Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Методология сравнительного анализа техно логии строительства подземных объектов,предназначенных для канализационных насосных станций в стесненных условиях 15
1.1. Основные технологии, приятые для решения проблемы 15
1.2. Система определения совокупности критериев 16
1.3. Определение величин измерения конструкционно-технологических мероприятий с учетом отдельных критериев 18
1.4. Оценка предварительного отбора конструкционно-технологических мероприятий 22
1.5. Результаты проведенного анализа конструкционно-технологических мероприятий 22
1.6. Выводы по главе 1 29
Глава 2. Систематизация конструктивно-технологи ческих мероприятий, направленных на совершенствование способа опускного колодца в стесненных условиях 31
2.1. Анализ наблюдений за деформациями грунтового массива и сооружений в период погружения опускных колодцев 31
2.2. Анализ конструктивно-технологических мероприятий, направленных на совершенствование способа опускного колодца в стесненных условиях 42 '
2.2.1. Анализ влияния на деформации грунта факторов, возникающих в результате погружения опускного колодца 42
2.2.2. Мероприятия по снижению сил трения грунта по боковой поверхности опускного колодца 48
2.2.2.1. Способы уменьшения сил трения 48
2.2.2.2. Антифрикционные покрытия 57
2.2.3. Мероприятия по избежанию (уменьшению) кренов колодцев 59
2.2.3.1. Принудительные способы погружения опускного колодца 59
2.2.3.2. Способы, уменьшающие образование кренов 64
2.2.3.3. Контроль опускания колодцев 71
2.2.4. Мероприятия, направленные на уменьшение деформации грунтового массива за счет способа разработки грунта 72
2.2.4.1. Применение способа бурения сквозь отверстия 72
2.2.4.2. Устройство опережающей траншеи и замена грунта по периметру колодца 75
2.2.4.3. Способы разработки грунта 78
2.2.4.4. Способы разработки грунта в зоне ножа 79
2.2.4.5. Способы разработки грунта в зоне ножа под водой 82
2.2.4.6. Конструктивно-технологические решения ножевых конструкций 84
2.3. Анализ технико-экономических показателей конструктивно-техно- логических решений опускных колодцев 87
2.4. Выводы по главе 2 88
Глава 3. Методология обоснования необходимости совершенствования конструктивно-техноло гических решений возведения опускных колодцев в стесненных условиях 92
3.1. Основные положения системного подхода к решению проблемы 92
3.1.1 Система понятий, терминология 92
3.1.2. Методы принятия технических решений 94
3.2. Критерии сравнительной оценки эффективности различных конструктивно-технологических решений погружения опускных колодцев 97
3.3. Анализ и выбор критериев технологичности различных конструктивно-технологических решений погружения опускных колодцев в стесненных условиях 101
3.4. Методология выбора критериев технологичности конструктивно- 4 технологических решений погружения опускных колодцев в стесненных условиях 105
3.5. Методология выбора математических моделей для дальнейших путей совершенствования способа опускного колодца в стесненных условиях 114
3.5.1. Теория трения бетонных поверхностей по грунту 114
3.5.2. Математические модели оценки антифрикционных свойств покрытий 118
3.5.3. Оптимизация состава композиционного полимерного материала для покрытия стен опускного колодца 120
3.5.4. Обоснование выбора формы ножевой части опускного колодца 123
3.6. Выводы по главе 3. Постановка и цели задачи 124
Глава 4. Экспериментальные лабораторные исследо вания с применением покрытий снижающих силы трения 126
4.1. Многокритериальный анализ исходных материалов в качестве антифрикционных покрытий 126
4.2. Лабораторные исследования влияния сил трения по боковой поверхности стен опускного колодца 132
І і 4.2.1. Постановка задачи исследований 132
4.2.2. Лабораторные исследования деформации грунтового массива при погружении фрагмента подвижного подземного ограждения 136
4.2.2.1. Конструкция стенда и методика экспериментальных исследований 137
4.2.2.2. Результаты стендовых исследований 141
4.2.3. Экспериментальные исследования полимерных покрытий 149
4.2.3.1. Методика исследований для первой группы исследований 150
4.2.3.2. Методика исследований для второй группы исследований 152
4.2.3.3. Результаты экспериментальных исследований для первой группы исследований (эпоксидно-сланцевые покрытия) 158
