Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса 10
1.1. Существующие методы контроля качества процесса производства земляных работ 10
1.1.1. Контроль качества основания . 14
1.1.2. Контроль геометрических характеристик 16
1.1.3. Контроль качества уплотнения грунта 18
1.2. Оценка качества и надежности процесса возведения насыпей земляного полотна 27
1.3. Особенности мониторинга геотехнических систем 32
Выводы по первой главе 44
2. Влияние параметров грунта на ход технологического процесса отсыпки и уплотнения грунта в насыпях земляного полотна... 45
2.1. Определение параметров грунтов для дорожного
строительства 45
2.2. Связь параметров грунта со способами отсыпки и уплотнения насыпей земляного полотна 55
2.3. Сбор и обработка экспериментальных данных 60
2.3.1. Сбор исходных данных и формирование банка данных параметров грунтов 60
2.3.2. Статистическая обработка экспериментальных данных с
применением системы STATISTICA 6.0 68
Выводы по второй главе 81
3. Моделирование процесса послойного формирования тела насыпи земляного полотна ... 83
3.1. Моделирование с применением элементов теории случайных
процессов 83
3.1.1. Параметры модели 86
3.1.2. Исходные данные 88
3.2. Формирование модели и алгоритма расчета 92
3.3. Моделирование с учетом отказов технологического процесса послойного уплотнения грунта в системе Mathcad Pro 94
3.4. Моделирование с учетом интенсивности восстановления процесса послойного уплотнения грунта 102
3.5. Анализ выходных параметров моделей 114
3.5.1. Оценка возможностей самоорганизации технологического процесса 114
3.5.2. Оценка эффективности технологического процесса 118
3.5.3. Анализ надежности и восстанавливаемости технологического
процесса 123
Выводы по третьей главе 125
4. Внедрение элементов мониторинга процесса возведения насыпей земляного полотна 127
4.1. Прогнозирование и управление процессом отсыпки и уплотнения насыпей земляного полотна 127
4.2. Информационное сопровождение процесса отсыпки и уплотнения насыпи земляного полотна 140
4.3. Регулирование процесса отсыпки и уплотнения насыпей земляного полотна 146
Выводы по четвертой главе 159
Заключение и выводы 160
Литература
- Контроль качества основания
- Связь параметров грунта со способами отсыпки и уплотнения насыпей земляного полотна
- Моделирование с учетом отказов технологического процесса послойного уплотнения грунта в системе Mathcad Pro
- Информационное сопровождение процесса отсыпки и уплотнения насыпи земляного полотна
Введение к работе
В представленной работе исследована возможность прогнозирования и технического регулирования технологического процесса возведения насыпи земляного полотна. Данный технологический процесс рассмотрен в соответствии с требованиями и положениями Федерального закона № 184-ФЗ «О техническом регулировании», который дает новый стимул для проведения подобных исследований.
Земляное полотно является долговременным сооружением, которое не подлежит замене в течение всего срока эксплуатации дороги и только в случае необходимости может быть усилено или капитально отремонтировано.
В настоящее время более чем на 10% протяженности эксплуатационной длины сети железных дорог Российской Федерации земляное полотно имеет дефекты и деформации, негативно влияющие на перевозочный процесс. При этом до 70% всех полных отказов приходится на насыпи, а одной из причин их возникновения является низкое качество строительства, выраженное нарушениями технологии возведения земляного полотна [99]. В то же время рост грузооборота, повышение осевых нагрузок, а также увеличение скоростей движения поездов на главных направлениях железных дорог предъявляют повышенные требования к надежности и безопасности строящегося земляного полотна.
Следует отметить, что в дорожном строительстве сооружение земляного полотна занимает около 90% всех земляных работ. В частности сооружение насыпей является одним из наиболее ответственных и важных этапов при возведении земляного полотна и заключается в сочетании и взаимодействии множества различных по назначению, характеру и профессиональному исполнению строительных работ. Учитывая, что стоимость земляных работ доходит до 30% общих затрат на сооружение линии, это лишний раз подтверждает, что на всех этапах возведения насыпей необходим контроль за ходом всех технологических процессов.
