Author: Атаев С.С.
Tags: детали машин передачи (механические) подъемно-транспортное оборудование крепежные средства смазка технология строительного производства строительство организация производства механизация
ISBN: 5-06-001614-5
Year: 1990
Text
ТЕХНСИОГИЯ,
ЛГОИНИЗЛЦИЯ
ил * ция
СТРОИТЕЛЬСТВ*
'Л
'А
тл
Га
с.
й
ТЕХНОЛОГИЯ,
/ИЕХ4НИ34ЦИЯ
И >1ВКУИ4ТИ34ЦИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВ*
Под общ. редакцией д-ра техн. наук, проф.
С. С. АТАЕВА
и д-ра техн. наук, проф.
С. Я. ЛУЦКОГО
Допущено
Государственным комитетом СССР
по народному образованию
в качестве учебника для студентов
высших учебных заведений,
обучающихся по специальности
«Экономика и управление в строительстве»
МОСКВА «ВЫСШАЯ ШКОЛА» 1990
ББК 38.6-5
Т38
УД К 621.876.112
Ulft 3t>*6&
Авторы:
С. С. Атаев, С. Я. Луцкий, В. А. Бондарик,
И. Н. Громов, Л. И. Бланк, О. Б. Дмитрук, Э. В. Овчинников,
А. Г. Поршнев, А. Ф. Тихонов
Рецензенты: д-р техн. наук, проф. И. А. Недорезов (ЦНИИС);
кафедра технологии строительного производства ЛИСИ (зав. кафедрой
канд. техн. наук, доц. Г. М. Бадьин)
Технология, механизация и автоматизация строитель-
Т 38 ства: Учеб. для вузов по спец. «Экономика и упр. в
стр-ве»/С. С. Атаев, В. А. Бондарик, И. Н. Громов и др.;
Под ред. С. С. Атаева, С. Я- Луцкого. — М.: Высш. шк.,
1990. — 592 с: ил.
ISBN 5-06-001614-5
Учебник содержит основы современной технологии, комплексной
механизации и автоматизации строительства. Его особенностью является
взаимосвязанное изложение технических вопросов выполнения основных видов работ
строительными машинами с экономическими проблемами эффективности
строительного производства. Учебник состоит из двух взаимосвязанных
частей: «Технология строительного производства» и «Механизация
строительства. Устройство и эффективность применения машин».
3307000000(4309000000)—445 __,_ ои ,. .
Т 226—90 ББК 38.Ь-5
001(01)—90 6С6.08
Учебное издание
Атаев Сергей Сергеевич, Луцкий Святослав Яковлевич, Бондарик
Владимир Архипович, Громов Игорь Николаевич, Бланк Лев Исаевич,
Дмитрук Олег Борисович, Овчинников Эльмар Викторович, Поршнев
Анатолий Георгиевич. Тихонов Анатолий Федорович
ТЕХНОЛОГИЯ, МЕХАНИЗАЦИЯ
И АВТОМАТИЗАЦИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА
Заведующий редакцией Б. Я. Ягупов Редактор Л. К- Олейник. Мл. редакторы
О. А. Кузнецова, О. С. Смотрина. Художник В. М. Боровков. Художественный
редактор М. Г. Мицкевич Техн. редактор А. К. Нестерова. Корректор
В. В. Кожуткина.
И Б № 8649
Изд. № Стр. —588. Сдано в набор 04.01.90. Подп. в печать 16.07.90. Формат
60X90'/i6- Бум. офс. № 1. Гарнитура литературная Печать офсетная. Объем
37,0 усл. печ. л. 37,0 усл. кр.-отт. 40,72 уч.-изд. л. Тираж 20 000 экз. Заказ 721.
Цена 1 р. 70 к.
Издательство «Высшая школа», 101430, Москва, ГСП-4, Неглинная ул.,
Д. 29/14.
Ярославский полиграфкомбииат Госкомпечати СССР. 150014, Ярославль,
ул. Свободы, 97.
ISBN 5-06-001614-5
© Кол л. авторов, 1990
[
ПРЕДИСЛОВИЕ
В условиях перестройки социалистической экономики перед
капитальным строительством стоят сложные задачи. Необходимо
ускорить ввод объектов в эксплуатацию, решительным образом
сократить сроки строительства и объем незавершенного
производства. Это позволит уменьшить инвестиционный цикл, освоить
новые мощности и повысить производственный потенциал
отраслей народного хозяйства.
Другой не менее важной проблемой является выполнение
жилищной программы в нашей стране, социальная ориентация
строительной продукции и одновременно усиление реконструктивной
направленности капитальных вложений. Особое значение имеет
повышение эффективности строительного производства. Резервы
заключаются в экономии строительных материалов, в первую
очередь цемента и металла, в повышении производительности
труда бригад и выработки машин.
Основным условием решения указанных проблем является
дальнейшая индустриализация строительства на основе научно-
технического прогресса. На рост производительности труда в
строительстве примерно в равной степени влияют три фактора:
новые материалы и конструкции; новая строительная техника и
технология; совершенствование организации и управления
производством. Отсюда место в учебном процессе данной науки,
дисциплины и учебника. Учебник основывается на знаниях в области
естественных наук (математики, физики, химии, геологии,
гидрологии и др.), а также строительных материалов и конструкций.
В свою очередь знание технологии, механизации и
автоматизации строительства является фундаментом, содержательной
частью дисциплин организационно-экономического цикла и
управления производством. Таким образом, изучение в вузах
студентами строительных и экономических специальностей
технологии, механизации, автоматизации строительства должно быть в
увязке с экономикой применения машин. Данный учебник
написан в соответствии с программой курса для специальности
«Экономика и управление в строительстве». В нем предусмотрено
комплексное изложение технических и экономических вопросов
строительного производства.
В первой части учебника изложены основы технологии
строительного производства. Состав строительно-монтажных работ
должен создать у студентов представление о производстве
конечной строительной продукции — зданий и сооружений. При этом
содержанием строительных процессов являются современные
научно-технические достижения.
Технология (от греч. techne — искусство, мастерство)
строительного производства — совокупность методов рационального
взаимодействия трудовых и материальных ресурсов, занятых на
возведении зданий и сооружений.
3
Как наука технология занимается изучением строительных
процессов и закономерностей естественных наук, влияющих на
характеристики строительной продукции и производительность
труда.
К- Маркс писал, что производительная сила труда
определяется разнообразными обстоятельствами, между прочим, средней
степенью искусства рабочего, уровнем развития науки и степенью
ее технологического применения.
В основу второй части учебника положены наиболее
значительные труды по развитию и экономике применения строительных
машин. Представленные в учебнике разделы, посвященные
деталям, конструкциям машин, показателям их эксплуатации,
экономике и развитию и применению в строительстве машинных
парков способствуют подготовке инженера-экономиста. При этом
комплексное изложение вопросов технологии и механизации
позволяют определить, с одной стороны, технологические требования
к новой технике и ее применению, а с другой — своевременно
подготовить производство и совершенствовать технологические
процессы для эффективного применения и использования новой
техники. В этой связи взаимоувязанное изучение технологии
механизации и экономики применения машин является
перспективным, необходимым и соответствует требованиям к инженерно-
экономическим кадрам в части повышения эффективности
капитального строительства.
Основы комплексного подхода к изучению строительных
машин и экономики их применения заложены д-ром эконом, наук,
проф. С. Е. Канторером.
В первой части разделы 1, 3 и гл. 9, 10 написаны д-ром техн.
наук, проф. С. С. Атаевым; раздел 2 и гл. 11 — канд. техн. наук,
доц. Э. В. Овчинниковым; разделы 5, 6 — канд. техн. наук, доц.
И. Н. Громовым; гл. 16, 18, § 17.2 — канд. техн. наук, доц.
В. А. Бондариком; гл. 19 и § 17.1 — канд. техн. наук О. Б. Дмит-
руком.
Во второй части разделы 8, 11, гл. 23, 24 раздела 9, гл. 25,
26 раздела 10 написаны д-ром техн. наук, проф. С. Я- Луцким,
гл. 22 — инж. Л. И. Бланком и С. Я- Луцким, гл. 27, 28 — канд.
эконом, наук, доц. А. Г. Поршневым и С. Я- Луцким; раздел 12 —
Л. И. Бланком, раздел 13 — канд. техн. наук А. Ф. Тихоновым.
Предисловие написано С. С. Атаевым и С. Я- Луцким.
Авторы выражают признательность коллективу кафедры
«Технология строительного производства» Ленинградского инженерно-
строительного института и д-ру техн. наук, проф. И. А. Недорезо-
ву за полезные замечания.
Авторы
Часть I
Технология
строительного
производства
Раздел первый
ОСНОВЫ ИНДУСТРИАЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИИ
СТРОИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Глава 1
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. Строительные работы и организация труда
строительных рабочих
Технология строительного производства как наука занимается
изучением строительных процессов, а также физических,
химических, механических и других закономерностей, влияющих на
характеристики продукции и производительность труда. Ее
содержанием является совокупность методов рационального
взаимодействия трудовых и материальных ресурсов при возведении
зданий и сооружений. Основная задача технологии — разработка
рациональных приемов, методов и последовательности
обработки, изменения свойств и других видов воздействия трудовых
ресурсов и орудий труда (строительных машин, механизмов) на
предмет труда (строительные материалы, полуфабрикаты и т. п.)
в ходе производства. В этом плане технология неразрывна с
механизацией, автоматизацией и экономикой производственных
процессов.
Строительное производство — сфера созидательной
деятельности человека, в ходе которой на основе технологических
процессов и производственных отношений возводятся здания и
сооружения.
■ Строительные работы, выполняемые при возведении зданий и
сооружений, упорядочены и объединены на технологической
основе. В их состав входят общестроительные, отделочные,
монтажные, санитарно-технические и специальные работы.
К специальным относят работы, связанные с устройством
санитарно-технических и вентиляционных систем, изоляции,
электромонтажом, изготовлением конструктивно-технологических
блоков, монтажом технологического оборудования и
технологических конструкций, укреплением грунтов, водопонижением и др.
* Строительные работы представляют собой совокупность
строительных процессов, которые, в свою очередь, состоят из рабочих
операций, выполняемых одним или несколькими рабочими.
' Строительные процессы могут быть механизированными и
немеханизированными, простыми и сложными. Простые состоят из
небольшого числа рабочих операций.
В свою очередь, рабочие приемы — это совокупность
рациональных и последовательных рабочих движений. Так, например,
в процессе экскавации грунта рабочей операцией является набор
6
грунта ковшом, а рабочим приемом — включение рычагов
управления.
• Основным направлением совершенствования строительных
процессов является внедрение малооперационных технологий,
т. е. сокращение числа операций за счет их укрупнения и
выполнения на более высоком техническом уровне. Малооперацион-
ность, естественно, означает и уменьшение числа возможных
технологических отказов и, следовательно, повышение
технологической надежности процесса, а в конечном счете и его
эффективности. Так, например, был усовершенствован процесс нанесения
гипсоперлитовой штукатурки. В данном случае вместо
традиционной технологии оштукатуривания раствор подавался в полость
между инвентарной опалубкой и оштукатуриваемой
поверхностью.
Сложные процессы состоят из нескольких простых,
выполняемых рабочими одной специальности. К ним, например, относится
бетонирование конструкции, которое предусматривает
выполнение технологически связанных между собой простых процессов:
монтажа опалубки, укладки арматуры, бетонирования.
Комплексным процессом называется совокупность сложных и
простых процессов, организационно и технологически связанных
между собой. Результатом комплексного процесса является
объект, сооружение или их законченные элементы (стены, каркас
здания и т. д.).
По функциональному назначению в строительном
производстве различают три технологических комплекса:
заготовительный, в состав которого входят изготовление сборных
конструкций, узлов и деталей, приготовление бетонных и растворных
смесей и других строительных полуфабрикатов; транспортный, в
который входят процессы, связанные с доставкой материалов и
изделий на строительную площадку или их перемещением в ее
пределах; строительно-монтажный, который состоит из процессов по
возведению зданий, сооружений, коммуникаций и т. д. В него
могут входить и транспортные процессы, если они
технологически связаны со строительно-монтажными работами. Этот случай
относится к транспортировке сборных элементов при их монтаже,
перекачиванию бетонной смеси по трубопроводам в процессе
бетонирования и т. д.
Место, на котором выполняется строительный процесс,
называется рабочим; участок, отводимый рабочему или звену для
выполнения данного процесса, — делянкой, а отводимый
бригаде — захваткой.
Фронтом работ называют протяженность или площадь
участка работ. Строительно-монтажные работы выполняют рабочие
различных профессий.
Профессия — это род трудовой деятельности, определяемый
видом и характером строительных работ (машинист, монтажник,
каменщик и т.д.). В свою очередь, рабочий, имеющий
профессию, может иметь более узкую специализацию. Например, рабо-
7
чий, имея профессию машиниста, может быть по специальности
машинистом-экскаваторщиком.
Номенклатура профессий, специальностей и квалификаций
строительных рабочих устанавливается Единым
тарифно-квалификационным справочником работ и профессий рабочих, занятых
в строительстве и на ремонтно-строительных работах (ЕТКС).
В зависимости от умения рабочего выполнять процессы и
операции различной сложности и точности ему присваивают
квалификационный разряд, из которых шестой является наивысшим.
Характерно, что из 179 основных профессий строительных
рабочих 70, т. е. почти 40 %, относятся к машинистам различных
машин и оборудования, что отражает имеющуюся тенденцию
вытеснения ручного труда машинным. Разряд присваивается
рабочему на основании результатов испытаний в соответствии с
ЕТКС.
Организация труда строительных рабочих предусматривает
использование расчлененного пооперационного принципа ведения
строительно-монтажных работ. Сущность его состоит в том, что
строительный процесс разделяется на однородные операции,
которые выполняются звеньями рабочих соответствующей
квалификации.
Бригады состоят из нескольких звеньев и предназначены для
выполнения отдельных видов работ.
Специализированные бригады, в состав которых входят, как
правило, 25...30 рабочих одной профессии, выполняют работы
одного вида, например каменную кладку, малярные работы и т. д.
Комплексные бригады, объединяя рабочих различных
профессий и специальностей, выполняют комплексные процессы.
Например, в состав комплексной бригады, возводящей
крупнопанельные здания, входят монтажники, сварщики, крановщики,
обслуживающие башенные краны. Бригадир назначается из числа
рабочих ведущей специальности. Комплексные бригады конечной
продукции выполняют комплекс работ, результатом которых
являются готовые здания или сооружения. Производительность
труда в таких бригадах выше, чем в обычных комплексных.
Метод бригадного подряда предусматривает ведение работ
бригадами широкого профиля. Работая на полном хозяйственном
расчете, такие бригады принимают на себя ответственность за
комплексное строительство объекта на высоком качественном
уровне и подготовку к сдаче его в эксплуатацию. Развитием
этой прогрессивной формы организации труда является
бригадный хозрасчет, который состоит в том, что бригада берет на себя
обязательство построить объект по заранее определенной
расчетной стоимости. При этом она несет материальную и
коллективную ответственность за качество работ, сроки, сохранность и
расходование материалов. Опыт показал, что такая форма
организации труда позволяет при прочих равных условиях повышать
производительность труда, сокращать сроки строительства и
несколько снижать расчетную стоимость объекта.
8
Научная организация труда в строительстве разрабатывается
на основе научных достижений в области технологии процессов,
медицины, социологии труда, психофизиологии, эргономики
и т. д. При внедрении НОТ одновременно решаются три основные
задачи: экономическая — за счет экономии живого труда на
основе повышения его производительности, овеществленного труда
(прошлого) за счет экономии строительных материалов и затрат
машинного времени, будущего труда за счет повышения
надежности и долговечности строительной продукции;
физиологическая — улучшение условий труда и на этой основе сохранение
здоровья и продление активной трудоспособности трудящихся;
социальная — путем облегчения труда, внесения в труд
творческих начал.
Одной из непосредственных задач НОТ является организация
высокопроизводительного труда на каждом рабочем месте.
Основой этого являются: подготовка производства; организация
рабочих мест; организация труда на рабочем месте.
Внедрению НОТ способствуют также карты трудовых
процессов, регламентирующие для каждого трудового процесса состав
исполнителей, номенклатуру механизмов, условия и подготовку
процесса, его технологию и организацию, приемы труда.
1.2. Нормирование строительно-монтажных работ
и оплата труда
Технические нормы в строительстве нормируют затраты труда,
производительность машин и материальные ресурсы на единицу
продукции. Затраты труда выражаются в виде норм времени и
норм выработки.
Норма выработки — это количество доброкачественной
строительной продукции, выработанной за единицу времени. Она
характеризует производительность труда рабочего или звена
рабочих.
Норма времени — это рабочее время (чел-ч, чел-дн), в
течение которого рабочий выполняет единицу строительной
продукции (например, монтирует 1 т строительной конструкции).
Зависимость между нормой выработки и времени
Нвыр = 1/#вр. (1-1)
При подсчете норм выработки машины учитывается норма
машинного времени (маш-ч).
Уровень производительности труда в зависимости от норм
времени и выработки
У„т = £-100, (1.2)
где ТИ — нормативное время для выполнения данного объема
работы; 7ф — фактически затраченное время.
9
Технические нормы основываются на периодически
проводимых хронометражных наблюдениях, учете опыта работы
новаторов производства и прогрессивных технических тенденций в
строительстве и смежных отраслях народного хозяйства.
Единые нормы и расценки на строительные, монтажные и
ремонтно-строительные работы (ЕНиР) включают нормы
времени, нормы выработки и расценки на строительно-монтажные
работы.
Для нормирования затрат труда применяются также ВНиР —
ведомственные нормы, учитывающие специфику строительных
работ, выполняемых в данном ведомстве, и МНиР — местные
нормы, разрабатываемые на местах строительными организациями
или их нормативно-исследовательскими станциями (НИС) и
отражающие особенности данного района строительства.
Тарифное нормирование предусматривает установление на
основе тарифной сетки обоснованного размера заработной платы
(тарифной ставки) строительного рабочего в зависимости от его
квалификации, объема и особенностей выполняемой им работы.
В тарифной сетке каждому из шести разрядов соответствует
тарифный коэффициент, показывающий, во сколько раз ставка
рабочего высшего разряда должна быть выше ставки рабочего
1 разряда (см. ниже). Это позволяет установить тарифную
ставку, определяющую часовую или сменную заработную плату
рабочего для каждого из шести разрядов:
Разряд 1 и ш iv V VI
Тарифные коэффициенты 1 1,085 1,186 1,339 1,542 1,8
Часовые тарифные ставки,
коп ... 59 64 70 79 91 106
1.3. Строительные нормы и правила,
качество строительной продукции
Строительные нормы и правила (СНиП) — это свод основных
нормативных документов, применяемых в строительстве. СНиПы
утверждаются Государственным строительным комитетом СССР
(Госстроем СССР) для обязательного применения в
строительной отрасли страны.
Действующие в настоящее время СНиПы состоят из частей,
в которых регламентированы все вопросы, относящиеся к
организации, управлению и экономике, проектированию, производству
работ и сметным нормам, нормам затрат материальных и
трудовых ресурсов. Положения, регламентирующие вопросы
организации производства и приемки строительно-монтажных работ,
приведены в СНиПе «Организация производства и приемка работ»
в ч. III. В СНиПе приведена система допусков,
характеризующая степень точности выполнения и установки конструктивных
элементов. Допуском называется интервал между разрешимыми
наибольшими и наименьшими размерами элемента или его
положения в сооружении. Строительная продукция, которая не отве-
10
чает приведенным в СНиПе допускам, не подлежит приемке.
По мере повышения технического уровня строительства в СНиП
вносятся изменения.
Качество строительной продукции (строительства) зависит от
качества проекта, строительных материалов, конструкций и
изделий, правильности ведения строительно-монтажных работ. Оно
предполагает полное соответствие построенных сооружений и
всех его элементов требованиям проекта (размеры, прочность и
долговечность, оборудование, сортамент и долговечность
отделочных материалов, класс отделки и т. д.); полное соответствие
требованиям СНиПа использованных материалов,
конструктивных элементов и качества всех выполненных работ.
В этой же связи нужно отметить, что снижение сроков
строительства, стоимости и ресурсоемкости не должны учитываться
в качестве показателей эффективности, если при этом конечная
продукция не отвечает требованиям действующих стандартов.
Качество строительства в значительной мере зависит и от
организации труда на стройке. Так, например, резко повышается
качество работ при применении бригадного подряда. В стадии
производства работ обеспечение их качества достигается путем
тщательного контроля ведения каждого технологического
процесса. С точки зрения организации этот контроль может быть
внутренним, осуществляемым персоналом стройки, и внешним,
который осуществляют заказчик и проектная организация.
Существуют следующие способы контроля: визуальный, механический или
разрушающий путем контроля образцов и неразрушающий (аде-
структивный), осуществляемый путем определения основных
физико-механических свойств материала, не причиняя
конструкции повреждений. Для этой цели обычно используются
импульсные или радиационные способы контроля.
По мере совершенствования методов проектирования,
внедрения новых технологических методов, эффективных средств
малой механизации, повышения качества материалов и изделий,
развития лабораторной базы и метрологических служб,
требования к качеству строительства будут повышаться. Одним из
условий обеспечения высокого качества строительства является
четкое функционирование системы управления качеством, что
представляет часть системы управления строительством. В настоящее
время эта система принимает более четкий и обязательный
характер в связи с введением в отрасли государственной приемки.
1.4. Индустриализация строительного производства
Индустриализация строительного производства — это
организация круглогодичного поточного возведения зданий и сооружений
с применением прогрессивных проектных решений, элементов
высокой заводской законченности и эффективных комплексно-
механизированных технологических процессов, обеспечивающая
в конечном итоге повышение качества строительства, снижение
п
его ресурсоемкости и сроков. Индустриализация строительства
предусматривает перевод значительной части трудоемких
строительных процессов в стационарные условия промышленного
производства (механизация и автоматизация процессов,
конвейеризация производства, высокая степень заводской готовности
продукции, точность изготовления и т.д.).
Перечисленные принципы индустриализации могут быть
отнесены как к полносборному строительству, так и к зданиям и
сооружениям, возводимым в монолитных конструкциях. В
последнем случае предполагается использование поточных методов
строительства, товарных бетонных смесей, многооборачиваемых
систем унифицированной опалубки, заводских арматурных
заготовок, комплексной механизации, процессов транспортирования,
подачи и распределения бетонной смеси, индустриальных методов
отделки и других организационных и технологических приемов,
обеспечивающих получение для данных конкретных условий
высоких технико-экономических показателей.
В результате индустриализации повышается
производительность труда, сокращаются сроки и стоимость строительства и на
этой основе повышается эффективность капитальных вложений.
Однако, как показывает опыт передовых отечественных
строительных организаций и зарубежных фирм, наибольший эффект
может быть достигнут лишь при условии сочетания
перечисленных традиционных факторов индустриализации с элементами
индустриализации строительных процессов и операций.
Индустриализация строительных процессов предусматривает
применение механизированного инструмента, креплений,
направляющих и других специальных инвентарных приспособлений,
позволяющих при выполнении данного процесса или рабочей
операции достигать высокой производительности труда, точности и
качества, отвечающих требованиям действующих стандартов.
Сборность является важнейшим элементом индустриализации
строительства. Для приближенной количественной оценки уровня
сборности зданий и сооружений используют показатель степени
сборности. Степень сборности характеризуется отношением (в
процентах) сметной стоимости (франко-строительная площадка)
сборных конструкций и деталей, а также узлов заводского
изготовления для санитарно-технических, электротехнических и
технологических систем, включаемых в объем строительно-
монтажных работ, к сметной стоимости всех строительных
материалов, конструкций и деталей.
В настоящее время большинство промышленных и жилых
зданий возводится из сборных конструкций. При этом
промышленные здания проектируют на основе типовых унифицированных
секций, а жилые дома — на основе типовых серий, типовых
секций или типовых унифицированных конструкций и деталей,
включенных в единый каталог.
В полносборном строительстве наряду со сборными
железобетонными получают все более широкое применение металлические
12
конструкции из сталей повышенной и высокой прочности,
холоднотянутых профилей, предварительно напряженных элементов,
стальные, алюминиевые настилы с синтетическими утеплителями
и другие эффективные конструкции. В специальном и
сельскохозяйственном строительстве применяют конструкции из
модифицированной и клееной древесины.
Однако приоритет в полносборном строительстве продолжает
оставаться за сборным железобетоном. Промышленность
сборного железобетона за последние годы претерпела большие
качественные изменения за счет внедрения автоматических систем
управления технологическими процессами (АСУ ТП) и
конвейеризации производства, перехода на гибкую технологию, которая
позволяет в короткие сроки и с минимальными затратами
переводить на выпуск новых типоразмеров сборных изделий.
Решающим фактором эффективности полносборного строительства (да
и не только полносборного) является технологичность как
отдельных конструкций, так и собираемых из них зданий.
Технологичность должна предусматривать наличие таких
конструктивных решений, массы, габаритов сопряжений и
точности изготовления конструктивных элементов, которые
обеспечивали бы наименьшие затраты труда, времени и средств как в
стадии производства конструкций, так и в стадии их монтажа.
При этом, однако, выполнение требований технологичности не
должно идти в ущерб функциональным, эстетическим или
прочностным качествам зданий, сооружений или отдельных
конструкций.
Механизация и автоматизация строительных процессов
в сочетании с правильной их организационной и технологической
постановкой являются решающими условиями интенсификации и
повышения производительности труда в строительстве.
Строительные работы могут выполняться с частичной и
комплексной механизацией процессов. Более высокой стадией
развития механизации строительства является автоматизация (см.
ч. II).
При комплексной механизации строительных процессов
наряду с применением машин практикуется оснащение бригад
ведущих профессий нормокомплектами.
Нормокомплект представляет собой комплект средств малой
механизации, рационального механизированного и ручного
инструмента и приспособлений, рассчитанных на выполнение
данного вида работ в соответствии с принятой технологией и наиболее
высокой производительностью. Применение норкомплектов
позволяет снизить трудовые затраты, нормализовать технологию
строительных процессов и, как следствие, повысить
производительность труда.
Комплект машин включает одну или несколько основных и
вспомогательных машин, увязанных по технологическому
назначению, производительности и основным параметрам.
При поточном производстве работ могут иметь место три
13
вида комплектов машин: технологические комплекты,
обслуживающие частные потоки, предназначенные для выполнения простых
(рабочих) процессов, например укладки бетона, наклейки
кровли, отрывки траншей и т. д.; комплекты, обслуживающие
специализированные потоки, продукцией которых являются
законченные комплексы работ (земляные, кровельные и т. д.) или
законченные конструктивные элементы; комплекты, обслуживающие
объектные потоки. Такие комплекты могут состоять из
нескольких технологически увязанных между собой комплектов для
специализированных потоков.
Производительность комплекта машин должна соответствовать
заданной интенсивности потока, которая является его основным
параметром:
Яэ.0>/„ и Яэк>/„, (1.3)
где /„ — интенсивность потока в смену (м3, т, м2 и т. д.); Я,.0 —
эксплуатационная производительность основной машины в
комплекте; Яэк — эксплуатационная производительность комплекта
машин (м3, т, м2 и т.д.).
Возможны три организационных метода строительства:
последовательный, параллельный и поточный.
Последовательный метод предусматривает последовательное
производство работ на каждой захватке или объекте. В этом
случае продолжительность строительства
Т=птТп, (1.4)
где п — число намеченных к строительству объектов; Гц —
продолжительность производственного цикла на одной захватке; m —
число захваток.
При параллельном методе, т. е. одновременном ведении работ
на всех захватках, Т = Тп, однако при этом интенсивность
потребления ресурсов возрастает в m раз.
Поточный метод строительства предусматривает расчленение
процесса возведения здания на ряд технологических процессов,
выполняемых в одинаковый промежуток времени (например,
возведение фундаментов каркаса здания, стен и т.д.). Такое
членение позволяет последовательно выполнять однородные
процессы и параллельно-разнородные.
При поточном методе значительно сокращается
продолжительность строительства (Т <Z mTn) и интенсивность потребления
ресурсов. Этот метод благодаря специализации процессов и
ритмичности уменьшает трудоемкость работ и снижает стоимость
строительства.
Строительный поток является комплексным процессом и
состоит из ряда частных потоков, которые представляют собой
простые строительные процессы. Любой поток характеризует
следующие параметры: пространственные — фронт работ, ярусы,
захватки, участки, на которые расчленяют строящиеся объекты;
технологические — число частных потоков, объемы работы, тру-
14
доемкость, машиноемкость и
интенсивность потока;
временные — модуль цикличности,
темп и шаг потока.
Основным параметром
потока является модуль
цикличности или ритм потока. Он
характеризуется
продолжительностью одного частного потока
на одной захватке (участке).
Наряду с модулем
цикличности определяющим
параметром является шаг потока —
интервал времени между
смежными частными потоками. Эта
величина показывает, через
какой промежуток времени
бригада включилась в поток.
Важным технологическим
параметром является
интенсивность, или мощность, потока /ц
°й
sA
i Т'
Г"
Т *
r.
т\_
т-1
7
б
5
и
3
2
1 Z
1 <—
к(п-1)
, к(т-п+1)
t
44^
ZZ
Время
rf
t,
<-
Рис. 1.1. Циклограмма поточного
производства строительных работ:
Т — продолжительность строительного
потока; Т1 — период развертывания потока;
" ~> ~~—. > . j" ^период установления потока; Т'" —
КОТОраЯ ВЬфаЖаеТСЯ Объемом период свертывания потока
продукции, выпускаемой за
единицу времени (м3, т. м2 и т. д.)-
По структуре различают следующие разновидности потоков:
специализированные, продукция которых — законченные
одинаковые конструктивные элементы или виды работ (устройство
фундаментов, отделка здания и т. д.); объектные потоки —
сочетание нескольких увязанных между собой специализированных
потоков. Продукцией таких потоков обычно является
законченный строительный объект; комплексные потоки — сочетание
нескольких объектных потоков для возведения различных зданий
и сооружений в их общем комплексе. Развитие строительного
потока удобнее показать на циклограмме (рис. 1.1).
Продолжительность частного потока
t = mk.
(1.5)
где k — модуль цикличности в сменах.
Продолжительность ритмичного строительного потока
T=k{m + n— 1).
(1.6)
В качестве захватки принимают типовую секцию на этаже
здания, пролет цеха между температурными швами и т. д.
Каждый строительный поток имеет три периода своего
развития: развертывания, т. е. наращивания мощности Т'\ период
установившегося потока /'" и период свертывания Т".
15
Как видно из циклограммы.
Г = Г" = k{n - 1), (1.7)
откуда период установившегося потока
Т" =Т-2Г = k(m-n+ I). (1.8)
1.5. Технологическое проектирование
в строительном производстве
Технологическое проектирование может быть двух видов:
1) разработка новых технологических решений, включая
коренное совершенствование процессов, и разработка требований
к новым средствам механизации. Такое технологическое
проектирование обычно выполняется научно-исследовательскими
организациями;
2) разработка проектов производства работ, основанная на
использовании применительно к конкретным объектам и заданным
условиям типовых технологических решений, действующих
нормативов и имеющихся механизмов. Проект производства работ
разрабатывается подрядной организацией или по заказу
организацией, специализирующейся на технологическом проектировании.
Проекты производства работ (ППР) разрабатывают с учетом
организационно-технологических решений, заложенных в проектах
организации строительства (ПОС). ППР определяет технологию,
сроки выполнения и порядок обеспечения ресурсами строительно-
монтажных работ и служит основным руководящим документом
при организации производственных процессов по возведению
частей зданий (сооружений).
В ППР учитываются местные условия, нормативные и
инструктивные документы, уточняются строительный генеральный план,
сроки строительства, потребность в материальных ресурсах и
сроки их доставки, определяются методы производства работ,
приводятся технологические схемы, технологические карты на
ведущие процессы, обусловливаются мероприятия по охране труда,
противопожарной защите и контролю качества строительно-
монтажных работ.
При разработке ППР может возникнуть необходимость и в
оптимизации технологических решений. Например, может быть
поставлена следующая задача: обеспечить максимальную
производительность бетононасоса при прочих заданных условиях. В
данном случае в качестве функции цели принимается максимальная
производительность, а в качестве ограничений — такие факторы,
как состав бетонной смеси, требуемое количество у выхода из бето-
новода, температура наружного воздуха, дальность и высота
подачи, диаметр бетоновода и т. д. Полученные данные проверяют и
уточняют экспериментальным путем.
Технологические карты — документ, устанавливающий
рациональную технологию производства часто повторяющегося вида
строительно-монтажных работ. В технологических картах приво-
16
дятсн схемы комплексной механизации процесса, указания о
методах производства работ и их последовательности, расстановке
механизмов, составе бригад, калькуляции трудовых затрат и
машинного времени, перечень необходимых материально-технических
ресурсов, указания по охране труда.
Карта трудовых процессов — документ, устанавливающий
рациональную технологию производственного процесса с часто
повторяющимися производственными операциями и
определяющий методы, условия выполнения и материально-технического
обеспечения этих операций.
При строительстве сложных объектов, насыщенных
строительными и технологическими конструкциями (корпуса ТЭЦ),
предприятий металлургической и химической промышленности и
других применяют макетно-модельный метод, сущность которого
заключается в том, что основные технологические решения, например
выбор монтажных кранов и последовательность монтажа,
проверяются на макете.
Выбор из числа нескольких технологически приемлемых
вариантов производства работ производят сравнением вариантов
путем анализа их технико-экономических показателей, которые
характеризуют затраты труда и материально-технические ресурсы.
Основными из них являются продолжительность строительства,
суммарные трудовые затраты, себестоимость, отнесенная к
единице продукции (например, к 1 м3 уложенного бетона, 1 м2 стеновых
ограждений, 1 т смонтированных конструкций или к 1 м3 здания).