4.2.3.4. Результаты экспериментальных исследований для второй группы исследований (эпоксидные составы на базе эпоксидной смолы Е607 с наполнителями: PTFE, PA, MoS2, бентонит SN, бентонит S) 172
4.2.4. Оптимизация состава композиционного полимерного материала для покрытия стен опускного колодца 190
4.2.4.1. Результаты оптимизации состава композиционного полимерного материала для покрытия стен опускного колодца 192
4.2.5. Исследования прочности и истираемости полимерных материалов для покрытия стен опускного колодца 200
4.2.5.1. Методика подготовки и проведения исследований 200
4.2.5.2. Результаты лабораторных исследований 203
4.3. Выводы по главе 4 203
Глава 5. Экспериментальные лабораторные исследо вания технологии погружения опускного колодца при совершенствовании ножевой частиколодца 206
5.1. Многокритериальный анализ формы ножевой части колодца 206
5.2. Обоснование выбора формы ножевой части опускного колодца 209
5.3. Лабораторные исследования влияния технологии погружения опускного колодца при совершенствованной форме ножевой части на деформации окружающего массива грунта и на усилия погружения 211
5.3.1. Постановка задачи исследований 211
5.3.2. Лабораторные исследования при погружении ножевой конструкции подземного ограждения в грунтовый массив 213
5.3.2.1. Конструкция стенда и методика экспериментальных исследований 214
5.3.2.2. Результаты стендовых исследований 220
5.4. Лабораторные исследования технологии погружения опускного колодца с предварительным рыхлением грунта и совершенствова нием формы его ножевой части 227
5.4.1. Постановка задачи исследований 227
5.4.2. Лабораторные исследования при погружении ножевой конструкции подземного ограждения в грунтовый массив, с предварительным рыхлением грунта 228
5.4.2.1. Конструкция стенда и методика экспериментальных исследований 229
5.4.2.2. Результаты стендовых исследований 230
5.5. Выводы по главе 5 233
Глава 6. Натурные экспериментальные исследования состояния грунтового массива около погружаемого опускного колодца 236
6.1. Методика натурных исследований на экспериментальном колодце 236
6.2. Методика натурных исследований на опускном колодце в стесненных условиях 240
6.3. Краткая характеристика объектов и условий строительства 242
6.4. Экспериментальные исследования на опускном колодце 246
6.5. Экспериментальные исследования на опускном колодце в стесненных условиях 254
6.6. Выводы по главе 6 258
Глава 7. Практические рекомендации по выбору оптимальных конструктивно-технологичес ких мероприятий при погружении опускных колодцев 262
7.1. Выбор конструктивно-технологических мероприятий погружения опускных колодцев 262
7.1.2. Способы уменьшения трения по стене колодца 263
7.1.3. Способы уменьшения сил вдавливания за счет применения оптимальных ножей 264
7.1.4. Способы уменьшения сил вдавливания за счет разрыхления массива грунта 266
7.1.5. Способы разработки грунта 268
7.1.5.1. Разъединительные шпунтовые ряды 268
7.1.5.2. Погружение малогабаритных опускных колодцев 269
7.1.5.3. Применение вибротехники при разработке грунта и выправлении кренов опускных колодцев 271
7.1.5.4. Применение вибротехники при мероприятиях уменьшающих силу вдавливания опускных колодцев 273
7.2. Внедрение результатов исследований 274
Общие выводы 285
Литература 288
Приложение.
- Система определения совокупности критериев
- Анализ конструктивно-технологических мероприятий, направленных на совершенствование способа опускного колодца в стесненных условиях
- Критерии сравнительной оценки эффективности различных конструктивно-технологических решений погружения опускных колодцев
- Лабораторные исследования влияния сил трения по боковой поверхности стен опускного колодца
Введение к работе
Актуальность темы. Возведение подземных и заглубленных сооружений промышленного, коммунального и транспортного назначения приобретает все большее значение и масштабы. Объем строительных работ по объектам подземного хозяйства возрастает, что стимулирует поиски более рациональных и экономически целесообразных конструкционно-технологических решений. Факторы постоянно растущих цен земель под застройку, вызывают необходимость строительства подземных сооружений в стесненных условиях. Ответственность заглубленных сооружений возводимых в таких условиях, значительный объем затрачиваемых на их строительство средств, предъявляют повышенные требования к их проектированию и устройству.
