Совершенствование технологии гидромеханизации земляных работ при возведении протяженных узкопрофильных сооружений
Покупка
Тематика:
Строительство
Издательство:
Директ-Медиа
Автор:
Седов Владимир Александрович
Год издания: 2019
Кол-во страниц: 137
Дополнительно
Вид издания:
Монография
Уровень образования:
ВО - Магистратура
ISBN: 978-5-4499-0269-6
Артикул: 795847.01.99
Доступ онлайн
В корзину
Монография посвящена решению актуальной задачи ресурсо-, энергосбережения в строительстве путем научного обоснования нетрадиционного способа вывода грунто-насосов земснарядов из нештатных ситуаций, разработки достоверного метода расчетного обоснования проектной грунтопроизводительности земснарядов после вывода грунтонасосов из нештатных ситуаций, а также обоснованного назначения коэффициента использования рабочего времени гидромеханизированных комплексов при наличии дополнительных ступеней напора (перекачивающих станций). Основные результаты внедрены на строительных объектах ЗАО «Сибгидромехстрой», в том числе на объектах Федерального значения. По своей значимости задачи, решенные соискателем, представляют научную ценность и практическую значимость для строительного комплекса РФ.
Материалы монографии основаны на результатах натурных испытаний работы строительных машин. Достоверность полученных результатов подтверждена хорошим совпадением величин измеренного в натурных условиях и рассчитанного по методу автора подпора эжектора в напорном трубопроводе грунтонасосов, аргументированным доказательством достоверности элементов разработанной автором математической модели гидравлической системы грунтонасосов с эжектором в их напорном трубопроводе их широким внедрением в производство путем практической реализации научно обоснованных автором изменений ППР при возведении Северного
обхода г. Новосибирска Федеральной автомобильной дороги Омск — Новосибирск. Предназначена для инженеров, научных работников и студентов строительных и экономических специальностей очной и заочной форм обучения.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Магистратура
- 08.04.01: Строительство
- ВО - Специалитет
- 08.05.01: Строительство уникальных зданий и сооружений
- 08.05.02: Строительство железных дорог, мостов и транспортных тоннелей
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
В. А. Седов СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ГИДРОМЕХАНИЗАЦИИ ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ ПРИ ВОЗВЕДЕНИИ ПРОТЯЖЕННЫХ УЗКОПРОФИЛЬНЫХ СООРУЖЕНИЙ Монография Москва Берлин 2019
УДК 624.13 ББК 38.623 С28 Ответственный редактор — д.т.н., проф. кафедры «Технологии и организация строительства» Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета М. М. Титов Рецензенты: В. Н. Анферов — проф. каф. «Подъемно-транспортные, путевые, строительные и дорожные машины» Новосибирского государственного архитектурно-строительного универс, д.т.н., проф.; С. М. Кузнецов — проф. кафедры «Технология, организация и экономика строительства» Сибирского государственного университета путей сообщения, д.т.н., старш. научный сотрудник Седов, В. А. С28 Совершенствование технологии гидромеханизации земляных работ при возведении протяженных узкопрофильных сооружений : монография / В. А. Седов. — Москва ; Берлин : Директ-Медиа, 2019. — 137 с. ISBN 978-5-4499-0269-6 Монография посвящена решению актуальной задачи ресурсо-, энергосбережения в строительстве путем научного обоснования нетрадиционного способа вывода грунто- насосов земснарядов из нештатных ситуаций, разработки достоверного метода рас- четного обоснования проектной грунтопроизводительности земснарядов после выво- да грунтонасосов из нештатных ситуаций, а также обоснованного назначения коэффициента использования рабочего времени гидромеханизированных комплексов при наличии дополнительных ступеней напора (перекачивающих станций). Основные результаты внедрены на строительных объектах ЗАО «Сибгидромехстрой», в том чис- ле на объектах Федерального значения. По своей значимости задачи, решенные соис- кателем, представляют научную ценность и практическую значимость для строитель- ного комплекса РФ. Материалы монографии основаны на результатах натурных испытаний работы строительных машин. Достоверность полученных результатов подтверждена хоро- шим совпадением величин измеренного в натурных условиях и рассчитанного по ме- тоду автора подпора эжектора в напорном трубопроводе грунтонасосов, аргументиро- ванным доказательством достоверности элементов разработанной автором математической модели гидравлической системы грунтонасосов с эжектором в их напорном трубопроводе их широким внедрением в производство путем практической реализации научно обоснованных автором изменений ППР при возведении Северного обхода г. Новосибирска Федеральной автомобильной дороги Омск — Новосибирск. Предназначена для инженеров, научных работников и студентов строительных и экономических специальностей очной и заочной форм обучения. Текст печатается в авторской редакции. УДК 624.13 ББК 38.623 ISBN 978-5-4499-0269-6 © Седов В. А., текст, 2019 © Издательство «Директ-Медиа», оформление, 2019
СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ ................................................................................................................................................... 3 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ .................................. 7 1.1. Классификация намывных земляных сооружений по различным признакам .............................................................................................................................................. 7 1.2. Особенности возведения узкопрофильных протяженных сооружений ............................................................................................................ 8 1.3. Оптимизация технологических процессов гидромеханизации ................... 20 1.4. Вспомогательные работы .................................................................................................. 27 1.5. Выводы и задачи исследований ..................................................................................... 27 2. ОБОСНОВАНИЕ НЕТРАДИЦИОННОГО СПОСОБА УВЕЛИЧЕНИЯ ПРИВЕДЕННОЙ ДАЛЬНОСТИ ГИДРОТРАНСПОРТИРОВАНИЯ ГРУНТА ЭЖЕКТИРОВАНИЕМ НАПОРНОГО ТРУБОПРОВОДА ГРУНТОНАСОСА ..................... 29 2.1. Факторы, определяющие приведенную дальность гидротранспортирования грунта .......................................................................................... 29 2.2. Существующие способы эжектирования и методы их расчетного обоснования ............................................................................................................. 32 2.3. Разработка метода расчетного обоснования параметров эжектирования напорного трубопровода ........................................................................ 40 3. ОБОСНОВАНИЕ СХЕМЫ СОЕДИНЕНИЯ СТУПЕНЕЙ НАПОРА В ТРАНСПОРТНОЙ ЛИНИИ ЗЕМСНАРЯДОВ С ПЕРЕКАЧИВАЮЩИМИ СТАНЦИЯМИ ........................................................................................................................................... 52 3.1. Возможные схемы соединения и их предварительный анализ .................. 52 3.2. Метод расчета коэффициента использования рабочего времени многоступенчатых гидромеханизированных комплексов ..................................... 57 3.3. Расчёт экономического эффекта от эжектирования напорного трубопровода грунтонасоса ...................................................................................................... 62 4. ФОРМИРОВАНИЕ БАЗЫ ДАННЫХ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОСНОВНЫХ И ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ РАБОТ В ГИДРОМЕХАНИЗАЦИИ .................... 68 4.1. Основные положения ........................................................................................................... 68 4.2. База данных по земснарядам, грунтовым и водяным насосам .................... 72 4.3. База данных по вспомогательным машинам и механизмам .......................... 74 4.4. Автоматизация ресурсосберегающего проектирования комплектов машин ........................................................................................................................ 76
5. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ОРГАНИЗАЦИИ ГИДРОМЕХАНИЗАЦИИ НА ПРИМЕРЕ СЕВЕРНОГО ОБХОДА Г. НОВОСИБИРСКА ФЕДЕРАЛЬНОЙ АВТОМОБИЛЬНОЙ ДОРОГИ ОМСК — НОВОСИБИРСК ............................................................................................................... 105 5.1. Схема организации работ при возведении 5-го и 6-го пусковых комплексов ...................................................................................................................................... 105 5.2. Увеличение проектной величины приведенной дальности гидротранспортирования грунта ....................................................................................... 108 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ..................................................................................................................................... 123 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ................................................................................................................... 124
ВВЕДЕНИЕ Важными народнохозяйственными задачами в современных условиях являются снижение стоимости строительства, сокращение трудовых затрат и внедрение энерго- и ресурсосберегающих технологий. Этим требованиям в полной мере отвечает гидромеханизация как один из наиболее эффективных способов комплексной механизации массовых земляных работ. Гидромеханизация — единый неразрывный технологический комплекс от разработки до укладки грунта в земляное сооружение, имеющий ряд важных преимуществ перед другими способами производства земляных работ, основные из которых следующие: 1) экологичность, особенно в условиях городской застройки; 2) малочисленный обслуживающий персонал; 3) сокращение площади земельного отвода карьера за счет более полной отработки обводненных месторождений нерудных строительных материалов или разведанных карьерных залежей с применением специальных грунтозаборных устройств и эжекторов с целью увеличе- ния глубины подводной разработки грунта; 4) возможность