Глава 2
ТЕХНОЛОГИЯ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ
СТРОИТЕЛЬНЫХ ГРУЗОВ
2.1. Строительные грузы и виды перевозок
Стоимость и трудоемкость перевозок строительных грузов
и сопутствующих им погрузочно-разгрузочных работ составляет
соответственно до 25 % от стоимости строительно-монтажных
работ и до 40 % от общей трудоемкости строительства.
К строительным грузам относят: грунты, щебень, гравий,
песок, цемент и другие порошкообразные вяжущие материалы,
мелкоштучные стеновые материалы и изделия, бетоны, растворы и
другие вязкопластичные смеси, строительные и технологические
конструкции, конструктивные и конструктивно-технологические
блоки и др.
При транспортировке грузов должна быть обеспечена
сохранность их первоначального качества, поэтому при выборе
транспортных средств и маршрутов перевозок должна учитываться степень
транспортабельности данной категории груза.
Транспортабельностью называют способность груза сохранять
в процессе транспортировки свое первоначальное качество. Так,
например, бетонные смеси при перевозке подвержены
расслаиванию, потере пластичности, выплескиванию, а в зимних условиях —
17
и замораживанию. Поэтому для их перевозки необходимо
использовать специальные технологические транспортные средства,
причем продолжительность перевозки бетонной смеси должна
исключать возможность потери ею качества.
Все перевозки строительных грузов могут быть
классифицированы: по взаимосвязи с основным производством — на внешние и
внутренние; по назначению — на общие и технологические.
Внешний транспорт доставляет грузы с мест отправления,
находящихся вне строительной площадки. При этом
значительная часть сборных конструкций доставляется от предприятий
строительной индустрии непосредственно к рабочим местам без
перегрузок.
Внутриплощадочный транспорт, являясь продолжением,
обслуживает строительную площадку.
В строительстве применяют следующие виды горизонтального
транспорта: железнодорожный — для внешних и внутриплоща-
дочных перевозок; автомобильный и тракторный — для местных
перевозок в условиях бездорожья и внутриплощадочных
перевозок; водный — для доставки грузов в районах, прилегающих к
водным магистралям; воздушный — для доставки грузов в
труднодоступные районы; специальный — для внутриплощадочной
транспортировки грузов, например трубопроводный, конвейерный,
канатно-подвесной и др.
Для транспортировки строительных грузов используется
внешняя сеть автомобильных, рельсовых дорог и водных путей, а также
внутрипостроечные дороги и рельсовые подъездные пути,
предназначенные для доставки грузов непосредственно к объекту.
Автомобильные дороги, используемые в строительстве, включая
подъездные пути и внутрипостроечные дороги, должны быть
проложены в подготовительный период до начала возведения основных
объектов.
Внутрипостроечные дороги могут быть постоянными и
временными. В первом случае их прокладывают по трассам постоянных
дорог, предусмотренных генеральным планом будущего объекта
(рис. 2.1).
При застройке жилых районов практичнее устраивать
временные дороги, так как конструкция, ширина и радиус закруглений
дорог и проездов, проектируемых для жилых районов, не
рассчитаны на движение большегрузных автомобилей и автопоездов.
Внутрипостроечные автомобильные дороги имеют продольные
уклоны не более 6...9 %. Степень капитальности построечных дорог
должна соответствовать интенсивности движения (число
проходящих в единицу времени транспортных средств, приведенных к
условным одиночным автомобилям), наибольшей массе груженых
транспортных средств, местным климатическим и гидрологическим
условиям.
По степени капитальности различают следующие типы
дорожных покрытий: усовершенствованные капитальные с цементо-
бетонными, асфальтобетонными, черными щебеночными, брусча-
18
J^ ,JkJJ. 5? JJA,.
г f-
Рис. 2.1. Виды внутрипостроечных дорог:
а — однопутная колейная дорога из сборных железобетонных плит; б — то же,
двухпутная; в — схема верхнего строения железнодорожного пути; г — схема
автомобильной дороги; д — то же, с кюветами; I — сборная плита; 2 — кювет; В\...В$ —
размеры элементов дороги
тыми покрытиями; усовершенствованные облегченные с черными
щебеночными и гравийными покрытиями; переходного типа —
сборные железобетонные, щебеночные, гравийные, шлаковые,
грунтощебеночные и грунтогравийные, обработанные вяжущими
материалами, а также грунтовые, укрепленные вяжущими
материалами: низшего типа, к которым относят грунтовые дороги,
укрепленные гравием, щебнем, дресвой.
При прокладке дорог по временным трассам целесообразно
применять свободно-разборные покрытия из инвентарных
железобетонных плит, укладываемых краном на песчаное основание
толщиной 10...15 см. Затраты на ремонт и содержание такой дороги
в условиях типичной для построек интенсивности движения обычно
окупаются за 1...2 года.
Рельсовые дороги. В зависимости от назначения
рельсовых дорог, используемых в строительстве, различают: 1)
подъездные пути, соединяющие прирельсовые склады на
строительных площадках с общегосударственной (внешней) сетью
железных дорог. При необходимости эти пути могут доходить
непосредственно до строящихся объектов, например для
доставки крупногабаритных технологических оборудования и
конструкций; 2) внутрипостроечные рельсовые дороги,
предназначенные для перевозки грузов на строительной площадке.
Железнодорожный путь состоит из нижнего и верхнего
строений. Нижнее строение состоит из земляного полотна и
устраивается на насыпи или выемке. При необходимости в
состав нижнего строения входят и искусственные сооружения,
например трубы для пропуска вод. Верхнее строение состоит из
рельсов с креплением и балластного слоя, распределяющего и
передающего нагрузки от поезда на нижнее строение.
19
2.2. Технология и организация автомобильного
и железнодорожного транспорта
Автомобильный транспорт по своим технологическим
возможностям наиболее полно отвечает требованиям строительного
производства. К его преимуществам относятся: сравнительно
простая эксплуатация, относительная автономность в работе,
возможность преодоления крутых подъемов и спусков (до 30°),
малые радиусы поворота, высокие маневровые качества,
возможность включения в основной технологический процесс,
например при монтаже «с колес».
Для перевозки строительных грузов используют одиночные
автомобили и автомобильные поезда.
Наряду с автомобилями в строительстве для внутриплоща-
дочных перевозок грузов применяют малогабаритные
мототележки.
В зависимости от назначения различают технологический
транспорт, работа которого производится по графику,
увязанному с графиком и технологией строительства объекта, и
общестроительный транспорт, непосредственно не связанный с
ритмом строительства.
В зависимости от характера обслуживания применяют
автомобильный транспорт общетранспортного назначения и
специализированный (см. ч. II).
В строительстве используют две основные схемы
автотранспортных перевозок — маятниковую и челночную.
При маятниковой схеме применяются автомобили или
автопоезда с неотцепными звеньями. При этом тягачи неизбежно
простаивают у мест загрузки и разгрузки транспортных средств.
Такая схема эффективна при наличии приобъектных складов или
при массовом строительстве сооружений, состоящих из
одинаковых конструктивных элементов. В этом случае автопоезд
перевозит изделия определенной номенклатуры с последующей их
разгрузкой по частям у строящихся однотипных объектов.
При челночной схеме один седельный тягач работает
последовательно с двумя полуприцепами или более. Их количество
зависит от расстояния между предприятиями строительной
индустрии и строящимися зданиями. Наибольшее распространение
получила схема работы седельного тягача с тремя
полуприцепами, когда один полуприцеп находится под погрузкой. При
этом простои под погрузкой и разгрузкой исключаются, а
имеют место лишь незначительные потери времени (не более 5...7 мин)
на прицепку и отцепку полуприцепов.
При перевозке по этой схеме с использованием одного
тягача и трех полуприцепов (рис. 2.2) время оборота (цикла)
одного тягача составит (мин)
4 = 24Р + 24т + 120L/t;cp + tu, (2.1)
где 4Р — время на прицепку полуприцепов на заводе стройдета-
20
/о L площадка
Рис. 2.2. График движения транспортных средств по
челночной схеме:
/ — автомобиль-тягач; 2..А прицепы
лей или складе; 4т — время на отцепку полуприцепов на
приобъектном складе или в зоне монтажа; L — расстояние между
заводом-поставщиком и объектом, км; vcp — средняя скорость
при движении груженого и порожнего автопоезда, км/ч.
Сменная выработка автопоезда и необходимое количество
таких единиц
Я,= U\ gK, (2.2)
^ ср
я, = 0/(Я,4Л"с). (2.3)
где 4> — фактическое количество часов работы транспортной
единицы (без учета времени, затрачиваемого на выезд и
возвращение в гараж); 4Р — суммарное время разгрузки и погрузки
транспортной единицы, ч; vcp — средняя скорость движения,
км/ч; L — плечо перевозки груза в один конец, км; g —
грузоподъемность транспортной единицы, т; Кг — коэффициент
использования грузоподъемности транспортной единицы (в
зависимости от характера груза принимается 0,5...1); Q —
грузопоток за расчетный период, т; /Сс — коэффициент сменности
работы автотранспортных средств; 4 — продолжительность
расчетного периода переработки грузопотока.
Себестоимость перевозок, отнесенная к 1 т груза,
где Сэ.с — себестоимость эксплуатации транспортных сооружений
(временные и постоянные пути) за расчетный период,
отнесенная к среднегодовому грузопотоку; С„.р — себестоимость погру-
зочно-разгрузочных работ 1 т груза, принимаемая по тарифу и
определяемая расчетным путем; Сэ.т — себестоимость
эксплуатации транспортных средств, отнесенная к сменному
грузообороту.
Работа автотранспорта в течение смены считается
рациональной, если коэффициент использования его
грузоподъемности приближается к единице:
/Ср = Рф/Ы, (2.5)
21
где Рф — фактическая масса груза, перевезенного за смену, т;
gn — паспортная грузоподъемность автомобиля; п — число
рейсов в смену.
При доставке массовых грузов (кирпич, лес, цемент и т. д.)
в районах сосредоточенного строительства эффективна система
централизованных перевозок, при которой транспорт
сконцентрирован в крупных специализированных автотранспортных
хозяйствах и работает по заявкам грузоотправителей с обеспечением
экспедиционного обслуживания автотранспортными
организациями. Расчеты за услуги также производятся в централизованном
порядке. Преимуществом такой системы является более
рациональное использование транспортных средств за счет
сокращения холостых пробегов и снижения простоев транспорта на
погрузочно-разгрузочных операциях.
Железнодорожный транспорт используется как для доставки
строительных грузов с иногородних заводов-поставщиков, так и
для внутриплощадочных перевозок на строительстве крупных
промышленных и энергетических объектов.
2.3. Контейнеризация грузов, механизация
погрузочно-разгрузочных работ
Одним из условий эффективности транспортирования
строительных грузов является бесперегрузочная доставка от мест
изготовления или комплектации к рабочему месту на объекте.
Для мелкоштучных и штучных материалов и изделий, а
также некоторых порошкообразных и сыпучих грузов этому
условию наиболее полно отвечают контейнеризация и
пакетизация.
Контейнер — это инвентарная многооборотная объемная
тара, предназначенная для перевозки, перегрузки и
кратковременного хранения грузов.
Пакет — это уложенная на специальный поддон и
скрепленная партия груза. Наличие поддона позволяет погружать
и разгружать пакеты с помощью вилочных погрузчиков или
кранов.
По своей конструкции контейнеры могут быть жесткими,
мягкими (эластичными) и комбинированными. По
технологическому назначению различают контейнеры универсальные и
специальные. Универсальные контейнеры предназначены для
одновременной перевозки различных категорий грузов. Их
выполняют в виде закрытой тары, оборудованной специальными
поддонами или петлями для погрузки и разгрузки. Опорная
площадь контейнеров принимается кратной площади платформы
транспортных средств. Специальные контейнеры — специально
приспособленные для определенного вида грузов, например для
перевозки рулонных материалов, капсулы или резинокордовые
контейнеры для перевозки цемента и т. д.
Масса контейнеров в загруженном состоянии (брутто) обыч-
22
но не должна превышать 1,5...2 т в расчете на применение при
погрузке и разгрузке легких автомобильных кранов.
При правильной организации контейнеризации перевозок
мелкоштучных и сыпучих грузов можно на каждой тонне груза
экономить соответственно около 3 и 4 руб. Наибольший эффект
обеспечивается при комплектном материально-техническим
обеспечении строительных объектов.
Комплектация — это система материально-технического
обеспечения, которая предусматривает доставку на строительные
объекты конструкций, материалов и изделий комплектами в
необходимых объемах и технологической последовательности и в
сроки, обусловленные графиком строительства.
Эта система особенно эффективна в условиях
полносборного строительства и поэтому пока получила преимущественное
распространение в домостроительных организациях. В данном
случае доставка материалов и изделий производится контей-
неро-комплектами. Каждый контейнеро-комплект формируется на
определенный объем работ: этаж, секцию или секцию-этаж.
Так, например, при комплектации этажа-секции (четыре
квартиры) один контейнер загружается элементами мусоропровода
лестничных ограждений и санитарно-техническими заготовками.
Второй контейнер загружается необходимым комплектом
столярных изделий, вставок из ДСП и т. д.
Комплектация и доставка грузов осуществляются
специальными структурными подразделениями строительных
организаций — обычно управлениями производственно-технологической
комплектации (УПТК).
Контейнеры и поддоны являются инвентарем организации,
поставляющей грузы.
Число контейнеров, необходимое для бесперебойной доставки
грузов,
Як = QcT0.J(VKp), (2.6)
где Qc— количество грузов, которое необходимо
транспортировать за сутки; Т0.к — время оборота одного контейнера, ч; VK —
вместимость контейнера, м3; р — плотность, т/м3.
Списочный парк контейнеров:
Лкс = Пк/К„, (2.7)
где Кк — коэффициент использования парка контейнеров:
Яи<1. (2.8)
Т0.к = U + 2L/(vcp -f- tp),
где t„ и tv — продолжительность пребывания контейнера или
поддона в пунктах погрузки и разгрузки, ч; L — расстояние
доставки груза, км; vcp — средняя скорость движения
автомобиля при рабочем и холостом рейсах, км/ч.
Комплексная механизация погрузочно-разгрузочных работ.
Несмотря на применение комплектно-блочных методов строи-
23
тельства, контейнеризацию перевозок и преобладание среди
грузов крупногабаритных конструкций, на погрузочно-разгрузоч-
ных работах все еще занято около 20 % от общего числа
строительных рабочих. Решение проблемы заключается в широком
внедрении комплексной механизации.
Комплексная механизация погрузочно-разгрузочных работ
предусматривает погрузку, при необходимости закрепление и
разгрузку контейнеров и других грузов с минимальным числом
перегрузок, наименьшими стоимостью и трудоемкостью при
обязательном обеспечении сохранности начального качества груза.
Погрузчики. В строительстве значительное распространение
получили погрузчики для работы со штучным и сыпучими
грузами. Это объясняется их универсальностью и высокой
мобильностью.
Благодаря универсальности, мобильности и высокой
проходимости строительные погрузчики могут эффективно
использоваться на малообъемном рассредоточенном строительстве, а
также на подъемно-транспортных работах в пределах строительной
площадки (переноска а подача пакетов, стеновых материалов,-
бадей и бункеров с бетоном и т. д., рис. 2.3).
Рис. 2.3. Технологический цикл работы автопогрузчика:
а...д — рабочие операции
24
Передвижные ленточные конвейеры предназначены для
погрузки сыпучих, кусковых и мелкоштучных грузов. Конвейеры
могут перемещать грузы на высоту до 5 м под углом до 22°.
Их можно перевозить в частично разобранном виде на прицепе
к автомашине.
Для выгрузки пылевидных и сыпучих материалов из крытых
железнодорожных вагонов применяют механические
лопаты и пневматические разгрузчики' напорного
действия.
Механизация погрузочно-разгрузочных работ имеет особое
значение при перевозках цемента, так как только на этом
технологическом пределе его потери из-за-распыления и увлажнения
достигают 1,5...2,5 %.
В стране разработано несколько технологических схем
доставки цемента с завода к месту потребления, исключающие
при этом потери цемента и снижение его качества (рис. 2.4).
Выбор рабочего варианта комплексной механизации
погрузочно-разгрузочных работ производится путем сравнения
нескольких технически возможных вариантов. При этом оцени-
Рис. 2.4. Возможные схемы комплексной механизации транспортировки
цемента:
/ - транспортировка цемента с цементного завода по трубопроводу; U - то же, в
контейнерах; /// — то же, автоцементовозами с пневматической разгрузкой; IV —
то же, специализированными вагонами — цементовозами; / — приобъектный склад
цемента; 2 — склад цементного завода; 3 — трубопровод; 4 — камерный насос; 5 —
автомобиль с установленными контейнерами; 6 — автоцементовоз; 7 — крытый вагон;
8 — бетоносмеситель (при малообъемном строительстве)
25
вают удельные показатели технико-экономической
эффективности, отнесенные к тонне переработанного груза.
Охрана труда и техника безопасности. Правила
безопасной перевозки грузов автомобилями регламентируют требования
к габаритам в загруженном состоянии, их сигнальные
обозначения, радиусы поворота, скорости движения в зависимости от
дорожных условий и т. д.
Использование железнодорожного транспорта в
строительстве должно сопровождаться строжайшим выполнением
установленных правил эксплуатации железнодорожных путей,
обеспечивающих безопасность движения.
Строгое выполнение правил безопасной перевозки грузов
имеет особое значение при транспортировке грузов в стесненных
условиях строительной площадки, где движение обычно связано
с маневрированием транспортных средств. Транспортные
средства должны быть загружены так, чтобы была исключена их
перегрузка и обеспечена равномерная передача давления на оси
автомобиля или полуприцепа. Грузы при перевозке сборного
железобетона должны быть распределены таким образом, чтобы
уменьшить влияние динамических нагрузок и обеспечить
устойчивость транспортных приборов.
При погрузке и разгрузке мелкоштучных материалов должна
применяться специальная тара, исключающая их выпадение.
К работе на грузоподъемных машинах и машинах
непрерывного транспорта допускаются лица с удостоверением на право
управления данной машиной, ознакомленные с инструкцией,
содержащей указания о предельной грузоподъемности на
соответствующем вылете стрелы крана или о предельных давлениях
в резервуарах машин непрерывного транспорта, работающих
под давлением; правилами управления, сигнализации и ухода за
машиной, требованиями к ее монтажу и демонтажу и др.
Все машины должны быть надежно заземлены. Ленточные
конвейеры, предназначенные для подачи штучных материалов,
оборудованы бортами.
Все типы насосов и пневматических установок для
транспортирования смесей под давлением должны не реже чем через
три месяца проверяться под давлением, в 1,5 раза превышающим
рабочее.
Одна из задач охраны труда — защита рабочих от
производственной пыли, особенно цементной, поэтому при работе с
цементом в закрытых помещениях необходимо применять пылеот-
сасывающие устройства, а на открытых площадках —
респираторы.
26
Раздел второй
ТЕХНОЛОГИЯ УСТРОЙСТВА ЗЕМЛЯНЫХ
И ЗАГЛУБЛЕННЫХ В ГРУНТ СООРУЖЕНИЙ
Глава 3
ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЕ
И ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ
3.1. Виды земляных сооружений
и технологические свойства грунтов
Совокупность производственных процессов, связанных с
разработкой, перемещением, укладкой грунтов и отделкой земляных
сооружений, называют земляными работами. Они выполняются
при возведении практически всех объектов в промышленном,
гражданском, дорожном, гидротехническом и других отраслях
строительства.
Земляные работы имеют значительный удельный вес в общей
стоимости (более 10 %) и трудоемкости (более 20 %)
строительно-монтажных работ.
Высокие темпы роста и огромные масштабы капитального
строительства в нашей стране определяют значительное
возрастание ежегодных объемов земляных работ. За последние девять
лет они увеличились более чем в 2 раза и в настоящее время
превышают 18 млрд. м3 в год. Это требует широкого внедрения
комплексной механизации земляных работ как на крупных
стройках, так и на небольших объектах рассредоточенного
строительства, где все еще велики объемы работ, выполняемых с
недостаточным уровнем механизации.
Земляные сооружения, создаваемые в результате
производства земляных работ, можно классифицировать по ряду
признаков.
По расположению земляных сооружений относительно
поверхности земли различают: выемки — углубления, образуемые
разработкой грунта ниже уровня поверхности; насыпи —
возвышения на поверхности, возводимые отсыпкой ранее
разработанного грунта.
По назначению и длительности эксплуатации земляные
сооружения могут быть постоянными и временными.
Постоянные сооружения предназначены для длительного
использования. К ним относят плотины, дамбы, каналы, выемки
и насыпи земляного полотна дорог и транспортных пересечений
в городах, выемки для искусственных водоемов и другие
сооружения, а также вертикальную планировку площадок при
подготовке территории для застройки.
Временные сооружения имеют непродолжительный срок
эксплуатации и устраиваются лишь на период строительства. Они
предназначены для размещения технических средств и выполне-
27
ния строительно-монтажных работ по возведению фундаментов и
подземных частей здания, прокладки инженерных
коммуникаций и др.
Временную выемку, имеющую ширину до 3 м и длину,
значительно превышающую ширину, называют траншеей. Выемку,
длина которой равна ширине или не превышает десятикратной
ее величины, называют котлованом. Котлованы и траншеи имеют
дно и боковые поверхности, наклонные откосы или вертикальные
стенки.
Временные выемки, закрытые с поверхности и устраиваемые
для сооружения транспортных и коммунальных туннелей и
других целей, называют подземными выработками.
После устройства подземных сооружений и частей зданий
ранее разработанный грунт укладывают в так называемые
«пазухи» — пространства между боковой поверхностью сооружения
и откосом коглована или траншеи Если отсыпка грунта
используется для полного закрытия подземного сооружения или
коммуникаций, ее называют обратной засыпкой.
Наиболее характерные профили и элементы земляных
сооружений представлены на рис. 3.1.
Соответствие назначению и надежность в эксплуатации
земляных сооружений обеспечиваются соблюдением комплекса
требований при проектировании и строительстве. Все земляные
сооружения должны быть устойчивыми, прочными, способными
воспринимать расчетные нагрузки, противостоять климатическим
воздействиям (атмосферные осадки, отрицательные температуры,
выветривание и т.д.), иметь конфигурацию и размеры в
соответствии с проектом и сохранять их в период эксплуатации.
Геометрические
параметры и другие требования,
предъявляемые в
конкретных условиях к земляным
сооружениям,
устанавливаются проектом в
соответствии с нормами
строительного
проектирования.
Главнейшим
требованием к постоянным и
временным сооружениям
является обеспечение
устойчивости их боковых
поверхностей — откосов. Это
достигается назначением
оптимальной крутизны
откосов, выемок и насыпей,
которая выражается
отношением их высоты h к
заложению а — проекции
Рис. 3.1. Характерны^ профили земляных
сооружений:
/ — поперечный профиль выемки; а — траншея
прямоугольного профиля; б — котлован
(траншея) трапецеидальной формы; // — сечения
подземных выработок; а — круглой; б —
прямоугольной; ///—профиль насыпи; IV — обратная
засыпка
28
откоса на горизонтальную плоскость h/a=]/m, где m —
коэффициент откоса; он зависит от вида грунта, его
состояния, высоты насыпи или глубины выемки. Откосы постоянных
сооружений делают более пологими, чем временных. Откосам
глубоких выемок и высоких насыпей следует придавать
переменную крутизну с более пологим очертанием внизу. Значение
коэффициента откоса принимают по нормам с учетом конкретных
условий строительства.
Грунтами называют породы, залегающие в верхних слоях
земной коры. При строителстве земляных сооружений наиболее
часто разрабатываются грунты: песчаные (песок, супесь),
глинистые (глины, суглинки), скальные (изверженные и осадочные),
растительные и лёссовые.
Характеристика свойств и классификация грунтов
производятся по различным признакам в зависимости х>т того,
рассматривается грунт как материал для возведения земляных
сооружений или как физическая среда, в которой возводятся
конструкции зданий и работают строительные машины.
Свойства грунтов зависят от условий образования
структуры и состава горных пород. Различают грунты
сцементированные и несцементированные. Сцементированные (скальные) имеют
плотную структуры с жесткой связью между частицами,
образующими горную породу; они отличаются высокой механической
прочностью, залегают чаще всего в виде монолита.
Несцементированные состоят из частиц разрушенных горных пород. В
зависимости от размеров частиц и их взаимосвязью различают
грунты: несвязные — сыпучие в сухом состоянии
(крупнообломочные и песчаные) и связные (глинистые) — в сухом
состоянии несыпучие и пластичные во влажном состоянии.
Свойства грунтов и их физико-механические характеристики
влияют на технологию производства, трудоемкость и стоимость
работ.
Виды, характеристики и технологические свойства грунтов
приведены в СНиПе и в ЕНиРе на производство земляных
работ.
К технологическим свойствам грунтов относят: плотность,
пористость, угол естественного откоса, сцепление, влажность,
разрыхляемость и др.
Плотность грунта — отношение массы грунта, включая массу
воды в его порах, к занимаемому этим грунтом объему. Она
составляет для песчаных и глинистых грунтов 1,6...2,0 т/м3, для
скальных — 2,2...3,5 т/м3.
Пористость характеризует структуру грунта. Чем меньше
пористость, тем более плотную структуру имеет грунт.
Угол естественного откоса — угол, при котором грунт
находится в состоянии предельного равновесия, определяет
крутизну устойчивых откосов выемок и насыпей, зависит от угла
внутреннего трения, сил сцепления и других физических
свойств.
29
Влажность характеризуется степенью насыщения грунта
водой. Грунт считают сухим при влажности до 5 % и мокрым при
влажности более 30 %. Влажность оказывает влияние на физико-
механические характеристики грунта и особенно когда
изменяется фазовое состояние воды при отрицательных температурах.
Сцепление зависит от сил связи между частицами грунта и
определяется начальным сопротивлением грунта сдвигу. На
сцепление влияют вид грунта и его состояние. Увеличение
влажности приводит к уменьшению сцепления, при промерзании
влажных и мокрых грунтов сила сцепления значительно
возрастает.
Разрыхляемость характеризуется увеличением объема грунта
при его разработке по сравнению с объемом, занимаемым в
естественном залегании (в «плотном теле»). Степень разрыхляе-
мости определяется коэффициентом разрыхления грунта.
Различают первоначальное разрыхление — непосредственно после
разработки и остаточное — после уплотнения грунта.
Для решения некоторых технологических задач
(производство работ в зимних условиях, осушение глинистых грунтов
и т. п.) необходимы данные о теплопроводности, теплоемкости,
электропроводности и других физических свойствах грунтов.
От структуры, плотности и сил сцепления в значительной
степени зависит сопротивление грунта воздействию рабочих
органов, которое определяет важную технологическую
характеристику — трудность разработки грунтов.
В проектировании и производстве земляных работ
используют классификацию грунтов по признаку трудности разработки.
Такая классификация в зависимости от способа разработки
приводится в производственных нормах (ЕНиР) и справочниках
по земляным работам.
Земляные работы в зависимости от вида сооружений, свойств
грунтов и технических ресурсов могут осуществляться
механическим, гидромеханическим, взрывным или комбинированным
способом.
Механический способ заключается в разработке грунта
резанием, когда грунт в забое разрушается послойно рабочим
органом машины. Это наиболее распространенный способ, им
выполняется не менее 80 % всего объема земляных работ.
Механическим способом разрабатывают грунт землеройные и земле-
ройно-транспортные машины.
Гидромеханический способ состоит в разрушении и
перемещении грунта потоком воды, поступающей под напором из
гидромониторной установки при разработке на суше или
всасываемой землесосным снарядом при подводной разработке.
Взрывной способ заключается в разрушении и перемещении
грунта энергией взрыва, образующейся при химическом
превращении взрывчатых веществ, размещенных в специально
устроенных выработках (скважинах, шпурах, камерах и т. д.).
Комбинированный способ представляет сочетание механичес-
30
кого с гидромеханическим или со взрывным в зависимости от
условий разработки грунта.
Выбору способа разработки должен предшествовать технико-
экономический анализ его эффективности в конкретных условиях
производства с учетом материально-технических, энергетических
и трудовых ресурсов.
По организационно-технологической структуре земляные
работы выполняют специализированным потоком, включающим
подготовительные, основные и вспомогательные процессы.
Подготовительные процессы предшествуют основным и
выполняются до начала разработки грунта и возведения земляных
сооружений. Они имеют целью осуществить подготовку
территории к производству работ, включающую очистку от деревьев,
кустарника, снятие растительного слоя, разборку строений,
предназначенных к сносу, осушение и водоотвод; геодезическое
обеспечение работ — устройство опорной сети, реперов, осевых
знаков; устройство подъездных путей, разбивку сооружений на
местности, подготовку к производству земляных работ в зимних
условиях и т. п.
Основные процессы включают разработку, перемещение и
укладку грунта при устройстве выемок, насыпей и планировку
территорий для застройки.
Вспомогательные процессы сопутствуют основным или
выполняются на завершающей стадии возведения земляных
сооружений. К ним относят подготовку забоя для работы землеройных
работ, рыхление плотных и мерзлых грунтов, водоотлив и водо-
понижение, искусственное закрепление грунтов, устройство
ограждений, подмостей, переходов и другие мероприятия по охране
труда, временное крепление стенок выемок и откосов и т. п.
Состав, объем и очередность выполнения процессов,
входящих в подготовительные, основные и вспомогательные работы,
определяются на стадиях проектирования, организации
строительства и производства работ и уточняются при реализации
ПОС и ППР.
3.2. Подготовка строительной площадки
к производству работ
При подготовке территории строительной площадки нередко
возникает необходимость сноса старых строений или переноса
линий связи и электропередачи (ЛЭП), подземных
коммуникаций и других сооружений, мешающих производству работ. Снос
зданий и сооружений осуществляется разрушением механическим
и взрывным способами или разборкой с использованием
механизированного инструмента и оборудования. Перенос ЛЭП и
других коммуникаций осуществляется в соответствии с ППР
специализированными организациями.
Законодательство об охране окружающей среды требует от
строителей бережного отношения к природе, в частности, сох-
31
ранения растительности и почвенного слоя в процессе выполне
ния земляных работ.
Растительный слой грунта на площади будущего земляного
сооружения срезают автогрейдерами или бульдозерами,
собирают в штабеля и в последующем используют для работ по
рекультивации земель, озеленению и благоустройству территории.
Разбивка сооружений и закрепление ее на местности
является основой геодезического обеспечения земляных работ.
Исходными материалами для разбивки служат стройгенплан, рабочие
чертежи сооружения и разбивочные чертежи. До начала
земляных работ определяют положение сооружений на местности,
используя геодезический план стройплощадки, составленный в
единой системе координат.
В процессе возведения земляных сооружений проверяют
геодезические данные по рабочим чертежам проекта, производят
разбивку и закрепление в «натуре» контуров сооружения,
передачу разбивочных осей и отметок его элементов, периодические
исполнительные съемки для подсчета объемов земляных работ и
окончательную плановую и высотную исполнительную съемку
законченного сооружения.
При планировке площадки на местности обозначают вершины
квадратов разбивки, характерные промежуточные точки и
проектные отметки в вершинах квадратов.
Разбивка выемок и насыпей значительной протяженности
состоит в обозначении на местности разбивочными знаками
(вехи, шаблоны и т. д.) осей сооружения, его размеров, величины
откосов и т. п. Знаки располагают так, чтобы исключить их
повреждение при производстве работ.
Для детальной разбивки осей зданий, обозначения контура
котлованов и закрепления их на местности служит
строительная обноска. Она может быть сплошной по всему периметру
здания или прерывистой. Последняя удобнее, так как не
затрудняет передвижение строительных машин и транспорта на
объекте. Обноску разового пользования устраивают из деревянных
стоек и досок или инвентарную из металлических труб.
Устанавливается обноска с использованием геодезических инструментов
параллельно основным осям (рис. 3.2, А, В и /—4), образующим
внешний контур здания на расстоянии, обеспечивающем
неизменность ее положения в процессе строительства. На обноске
обозначаются оси здания и отметки, перенесенные с закрепленных
на местности створных знаков и реперов. Разбивка здания и
сооружений проверяется и принимается по акту.
Водоотвод предназначен для предотвращения увлажнения
грунта на строительной площадке и затопления выемок стоком
поверхностных вод. С целью предупреждения затопления
котлованов и траншей прилегающая к ним территория строительной
площадки планируется с уклоном для организации стока
дождевых и талых вод, а с нагорной стороны выемки устраивают
оградительное обвалование или водоотводные канавы.
32
Опорные знаки
Установленные
оси обноска
ОсноЬные
оси здания
г)
E£t=SI=fbi=0
J 2,5... 3,0 м
Рис'3.2. Элементы геодезической разбивки земляного сооружения:
а — план разбивки котлована; б — схема расположения обиоски; в
ная металлическая стойка обиоски; г — схема закрепления осей
- инвентар-
Устройство выемки, расположенной ниже уровня грунтовых
вод, вызывает необходимость осушать водонасыщенный грунт,
чтобы обеспечить его разработку и предотвратить поступление
грунтовых вод в котлован, траншею или подземную выработку
на период выполнения в них строительных работ. Осушение
грунта может быть проведено открытым водоотливом или
искусственным понижением уровня грунтовых вод. Выбор способа осушения
зависит от гидрогеологических условий строительной площадки,
геометрических параметров выемки и характера производства
работ.
Водоотлив производится непосредственно из выемки. При
разработке грунта дну выемки придается небольшой уклон (0,2...
0,5 %) к устраиваемому в пониженной части выемки
водосборному колодцу (зумпфу). Колодцы располагают вне габаритов
сооружения на расстоянии 3...10 м друг от друга и заглубляют
на 1 м ниже основания сооружения. Воду, стекающую в коло-
2—721
33
дец, откачивают диафрагмовыми или центробежными насосами.