В настоящее время особо важной научно-технической проблемой, имеющей важное экономическое и экологическое значение, является коммунальное строительство. В течение последнего десятилетия капиталовложения, связанные с охраной окружающей среды, значительно возросли.
В городском хозяйстве проводится строительство водопроводно-канализационных подземных и заглубленных сооружений по забору и подаче воды, а также станций по перекачке сточных вод и их очистке. При строительстве очистных сооружений возникает проблема возведения подземных объектов, предназначенных для канализационных насосных станций, при их расширении в стесненных условиях. Этот факт связан с осуществлением нового жилищного строительства, реализацией надстроек над существующими домами, а также со строительством промышленных и общественных объектов. Стоимость их сооружения составляет 50-70 % общей стоимости строительно-монтажных работ всего объекта [244, 250, 298].
Проведен анализ основных наиболее приемлемых в этих условиях
9 технологий сооружения подземных объектов этого назначения («стена в грунте», котлован со шпунтовым ограждением и опускной колодец), показал преимущество последней. Однако в процессе погружения колодца возникает опасность деформации окружающего массива грунта.
В связи с этим при строительстве подземных сооружений методом опускного колодца в последние годы чаще всего применяются способы, позволяющее уменьшать зоны обрушения грунта, что дает возможность вести работы вблизи существующих канализационных насосных станций, фундаментов зданий и сооружений.
Наиболее распространенной областью применения способа возведения подземных сооружений методом опускного колодца является коммунальное строительство. В течение последнего десятилетия в Польше капитальные вложения, предназначенные для охраны окружающей среды, значительно возросли. В 1997 году 17,4% общих финансовых расходов пошли на защиту окружающей среды, а 42,8% затрат по защите водохранилищ, составляли затраты на очистные сооружения. В 1999 году в Польше было построено и расширено 277 коммунальных очистных станций, при их общем количестве 1835. В 2003 году было сдано в эксплуатацию 366 очистных станций вместе с реконструируемыми. В 2004-2010 годах планируется полное урегулирование водосточного хозяйства для всех местностей с числом жителей более 100000 человек [302].
В настоящее время применяемые технологии, связанные с очисткой сточных вод, сводятся к уменьшению объемов подземных объектов, тем не менее, следует отметить строительство и эксплуатацию крупнейшего в мире и наиболее значимого сооружения, предназначенного для насосной канализационной станции, возведенного из монолитного бетона методом опускного колодца, наружным диаметром 66,10 м и высотой 69,85 м, при толщине стен 2,7 -г 3,9 м в Санкт-Петербурге [209].
Настоящие исследования направлены на сокращение времени возведения
10 сооружений и повышение производительности труда путем совершенствования конструкции, создания эффективных технологических решений, а также учета
^ влияния параметров процесса погружения опускных колодцев в стесненных
условиях на деформации окружающего массива грунта и снижения негативного влияния на существующие здания и сооружения.
Целью работы явилось решение научно-технической проблемы, имеющей важное экономическое и экологическое значение, заключающейся в разработке новых и усовершенствовании известных технологических решений возведения опускных колодцев для строительства заглубленных сооружений вблизи существующих зданий и сооружений.
ф В интересах достижения поставленной цели сформулированы следующие
задачи исследований: [60]
выполнить сравнительный анализ различных способов строительства подземных объектов, предназначенных для канализационных насосных станций;
провести анализ и систематизацию современных способов погружения опускных колодцев для насосных канализационных станций с учетом конструктивно-технологических мероприятий, направленных на
,ф/ совершенствование технологии опускания колодцев в стесненных
условиях;
разработать методику многокритериальной оценки совершенствования способа опускного колодца при строительстве в стесненных условиях с учетом критериев технологической эффективности; определить критерии выбора рациональных технологических параметров погружения опускных колодцев;
провести экспериментальные лабораторные работы на фрагментах подвижного подземного ограждения, а также исследовать эффективность
w применения полимерных покрытий, направленных на снижение сил трения
грунта по боковой поверхности опускного колодца;
провести экспериментальные исследования по изысканию оптимальных ножевых конструкции опускных колодцев и по отработке технологических приемов при предварительном рыхлении грунта по контуру колодца до начала процесса его погружения;
провести натурные исследования при погружении опускных колодцев в стесненных условиях, включающие исследование устойчивости и деформаций грунтового массива в зоне погружения опускного колодца с учетом факторного анализа;
разработать практические рекомендации по применению
усовершенствованных конструктивно-технологических мероприятий при опускании колодцев в стесненных условиях; подтвердить в производственных условиях целесообразности и эффективность предложенных конструктивно-технологических мероприятий при погружении опускных колодцев вблизи существующих зданий.