использования под строительство бросовых земель: оврагов и балок, пойменных, заболоченных и подтопляемых террито- рий; 5) высокая производительность труда благодаря непрерывности всех технологических операций по разработке, транспорту и укладке грунта; 6) относительно низкая стоимость работ, например, по сравнению с производством земляных работ сухим способом; 7) высокая степень механизации и автоматизации всех процессов. Особо важны перечисленные достоинства гидромеханизации при возведении протяженных земляных сооружений (гидротехнических и мелиоративных дамб, земляного полотна автомобильных и железных дорог и др.). Специфика организационно-технологических решений при производстве таких работ отражена в специальной литературе и в нор- мативных документах совершенно недостаточно. При этом наиболее сложно решается задача обоснования проектной грунтопроизводитель- ности земснарядов с учетом периодически возникающих нештатных си- туаций в режимах работы грунтонасосов («Кавитация грунтонасоса», «Дефицит напора грунтонасоса», «Работа гидравлической системы грун- тонасоса на левой рабочей точке», «Разорванные рабочие характеристики гидравлической системы»). Многолетняя практика производства гидро- механизированных земляных работ при возведении протяженных соору- жений в ЗАО «Сибгидромехстрой», особенно при строительстве Северного обхода г. Новосибирска Федеральной автомобильной дороги Омск — Но- восибирск, убедительно выявила следующие обстоятельства: 1) из указанных выше возможных нештатных ситуаций две послед- ние («Работа гидравлической системы грунтонасоса на левой рабочей
точке», «Разорванные рабочие характеристики гидравлической систе- мы»), во-первых, составляют, как правило, не более 5–10% от общего количества нештатных ситуаций, во-вторых, вывод грунтонасосов из этих нештатных ситуаций экономически целесообразен только на ста- дии проектирования. То есть до приобретения организацией оборудо- вания и комплектующих; 2) особую актуальность имеет задача вывода грунтонасоса из перио- дически возникающей нештатной ситуации «Дефицит напора грунтона- соса», когда относительно небольшие дефициты напора чередуются с их избытком, что в свою очередь, приводит к нештатной ситуации «Кавитация грунтонасоса». В связи с изложенным, задачами исследований явились: 1) инженерное решение и научное обоснование его параметров путем нетрадиционного вывода гидротранспортной системы земснарядов из нештатной ситуации «Дефицит напора грунтонасоса» эжектировани- ем напорного трубопровода грунтонасоса; 2) создание единой гидравлической системы эжектирования всасывающего и напорного трубопроводов грунтонасоса для обеспечения оперативного вывода гидротранспортной системы земснарядов из наиболее часто возникающих нештатных ситуаций «Дефицит напора грунтонасоса» и «Кавитация грунтонасоса». Не менее актуальным в рассматриваемых условиях является оперативное проектирование вспомогательных работ (вскрытие карьеров, подготовка основания под сооружения, возведение первичного обвалования и др.). Решение такой задачи может быть существенно облегчено после создания необходимой компьютерной базы данных с адресным поиском.
1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ 1.1. Классификация намывных земляных сооружений по различным признакам В соответствии с [1–5] намывные земляные сооружения подразделяются по следующим признакам. По способу возведения: намывные сооружения, грунт для возведения которых разрабатывают только средствами гидромеханизации; полунамывные — сначала сухой грунт разрабатывают и укладывают в боковые призмы сухоройными средствами (с подвозом любыми транспортными средствами), а затем размывают плавающими в отстойном прудке гидромониторами с самотечным распределением грунта по профилю; комбинированные — одну часть поперечного профиля возводят способом сухой отсыпки и уплотнения грунта, а другую — способом гидромеханизации. По воспринимаемому напору: напорные — плотины, дамбы (плотины — постоянные сооружения, преграждающие водный поток; дамбы, как правило, временные сооружения, ограждающие водное пространство или часть его); безнапорные — штабели нерудных строительных материалов, территории, намываемые под гражданское или промышленное строительство, насыпи автомобильных и железных дорог и др. По характеру распределения грунта в поперечном профиле: условно однородные — протяженные узкопрофильные сооружения (дамбы, насыпи автомобильных и железных дорог), территории, плотины гидроузлов, намываемые из однородных карьерных грунтов и др.; условно неоднородные — плотины гидроузлов, намываемые из неоднородных карьерных грунтов по двухсторонней схеме. По высоте: низкие (высота менее 15 м); средние (высота от 15 до 50 м); высокие (высота более 50 м). По размерам поперечного профиля: узкопрофильные — оградительные и разделительные дамбы, насыпи автомобильных и железных дорог и др.; среднепрофильные — малые плотины гидроузлов энергетического и водохозяйственного назначения; широкопрофильные — плотины крупных гидроузлов; площади — намывные аэродромы, площади под гражданское и промышленное строительство, сельскохозяйственные площади.