Их количество и рабочие параметры выбирают в зависимости от
притока воды. Открытый водоотлив применяют в грунтах с
сравнительно небольшим коэффициентом фильтрации (до 1 м/сут).
Водоотлив применяют также при затоплении выемки
поверхностными водами. В этом случае насосы располагают на бровке
выемки и организуют отвод откачиваемой воды за пределы
строительной площадки.
Искусственное понижение уровня грунтовых вод является
более совершенным технологическим приемом осушения выемок,
особенно в грунтах с коэффициентом фильтрации более 1 м/сут.
Понижение уровня обеспечивается путем непрерывной откачки
воды из водоносного слоя до начала земляных работ и в период
производства работ в выемке. Водопонижение может
осуществляться тремя основными способами: легкими иглофильтровыми
установками, эжекторными иглофильтровыми установками и
системой скважин, оборудованных глубинными насосами.
Легкая иглофильтровая установка (ЛИУ) состоит из
стальных труб с фильтрующим звеном в нижней части водосборного
коллектора и самовсасывающего вихревого насоса с
электродвигателем. Ряд иглофильтратов погружают в грунт по периметру
котлована или вдоль траншеи, и при работе насоса
обеспечивается понижение уровня грунтовых вод на глубину до 5...6 м
(рис. 3.3). Шаг между иглофильтрами зависит от
гидрогеологических условий производства работ и требуемой глубины водо-
понижения. Легкие иглофильтровые установки применяют в
песчаных грунтах при коэффициенте фильтрации от 2 до 5 м/сут.
При глубине водопонижения более 5 м применяют
многоярусное расположение легких иглофильтратов или эжекторные
иглофильтровые установки, обеспечивающие понижение уровня
грунтовых вод до 20 м.
Расстояние между иглофильтрами (скважинами),
зависящее от интенсивности протока воды, свойств грунта, глубины
понижения и т. д., определяется расчетом или по номограммам.
В случае необходимости водопонижения на глубину более 20 м
применяют систему скважин, пробуренных по периметру
выемки и оборудованных погружными насосами.
Устройство выемок в водонасыщенных грунтах можно также
производить под защитой ограждения из металлического шпунта,
водонепроницаемой ледяной стенки, создаваемой искусственным
замораживанием грунта, или тиксотропных противофильтрацион-
ных экранов.
При решении ряда инженерных задач в строительстве
требуется изменение физико-механических свойств грунтов. Чаще
всего возникает необходимость создания монолитной структуры
в грунтах или трещиноватых скальных породах. С этой целью
производится искусственное закрепление (стабилизация)
грунтов. Закрепление может быть постоянным и временным.
Постоянное закрепление грунтов выполняют для повышения их не-
34
Рис. 3.3. Технологические схемы водопонижения иглофильтрами:
а — план котлована с расположением иглофильтров; б — двухъярусное
расположение иглофильтров; в — однорядная установка иглофильтров вдоль траншей; / —
коллектор; 2 — то же, второго яруса; 3, 4 — погружные трубы; 5 — насос; 6-
гидравлическая кривая
сущей способности, устойчивости или придания им
водонепроницаемости. Такие работы производят при устройстве оснований
в сложных гидрогеологических условиях вновь возводимых
объектов или усилении оснований реконструируемых зданий и
сооружений. Временное закрепление грунтов выполняют, как правило,
при устройстве выемок в водонасыщенных грунтах на период
производства работ.
Применяют следующие основные способы закрепления:
искусственное замораживание, силикатизацию, смолизацию,
цементацию, битумизацию, термический и электрохимический.
Искусственное замораживание применяют для временного
закрепления водонасыщенных неустойчивых грунтов без
последующего изменения их физико-механических свойств. Его
применяют для закрепления стенок выемки разрабатываемой в
обводненных мелкозернистых грунтах (плывунах). С этой целью
по периметру выемки в грунт погружают замораживающие
колонки, в которых циркулирует охлаждающий раствор. В
результате стационарного процесса теплообмена грунт в зоне колонок
замерзает, образуя льдогрунтовую стенку вокруг котлована.
Расстояние между колонками зависит от гидрогеологических и
температурных условий производства работ, глубины выемки и
назначается в среднем от 1 до 3 м. По завершении всех
строительно-монтажных работ в выемке грунт размораживается.
2*
35
Из химических способов закрепления грунтов чаще других
используют силикатизацию и смолизацию.
Способ силикатизации более эффективен при закреплении
песчаных и лёссовых грунтов. Сущность способа заключается
в стабильном изменении физико-механических свойств грунта
в результате химической реакции растворов; закачиваемых через
инъекторы в поры грунта. Применяют одно- и двухрастворный
методы силикатизации.
Закрепление грунта способом смолизации заключается в
нагнетании в грунт через инъекторы гелеобразующей смеси,
состоящей из карбамидной смолы и растворов соляной кислоты,
аммиака, хлористого аммония и др. Применяется для
закрепления мелких песков — сухих и водонасыщенных.
Цементация служит для закрепления трещиноватых скальных
и крупнообломочных пород, средне- и крупнозернистых песков.
Сущность способа состоит в нагнетании под давлением тампо-
нажных цементных растворов через инъекторы, установленные
в пробуренные скважины.
Горячая битумизация используется как вспомогательный
способ при цементации сильно трещиноватых скальных пород и
больших скоростях фильтрации. Нагнетание горячего битума
производят под давлением до 8,0 МПа через смонтированные
в скважинах инъекторы, имеющие электрообогрев. Битум
растекается из инъекторов в трещины и поры грунта, а остывая,
тампонирует их.
Термическое закрепление лёссовых грунтов происходит в
результате обжига раскаленными газами, нагнетаемыми через
скважину в поры грунта. Газы образуются при сжигании
жидкого или газообразного топлива, подаваемого вместе с подогретым
воздухом через жаропрочные трубы в скважину. Глубина
скважины и радиус воздействия термического закрепления
определяют расчетом.
Электрический и электрохимический способы основаны на
явлении электроосмоса и применяются для закрепления
глинистых и илистых грунтов. Под продолжительным воздействием
электрического тока грунт изменяет свойства — становится более
плотным, теряет способность к пучению.
Дефицит свободных территорий для застройки в городах
вызывает необходимость освоения площадок со сложными
геологическими условиями. Возрастающие объемы реконструкции
промышленных предприятий требуют выполнения работ по
усилению оснований зданий и сооружений. В свя^и с этим за
последние годы предложен ряд новых физико-химических способов
закрепления грунтов. Однако большинство из них проходит в
настоящее время производственную проверку.
Выбор организационно-технологического решения о
выполнении подготовительных и вспомогательных процессов при
устройстве земляных сооружений производится на основе анализа
технико-экономических показателей рассматриваемых вариантов.
36
3.3. Временное крепление стенок выемок,
защита откосов и уплотнение грунтов
При устройстве котлованов и траншей в стесненных условиях
городской застройки на территории реконструируемых
предприятий и в других случаях, когда невозможно разрабатывать
выемку с откосами, ее устраивают с вертикальными стенками.
В зависимости от вида и состояния грунта устанавливается
допустимая глубина выемок с вертикальными стенками: для
песчаных грунтов— 1 м, для глинистых — до 1,5 м. При большей
глубине возникает необходимость временного крепления
вертикальных стенок, чтобы избежать их обрушения.
Устройство крепления вертикальных стенок выемок требует
значительных трудозатрат и усложняет как разработку грунта,
так и выполнение строительно-монтажных работ в траншее или
котловане. Поэтому устройство выемки с вертикальными
стенками, способ и тип крепления должны иметь технико-экономическое
обоснование и применяться, когда невозможно выполнить
подземные конструкции или прокладку коммуникаций другими
способами.
В зависимости от условий производства работ и назначения
выемки применяют различные типы крепления стенок.
Крепление распорного типа наиболее простое в -исполнении
и применяется, как правило, при устройстве траншей глубиной
до 4 м в сухих или незначительной влажности грунтах.
Крепление консольного типа состоит из стоек — свай, защемленных
нижней частью в грунте на 2...3,5 м и глубже дна выемки. Они
служат опорами для щитов (досок, брусьев), непосредственно
воспринимающих давление грунта. Крепление консольного типа
целесообразно при глубине до 5 м.
В траншеях значительной глубины используют консольно-
распорное крепление, отличающееся от консольного тем, что
между стойками перпендикулярно оси траншеи устанавливают
распорки.
Для крепления стенок глубоких котлованов и траншей
большой ширины, когда установка распорок затруднена, устраивают
консольно-анкерное крепление.
Выемки, разрабатываемые в сложных гидрогеологических
условиях, крепят сплошным ограждением из деревянного или
металлического шпунта, который погружают по периметру
выемки до начала разработки грунта.
Глубокие выемки, выполняемые в стесненных условиях
реконструкции промышленных предприятий или городской
застройки, можно крепить методом «стена в грунте» с устройством
грунтовых анкеров.
Крепление вертикальных стенок траншей глубиной до 3 м
следует выполнять из индустриальных конструкций. В практике
строительства инженерных коммуникаций используют трубчатые
распорные, шарнирно-винтовые, объемные крепления и др.
37
В состав их входят инвентарные деревянные щиты,
металлические стойки и телескопические распорки, позволяющие легко
изменять габариты крепления в зависимости от размеров траншей.
Объемное крепление представляет собой пространственную
конструкцию, предварительно полностью собранную и
устанавливаемую краном в траншею. Оно может по мере надобности
переставляться по фронту работ. Индустриальные конструкции
крепления имеют небольшую массу и малую трудоемкость при
монтаже и демонтаже.
Уплотнение грунтов производится при возведении
постоянных земляных сооружений, планировке площадок, обратной
засыпке траншей и пазух котлованов, подсыпке под полы
промышленных зданий и т. д. В результате уплотнения грунта
увеличиваются его плотность, сопротивление сдвигу,
водонепроницаемость и существенно уменьшается осадка грунта в процессе
эксплуатации сооружений.
Грунт уплотняют послойно механизированным способом.
Толщина слоя зависит от вида грунта и типа грунтоуплотняющих
средств. Наиболее эффективно уплотнять связные грунты
укаткой и трамбованием, а несвязные — вибрационным и
комбинированным воздействием (виброукаткой, вибротрамбованием
и т. д.).
Вибрационным способом целесообразно уплотнять несвязные
грунты, в которых вибрация вызывает резкое снижение сил
внутреннего трения между частицами грунта.
Контроль плотности может осуществляться определением
плотности грунта в пробах, взятых из возводимой насыпи,
плотномерами, погруженными в грунт, и другими приборами с
использованием излучений, ультразвука и др.
Глава 4
ТЕХНОЛОГИЯ РАЗРАБОТКИ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ
И УКЛАДКИ ГРУНТА
4.1. Подсчет объемов работ
Выбор метода подсчета объемов земляных работ зависит
в основном от вида сооружения, рельефа местности и требуемой
точности расчетов.
Объем линейно-протяженных земляных сооружений. Объемы
насыпи и выемки дорог, дамб, каналов определяют по
продольным и поперечным профилям сооружения.
При расчетах продольный профиль сооружения членят в
характерных точках изменения уклона местности или проектной
(красной) линии вертикальными плоскостями на отдельные
участки (рис. 4.1). В пределах участка геометрическая форма
сооружения представляет собой призматоид. Если длина
участков не превышает 100 м, а поперечный уклон местности не более
0,1, объем призматоидов (м3):
38
Рис. 4.1. Схемы выемок и насыпей для подсчета объемов земляных работ:
а-траншеи; б — котлована; в, г - насыпи
V = [F0+ m^-^] /, (4.2)
где F\, F2 и Fo — площадь поперечного сечения призматоида в
начале, конце и середине участка; м; / — длина участка, м; Н\,
#2 — рабочие отметки в начале и конце участка, м; т —
коэффициент откоса.
При длине участков /^ 50 м и разности рабочих отметок
(#i — Яг) ^ 0,5 м можно пользоваться упрощенными
формулами
V=-^-l (4.3)
или
V = /У. (4.4)
Для получения полного объема линейного сооружения
объемы отдельных призматоидов суммируются.
Определение объемов временных земляных сооружений.
Способ подсчета объемов котлованов и траншей зависит от формы
и размеров их поперечного сечения, а также рельефа местности,
где их разрабатывают. План котлована определяется формой и
геометрическими параметрами подземной части здания и
сооружения. Размеры поперечного сечения и очертания откоса
котлована зависят от глубины разработки грунта в этом сечении и
коэффициента откоса. Если котлован имеет сложную
конфигурацию, его разбивают в плане на элементарные фигуры, подсчитыва-
39
ют их объемы и суммируют. Объем котлована значительных
размеров, расположенного на местности со сложным рельефом,
можно определить способом поперечных профилей по формулам
(2.1) и (2.2). Предварительно котлован расчленяют
вертикальными сечениями на участки, в пределах которых нет резких
изменений поверхности земли. Полный объем котлована
определяется как сумма объемов по участкам и объемов
трехгранных призм и пирамид, образующихся между торцовыми
сечениями и откосами котлована.
При разработке траншей на местности со значительными
поперечными и продольными уклонами их объем определяют как
сумму объемов отдельных участков между поперечными
сечениями, проведенными в характерных точках продольного профиля
трассы, используя формулы (2.1) и (2.2). Если размеры
поперечного сечения траншей невелики, подсчет объемов с достаточной
точностью можно проводить по упрощенным формулам (2.3)
и (2.4).
Определение объемов работ при вертикальной планировке.
Расчеты объёмов планировочных выемок и насыпей и
составление схемы размещения земляных масс выполняются, как правило
при проектировании генерального плана застройки микрорайона
или промышленной площадки.
Исходными материалами расчетов является план местности
в горизонталях или результаты нивелирования по квадратам.
Подсчету объемов земляных работ предшествует определение
положения проектной плоскости планировки. Отметки проектной
плоскости могут быть заданы в соответствии с общим решением
генерального плана застройки или определены исходя из условия
равенства объемов выемки и насыпи в пределах планируемой
территории, т. е. нулевого баланса земляных масс.
В зависимости от рельефа местности и конфигурации
планируемой площадки средняя отметка планировки при нулевом
балансе может быть определена способом статических моментов,
среднеарифметических значений, способом треугольников или
квадратов.
При спокойном рельефе пользуются способом квадратов,
имеющим меньшую трудоемкость расчетов. Площадка планировки
разбивается сеткой квадратов и средняя отметка определяется
по формуле
Н0 = (2Л, + 22ft2 + 32/гз + 4Е/г4)/4«, (4.5)
где h\, hi, h%, ft4 — отметки точек, где сходятся соответственно
веришины 1, 2, 3, 4-го квадратов; п — число квадратов.
Способ треугольников используют при сложном рельефе
местности.
Среднюю отметку планировки корректируют с учетом
дополнительных объемов, возникающих при застройке, уклонов
площадки, необходимых для организации водоотвода, а также за счет
остаточного разрыхления грунта.
40
Подсчет объемов планировочных выемок и насыпей в
зависимости от характера рельефа и требуемой точности расчетов может
производиться методом поперечных сечений, четырехугольных и
треугольных призм. При подсчетах объемов методом
четырехугольных призм площадку планировки разбивают сеткой
квадратов со сторонами (от 20 до 100 м), определяют рабочие
отметки в углах квадратов как разность между отметками Н
поверхности земли и плоскости V. Положение линии нулевых работ
определяют пересечением проектной плоскости с естественной
поверхностью (рис. 4.2). Рабочие отметки со знаком минус
указывают на необходимость устройства насыпи, а со знаком плюс —
выемки. Объем квадратных призм с рабочими отметками одного
знака
V = + (а2/4) (ft, +h2 + h3 + /u). (4.6)
Общий объем насыпи (выемки) определяют как сумму
частных объемов призм и их частей, лежащих в пределах участка
насыпи (выемки). Подсчеты удобнее свести в таблицу.
Когда положение проектной плоскости площадки определено
ранее — при составлении общего проекта планировки
территории, не всегда возможны решения задач планировки с нулевым
балансом земляных масс. В этом случае планировку ведут по
заданным отметкам. Баланс земляных масс может быть
положительным, если объем выемки превышает объем насыпи, и
отрицательным в противном случае.
Рис. 4.2. Разбивка площадки на квадраты для определения
объема земляных работ при планировке:
а — разрез; б — план; е — положение плоскостей при планировке; / -
выемка; // — линия нулевых работ; /// -насыпь; IV—поверхность
земли; V — плоскость планировки; VI — плоскость нулевых отметок.
41
При проектировании вертикальной планировки, кроме
подсчета объемов, определяют среднюю дальность перемещения
грунта и составляют схему оптимального размещения земляных
масс.
Эти расчеты, как правило, выполняют при разработке
генерального плана застройки и составлении проектов организации
строительства (ПОС) и производства работ (ППР).
Проектирование вертикальной планировки, особенно при
сложной конфигурации и значительной площади территории
застройки, следует осуществлять с применением ЭВМ.
Использование вычислительной техники и решение задач методами
оптимизации не только уменьшает трудоемкость расчета, но и
значительно повышает достоверность результатов технологического
проектирования производства земляных работ.
4.2. Технология разработки грунтов экскаваторами
и землеройно-транспортными машинами
Технология разработки грунта в значительной степени
взаимосвязана с типажом технических средств, используемых для
механизации производственных процессов.
Выбор способа разработки грунта и схемы комплексной
механизации зависит от объемов и сроков выполнения работ,
вида и геометрических параметров земляного сооружения,
условий производства работ и т. д.
Технологический процесс устройства выемки включает
разработку грунта с погрузкой в транспортные средства или на
бровку выемки, транспортировку грунта, планировку дна и
откосов.
При устройстве насыпи разработанный грунт
транспортируется, послойно разравнивается и уплотняется на месте ее
возведения. Планировка площадок включает аналогичные процессы.
При комплексной механизации земляных работ кроме
ведущей машины в комплект входят вспомогательные машины для
механизированного выполнения процессов, сопутствующих
основному — разработке грунта.
Для разработки грунтов используют землеройные и земле-
ройно-транспортные машины.
В промышленном и гражданском строительстве более
широкое применение находят экскаваторы одно- и многоковшовые
(см. ч. II).
Экскаваторный забой — пространство, в котором
размещается экскаватор и происходит разработка грунта. При
проектировании производства работ размеры забоя назначают из
условий обеспечения максимальной прозводительности
экскаватора за счет сокращения времени рабочего цикла. Для этого
высота (глубина) забоя должна обеспечивать заполнение
ковша за одну операцию резания грунта, угол поворота для
разгрузки ковша должен быть минимальным и т. д.
42
Экскаваторная проходка — выемка, образующаяся в
результате последовательной разработки грунта при периодическом
передвижении экскаватора в забое.
В зависимости от расположения экскаватора относительно
забоя и его перемещения в процессе разработки грунта
проходка может быть лобовой (торцовой) или боковой.
Траншеи разрабатываются, как правило, за одну лобовую
проходку. Разработка котлованов выполняется одной или
несколькими параллельными проходками. При значительной
глубине выемки она разрабатывается ярусами, постепенно углубляясь
до образования проектного контура котлована (рис. 4.3).
Вид, размеры и количество проходок назначают в
зависимости от геометрических параметров выемки и характеристики
рабочего оборудования экскаватора.
В зависимости от ширины котлована лобовая проходка
экскаватора может быть прямолинейной, зигзагообразной и поперечно-
Рис. 4.3. Схемы проходок экскаватора с рабочим оборудованием прямая
лопата:
а — лобовая (торцевая) проходка; б — то же, с двусторонним расположением
транспортных средств; в — уширенная лобовая проходка с движением
экскаватора «зигзаг»; г — поперечно-торцевая проходка; д — боковая проходка; е -
разработка котлована по ярусам 1, II, Ш, IV; / — экскаватор; 2— автосамосвал;
3 — направление движения транспорта
43
торцовой. Боковая проходка применяется при разработке
широких котлованов. Ширина лобовых проходок определяется по
формулам:
для лобовой прямолинейной
В = 2у/?02-Й; (4.7)
для зигзагообразной
B = 2^jRZ — l2„ + 2Rc; (4.8)
для поперечно-торцовой
В = 2УЯо—/n + 2Rcn; (4.9)
для боковой
В = У/?о2— ll— mH + 0,7RC, (4.10)
где /?0 — оптимальный радиус резания экскаватора; /„ — длина
рабочей передвижки экскаватора; Rc — радиус резания на
уровне стоянки; п — количество поперечных передвижек экскаватора;
т — коэффициент откоса; Н — высота забоя.
Для въезда в котлован устраивают траншею с уклоном 10...
15° и шириной до 3,5 м при одностороннем движении и до 8 м
при двустороннем.
Экскаваторы с рабочим оборудованием «обратная лопата»
и «драглайн» разрабатывают выемки (котлованы, траншеи и др.)
любой ширины, но глубиной, не превышающей максимальной
глубины резания. Поярусная разработка выемки при этом виде
оборудования, как правило, не практикуется. Экскаватор
размещается выше забоя, что облегчает разработку мокрых и
обводненных грунтов.
Экскавация грунта может осуществляться в направлении,
совпадающем с перемещением экскаватора, — торцовой
проходкой и перпендикулярно направлению перемещения — боковой,
В последнем случае глубина разработки меньше, чем при
торцовой. Схемы проходок и их размеры представлены на рис. 4.4.
Грунт разрабатывают с погрузкой в транспорт или в отвал.
Драглайн более производительно работает с перемещением
грунта в отвал или насыпь.
При разработке выемок постоянного поперечного сечения и
большой протяженности наиболее эффективны многоковшовые
экскаваторы — землеройные машины непрерывного действия.
В строительстве наибольшее распространение плучили
многоковшовые экскаваторы продольного копания, которые
применяют для разработки траншей при устройстве инженерных
коммуникаций с глубиной прокладки до 3,5 м.
В силу конструктивных особенностей многоковшовых
экскаваторов дно разрабатываемой выемки повторяет продольный
профиль поверхности, по которой движется экскаватор. Для
получения траншеи с заданным уклоном требуется регулирование за-
44
глубления рабочего органа в
зависимости от изменения отметок дневной
поверхности по трассе прокладки
коммуникаций.
Землеройно-транспортные
машины целесообразно применять при
планировке площадок и разработке
выемок с укладкой грунта в насыпь.
Наиболее эффективны для этих целей
скреперы и бульдозеры, которые
могут также применяться при
разработке траншей и неглубоких котлованов
простой конфигурации.
Скреперы применяют, как
правило, при планировке площадок и
возведения земляного полотна дорог.
Технологические возможности
скрепера определяются вместимостью
ковша и типом ходовой части
оборудования.
В производстве работ применяют
схемы движения скрепера по
эллипсу, восьмеркой, загзагом, спирально
и поперечно-челночно (рис. 4.5).
Схему движения выбирают в
зависимости от вида и геометрических
параметров земляного сооружения или
планируемой площадки. Оптимальной
является схема, обеспечивающая
высокую производительность и
движение без резких поворотов.
Движение скрепера по эллипсу
чаще используется при планировке
площадок, по восьмерке — для
возведения сооружений и при
планировке из двухсторонних выемок, по схеме
«зигзаг» — при устройстве траншей
и насыпей большой протяженности,
по поперечно-челночной — при
возведении невысоких насыпей из
двухсторонних резервов и разработке
неглубоких котлованов.
Повысить производительность скрепера можно, используя
на участке набора тракторы-толкачи, что обеспечивает загрузку
ковша с «шапкой» и сокращение времени набора грунта.
Бульдозеры применяют для разработки грунта и перемещения
его на расстояние до 100 м, для разравнивания грунта в
насыпях и отвалах, снятия растительного слоя и т. д.
В зависимости от вида возводимого земляного сооружения
Рис. 4.4. Схемы проходок
экскаватора с рабочим оборудованием
обратная лопата и драглайн:
а — лобовая проходка; б —
уширенная лобовая; в — поперечно-
торцовая; г — боковая проходка;
д — разработка котлована двумя
лобовыми проходками; I И II —
последовательность проходок; / —
экскаватор; 2 — автосамосвал
45
I'GDCD
Выемка
Насыпь
Елш>ыдшл&& м^гж-pj//, 4^^ Футя^4 Wfr&zfvyw
Рис. 4.5. Технологические схемы разработки грунта скреперами:
а — схема работы по эллипсу при планировании площадок; б — схема
работы по спирали на участке с чередующимися выемками и насыпями;
в — схема работы по восьмерке при возведении насыпи из резерва и
планировке площадок, I и V — разработка (набор) грунта; 2 и 2' —
разгрузка грунта; 3 — нулевая линия; г — схемы резания грунта в
забое
и дальности перемещения грунта схема движения бульдозера в
процессе работы может быть челночная, поперечно-челночная, по
эллипсу, спирали и т. д. (рис. 4.6). Разработка грунта осущест-
5) 111
^nrxyrw*
Рис. 4.6. Технологическая схема разработки грунта бульдозером:
а, б — траншейный способ разработки грунта при планировке; в — групповая работа
бульдозеров, г — разработка котлована бульдозером; д — схемы резания грунта;
I — рабочее движение бульдозера; 2 — холостой ход; 3 - нулевая линия; 4 —
проектная плоскость планировки; 5 — объем грунта, перемещаемый одним бульдозером;
6 — дополнительный объем грунта, /,; /2; h— длина пути резания (набора) грунта
соответственно при ленточной, клиновой и гребенчатой схеме резания
46
вляется послойно при небольшой площади выемки или поярусно-
траншейным способом. Резание грунта в забое производится
стружкой клиновидной или гребенчатой формы.
В связи с конструктивными особенностями рабочего
оборудования бульдозера потери грунта при перемещении прямо
пропорциональны дальности транспортирования. Это существенно
снижает производительность при дальности более 50 м. Для
повышения производительности используют разработку грунта с
движением машины под уклон, с промежуточными валками,
траншейно-полосную и поярусно-траншейную схемы разработки,
групповую работу бульдозеров с движением в линию «отвал в
отвал», установку отвала с боковыми открылками.
Выбор способа производства и схемы комплексной
механизации земляных работ осуществляется на стадии разработки
соответствующего раздела ППР. При этом составляется
несколько технически целесообразных вариантов, учитывая
конкретные условия возведения земляного сооружения и имеющиеся
средства механизации. Затем на основе анализа
технико-экономических показателей технологических схем прозводится
выбор оптимального варианта.
4.3. Гидромеханизация и закрытые способы
разработки грунтов
Гидромеханический способ производства земляных работ основан
на использовании кинетической энергии потока воды для
разработки, транспортировки и укладки грунта. Применение этого
способа целесообразно при больших объемах работ,
необходимости устройства насыпей с минимальной осадкой и наличии
достаточных ресурсов воды и электроэнергии.
Весьма эффективен способ гидромеханизации при
планировке под застройку пойменных и других неудобных для
застройки территорий, возведении плотин, дамб и т. д.
Технологический процесс гидромеханизации включает:
размыв грунта в забое, транспортирование образовавшейся смеси
грунта с водой (пульпы) к месту укладки — намыва и укладку
грунта в результате оседания его частиц из пульпы на участке
устройства насыпи.
Гидромониторные установки используются для разработки
грунта в забое на суше. Они состоят из гидромониторов и
системы водоводов, подающих воду от насосной станции.
В гидромониторе формируется струя воды большой
кинетической энергии, размывающая грунт в забое. Образующаяся
пульпа стекает по подошве забоя в сборный колодец — зумпф
или в сборные канавы.
Разработка грунта может производиться встречным забоем
когда гидромонитор располагается на подошве забоя и размыв
идет снизу вверх, или попутным забоем — с размещением
гидромониторов над забоем и размывом грунта сверху вниз. Чаще
47
x^
и
Рис. 4.7. Схемы гидромеханической
разработки грунта:
а — гидромонитором при встречном
забое; б — то же, при попутном забое;
/ — водовод; 2 — гидромонитор; /,
// — порядок разработки забоя
применяют встречный забой,
позволяющий более интенсивно
вести размыв (рис. 4.7).
Чтобы обеспечить
эффективный размыв и непрерывное
поступление пульпы, в забое
размещают, как минимум, два
гидромонитора, попеременно чередуя их
работу и передвижку.
В зависимости от вида грунта
для размыва и транспортировки
его требуется значительный
удельный расход воды — от 3,5 до
16 м3 на 1 м3 грунта при рабочем
давлении 0,2...0,8 МПа.
Земснаряды — плавучие
землесосные установки применяют
для разработки грунта под водой
в реках и водоемах. В состав оборудования земснаряда входят
грунтозаборное (всасывающее) устройство, землесос, механизмы
регулирования режима работы и перемещения.
Размыв осуществляется потоком воды, всасываемой через
грунтозаборное устройство землесосом, который обеспечивает
также напорную транспортировку образующейся пульпы. От
земснаряда до берега монтируется плавучий пульповод на
понтонах. Дальнейшая транспортировка и укладка пульпы
происходят так же, как при гидромониторной разработке.
При напорной транспортировке пульпа из зумпфа в забое
перекачивается землесосом по пульповоду к месту намыва.
Землесос — центробежный насос, конструкция которого
позволяет перекачивать жидкую массу с твердыми включениями
диаметром до 300 мм. Создаваемый землесосом напор обеспечивает
трубопроводную транспортировку пульпы на значительные
расстояния.
Пульповоды, так же как и водоводы, к гидромониторам
монтируются из инвентарных труб с быстроразъемными
соединениями, что позволяет оперативно изменять длину
трубопроводов при минимальных трудозатратах.
Укладка (намыв) грунта происходит в результате оседания
частиц грунта из пульпы, когда скорость движения ее
становится ниже критической величины. Используя бульдозеры, площадь
намыва ограждают по периметру грунтовыми валками, создавая
так называемую «карту намыва», и заполняют ее пульпой.
Скорость движения пульпы в карте падает практически до нуля,
грунт осаждается, осветленная вода через водосборные колодцы,
предварительно устроенные в карте, сбрасывается за пределы
участка намыва.
Различают безэстакадный и эстакадный способы намыва
(рис. 4.8). Последний применяется в основном для возведения
48
Рис. 4.8. Технологические схемы намыва грунта:
а — безэстакадным способом; б — эстакадным; / —
водоотводные трубы; 2 — обвалование; 3 - водосборный колодец; 4 —
магистральный пульпопровод
насыпей большой ширины, так как он менее экономичен в
сравнении с безэстакадным.
Карты намыва устраивают длиной до 200 м. В зависимости
от вида грунта и назначения насыпи толщина слоя,
намываемого за один прием, составляет 0,6...2,5 м.
Для бесперебойного выполнения намыва должно быть не
менее двух карт. Если одна заполняется пульпой, то в другой
происходит ее отстой, устраивают обвалование, наращивают
патрубки и др. Эти операции попеременно происходят в каждой
карте.
Закрытые (подземные) способы производства работ
используют при прокладке инженерных коммуникаций и устройстве
подземных выработок различного назначения под улицами,
дорогами, зданиями, сооружениями и т. д., когда затруднено или
невозможно применение открытых способов разработки грунта.
В зависимости от назначения и размеров подземных
выработок закрытым способом грунт разрабатывают, а коммуникации
прокладывают с помощью щитовой проходки, продавливания,
прокола, вибропрокола, пневмопробойников, горизонтального
бурения и др. (рис. 4.9).
Щитовая проходка применяется для устройства выработок
глубокого заложения диаметром 2 м и более при значительной
их протяженности. Разработка грунта ведется под защитой
проходческого щита, состоящего из рабочего, домкратного и
хвостового отсеков. Выработку крепят сборной или монолитной
обделкой. По мере разработки грунта щит продвигается с
помощью домкратов, опирающихся на обделку. Способ щитовой
проходки используется в основном для прокладки
коммунальных и транспортных туннелей. Способ продавливания
применяется при бестраншейной прокладке труб диаметром 600... 1800 мм
на расстояние до 70 м и железобетонной обделке коллекторов
49
7^#
Рис. 4.9. Технологические схемы разработки грунта закрытыми
способами:
а — прокалывание; б — продавливаиие; в — горизонтальное бурение; г —
щитовая проходка; / — крепление передней стеики рабочего котлована; 2 —
упор, устанавливаемый иа задней стенке рабочего котлована; 3 —
гидравлический домкрат; 4 — шомпол; 5 — труба; 6 — конический наконечник; 7 —
приямок для наращивания трубы; 8 — привод; 9 — шнековое устройство для
извлечения грунта из трубы;- 10 — рама, передающая давление; // — реечный
домкрат; 12 — вращающийся шпиндель; 13 — режущая коронка; 14 —
механизированный щит; 15 — домкратный отсек; 16 — вагонетка: 17 — монолитная
отделка стен тоннеля; 18 - шахтный подъемник
диаметром до 3 м. Первая секция продавливания трубы
снабжается режущим наконечником (ножом) и с помощью домкратов
внедряется в переднюю стенку котлована. Грунт из трубы
извлекают различными способами. По мере продвижения трубы между
домкратами и ее торцом вставляются нажимные патрубки
длиной, кратной шагу домкратов. После продавливания первого
50
звена стыкуют с ним следующее звено и операции повторяют
до завершения проходки на требуемую длину.
Прокол используют для прокладки трубопроводов диаметром
до 400 мм на длину до 60 м. Вдавливание трубы в грунт
происходит под давлением гидравлических домкратов, усилие от
которых передается трубе через шомпол с переставным штоком. На
первом звене трубы устанавливают закрытый конический
наконечник диаметром на 20...30 мм больше диаметра трубы.
Прокол ведут циклично, продвигая трубу, уложенную в
направляющие, за каждый цикл на величину рабочего хода домкрата.
Труба наращивается по мере вдавливания.
Вибропрокол применяют в песчаных грунтах. Сущность его
состоит в том, что вибрация от прокалываемой трубы,
снабженной вибратором, передается частицами прилегающего грунта
и в результате существенно уменьшается сила трения.