Объектом исследований явились технологические процессы различных конструктивно-технологических мероприятий возведения опускных колодцев в стесненных условиях; обоснование оптимальных параметров технологического процесса погружения опускных колодцев в этих условиях.
Методика исследований: теоретические и экспериментальные исследования технологических параметров процесса погружения опускных колодцев;
многокритериальный анализ параметров технологических процессов погружения опускных колодцев.
Научная новизна работы: обоснована целесообразность применения способа опускного колодца для строительства канализационных насосных станций в стесненных условиях; усовершенствована методика определения области рационального применения различных способов погружения опускных колодцев вблизи
12 существующих зданий и сооружений;
установлены оптимальные составы антифрикционных покрытий на основе
^ смол для нанесения на наружные поверхности стен опускных колодцев;
определены пределы рационального применения разработанных покрытий при разных силах трения стен колодца по грунту;
разработана новая форма ножа колодца, уменьшающая усилия, требуемые для обеспечения процесса опускания сооружения;
определено влияние характеристик процесса предварительного рыхления грунта на технологические параметры погружения опускного колодца.
определена степень влияния регулируемых технологических параметров
4І процесса опускания, на деформации окружающего грунта при погружении
опускных колодцев, на величину сил трения, на возможность появления кренов, понижения уровня грунтовых вод, а также на степень зависания;
разработан алгоритм выбора оптимальных вариантов погружения опускных
колодцев в стесненных условиях по критерию величины зоны деформации
окружающего массива грунта;
Практическая ценность.
установлена технологическая целесообразность применения разработанных
Ф видов покрытий, уменьшающих силы трения по наружной поверхности стен
опускного колодца;
выявлены рациональные способы и параметры процесса погружения опускных колодцев в стесненных условиях, обеспечивающие безопасность существующих зданий и сооружений без снижения темпов возведения подземных конструкций канализационных станций;
определены эффективные пропорции состава покрытий наружных поверхности стен;
представлено оптимальное конструктивно-технологическое решение ножевой части опускного колодца;
определены технико-экономические показатели применения новых составов
13 антифрикционных материалов, конструкции ножа, предварительного рыхления грунта до начала процесса погружения опускного колодца; разработан технологический регламент погружения опускных колодцев в стесненных условиях, принятый для внедрения строительным трестом „Betochem" в г.Кельце и другими строительными предприятиями, а также проектными организациями.
Структурная схема выполнения научных исследований и внедрения результатов диссертационной работы
Таблица 1.
m
Автор выражает глубокую благодарность за оказанную помощь при выполнении данной работы научному консультанту, профессору, доктору технических наук Верстову В.В.
Система определения совокупности критериев
Проведен качественный анализ трех основных вышеупомянутых технологий сооружения подземных объектов этого назначения: «стена в грунте», котлован со шпунтовым ограждением и опускной колодец.
