Введение к работе
1.1. Актуальность проблемы
В России, а также в других странах имеются районы, где строительство транспортных сооружений осуществляется в довольно суровый зимний период. Строятся и намечаются к строительству в этих районах железные и автомобильные дороги, мосты, причальные, берегоукрепительные сооружения на морях, реках и водоемах и другие искусственные сооружения. Отсутствие в ряде случаев в этих районах достаточно развитой строительной базы, недостаток трудовых ресурсов, а также суровые климатические условия, значительно осложняющие производство работ по возведению указанных сооружений, заставляют ученых, проектировщиков и строителей применять наименее трудоемкие и материалоемкие, надежные в эксплуатации конструкции сооружений, например, сооружения из металлического шпунта различных типов. Они применяются при строительстве мостов, причальных и подпорных стенок и других искусственных сооружений.
При относительно малой продолжительности летнего периода в этих районах, а в целом ряде случаев и из-за невозможности производства работ по устройству сооружений летом (наличие большого течения, высокие уровни воды, отсутствие плавучих средств и др.) работы по погружению металлических шпунтовых свай выполняются в зимний период со льда. Кроме того, при производстве работ в летний период для погружения шпунта требуется устройство специальных островков, подмостей или других временных вспомогательных сооружений, на которые затрачиваются большие дополнительные средства, материальные и трудовые ресурсы. Поэтому во многих случаях производство работ со льда является экономически целесообразным. Однако, как показал анализ отечественного и зарубежного опыта строительства, производство работ по погружению шпунта со льда связано с необходимостью предварительного устройства манны (прорези) во льду, куда впоследствии заводится шпунт для погружения в грунт, а также вмороженных в лед направляющих. Устройство и поддержание майны — сложная, трудоемкая и дорогостоящая работа, требующая применения специальных механизмов и устройств. Эта работа особенно осложняется там, где толщина льда превышает 0,8 м, а температура наружного воздуха опускается ниже —20С. Именно такие условия и характерны для северных и восточных районов нашей страны и других северных стран. Необходимо также иметь в виду, что устройство майны снижает безопасность выполнения работ со льда. Устройство направ-
ляющих — также трудоемкая и дорогостоящая работа. Поэтому возникает необходимость разработки такой технологии погружения шпунтовых свай со льда, которая исключила бы работы по устройству майны и ее поддержанию в процессе производства работ, а так же упростила бы или исключила вовсе устройство направляющих.
Диссертация посвящена разработке и внедрению именно такой технологии. Она впервые в мировой практике была применена, по предложению автора, при строительстве одного из объектов на Крайнем Севере России. В результате применения этой технологии был получен значительный экономический эффект (см. прил. 1 и 2). Дальнейшее широкое применение новой технологии оказалось возможным после получения автором теоретических и экспериментальных данных, позволяющих учитывать конкретные условия производства работ (состояние ледяного покрова, температура окружающего воздуха, типы свай и др.). Это подтверждает актуальность выбранной темы. Многолетний опыт автора по проектированию и строительству объектов в суровых климатических условиях явился базой для исследований.
При анализе литературных и других источников как отечественных, так и зарубежных, а также в результате выполненных патентных исследований на глубину до 50 лет по СССР, США, Канаде, Великобретании, Германии и Японии не удалось выявить применения где-либо подобной технологии.
1.2. Цель работы
Целью диссертации является разработка нового способа погружения свай со льда на основе экспериментальных исследований, а также разработка и внедрение совершенной технологии производства свайных работ со льда без устройства майны. Задачами исследований явились: выявление закономерностей взаимодействия погружаемого шпунта со льдом и факторов, влияющих на условия погружения шпунта в лед.
На защиту выносятся: новый способ погружения свай в грунт с ледяного покрова (защищен авторским свидетельством), алгоритм расчета параметров сваепогружающего оборудования, новая технология производства свайных работ со льда. Разработанная технология позволяет значительно сократить расходы на возведение шпунтовых сооружений со льда, снизить трудозатраты, улучшить условия труда рабочих и повысить безопасность ведения работ.
Работа выполнена в Сибирской государственной академии путей сообщения.
1.3. Методика исследований
Работа основана на теоретических и экспериментальных исследованиях, анализе и обобщении отечественного и зарубежного опыта строительства транспортных сооружений со льда. Автором выполнены лабораторные испытания погружения шпунтов различной формы и разных размеров в естественный лед, который намораживался в искусственном бассейне, помещенном в большую морозильную камеру. Опыты также производились и в натуре. Было выполнено 80 опытов. Опытные данные обрабатывались математическими методами с использованием многофакторных математических моделей. Достоверность полученных результатов оценивалась сравнением расчетных и экспериментальных данных с фактическими, полученными при натурных испытаниях.
1.4. Научная новизна
Впервые разработаны методика определения расчетных параметров сваепогружающего оборудования при погружении металлического шпунта через лед методом вибропрокола, а также технология погружения металлического шпунта через лед методом вибропрокола. Получены аналитические зависимости, позволяющие проектировать производство работ по погружению шпунта в конкретных условиях строительной площадки. Новизна разработок подтверждается наличием трех авторских свидетельств, а также отсутствием зарубежных и отечественных патентов в этой области.
1.5. Практическая ценность работы
Разработанные методика подбора сваепогружающего оборудования и технология процесса погружения шпунта позволяют проектировщикам и производителям работ в конкретных условиях строительных площадок создавать проекты производства работ и выполнять работы с высокой экономической эффективностью при соблюдении соответствующих условий безопасности труда.
1.6. Реализация результатов работы
По результатам исследований были выданы соответствующие рекомендации строительным организациям и научно-исследовательскому институту транспортного строительства по применению в практике новой методики и технологии. Кроме того, были поданы заявки на изобретения и получены 3 авторских свидетельства на способы выполнения работ. Результаты работы были внедрены в
Нижнеянском порту и при строительстве моста в Новосибирске, а также в тресте Запсибгидрострой при строительстве шпунтовых сооружений.
Рис 1.1 Шпунтовый ряд, устроенный методом вибропрокола льда
1.7. Апробация работы
Основные результаты работы докладывались и были одобрены на научно-технических конференциях НИИЖТа, в СибЦНИИСе, тресте Запсибгидрострой, на кафедре «Мосты» СГАПС.
1.8. Публикации
Основные результаты работы содержатся в трех научно-технических отчетах, девяти статьях и трех авторских свидетельствах.
1.1. Актуальность проблемы 1
-
Цель работы 2
-
Методика исследований 3
-
Научная новизна 3
.1.5. Практическая ценность работы 3
-
Реализация результатов работы 3
-
Апробация работы 4
-
Публикации 4