Пневмопробойники используют для устройства
горизонтальных скважин диаметром от 140 до 300 мм (с расширителем)
на длину до 50 м и при высокой скорости проходки — до 80 м/ч.
В пневмопробойник, имеющий реверсивный механизм ударного
действия, подается сжатый воздух с давлением 0,6 МПа. Под
воздействием направленных ударов корпус пробойника
уплотняет грунт, продвигается вперед, оставляя за собой круглую
скважину с плотными стенками.
Горизонтальное бурение применяют для прокладки труб
диаметром до 600 мм на расстояние до 40 м и производят
станками горизонтального бурения.
При устройстве проходок мелкого заложения
(продавливаиие, прокол и т. д.) предварительно открывают котлован в
начале участка проходки и траншею — в конце. В котловане
размещают технические средства, необходимые для бестраншейной
прокладки коммуникаций (домкраты, направляющие и
нажимные приспособления и др.).
4.4. Особенности технологии возведения
земляных сооружений
в зимних условиях
Из общего объема земляных работ в строительстве от 20 до
25 % выполняется в зимних условиях, при этом доля грунта,
разрабатываемого в мерзлом состоянии, составляет 10...15%.
Следовательно, оптимизация технологии земляных работ в зимних
условиях является существенным резервом повышения
эффективности строительного производства.
В практике строительства возникает необходимость
разрабатывать грунты, находящиеся в мерзлом состоянии только в
зимний период года — грунты сезонного промерзания, или в течение
всего года — вечномерзлые грунты.
Разработка вечномерзлых грунтов может производиться теми
же способами, что и мерзлых грунтов сезонного промерзания.
51
Однако при возведении земляных сооружений в условиях вечной
мерзлоты необходимо учитывать специфические особенности
температурного режима вечномерзлых грунтов и изменение свойств
грунтов при его нарушении.
При отрицательных температурах замерзание воды,
содержащейся в порах грунта, существенно изменяет строительно-
технологические свойства нескальных грунтов. В мерзлых
грунтах значительно увеличивается механическая прочность, в связи
с чем разработка их землеройными машинами затрудняется
или вообще невозможна без подготовки.
Глубина промерзания зависит от температуры воздуха,
длительности воздействия отрицательных температур, рода грунта
и др.
В зимних условиях земляные работы могут производиться
с предварительной подготовкой мерзлого грунта для разработки;
с непосредственной разработкой мерзлых грунтов в естественном
состоянии специально оборудованными для этой цели
машинами.
Предварительная подготовка грунта для разработки
выполняется одним из следующих способов: предохранением грунта от
промерзания, рыхлением мерзлого грунта, оттаиванием мерзлого
грунта.
Рыхление взрывами — один из основных способов подготовки
мерзлых грунтов для разработки экскаваторами. Этот способ
эффективен при глубине промерзания более 1 м и больших
объемах работ, выполняемых на вновь осваиваемых территориях
или вдали от зданий и сооружений.
Механическое рыхление мерзлого грунта применяют при
глубине промерзания от 0,4 до 1,5 м и небольших по площади
выемках траншей и котлованов. Оттаивание мерзлых грунтов
применяют при незначительных объемах работ, в стесненных
условиях, труднодоступных местах и в тех случаях, когда невозможно
использовать более экономичные и менее энергоемкие способы.
Сущность метода оттаивания заключается в том, что тепловая
энергия, передаваемая в слой мерзлого грунта, растапливает
лед в его порах и обращет грунт в талое состояние.
Выполнение земляных работ с предварительной подготовкой
мерзлого грунта к разработке вызывает значительные
усложнения работ и дополнительные затраты. В связи с этим ведется
интенсивный поиск методов разработки и средств механизации,
позволяющих разрабатывать мерзлый грунт в естественном
залегании. Для разработки мерзлого грунта без предварительной
подготовки используют землеройно-фрезерные машины,
многоковшовые и одноковшовые экскаваторы, со специальным
рабочим оборудованием, обеспечивающим разрушение мерзлого
грунта в процессе его экскавации.
Производство земляных работ в зимних условиях связано с
дополнительными затратами материально-технических и
энергетических ресурсов, повышением стоимости и трудоемкости ра-
52
бот, поэтому необходима тщательная разработка этого раздела в
проекте производства работ (ППР).
Эффективность разработки мерзлых грунтов зависит от
выбора способа разработки, который, в свою очередь, зависит от
объема работ и времени их выполнения, параметров земляного
сооружения, рода грунта, местных метеорологических и
гидрогеологических условий, наличия ресурсов и др.
Решение об использовании того или иного способа
принимают на основе сравнения ряда технически целесообразных
вариантов разработки грунта и анализа их технико-экономических
показателей. В зависимости от конкретных условий
строительства оптимизация решения указанной задачи может
выполняться по минимуму одного или сочетания нескольких параметров:
стоимости, энергозатрат, сроков производства работ и т. д.
4.5. Охрана труда
При производстве земляных работ необходимо соблюдать
требования техники безопасности, предусмотренные СНиПом и
проектом производства работ.
До начала земляных работ необходимо установить точное
размещение всех действующих подземных коммуникаций. Вблизи
них разработку грунта можно вести только с письменного
разрешения организации, эксплуатирующей эти коммуникации, в
присутствии представителя организации и под наблюдением
производителя работ или мастера. В непосредственной близости
от электрокабелей, напорных водоводов и газопроводов
разработку грунта ведут без применения ударных инструментов. При
обнаружении подземных сооружений, не указанных в проекте,
работы приостанавливают до выяснения их назначения.
Разрабатывая котлованы и траншеи, делают откосы в
соответствии со СНиПом или временное крепление стенок. Состояние
креплений проверяется ежесменно. Разработку креплений ведут
под наблюдением технического руководителя работ постепенно
в направлении снизу вверх.
При работе экскаватора запрещается находиться под его
ковшом или стрелой, производить работы со стороны забоя.
Погрузку грунта на автосамосвалы экскаватором производят со
стороны заднего или бокового борта, нахождение людей между
экскаватором и автомашиной запрещается.
При гидромеханическом способе разработки грунта
запрещается посторонним лицам находиться в зоне разработки и
намыва грунта, а рабочим — в зоне действия струи
гидромонитора.
Разработку грунта закрытым способом можно вести при
наличии утвержденного проекта, в котором указывают способы
производства работ, решение по вентиляции выработок,
сохранению подземных коммуникаций, надземных зданий и сооружений
и т.д.
53
При производстве земляных работ в зимний период
необходимо соблюдать требования, учитывающие специфику зимних
условий.
Запрещена одновременная работа на одном участке в
радиусе 50 м двух экскаваторов, один из которых разрушает мерзлый
грунт ударным способом, а второй разрабатывает разрыхленный
грунт.
Выполнение работ по оттаиванию грунта электроэнергией,
горячей водой и газом и т. д. должно производиться в строгом
соответствии с требованиями проекта производства работ.
При рыхлении мерзлых грунтов взрывным способом
необходимо соблюдать безопасные расстояния, предохраняющие людей,
здания, сооружения и механизмы от опасного воздействия
взрыва — сейсмического, ударной волны, поражения от разлета
кусков грунта.
Глава 5
БУРЕНИЕ И РАЗРАБОТКА ГРУНТОВ
ВЗРЫВНЫМ СПОСОБОМ
5.1. Бурение грунтов
При разработке взрывным способом скальных пород и рыхлении
мерзлых грунтов, устройстве водопонижающих скважин,
искусственном закреплении грунтов, устройстве набивных свай,
инженерно-геологических изысканиях производят буровые работы.
Бурением в грунте образуются цилиндрические каналы
различного диаметра и глубины. Каналы диаметром до 75 мм и
глубиной до 5...6 м называют шпурами, при больших размерах —
скважинами. Они могут быть вертикальными, наклонными и
горизонтальными. Верхнюю часть скважины называют устьем,
дно скважины (шпура) — забоем.
Для производства буровых работ используют
механизированные инструменты, буровые станки и машины.
Сопротивляемость горной породы различным видам
разрушения, т. е. крепость породы, имеет определяющее влияние на
эффективность бурения ~и характеризуется коэффициентом
крепости, который равен 0,8...2 для мягких пород и 5... 10 — для
крепких.
Способы бурения по характеру разрушения горных пород
подразделяются на две группы: механические и физические.
К механическим относят ударный, вращательный, ударно-
вращательный и вибрационный способы. Для этих способов
характерно непосредственное воздействие бурового инструмента
на породу.
Физические способы включают термический, гидравлический,
электрогидравлический, взрывной, плазменный и др. В этих
способах используют физико-химические методы разрушения без
54
непосредственного контакта источника воздействия с буримой
породой.
Наибольшее распространение при производстве буровых
работ получили механические способы бурения. Из физических
используют термический, гидравлический и
электрогидравлический.
Использование того или иного способа определяется
свойствами горных пород, имеющимися техническими ресурсами, а
также требованиями минимальных затрат на бурение.
При ударном способе бурения породоразрушающий
инструмент периодически наносит удары по забою скважины. Очистку
забоя от разрушенной породы производят за счет подачи в
скважину воды, в смеси с породой образуется шлам, который
удаляют из скважины.
При вращательном способе бурения происходит скалывание
породы острыми гранями резца. Этот способ имеет ряд
разновидностей — шнековое, роторное и колонковое бурение и более
широкое применение.
При ударно-вращательном бурении породоразрушающий
инструмент одновременно с вращением испытывает динамические
(ударные) нагрузки, что способствует повышению эффективности
разрушения породы. Ударно-вращательный способ применяют
при бурении крепких и трудноразрушаемых пород со
значительной трещиноватостью.
К устройствам ударно-вращательного бурения относятся
также пневматические и электрические бурильные
молотки-перфораторы, используемые для бурения шпуров в породах любой
крепости.
При термическом способе бурения разрушение породы
происходит за счет напряжений, возникающих в результате нагрева
породы огнестойкой реактивной горелкой. Этот способ
применяется, как правило, при бурении очень крепких пород
кристаллической структуры и особенно эффективен при разработке
пород, содержащих кремнезем. В таких условиях
производительность термического бурения в 6...10 раз выше, чем при
применении механических способов.
Бурение шпуров производят, используя электрические горные
сверла, перфораторы, ручные термобуры, самоходные бурильные
машины шнекового бурения. Для бурения шпуров диаметром до
75 мм и глубиной до 6 м в породах различной крепости
применяют пневматические бурильные молотки-перфораторы.
Рабочим органом перфоратора является цельный или составной бур.
Используя буры со съемными головками и армируя их
пластинками из твердых сплавов, можно повысить
производительность бурения, увеличить срок службы перфораторов, снизить
стоимость работ и расходов буровой стали.
Очистку шпура от буровой мелочи производят, продувая
его сжатым воздухом (сухое бурение) или промывая водой
(мокрое бурение). Мокрое бурение более эффективно, так как снижа-
55
ется сопротивляемость породы бурению, уменьшается пылеоб-
разование и увеличивается стойкость бура. Все это
способствует повышению (до 30%) производительности бурения. Однако
в зимнее время в основном применяют сухое бурение. Бурение
шпуров в мерзлых грунтах производят также буровые машины
шнекового бурения, смонтированные на тракторе. Такие машины
мобильны и позволяют бурить одновременно два шпура глубиной
до 2,5 м.
Ручные термобуры применяют для бурения шпуров диаметром
до 55 м и глубиной до 3,0 м в крепких породах, содержащих
кремнезем. Рабочим органом термобура является реактивная
огнеструйная горелка, вмонтированная в металлическую трубку
(кожух). По сравнению с перфораторным бурение термобуром в
3...8 раз производительнее и в 2 раза дешевле. Ручные термобуры
применяют в основном для бурения шпуров при разделке
негабаритов и валунов.
Для обеспечения технологичности и качества работ перед
началом бурения бурильщику должна быть выдана выписка из
проекта буровых работ, в которой, в частности, указываются
параметры шпуров, сетка бурения и взаимное расположение
шпуров и др.
Бурение скважин производят передвижными или самоходными
буровыми станками. Перед началом бурения необходимо
выполнить подготовительные работы, включающие устройство
подъездов и планировку рабочих площадок, разбивку мест
заложения скважин и другие мероприятия, обеспечивающие
высокопроизводительное бурение, и т. д.
При бурении перечисленными станками разрушение породы
резцом и очистка скважины происходят одновременно и
непрерывно. Для очистки скважины через буровой снаряд подается
сжатый воздух или вода, которыми продукты бурения выносятся
на поверхность. Перед началом бурения следует внимательно
проверить исправность перфораторов и шлангов. Перед
включением бурового станка необходимо проверить надежность
установки его на рабочей площадке, убедиться в исправности и
надежности всех механизмов, заземления электродвигателей и
пусковой аппаратуры. Бурение, как правило, следует вести мокрым
способом, так как очистка забоя сжатым воздухом вызывает
большую запыленность рабочего места. Места бурения в темное
время суток должны быть хорошо освещены. Не допускается
пребывание посторонних лиц в пределах запретной зоны (15 м от
скважины).
5.2. Разработка грунта взрывным способом
Производственные процессы, при выполнении которых
используется энергия взрыва, называют взрывными работами. В
строительстве они осуществляются при разработке скальных и
мерзлых грунтов, устройстве земляных сооружений методом направ-
56
ленных взрывов,
разрушении предназначенных к
сносу зданий и сооружений и
т. Д-
Для производства
взрывных работ используют
взрывчатые вещества и средства
взрывания.
Взрывчатыми
веществами (ВВ) называют
химические соединения или
механические смеси, способные
под влиянием внешнего
импульса (удар, искра) к
быстрым химическим
превращениям (со скоростью в
несколько тысяч метров в
секунду). <Выделяемая при
этом энергия способна
производить механическую
работу. По скорости
взрывчатого разложения и
воздействию на окружающую
среду различают две основные
группы ВВ — метательные и
бризантные.
В строительстве
используют бризантные ВВ:
аммониты, тол, динамит, тротил
и др. По агрегатному
состоянию различают порошкообразные, прессованные, литые ВВ.
К средствам взрывания относят капсюль-детонатор,
электродетонатор, огнепроводный и детонирующий шнуры, а также
источники и проводники электрического тока.
Капсюль-детонатор предназначен для возбуждения детонации при производстве
взрывных работ способом огневого взрывания (рис. 5.1).
Электродетонатор представляет собой смонтированные в одной гильзе
капсюль-детонатор и электровоспламенитель, который при
прохождении тока воспламеняет детонатор. Электродетонаторы
бывают мгновенного и замедленного действия. Огнепроводный шнур
предназначен для передачи капсюль-детонатору пучка искр.
Скорость распространения огня по огнепроводному шнуру 1 см/с.
Детонирующий шнур служит для передачи и возбуждения
взрыва ВВ, он передает детонацию практически мгновенно. Для
взрывных работ применяют в качестве источника тока
подрывные машинки, аккумуляторы, для передачи тока — саперный
провод, электроосветительный и др.
Взрывание зарядов ВВ может осуществляться огневым
способом, электрическим и с помощью детонирующего шнура. По
Ф
Рис. 5.1. Средства взрывания:
а — капсюль-детонатор; б —
электродетонатор; в — зажигательная трубка; г — патрон-
боевик; / — гильза; 2 — инициирующее ВВ;
3 — заряд высокобризантного ВВ; 4 —
электровоспламенитель; 5 — детонатор, 6 —
огнепроводный шиур; 7 — зажигательная трубка:
8 — шашка (брикет) ВВ
57
времени взрывания отдельных зарядов различают мгновенное,
короткозамедленное и замедленное взрывание.
Огневой способ применяют для взрывания одиночных
зарядов или разновременного взрывания группы зарядов. При
огневом способе взрывания группы зарядов из капсюль-детонатора
и огнепроводного шнура изготовляют зажигательную трубку,
которая в соединении с брикетом ВВ образует патрон-боевик.
Последний вводится в расчетный заряд ВВ и взрывает его при
воспламенении зажигательной трубки. Электрический способ
применяется, когда необходимо взорвать большую серию зарядов
на значительном растоянии одновременно или с необходимым
замедлением.
По месторасположению заряды могут быть наружными,
располагаемыми на поверхности взрываемого объекта, и
внутренними, располагаемыми в выработках (шпурах, скважинах,
камерах, рукавах и т. д.). В зависимости от формы заряды
подразделяют на сосредоточенные, удлиненные и фигурные.
По действию, оказываемому на окружающую среду,
различают заряды выброса, рыхления и камуфлеты.
Количество взрывчатого вещества в заряде определяется
расчетом в зависимости от назначения взрыва. При взрыве на
выброс в грунте образуется конусообразное углубление,
называемое воронкой. Грунт, выброшенный взрывом, под действием
силы тяжести падает частично в воронку и частично вокруг нее.
Параметры воронки взрыва: радиус разрушения — г, диния
наименьшего сопротивления (ЛНС) /, равная кратчайшему
расстоянию от центра заряда до ближайшей свободной
поверхности (рис' 5.2). Выбор вида и величины заряда зависит от целей
взрывания. Масса заряда определяется по эмпирическим
формулам, которые в большинстве случаев являются функциями
удельного расхода ВВ, объема взрываемого грунта или
параметров воронки (горна).
Методы ведения взрывных работ зависят от технических
задач, решаемых с использованием энергии взрыва.
Метод шпуровых зарядов применяют на открытых и
подземных разработках. Сущность его состоит в том;, что удлиненные
заряды располагают и взрывают в шпурах Заряд ВВ не должен
а) 6) В) > г ,
Рис. 5.2. Характер действия взрыва:
а — камуфлет; б рыхление; в — параметры воронки нормального выброса; / - -
заряд ВВ; 2— зона разрушения; 3— зона уплотнения
58
занимать более 2/з его длины. Верхняя часть шпура заполняется
забивкой, вначале песчано-глинистой смесью, а затем песком или
буровой мелочью.
На открытых работах шпуровой метод используют при
послойной разработке грунтов. Групповые заряды используют для
дробления и рыхления скальных и мерзлых грунтов. Шпуровые
заряды используют также для разрушения предназначенных к
сносу зданий и сооружений.
Метод скважинных зарядов отличается от шпурового только
тем, что заряды размещаются в скважинах диаметром 75... 300 мм
и глубиной до 30 м. Заряды могут быть удлиненные —
сплошные или прерывистые, заполняющие большую часть скважины,
за исключением верхней части, которую заполняют забивкой.
Взрывание одиночных шпуровых и скважинных зарядов
производят огневым способом, групповых — электрическим. При
электрическом способе сеть необходимо дублировать.
Взрывать можно мгновенно и с замедлением. При коротко-
замедленном взрывании достигается лучшее дробление породы,
снижается удельный расход ВВ и уменьшается интенсивность
сейсмического действия взрыва. Направленные взрывы на выброс
являются результатом совместного действия крупных зарядов,
располагаемых во взрываемом массиве в соответствии с формой
и размерами требуемой выработки.
Для достижения направленного выброса в одну сторону
необходимы, как минимум, двухрядное расположение зарядов и
разновременное их взрывание. Грунт, поднятый при взрыве
первого ряда, перемещается в сторону выброса энергией взрыва
второго ряда (рис. 5.3).
Рис. 5.3. Схемы направленных взрывов:
а — при устройстве выемок; б— при устройстве насыпи; / —заряды
ВВ; 2 — направления перемещения взорванного грунта; 3 проектная
линия верха насыпи; /, //, /// — очередность взрывания зарядов
59
a)
„ 0,0LB,25m^ J,9J,Sm
- -f-1 —-i -* Jf-1 —
6)
■%> 77
4
if"
При необходимости
устройства нешироких
траншей в зимних
условиях может быть приме-
W^-fRW^+i^ НСН МеТОД Рыхления меР3-
'•у .1 w ir^ лого грунта щелевыми за-
w- -щ—i!—т«г—11—И—
Рис. 5.4. Схемы рыхления грунта щелевыми
зарядами:
а — расположение зарядов; б— профиль выемки;
1,2 — щели
рядами ВВ (рис. 5.4).
Рыхление мерзлых
грунтов щелевыми зарядами
В В способствует
получению при взрыве
проектного контура траншеи без
необходимости зачистки
основания и стенок. При щелевом методе рыхления мерзлых
грунтов по сравнению со шпуровым производительность труда
возрастает в 4...5 раз. Щелевые заряды могут применяться при
рыхлении грунтов на больших площадях. В данном случае,
используя щели в качестве дополнительных плоскостей
скольжения, можно увеличить эффект рыхления грунта и снизить расход
ВВ.
При производстве взрывных работ необходимо строго
соблюдать утвержденные Госгортехнадзором Единые правила
безопасности при взрывных работах. Для производства взрывных работ
требуется разрешение инспекции Госгортехнадзора. К работе
допускаются лица, сдавшие экзамены квалификационной комис -
сии. Обязательным условием при производстве взрывных работ
является определение границ зоны безопасности, за пределами
которой исключено поражение людей, механизмов и сооружений
в результате сейсмических воздействий, действия ударной волны,
разлета кусков разрушаемого взрывом материала. Радиусы
опасной зоны устанавливают специальными расчетами. Опасную
зону оцепляют и устанавливают предупредительные знаки. Перед
взрывом взрывники и инженерно-технический персонал
удаляются за пределы опасной зоны. О предстоящем взрыве
предупреждают звуковой или световой сигнализацией.
Глава б
ТЕХНОЛОГИЯ УСТРОЙСТВА СВАЙНЫХ ОСНОВАНИЙ
И ЗАГЛУБЛЕННЫХ СООРУЖЕНИЙ
6.1. Технология устройства свайных оснований
Свайные фундаменты и основания находят все большее
применение в строительстве, так как позволяют существенно сократить
объем земляных работ, материальные и трудовые затраты по
сравнению с традиционными конструкциями фундаментов,
особенно в сложных гидрогеологических условиях. Используют сваи
и в других инженерных сооружениях: крепление выемок,
устройство анкерных опор, причальных стенок и т. д.
60
По технологии изготовления различают сваи, заранее
изготовленные и погружаемые в грунт различными приемами в готовом
виде, и сваи, изготовляемые в проектном положении
непосредственно в грунте (набивные).
По материалу сваи бывают деревянные, бетонные,
железобетонные, металлические и комбинированные.
По форме поперечного сечения различают сваи квадратные,
прямоугольные, многогранные, и круглые, сплошного сечения и
полые, трубчатые, сваи-оболочки, постоянного по длине
сечения и переменного (пирамидальные).
Шпунтовые сваи погружаются сплошными рядами — свая к
свае — с плотным сопряжением между ними. Используются они
для защиты выемок от грунтовых вод, крепления вертикальных
стенок котлованов, устройства набережных, причалов и т. д.
Металлические шпунтовые сваи более распространены. Они
соединяются между собой замковыми соединениями,
обеспечивающими прочное и водонепроницаемое сопряжение. Длина
металлических шпунтовых свай может быть от 12 до 25 м. Сваи
корыто- и z-образного профилей обладают большей жесткостью и
чаще применяются для ограждений и подпорных стенок, где
воспринимают большие односторонние нагрузки.
Деревянные сваи в настоящее время имеют ограниченное
применение и используются, как правило, при строительстве
различных временных сооружений.
Железобетонные сваи имеют наибольшее распространение
в строительстве. Они могут иметь различную форму поперечного
сечения и длину. В зависимости от воспринимаемой нагрузки
и вида грунта сваи сплошного квадратного сечения с обычным
армированием изготовляют длиной 3...16 м, сечением от 20 X 20
до 60 X 60 см, а с предварительно напряженной арматурой —
длиной 9...20 м, сечением от 25 X 25 до 40 X 40 см. Стыковкой
отдельных звеньев железобетонных свай их можно нарастить до
40 м.
Трубчатые железобетонные сваи бывают наружным
диаметром от 50 до 80 см, толщиной стенки 8 см, звеньями длиной 4...
10 м, соединяя которые можно получить сваи длиной до 30 м.
В промышленном и транспортном строительстве для
устройства фундаментов и оснований глубокого заложения применяют
железобетонные сваи-оболочки диаметром от 1,2 до 14 м, длиной
секций 4...8 м, стыкуя которые при погружении получают сваи-
оболочки необходимой длины.
Для уменьшения разрушающего действия молота верхнюю
часть сваи армируют сеткой, а при забивке надевают на нее
металлический наголовник с вкладышем из дерева.
Сваи, заранее изготовленные, погружают в грунт, применяя
различные воздействия: динамическое, статическое и
комбинированное. При динамическом воздействии сваи погружаются уда-
Ром (забивкой), вибрационным или виброударным способом.
Для забивки свай применяют машины, которые классифици-
61
руются по роду привода: механические (подвесные),
паровоздушные и дизельные молоты. Конструкции и принцип действия
перечисленных молотов рассматриваются в ч. II учебника.
Для устройства свайных фундаментов под здания и
инженерные сооружения (опоры мостов, путепроводов и т. д.) весьма
эффективно применение сваебойной установки ЦНИИОМТП,
имеющей координатно-шаговый механизм и программное
управление (рис. 6.1). Это позволяет устанавливать сваю в заданную
точку с большой точностью и в минимальное время. Установка
достаточно мобильна и преобразуется с использованием
автотягача без разборки.
При выборе средств забивки учитывают тип свай, материал,
массу, размеры сечения, глубину забивки, условия производства
и объем свайных работ. Масса ударной части молота должна
соответствовать массе забиваемых свай с учетом ее длины и
характера грунтов на месте погружения.
Технологический процесс забивки свай включает следующие
операции: разметку мест забивки, передвижку и установку
копра или сваебойного агрегата у места забивки, подачу сваи к
копру, подъем и установку ее на месте погружения, забивку.
Следует иметь в виду, что операции по подготовке к забивке
свай занимают до 75 % времени производства свайных работ.
В связи с этим большое значение имеет рациональный выбор
сваебойной установки и схемы забивки.
/УУ
ш
ЕС
м/муч1/Ч1УЧ1А[А1УЧ1уч1^
Рис. 6.1. Схема забивки свай мобильным сваебойным агрегатом:
а — рабочее положение; б — транспортное положение; / — стрелы копра; 2
траверса; 3 — свая в положении забивки; 4 — копровая тележка; 5 - мостовая
рама; 6 — рельсовый путь; 7 — молот; 8 — забитые сваи; 9 — подъем сваи
62
В зависимости от расположения свай в основании
сооружения и его размеров, а также геологических условий на
строительной площадке используют следующие схемы забивки: рядовую,
спиральную и секционную (рис. 6.2). Рядовая схема
применяется при устройстве свайных фундаментов в несвязных грунтах.
Забивку производят последовательными рядами по захваткам.
Вначале забивают сваи в первом ряду, затем во втором и т. д.
Окончив работы на первой захватке, агрегат перемещается на
вторую и забивка продолжается в такой же последовательности.
Спиральную схему используют при расположении свай в форме
куста (опоры транспортных сооружений и т. д.) и забивке их в
малосжимаемые грунты. Забивку начинают от среднего ряда и
ведут по спирали к крайним рядам. В этом случае сваи
испытывают меньшее сопротивление при погружении. Секционная схема
применяется при устройстве свайных оснований больших
площадей в плотных грунтах. Эта схема исключает неравномерное
нарушение структуры грунта. Вначале забивают сваи в каждой
секции (до трех рядов) с пропуском одного ряда между
секциями. По окончании работ во всех секциях забивают сваи в
пропущенных рядах.
Погружение свай-стоек ведут по проектной отметки. Висячие
сваи забивают до получения проектного (контрольного) отказа.
Отказом называют погружение сваи от одного удара в конце
процесса забивки. Контрольный отказ определяют расчетом при
проектировании свайного фундамента и несущей способности
свай.
Погружение сваи вибрационным воздействием происходит с
помощью вибропогружателя, закрепленного в верхней части сваи
или шпунта. Он передает свае вибрацию, а через нее грунту,
в результате чего уменьшаются силы трения и свая
заглубляется в грунт. Вибропогружение эффективно применять в водо-
насыщенных песчаных грунтах. Высокочастотные
вибропогружатели используют для погружения легких свай и металлического
шпунта, низкочастотные — для тяжелых железобетонных1 свай.
В процессе работы вибропогружатель, жестко закрепленный на
свае, вместе с ней подвешивается к крюку крана или
устанавливается в направляющих стрелах копра.
Рис. 6.2. Схема погружения свай забивкой:
о -рядовая; б спиральная; в — секционная; I...17 — направление и
последовательность забивки свай
63
Для погружения свай и шпунта в связные плотные грунты
более эффективно применение вибромолотов. Они погружают
сваи значительно быстрее, чем вибропогружатели такой же
мощности. Отказ определяют погружением сваи за минуту действия
молота, а для вибропогружателей — за минуту работы при
заданном напряжении тока в сети.
Безударное погружение свай может быть осуществлено
способами подмыва, вдавливания, завинчивания.
Сущность способа подмыва заключается в том, что через
подмывные трубки, установленные на свае, подается вода под
большим давлением (0,4...1,5 МПа). Вода, размывая грунт у
острия сваи, значительно уменьшает трение ее боковой
поверхности о грунт, в результате чего свая погружается под действием
собственной массы и массы установленного на ней молота.
Погрузив сваю на определенную глубину, подмыв прекращают
и «добивают» сваи обычным методом на 1,5...2 м и до
достижения проектного отказа. Погружение методом подмыва
производят в несвязных и малосвязных грунтах для свай большого
поперечного сечения и большой длины.
Способ вдавливания (статического воздействия) применяют
при погружении коротких свай сплошного и трубчатого сечения,
он эффективен для погружения железобетонных свай во влажные
глинистые и суглинистые грунты. Для вдавливания используют
установки, смонтированные из двух тракторов, масса которых
через систему полиспастов и обойму передается на сваю и
внедряет ее в грунт.
Погружение свай завинчиванием применяют при
строительстве инженерных сооружений (мостов, подпорных стенок,
Байтовых креплений и т. д.), когда фундаменты в эксплуатации
подвергаются сложным воздействиям. Такие сваи обладают
большой несущей способностью благодаря тому, что винтовые
лопасти башмака имеют диаметр в 2...3 раза больше диаметра
ствола сваи. Погружение свай завинчиванием может проходить
вертикально или наклонно с использованием электрокабестана
или самоходных установок, механизмы которых передают свае
крутящий момент, необходимый для завинчивания на требуемую
глубину (рис. 6.3).
Достстоинство способов подмыва, вдавливания и
завинчивания заключается в том, что погружение свай осуществляется
без динамического воздействия на расположенные вблизи
здания, сооружения и подземные коммуникации. Это имеет
большое значение при реконструкции промышленных и гражданских
объектов.
В процессе погружения свай осуществляют контроль
правильности их расположения, режима погружения и величины
отказа. Допустимые отклонения опредляются СНиПом в зависимости
от вида свай и конструкции свайного фундамента. При
погружении свай ведут журнал свайных работ, в котором фиксируют
условия погружения, контрольный отказ и т. д. Сваи, имеющие
64
Рис. 6.3. Технологическая схема погружения свай завинчиванием самоходной
установки:
а — крепление сваи в инвентарной оболочке; б — установка оболочки в рабочий
орган машины; в — установка агрегата над местом погружения сваи; г —
завинчивание сваи в вертикальном или наклонном положении; д — подготовка машины к
перемещению на новую позицию
отклонения более допустимых, извлекают или забивают рядом
новые.
Набивные сваи изготовляют непосредственно в проектном
положении путем устройства в грунте скважин и заполнения
их бетонной смесью или другими материалами. Они получают
широкое распространение в настоящее время в связи с
увеличением объемов работ по реконструкции промышленных
объектов и застройки территории со сложными геологическими
условиями. К достоинству набивных свай относят: возможность
устройства свай различной несущей способности (до 1000 т) без
значительного изменения технологии производства работ, а
также то, что работа по устройству свай, как правило, не
сопряжена с динамическими воздействиями на окружающую грунтовую
среду, что позволяет производить работы вблизи или внутри
зданий, сооружений и т. д.
По технологии устройства различают следующие виды свай:
набивные бетонные, пневмонабивные, частотрамбованные,
вибронабивные, буронабивные, набивные с уширением (пятой),
набивные песчаные. Последние назвают также скважинами уплотнения
или грунтонабивными сваями.
Набивные бетонные сваи выполняют следующим образом:
бурением с обсадной трубой образуют скважину, затем ее
заполняют пластичной бетонной смесью с послойным трамбованием
3—721
65
У7? ТГЙ Щ ^7 W7&
ООФ
Рис. 6.4. Технологическая схема устройства буронабивных свай с уширенной
пятой:
а — шнековое бурение; б — устройство уширенной полости при помощи расширителя;
в — установка кондуктора инвентарной опалубки и арматурного каркаса; г — опуска
ние воронки с бетонолитной трубой; д — заполнение скважины бетонной смесью;
е — извлечение бетонолитной трубы и формирование головы сваи; / — стреловой
кран; 2 — навесное буровое оборудование СО-2; 3 — буровая скважина; 4 —
расширитель; 5 — кондуктор-опалубка: 6— арматурный каркас; 7 — воронка бетонолитной
трубы (бункер); 8 — вибробадья; 9 — уширенная пята
и постепенным извлечением обсадной трубы. Бетонная смесь
распирает грунт и образует утолщенный ствол сваи.
Буронабивные сваи устраивают, как правило, в скважинах,
пробуренных без обсадных труб. Скважины бурят станками
разведочного бурения, специальными буровыми установками или
буровыми механизмами, смонтированными на
кранах-экскаваторах.
Наиболее эффективны буронабивные сваи с уширенным
основанием (пятой), обладающие большой несущей способностью.
Полость уширения создается специальным механизмом-уширите-
лем, отдельно погружаемым в пробуренную скважину или
входящим в состав бурового инструмента. Буронабивные сваи имеют
диаметр 0,6...2 и длину 14...50 м.