В условиях рыночных отношений одним из критериев успешного функционирования отрасли транспортного строительства является получение доброкачественного результата строительства, что достигается при осуществлении постоянного и непрерывного контроля качества производства работ. Это актуализирует проблему создания мониторинга технологических процессов, которая возникает еще на стадии проектирования и инвестирования строительных работ. Объясняется это тем, что затраты связанные с устранением брака, обнаруженного в ходе эксплуатации, значительно превышают затраты на возведение объекта, что является недопустимым. При этом объект следует рассматривать как единую природно-техническую систему включающую, наряду с другими элементами, методы наблюдения и методы управления качеством процесса его возведения.
Технологии сооружения земляного полотна посвящены работы Б.И. Цвелодуба, С.Г. Жорняка, И.Д. Ткачевского, М.В. Чернавского, Г.С. Переселенкова, Д.И. Федорова, И.А. Недорезова, Е.А. Яковлевой. В МИИТе этими вопросами занимались Б.К. Андреев, С.Я. Луцкий, А.О. Нейман и другие.
Проблема многогранна. Ее решение связано с такими науками как механика грунтов и грунтоведение - это отмечено в работах Н.М. Герсеванова, Н.А. Цытовича, М.Е. Медкова, Б.И. Каменецкого, А.В. Леонычева.
Поведение насыпи железнодорожного земляного полотна в условиях эксплуатации рассмотрено в работах Г.М. Шахунянца, Т.Г. Яковлевой, Е.С. Ашпиза, В.И. Грицыка и многих других исследователей.
Другой аспект проблемы лежит в учете реакций земляных сооружений на динамические воздействия, в учете явлений тиксотропности, ползучести, реологических свойств. Эти вопросы исследовали Д.Д. Баркан, К. Терцаги, Р. Пек, О.Я. Шехтер. В работах Н.А. Хархуты, Н.И. Вощинина, А.И. Васильева, М.К. Неклюдова, Л.М. Бобылева рассмотрено влияние внешних воздействий на процесс уплотнения рыхлого грунта.
Основы системотехнического видения задачи заложены в трудах А.А. Богданова, П.К. Анохина, Ю.Н. Афанасьева, Л. Берталанфи, Н.П. Бусленко, А.А. Гусакова. Системотехнические подходы к оценке надежности организационно-технологических решений рассматриваются в работах Э.С. Спиридонова, Т.В. Шепитько. Вопросам системного анализа и моделирования производственных ситуаций посвящены работы СР. Владимирского, В.М. Круглова, В.Н. Мастаченко, СП. Першина. Экосистемные аспекты транспортного строительства рассмотрены в работах А.А. Цернанта, Л.В. Киселевой и других ученых.
Проблема организации и управления строительством транспортных сооружений исследовалась в работах Г.Н. Жинкина, М.И. Иванова, Ю.Б. Калугина, Н.А. Шадрина, В.Б. Бобрикова, А.К. Кельчевского, A.M. Призмазонова, К.В. Симонова, М.А. Спиридоновой и многих других.
Использование данных разработок позволяет найти способы совершенствования транспортного строительства в направлении повышения качества работ, повышения его эффективности и ресурсосбережения. Решение этих задач позволит железнодорожному строительству органично войти в формирующуюся систему рыночных отношений.
Актуальность исследования определяется необходимостью прогнозирования и регулирования хода технологического процесса, а также управления им с целью повышения его эффективности и ресурсосбережения при возведении насыпи земляного полотна.
Цель исследования - разработка научно-обоснованной методики прогнозирования и регулирования хода технологического процесса возведения насыпи земляного полотна, а также разработка мониторинга процесса послойного формирования тела насыпи; повышение эффективности его регулирования и управляемости.
Задачи исследования. Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:
• обобщение существующих методов контроля качества уплотнения грунта при возведении насыпей земляного полотна;
• разработка моделей и алгоритмов управления технологическим процессом возведения насыпей земляного полотна, определяющих качество и эффективность процесса с целью получения доброкачественного результата;
• сбор и исследование экспериментальных данных, полученных в результате лабораторных испытаний образцов грунтов из различных карьеров Московской области;
• исследование экспериментальных данных с использованием методов математической статистики;
• исследование влияния параметров грунта на технологический процесс отсыпки и уплотнения грунта;
• разработка методики прогнозирования и технического регулирования технологического процесса возведения насыпей земляного полотна, а также рекомендаций по оптимизации ресурсозатрат с целью повышения качества результата труда.