1.2. Особенности возведения узкопрофильных протяженных сооружений 1.2.1. Особенности технологии производства работ Из трех известных способов намыва (эстакадный, безэстакадный и низкоопорный) узкопрофильные протяженные сооружения возводят, как правило, безэстакадным способом. В соответствии с рекомендация- ми П31-86 [6] и СНиП 2.06.05-84 [7] практическая реализация безэста- кадного способа возможна при содержании в карьерном грунте частиц d > 0,05 мм более 75%, в том числе частиц d >0,1 мм свыше 50%. В соответствии с [2, 8–12 и др.] существуют следующие типовые схе- мы намыва узко- и среднепрофильных сооружений. Безэстакадный пионерно-торцовый намыв с перемывом проектного профиля (рисунок 1.1). 1 — первичное обвалование; 2 — распределительный трубопровод; 3 — «шапка» насыпи, формируемая экскаватором из резерва грунта 4 Рисунок 1.1 — Намыв узкопрофильной насыпи безэстакадным способом Сосредоточенный выпуск пульпы из торца распределительного тру- бопровода, укладываемого непосредственно на намытый грунт краном- трубоукладчиком повышенной проходимости без прекращения процес- са намыва. Высота яруса намыва: 1–1,5 м при удлинении распредели- тельного трубопровода и 0,7–1 м при укорачивании. Этот способ приме- няют при намыве сооружений из гравелистых, крупно-, средне- и мелкозернистых песков, реже — из пылеватых песков, обладающих до- статочной несущей способностью. Несущая способность намытого грунта достаточна для обеспечения работоспособности крана-трубоукладчика, если в карьерном грунте (по массе) частиц d > 0,05 мм более 75%, в том числе частиц d > 0,1 мм свыше 50%. Из-за сложности намыва верхней части сооружений производят недо- мыв земляного полотна поверху (рисунок 1.1, 4) и перемыв на одном из откосов (рисунок 1.1,4). В дальнейшем шапку 3 отсыпают насухо, переме- щая грунт экскаватором из области 4 поперечного профиля в область 3. Безэстакадно-тонкослойный способ намыва (рисунок 1.2). Намыв ведут слоями 0,15–0,6 м. Распределительный трубопровод на быстро- разъемных раструбных соединениях собирается и разбирается краном- трубоукладчиком без прекращения намыва. Также без прекращения намыва бульдозером возводится попутное обвалование. Требования к карьерным грунтам те же, что и в приведенном выше способе намыва.