В строительстве применяют следующую технологию
изготовления буронабивных свай в водонасыщенных грунтах (рис. 6.4).
Бурение скважины и устройство уширения производят с
промывкой глинистым раствором, который предохраняет стенки
скважины от обрушения и удаляет разбуренную породу. После проходки
скважины до проектной отметки в нее отпускают арматурный
каркас и производят бетонирование методом вертикально
перемещаемой трубы (ВПТ). Бетонная смесь имеет осадку конуса 16...
18 см. По мере заполнения трубы бетонная смесь выжимает
глинистый раствор через зазор между трубой и скважиной.
В процессе бетонирования труба должна быть постоянно
66
заполнена бетонной смесью на всю высоту, а нижний конец
трубы должен быть заглублен в бетон не менее чем на 2 м.
Бетонирование ведут непрерывно с таким расчетом, чтобы
предотвратить возникновение прослоек глиняного раствора в бетоне.
В практике строительства применяют буронабивные сваи
диаметром 0,4... 1,8 м и длиной до 60 м. Особенность
технологии — проходка скважины грейферным механизмом с
вдавливанием обсадной трубы, применение менее пластичной бетонной
смеси и уплотнение поступательно-вращательным движением
обсадной трубы при ее извлечении. Несущая способность одной
сваи может достигать 500 т.
На строительстве ряда промышленных объектов в СССР
была разработана и внедрена в больших объемах новая
технология устройства буронабивных свай в водонасыщенных
суглинистых грунтах, обеспечивающая высокую производительность,
качеств работ и снижение материалоемкости конструкций
фундаментов. Установки для бурения позволяют проходить
скважины со значительными скоростями и выполнять уширения
диаметром до 2,5 м. Способ бетонирования с двумя телескопическими
трубами позволяет получить качественный бетон в свае.
Диаметр свай от 0,6 до 1,6 м, длина до 12 м, несущая способность
до 450 т.
Для изготовления буронабивных свай создан и
выпускается отечественной промышленностью ряд новых механизмов и
приспособлений, отвечающих уровню лучших мировых образцов,
что позволяет внедрять более эффективную технологию
устройства свай.
Свайные работы в зимних условиях производятся с
соблюдением ряда дополнительных требований. Складирование свай
должно исключать соприкосновение с мерзлым грунтом, а штабель
свай необходимо защищать от обледенения. Для погружения
свай в зимних условиях следует использовать молоты с массой
ударной части не менее 1,8 т. Сваи можно забивать без
оттаивания грунта, если глубина промерзания грунта не более 0,3 м.
При большей глубине промерзания грунт предварительно
оттаивают или пробивают в нем лидирующие скважины. Оттаивание
производят электродами, забитыми вокруг центра сваи, или
трубчатыми электронагревателями (ТЭНами), опущенными в ранее
пробуренные скважины небольшого диаметра (до 8 см).
Лидирующие скважины устраивают глубиной 0,6...0,8 м.
Забивку свай непосредственно в мерзлый грунт или лидирующие
скважины меньшего, чем свая, диаметра производят в
пластично-мерзлые грунты. При устройстве буронабивных свай в
зимнее время скважины бурят с предварительным оттаиванием
мерзлого слоя или агрегатами, обеспечивающими бурение без
прогрева. Бетонную смесь подогревают до температуры,
гарантирующей в момент укладки бетона его температуру не ниже 5 °С.
Охрана труда при производстве свайных работ. Площадка
производства свайных работ должна быть ограждена. Перед
67
Q*
пуском сваебойного агрегата должен подаваться
предупредительный сигнал. Передвигать копер разрешается только после
отключения молота, который при этом опускают в нижнее
положение и фиксируют. Запрещается рабочим находиться на пути
перемещаемых свай, поправлять или задерживать их при
подъеме.
Скважины, пробуренные для набивных свай, должны быть
перекрыты щитами.
При свайных работах особое внимание следует обращать
на прочность и устойчивость копров, кранов, правильность и
безопасность подвеса молотов и вибропогружателей, надежность
тросов. Состояние путей движения копров должно проверяться
до начала смены и в процессе работы копра. Сваи должны
подтягиваться к копру только через нижний отводной блок. Рабочие
площадки копра должны быть ограждены перилами высотой не
менее 1 м.
Шланги, подводящие пар или сжатый воздух к копру,
испытывают на давление, в 2 раза превышающее рабочее.
При погружении и извлечении свай вибропогружателями
грузоподъемность установки должна быть не менее удвоенной
массы вибропогружателя и сваи.
Сборка, разборка и передвижение копра и установок для
буронабивных свай должны производиться под руководством
технического персонала.
6.2. Технология возведения
заглубленных сооружений
В зависимости от геологических и гидрогеологических условий
на объекте строительства возведение заглубленных в грунт
сооружений может осуществляться методами: опускного колодца,
кессонным или «стена в грунте».
Опускные колодцы используют для устройства фундаментов
глубокого заложения и подземных сооружений. Опускные
колодцы в плане бывают круглые и прямоугольные.
Выполняют опускные колодцы, как правило, из железобетона.
В нижней части колодца устраивают нож с режущей кромкой,
облицованной стальными листами или профилем.
Сущность метода устройства опускных колодцев состоит в том,
что конструкцию возводят на поверхности земли, а затем
опускают до проектной отметки, разрабатывая грунт внутри нее в
направлении от центра к ножу. Утрачивая опору с внутренней
стороны, нож под действием массы лежащих выше конструкций
выдавливает грунт внутрь и колодец опускается. По мере
углубления колодца его наращивают по высоте. Работы выполняют
по этапам: вначале бетонируют нож колодца и его первый ярус.
После выдерживания и распалубки бетона колодец начинают
опускать, одновременно бетонируя второй ярус, и т. д.
Для успешного погружения колодца его вес должен превос-
68
ходить с коэффициентом запаса 1,25 общее значение силы
бокового трения грунта.
Если в результате проверочного расчета окажется, что вес
колодца незначительно превышает силу трения о грунт,
увеличивают толщину стен колодца с целью его утяжеления или
уменьшают силу трения стен колодца о грунт применением тиксотропной
«рубашки» (слой глинистой эмульсии). При этом
руководствуются технико-экономическими расчетами с учетом условий
строительства.
Технология устройства сооружений глубокого заложения из
опускных колодцев состоит из подготовительных работ;
изготовления конструкций колодца, погружения до проектной отметки,
заполнения бетоном полностью или частично в зависимости от
назначения колодца.
Опускают колодцы двумя способами; с водоотливом и без
него. Разработку с водоотливом применяют, если приток грунтовых
вод невелик и вблизи нет сооружений, чувствительных к
осадкам. Без водоотлива колодцы можно опускать в соседстве с
любыми сооружениями. Плотные грунты разрабатывают
грейферами, а слабые — гидроэлеваторами с дополнительным подмывом.
При погружении без водоотлива необходимо все время
поддерживать отметку воды в колодце на уровне грунтовых вод. Это
предотвращает наплыв гнутов из-под ножа в колодец,
уменьшает объем разработки и исключает осадки соседних сооружений.
В процессе погружения любым способом надо постоянно
наблюдать за вертикальным расположением колодца и скоростью
его погружения.
Наиболее эффективно содействует процессу погружения тик-
сотропная «рубашка» — она снижает силу трения между
стенками колодца и грунтом в десятки раз. Для такого рода
погружения применяют тонкостенные конструкции. При этом
ускоряется процесс погружения колодцев, достигаются экономия
материалов и индустриализация производства.
Опущенные до проектной отметки колодцы в зависимости от
их назначения полностью или частично заполняют бетоном.
Возведение заглубленных сооружений, устройство
фундаментов и подпорных стен в неустойчивых обводненных грунтах
эффективно производить методом «стена в грунте». Сущность
метода состоит в том, что траншея для будущих стен и
фундаментов отрывается на полную глубину специальным
землеройным оборудованием под слоем глинистого тиксотропного
раствора, гидростатическое давление которого предотвращает
обрушение грунта и проникновение грунтовой воды в траншею.
Устройство фундаментов и стен может осуществляться в
сборном и монолитном вариантах.
При монолитном варианте сооружение разбивают на секции
длиной до 5 м. Первыми возводят все нечетные секции, а затем
между ними четные. Вначале на границе каждой секции по ее
осям забуривают скважины, а затем под глинистым раствором
69
между готовыми скважинами производят разработку грунта
штанговым экскаватором или грейфером. После разработки
грунта устанавливают арматурные каркасы и производят
укладку бетона способом подводного бетонирования. При этом
глинистый раствор выжимается кверху и подается насосами на
сепаратор для повторного использования. Когда бетон в нечетных
секциях наберет проектную прочность, производят работы в
четных секциях с той же технологической последовательностью.
При сборном варианте стена монтируется из сборных
тонкостенных панелей, устанавливаемых в заранее разработанную
траншею, на дно которой подсыпан слой щебня. Панели
фиксируются с использованием кондукторов и замоноличиваются
фундаментной подушкой, бетонируемой методом вертикально
перемещающейся трубы с обеих сторон панелей. Пазухи траншеи
заполняются засыпкой, вытесняющей глиняный раствор в сторону
забоя экскаватора.
Метод «стена в грунте» позволяет по сравнению с открытым
способом возведения значительно сократить объем земляных
работ, исключает необходимость водопонижения, что
предотвращает движение грунтовых вод и обеспечивает сохранность
оснований, расположенных вблизи зданий и сооружений. При этом
достигаются сокращение в 2...3 раза продолжительности
строительства и существенное снижение стоимости работ. Метод
стена в грунте особенно эффективен при возведении
заглубленных сооружений в условиях стесненной городской застройки, при
реконструкции действующих промышленных предприятий и т. д.
Раздел третий
ВОЗВЕДЕНИЕ БЕТОННЫХ
И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Глава 7
ТЕХНОЛОГИЯ ОПАЛУБОЧНЫХ
И АРМАТУРНЫХ РАБОТ
7.1. Состав бетонных работ
В Советском Союзе ежегодно используется в строительстве
около 250...260 млн. м3 сборных и монолитных бетонных и
железобетонных конструкций. Из них возводятся жилые, гражданские
и промышленные здания, оболочки, гидротехнические
сооружения, конструкции монументальных скульптур, плавучие доки,
станины прессов, специальные защитные сооружения в атомной
энергетике и др. Столь универсальное использование бетона
объясняется тем, что технология его производства позволяет
получать сравнительно простыми методами и в основном из
70
местных материалов (кроме стали) конструкции и изделия
практически любой формы, высокой прочности и долговечности.
Наряду с абсолютным увеличением объемов производства
сборного железобетона и его качественной трансформацией
неизменно возрастает доля применяемых в строительстве
монолитных конструкций.
Очевидно, что по мере совершенствования расчета
монолитных конструкций, разработки эффективных технологических
методов и средств механизации расширения применения
высокопрочных тяжелых бетонов, конструкционных и
теплоизоляционных легких бетонов, бетонов с полимерными включениями,
химических добавок и реализации других возможностей технического
прогресса объемы применения монолитного бетона будут
возрастать.
На современном техническом уровне применение монолитного
бетона экономически оправдано при устройстве заглубленных
в грунт конструкций и сооружений, возведения оболочек сложной
конфигурации, строительстве цельномонолитных и
сборно-монолитных жилых домов в городах, в сельских районах, зонах
повышенной сейсмичности или на подрабатываемых территориях,
промышленных и гражданских зданий с монолитными ядрами
жесткости и сборным каркасом, со сборным каркасом в
сочетании с монолитными плитами, монтируемыми методом подъема,
с различными каркасными системами, усиленными монолитными
диафрагмами жесткости, и др. В этих и некоторых других
случаях экономия капитальных затрат по сравнению с полносборным
строительством составляет около 20...25 %, суммарных затрат
труда 3...5 %, стали 15...30 %, и приведенных
народнохозяйственных затрат 5...8 %.
Несмотря на механизацию основных технологических
переделов, в производстве монолитных бетоных и железобетонных
работ имеются существенные резервы снижения материальных
и энергетических затрат.
Очевидно, что кардинальное решение проблемы повышения
технико-экономической эффективности строительства из
монолитного бетона и железобетона заключается в индустриализации
всех связанных с этим переделом технологических процессов.
В этой связи индустриальное производство бетонных и
железобетонных работ нужно рассматривать, как
комплексно-механизированный процесс поточного возведения зданий, сооружений
или отдельных конструкций с использованием эффективных
материалов, высокопроизводительных средств механизации и
автоматизации, компонентов заводского производства и достижением
на этой основе оптимальных технологических и
технико-экономических результатов.
Комплексный процесс состоит из технологически и
организационно связанных между собой заготовительных и построечных
процессов (рис. 7.1). К заготовительным процессам относятся
изготовление элементов опалубки, опалубочных или арматурно-
71
Заготовительные
процессы
Внцтриплощадочные
процессы
опалубочных блоков, арматурных изделий, приготовление
товарной бетонной смеси. Эти процессы выполняют, как правило, на
предприятиях строительной индустрии. К построечным процессам
относятся монтаж опалубки и арматуры, транспортирование,
распределение и укладка бетонной смеси, выдерживание бетона,
демонтаж опалубки с переставкой ее на новую позицию или
складирование.
При организации работ по возведению зданий и сооружений
из монолитного бетона, как правило, применяют поточный метод.
При этом комплексный поток делят на частные потоки, причем
их число определяется конструкцией возводимых сооружений.
В общем случае может быть четыре потока: монтаж опалубки и
арматуры, бетонирование и распалубка.
7.2. Опалубка монолитных конструкций
Опалубка — это временная формообразующая конструкция,
состоящая из собственно формы, поддерживающей и крепежно-
выверочной оснастки. Она обеспечивает в процессе
бетонирования проектные размеры, прочность, жесткость и неизменяемость
возводимой конструкции и требуемое качество ее лицевых
поверхностей.
Опалубочная система — это специализированный комплект
опалубки, имеющий свои конструктивно-технологические
особенности и рассчитанный на многократное использование. При этом
предполагается модульное проектирование монолитных
конструкций на основе того или иного модуля (например, 300 мм),
на которой ориентируется проектирование конструкций,
опалубочных систем и арматурных изделий.
Прочность и жесткость конструкции опалубки проверяются
расчетом и должны быть достаточными для обеспечения
неизменяемости размеров и восприятия постоянных и временных
нагрузок (боковое давление свежеуложенной бетонной смеси,
масса опалубки, арматуры и бетона, ветровые нагрузки, масса
рабочих-бетонщиков, механизмов и т.д.). При применении
термоактивной опалубки в расчетах учитывают и температурные
нагрузки. При необходимости в расчетах должны учитываться и
технологические нагрузки, например распорное давление
бетонной смеси при подаче ее в опалубку бетононасосами.
Важной технологической задачей является обеспечение
заданного проектом качества лицевых поверхностей конструкций.
С этой целью принимаются меры к сплошности и качеству
палубы, а также уменьшение адгезионных сил (сил сцепления)
Рис. 7.1. Схема комплексной механизации производства бетонных работ:
1...3 — заводское изготовление, транспортирование, монтаж опалубки; 4...6 — заводское
изготовление, транспортирование, монтаж арматурных изделий; 7...9 — приготовление,
перевозка, подача и распределение бетонной смеси; 10—выдерживание бетона; // —
распалубка конструкции; 12 — возврат опалубки для ремонта; / — внешний транспорт;
// — внутренний транспорт
73
между палубой и опалубливаемой бетонной поверхностью.
Последнее достигается за счет применения для палубы гидрофобных
материалов (слабо смачивающихся) или гидрофобизирующих
смазок.
Так, например, сила нормального сцепления с бетоном для
палубы из необработанной стали (гидрофильный, т. е. сильно
смачивающийся материал) составляет 0,185 МПа, а для такого
гидрофобного материала, как стеклопластик, всего около
0,03 МПа.
В качестве гидрофобизирующих покрытий хорошо
зарекомендовали себя покрытия на основе полимеров. Они почти
полностью исключают сцепление, не загрязняют бетон, выдерживают
до 30 циклов и хорошо защищают деревянную опалубку от
коробления, а металлическую — от коррозии, поэтому, несмотря
на более высокую стоимость, применение полимерных покрытий
выгодно.
Проблема уменьшения адгезионных сил является не только
технологической, но и экономической, так как связана с
повышением долговечности опалубки и исключением трудоемких и
дорогостоящих работ по доведению качества лицевых
поверхностей бетонных конструкций до требуемой кондиции.
Монтаж опалубки производится по проекту производства
опалубочных работ. Он содержит маркированные чертежи
элементов, их спецификацию, чертежи поддерживающих и крепежных
устройств, технологические карты.
По признаку повторности использования различают опалубку
неинвентарную, используемую только для бетонирования одного
сооружения, и инвентарную, предназначенную для многократного
применения.
В зависимости от вида применяемых материалов опалубка
может быть деревянной, деревометаллической, металлической,
железобетонной, из небетонных материалов, прорезиненных
тканей и др.
Неинвентарные опалубочные системы. К их числу относятся
индивидуальная и несъемная опалубки.
Индивидуальная опалубка применяется для отдельных
неповторяющихся сооружений, таких, как оболочки, пролетные
строения мостов, сложные фундаменты под технологическое и
энергетическое оборудование и т. д. Несмотря на
индивидуальный характер проектирования, в ее конструкции должно быть
предусмотрено максимальное количество элементов инвентарных
опалубочных систем (щитов, крепежно-выверочных устройств
и т. д.).
Несъемная опалубка (опалубка-облицовка) представляет
собой тонкостенную форму, которая при бетонировании
конструкции служит опалубкой, а в ряде случаев и ее облицовкой.
Она может выполняться из тонкостенных железобетонных плит,
дырчатых блоков, армоцементных, асбестоцементных, стеклоце-
ментных пластиков и металлических листов, труб, металлической
74
сетки. В то время как железобетонная несъемная опалубка при
расчетах учитывается как совместно работающая с монолитным
бетоном, тонкостенная несъемная опалубка из небетонных
материалов выполняет лишь функции формообразования и
облицовки (рис. 7.2.).
Для обеспечения жесткости несъемной опалубки,
изготовленной из тонкостенных материалов (армоцемент, стеклоцемент
и др.), в процессе бетонирования конструкции приходится через
0,5...0,7 м устанавливать крепежные элементы. Задача может
быть решена за счет применения инвентарных «самонесущих»
систем несъемной опалубки, в которых распорные усилия
воспринимаются не опалубочными щитами, а временными
инвентарными элементами крепежно-поддерживающей оснастки.
Применение несъемной опалубки экономично, так как
позволяет по сравнению с инвентарной металлической опалубкой
снизить на 35...40 % трудоемкость опалубочных работ и на
15...40 % их стоимость. Так, например, использование
профилированного настила в качестве несъемной опалубки при
бетонировании сборно-монолитного перекрытия позволяет на каждых
1000 м2 конструкций экономить около 100 чел-дн.
Инвентарные опалубочные системы. По конструктивным
признакам инвентарная опалубка подразделяется на разборно-пере-
ставную мелко- и крупнощитовую; подъемно-переставную;
блочную; объемно-переставную скользящую,
горизонтально-перемещаемую (катучую, пневматическую). К группе инвентарных опа-
Рис. 7.2. Типы несъемной опалубки:
а — из блоков УДБ; б — из железобетонных плит Г-образного
профиля; в — из плит с ребрами таврового профиля, изготовляемых
безопалубочным формованием; г — из сталефибробетонных плоских
плит
75
лубок можно отнести и механизированные опалубочные агрегаты.
Разборно-переставная мелкощитовая опалубка имеет
следующие особенности: массу элементов, не превышающую 50 кг, что
позволяет осуществлять вручную сборку и разборку опалубки;
высокую степень универсальности, позволяющую свести к
минимуму неинвентарные доборные вставки и использовать опалубку
для возведения самых разнотипных конструкций.
Разборно-переставную опалубку собирают из щитов,
коробов, крупноинвентарных стоек и других элементов, изготовленных
на заводе. Ее конструируют так, чтобы имелась возможность
распалубки боковых поверхностей, балок прогонов и колонн
независимо от днищ коробов балок и прогонов, которые рас-
палубливают лишь после достижения бетоном предусмотренной
проектом распалубочной прочности. Конструкция щитов и
оснастки должна также предусматривать возможность сборки из
них крупных панелей или блоков.
После разборки опалубки ее очищают, при необходимости
ремонтируют и используют повторно.
Деревянную опалубку изготовляют из воздушно-сухой
древесины с влажностью до 15 % для опалубочных форм и до 25 %
для прочих элементов.
Палубу щитов опалубки практично выполнять из водостойкой
бакелизированной многослойной фанеры, гидрофобных или
обычных древесно-стружечных плит, защищенных красками или
лаками. Поверхности палубы, контактирующие с бетонной
поверхностью, можно также облицовывать пластиком, например
листовым полиэтиленом.
Деревянные мелкощитовые опалубки выполняют в каркасном
и бескаркасном вариантах. Последний наиболее практичен.
При этом используют клееные трехслойные щиты толщиной 30...
40 мм с использованием низкосортных пиломатериалов для
внутреннего слоя и модифицированной фанеры для наружных слоев и
несущие деревянные, балки-схватки и двутаврового сечения.
Трехслойные щиты имеют ширину 300, 400 и 500 мм и длину
от 900 до 2400 мм с размерным модулем 300 мм. Торцы щитов
защищают пластмассовыми обкладками.
Несущие балки-схватки выполняют двух типоразмеров —
высотой 250 и 350 мм с размерами полок соответственно 100X60
и 12X80 мм и длиной 2400 мм. В зависимости от принятого
метода укладки бетона и шага балок-схваток несущая
способность опалубки может колебаться от 0,2 до 12 т/м2.
Наиболее перспективное развитие получают металлодеревян-
ные опалубки, в которых каркас щитов выполнен из специальных
облегченных перфорацией профилей, а палуба из водостойкой
фанеры.
Крепление элементов опалубки в единую
пространственную конструкцию может осуществляться стяжными
соединениями в виде арматуры винтового профиля отечественного
производства с литыми натяжными гайками с подпятниками и защит-
76
ными пластмассовыми трубками или гладкой арматуры с
зажимами эксцентрикового и клинового типа.
Неиспользованные отверстия в палубе закрывают
пластмассовыми заглушками, что защищает палубу от разбухания в
местах сверления отверстий и повышает ее долговечность.
В качестве поддерживающих элементов применены
металлические телескопические стойки, которые позволяют выполнять
работы по изготовлению монолитных перекрытий, балок,
ригелей и других конструктивных элементов на отметку до 4 м.
Масса 1 м2 такой опалубки составляет 35...45 кг.
Металлическую опалубку изготовляют из листового проката
толщиной 1,5...2 мм и специальных профилей, она имеет быстро-
разъемные соединения.
Унифицированная разборно-переставная опалубка отличается
от обычной инвентарной большей взаимозаменяемостью
элементов, повышенной жесткостью и наличием инвентарных
приспособлений, облегчающих собираемость опалубки. Такая опалубка
бывает деревометаллической (комбинированной) или стальной
(рис. 7.3).
Так, например, стальная унифицированная опалубка
«Монолит» конструкции ЦНИИОМТП Госстроя СССР выполняется
из уголков, швеллеров и листовой (2 мм) стали. При
правильной эксплуатации она может быть использована до 100 раз,
в то время как деревянная инвентарная опалубка выдерживает
не более 10...15 циклов. Конструкция унифицированной опалубки
позволяет собирать крупноразмерные опалубочные панели пло-
Рис. 7.3. Стальная унифицированная опалубка конструкции ЦНИИОМТП:
а _ детали опалубки; б — общий вид опалубки ступенчатого фундамента; / — основные
щиты; 2 — угловой щит; 3 — несущая ферма; 4 ~- корпус зажима; 5 — клин; 6 — стяжка
77
щадью до 40...45 м2, а также жесткие опалубочные или ар-
матурно-опалубочные блоки, которые монтируют кранами.
Применение панельной или блочной опалубки при больших
объемах работ дает существенный технико-экономический
эффект, так как позволяет примерно на 20 % снизить стоимость
сборки опалубки, на 50 % трудоемкость и сократить сроки
опалубочных работ.
Разборно-первставная крупнощитовая опалубка состоит из
крупноразмерных щитов каркасной конструкции заводского
изготовления, вертикальных элементов жесткости из специальных
профилей или ферм, рассчитанных на различные нагрузки,
которые зависят от консистенции бетонной смеси, способа укладки
и скорости бетонирования, стяжных болтов с трубками, подкосов
с регулируемой длиной,
домкратов для
регулирования винтовых
опалубок по высоте
при ее установке.
Крупнощитовая
опалубка выполняется
металлической или
металл одеревянной с
палубой из водостойкой
фанеры. Масса 1 м2
крупнощитовой
опалубки в зависимости от ее
конструкции колеблется
от 50 до 75 кг, а
оборачиваемость от 100 до
300 раз.
ЦНИИОМТП
предложена
унифицированная система
крупнощитовой опалубки. Ее
можно использовать
для бетонирования
зданий с расстояниями
между стенами от 2,7
до 6,3 м с изменением
этих размеров при
модуле 30 см. Она
рассчитана на бетонирование
стен толщиной 12, 16
и 20 см при высоте
этажа 2,8 и 3 м и толщине
перекрытий от 10 до
20 см (рис. 7.4).
Для жилых зданий
Госстроем СССР утверж-
Рис. 7.4. Унифицированная крупнощитовая
опалубка:
/ направляющая бетонной смеси; 2 стяжка; 3 -
тяж; 4 — подмости; 5 — щит; 6 — вертикальная
ферма; 7 — регулируемая оттяжка; S — домкрат; 9 —
подмостки для монтажа наружного щита
78
дена унифицированная система переставных опалубок,
предназначенных для возведения монолитных бескаркасных зданий с
модульной сеткой, кратной ЗМ, высотой этажей 2,8; 3; 3,3; 3,6;
4,2, шагом поперечных стен 2,4...7,2 м, толщиной стен от 12 до
50 см, перекрытий от 12 до 22 см.
Подъемно-переставная опалубка применяется для
бетонирования высотных сооружений с изменяющимся и не
изменяющимся по высоте сечением (рис. 7.5).
При возведении железобетонных труб или других сооружений
конической формы опалубку выполняют из двух конических
оболочек, которые прикреплены к радиальным направляющим, а
они, в свою очередь, — к кольцевой раме, подвешенной на
петлях к шахтному подъемнику. Оболочки состоят из панелей
трапециевидной формы.
Панели из стального листа, обрамленные уголками,
жестко скрепляются по верху специальной накладкой и между собой
по боковым торцам с помощью болтовых соединений. Панели
внутренней оболочки вдвое меньше по высоте и навешиваются
в два яруса. Бетонирование сооружения ведется поярусно. После
того как бетон в очередном ярусе достигнет необходимой
прочности, опалубка переставляется на вышележащий ярус. При
этом происходит регулировка опалубки в плане.
Блочная опалубка применяется для бетонирования
четырехстенных ячеек здания с небольшим периметром, например шахт
лифтов. Она представляет замкнутый блок, состоящий из
четырех опалубочных плоскостей, объединенных при помощи тяг с
винтовыми муфтами или других устройств. При бетонировании
в крупноблочной опалубке в качестве наружной опалубки обычно
применяют крупнощитовую опалубку.
Блок-форма представляет собой стальную жесткую
конструкцию, применяемую при бетонировании однотипных фундаментов.
Форму устанавливают и после бетонирования снимают краном.
Блок-формы бывают неразъемные в виде жестких цельносхемных
форм и разъемные. Первые снимают без разборки благодаря
конусности формующих поверхностей с использованием при
необходимости домкрата для предварительного «срыва» формы
с фундамента, вторые — с предварительным разъемом
специальных угловых замков, соединяющих щиты опалубки, и
использованием приспособлений, обеспечивающих при распалубке отрыв
формующих плоскостей от бетона. При этом нужно иметь в виду,
что усилие, необходимое для съема формы, уже через сутки
после бетонирования составляет более 6...7 т.
Практика показала, что применение индивидуальных форм
оказывается по сравнению с инвентарной сборно-разборной
опалубкой экономически оправдано по показателю трудовых
затрат уже при наличии на объекте 30...50 однотипных
фундаментов.
Объемно-переставная (туннельная) опалубка применяется
для возведения многоэтажных жилых и общественных зданий
79
Рис. 7.5. Подъемно-переставная опалубка:
/ — шахтный подъемник; 2 - тяги для подъема опалубки; 3 - рабочая
площадка; 4 — механизм радиального перемещения наружной опалубки;
5 — панели внутренней оболочки опалубки; 6 — подвесные подмости; 7 —
панели наружной оболочки опалубки
большой протяженности, с поперечными несущими и фасадными
сТенами, выполняемыми из сборных элементов.
Объемно-переставная опалубка состоит из отдельных
секций, ширина которых соответствует расстоянию между несущими
поперечными стенами. Длина секции, кратная ширине здания,
определяется условиями работы монтажного крана. Масса
одной секции при ее ширине 130...140 см составляет 800...1000 кг.
Из секций набирается «туннель», длина которого
соответствует ширине здания или квартиры.
Секции объем но-переставной опалубки имеют механизм для
отрыва от поверхности бетона и сладывания, а также
устройство для ее выкатывания. Секции извлекают через торец
туннеля, образуемого поперечными стенами и перекрытием. Их
выкатывают на консольные подмости, укрепляемые на уровне
этажей вдоль фасада, или через оставляемые проемы в
перекрытии, которые затем бетонируют. Свободные секции
переставляют краном на новую позицию.
Существует ряд отечественных и зарубежных конструкций
объемно-переставной опалубки (П- и Г-образная), с различными
системами складывания (рис. 7.6).
Опыт эксплуатации отечественных систем
объемно-переставной опалубки показал, что ее оборачиваемость может быть
Рис. 7.6. Унифицированная объемно-переставная опалубка конструкции
ИНИИОМТП:
' — опалубка маяков; 2 — центральная вставка; Я — Г-образный щит; 4 — распалу-
бочный винт; 5 — шарнирный распалубочный механизм; 6 — регулируемый подкос;
7 — катки; 8 — винтовой домкрат; 9 — подмости торцовых стен; 10 — щит торцовой
стены
81
Рис- 7.7. Конструктивная схема унифицированной скользящей
опалубки конструкции ЦНИИОМТП:
а — конструктивная схема; / — козырек; 2 — домкрат; 3 — домкратная
рама; 4 — рабочий пол; 5 — домкратный стержень; 6—щиты
опалубки; 7,8 — внутренние и наружные подвесные подмости; б — схема
взаимодействия сил при подъеме скользящей опалубки
доведена до 150...200 раз, а трудоемкость опалубочных работ
до 0,2...0,3 чел-ч на 1 м2 опалубливаемой поверхности.
Скользящая опалубка применяется для бетонирования
высоких сооружений с компактным периметром и неизменяемой
по высоте формой плана. Это различного рода трубы, ядра
жесткости зданий, силосные банки элеваторов и др.
Скользящая опалубка состоит из опалубочных щитов,
подвешенных к домкратной П-образной раме, домкратов,
маслопроводов, рабочей площадки и подвесных подмостей (рис. 7.7, а)-
На домкраТНых рамах подвешены опалубка, подмости,
рабочий пол.
Скользящая опалубка обычно имеет высоту 1,1...1,2 м и
охватывает бетонируемое сооружение по наружному и
внутреннему контурам. При круглом сечении сооружения она состоит
из двух концентрически расположенных стенок, прикрепленных
к внутренцим и наружным кружалам. Опалубка имеет
конусность, облегчающую ее подъем в пределах 'Доо-.-'/гоо ее
высоты или при высоте щитов 1...1.2 м по 5...7 мм с каждой
82
стороны. Формующие поверхности выполняют из стали, бакели-
зированной фанеры, пластика и др.
Опалубку поднимают с помощью синхронно работающих
домкратов, опирающихся на опорные стержни, установленные
внутри опалубки возводимого сооружения на расстоянии 1,5...2 м
друг от друга. Поднимаясь по ним, домкраты увлекают за собой
опалубку. Для подъема чаще используются гидравлические
домкраты, развивающие усилия около 55 кН и имеющие шаг 30 мм,
реже электромеханические. Бетонирование в скользящей
опалубке требует соблюдения жесткого технологического
регламента, обеспечивающего получение бездефектных конструкций.
К таким дефектам относятся дыры, раковины, ноздреватость
поверхности, а в ряде случаев и трещины.
Бездефектность возводимой в скользящей опалубке
конструкции обеспечивается в том случае, если силы трения,
возникающие по двум плоскостям скольжения, меньше массы свежеуло-
женного бетона. При этом условно можно сказать, что силы
трения развиваются только на половине высоты опалубки
(рис. 7.7 б).
Минимальная толщина стенки сооружений, при которой
исключено появление разрывов в бетоне (при расчете силы трения
и массы бетона на 1 м формы),
/г-2т/2</гЬр/2, (7.1)
где т — сила трения между плоскостью формы и бетоном,
Н/м2; h — высота скользящей формы, м; b — толщина
бетонируемой стенки, м; р — плотность бетона, кг/м3.
При правильной организации работ скорость возведения
сооружений, бетонируемых в скользящей опалубке, достигает
3 м/сут, а трудоемкость укладки 1 м3 бетона составляет 0,8...
1,0 чел-дн.
Применение скользящей опалубки для возведения
многоэтажных жилых зданий требует в каждом отдельном случае
специального экономического обоснования. Дело в том, что более
развитый периметр таких зданий и наличие в стенах проемов
и, следовательно, необходимость группирования домкратов в
простенках или пересечениях стен требуют большей жесткости
и, следовательно, большей металлоемкости опалубки, а наличие
междуэтажных перекрытий усложняет производство работ.