Исследования образцов грунта проводились в Центральной лаборатории земляного полотна ОАО ЦНИИС.
Предметом исследования является технологический процесс возведения насыпи земляного полотна.
Методы исследования. Для решения поставленных задач был применен программно-целевой метод исследования, собраны материалы на основании лабораторных испытаний грунта. Проведены аналитические и статистические расчеты с применением методов математической статистики, теории случайных процессов и теории надежности. Изучены проектные материалы, нормативная документация, обобщен передовой опыт реального строительства.
Научная новизна результатов исследования заключается в разработке алгоритма ресурсосбережения путем прогнозирования и технического регулирования технологического процесса послойного возведения насыпи земля ного полотна, а также методики получения и анализа информации с целью совершенствования процесса возведения насыпи дорожного земляного полотна. Для этого:
• систематизирован материал по развитию и совершенствованию методов контроля качества технологического процесса возведения насыпей земляного полотна;
• установлено влияние параметров грунтов на процесс послойного уплотнения тела насыпи;
• разработана методика учета влияния параметров грунтов на возникновение отказов в ходе технологического процесса возведения насыпи земляного полотна;
• разработана методика определения зависимости вероятности пребывания технологического процесса в текущем состоянии от времени;
• разработан алгоритм мониторинга технологического процесса с учетом интенсивностей отказов и восстановления.
Практическая полезность исследования заключается в том, что:
• предложена методика прогнозирования и технического регулирования технологического процесса возведения насыпи земляного полотна, направленная на повышение его надежности и качества результата труда;
• разработана первая редакция рекомендаций по определению принадлежности грунтов к способам уплотнения;
• предлагаемые разработки позволяют определять моменты времени вмешательства в технологический процесс для стабилизации уровня качества;
• предложенная методика позволяет отбирать наиболее выгодные виды грунта, отсыпаемого в тело насыпи, и закреплять грунтовые карьеры за участками производства работ по принципу (признаку) оптимизации ресурсозатрат на производство работ;
• результаты исследования могут быть использованы:
1. при проектировании производства работ по сооружению земляного полотна;
2. в процессе производства работ для оперативного управления технологическим процессом;
3. в учебных и научно-исследовательских целях
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры «Организация, технология и управление строительством» ИПСС МИИТа (2003-2005 гг.), на научно-практических конференциях «Неделя Науки» в 2003, 2004 и 2005 гг., на международной научно-технической конференции «Современные проблемы путевого комплекса. Повышение качества подготовки специалистов и уровня научных исследований», посвященной 100-летию со дня рождения профессора Г.М. Ша-хунянца в 2004 г., на V и VI научно-практических конференциях «Безопасность движения поездов» в 2004 и 2005 гг. соответственно.
Публикации. По результатам выполненных исследований опублико-, вано 9 работ.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и четырех приложений. Работа изложена на 172 страницах машинописного текста и 18 страницах приложений, содержит 29 рисунков и 19 таблиц.
Контроль качества основания
Насыпи земляного полотна являются долговременными сооружениями, которые не подлежат замене в течение всего срока эксплуатации дороги. Под влиянием многочисленных внешних переменных во времени как природных (инженерно-геологических и климатических условий нашей страны, наличие значительных территорий, где развиты природные неблагоприятные экзогенные геологические процессы и явления), так и техногенных факторов в них с момента сооружения происходят изменения, которые могут приводить к возникновению различных деформаций и дефектов. Одним их распространенных типов деформаций являются осадки (на основании классификация деформаций и дефектов согласно «Инструкции по содержанию земляного полотна»), возникновение которых приводит, как правило, к полному отказу земляного полотна [41]. Причиной возникновения осадок чаще всего является неподготовленность основания будущей насыпи.