Для сравнения приняты подземные сооружения, возводимые для канализационных очистных станций. Глубина погружения и размер в плане Ф для современных технологии очистки сточных вод колеблется в пределах 6 ч 10 м [210,238, 279]. Для предварительного анализа конструктивно-технологических решений строительства подземных сооружений, наиболее приемлемых в условиях плотной городской застройки, приняты следующие критерии, позволяющие выбрать методы, обеспечивающие сохранность существующих зданий, сооружений и их оборудования путем предотвращения появления значительных осадок грунтового основания, а также выполнения условий охраны окружающей среды во время производства работ. К1 -степень уменьшения влияния технологических процессов на деформации грунта - свойство определяющее уровень воздействия грунтового массива в период опускания на существующие здания и сооружения. Деформации появляются вследствие действия сил трения грунта или его давления. Величина их зависит от вида и состояния грунта, вертикальной нагрузки на окружающую поверхность, перемещений конструкции, а также показателей шероховатости их наружной v поверхности. K2 - экономическая эффективность конструктивно-технологических решений - показатель обеспечивающий возведение рационального варианта подземного сооружения при наименьших затратах. Экономическая эффективность определяется с учетом составляющих компонентов финансовых затрат (оплата труда рабочих, материалозатраты, стоимость машиносмен), а также трудоемкости и продолжительности строительных работ. КЗ - показатель шума - критерий определяющий уровень шума звука, вызванного производством работ. Допускаемая величина шума в период 8-часового рабочего дня с учетом защиты слухового аппарата человека находятся на уровне 85 дБ. К4 — показатель колебаний - фактор определяющий появление колебания вибраций вызванных механической энергией передаваемой работающими машинами на существующие здания, а также их людей. К5 - показатель качества производства работ - определяющий степень точности выполнения строительных работ. Оценивается на основе качества выполненных работ путем оценки степени соответствия свойств производства свойствам, заложенным в проекте и технических условиях на прием у выполненных работ. По результатам проведенной оценки конструктивно-технологических мероприятий построена таблица, совокупно представляющая все результаты. С целью осуществления кодирования по методу Нейманн-Моргенштерна определены максимальные и минимальные значения для отдельных критериев, а затем проведен анализ и оценка совокупности решений [54, 293].
В представленных ниже таблицах проведена оценка приведенных конструктивно-технологических решений по установленным критериям. Оценка представлена в бальной системе от 1 до 5, где оценка 1 обозначает наименее пригодное решение, а 5 - решение наиболее эффективное. К1 - уровень уменьшения влияния технологических процессов на деформации грунта
Деформации появляются вследствие сил трения грунта или его давления. Величина их зависит от вида и состояния грунта, вертикальной нагрузки на окружающую поверхность и перемещений конструкции. К2 - экономическая эффективность конструктивно-технологических решений
Экономическую эффективность определяется с учетом составляющих компонентов финансовых затрат (оплата труда рабочих, материалозатраты, стоимость машиносмен), а также трудоемкости и продолжительности строительных работ.
Анализ конструктивно-технологических мероприятий, направленных на совершенствование способа опускного колодца в стесненных условиях
В результате сравнительной оценки различных технологии и конструкции опускных колодцев, применяемых в условиях плотной застройки, в том числе зонах непосредственного примыкания, автором установлено значительное техногенное влияние на существующие здания в период погружения опускного колодца. Это влияние выражается в виде осадок окружающего массива грунта и имеет место при всех технологических решениях и может приводить к значительному материальному ущербу. Осадки связывают закономерные деформации грунта, которые можно разделить на две зоны: первая - полного разрушения естественного состояния грунта (провал, обрушение грунта), эта зона располагается непосредственно у стенки колодца; вторая - периферийная, характеризуется нарушенной структурой толщи грунтов с микротрещинами и незначительными осадками. Поэтому существует потребность в совершенствовании существующих способов погружения опускных колодцев, обеспечивающих снижение негативного влияния указанных явлений, а также в обосновании методик выбора рациональных технологических параметров и разработке новых технологий сооружения опускных колодцев в стесненных условиях, способствующих уменьшению деформации окружающего массива грунта (рис. 2.4) [150, 183].
При определении размеров зоны обрушения рекомендуется принимать поверхность скольжения ее под углом я/4 - ф/2 к горизонту, где ф - расчетное значение угла внутреннего трения грунта [17, 20].
Исходя из этого строительство колодца всегда следует считать выполненным в стесненных условиях, если существующие здания и сооружения не находятся в пределах зоны обрушения, ширина которой
Строительство колодца следует считать выполненным в стесненных условиях и в том случае, если не прогнозируют больше допустимых осадки зданий и сооружений, находящихся и за зоной обрушения. Крены колодца (в данном случае имеется ввиду перемещения стенки колодца от грунта), наличие уступа на его наружной боковой поверхности, разработка грунта в котловане (особенно под банкеткой и за ней), прорывы глинистого раствора, создают условия возможности деформации в боковом направлении, при достижении которой определенных величин в грунтовом массиве возникают зоны обрушения.
Естественно, что влияние кренов колодца и размер уступа на его боковой поверхности может регулироваться применением различных технологических и конструктивных мероприятий, в то же время эти мероприятия должны обеспечивать сохранность глинистого раствора тиксотропной рубашки и заглубление ножевой части колодца в грунт при его погружении [127, 132, 145, 147, 182].