Катучая опалубка представляет собой опалубочную форму
с механическим устройством для ее опускания или складывания,
Установленную на катках или тележках, передвигающихся по
Рельсам. Эта опалубка применяется в основном для бетонирования
линейных сооружений относительно большой протяженности
и постоянным сечением (цилиндрические покрытия, коллекторы,
траншейные склады, туннели и т. д.).
Пневматическая опалубка представляет собой замкнутую
герметичную оболочку, которая принимает требуемую для бетониро-
Вания конструкции криволинейную форму одинарной или двойной
83
кривизны за счет избыточного давления, создаваемого
нагнетанием внутрь ее воздуха. Они могут выполняться из мягких и
жестких материалов. В первом случае применяют прочные
армированные синтетические пленки или прорезиненные ткани, во
втором, что более сложно, армированные пластики и тонкие
металлические листы.
Пневмоопалубка обычно применяется при строительстве
отдельно стоящих оболочек. Применение пневмоопалубки сводится
к следующему: доставка опалубки в свернутом виде, расстилание
на подготовленном основании с предварительно устроенными по
контуру опорными фундаментами, герметизация по опорному
контуру (если оболочка не замкнутая), приведение в проектное
положение путем нагнетания внутрь опалубки воздуха,
бетонирование производят в основном методом «набрызг-бетон». После
того как бетон набрал необходимую для распалубки прочность,
избыточное давление воздуха в оболочке-опалубке снижается,
опалубка оседает на землю, свертывается и удаляется.
В зарубежной практике широко используются пневматические
оболочки, укладываемые в виде сердечника при устройстве
коллекторов или магистральных трубопроводов. Главными
технологическими экономическими преимуществами пневмоопалубок —
это их мобильность, простота возведения и ограниченная масса,
которая меньше опалубки из металла и дерева соответственно в
15...20 и 30...40 раз.
Механизированные опалубочные агрегаты — это агрегаты,
обеспечивающие механизацию и автоматизацию рабочего цикла
опалубки: передвижение в пределах возводимого объекта,
установку на необходимую позицию, приведение в рабочее положение,
распалубку и перестановку на очередную позицию.
К таким агрегатам, например, можно отнести
механизированную систему опалубки для бетонирования градирен (рис. 7.8).
Он представляет собой металлическую башню с полноповоротной
двухконсольной горизонтальной стрелой, на которой подвешена
и по мере необходимости радикально передвигается секция
формообразующей опалубки (горизонтально скользящий штамп).
Агрегат устанавливают в центре сооружения, а опалубку
закрепляют на стреле с зазором между щитами, равным толщине стенки
сооружения и на нужном расстоянии от его центра.
Бетонирование кольцевого яруса сооружения осуществляют с одновременным
вращением стрелы и скользящим круговым движением
закрепленной на ней секцией опалубки. После окончания бетонирования
очередного яруса сооружения опалубку вместе со стрелой
поднимают на отметку очередного яруса и регулируют в радиальном
направлении. Срок возведения такими агрегатами монолитных
железобетонных градирен с площадью орошения до 1500 м2
сокращается до 3...4 мес вместо одного года по варианту бетонирования
градиен в щитовой опалубке с обстройкой трубчатыми лесами.
Экономичность применения опалубки. Экономический эффект
от применения любой новой системы опалубки может быть опре-
84
Рис. 7.8. Принципиальная схема бетонирования
градирни методом горизонтального скользящего
штампа:
/ — скользящий штамп; 2 - - стрела; 3 - опора
делен лишь в сопоставлении с наиболее удачной, ранее
применявшейся конструкцией опалубки. На первом этапе устанавливают
технологические преимущества предлагаемой системы опалубки,
имея в виду быстроту сборки и разборки, обеспечение качества
лицевых поверхностей, степень универсальности и т. п.
Затем из числа технологически приемлемых вариантов
опалубки отбирают наиболее экономичный по показателю затрат,
отнесенных к одному обороту опалубки.
В этом случае стоимость опалубочных работ
C0 = {Q+[l+a(n-\)/\00]}/(n + CR + CB) ,
(7.2)
где Сэ — стоимость эксплуатации опалубки, включающая
заработную плату рабочих, монтирующих и демонтирующих опалубку,
стоимость машинного времени, стоимость остающихся в бетоне
(теряемых) материалов, стоимость смазки опалубки, руб.; п —
нормативная оборачиваемость опалубки (на стадии
проектирования устанавливается на основании экспериментов или аналогов);
а — доля стоимости ремонта от стоимости изготовления опалубки,
%; Сд — стоимость устройства и разборки доборных элементов,
включая заработную плату и стоимость материалов, руб.; С„ —
стоимость возврата материалов, руб.
Формула может быть использована и для подсчета
фактических затрат. При этом учитывают фактическую стоимость опалубки
и число оборотов, которые она выдерживала.
Трудоемкость опалубочных работ.
Т0 = ТЭ + 7Ц1 + ТР(п- 1)/(100]/(/Г+ Та), (7.3)
85
где 7"э — трудовые затраты на монтаж, демонтаж и смазку щитов
опалубки, чел-дн; 7"„ — трудоемкость изготовления опалубки,
чел-дн; Тд — трудоемкость устройства и разборки доборных
элементов, чел-дн; 7"р —трудовые затраты на ремонт, %.
Расход материалов на один оборот опалубки
Мс = Ми[1 + Мр(п-1)/Ю0\п, (7.4)
где Ми — расход материалов на изготовление опалубки; Мр —
расход материалов на ремонт, % от 7И„.
7.3. Заготовка и монтаж арматуры
Арматурой называют стальные стержни, прокатные профили,
проволоку, стальные и неметаллические волокна, предназначенные
для восприятия в железобетонных конструкциях растягивающих,
знакопеременных, а в ряде случаев и сжимающих усилий. С
определенной долей условности к арматуре можно отнести и
закладные детали, применяемые в основном в сборных
железобетонных элементах.
Арматура, применяемая для армирования конструкций, может
быть классифицирована: по материалу — на стальную и
неметаллическую; по технологии изготовления — на стальную арматуру
горячекатаную стержневую диаметром от 6 до 90 мм и
холоднотянутую круглую проволочную диаметром 3...8 мм в виде
обыкновенной или высокопрочной проволоки, а также арматурных
канатов и прядей и дисперсную; по профилю — на круглую
гладкую, периодического профиля и фасонный прокат (жесткая
арматура). Арматура периодического профиля имеет фигурную
поверхность, что обеспечивает ее лучшее сцепление с бетоном;
по принципу работы конструкции — на ненапрягаемую или
напрягаемую арматуру; по назначению — на рабочую арматуру,
воспринимающую в основном растягивающие напряжения,
распределительную, предназначенную для распределения
нагрузки между стержнями рабочей арматуры; монтажную,
предназначенную для сборки арматурных каркасов; по способу
установки — штучную арматуру, арматурные каркасы и сетки,
вводимую в бетонную смесь дисперсную арматуру.
Дисперсная арматура в виде металлических или
неметаллических волокон (фибр) применяется при изготовлении фиб-
робетонных конструкций. Фибробетон особенно эффективен для
конструкций из мелкозернистых бетонов, к которым предъявляют
повышенные требования по трещиноустойчивости, ударной
вязкости, сопротивлению истираемости.
В качестве металлической фибры применяют проволоку
диаметром 0,1...0,5 мм, нарубленную на отрезки длиной 10...30 мм.
В качестве неметаллической дисперсной арматуры применяют
стеклянные, базальтовые, асбестовые и другие волокна.
В отличие от обычного армирования дисперсную арматуру
86
вводят, при приготовлении бетонной смеси: стальные фибры в
количестве 1...2,5 % от ее объема, стеклянные 1...4 %.
По своим механическим характеристикам арматурная сталь
относится к нескольким классам — A-I, А-П, А-Ш, A-IV и т.д.
Каждому из них соответствует своя марка стали. Например,
для арматурной стали A-I — СтЗ, для А-П — 18Г2С и т. д.
Наличие индекса «т» обозначает класс термичности упрочненной
стали, например Ат-П, Ат-Ш и т. д.
Буквенные обозначения в марках стали характеризуют их
химический состав. Так, буква Г обозначает марганец, С —
кремний, X — хром и т. д. Цифры перед буквами означают
содержание углерода в сотых долях процента, а после буквенных
обозначений — содержание соответствующего элемента в процентах,
при отсутствии цифры после буквенного обозначения элемента
его содержание не превышает 1 %. Так, например, 18Г2С
означает содержание в стали 0,18% углерода, 2 — марганца и
менее 1 % кремния.
ГОСТами регламентируются также требования, касающиеся
удлинения стали при разогреве, ее химического состава и др.
В частности, химический состав определяет такое качество, как
свариваемость стали.
Горячекатаная сталь может быть подвергнута холодной
обработке: волочению, холодному сплющиванию и силовой
обработке. При этом в результате явления наклепа повышается
предел текучести металла, что позволяет экономить арматурную
сталь.
В строительстве для конструкций, эксплуатирующихся в
условиях агрессивных воздействий, начинает применяться
высокопрочная стеклопластиковая арматура, обладающая
антикоррозионными, диэлектрическими и антимагнитными свойствами. Эта
арматура изготовляется из стеклянного волокна на алюмобор-
силикатной основе с использованием в качестве связующего
композиции эпоксидных смол. Арматура выпускается диаметром от
3 до 6 мм и имеет периодический профиль. Предел прочности
такой арматуры при растяжении 150... 180 МПа, модуль
упругости 45 000...50 000 МПа, плотность—1,9 т/м3. Относительно
низкий модуль упругости этой арматуры делает обязательным
ее предварительное напряжение в конструкциях.
Заготовка арматурных изделий производится, как правило,
централизованно на бетонных заводах или в арматурных цехах
заводов железобетонных конструкций.
Арматура изготовляется в виде сеток, плоских и
пространственных каркасов, арматурно-опалубочных блоков. Арматуру
для предварительно напряженных железобетонных конструкций
изготовляют в виде пучков или канатов из высокопрочной
стальной проволоки (рис. 7.9).
Широкое применение в строительстве находят
унифицированные легкие товарные сетки, изготовляемые в виде плоских
сеток, поставляемых пакетами в виде рулонов массой до 150 кг.
87
Рис. 7.9. Виды арматуры для преднапряженных конструкций:
а — плоская сетка; б, в — плоские каркасы; г — пространственный каркас; д
пространственный каркас таврового сечения; е—то же, двутаврового сечения: ж
гнутая сетка; з — гнутый из сеток пространственный каркас; и — закладные
детали
Для армоцементных конструкций выпускают тканые сетки
с ячейками по 5...20 мм.
Процесс производства арматурных изделий полностью
механизирован и частично автоматизирован. Он состоит из
заготовительных и сборочных операций.
Правка, чистка и резка проволочной арматурной стали,
поступающей на завод в бухтах, производятся на специальных
автоматических станках. На них арматура, сматываясь с бухты,
пропускается через специальные плашки, очищается и правится,
а затем нарезается на стержни заданной длины. Сборочные
операции сводятся к сварке плоских или сборке
пространственных каркасов.
При заготовке изделий из стержневой арматуры выполняют
следующие механизированные операции: правку арматуры,
удаление ржавчины и зачистку контактных поверхностей, контактно-
стыковую сварку, при необходимости упрочнение, резку на
стержни заданной длины, гнутье в соответствии со
спецификацией.
88
Сборочные операции состоят из сварки тяжелых сеток и
каркасов, укрупнительной сборки плоских каркасов в
пространственные блоки и при необходимости — сборки арматурно-опа-
лубочных блоков, которая производится на специальных
стендах.
Сварка арматуры. При заготовке и монтаже арматуры
широко используется электросварка. Она применяется как в
заводских условиях для стыкования арматурных стержней при
изготовлении каркасов и сеток и крепления к арматурным каркасам
закладных частей, так и при монтаже арматурных изделий в
построечных условиях. Следует отметить, что многие
зарубежные фирмы при монтаже сеток и каркасов из легкой
арматуры отдают предпочтение ручной вязке мелкой проволокой.
При этом исключаются местные пережоги арматуры и
экономятся электроды.
Наиболее широко применяется контактно-точечная,
контактно-стыковая и электродуговая электросварки, реже —
электрошлаковая и ванная сварки. Сущность контактной сварки
заключается в том, что для прохождения электрического тока по
металлическому стержню, обладающему определенным
сопротивлением, выделяется теплота, которая плавит металл в местах
контакта стержней и соединяет их (рис. 7.10).
Рис. 7.10. Схемы различных способов сварки:
и -точечная сварка; б— стыковая сварка; в -ванная сварка; / — то-
коведущие части; 2 — вторичный виток трансформатора; 3 — первичная
обмотка; 4 — сварочные электроды; 5 — электроды; 6 - подвижная
контактная плита; 7 — неподвижная контактная плита; 8 — станина; 9 —
свариваемые стержни; 10 — электрододержатель; /7 — электроды; 12—форма
89
Контактно-точечная сварка применяется при изготовлении
сеток и плоских каркасов для сварки (вкрест) пересечений
стержней.
Контактно-точечную сварку производят на стационарных
одноточечных сварочных машинах. Принцип работы сварочных
машин заключается в том, что при замыкании электрической цепи
в первичной обмотке трансформатора сварочной машины во
вторичной обмотке возбуждается ток, который расплавляет в
местах контакта металл и сваривает соприкасающиеся стержни.
Большие переходные сопротивления в местах контакта
вызывают быстрое расплавление металла. Под действием сжимающего
усилия электродов площадь контакта увеличивается и, несмотря
на увеличение сопротивления расплавленного металла, общее
омическое сопротивление в контакте уменьшается, а сила тока
увеличивается и достигает 10...20 кА. Это способствует
увеличению количества выделяемой теплоты, более интенсивному
разогреву и более быстрой сварке стержней или проволок.
На современных многоточечных сварочных машинах можно
сваривать сетки шириной до 3 м с одновременной сваркой
многих пересечений. Эти машины работают в автоматическом
режиме.
При изготовлении сеток, ширина которых превышает вылет
рабочей части электросварочной машины (хобот), применяют
подвесные сварочные клещи, в виде подвешенной к монорельсу
сварочной машины, имеющей электроды, механизм сжатия и
гибкий шланг, позволяющий сварщику свободно маневрировать
клещами.
Контактная стыковая электросварка применяется для
наращивания стержней из горячекатаной стали. Ее производят с
помощью специальных сварочных машин, имеющих токовозбуж-
дающие устройства, зажимы для закрепления свариваемых
стержней, один из которых подвижный, что позволяет
прижимать стержни друг к другу.
Электродуговая сварка основана на образовании
электрической дуги между свариваемым металлом и электродом.
Дуговая сварка более трудоемка, чем другие виды сварки и
вызывает дополнительный расход металла, идущего на сварочные
электроды. Она применяется для изготовления арматурных
каркасов из стержней большого диаметра, стыкования стержней
внахлестку и с накладками и в тех случаях, когда применение
контактной сварки исключено. Для сварки пересечений стержней
до 6 мм дуговая сварка непригодна.
В условиях строительной площадки для монтажной сварки
стержней применяют электродуговую, ванную, ванно-шовную,
контактную и полуавтоматическую электрошовную сварку.
При ванной сварке концы свариваемых стержней
устанавливают с необходимым зазором в медную форму. В зазор
вставляется гребенка электродов, при прохождении электрического
тока между формой и электродом возникает дуга, в результате
90
чего образуется ванна расплавленного металла, которая
разогревает и плавит торцы стыкуемых стержней. При этом
расплавленный металл электродов и стержней образует сварной
шов.
В отличие от ванной при ванно-шовной сварке стальную
скобу-накладку приваривают к стыкуемым стержням
фланговыми швами. Таким образом, она не только служит формой
для расплавленного металла, но и воспринимает растягивающие
напряжения.
Монтаж арматуры. Для перевозки арматуры используют
автомобили, полуприцепы, трайлеры или железнодорожные
платформы. Установка арматуры производится после проверки и
приемки опалубки.
При установке арматуры должны быть обеспечены
предусмотренные проектом толщина защитного слоя и расстояние между
рядами арматуры. Он предназначен для предохранения (в
течение нормируемого срока) арматуры от воздействия огня при
пожаре и от коррозии. При возведении тонкостенных
конструкций (плиты, стенки, бункера и т. д.) из бетонов на пористых
заполнителях толщина защитного слоя должна быть не менее 15...
20 мм. При эксплуатации железобетонных конструкций в
условиях повышенной влажности, воздействии кислот, солевых
растворов и других агрессивных сред нормативная толщина защитного
слоя должна быть увеличена не менее чем на 10 мм.
Необходимая толщина защитного слоя обеспечивается при
помощи специальных фасонных пластмассовых вкладышей,
которые остаются после бетонирования в теле конструкции.
Крупные фундаменты армируются изготовляемыми на заводе
пространственными арматурными блоками, которые монтируются
краном непосредственно с транспортных средств.
Армирование колонн, как правило, производится готовыми
арматурными каркасами. Если высота колонн небольшая,
каркасы заводят в опалубочный короб колонны сверху. В других
случаях его устанавливают с открытой стороны короба
опалубки. При необходимости поштучной сборки каркаса
армирование ведется в незамкнутом коробе опалубки колонны с
легких переставных подмостей.
После выверки положения каркаса колонны в опалубке
стержни каркаса соединяются с выпусками арматуры из
фундаментов.
Прогоны и балки армируются заранее заготовленными
пространственными арматурными каркасами, которые устанавливают
в опалубочную форму при помощи монтажного крана. При
армировании балок плоскими каркасами последние устанавливают
в опалубку и, чтобы исключить их смещение при
бетонировании, скрепляют проволокой или монтажными скобами.
В некоторых случаях (например, при значительной высоте
балок) сборка арматурного каркаса производится
непосредственно в опалубочной форме с открытыми боковыми щитами. Кар-
91
кас прогона или балки может также собираться на
расположенных поперек прокладках. После окончания сборки каркаса
прокладки поочередно удаляют и каркас опускают на днище.
Армирование плит, стенок и других тонкостенных
конструкций производится сварными сетками, которые доставляют на
строительную площадку в рулонах.
Армирование предварительно напряженных железобетонных
конструкций. Такое армирование производится стальными
стержнями периодического профиля, пучками высокопрочной
арматуры или канатами спиральной свивки. Концы стержневой
арматуры должны быть приспособлены для надежного захвата
их натяжным устройством. Арматурные пучки, изготовленные из
высокопрочной проволоки, не должны иметь стыков по длине
заготовки. Различают два способа натяжения арматуры:
натяжение на упоры и натяжение на бетон.
Первый способ используют при заводском производстве
предварительно напряженных сборных конструкций, второй — как
в заводских условиях, так и в большей степени при возведении
монолитных предварительно напряженных конструкций.
При натяжении на бетон в конструкции в процессе
бетонирования устраивают каналы для пропуска арматуры,
диаметр которых на 10... 15 мм больше диаметра стержня или
арматурного пучка. Для этого применяют различного рода
трубчатые каналообразователи, которые извлекают из бетона до того,
как бетон затвердеет. При напряженном армировании
крупноразмерных конструкций непосредственно у места армирования
каналы устраивают путем закладки стальных тонкостенных
трубок с гофрированной поверхностью, которые затем остаются в
конструкции. После того как бетон набрал проектную
прочность, в каналы протягивают арматуру и производят ее
натяжение. Для этого обычно применяют гидравлические домкраты
(рис. 7.11).
Натяжение арматуры производится в такой
последовательности: на арматурный пучок надевают специальную шайбу, в
которую через упорные лопасти упирается домкрат. Проволоки
пучка закрепляют клиньями в зажимном кольце, которое
закреплено на подвижном цилиндре. Арматурный пучок
натягивается, причем степень натяжения контролируется по
манометру. По достижении давления, на 5 % превышающего расчетное,
его снижают до проектного, которое поддерживается в цилиндре
до момента закрепления проволочного пучка в конструкции.
Затем масло подается в неподвижный цилиндр и с помощью
штока поршня коническая пробка запрессовывается в шайбу
и заанкеривает проволочный пучок. После освобождения пучка
проволок из зажимного кольца и снижения давления подвижный
цилиндр и поршень неподвижного цилиндра под действием
пружины возвращаются в исходное положение и домкрат
снимается.
При длине арматурной заготовки более 10 м натяжение ре-
92
Рис. 7.11. Схема гидравлического домкрата для натяжения
арматуры:
/, 2 — корпуса подвижного и неподвижного цилиндров; 3 — кольцевой
зажим арматуры; 4 — проволока арматурного пучка; 5 — шток
неподвижного цилиндра; 6 — анкерная конусная пробка; 7 — упорное устройство;
8 бак для прессующей жидкости; 9 — золотниковое устройство; 10 —
насосы; // — манометр; 12 - маслопровод
комендуется производить с двух сторон конструкции
одновременно двумя гидродомкратами.
Для защиты арматуры от коррозии и обеспечения
монолитности конструкции сразу же после натяжения арматуры в каналы
нагнетают (инъецируют) цементный раствор марки не ниже 300.
Надежность сцепления повышается при применении
безусадочного или расширяющегося цемента.
При устройстве резервуаров применяют способ
непрерывного армирования, который заключается в навивке
специальной машиной с одновременным натяжением на наружную
поверхность резервуара высокопрочной стальной проволоки. Этот
процесс автоматизирован. Для предохранения навитой арматуры
от коррозии на нее путем торкретирования наносят слой
цементного раствора.
Контроль качества армирования. Качество арматурных
работ после завершения бетонирования конструкции недоступно
Для визуального контроля. Поэтому приемка смонтированной
арматуры оформляется актом на скрытые работы. В акте
указываются номера рабочих чертежей, отступления от проекта
и основания для этого (проверочные расчеты, разрешение
проектной организации и т.д.), а также приводится заключение
° возможности бетонирования конструкций.
В процессе приемки следует обращать особое внимание на
правильность установки арматуры, обеспечение необходимых
зазоров, в том числе и для образования защитного слоя, на
правильность скрепления пересечения стержней. При этом
нужно иметь в виду, что отступление от проекта, например смеще-
93
ние арматуры консольного типа в сжатую зону, может привести
к аварийным последствиям.
Контроль качества сварных соединений сводится к их
наружному осмотру и последующему механическому испытанию
сварных соединений, вырезаемых из конструкций, или к проверке
при помощи неразрушающих методов испытаний.
Глава 8
ТЕХНОЛОГИЯ БЕТОНИРОВАНИЯ
МОНОЛИТНЫХ КОНСТРУКЦИИ
8.1. Приготовление бетонных смесей
Приготовление бетонных смесей в строительстве
осуществляется на районных бетонных заводах, центральных бетонораст-
ворных заводах, мобильных и передвижных бетоноприготови-
тельных установках.
В зависимости от технологических и компоновочных
особенностей бетонных заводов установки различают:
по способу приготовления и выдачи бетонной смеси —
цикличного и непрерывного действия. Последние имеют более
высокую производительность и поэтому их применение экономично
при наличии больших и
сосредоточенных объемов
бетонных работ;
по характеру
компоновки технологического
оборудования и
направлению загрузки
компонентов в бетоносмесительные
машины — одно- и
двухступенчатые (рис. 8.1).
На заводах с
одноступенчатой схемой используется
гравитационный принцип
движения заполнителей
бетона (под действием
собственной массы) через
систему дозаторов к
бетоносмесителям. Такие
схемы выгодны при расходе
бетона свыше 25...35 м3/ч.
Кроме того,
гравитационная подача компонентов
облегчает автоматизацию
приготовления бетонной
смеси;
по признаку
мобильности: немобильные, мо-
Рис. 8.1. Компоновка бетонных заводов:
а -одноступенчатая (вертикальная); б — дву-
ступенчатая (партерная); I...3 — склады щебня,
песка, цемента; 4...6 — расходные бункера
щебня, песка, цемента; 7 — дозаторы; 8 - дозатор
для воды; 9 — сборный бункер или загрузочный
ковш; 10 бетоносмеситель; // — раздаточный
бункер; /2 — ковш скипового подъемника, /
направление подачи материалов в смеситель
94
бальные и высокомобильные (передвижные). В данном случае под
Л обильностью имется в виду возможность перебазирования
завода или установки на новую позицию с минимальными затратами
времени, труда и средств. Мобильные бетонные заводы и
установки состоят из набора крупных конструктивно-технологических
модулей. Они монтируются и демонтируются в течение
нескольких дней (рис. 8.2). Перевозка модулей в зависимости от их массы
и габаритов производится на автомобилях платформенного типа,
на трайлерах или на буксире у автомобиля с использованием
колесной пары, закрепляемой на модуле. Под высокомобильными
бетоносмесительными установками имеются в виду передвижные
установки, смонтированные на специальных шасси;
по уровню автоматизации — автоматизированные и
автоматические. На автоматизированных заводах и установках
управление приготовлением бетонной смеси осуществляется с
использованием микропроцессоров. При этом автоматически
контролируются: составы (рецепты) смеси с учетом фактической
влажности заполнителей, уровень материалов на складах и в
расходных бункерах, степень опорожнения дозаторов, взвешивание
компонентов с обеспечением заданной точности, режимы
перемешивания бетонных смесей. При возникновении недопустимости
отклонений в ходе технологического процесса система
останавливает цикл и выдает соответствующую информацию оператору.
Рис. 8.2. Растворобетонный завод модульной конструкции модели «Арктика»
«Лохья М 1-1000» (Финляндия) производительностью 30 м3/ч:
1 — модуль бетоносмесителя (поста управления); 2 -модуль дозирования цемента;
3,4 — цементный бункер; 5 — модуль основания бункера заполнителя; 6 -
дозировочный модуль заполнителя; 7—модуль бункера заполнителя; # —транспортер
заполнителя; 9, 10— подъемный транспортер заполнителя; // — приемный бункер
заполнителя; 12 — основание модуля бетоносмесителя
95
По зоне обслуживания различают следующие типы бетонных
заводов и установок: районные бетонные заводы (РБЗ),
рассчитанные на поставку стройкам товарных готовых и сухих
бетонных смесей с учетом долгосрочной программы строительства
в районе, рассчитанной на 15...20 лет; центральные бетонные
заводы (ЦБЗ), предназначенные для обеспечения бетонной смесью
крупной строительной площадки. Работа ЦБЗ рассчитана на
срок до 2...3 лет, а производительность составляет 30...50 м3/ц.
ЦБЗ (рис. 8.3) должны иметь модульную конструкцию,
допускающую их быстрое перебазирование с одной строительной
площадки на другую, а при необходимости и в пределах самой
строительной площадки.
Приобъектные бетоноприготовительные установки (СБПУ)
предназначены для обеспечения бетонной смесью отдельных
объектов с ограниченным объемом бетонных работ или
обслуживание крупной .строительной площадки в качестве резервной
мощности. Имеют модульную конструкцию или в виде готовых
моноблоков. Перевозится в собранном виде или крупными узлами.
Мощность таких установок обычно 5... 10 м3/ч.
Передвижные (высокомобильные) бетоноприготовительные
установки (ПБПУ) предназначены для приготовления бетонной
смеси в условиях малообъемного и рассредоточенного
строительства. ПБПУ монтируются на специальных транспортных
полуприцепных или на плавучих средствах. Перевозятся в виде
моноблока, приведенного в транспортное положение на буксире
Рис. 8.3. Схема центрального бетонного завода:
/ - питатель и распределительное устройство; 2 бункер цемента; .'( бункер8
инертных материалов; 4- ди-iaiup; 5— бетоносмеситель
96
или на плавучих средствах. Мощность таких установок 15...
20 м3/ч.
Основной машиной, определяющей технологию работы
бетонного завода или установки, является бетоносмеситель. Бето-
носмесительные машины различают по периодичности действия и
способу перемешивания составляющих бетонной смеси. Оно
сводится к многократному пересечению траекторий смешиваемых
материалов. Чем этот процесс интенсивнее и чем траектории
пересечений сложнее, тем больше эффективность перемешивания.
По способу перемешивания различают бетоносмесители
гравитационного действия, в которых перемешивание
осуществляется по принципу подъема и свободного падения смеси при
вращении барабана с закрепленными с внутренней стороны
лопастями и бетоносмесители принудительного действия, где
перемешивание осуществляется перемешиванием лопастей
относительно неподвижного корпуса бетоносмесителя (рис. 8.4). К
этому типу машин относятся и бетоносмесители непрерывного
действия. Они обычно представляют собой барабан с вращающимся
шнеком. Ввиду высокой производительности эту машину
экономичнее использовать при бетонировании крупных массивов с
непрерывным разбором смеси.
Приготовление бетонных смесей с введением химических
добавок. Широкие возможности улучшения технологических
параметров и эксплуатационных качеств бетонов открывает
применение химических добавок. Так, введением химических добавок
можно регулировать удобоукладываемость бетонных смесей;
ускорять или замедлять сроки схватывания и набора прочности
Рис. 8.4. Схемы бетоносмесителей:
G — гравитационного действия опрокидной; б — гравитационного действия
неопрокидной реверсивной; в — гравитационного действия реверсивный неопрокидной
с выгрузочным лотком; г — принудительного действия противоточиый с вращающейся
чашей; д принудительного действия с двумя смесителями; / — вращение при
перемешивании; 2 — вращение при выгрузке
4—721
97
бетонов; снижать в необходимых случаях их плотность;
обеспечивать требуемые показатели долговечности
(морозостойкость, водонепроницаемость, стойкость к агрессивным
воздействиям и др.), экономию цемента.
По характеру действия и достигаемому эффекту добавки
можно отнести к следующим группам: обеспечивающие повышение
подвижности бетонной смеси; снижающее расход вяжущих
и теплоэнергетических ресурсов без снижения требуемых свойств
готового бетона; консервирующие свойства бетонной смеси,
замедляющие сроки схватывания или тепловыделения;
улучшающие эксплуатационные качества конструкций (повышение
морозостойкости, водонепроницаемости, газонепроницаемости
и т. д).
Некоторые добавки или их композиции (комплексные
добавки) могут сочетать в себе несколько из перечисленных свойств.
8.2. Транспортирование и распределение
бетонных смесей
В зависимости от организационных условий и особенностей
возводимого объекта транспортирование бетонных смесей может
производиться автомобилями, самосвалами, бетоновозами,
автобетоносмесителями, бетононасосами, пневмонагнетателями,
бетоноукладчиками, конвейерами, строительными кранами.
Непременным технологическим требованием при
транспортировании бетонных смесей является сохранение полученных при
их приготовлении однородности и подвижности. В данном
случае показатель качества бетонной смеси имеет приоритет по
сравнению с любыми другими показателями, в том числе и
экономическими.
Транспортирование бетонных смесей в
автомобилях-самосвалах. Применение для перевозки автомобилей-самосвалов
общетранспортного назначения технологически оправдано и
экономически целесообразно лишь при сосредоточенных объемах
бетонных работ, применении малоподвижных бетонных смесей,
разгрузке смеси непосредственно в конструкции и расстояниях, не
превышающих 10...15 км (рис. 8.5).
Транспортирование бетонных смесей в бетоновозах. Эти
специализированные автомобили-самосвалы имеют закрытый кузов
мульдообразной формы с плавным сопряжением бортов и днища,
расположенной своей разгрузочной частью под углом не менее
60°С к горизонту и возможностью подъема кузова при
разгрузке, под углом 80°. Такая форма кузова, уменьшающая
расслаивание бетонной смеси и исключающая ее выплескивание,
обеспечивает достаточно надежную перевозку готовых бетонных
смесей на расстояние до 25...30 км.
Общим технологическим недостатком для
автомобилей-самосвалов и бетоновозов является невозможность порционной
разгрузки бетонной смеси.
98
Рис. 8.5. Способы доставки бетонных смесей:
а — в автосамосвалах; б в автобетоновозах с мульдообразным кузовом; в — в
автобетоносмесителях на шасси автомобиля, задняя разгрузка; г — то же, фронтальная
разгрузка; д — в автобетоносмесителях с установкой смесительного'барабана на
прицепе, задняя разгрузка
Транспортирование бетонных смесей в автобетоносмесителях.
Автобетоносмеситель представляет собой бетоносмесительный
барабан, смонтированный на шасси автомобиля или на
полуприцепе, буксируемом седельным тягачом.
К технологическим преимуществам автобетоносмесителей
относятся возможность перевозки бетонных смесей на более
значительные расстояния без снижения их качеста, а также
наличие регулируемой порционной разгрузки.
В автобетоносмесителе можно перевозить сухие и готовые
смеси. В первом случае в него загружаются отдозированные
сухие компоненты. Вода поступает в барабан из
установленного на машине водяного бачка. Начало перемешивания
назначается в зависимости от расстояния перевозки, обычно не
Ранее чем за 5... 10 мин до доставки на пункт назначения.
При такой перевозке ее дальность может быть значительно
увеличена. Однако нужно иметь в виду, что в результате
абсорбции влаги из воздуха и влажности инертных заполнителей
качество бетонных смесей, перевозимых в автобетоносмесителях,
4*
99
уже через 2...2,5 ч перевозки существенно ухудшается. И,
следовательно, дальность транспортирования сухих смесей не должна
превышать 80... 100 км.
При перевозках на более короткие расстояния — 20...40 км
в автобетоносмесителях экономичнее транспортировать готовую
бетонную смесь с ее побуждением в пути за счет вращения
смесительного барабана.
Экономическая эффективность использования
автобетоносмесителя для транспортирования товарной бетонной смеси зависит
от удаленности от бетонных заводов мест потребления,
характера дорог, объемов и степени рассредоточенности бетонных
работ, темпов бетонирования и др.