Отсутствие должной подготовки насыпи приводит к оседанию насыпи вследствие выпирания грунтов основания, а также некачественного уплотнения грунтов основания [3]. Немаловажную роль в подготовке основания для будущей насыпи играет влияние техногенного воздействия на грунты естественного залегания. Дорожные насыпи оказывают на горные породы, служащие основанием сооружения, давления порядка 0,3 - 0,5 МПа. Дополнительное давление от веса сооружения действует на грунты основания как постоянная статическая вертикальная нагрузка, под влиянием которой толща пород сжимается, вызывая оседание поверхности земли и самой насыпи. Равномерная осадка сооружения в пределах всего его периметра не опасна, если даже абсолютная величина ее будет достигать десятков сантиметров. Опасны неравномерные осадки сооружений, которые проявляются чаще всего. Особенно значительны неравномерные осадки в сооружениях, в основании которых залегают грунты со сложной текстурой — косослоистые, линзовидные, при наличии сильно сжимаемых слоев различной мощности, валунов и т.п.
Величина осадок основания сооружений зависит от физико-механических свойств грунтов; величины внешнего давления. Считается, что сооружения в совокупности с грунтами основания представляют единую динамическую систему.
В земляном полотне также проявляются так называемые процессы болезни, влекущие его деформацию. Болезни земляного полотна и вызываемые ими деформации весьма разнообразны.
В подавляющем большинстве они аналогичны физико-геологическим явлениям, которые обуславливаются естественными геологическими процессами, происходящими в земной коре, в результате чего меняется и нарушается равновесие сил, действующих в горных породах земной коры. Инженерная деятельность человека (подрезка склонов, перегрузка склонов выемок и насыпей кавальерами, динамическое воздействие проходящих поездов и автомашин и т.д.), накладываясь на природные геологические процессы и взаимодействуя с ними, ускоряет и вызывает оседание поверхности земли над горными выработками, просадку грунтов, их переувлажнение.
Таким образом, появляется необходимость в качественном выполнении работ связанных с подготовкой основания для будущей насыпи земляного полотна. В табл. 1 указаны основные процессы и операции, подлежащие контролю, а также состав контроля. Таблица 1. № пп Основные процессы и операции, подлежащие контролю Состав контроля (что проверяется) 1. Срезка растительного слоя (дерна) или вспахивание Качество срезки (отсутствие несрезан-ного дерна, уборка срезанного дерна за пределы основания) 2. Устройство водоотводных канав для отвода поверхностных вод Соответствие проекту продольного уклона и поперечного сечения канав 3. Устройство дренажа или вырезка слабого слоя, или отсыпка нижнего слоя дренирующим грунтом Соответствие проекту устройства дренажа, толщины слоя вырезки и отсыпки грунта 4. Нарезка уступов (на косогоре) Ширина и уклон уступов 5. Удаление пней или их срезка Высота оставшихся пней 6. Удаление из основания линз и прослоек сильнозасоленных грунтов, илистых отложений Состав грунта основания 7. Удаление из основания снега, льда (в зимнее время) Состав грунта основания 8. Контроль степени уплотнения основания Фактическая плотность грунта и соответствие ее нормам, степень уплотнения
Контроль геометрических характеристик
В процессе возведения насыпи дорожного земляного полотна на стадии отсыпки грунта и формирования тела насыпи возникает необходимость в постоянном контроле формы сооружения и количества укладываемого объема грунта. Прежде всего, данный контроль необходимо осуществлять в целях приближения параметров строящейся насыпи к проектным. Многолетний опыт строительства показывает, что в процессе возведения насыпей в целях экономии грунта, его недоуплотнения, а также неоправданно ускоренных темпов работ качество сооружаемого объекта ухудшается и в будущем приводит к возникновению дефектов. Возникает необходимость в постоянном контроле качества процесса формирования тела насыпей, с целью недопущения в будущем возникновения дефектов земляного полотна.
Отклонения от проектных параметров в части геометрии объекта может повлечь за собой возникновение дефекта в процессе эксплуатации и привести к изменению его формы и возникновению нежелательных явлений. Например, чрезмерная крутизна откосов является следствием образования на их верхней части балластных шлейфов, которые возникают вследствие выброса на откосы загрязненного балласта при его очистке. С другой стороны при крутых откосах (на некоторых эксплуатируемых насыпях их крутизна достигает 1:1 и даже круче) и аккумуляция атмосферной воды в балластных шлейфах может происходить их оползание, а иногда и смещение откоса с захватом глинистого ядра. Особенно подробно вопросы дефектности и дефор-мативности земляного полотна разобраны в работе Е.С. Ашпиза [3]. Контроль геометрических характеристик насыпи осуществляется с применение геодезических средств контроля. В табл. 2 приведены основные процессы и операции, подлежащие контролю геометрических характеристик.