При определении допускаемого крена колодца в случае его погружения в стесненных условия примем следующие предпосылки: сдвиг массива грунта возникает при перемещении стенки Апр, равном 2 10 Нк [73], поверхность скольжения проходит под углом (тс/4 - ф/2) к горизонту, ширина зоны обрушения В не должна быть больше расстояния от поверхности колодца до ближайшего края существующего фундамента, центр вращения колодца при крене находится в плоскости банкетки (рис. 2.5). Исходя из этого при погружении колодца должны соблюдаться условия: Нк - глубина погружения колодца; а - расстояние от боковой поверхности колодца до края фундамента.
Опыт погружения опускных колодцев и натурного наблюдения за этим процессом показывает, что на сопротивление грунта погружению сооружения весьма существенно влияет степень шероховатости наружной поверхности стен, соприкасающихся с грунтом. При этом в работе [19] указано, что \Ц} геометрические неровности поверхности стен колодцев следует объединить в две группы: микро-макро неровности. К первой группе автор относит шероховатость бетонной поверхности, которая определяется технологией изготовления опалубочных плит и панелей. Вторая группа неровностей поверхности, по мнению автора, определяется правильностью геометрической формы колодца и зависит от технологии и точности монтажа элементов его наружной поверхности в процессе погружения.
При погружении колодца в зависимости от степени шероховатости стен, может происходить сдвиг стенки по грунту (поверхностное трение) или сдвиг ЩЬ грунта по грунту [252].
В результате перемещения грунта вместе со стенкой колодца в нем будут возникать зоны уплотнения и разуплотнения и связанные с этим деформации
грунтового массива. Поэтому при проектировании опускных колодцев, строящихся в стесненных условиях необходимо предусматривать специальную обработку поверхности стен, а также геодезические наблюдения за правильностью их геометрической формы, с тем, чтобы при погружении сооружения обеспечивать поверхностное трение.
Необходимо также отметить и то, что в результате действия сил трения в грунтовом массиве возникают дополнительные напряжения, которые также приводят к его осадкам [8, 12, 38, 49, 50].
К осадкам грунтового массива приводит и понижение уровня грунтовых вод, в результате которого увеличивается эффективный вес грунта в пределах зоны понижения. Данный слой, а также подстилающие его слои получают добавочную нагрузку и претерпевают дополнительное уплотнение. При этом будет возникать новая осадка поверхности. Осадки естественно будут возрастать с глубиной, на которую понижается уровень грунтовых вод, а также с продолжительностью самой откачки.
Анализ представленных наблюдений позволяет выделить следующие основные причины, влияющие на деформации окружающего массива грунта, представленные нарис. 2.6 [63].
Критерии сравнительной оценки эффективности различных конструктивно-технологических решений погружения опускных колодцев
Сложная финансово-хозяйственная ситуация в нашей стране вызывает необходимость поиска более эффективных решений.
Функция цели в процессе выбора оптимальных технологических параметров реализации объекта является оценкой его варианта. Выполнением критерия оптимизации является определение экстремум функции цели. Таким образом, обеспечивается возможность выбора лучшего решения среди допускаемых. 4ф Определение критерия оптимизации, которого результатом является получение оптимального объекта, а не только легко решаемой проблемы, это не совсем простая задача. Многие года в научных трудах представляются методы определения критерий выбора оптимальных параметров реализации объектов. Однако, дают они только некоторые теоретические решения, которые не совсем пригодные для конкретных объектов. Все это является причиной негативного подхода к оптимизации, как трудоемкого метода, не представляющего измеряемых результатов. Например, применение критерия массы ведет к трудоемким и технологически непригодным решениям [241, 284].
Применение одной функции, всесторонне оценивающей данный объект, является сложной задачей. Однако можно привести критерий, который выполняет много требований. Это критерий минимума ожидаемых капиталовложений. Составляющими этого критерия являются: затраты по проектированию объекта, его возведению, по эксплуатации и содержанию и затраты по ремонту в случае аварии. Этот критерий имеет, однако много недостатков, среди которых следует перечислить, например невозможность точного определения совокупности этих компонентов или противоречия между инвестором, а строительной организацией. Эти между прочем причины приводят к небольшой заинтересованности этим критерием в полном виде. Однако, не исключается применение избранных компонентов этого критерия, например для многокритериального анализа.