1 — водосбросный колодец с трубой; 2 — прудок; 3 — кран-трубоукладчик БТК-5; 4 — распределительный трубопровод с быстроразъемным (раструб- ным) соединением; 5 — бульдозер Рисунок 1.2 — Безэстакадно-тонкослойный способ намыва Безэстакадно-торцовый способ намыва (рисунок 1.3). Отличается от безэстакадно-тонкослойного намыва только высотой очередного слоя намыва (> 1,5 м). 1 и 2 — первичное и попутное обвалование; 3 — положения распределитель- ного трубопровода; 4 — водосбросный колодец; 5 — водосбросная траншея; 6 — кран-трубоукладчик; 7 — бульдозер Рисунок 1.3 — Безэстакадно-торцовый способ намыва
Безэстакадно-встречно-торцовый способ намыва (рисунок 1.4). Намыв каждого слоя ведут в направлении, противоположном направле- нию намыва предыдущего слоя при работе одного из двух попеременно работающих водосбросных колодцев. Это позволяет уменьшить про- дольную сегрегацию уложенного грунта, а значит — повысить одно- родность фракционного состава вдоль оси сооружения. Применяют этот способ при повышенных требованиях к плотности и однородности грунта, а также для повышения несущей способности намытого грунта в зоне выпуска с целью облегчения технологического процесса возведе- ния попутного обвалования. Это возможно из-за отложения в зоне вы- пуска наиболее крупных фракций, входящих в карьерный грунт. Приме- няют при намыве профильных насыпей высотой 6–8 м из мелких и пылеватых песков или из супесей с плохой водоотдачей. Намыв ведут отдельными картами длиной 300–400 м, меняя направление. При этом прудок-отстойник перемещается от одного колодца к другому, переходя на участки с хорошо подготовленным обвалованием. Для реализации этого способа производства работ первоначально возводят основание насыпи высотой до 3 м бесколодцевым способом для создания дрени- рующего слоя. На это основание намывают верхнюю часть насыпи. Осветленную воду сбрасывают всегда через дальний (от выпуска) коло- дец. У ближнего, закрытого шандорами и потому не работающего, от- кладываются более крупные фракции грунта, что повышает проходи- мость бульдозеров. Верхняя часть насыпи формируется, как правило, методом «набивки гребня». Высота слоя намыва до 1,5 м. Разновидность способа — намыв при одном водосбросном колодце. 1 — магистральный трубопровод; 2 — стояк распределительного трубопрово- да; 3, 4 — водосбросные колодцы с трубами; 5 — переключатель пульпы Рисунок 1.4 — Безэстакадно-встречно-торцовый способ намыва Безэстакадный продольно-торцовый бесколодцевый способ намыва (рисунок 1.5). Сооружение намывается сразу на полную высоту. Способ обеспечивает продвижение фронта намыва без деления сооруже-
ния на карты. Применяют при большом содержании в карьерном грунте мелких (мельче 0,05 мм) частиц. Особо ответственной технологической операцией при этом является возведение дамб попутного обвалования. 1 — распределительный трубопровод; 2 — первичное обвалование; 3 — перемычка; 4 — бульдозер; 5 — прудок; 6 — водосбросная канава Рисунок 1.5 — Безэстакадно-продольно-торцовый бесколодцевый способ намыва Безэстакадный пионерно-встречный способ намыва с выносом прудка-отстойника за пределы профиля сооружения (рисунок 1.6). Применяют при намыве высоких (более 7 м) насыпей на дренирующее основание из песчаных грунтов с большим содержанием частиц мельче 0,05 мм. Обвалование вокруг водосбросного колодца, выносимого на расстояние 30–50 м в сторону от сооружения, возводят сразу на полную высоту. Рисунок 1.6 — Схема пионерно-встречного намыва с выносом прудка-отстойника за пределы профиля сооружения
Следует отметить, что для улучшения условий растекания потока пульпы по карте и для предотвращения интенсивного размыва обвалования при возведении профильных насыпей дорог из мелкозернистых и пылеватых песков рекомендуется применять растекатели конструкции « Трансгидромеханизации» (рисунок 1.7). 1 — рычаг регулировки положения растекателя; 2 — трубопровод; 3 — фланец; 4 — рама; 5 — плоскости растекателя из стального листа толщиной 8– 10 мм; 6 — контуры струи без растекателя; 7 — контуры струи с растекателем; 8 — шарнир; 9 — крепление Рисунок 1.7 — Схема устройства растекателя Намыв методом «набивки гребня» (рисунок 1.8). Верхняя часть насыпи (шапка) высотой 1,5–2 м возводится бульдозером из намытого грунта при движении бульдозера в направлении, противоположном движению фронта намыва. Применяют при намыве насыпей шириной по верху 6–10 м. После отсыпки верхней части проводят наращивание 2–3 звеньев распределительного трубопровода. Характерная особенность этого способа производства работ — более интенсивный износ ходовой части бульдозеров. 1 — бульдозер; 2 — распределительный трубопровод; 3 — опора трубопровода узкопрофильной насыпи или вал грунта; 4 — обвалование Рисунок 1.8 — Намыв методом «набивки гребня» узкопрофильной насыпи
Доступ онлайн
В корзину