Связь параметров грунта со способами отсыпки и уплотнения насыпей земляного полотна
Процесс отсыпки и уплотнения грунтов требует строгого выполнения технологических требований. При этом осуществляется контроль качества на всех этапах технологического процесса, который выражается определением соответствующих параметров грунта. Это необходимо для управления процессом и своевременного принятия решений относительно протекания технологического процесса.
Для отсыпки грунта участок насыпи разделяют на рабочие участки (фронты работ), на каждом из которых последовательно производят следующие операции: выгрузку, разравнивание, увлажнение или просушивание и уплотнение грунта. Выбор типа машин для устройства насыпи зависит от общей схемы ее возведения, т.е. из боковых резервов, выемок или карьеров, а также от расстояния транспортирования грунта [5, 93].
Для отсыпки насыпи из боковых резервов или выемок применяют следующие машины: бульдозерыпри высоте насыпи до 1 м и дальности перемещения до 50 м; скреперы — при высоте насыпи до 1-2 м и дальности доставки 50-10 м; экскаваторы-драглайны — для укладки грунта в насыпи высотой 2,5-3 м. В случае отсыпки насыпи из специальных резервов (карьеров), из которых грунт перемещают в продольном направлении, применяют: при дальности перемещения до 100 м — мощные бульдозеры, от 100 до 300 м — са-моходные скреперы емкостью 9 — 15 м и экскаваторы (одноковшовые или многоковшовые) с погрузкой грунта в транспортные средства. Насыпи, возводимые из грунта, доставленного автомобилями-самосвалами, делят на участки по 100 м; на одном из них грунт разгружают, а на другом разравнивают бульдозерами и уплотняют. При этом выгруженный грунт разравнивают бульдозером по всей ширине насыпи слоями толщиной 0,3 — 0,4 м. Толщина разравниваемых слоев должна соответствовать возможностям грунтоуплот 56 няющих машин. При укладке грунта скреперами его разравнивают ножом скрепера в процессе отсыпки [5,38].
При доставке грунта автомобилями или колесными тракторами-тягачами в землевозных тележках толщина отсыпаемого и уплотняемого слоя может достигать: из глинистого и суглинистого грунта 0,5 м, из супесчаного 0,8 и из песчаного 1,2 м. Если насыпь отсыпают слоями 0,3 м с применением автосамосвалов, тракторов с прицепами и скреперов, то уплотнять слои грунта необязательно, так как в процессе отсыпки насыпи машинами она будет уплотнена настолько, что ее осадка будет незначительна. К отсыпке последующего слоя можно переходить только после разравнивания и уплотнения нижележащего слоя грунта до требуемой плотности. С наименьшими затратами этого можно достигнуть при оптимальной влажности грунта.
Критерием уплотнения приняты требуемая плотность грунта, выраженная коэффициентом стандартного уплотнения (Ку), который определяется по формуле: и Ку =-? -, (И) /"« шах где pdn - фактическая плотность сухого грунта в земляном полотне, г/см3. pdmax - максимальная плотность сухого грунта, г/см , определяемая по методу стандартного уплотнения (ГОСТ 22733-2002); Значение коэффициента устанавливается СНиП (табл. 4) [88]. Минимальное значение коэффициента уплотнения для железнодорожных насыпей не может быть ниже 0,92.
Если насыпи возводятся из скальных и крупнообломочных пород или имеют коэффициент уплотнения К 0,95, то в проекте необходимо предусмотреть запас на осадку земляного полотна. В зависимости от вида грунтов величина запаса колеблется от 0 5 до 3% от проектной высоты насыпи.