Для задач общего строительства можно применять следующие группы критериев оптимизации: приоритетные, конструкционные, технологические, экономические, экологические и функциональные (рис.3.4). Приоритетные критерия определяются на предварительном этапе формулировки задания оптимизации и устанавливают некоторые общие цели, которым должен отвечать рассматриваемый объект. Критерия эти принимают общую форму, не связанную с практикой, но после уточнения становятся оптимизационными критериями задачи [284, 269].
Например, минимум ожидаемых капиталовложений, после подробного анализа рынка, может принять форму минимума затрат по возведению объекта и минимума потребности в энергии при эксплуатации. От объекта оптимизации требуется чаще всего выполнения противоречивых критерий. Оптимизационные критерия задачи, позволяют на формулировку многокритериальных проблем. Для строительных задач определено 5 групп критериев. Их множество не позволяет на правильное решение задачи. Соответствующая подборка 3-7 критериев, лучше всего из разных групп, гарантирует всестороннюю оценку объекта. Это решение является более наглядным и лучшим, чем технически правильное решение, определенное интуитивно опытным проектировщиком. [65, 270]
Для решения нашей задачи представлены предварительные критерия выбора оптимальных параметров возведения опускных колодцев. Число принятых приоритетных критериев равняется - трем (3), а оптимизационных критериев задачи - четырем (4). Критерия эти представлены в таблице 3.1.
Решающую роль при погружении опускных колодцев в стесненных условиях играет фактор технологичности. Способ оценки технологичности объектов опирается на конструктивно-технологическом анализе по нескольким критериям: уровень заводского изготовления; транспортирование; возведение сооружений; эксплуатация сооружений.
Под понятием технологичности процесса подразумевается следующие элементы: универсальность, простота транспорта и монтажа, - надежность процесса возведения - экологичность (снижение негативных воздействий на окружающую среду) Понятие технологичности и методы оптимизации при возведении зданий ф и сооружений были исследованы многими авторами: Булгаков С.Н., Э.К.Завадскас, В.Д.Лихачев, Р.Н.Фоков, Лернер В.Г., Корчак А.В. [30, 133] Технологичностью конструктивных решений является совокупность свойств объектов и приспособленность к использованию оптимальных технологических процессов с минимальными затратами труда, времени и средств, при производстве материалов и конструкции, их транспорта, возведения, эксплуатации и ликвидации объекта с заданными показателями качества и условий выполнения работ [178]. i# Технологичностью строительной конструкции является совокупность положительных качеств данной конструкции в конкретных условиях ее изготовления, транспорта и монтажа по всем или основным показателям, превосходящая другие конструкции того же значения [187]. Способ правильной оценки технологичности в количественном варианте, в данный момент является сложной задачей. Имеются только некоторые попытки решить эту задачу. В работе С.Н.Булгакова [30] показатель технологичности строительных 0 конструкции рекомендуется считать, как показатель трудоемкости монтажа. Следовательно, технологичность решений рекомендуется определять, как показатель трудоемкости монтажа Kj
Лабораторные исследования влияния сил трения по боковой поверхности стен опускного колодца
Целью лабораторных исследований являлось исследование коэффициента трения поверхностей стен опускного колодца по грунту, т.к. все остальные параметры, необходимые для расчета деформаций, определяются на стадии инженерно-геологических изысканий.
Известно [113], что сопротивление грунта сдвигу по поверхности соприкосновения его с твердыми телами подчиняется тем же закономерностям, что и внутреннее сопротивление грунта сдвигу. Поэтому следует лишь рассмотреть вопрос об угле трения и величине сцепления между грунтом и поверхностями различных материалов. Угол трения грунта о поверхность не может превосходить угла внутреннего трения, в противном случае сдвиг произошел бы не по этой поверхности, а по проходящей в непосредственной близости от нее внутри грунта. То же самое относится и к величине сцепления.
В качестве критерия оценки сил трения поверхности по грунту (фрикционных свойств) принят коэффициент внешнего трения, так как широко применяемые для расчета на погружение колодцев удельные силы трения, в лабораторных условиях определить не представляется возможным.
Анализ приведенных исследований показывает, что применение антифрикционных покрытий, в том числе покрытий на основе эпоксидных смол, существенно снижает коэффициент внешнего трения поверхности по грунту и одновременно создает гидроизоляцию сооружений.