Так, например, следует учитывать, что при перевозках
сухих компонентов бетонных смесей на 26...30 % повышается
производительность бетонных заводов за счет сокращения
технологического цикла и расширяется радиус их действия, а при
перевозках готовых смесей наиболее высок коэффициент
использования геометрической емкости барабана — до 75 %. При
обслуживании крупных объектов может, например, оказаться
экономичной организационная схема, при которой с завода на
объект перевозится не готовая смесь, а ее отдозированные сухие
составляющие. На объекте смесь загружается в
автобетоносмесители, которые приготовляют бетонную смесь в пути и
доставляют ее к месту укладки. При такой организации работ
сокращаются холостые пробеги автобетоносмесителей и тем самым
потребность в этих сравнительно дорогостоящих машинах.
Расширение технологических возможностей
автобетоносмесителей идет по пути увеличения емкости смесительного
барабана — до 6; 9 м3 и более, выпуска машин в «северном
исполнении» т. е. приспособленных для работы при отрицательных
температурах, создания машин с фронтальной разгрузкой, т. е. с
горловиной смесительного барабана, обращенной в сторону
кабины водителя, что упрощает эксплуатацию
автобетоносмесителя в стесненных условиях строительной площадки.
Транспортирование бетонных смесей по трубам. Этот вид
транспорта эффективно используется для перемешивания бетонных
смесей на строительной площадке и в пределах возводимого
объекта. Основным его технологическим преимуществом
является возможность бесперегрузочной подачи бетонной смеси по
горизонтали и вертикали, в том числе в густоармированные
конструкции и трудонодоступные для других средств
механизации участки.
Трубопроводный транспорт бетонных смесей осуществляется
бетононасосами и пневмонагнетателями.
Бетононасосы являются универсальными машинами с
широким диапазоном технологических возможностей. Они позволяют
с высокой степенью интенсивности (от 5 до 80 м3/ч и более)
доставлять бетонные смеси на расстояние до 400 м по
горизонтали и до 100 м и более по вертикали.
100
Для повышения мобильности бетононасосов их можно
устанавливать на прицепы. Работа таких бетононасосов
осуществляется по схеме переезд — бетонирование — переезд.
Автобетононасос является более мобильным вариантом
бетононасоса. При этом насос устанавливают на шасси
автомобиля и оборудуют гидравлически управляемой манипуляционной
стрелой распределения бетонной смеси. По стреле, состоящей из
трех ширнирно-сочлененных секций, проходит бетоновод,
заканчивающийся гибким шлангом. Это позволяет с одной стоянки
машины подавать бетон на высоту до 30 м и в любую точку
бетонируемого объекта в радиусе 35...40 м по горизонтали.
Бетононасосом придается комплект стальных труб,
состоящий из набора основных и добротных секций с быстросъемными
соединениями. Гидравлические бетононасосы развивают более
высокие давления, чем насосы с механическим приводом. Это
позволяет применять облегченные трубопроводы с внутренним
диаметром 10 мм.
Во избежание потерь давления трассу бетоновода следует
прокладывать по наименьшему расстоянию между
бетононасосом и местом укладки, — с минимальным числом поворотов и
других сопротивлений. Для весьма ориентировочных расчетов
бетоновода можно считать, что его вертикальные участки и
колена с углом поворота 90, 45 и 30 ° эквивалентны по
сопротивлению горизонтальным участкам длиной соответственно
8, 12, 7 и 5 м.
Предназначенные к перекачиванию бетонные смеси должны
быть удобоперекачиваемыми, т. е. обладать такими свойствами,
которые исключали бы при движении по бетоноводу
возможность нарушения вязкости и однородности и, следовательно,
образование пробок. Это достигается соответствующим подбором
состава бетона, при котором в зоне контакта со стенками
трубопровода образуется пристенный смазывающий пленочный слой,
а также применением пластифицирующих добавок.
Особой технологической задачей является обеспечение
удобоперекачиваемости бетонных смесей на пористых
заполнителях. Дело в том, что такие смеси отличаются большой
межзерновой пустотностью и повышенной водопотребностью
заполнителей. При перекачивании это приводит к повышенной
сжимаемости бетонной смеси и усиленному поглощению воды
заполнителями. В свою очередь, это вызывает потерю подвижности
смеси и ухудшение ее транспортабельных свойств. Удобопе-
рекачиваемость бетонных смесей на пористых заполнителях
может быть обеспечена путем предварительного насыщения во-
Дой заполнителей в открытых емкостях или с предварительным
вакуумированием заполнителя или введения в смесь
дополнительного расчетного количества воды, обеспечивающего
компенсацию водопоглощения заполнителей.
Учитывая, что бетонная смесь быстро теряет свою
подвижность при перерывах в работе более 30 мин, ее активизируют,
101
включая периодически насос. По окончании рабочей смены бето-
новод промывают.
Экономическая обоснованность применения бетононасосов.
При четкой организации работ производительность
бетононасоса примерно, при прочих равных условиях, более чем в 3
раза выше по сравнению с использованием для подачи
бетонной смеси башенного крана, а сменная выработка одного
рабочего за смену может достигать 30...40 м3, в то время как этот
показатель при использовании башенного крана и бадьи обычно
не превышает 4...6 м3.
Важным условием эффективной (экономичной) работы
бетононасоса является наличие четко взаимоувязанной
технологической цепочки: бетонный завод — автобетоносмеситель —
бетононасос или бетонный завод-самосвал (бетоновоз) —
активный перегружатель — бетононасос. С этой целью создаются так
называемые бетоноукладочные комплексы, в которые включают
нормокомплект оборудования: автобетононасос,
автобетоносмесители или самосвалы с перегружателем, устройство для
двусторонней связи, вибраторы и другое необходимое оборудование.
Экипаж автобетоноукладочного комплекса обычно состоит из
машиниста-оператора автобетононасоса и его помощника,
шоферов автобетоносмесителей, слесаря и бригады бетонщиков.
Сменная производительность таких комплексов может составить 300...
400 м , а сменная выработка на одного человека бригады более
30 м3.
Пневмотранспортирование бетонных смесей применяется при
подаче на высоту не более 50 м и по горизонтали не более
200 м.
Для подачи пластичных бетонных смесей применяют пневмо-
транспортные установки (ПТУ). Однако ввиду большого
расхода сжатого воздуха (до 30 м3 на 1 м3 бетона) и высоких
скоростей подачи (3...5 м/с) их используют в основном для
доставки бетонной смеси в труднодоступные для других механизмов
места.
При необходимости подачи жестких бетонных смесей или
растворов (осадка конуса 3...4 см), не перекачиваемых
бетононасосами, могут применяться пневмотранспортные установки,
оборудованные смесителем и устройством для порционной
выдачи в трубопровод бетонной смеси. Установившееся движение
разделенных воздушными прослойками порций бетонной смеси
снижает сопротивление движению и обеспечивает ее подачу,
при осадке конуса 0...6 см на высоту до 50 м или по
горизонтали на 250 м. При этом экономия по сравнению с
традиционными методами транспортирования составляет на 1 м
уложенного бетона 0,95 руб. и 0,22 чел-смен.
Транспортирование и распределение бетонных смесей
конвейерами, бетоноукладчиками и строительными кранами.
Ленточные конвейеры наиболее производительно используются при
интенсивном бетонировании массивных конструкций, расположен-
102
ных на уровне или ниже уровня земли. Они могут подавать
бетонную смесь без расслаивания под углом до 20...30°, имеют
высокую производительность и возможность транспортирования
малоподвижных бетонных смесей. Вместе с тем их применение
ограничено при отрицательных температурах и в условиях сухого
жаркого климата.
Вибрационные конвейеры (или виброжелоба) применяют в
основном в качестве промежуточного механизма для подачи
бетонной смеси в конструкции, расположенные ниже уровня
земли. Во избежание расслаивания бетонной смеси под
влиянием вибрации дальность подачи вибрационными конвейерами
не должна превышать 15...20 м, а угол спуска смеси 5...15%
к горизонту.
Транспортирование бетонных смесей строительными кранами.
Их применение для транспортировки бетонной смеси в бадьях
оправдано, если соблюдены следующие условия: использование
крана на подаче бетонной смеси не скажется на темпах
сопутствующих работ, вылет и высота подъема грузового крана
обеспечивают доставку бетона к месту укладки в любую точку
бетонируемого горизонта, объем и интенсивность бетонных работ
обеспечиваются производительностью крана.
Для транспортировки бетонной смеси кранами обычно
применяются бадьи объемом от 0,35 до 3 м . При этом нужно
иметь в виду, что технологическая совместимость (по объему
бадей со средствами доставки бетонных смесей позволяет
повысить среднечасовую производительность в 2...6 раз и почти
вдвое снизить удельные трудовые затраты.
8.3. Укладка и уплотнение бетонных смесей
Укладка бетонной смеси. Перед бетонированием проверяют и
оформляют актом на скрытые работы) соответствие проекту
опалубки, арматуры, закладных частей, анкерных болтов и т. д.,
а также правильность устройства основания.
На формующие поверхности опалубки (соприкасающиеся с
бетоном), выполненные из гидрофильных материалов и не
имеющих покрытий, наносят смазки или полимерные покрытия,
исключающие прилипание бетона. Перед бетонированием очищают
от грязи и ржавчины арматуру, закладные детали и анкерные
болты, резьбовую часть которых смазывают солидолом.
Бетонную смесь следует разгружать в опалубку как можно
ближе к месту ее укладки. Попытки горизонтального
перемещения порций бетонной смеси приводят к ее расслаиванию и
усилению водоотделения. Важной технологической задачей
является и сведение к возможному минимуму высоты свободного
сбрасывания бетонной смеси при ее гравитационной укладке в
опалубку или применение специальных хоботов, сводящих к
минимуму расслаивание.
юз
Устройство рабочих швов. Для обеспечения монолитности
железобетонных конструкций рекомендуется там, где это
возможно, осуществлять непрерывную укладку бетонной смеси. Однако
в большинстве случаев при возведении обычных
железобетонных конструкций перерывы в бетонировании неизбежны,
поэтому устраивают рабочие швы (рис. 8.6).
Места сопряжений ранее уложенного и свежего бетона
рекомендуется устраивать в нулевых точках расчетных эпюр
моментов.
Рабочие швы в вертикальных элементах (колонны, пилоны)
должны быть горизонтальными и перпендикулярными граням
элемента. В балках, прогонах и плитах рабочий шов распола-
о) б) в)
Рис. 8.6. Расположение рабочих швов при бетонировании конструкций:
а — в - колонн, г — бетонирование в направлении, параллельном балкам; д —
то же, перпендикулярно балкам; / — прогоны; 2 — балки; /—L..IV—IV — места
возможных рабочих швов
104
гают вертикально, так как наклонный шов (в плоскости
действия скалывающих напряжений) ослабляет конструкцию.
Если уложенный бетон еще сохраняет некоторую
подвижность, то, для того чтобы не нарушить сцепления с арматурой,
при укладке свежего бетона необходимо избегать сотрясений
опалубки и на расстоянии до 1 м стыка не применять
вибраторов. Если же бетон уже достиг прочности не менее 1...
1,2 МПа, то бетонирование поверхности, непосредственно
примыкающей к стыку, ведут обычным способом. Для лучшего
сцепления ранее уложенного бетона со свежим поверхность стыка
очищают от цементной пленки, насекают, тщательно промывают
или продувают сжатым воздухом и покрывают тонким слоем
цементного раствора.
Для сложных железобетонных конструкций (арки, своды,
резервуары и т. д.) места возможных рабочих швов указывают
в проектах.
При бетонировании колонн рабочие швы можно устраивать
на уровне верха фундамента и у прогонов балок или
подкрановых консолей, а в безбалочных перекрытиях — у основания
капителей. Рамные конструкции, как правило, следует бетонировать
без перерыва. В исключительных случаях (при вынужденных
перерывах) рабочие швы располагают в ригеле рамы на
некотором расстоянии от стойки.
При устройстве ребристых железобетонных перекрытий
бетонирование рекомендуется вести в направлении, параллельном
второстепенным балкам, без швов в прогонах.
Балки и плиты бетонируют одновременно. В балках
значительных размеров рабочие швы находятся на расстоянии 20...
30 мм от нижней поверхности плиты. При бетонировании
плоских плит шов выполняют в любом месте плиты по ее короткой
стороне.
При устройстве температурных и осадочных швов в процессе
бетонирования закладывают деревянные, обернутые толем
прокладки, которые затем удаляют, оставляя свободный зазор.
Уплотнение бетонной смеси. При возведении монолитных
конструкций для уплотнения бетонной смеси применяют
вибрирование и вакуумирование.
При вибрировании бетонной смеси передаются колебания.
Они нарушают силы внутреннего трения и сцепления между
частицами, смесь приобретает свойства тяжелой структурной
жидкости, обладающей текучестью (свойство, тиксотропности),
и хорошо заполняет опалубочную форму. При этом частицы
занимают наиболее устойчивое положение, а под воздействием
возникающего давления из смеси удаляется воздух. Все это и
обеспечивает более плотную структуру бетона.
Процесс вибрирования бетонной смеси характеризуется
двумя взаимосвязанными параметрами: амплитудой и частотой
колебаний. Для уплотнения бетонных смесей применяют вибраторы
с частотой колебаний 2800...20 000 в минуту. К низкочастотным
105
относят вибраторы с частотой до 3500 кол/мин и амплитудой
3 мм, к средне- и высокочастотным соответственно 3500...
9000 кол/мин и 0,1 — 1 мм. При высокочастотной вибрации
уменьшается необходимая мощность вибратора и сокращается
продолжительность вибрирования.
Высокочастотные вибраторы выгодно применять для
тонкостенных конструкций и мелкозернистых бетонов.
В строительстве обычно используют электромеханические
вибраторы, состоящие из электромотора и эксцентрично
насаженного на вал груза (дебаланса). В результате вращения
дебаланса возникают колебания, передаваемые бетонной смеси.
По характеру передачи колебаний на бетон различают
внутренние, наружные и поверхностные вибраторы (рис. 8.7).
Рис. 8.7. Схемы вибраторов
а — внутренний (глубинный); б— вибрационный пакет;
в — наружный вибратор; г — поверхностный вибратор;
д — плоскостной внбронзлучатель; 1 — амортизатор;
2 — электромотор; 3 — гибкий вал; 4 — дебаланс; 5 —
траверса; 6— гибкая подвеска; 7 — стальная плита; 8 —
рама; 9 — трос; 10 — площадка
106
Внутренние (глубинные) вибраторы применяют при
бетонировании фундаментов, колонн, прогонов, балок и т. д. Глубин-
Hbie вибраторы выпускают различных типов: с вибробулавой,
с суженным наконечником (виброштык) для вибрирования
бетона густоармированных конструкций, с гибким валом и
вибронаконечником в виде плоскостного виброизлучателя.
При бетонировании массивных конструкций используют
вибрационные пакеты. В таком пакете на одной траверсе закреплено
несколько глубинных вибраторов. Вибропакеты подвешивают к
грузовому крюку крана. Для этой же цели используют
плоскостные виброизлучатели, представляющие собой жесткую
плиту, соединяющую два одновальных вибратора с дебалансами,
вращающимися в разные сторотны. Активная зона действия
такого вибратора возрастает в 3...4 раза, а интенсивность
бетонирования массивных конструкций может быть увеличена на
30-35%.
Поверхностные вибраторы необходимы при бетонировании
плит покрытий, полов, дорог и т. д. Они выполнены в въАе
металлической площадки с установленным на ней вибрационным
электромеханическим устройством или вибробруса (виброрейки).
Для защиты рабочего от вибрационных воздействий вибратор
передвигают дистанционно с помощью гибкой подвески.
Максимальная толщина слоя бетона, при котором применение
поверхностных вибраторов эффективно, доходит при однорядном
армировании до 25, при двойном — до 12 см.
Наружные вибраторы крепят к опалубке, их применяют при
бетонировании густоармированных тонкостенных конструкций.
Продолжительность вибрирования на одной позиции
принимается для внутренних вибраторов 20...50 с, для
поверхностных — 30...60, для наращивания — 50...90 с.
Вакуумирование бетона заключается в уплотнении бетонной
смеси за счет отсоса из нее свободной, химически не связанной
воды и воздуха.
Вакуумирование обеспечивает возможность достижения
сразу после вакуумирования прочности бетона 0,3...0,5 МПа,
достаточной для частичной или полной распалубки бетонируемой
конструкции; ускорение твердения бетона, при котором прочность
при сжатии уже в возрасте 1...2 дней увеличивается на 40...60 %,
а в возрасте 5...7 дней на 35...40 %; уменьшение по сравнению
с вибрированным бетоном усадочных деформаций; повышение
морозостойкости бетона.
Вакуумирование наиболее эффективно для тонкостенных
конструкций (не более 25...30 см) с большой площадью
поверхности (рис. 8.8).
Процесс вакуумирования заключается в следующем: на
поверхность свежеуложенного бетона устанавливают вакуум-щиты,
включенные через всасывающие шланги в магистральную линию
с вакуум-насосом. Жесткий вакуум-щит состоит из короба
размером примерно 100 X 125 см с герметизирующей прокладкой
107
Рис. 8.8. Схема вакуумирования вертикальных конструкций:
/ — щитовая опалубка; 2 — вертикальная вакуум-трубка из объемных пористых
фильтров; 3 - патрубки вакуум-системы; 4 — коллектор
по контуру. Нижняя часть вакуум-щита состоит из основы в
виде двух металлических сеток и натянутой по ним фильтрующей
основы. При включении насоса в полости щита образуется
вакуум, из бетона отсасывается воздух и свободная вода, которая
направляется в водосборник.
8.4. Специальные способы бетонирования
К специальным способам бетонирования относят:
торкретирование, подводное бетонирование, раздельное бетонирование,
безвибрационное бетонирование, пневматическое бетонирование.
Торкретирование заключается в нанесении под давлением
в струе сжатого воздуха жестких сухих или готовых бетонных
смесей и растворов с минимальным водоотделением на бетонную
поверхность, деревянную, сетчатую или пневматическую
опалубки.
При торкретировании сухими смесями сухую цементно-пес-
чаную смесь загружают в цемент-пушку и под давлением
сжатого воздуха 0,2...0,4 МПа по рукаву подают к насадке, где,
смешивая с подаваемой по второму рукаву водой со скоростью
120...140 м/с, наносят слоями на обрабатываемую поверхность.
Торкретирование готовой смесью выполняют без подачи в
насадку воды (рис. 8.9).
Торкретирование обеспечивает по сравнению с обычным
бетоном более высокие плотность, водонепроницаемость,
морозостойкость, адгезию к ранее уложенным бетонам.
Разновидностью торкретирования является шприц-бетон
или набрызг-бетон. Суть его в том, что с помощью набрызг-
установки по шлангу под давлением подают отдозированную
бетонную смесь с крупностью фракций до 20...25 мм. В насадку
108
Рис. 8.9. Схема торкретирования готовыми смесями:
1 — патрубки для сжатого воздуха; 2 — рукоять затвора; 3 — рукав для воздуха;
4 — рукав для подачи материала; 5 — насадка; б — корпус нагнетателя; 7 —
готовая бетонная смесь д
по второму рукаву с внутренним диаметром подают воду с
напором не менее 0,6 МПа. Перемешанную в смесительной камере
увлажненную смесь со скоростью 100...120 м/с наносят на
торкретируемую поверхность.
Этот метод используется как для обычного торкретирования,
так и для бетонирования самых различных конструкций,
например тонкостенных конструкций сложной конфигурации,
бетонирование которых производится по сетке, закрепленной на вантовой
сети, заглубленных в грунт сельскохозяйственных хранилищ
и т. д.
Подводное бетонирование применяют при строительстве
опор мостов, днищ спускных колодцев и других сооружений,
возводимых в водоемах или в условиях высокого стояния
грунтовых вод.
Существует два основных способа подводного бетонирования:
вертикального перемещения трубы (ВПТ) и восходящего
раствора (ВР) (рис. 8.10).
Способ вертикального перемещения трубы заключается в том,
что бетонную смесь с осадкой конуса 16...20 см через
загрузочную воронку подают в опущенные до основания будущего
сооружения трубы.
По мере повышения уровня бетона трубу с помощью
полиспаста и лебедки поднимают и лишние звенья удаляют. Радиус
действия трубы не должен превышать 6 м, при этом нижний
конец трубы должен быть постоянно заглублен в бетонную смесь
не менее чем на 0,7 м.
109
ФЖк
V//////
Рис. 8.10. Способы подводного бетонирования:
а — подводное бетонирование способом восходящего раствора; / — каменно-щебе-
ночная наброска; 2—бетон; 3— шпунтовое ограждение (опалубка); 4 —
ограждение; 5 — настил; 6 — шахта; 7 — труба; 8 — лебедка; 9 — рукав для подачн
раствора; 10 — растворонасос; б — подводное бетонирование способом вертикально
перемещающихся труб; / — опалубка; 2 — труба; 3 — загрузочная воронка; 4 — бето-
новод; 5 — кран для подъема трубы
Для предотвращения вымывания укладываемой бетонной
смеси, цемента и частиц песка участок бетонирования защищают
от притока воды шпунтовыми ограждениями или специально
изготовленной опалубкой.
Метод ВПТ экономически целесообразно применять при
предельной глубине не более 50 м.
по
Способ восходящего раствора заключается в том, что через
стальные трубы диаметром 37... 100 мм, установленные в
ограждающих шахтах из швеллеров, в каменную наброску подают
раствор, который, заполняя в ней пустоты, образует монолит.
При высоте бетонируемого блока более 10 м раствор подают
под давлением растворонасосами. При заливке через
ограждающие шахты по ходу бетонирования трубу поднимают,
оставляя нижний конец трубы заглубленным на 0,8... 1 м в растворе.
Преимуществом способа ВР по сравнению со способом ВПТ
является раздельная укладка крупного заполнителя и раствора,
что исключает возможность расслаивания смеси при
транспортировании и ее укладке.
Раздельное бетонирование заключается в подаче цементно-
песчаного раствора в пустоты между крупным заполнителем,
предварительно уложенным в опалубку бетонируемой
конструкции. Он применяется при возведении железобетонных
резервуаров, где требуется повышенная водонепроницаемость бетона; при
бетонировании густоармированных конструкций или выполнении
бетонных работ в труднодоступных местах, при бетонировании
в условиях интенсивного притока грунтовых вод и т. д.
Различают два способа раздельного бетонирования —
гравитационный и инъекционный. В первом случае раствор проникает
в крупный заполнитель под действием сил тяжести, во втором —
под давлением, образуемым нагнетанием. Метод нагнетания
более эффективен и применяется при бетонировании
тонкостенных конструкций.
При толщине конструкции более 1 м нагнетание раствора
в крупный заполнитель производится через стальные
инъекционные трубы, устанавливаемые в опалубку, а при толщине
конструкции менее 1 м — через боковые инъекционные отверстия в
опалубке (рис. 8.11).
Раздельное бетонирование позволяет использовать более
крупный заполнитель, применять более эффективную
механизацию транспортных процессов, так как транспортировать
крупный заполнитель и отдельно раствор проще, чем бетонную смесь;
повысить водонепроницаемость сооружения.
Одним из факторов, влияющих на экономические показатели
способа раздельного бетонирования, является стоимость
опалубки. Дело в том, что при раздельном бетонировании и особенно
при инъекционном способе возникают большие чем при
традиционном методе бетонирования нагрузки на опалубку, а это
делает необходимым применение более прочной, жесткой и,
следовательно, более дорогой опалубки. Эти ограничения не
касаются тех случаев, когда бетонирование ведется в распор или
в жесткой несъемной опалубке.
Безвибрационное бетонирование заключается в заполнении
опалубочной формы бетонной смесью под воздействием сил
гравитации или механически создаваемого напорного
давления. При безвибрационном бетонировании полный или даже
in
Рис. 8.11. Схема раздельного бетонирования:
а — расположение трубы в крупном заполнителе; / инъекционные трубы; 2 -
контрольные трубы; б — расположение инъекционных отверстий в опалубке
тонкостенной конструкции
частичный отказ от вибрационной обработки позволяет на
50...60 % уменьшить трудоемкость ручных формовочных
операций, экономить на каждом кубометре уложенного бетона 1,5...
2 кВт-ч, существенно увеличить срок службы опалубки, а также
обеспечивает более высокое качество лицевых поверхностей
бетонируемых конструкций и, как следствие, на 70...80 % снизить
трудоемкость последующих доводочных работ.
Различают две технологии безвибрационного бетонирования:
литьевую (гравитационную) с укладкой и распределением
в конструкции бетонной смеси под действием собственной массы,
без применения вибрации или с кратковременной
вибропроработкой густоармированных участков конструкции; напорную
технологию с заполнением опалубки литой или
высокопластичной бетонной смесью под действием гидродинамического напора,
создаваемого нагнетательным механизмом, например
бетононасосом (рис. 8.12).
При литьевой технологии гравитационный эффект наиболее
полно реализуется при показателе подвижности литой смеси
18...20 см.
Укладка литых бетонных смесей сводится к заливке в
опалубку при помощи бетононасоса или специального бункера,
оборудованного хоботом.
Пневматическое бетонирование монолитных конструкций
производится по предварительно надутой опалубке или с
пневматическим подъемом свежеотформованной конструкции в
проектное положение на надуваемой опалубке.
Бетонирование по мягкой надутой опалубке в принципе
не отличается от бетонирования по обычной. Однако из-за
недостаточной жесткости пневматической опалубки наиболее
приемлемым решением является бетонирование методом набрызг-
бетона с использованием устройств, исключающих передачу
112
Рис. 8.12. Бетонирование конструкций методом напорного
бетонирования:
/ — автобетоносмеситель; 2 — автобетононасос; 3 — распределительная
стрела: 4 - гибкий бетоновод; 5 — скважина
нагрузок от сопловщиков и подмостей на надутую опалубку.
Бетонирование с пневматическим подъемом
свежеотформованной конструкции в проектное положение заключается в
том, что замкнутая (с днищем) пневмоопалубка сферической
или цилиндрической формы расстилается в горизонтальной
плоскости на предварительно подготовленном основании. По
ней укладывается слой облицовки, при необходимости — слой
утеплителя, устанавливается арматура и производится
бетонирование плоской плиты. Еще до того, как цемент начал
схватываться, в оболочку подается воздух и последняя
поднимается, поднимая в проектное положение свежеотформованную
конструкцию. После того как бетон набрал необходимую
прочность, оболочка осаживается и через специальный проем
удаляется, а мелкие трещины в верхней зоне оболочки или раскрытия
в растянутой части наружных ребер, если таковые имеются,
заделываются. Применение этого метода бетонирования
рационально для простейших оболочек сводчатого типа пролетом не
более 12...15 м (различного рода укрытия для техники и др.).
8.5. Технология бетонирования
наиболее распространенных конструкций
Технология бетонирования конструкций принимается с учетом
типа конструкции, ее расположения на здании или
сооружении, климатических условий, наличия энергетических ресурсов
Фундаменты и массивы в зависимости от объема,
заглубления, их высоты и других особенностей могут бетонироваться
с использованием следующих технологических схем: с разгрузкой
смеси из транспортного прибора непосредственно в опалубку
с передвижного моста или эстакады, с помощью вибропитателей,
виброжелобов, бетононасосов или бадьями с помощью кранов.
При бетонировании малоармированных фундаментов и
массивов применяют жесткие бетонные смеси с осадкой конуса 1...
3 см. При этом в целях экономии цемента в такие конструкции
разрешается укладывать камни размером 120...200 мм (изюм)
в объеме 20...25 %. При бетонировании крупных
малоармированных фундаментов и массивов для уплотнения бетонной смеси
применяют вибропакеты.
Бетонирование конструкций каркасов зданий. Для
бетонирования густоармированных колонн сечением менее 0,6X0,6 м
обычно применяют бетонные смеси с осадкой конуса 6...8 см.
При большем сечении колонн может применяться бетонная смесь
с осадкой конуса 4...6 см.
Перед укладкой бетонной смеси место примыкания колонны
к фундаменту через нижнее окно в коробе опалубки
очищается от строительного мусора. Затем в опалубку укладывают слой
цементного раствора или слой мелкозернистого бетона толщиной
5...20 см (это исключает образование раковин у основания
колонны). Колонны высотой до 5 м и сечением с размерами
сторон до 0,8 м бетонируют сразу на всю высоту до низа
примыкающих прогонов, балок или капителей. При этом смесь подают
бадьями и разгружают в приемный бункер хобота. Уплотняют
бетонную смесь внутренними вибраторами.
Колонны высотой более 5 м бетонируют ярусами, до 2 м —
с загружением бетонной смеси и ее вибрированием через
боковые окна в стенках короба (рис. 8.13).
Главные балки, прогоны и плиты в ребристых перекрытиях
бетонируются одновременно. Бетонирование прогонов, балок и
плит следует начинать через 1...2 ч после бетонирования колонн
и первоначальной осадки в них бетона. Отдельно от плит с
устройством рабочего шва на уровне низа плиты бетонируют
балки и прогоны высотой более 0,8 м. Для бетонирования
густоармированных прогонов и балок применяют бетонные смеси
с осадкой конуса 6...8 см и крупностью фракций заполнителя
до 20 мм. Уплотнение смеси в таких конструкциях производят
внутренними вибраторами, оснащенными при необходимости
наконечниками (виброштыками).
Плиты перекрытия бетонируют сразу на всю толщину и
уплотняют поверхностными вибраторами.
Арки и своды пролетом менее 15 м бетонируют
непрерывно одновременно с двух сторон от пяты к замку. Своды
пролетом более 15 м бетонируют отдельными участками. Бетонную
смесь укладывают полосами одновременно на трех участках
в замке и у пят После этого бетонируют отдельные полосы-
114
"ис. 8.13. Схема бетонирования конструкций зданий:
- схемы бетонирования колонн; а — бетонирование колонн до 5 м; б — то же, высотой
более 5 м; в — то же, с густой арматурой балок; / — арматура; 2 — бадья; 3 - хомуты;
4 — опалубка; 5 — звенный хобот; 6 - приемная воронка; 7 — съемный щит; 8 вибра-
Т°Р с гибким валом; 9 карман; 10 — арматура балки, //— схема бетонирования стен;
е — послойное бетонирование; д — бетонирование высоких и густоармированных стен
с Наращиванием опалубки; е — бетонирование через карманы; / - опалубка; 2 — звен-
НЬ1й хобот; 3 - бадья; 4 — разделительная опалубка в рабочем шве; 5 — арматурный
Каркас; 6 — карман
Между ними оставляют усадочные зазоры по 20...30 см, которые
заделывают малоподвижной бетонной смесью через 5...7 дней
после бетонирования полос.
Возведение жилых и гражданских зданий из монолитного
бетона. Наряду с развитием полносборного строительства в
стране наметилось интенсивное развитие методов монолитного
домостроения. Эта тенденция обусловлена следующим:
возможностью автономного строительства зданий в районах, удаленных
от предприятий полносборного домостроения; меньшими
капиталовложениями на создание производственной базы и ресур-
соемкостью; возможностью возводить здания повышенной
этажности с самой различной планировочной структурой; повышенной
устойчивостью зданий к сейсмическим и другим воздействиям.
При возведении многоэтажных зданий определились три
технологических метода, различаемых в основном по
конструктивно-технологическим особенностям используемых опалубочных
систем: возведение зданий в скользящей опалубке;
крупнощитовой и блочной переставных опалубках; в
объемно-переставной (туннельной) опалубке. При возведении малоэтажных
зданий из монолитного бетона используют мелко- и крупнощитовую
систему опалубки.
До недавнего времени в многоэтажном монолитном
домостроении определенный приоритет отдавался методу возведения
зданий в скользящей опалубке. Однако практика возведения
зданий в скользящей опалубке выявила целый ряд недочетов
метода, в том числе: сложность возведения стен переменной
по высоте здания толщины и устройства перекрытий; проблемы,
возникающие в связи с наличием оконных проемов; сложность
получения бездефектных лицевых поверхностей и декоративной
отделки фасадов и др. Поэтому метод возведения
многоэтажных зданий в скользящей опалубке используется в основном
для бетонирования ядер жесткости.
Наиболее универсальным и технологичным методом при
возведении многоэтажных монолитных и сборно-монолитных зданий
является бетонирование в крупнощитовой опалубке, в том числе
и в блочном исполнении.
Метод бетонирования в объемно-переставной (туннельной)
опалубке применяется при возведении из монолитного бетона
многоэтажных зданий большой протяженности с несущими
поперечными стенами. Сущность метода заключается в
бетонировании перекрытий и несущих поперечных стен с применением
блоков туннельной опалубки, набираемых из секций или в виде
укрупненных на земле блоков и переставляемых с этажа на
этаж (рис. 8.14).
При возведении многоэтажных зданий рационально
применение литых бетонных смесей с подвижностью по осадке
стандартного конуса порядка 16... 18 см. При этом за счет лучшей их
удобоукладываемости трудоемкость подачи и укладки бетонных
смесей снижается на 30...35 %, а возможность получения более
Пб
Рис. 8.14. Схема установки объемно-переставной опалубки:
I...1V — последовательность установки секций объемно-переставной опалубки; / —
стык секций; 2 — консольные подмости; 3 — телескопические наклонные стойки для
крепления торцовых щитов; 4,6- ограждение; 5 — торцовая опалубка
качественных лицевых поверхностей конструкции уменьшает
затраты труда на последующих отделочных работах на 16...20 %.
Применение литых смесей позволяет на 15...20 % уменьшить
суммарные энергозатраты.
8.6. Производство бетонных работ
в неблагоприятных климатических условиях
Производство бетонных работ при отрицательных и пониженных
температурах. В Советском Союзе при отрицательных
температурах в монолитные бетонные и железобетонные конструкции
ежегодно укладывается около 35...40 млн. м3 бетона.