В процессе доставки и отсыпки грунта необходим контроль объема грунта отсыпаемого в тело насыпи. Для определения отсыпаемого объема грунта в тело насыпи можно воспользоваться формулой: V., К Ун =- , (15) кі где VH - объем грунта в насыпи, м ; VP - объем грунта в разрыхленном состоянии, м3; Ку, Кр - коэффициенты, соответственно, уплотнения и разрыхления Таблица 4. Значения коэффициентов уплотнения грунта Вид земляного полотна Глубина расположения слоя от основной площадки, м, для линий Коэффициент К для линий I, II категорий и дополнительных главных путей III-IV категории I, II категорий и дополнительных главных путей III-IV категории Насыпь:верхняя часть нижняя часть Выемки основания насыпей высотой до 0,5 м до 1,0 более 1,00,5 до 0,5 более 0,50,5 0,98; 0,95 0,95; 0,92 0,98; 0,95 і 0,95; 0,92 0,95 ; 0,900,95; 0,92 Для насыпей из однородных песков
На участках периодического подтопления насыпей, а также в пределах участков длиной до 100 м на подходах к мостам
В процессе производства работ нельзя допускать переувлажнения или пересыхания уплотняемых грунтов. При интенсивных дождях отсыпка насыпей из глинистых грунтов прекращается.
Работы по уплотнению грунта ведут при их влажности, близкой к оптимальной, при которой достигается наибольший эффект.
Оптимальную влажность практически можно получить увлажнением сухих или подсушиванием излишне влажных грунтов.
Переувлажненный в отдельных местах грунт до начала работ должен быть просушен и уплотнен или удален.
В летнее время при высоких температурах воздуха разрыв во времени между отсыпкой и уплотнением грунта должен быть минимальным. Малоувлажненные грунты необходимо увлажнять. Несвязанные и малосвязанные грунты рекомендуется увлажнять в отсыпанном слое незадолго перед уплотнением. Количество воды потребное для увлажнения 1 м3 слоя, определяется расчетом.
Связные грунты, в которых перераспределение влаги идет медленно, целесообразно увлажнять на месте разработки (в карьере, резерве) после разрыхления. Уплотнение грунта производится после того, как влажность станет равномерной [38].
Механические методы уплотнения в зависимости от характера воздействия рабочих органов на грунт и конструктивного решения средств механизации делятся в основном на следующие виды: укатка, вибрирование и трамбование.
Пневмокатками в зависимости от их типа и характеристики грунта уплотняют связные и несвязные грунты.
Кулачковыми катками уплотняют только связные грунты. Катки с гладкими вальцами используют для уплотнения связных и несвязных грунтов. При уплотнении грунта укаткой различают две схемы движения катков: челночная и по кругу [5, 56].
При уплотнении грунта вибрированием применяются вибрационные катки (виброкатки), виброплиты, вибротрамбовки и глубинные виброуплотнители. Этот метод рационален в основном для несвязных и малосвязных грунтов.
Моделирование с учетом отказов технологического процесса послойного уплотнения грунта в системе Mathcad Pro
В результате исследования модели технологического процесса отсыпки и уплотнения грунта получены данные, которые позволяют найти функции изменения неопределенности процесса с целью выявления его способности к самоорганизации.
В качестве меры априорной неопределенности системы в теории информации применяется характеристика, называемая неопределенностью. Это есть сумма произведений вероятностей различных состояний системы на логарифмы этих вероятностей, взятая с обратным знаком (34) [15]:
Логарифм в выражении (34) может быть взят при любом основании а \. Перемена основания равносильна умножению неопределенности на постоянное число. Будем использовать при проведении исследования натуральные логарифмы. Для расчета неопределенности рассматриваемого технологического процесса использована универсальная система компьютерной математики Mathcad Pro. В результате по полученным данным построены графики изменения неопределенности технологического процесса во времени для разных условий (рис. 17).
Анализ рис. 17 показывает: неопределенность процесса при д=0 имеет максимум (рис. 17, а), в остальных случаях, достигнув максимального значения, она стабилизируется (рис. 17, б, в, г); интенсивность изменения неопределенности от 0 до точки, соответствующей максимуму (t=4 часа, H(t)=l,5\6), значительно больше интенсивно 115 сти изменения после этой точки (рис. 17, а), в остальных случаях интенсивность изменения неопределенности не наблюдается, она постоянна.
