Delist.ru

Разработка технологии монтажа железобетонных труб инженерных сетей на слабых грунтах (29.05.2007)

Автор: Шатилов Сергей Новомирович

При исследованиях рассмотрены различные экскаваторы зарубежного производства. Рассматривались особенности выбора полноповоротного гусеничного экскаватора 4-ой размерной группы массой 20...27 т, с обратной лопатой и ковшом 1,0 - 1,25 м3.

Расчет проводился с использованием разработанной в МАДИ математической модели, описывающей связи между параметрами сооружаемых объектов – эксплуатационным фоном – машины и показателями, характеризующими эффективность ее использования. Критерий выбора экскаватора – стоимость разработки кубометра грунта в наиболее вероятных для России условиях строительства.

Математическую модель образуют системы уравнений, с помощью которых выполнены расчеты. Они описывают все рабочие процессы экскаватора и его агрегатов, а также зависимости технико-экономических показателей экскаватора от его параметров и характеристик внешней среды. Все известные и существенные взаимосвязи и отношения между техническими, стоимостными и эксплуатационными характеристиками учитываются в причинно-следственной или вероятностной форме. Для получения сопоставимых результатов экскаваторы сравнивались при копании траншеи с поворотом платформы на 90° для выгрузки грунта в отвал.

Цены импортных (в рублевом эквиваленте) и отечественных экскаваторов, а также цена топлива, смазочных материалов и средняя по отрасли зарплата персонала соответствуют первой декаде октября 2006 года. По этим данным с учетом наиболее вероятных условий эксплуатации рассчитаны себестоимость машиносмены и затраты, приходящиеся на единицу продукции за весь срок службы машины (удельные приведенные затраты).

Продолжительность рабочего цикла и техническая производительность рассмотренных экскаваторов, рассчитанные по их техническим характеристикам, очень близки. Очевидно, что в такой ситуации продукция отечественных экскаваторов будет заметно дешевле, следовательно, их приобретение и эксплуатация выгодней. Однако практика отечественных строительных подрядчиков свидетельствует об обратном, лучшим чему подтверждением является несокращающийся объем продаж импортных машин в России. Известно, что, несмотря на большую (в 2...3 раза) цену, строительная организация, располагающая свободными средствами, всегда отдает предпочтение импортным экскаваторам. Косвенное объяснение этому факту можно найти, сопоставляя расчетное и фактическое время рабочего цикла сравниваемых машин.

По имеющимся данным, время рабочего цикла импортных машин соответствует заявленному, тогда как паспортные данные отечественных экскаваторов занижены в 2 раза и более (в частности, для ЭО 4225А время реального выполнения цикла составляет 20 с, а для ЕТ 25 – 26). Отечественные машины отличаются от импортных в худшую сторону по таким показателям, как степень автоматизации систем управления, топливная экономичность, КПД силового оборудования, распределение энергетических потоков в трансмиссии.

Расчеты показывают, что отечественные экскаваторы из-за большой продолжительности рабочего цикла возглавляют список наименее эффективных машин. Однако следует отметить, что их технические характеристики позволяют поднять производительность до приемлемого уровня (рис.3).

Например, анализ зависимости рабочего цикла и затрат от КПД гидропривода экскаватора ЭО 4225А свидетельствует, что при снижении КПД до 0,5 длительность рабочего цикла и уровень удельных приведенных затрат на разработку грунта заметно возрастают. Кстати, именно этим обстоятельством можно объяснить особое внимание ведущих производителей к постоянной диагностике гидравлического оборудования и тщательной очистке рабочей жидкости, а также компьютерной регулировке режимов работы.

ЕТ 18-20)

Ниже приводится определение экономически оправданного уровня затрат на модернизацию отечественных машин. Так, на любую модернизацию экскаватора ЕТ 25 с целью довести его эффективность до уровня FH 220.3, можно израсходовать не более 2 600 тыс. рублей. При этом стоимость кубометра грунта, разработанного ЕТ 25, не превысит таковую для FH 220.3, а цена составит 3 350 тыс. рублей. Наименьших затрат модернизация ЕТ 25 потребует, если выбрать за эталон FH 200LC. В принципе этот подход может использоваться и для оценки затрат на модернизацию импортных машин при необходимости поднять их эффективность до уровня намеченного эталона.

