обладает лучшими свойствами с точки зрения деформации и запаса прочности. Кроме того, эти материалы отличаются химической стойкостью, гарантирующей работоспособность конструкции в сильно обводненной местности в течение нескольких лет.
Единственное решение уравнения равновесия L = (Н + ДН)-[(24-к/Е)-(у-Н2 + n-Fo-d IT1)]1 2 (где F0 - внешняя нагрузка; Е - модуль деформации материала прослойки; у - удельный вес грунта насыпи; Н - высота насыпи; d - диаметр штампа; г\ - эмпирический коэффициент) может быть получено либо на основе экспериментальных данных, либо методом итераций, так как в него входят два неизвестных параметра (L - диаметр области осадки строительной площадки и АН - величина осадки строительной площадки). Таким образом, полученные зависимости позволяют выполнять многовариантные расчеты технологических параметров строительных площадок с использованием в основании насыпи резинотканевого материала при варьировании исходных данных.
Используемые при возведении строительных площадок синтетические материалы имеют различные физико-механические свойства, которые характеризуются широким диапазоном качественных и количественных изменений. В этой ситуации многовариантные расчеты становятся одним из путей оценки возможностей использования данного синтетического материала с максимальной технико-экономической эффективностью.
Анализ результатов расчетов показывает, что величина осадки насыпи существенно зависит от значения модуля деформации синтетического материала (Еот„ = E/Emax, Етах = 4x104 Н/м). Так, при увеличении модуля деформации в 3 раза величина осадки строительной площадки уменьшается соответственно в 3 раза при Н = 0,6 м и в 2,7 раза при Н = 1,0 м. Характерно выглядит и изменение деформируемой части основания насыпи. Чем больше высота насыпного слоя грунта, тем шире деформируемая часть основания. Этот показатель играет весьма важную роль, так как накладывает определенные ограничения на геометрические размеры строительной площадки. Следует отметить, что при малых значениях модуля деформации синтетического материала увеличение высоты грунта насыпи приводит к росту величины осадки до величин, сопоставимых с ее высотой (Е = 0,25-Етах; Н = 1,2 м; ДН = 1,3 м).
Методика расчета технико-экономических показателей возведения строительных площадок с использованием синтетических материалов
При возведении строительной площадки на болотах I типа глубиной до 4 м применяют конструкцию, в которой края прослойки из синтетического материала охватывают основание строительной площадки со всех сторон и заводятся на поверхность грунтового основания. При этом устойчивость основания строительной площадки увеличивается.
На болотах II типа с глубиной торфяной залежи не более 4 м применяют конструкцию с армирующей полосой из лежней или сборно-разборных деревянных щитов, уложенных непосредственно на прослойку из синтетического материала. Укладку полотен для создания прослоек в теле или верхней части земляного полотна выполняют, как правило, посредством раскладки рулонов на грунтах повышенной влажности и ширине полотна материала 1,5-5-2,0 м; производительность работ при выполнении этой операции вручную 1000 м2 в смену.
На болотах II типа с глубиной торфяной залежи более 8 м применяют конструкцию строительной площадки, состоящую из подстилающего слоя основания в виде хворостяной выстилки или сплошного поперечного деревянного настила, поверх которого разостлана прослойка из синтетического материала с отсыпным песчаным слоем и грунтовым улучшенным покрытием.
На болотах I типа и глубоких болотах II типа целесообразен ввод прослойки из синтетического материала между деревянным настилом и песком. Этим исключается проникание песка под настил и улучшается работа конструкции строительной площадки при использовании подвижного состава.
Зарубежный опыт показал, что применение нетканых синтетических материалов частично решает вопросы повышения эффективности возведения строительных площадок в условиях слабонесущих грунтов при возведении земляного полотна и укреплении откосов. Однако, обработка многочисленных данных наблюдений показала, что в пределах точности обследований не обнаружено достаточного качественного повышения эксплуатационной надежности строительных площадок на слабом основании (глубокие болота I типа и болота II типа), в связи с чем острота применения деревянных настилов различных конструкций не снята для многих регионов.