Исследование изменения неопределенностей и вероятностей состояний технологического процесса уплотнения грунта позволяет сделать ряд важных выводов. Во-первых, принятие немедленных управленческих решений с целью недопущения возникновения отказа в том или ином состоянии технологического процесса необходимо через 5 часов после начала процесса уплотнения (для рассматриваемых исходных данных).
Во-вторых, состояния (этапы технологического процесса), описываются в рамках понятий информации и неопределенности. Таким образом, количество информации в процессе есть мера организованности системы, а неопределенность есть мера дезорганизованности системы, т. е. неопределенность есть мера недостатка информации в процессе [107].
Следовательно, если наблюдается согласованное поведение состояний, в результате чего возрастает степень их упорядоченности, то это приводит к уменьшению неопределенности. В свою очередь уменьшение неопределенности способствует самоорганизации. Важно отметить, что самоорганизация - целенаправленный процесс, в ходе которого создается, воспроизводится или совершенствуется организация сложной динамической системы [89].
Результатом уменьшения неопределенности и упорядоченности состояний (этапов) рассматриваемого процесса является его эволюция во времени, под которой понимается спонтанное возникновение и развитие новых свойств. При этом если в результате упорядочения у процесса появилось новое свойство, то это означает, что появилась структура, порождающая новое свойство, т.е. произошла самоорганизация [49].
Применительно к рассматриваемому технологическому процессу уплотнения грунта самоорганизация может быть как активной, так и пассивной. 116 а) Без учета интенсивностей восстановления технологий (рі=0) и 1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 О 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 t б) Вариант 1 (и,у—1,-) 1.8 1.6 1.4 1.2 Я 0.8 0.6 0.4 0.2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 t в) Вариант 2 ( у Л{) 2 1.8 1.6 1.4 1.2 Я 1 0.80.6 0.4 0.2п 1 1 I 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 г) Вариант 3 (/лу Л,)
Под активной самоорганизацией понимается эволюция процесса и отдельных его этапов, которая наблюдается в процессе возведения дорожной насыпи земляного полотна. Уменьшение изменения неопределенности после достижения максимального значения (рис. 17, а) показывает, что дальнейшее вмешательство в процесс с целью устранения отказа или отказов технологии нецелесообразно, так как в результате деградации технологий (после достижения максимальной вероятности отказов) формируется новая структура с другими свойствами. Эта структура не будет отзываться на действия направленные на устранение обнаруженных отказов. В остальных случаях, когда изменения неопределенности после достижения максимального значения не происходит (она постоянна), самоорганизации процесса не будет. За счет воздействия на процесс дополнительным внешним воздействием через интенсивности восстановления, увеличиться его степень открытости, которой будет соответствовать уже новый уровень организации (рис. 17, а, в). Наоборот, для того чтобы дезорганизовать систему, то надо уменьшить степень ее открытости - ослабить внешнее воздействие на нее (уменьшить интенсивность восстановления). Соответственно снизится и уровень организации (рис. 17, б) [114].
Между тем, существует и пассивная самоорганизация, которая выражается поведением возводимого земляного полотна, а именно процессами, которые в нем происходят. При этом пассивная самоорганизация может являться следствием активной, так как неустранение отказа в технологии приведет к тому, что в земляном полотне могут начаться процессы, которые, в результате, приведут к возникновению дефектов и деформаций в будущем (стабилизация земляного полотна за счет самоуплотнения). Следует отметить, что пассивная самоорганизация может длиться намного дольше активной.
Информационное сопровождение процесса отсыпки и уплотнения насыпи земляного полотна
В основу детализации кладутся требования проекта и строительных норм, регламентирующие следующие параметры нескальных грунтов (рис. 27): оптимальную влажность, максимально допустимую влажность, весовую естественную относительную влажность, коэффициент фильтрации, весовое содержание частиц крупнее 0,1 мм, весовое содержание частиц мельче 0,005 мм, весовое содержание гипса и растворимых солей, . весовое содержание частиц крупностью от 2-х до 0,05 мм.
Принятая последовательность важна, потому что последовательность операций оптимизации влажности, для разных категорий грунта различна.
Пройдя соответствующий путь отбраковки, любой грунт будет либо забракован, либо признан пригодным. В последнем случае можно назначить мероприятия по доведению влажности до оптимального значения. Конечной целью является получение удобоукладываемого грунта соответствующей кондиции и оптимальной влажности.