Величина коэффициента внешнего трения определяется видом твердой поверхности и ее шероховатостью, с одной стороны и свойствами и характеристиками грунта - с другой стороны [21].
В процессе погружения опускного колодца покрытия подвергаются износу, в результате чего коэффициент трения может изменяться.
При ряде недостатков в существующих способах уменьшения сил трения по боковой поверхности стен опускных колодцев и целесообразности разработки более надежных и более эффективных покрытий решено было исследовать составы на основе эпоксидной смолы. В зарубежной и отечественной практике широко применяются в технике противокоррозионных работ эпоксидно-каменноугольные, эпоксидно-буроугольные, эпоксидно му битумные и эпоксидно-сланцевые составы. Предметом данных исследований, проведенных в данной работе, являлись эпоксидно-сланцевые составы, разработанные институтом ВНИИГС Минмонтажспецстроя. Покрытия холодного отверждения состоят из смеси низковязких эпоксидных смол ЭД-20 и смоляных продуктов переработки сланцев с добавлением отвердителя и наполнителя. В качестве отвердителя употребляются полиэтиленполиамины. Дистиллят коксования как продукт переработки сланцев представляет собой фракцию сланцевой смолы с (ф температурой кипения 280-400С. Это покрытие широко используется в строительстве для противокоррозионной защиты и гидроизоляции, благодаря комплексу присущих ему свойств: хорошей адгезии к различным поверхностям, высокой химической стойкости, малой усадке при отверждении, возможности создания композиций с высоким содержанием нелетучих компонентов. [151, 159, 175] Однако, использование его для покрытия стен опускных колодцев имеет особенности, которые не учитывались при разработке рецептур составов. М Строительство колодцев осуществляется в таких условиях, когда практически невозможно полностью осушить окрашиваемую поверхность и регулировать влажность и температуру окружающего воздуха. В период погружения колодца на контакте боковой поверхности с грунтом возникают кинетические силы трения, приводящие к износу покрытия, Таким образом, к покрытию предъявляются дополнительные требования: оно должно быть износостойким, обладать антифрикционными свойствами, состав должен наноситься и отверждаться в условиях 100%-ой влажности на мокрых бетонных и металлических поверхностях и при отрицательных температурах. ,Щ Покрытие состоит из грунтовочного и основного слоя. Эти составы могут эксплуатироваться при температуре от -30С до +60С. При приготовлении эпоксидно-сланцевых составов расчетные количества эпоксидной смолы и сланцевого продукта перемешивают в течение 5-8 минут до получения однородной массы, вручную в металлических емкостях, либо механическим способом с использованием пневматической переносной мешалки.
Отвердитель добавляется непосредственно перед нанесением состава и перемешивается в течение 3-5 минут. Полиэтиленполиамин вводится в смесь при температуре ее 18-20 С.
Жизнеспособность состава колеблется в пределах 30-40 мин. с момента введения отвердителя, поэтому следует готовить не более 3 кг рабочего состава.
Перед нанесением эпоксидно-сланцевых составов, бетонная поверхность должна быть подготовлена: раковины, трещины и другие углубления заполняют цементным раствором, после с нее удалят пыль при помощи сжатого воздуха.
Покрытие наносят на поверхность при температуре окружающего воздуха не ниже +5С, при этом отверждение каждого слоя происходит за 36-48 часов. Вначале поверхность покрывается грунтовочным слоем толщиной 0,2-0,3 мм, а затем наносится покровный слой, используя при этом жесткие кисти, щетки, валики или наливную машину.
При температуре окружающего воздуха не ниже 15С покрытие полностью твердеет за двое суток, превращаясь в темно-коричневую глянцевую пленку, которая обладает хорошей адгезией к бетону. Контакт покрытия с грунтовой средой допускается не ранее, чем через 15 суток после нанесения на поверхность бетона. Срок отверждения можно уменьшить сушкой с помощью переносных электровоздушных сушилок, лампами инфракрасного излучения и т.д. причем температура отверждения выше 60С недопустима.
Покрытия одновременно являются прекрасной гидроизоляцией. Водопоглощение состава за 100 суток не более 0,2-0,3%. Предел прочности через 240 часов на сжатие 60-70 МПа. Объемный вес 1,05 -1,25 г/см3.
Похожие диссертации на Технология сооружения опускных колодцев в стесненных условиях