Решение задачи возведения надежных строительных площадок на болотах предлагается достигнуть за счет использования в качестве армирующих прослоек высокопрочных материалов, обладающих ярко выраженными упругими свойствами (с модулем упругой деформации выше 0,1 МПа). Применение таких материалов, в первую очередь снизит неравномерности осадок насыпи за счет эффективного и равномерного перераспределения усилий от транспортных нагрузок, передаваемых на слабое основание; во-вторых, обеспечит равномерную по времени осадку насыпи и нормальную эксплуатацию строительной площадки, не дожидаясь окончания осадочных процессов.
В зависимости от состояния и характеристик слабого болотного основания и грунтов, используемых в качестве материалов насыпи, можно применять следующие конструкции строительных площадок с армированным основанием: - конструкция состоит из прослойки ячеистой структуры, слоя связного грунта и покрытия (гравийного, щебеночного или т.п.), при этом насыпь строительной площадки устраивается на болотном основании, покрытом неразрушенным мохорастительным слоем; такая конструкция применима для болот I-II типов, а также для болот I типа, лишенных растительности, илистых, глинистых, водонасыщенных и плывунистых грунтов; - в случае возведения насыпи на болотах II типа, лишенных растительности, при невозможности применения в качестве нижнего слоя насыпи связных грунтов и замене их песчаными, прослойки выполняются комбинированными, состоящими из упругой ячеистой составляющей части (размер ячейки 0,5x0,7 м), укладываемой непосредственно на поверхность болота и разделяющей части, представляющей собой нетканый синтетический материал с низкими механическими характеристиками (с целью снижения стоимости строительной площадки синтетический материал можно заменить путем использования фашинной выстилки, укладываемой непосредственно на ячеистую прослойку с размером ячейки 0,2x0,3 м). Использование упругих ячеистых прослоек также снижает динамические воздействия на слабое основание, в результате чего, снижается интенсивность перемешивания грунтов основания и насыпи и не происходит разрушения мохорастительного слоя болотного основания.
В отдельных случаях следует предусматривать закрепление свободных краев армирующего полотна в нижней части насыпи строительной площадки с целью предотвращения проскальзывания прослойки относительно основания. Такое закрепление производится либо вводом в конструкцию прослойки дополнительного элемента, работающего по принципу анкера, либо устройством таких элементов непосредственно на месте возведения строительной площадки, после укладки армирующей прослойки.
Технология возведения строительной площадки с применением синтетического материала не отличается от традиционной технологии сооружения грунтовых площадок. Добавляются лишь операции по транспортированию, укладке и соединению полотен. Отсыпку насыпи производят слоями толщиной 0,20ч-0,25 м с тщательным ее уплотнением продольными проездами груженных автосамосвалов. В качестве засыпки на участках, где предусмотрено применение грунта с использованием синтетических материалов, рекомендуются грунты, имеющие: устойчивую структуру; большую объемную массу; высокий коэффициент фильтрации. Засыпку прослойки осуществляют с готового участка отсыпанного грунта, а перед этим прослойку из синтетического материала сшивают или склеивают из отдельных полотен. Поставляемые синтетические материалы в рулонах раскатывают на заранее подготовленном основании земляного полотна в направлении, предусмотренном технологическими особенностями возведения строительной площадки. С учетом условий раскатки и массы рулона эту операцию выполняют вручную звеном из 2-г4 человек, закрепляя раскатанные полотна путем присыпки или колышками через 1 м. Полотна материала соединяют внахлест анкерами, что обеспечивает надежность стыка и постоянство физико-механических свойств по всей площади. Величина перекрытия краев полотен на слабом основании определяется в зависимости от осадки насыпи и принимается не менее 0,3 м, а расстояние между анкерами должно быть не менее 1,5 м. В сложных грунтовых условиях для облегчения производства работ и улучшения их качества целесообразно соединять полотна частично или полностью за пределами участка строительства.