Следующим этапом работы является послойная укладка грунта в тело насыпи с искусственным механизированным уплотнением до нормативных значений. При этом, в процессе укладки и уплотнения должны быть выполнены требования, касающиеся геометрических характеристик возводимой насыпи, и в первую очередь, обеспечения проектной крутизны откоса и положения бровки. Логическая последовательность этих действий представлена на рис. 28.
Степень детализации рассмотренных логических схем различна. Высокую степень детализации рис. 27 можно объяснить достаточно высоким качеством норм в области требований к влажности грунта и наличием соответствующего лабораторного оборудования.
Степень детализации схемы, показанной на рис. 26 невысока. Это связано, в первую очередь, с отсутствием единых технических и технологических решений, обеспечивающих выполнение действующих нормативных требований. Дело в том, что реальные параметры грунта: его влажность,
155 плотность, удобоукладываемость не остаются и не могут оставаться постоянными. Неизбежны отклонения от расчетных значений таких величин, как температура воздуха и грунта. Реальная толщина слоя в разных его сечениях может значительно отличаться от расчетной, скорость грунтоуплотнителей не зависит от толщины слоя, а число проходов по одному сечению трудно поддается регистрации.
Процесс контроля качества уплотнения этим методом требует длительного времени. От момента взятия пробы до получения результата проходит не менее суток. За это время слой, из которого брали пробу, окажется под другими слоями грунта, и в случае обнаружения неудовлетворительного качества уплотнения, исправить брак будет невозможно. Кроме того, при неудовлетворительном результате, свидетельствующем о недостаточности уплотнения, останется невыясненным, что именно явилось причиной брака: недостаточное число проходов грунтоуплотнителя или, например, завышенная толщина слоев грунта. Неясно также, были ли в каждом конкретном случае полностью использованы уплотняющие возможности машин.
Известно, что возведение насыпей земляного полотна сопровождается надзором за ходом технологических процессов и их результатами с целью уточнения технологии применительно к местным погодно-климатическим, инженерно-геологическим и производственным условиям, а также обнаружения несоответствий требованиям правил, норм и технических условий с последующим изучением причин появления нарушений, своевременному устранению этих причин и их последствий, а также исключению их появления в будущем.
Эффективность существующей системы надзора ограничена тем, что она построена на лабораторном контроле. Будучи в целом полезной, существующая система имеет существенный недостаток - недостаточную оперативность, затрудняющую использование обратной связи для корректировок допущенных отклонений. Поэтому необходима система, позволяющая вести одновременный комплексный экспресс-контроль упомянутых параметров на основе логически обоснованной последовательности операций, приводящей к достижению заданного качества земляного полотна. При таком подходе не 156 избежно выявляются слабые или отсутствующие звенья технологического контроля и открываются пути технической реализации этих звеньев.
На рис. 28 присутствуют некоторые "недостающие" технологические звенья. Это, прежде всего, расшифровка системы послойной разбивки (рис. 22), предназначенная для обеспечения "положения бровки очередного слоя" (рис. 24) и для "контроля положения бровки" в процессе планировочных работ, а также звено "контроль возможностей грунтоуплотнителеи", детализирующее и конкретизирующее звено "контроль степени уплотнения" (рис. 22).
Дальнейшая детализация процесса связана с увязкой параметров "недостающих" звеньев процесса. Очевидно, что эти параметры могут быть назначены только после создания и внедрения в производство концептуальных технических и организационно-технологических решений.
В то же время существующая система контроля качества является пассивной, поскольку в ней фиксируется существующее состояние и не существовало функции прогноза. В настоящей работе разработан метод предполагающий прогнозирование поведения технологического процесса с применением современных информационных технологий.
Применение разработанного метода прогнозирования предполагает организацию контроля качества возводимой насыпи. Для принятия управленческих решений в процессе возведения целесообразно сравнивать данные, полученные в результате прогнозирования и получаемые в процессе контроля качества технологического процесса. Это требует создания системы контроля качества процесса возведения дорожных насыпей земляного полотна на основе проведения регулярных наблюдений, прогнозирования появления возможных отклонений, а также оперативном принятии решений по дальнейшему развитию ситуации.