Определим также верхний предел цены, при которой экономическая эффективность машины останется на заданном уровне. Например, если в результате модернизации цена экскаватора ЕТ 25 не превысит 3 654 000 рублей, то себестоимость кубометра грунта, разработанного этой машиной, будет равна таковой для экскаватора JS 200LC стоимостью 3 855 000

Срок эксплуатации существенный вопрос и для производителей работ и заказчиков, поскольку экскаватор существует для строителя, но никак не наоборот. И тот момент, когда машина превращается из помощника в обузу всегда полезно определить заранее. Что мы и сделали с помощью математической модели.

В соответствии с ГОСТ 30067–93 «Экскаваторы одноковшовые универсальные гидравлические» ресурс экскаваторов 4-й размерной группы до первого капитального ремонта должен составлять 7 000...8 000 моточасов. В пересчете на календарные сроки это соответствует 2...3 годам двухсменной работы без серьезного ремонта, что для импортной техники вполне реально. Допустим (к сожалению, фирмы не указывают в рекламных материалах этот параметр), что ресурс самого дорогого среди сравниваемых экскаватора JS260L составляет 8 000 моточасов и его цена включает затраты на обеспечение соответствующей надежности. Тогда для экскаватора ЭО 4225А при цене 1 000 тыс. рублей ресурс не должен превышать 4 152 моточасов, а ЕТ 25 при цене 650 тыс. рублей – 3 495 моточасов.

Экономически обоснованный ресурс модернизированного экскаватора ЕТ 25 должен возрасти до 6 973 моточасов, а рабочий цикл сократиться до 9,3 секунд. Для торговых организаций важно, что конечная цена модернизированной модели экскаватора должна включать и расходы на ее

При этом важным являются вопросы организации. Приведенные в таблицах и на диаграммах значения показывают технические возможности машин. Снижение их реальной эффективности обычно становится результатом не очень хорошей организации работы, либо недостаточной квалификации персонала, обеспечивающего технологический процесс. Коэффициент использования времени смены оказывает значительное влияние на стоимость разработки кубометра грунта. Независимо от длительности рабочего цикла повышение коэффициента использования времени ведет к снижению затрат на разработку кубометра грунта.

При плохой организации работ (низкий коэффициент использования времени смены) отечественные машины (на графике – ЭО 4225А) эффективнее импортных. Иными словами, дорогая импортная техника становится прибыльней отечественной только при высокой интенсивности ее использования. В частности, на виртуальном строительном объекте экскаваторы JS 200LC и ЭО 4225А при коэффициенте использования времени 0,9 равноценны. При худшей организации работ эффективнее будет отечественная машина, при лучшей – импортная (рис. 4).

ЕТ 18020, Тцикла = 19,0с,

Результаты сопоставления экскаваторов позволяют сделать следующий

– затраты на разработку грунта рассмотренными отечественными и импортными экскаваторами практически одинаковы, но производительность отечественных машин в 2 – 2,5 раза ниже, чем импортных;

– целесообразность приобретения импортной техники в значительной мере определяется уровнем организации работ на строительном объекте;

– стоимость разработки кубометра грунта сильно зависит от качества гидравлических агрегатов экскаватора, их долговечности и степени очистки рабочей жидкости;

– системы управления отечественных экскаваторов не позволяют полностью реализовать их технические возможности и нуждаются в серьезном улучшении.

Было установлено, что проектирование и производство земляных работ при устройстве трубопроводов на площадках со слабыми грунтами должны быть произведены с учетом специфических свойств этих грунтов.

Шестая глава диссертации посвящена исследованиям эффективных способов монтажа железобетонных труб и устройства оснований труб на слабых

Исследовались различные технологии строительства трубопроводов с учетом их назначения и вида прокладки, от материала труб, их длины, диаметра, толщины стенок, наличия и вида изоляции, а также от возможности обеспечения строительства монтажными элементами (трубными секциями,

В связи с тем, что из трубопроводов водоснабжения и водоотведения могут происходить аварийные утечки, в результате чего резко изменяются физико-механические характеристики грунтов, были рассмотрены проектные решения по устройству естественных и искусственных оснований трубопроводов. Основное внимание уделялось выбору типа основания в зависимости от гидрогеологических условий, размеров и материала укладываемых труб, конструкции стыковых соединений, глубины укладки, транспортных нагрузок и местных условий.

Проведенные натурные наблюдения показали, что несущая способность труб в значительной мере зависит от характера опирания их на основание. Было установлено, что трубы, уложенные в грунтовое ложе с углом охвата 120°, выдерживают нагрузку на 30 - 40% большую, чем трубы, уложенные на плоское основание. Увеличение угла опирания трубы более 120° является нецелесообразным, так как несущая способность трубы изменяется очень незначительно, а затраты на подготовку основания весьма существенны. Это относится и к устройству естественного основания под трубопроводы в виде цилиндрического ложа или выкружки.

На экспериментальных площадках железобетонные напорные гидровибропрессованные трубы всех диаметров, которые предусматривались программой экспериментов укладывали на глубину до 5 м.

В водонасыщенных грунтах, хорошо отдающих воду, железобетонные виброгидропрессованные экспериментальные трубы укладывали на бетонное основание, располагаемое на гравийно-песчаной или щебеночной подготовке толщиной 0,20 - 0,25 м. Монтажные осадки при таком способе устройства основания составили от 18 мм до 25 мм, что по условиям эксплуатации трубопроводов допустимо.

На площадках с водонасыщенными глинистыми и насыпными грунтами наиболее простым является устройство плоского грунтового основания путем планировки и уплотнения (послойно) подушки из вынутого грунта.

На экспериментальных площадках выбор кранов для прокладки трубопроводов из виброгидропрессованных труб производился в два этапа. Вначале, на I этапе выбирали несколько технически пригодных типов или марки кранов по вылету их крюка и грузоподъемности, а на II этапе по технико-экономическим показателям вариантов кранов выбирали наиболее экономичный, который и принимают для трубоукладочных работ.

На экспериментальных площадках железобетонные виброгидропрессованные трубы на слабых грунтах укладывают на естественное или искусственное основание. Стыки напорных труб (раструбные или муфтовые) заделывались резиновыми уплотнительными кольцами, а безнапорных (раструбные или фальцевые) - смоляной или битумизированной прядью.

Монтаж труб производился стреловыми кранами, причем трубы с бермы траншеи подавались раструбами вперед по ходу монтажа и обязательно против течения жидкости. Перед укладкой первой трубы в начале трассы устанавливался бетонный упор, обеспечивающий устойчивое положение первым двум-трем трубам при их соединении в раструб.

Было установлено, что при монтаже трубопроводов из раструбных железобетонных труб наиболее трудоемкой операцией является введение втулочного конца трубы с резиновым кольцом в раструб ранее уложенной. Для облегчения ее применяют различные приспособления, устройства и механизмы. В частности, используют двух-трехтросовые наружные натяжные приспособления, реечные и гидравлические домкраты, внутренние натяжные приспособления, рычажные и шестеренчатые лебедки, бульдозеры и экскаваторы.

Основными техническими требованиями к оборудованию для монтажа труб на резиновых уплотнительных кольцах являются: обеспечение соосности труб и создание необходимого осевого усилия для их стыковки. Для монтажа труб с зачеканкой стыковых соединений следует обеспечить механизированное уплотнение волокнистых материалов в раструбной щели.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. На основе исследований обоснованы и экспериментально установлены технологические регламенты, комплекты машин, механизмов и оборудования, обеспечивающие качественное производство земляных и монтажных работ при устройстве трубопроводов из железобетонных труб.

2. Экспериментально установлено деформированное состояние арматуры, бетона, и наружной формы в процессе изготовления виброгидропрессованных железобетонных труб и предельные значения трещиностойкости виброгидропрессованных труб со спирально-перекрёстным армированием при испытании их на изгиб по балочной схеме.

3. Определен механизм образования кольцевых трещин на стадии изготовления виброгидропрессованных труб со спирально-перекрёстным армированием и разработана методика расчёта виброгидропрессованных труб на стадии изготовления.

4. Разработана методика оценки и выбора рациональных технологических решений по производству земляных работ при устройстве трубопроводов на слабых грунтах.

загрузка...