Для твердения цементного камня наиболее благоприятная
температура от 15 до 25 °С, при которой бетон на 28-е сутки
практически достигает стабильной прочности. При
отрицательных температурах вода, содержащаяся в бетоне, увеличивается
в объеме примерно на 9 %. В результате микроскопических
образований кристаллов и линз льда в бетоне возникают силы
Давления, нарушающие новообразовавшиеся структурные связи,
Которые в дальнейшем при твердении в нормальных
температурных условиях уже не восстанавливаются и прочность бетона
снижается на 15...20 %. Кроме того, вода образует вокруг
крупного заполнителя обволакивающую пленку, которая при
оттаивании нарушает сцепление и, следовательно, монолитность
бетона. При раннем замораживании увеличивается его
пористость, снижается прочность, морозостойкость и водонепрони-
117
цаемость. Бетон делается неустойчивым к проникающим
воздействиям и других внешних сред, в том числе и агрессивных.
Критической прочностью называют прочность, при которой
замораживание бетона уже не может нарушить структуру
бетона и повлиять на его конечную прочность. При проектировании
производства бетонных работ должны одновременно решаться
две взаимосвязанные задачи: технологическая и экономическая:
Первая заключается в достижении критической или
проектной прочности за счет применения соответствующих методов
приготовления, транспортирования бетонной смеси и
выдерживания бетона. Вторая сводится к наиболее экономному ведению
работ. При этом следует иметь в виду, что при производстве
бетонных работ в зимнее время себестоимость
транспортирования и укладки бетона и ухода за ним возрастает в 2...2,5, а
трудоемкость этих процессов в 1,5...2 раза. Поэтому выбор
методов зимнего бетонирования должен производиться на
основании технико-экономического анализа. Наряду с другими
одним из важнейших показателей является удельный расход
энергетических ресурсов.
Существуют следующие методы выдерживания бетона в
зимних условиях.
Выдерживание в искусственных укрытиях (тепляках),
где с помощью отопительных устойств поддерживается
температура, необходимая для нормального твердения бетона.
Выдерживание бетона в тепляках не ускоряет сроков
твердения бетона по сравнению с выдерживанием в летних условиях
и связано с дополнительными расходами, поэтому этот метод
неэкономичен и используется лишь при особой необходимости.
Термосные методы выдерживания бетона. Метод термоса
в своем «чистом» виде является безобогревным методом и,
следовательно, экономичным. Его сущность состоит в том,
что бетон, имеющий температуру 15...20 °С, укладывается
в утепленную опалубку. За счет начального теплосодержания
бетонной смеси и теплоты, выделяемой в процессе гидратации
(явление экзотермии), бетон набирает заданную прочность
до того момента, когда в какой-либо части забетонированной
конструкции температура упадет до 0 °С.
Продолжительность остывания бетона до 0 °С определяется
расчетом, в котором учитываются температура воздуха,
начальная и средняя температура бетона, расход цемента на 1 м3
бетона и его тепловыделение, общее термическое сопротивление
опалубки, температура наружного воздуха, модуль поверхности
бетонируемой конструкции. Продолжительность остывания
должна быть достаточной для достижения как минимум
критической прочности.
Применение метода термоса наиболее эффективно для
массивных конструкций с модулем поверхности до 6*.
* Модулем поверхности называют отношение площади охлаждаемых по
верхностей к объему конструкции.
118
Эффективность метода термоса в значительной мере
зависит от температуры бетона в момент его укладки в опалубку,
однако во избежание потери подвижности температура бетона
при выходе из бетоносмесительной машины не должна
превышать 35...45 °С. В процессе перевозки и укладки смеси при
температуре ниже —20 °С бетонная смесь остывает на 15...
20 °С. При низких температурах, перевозке смеси на расстояние
по 5 км и неизбежных одной-двух перегрузках применение
метода термоса оказывается возможным лишь для очень
массивных конструкций с модулем поверхности 1.5...3.
В этих условиях область применения метода термоса может
быть расширена за счет применения метода форсированного
предварительного электроразогрева бетонной смеси (метод
«горячего термоса»). Его сущность заключается в том, что
бетонную смесь перед укладкой в опалубку в течение 5... 15 мин
интенсивно разогревают до 70...90 °С в специальных бадьях,
оснащенных электродами, или в кузовах автомобилей с помощью
опускной гребенки электродов, сразу укладывают в неутепленную
или малоутепленную опалубку и уплотняют до начала
схватывания смеси (рис. 8.15).
Этот метод по сравнению с другими способами
электропрогрева также экономичен по затратам энергии, расход
которой составляет не более 40...50 кВт-ч на 1 м3 бетона.
Разновидностью способа электротермоса является метод
форсированного электроразогрева бетонной смеси сразу после
ее укладки в опалубку с последующим повторным
вибрированием. В данном случае разогрев смеси непосредственно в
опалубке исключает преждевременную потерю подвижности, а
повторное вибрирование сводит к минимуму возможность
структурных нарушений, возникающих при форсированном разогреве.
Этот метод более экономичен, так как по сравнению с методом
Рис. 8.15. Схема форсированного предварительного электроразогрева
бетонной смеси:
/ — бетонный завод; 2 — бетоновоз; 3 — электробадьи; 4 — распределительное
устройство; 5 — кран; 6 — укладка смеси
119
предварительного электроразогрева требует меньшего расхода
электроэнергии.
Мощность, необходимая для форсированного разогрева
бетонной смеси,
Р = WQ/(nKcosq>),
(8.1)
где W — расход электроэнергии, необходимой для разогрева
1 м3 бетонной смеси, кВт-ч/м3; Q — темп укладки бетонной смеси,
м3/сут; h — время работы в сутки, ч; К—коэффициент
использования оборудования по времени.
Электротермообработка бетона. Такой метод выдерживания
должен предусматривать получение требуемой прочности бетона
в необходимые сроки при минимально возможном расходе
энергетических ресурсов.
Методы электротермообработки можно разделить на три
группы: электродный прогрев, индукционный и электрообогрев
с применением различного рода электронагревательных
устройств.
Электродный прогрев бетонных и железобетонных
конструкций основан на превращении электрической энергии в тепловую
при прохождении тока через свежеуложенный бетон, который с
помощью электродов включается в электрическую цепь (рис.
8.16). Для этой цели применяется переменный ток пониженного
напряжения (50...100 В). В отдельных случаях при прогреве
малоармированных конструкций может быть разрешен
бестрансформаторный прогрев с напряжением электрического тока 120...
220 В. Электроды различают внутренние (стержневые, струнные)
и поверхностные (нашивные, плавающие).
/
ш
-0-
ж
ч#-
ta
О^
10
%
\;
Рис. 8.16. Схема электродного прогрева бетонных и
железобетонных конструкций:
' / — сеть 380 В; 2 — щит высокой стороны; 3 —
трансформатор; 4 шит низкой стороны; 5 — блок управления; 6 —
коммутационный блок; 7 — софит; 8 — отводы; 9 —
бетонируемая конструкция; 10 — термодатчик
120
Стержневые электроды изготовляют из 16...10-миллимет-
ровой арматурной стали. Их применяют для прогрева
фундаментов, балок, прогонов, колонн, массивных плит и других
конструкций. Струнные электроды изготовляют из арматурной стали
диаметром 6... 16 мм и применяют в основном для прогрева
колонн и слабоармированных стен.
Расстояние между одиночными электродами для напряжения
до 65 В принимается не менее 20...25 см, при более высоких
напряжениях — 30...40 см. Допустимые расстояния между
электродами и арматурой в зависимости от напряжения в начале
прогрева составляют от 5 см при напряжении 51 В до 50 см при
напряжении 220 В.
Нашивные электроды через 10...20 см нашивают на плоскость
опалубки, соприкасающуюся с бетоном. Концы нашивных
электродов выводят наружу.
Плавающие электроды применяют для прогрева верхних
поверхностей бетонных и железобетонных конструкций. Их втап-
ливают на 2...3 см в свежеуложенный бетон.
Индукционный прогрев, или прогрев в электромагнитном
поле, применяется для прогрева монолитных заделок стыков
сложной конфигурации, густо и равномерно армированных
конструкций линейного типа (балки, ригели, трубы, колонны).
При этом методе вокруг прогреваемого железобетонного
элемента устраивают спиральную обмотку — индуктор из
изолированного провода и включают его в сеть. Под воздействием
переменного электромагнитного поля стальная опалубка и
арматура, выполняющие роль сердечника (соленоида),
нагреваются и передают тепловую энергию бетону. За счет этого
в прогреваемом железобетонном элементе создаются
благоприятные термовлажностные условия для твердения бетона.
Электрообогрев бетона обычно осуществляется контактными
методами с помощью термоактивных (греющих) опалубок с
самыми различными типами электронагревателей — трубчатыми,
кабельными, плоскими модулями на основе углеродной ткани,
покрытиями из полипропилена и др.
Одним из направлений развития греющих опалубок является
применение в качестве греющего элемента покрытия из
полипропилена, в состав которого вводят ацетиленовую сажу,
являющуюся основным токопроводящим наполнителем, и ряд
добавок, улучшающих физико-механические свойства покрытия.
Такие покрытия гидрофобны и, следовательно, их можно
наносить на рабочие поверхности опалубки.
Применение термоактивной опалубки особенно рационально
для периферийного электрообогрева тонкостенных конструкций
со сравнительно большими плоскостями. При этом экономится
до 20 % электроэнергии и существенно уменьшаются трудовые
затраты. При бетонировании горизонтальных (распластанных)
или наклонных тонкостенных конструкций с большими
открытыми поверхностями эффективно применение термоактивных гибких
121
покрытий (ТАГП), которые выполнены из гибкой электронагре.
вательной панели с вклеенными или запрессованными между
слоями стеклоткани или листовой резины утеплителя и защитного
чехла из прорезиненной ткани (рис. 8.17).
Инфракрасный прогрев применяют при прогреве
монолитных заделок стыков сложной конфигурации, густоармированных
стыков старого бетона с вновь укладываемым, тонкостенных
сооружений, возводимых в скользящей опалубке, и в других
случаях, когда применение контактных методов прогрева затруд.
Рис. 8.17. Конструкция термоактивных гибких покрытий (ТАГП):
а — сборно-разборная швейная; б — нельноклееная; в — с греющим
проводом; / — защитный чехол; 2 — утеплитель; 3 - стеклохолст; 4 —
отверстия для крепления утеплителя; 5 — углеродные ленточные
электронагреватели; 6 — стеклотканевая прокладка; 7 — отверстия для крепления
пакета утеплителя; 8 — прижимлые планки; 9, 10 — вилочные разъемы токо-
провода и датчика; // — термоконтактор; 12 — отверстие для крепления
покрытия; 13 — листовая резина; 14 нагревательный провод; 15 —
алюминиевая фольга; 16 — коммутационные выводы
122
еНо. Прогрев инфракрасным облучением производят с помощью
генератора в виде электроспирали, помещенной в
металлический рефлектор на расстоянии 5...8 см от отражающей
поверхности. Продолжительность облучения до температуры 70...
qq °С — 15 ч, из которых около 5 ч приходится на
изотермический прогрев. Расход электроэнергии на 1 м3 прогреваемого
бетона составляет в зависимости от характера конструкции от
60 до 140 кВт-ч.
Паровой прогрев бетона позволяет обеспечить
благоприятные тепловлажностные условия для твердения бетона. Однако
этот вид прогрева требует большого расхода пара (от 0,5 до
2 т на 1 м3 бетона), а также паровых рубашек, прокладки
трубопроводов и т. д.
Химические добавки обычно применяют тогда, когда
требуется достижение до замораживания бетона только критической
прочности бетона. В этом случае их применение экономично,
так как не требует дополнительного расхода энергии.
В качестве таких добавок применяют ускорители
твердения, вводимые в бетон в количестве 0,5...3 %, и противомороз-
ные добавки, вводимые в бетон в количестве 3...5 % и
снижающие точку замерзания воды. При этом следует иметь в виду,
что химические добавки несовместимы с электрическим
прогревом бетона, а применение противоморозных добавок не
допускается в конструкциях, подвергающихся динамическим
нагрузкам, тепловым воздействиям свыше 60 °С и соприкасающихся
с агрессивной средой, содержащей примеси кислот, щелочей
и сульфатов. Не допускается применение солевых добавок и
при расположении конструкций на расстоянии менее 100 м от
источника тока высокого напряжения.
Режимы выдерживания бетона назначают с учетом
требуемого срока готовности конструкции и необходимой к этому
моменту прочности бетона. Из числа технологически приемлемых
выбирают режим, требующий наименьшего расхода
энергетических ресурсов (рис. 8.18).
График режима термосного выдерживания бетона имеет
Два участка. На участке /—2 за счет экзотермии цемента
происходит некоторое повышение температуры бетона, а на участке
2—3 — охлаждение до 0 °С. За время выдерживания бетон
Должен достичь как минимум критической прочности. При ре-
Жиме термосного выдерживания бетона с применением противо-
морозных добавок в бетоне не прекращается реакция
гидратации и бетон набирает прочность. В данном случае время
увеличивается за счет снижения точки замерзания жидкой среды.
На графике двухстадийного режима тепловой обработки бетона
также два участка: /—2 — участок разогрева, 2—3 — участок
Изотермического прогрева с t = const. Время изотермического
Прогрева зависит от прочности, которая должна быть достигнута
к концу тепловой обработки.
График экономического по расходу энергии режима тепловой
123
;, 2 Л
\.
д)
t,°C
4 А
' 6/ Б2 Б3 В
/ П Г2 Г3 N
*,ч
V
Рис. 8.18. Графики температурных режимов
выдерживания бетона:
а — при методе термоса; б — при применении противоморозных
добавок; в — при двухстадийном электронагреве; г — при
форсированном электропрогреве бетона; д — при пульсирующем
электропрогреве; А — начальная температура бетона; т —
продолжительность набора бетоном прочности; Bt — Ti, Б2 —Гг,
£з — Гз — прогрев с поперечным включением и отключением
тока
обработки содержит три участка: на участке /—2 — интенсивный
подъем температуры бетона; на участке 2—3 кратковременный
изотермический прогрев и на участке 3—4 — выдерживание в
термосном режиме в утепленной опалубке при отключенных
источниках энергии. В данном случае активный набор прочности
происходит не только в период прогрева, но и в процессе остывания. При
ступенчатом электропрогреве по достижении расчетной
температуры производят попеременное отключение и включение
тока. Этот режим также обеспечивает некоторую экономию
электроэнергии. В определенных условиях может оказаться
необходимым одновременно применение различных методов
обогрева.
Производство бетонных работ в условиях сухого жаркого
климата. Под сухим жарким климатом подразумевают
характерную для данной местности совокупность метеорологических
условий, отличающихся высокими температурами воздуха
(максимальная выше 30 °С и средняя в 13 ч дня выше 25 °С) и
низкой относительной влажностью воздуха (менее 50 %).
При твердении бетона в этих условиях под воздействием
высоких температур окружающей среды ускоряется реакция
гидратации. Однако при этом под влиянием быстрого
обезвоживания бетонной смеси, различного теплового расширения
компонентов, усадки бетона и других физических факторов в
124
еще не окрепшем бетоне развиваются деструктивные явления,
снижающие его конечную прочность.
В условиях сухого жаркого климата необходимое качество
бетона может быть обеспечено применением таких методов
приготовления, транспортирования и ухода за бетоном, которые
бы уменьшали возможность его обезвоживания, или
сокращением сроков выдерживания бетона путем интенсификации его
твердения.
Уход за свежеуложенным бетоном. При производстве
бетонных работ в условиях сухого жаркого климата важно
сохранить требуемую консистенцию бетонной смеси к моменту ее
укладки в опалубку. Это может быть обеспечено за счет
увеличения расхода воды, что связано с неоправданным увеличением
расхода цемента. Однако более практичным путем является
снижение температуры смеси при ее приготовлении и принятие
мер, исключающих обезвоживание при транспортировании.
Снижение температуры может быть достигнуто путем
смачивания охлажденной водой заполнителей, их обдува
холодным воздухом при подаче в смеситель или добавлением льда в
размере до 50 % от массы воды, с предварительной коррекцией
состава бетонной смеси.
Консервация консистенции бетонной смеси может быть
достигнута и путем введения в бетонную смесь при
приготовлении поверхностно-активных добавок (0,4...0,5 % от массы
цемента). Они не только уменьшают обезвоживание смеси,
но и пластифицируют ее, снижая водопотребность.
Важной технологической задачей является защита
бетона от обезвоживания после его укладки в опалубку.
Как показали исследования, при высоких температурах
воздуха и низкой относительной влажности поливка бетона
не только не предохраняет его от обезвоживания, а
наоборот, способствует возникновению после каждой поливки своего
рода термического удара, вызывающего интенсивную потерю
влаги, ухудшение поровой структуры и, как следствие,
появление растягивающих напряжений в поверхностных слоях
бетона.
Обезвоживание бетона особенно опасно при строительстве
сооружений из тонкостенного бетона с большими
открытыми поверхностями. Поэтому рекомендуется защищать свеже-
уложенный бетон различными пленочными покрытиями из
битума, лаков или тех или иных полимеризующихся материалов.
Весьма практична защита свежеуложенного бетона
полимерными пленками, что не только резко уменьшает потери воды,
но и создает условия, близкие к твердению бетона в
пропарочных камерах. Такие покрытия позволяют снизить потери воды
в бетоне на 80...90 %.
При строительстве сооружений с незначительными
площадями открытых поверхностей, например фундаментов, водо-
потери свежеуложенного бетона могут быть уменьшены за
125
счет покрытия горизонтальных поверхностей слоем воды 3...5 см
(метод «водяного бассейна»).
Экономично использование такого дешевого источника
энергии, как солнечная радиация. Для этого свежеуложенный бетон
покрывают светонепроницаемыми полиэтиленовыми пленками,
которые пропускают лучистую энергию и вместе с тем
предотвращают потери воды. Последнее обстоятельство весьма
существенно в районах с ограниченными ресурсами пресной воды.
Интенсификация твердения бетона. В условиях сухого
жаркого климата обезвоживание бетона может быть сведено к
минимуму и за счет интенсификации процесса твердения. Для
этого используют высокоактивные цементы, химические
добавки — ускорители твердения, а также тепловую обработку,
которая может оказаться наиболее эффективной, так как позволяет
не только уменьшить опасность обезвоживания, но и получить
необходимую прочность бетона в наиболее короткие сроки.
После приобретения бетоном 50...60 % проектной прочности он
не требует в условиях сухого жаркого климата специального
ухода.
8.7. Контроль качества и охрана труда
Для изготовления сборного железобетона характерны
заводские условия производства, наличие четкого технологического
регламента с пооперационным контролем качества в ряде
случаев и с использованием микропроцессорной техники.
Для обеспечения необходимого качества монолитных
бетонных конструкций необходим тщательный технологический
контроль как в стадии приготовления бетонной смеси, так и иа
строительной площадке при бетонировании конструкций.
На строительной площадке должны осуществляться
следующие виды контроля с фиксированием результатов в журнале
производства бетонных работ: соответствия проекту размеров
и качества опалубки, армирования и установки закладных
деталей; оттяжек и отметок и других геометрических параметров
опалубки с использованием традиционных или лазерных
геодезических приборов; соответствия требованиям качества
бетонной смеси однородности и подвижности после ее доставки к
месту бетонирования, а также прочности бетона в процессе
бетонирования. Прочность уложенного бетона оценивают по
результатам испытаний контрольных образцов на сжатие.
Контрольные образцы в виде кубов размером 20X20X20 см
изготовляют у мест бетонирования конструкций и хранят в условиях,
близких к условиям выдерживания конструкций. При этом для
каждой марки бетона изготовляют серию из трех «образцов-
близнецов». Бетон считается выдержавшим испытание, если
средняя прочность контрольных образцов будет не ниже 85 %
проектной. Приближенно прочность бетона в конструкции можно
определить механическим прибором, действие которого основано
126
на учете глубинь лунки, образовавшейся в бетоне при ударе
бойка прибора.
Охрана труда при производстве бетонных работ. Необходимо
обращать особое внимание на надежность поддерживающих
лесов, настилов, лестниц, перил и ограждений, а также
такелажных устройств.
При устройстве опалубки на высоте до 8 м следует
применять подмости с перилами высотой 1 м и бортовой упорной
доской высотой 15 см. При работах на высоте более 8 м
необходимо устраивать настилы на специальных поддерживающих
лесах шириной не менее 70 см с ограждениями.
Необходимо заземлять свариваемые конструкции и все
металлические части сварочных установок (корпуса сварочных
трансформаторов, генераторов и др.), а также корпуса вибраторов.
При электроперегреве бетонирование, а также все работы,
связанные с переключением электродов, замерами температуры,
ремонтом линии, производят только при отключенном токе и
отключенных рубильниках на щитах низкой и высокой сторон.
Тщательное соблюдение правил техники безопасности
необходимо и при эксплуатации бетоносмесительных машин,
бетононасосов, цемент-пушек и др. Чистка или ремонт
бетоносмесительных и других машин, занятых на бетонных работах,
допускается только при выключенном рубильнике.
При продувке бетоновода (в зимнее время) сжатым
воздухом рабочие не должны приближаться к выходному отверстию
бетоновода на расстояние менее 10 м.
Рабочие, обслуживающие цемент-пушку или бетон-шприц-
машину, должны приближаться к выходному отверстию
бетоновода на расстояние менее 10 м, должны носить специальные
защитные очки, а также следить за показаниями манометра,
не допуская повышения давления выше уровня,
предусмотренного инструкцией.
Раздел четвертый
ТЕХНОЛОГИЯ МОНТАЖА
СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Глава 9
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
9.1. Состав монтажных процессов
Монтаж строительных конструкций — это комплексный процесс
поточной сборки зданий и сооружений из готовых
конструктивных элементов и узлов.
Эффективность этого процесса может быть обеспечена при
соблюдении следующих условий: применения технологичных в
127
монтаже строительных конструкций, имеющих высокую степень
заводской готовности, механизации и частичной автоматизации
операций, крупноблочной сборки и рационального совмещения
монтажных и послемонтажных работ.
Технико-экономические показатели при монтаже зданий и
сооружений могут быть существенно улучшены при применении
конвейерных и комплектно-блочных методов монтажа.
Состав монтажных процессов. Комплексный процесс монтажа
строительных конструкций состоит из транспортных,
подготовительных и основных монтажных процессов.
К транспортным процессам относятся погрузка,
транспортирование, разгрузка и складирование сборных элементов с
обеспечением их своевременной доставки и сохранности.
К подготовительным процессам относятся проверка на
строительной площадке качества и комплектности сборных элементов,
а при комплектно-блочном методе монтажа и
укомплектованности блоков технологическим оборудованием, при
необходимости укрупнение и временное усиление конструкций, навеска
приспособлений для выверки и временного закрепления сборных
элементов, проверка соответствия проекту анкерных устройств
и опорных плоскостей фундаментов.
К основным монтажным процессам относятся: захват
(строповка) сборных элементов, установка на монтируемом здании,
временное закрепление, выверка и их окончательное
закрепление в проектном положении.
Монтажным циклом называют комплекс операций по
установке монтируемого элемента в проектное положение. В него входят
строповка элемента, подъем и подача к месту установки, навеле-
ние, ориентирование и установка в проектное положение,
временное раскрепление, расстроповка и возврат грузового крюка в
исходное положение.
К числу операций, которые выполняют без крана с
применением крепежно-выверочных и других приспособлений, относят
выверку установленных элементов и окончательное их
закрепление в проектном положении. Операции по наведению,
ориентированию в пространстве, установке и раскреплению элементов
связаны с работой крана и занимают в монтажном цикле по
времени около 50..,60 %, а по трудоемкости — до 70%. Для
сокращения продолжительности и повышения точности монтажа
необходимо ограничение свободы движения монтируемого
элемента в монтажном цикле.
9.2. Методы монтажа
Методами монтажа называют технические решения,
определяющие последовательность сборки зданий и сооружений и способы
установки конструкций в проектное положение.
По способу приведения монтируемой конструкции в проектное
положение различают следующие методы монтажа (рис. 9.1).
128
Рис. 9.1. Способы приведения конструкций в проектное положение:
а, б — свободный метод монтажа; в — принудительный метод монтажа с
наращиванием по вертикали; г — пневмоподъем; д — подъем методом выжимания с
подращиванием конструкции; е—надвижка конструкции; ж — поворот цельносборной
конструкции вокруг неподвижного шарнира с помощью «падающей» стрелы (шевра):
з — то же, с помощью толкателя (кран, портал и т. д.); / — домкраты; 2- подача
воздуха; 3 — лебедка; 4 — шарнир; 5 — «падающая» стрела; 6 — толкатель; 7 —
направление монтажа; 8 — направление перемещения элементов
Свободный метод монтажа предусматривает подъем и
перемещение конструкций в пространстве без ограничений с
последующим ее наращиванием в вертикальном или горизонтальном
направлении. При этом методе элементы устанавливают без
специальных монтажных приспособлений, а точность монтажа
обеспечивается визуальным контролем.
Принудительный метод монтажа предусматривает подъем
монтажных элементов с жестким ограничением в пространстве в
вертикальных или горизонтальных направляющих. Он имеет
четыре разновидности: монтаж с перемещением конструкции по
вертикальным направляющим колоннам, пилонам, ядрам
жесткости и т. д; монтаж подращиванием монтируемой конструкции
по вертикали путем последовательного стыкования монтажных
элементов к нижним плоскостям ранее смонтированных
конструкций; надвижка конструкций предусматривает перемещение по
5— 721
129
горизонтальным направляющим блоков конструкций; монтаж
методом поворота конструкций в радиальном направлении е
вертикальной плоскости вокруг неподвижного или подвижного
шарнира; координатный метод монтажа, предусматривающий
движение монтирующего элемента по заданным координатам по
соответствующей программе. Этот метод пока не применяется
так как требует наличия специальных проектов, очень высокой
точности изготовления сборных элементов и монтажных
механизмов с программным управлением.
По последовательности ведения монтажных работ различают
следующие методы монтажа элементов каркаса зданий:
раздельный (дифференцированный) и комплексный (совмещенный)
(рис. 9.2).
При раздельном методе монтаж конструкций выполняется
последовательными проходками одного или нескольких кранов.
За первую проходку крана устанавливают колонны; за вторую —
подкрановые балки и подстропильные фермы с продольными
связями, а затем фермы и плиты покрытия. При этом
упрощается выверка конструкций, снижаются трудовые затраты за счет
Рис. 9.2. Варианты технологической последовательности ведения монтажных
работ:
а — г -- варианты организации монтажных работ; / —погрузка конструкций на
заводе ЖБИ или КПД; 2 — транспортирование железобетонных конструкций; 3
разгрузки конструкций на приобъектном складе и монтаж с него; 4 монтаж
«с колес»; 5 разгрузка отправочных марок, укрупнение и погрузка на
транспортное средство; б — транспортирование металлических конструкций; 7 — монтаж «с
колес»
130
специализации работ кранов и монтажников, но несколько
увеличиваются сроки сдачи объекта или его части под послемонтаж-
ные работы. Этот метод целесообразен при больших объемах
строительства и при монтаже одноэтажных промышленных
зданий с железобетонным каркасом, где на последовательность
монтажа влияет необходимость замоноличивания стыков между
колоннами и фундаментами.
При комплексном методе монтаж всех конструкций
выполняют в пределах каждой монтажной ячейки за одну проходку
крана. Преимущество этого метода заключается в возможности
вести вслед за монтажом каркаса работы по навеске стеновых
ограждений, устройству кровли и монтажу технологического
оборудования.
Этот метод применяют при монтаже многоэтажных зданий,
а также одноэтажных промышленных зданий тяжелого типа.
Разновидностью комплексного метода является совмещенный
метод монтажа, предусматривающий совмещение в едином
производственном процессе монтажа строительных конструкций
и подачи к месту работы технологического оборудования. Этот
метод особенно целесообразен при строительстве
многоэтажных зданий, насыщенных технологическим оборудованием.
Он позволяет сократить сроки строительства, на 30...40 %
уменьшить трудоемкость монтажа технологического оборудования и
улучшить использование монтажных средств.
Наряду с выбором последовательности монтажа сборного
здания принимают наиболее рациональные направления монтажа
(движение ведущего крана). Так, например, при монтаже
одноэтажных промышленных зданий может иметь место продольный
метод, при котором монтаж здания ведется последовательно
пролетами, и поперечный (секционный), когда кран движется
поперек пролетов. Применяют и продольно-поперечный метод
монтажа зданий. В этом случае кран, двигаясь вдоль пролета,
монтирует все колонны, а затем, перемещаясь поперек пролета,
ведет секционный монтаж. Выбор того или иного направления
монтажа и, следовательно, последовательности сдачи участков
здания под монтаж оборудования в значительной мере зависят
от расположения технологических линий будущего предприятия.
При монтаже многоэтажных зданий применяют метод
поэтажной или секционной сборки.
По степени укрупнения сборных элементов различают:
мелкоэлементный монтаж из отдельных конструктивных деталей,
ввиду значительной трудоемкости применение этого метода
ограничено; крупноэлементный монтаж — крупными
конструктивными элементами (панели, колонны, плиты и т.д.), этот
метод имеет наибольшее распространение; блочный монтаж из
геометрически неизменяемых блоков, предварительно собранных
из отдельных конструкций, при этом могут иметь место
следующие виды: плоские блоки, например блоки элементов
фахверка металлических конструкций зданий; пространственные, напри-
5*
131
^
мер, блоки перекрытий промышленных зданий в виде двух ферм
соединенных связями и прогонами, или блоки
объемно-элементных зданий (рис. 9.3).
Комплектно-блочный монтаж из блоков, изготовляемых в
заводских условиях на сборочно-комплектовочных предприятиях
организаций — поставщиков оборудования, заказчиков или
строительной индустрии и затем поставляемых к месту их
монтажа.
В зависимости от характера строящегося объекта по
классификации ЦНИИОМТП применяют следующие разновидности
блоков, используемые при комплектно-блочном строительстве:
блок агрегатированного оборудования — конструктивно
законченный комплекс технологического, инженерного или другого
оборудования высокой заводской и монтажной готовности;
блок строительный — конструктивно законченное здание или его
часть; блок строительно-технологический — блок
агрегированного оборудования с несущими и ограждающими конструкциями;
бокс — строительный блок, представляющий собой
конструктивно законченное здание из легких строительных конструкций;
блок-бокс — строительно-технологический блок высокой
заводской готовности со смонтированным в нем технологическим
оборудованием и инженерными системами; блок
коммуникаций — конструктивно законченный комплекс коммуникаций с
опорными (несущими) конструкциями высокой заводской и
монтажной готовности.
Рис. 9.3. Укрупненный фонарный блок промышленного здания:
/ — траверса; 2 — фонарный блок; 3 — оттяжка
132
Во всех случаях масса блоков не должна превышать
грузоподъемности транспортных средств, а габариты должны
вписываться в габариты транспортных средств и дорожные
ограничения.
При комплектно-блочном монтаже по сравнению с
традиционными методами за счет переноса основных
строительно-монтажных процессов в заводские условия обеспечивается рост
производительности труда в 1,5...3 раза. При этом экономический
эффект достигается и за счет сокращения нормативных затрат
ла строительство конструкции, коммуникации, сокращение
объемов монтажных работ.
9.3. Проектирование производства монтажных работ
Важным условием эффективности монтажных работ является
высокая степень монтажной технологичности как сборных
конструкций, так и всего монтируемого здания или сооружения.
Монтажная технологичность — это степень
приспособленности данной конструкции к транспортировке и монтажу с
минимальными затратами ручного труда, времени и средств.
Монтажная технологичность здания или сооружения
характеризуется совокупностью таких свойств, как степень укрупнения
конструкций, относительная равновесность монтажных
элементов, степень заводской готовности и точности сборных
элементов и др. За счет повышения технологичности могут быть
сокращены на 15...25 % трудоемкость возведения зданий и на 5...7 %
себестоимость.
Укрупнение конструкции в стадии проектирования позволяет
за счет уменьшения числа сборных элементов и стыковых
соединений снижать стоимость, трудоемкость и сроки монтажа. Может
иметь место и укрупнение конструкций из линейных и плоских
элементов непосредственно у монтируемого объекта
пространственных монтажных блоков.
Предел укрупнения конструкций ограничивается
грузоподъемностью монтажных кранов и имеет свои экономические
границы. Оптимальный предел следует устанавливать при прочих
равных условиях по критерию минимума приведенных затрат.
Степень равновесности сборных элементов подсчитывается
как отношение средней массы монтажных элементов к массе
наиболее тяжелого элемента. Приближение этого показателя к
единице означает улучшение использования кранов по
грузоподъемности и стабилизации монтажного процесса. Однако в
отдельных случаях этот показатель не является определяющим,
Например для зданий с дифференцированными по массе
конструкциями, где относительно тяжелые элементы каркаса здания
сочетаются с легкими навесными панелями из небетонных
материалов и т. д.
Точность изготовления — один из важных показателей
монтажной технологичности. Так, например, при недостаточно
133
точной установке закладных частей в стыках железобетонных
колонн каркаса многоэтажных зданий на рихтовку низа колонн
затрачивается дополнительно 40...45 % трудовых затрат и при.
мерно 20 % кранового времени. Непроизводительные
дополнительные затраты на устранение погрешностей, возникающих
из-за неточности монтажа, составляют 2...3 %.
Точность монтажа регламентируется нормируемыми
допусками. Различают допуски конструкционные и производственные.
Конструкционные допуски учитывают в проекте, и они
должны отвечать оптимальным эксплуатационным требованиям
проектируемых зданий и сооружений. Производственные допуски
бпр обусловливаются точностью изготовления конструкций и
методами их монтажа.
Собираемость конструкции считается обеспеченной, если
бк = 8пр. Если бк<Сбпр, то конструкция не требует специальной
подгонки при монтаже и связанных с этим затрат.
Проект производства монтажных работ является разделом
проекта производства работ по возведению объекта в целом.
В его состав обычно входят ведомости монтажных работ,
схемы монтажа конструкций и всего здания, схемы укрупни-
тельнОй сборки конструкций и монтажа кранов, чертежи
временных опор, монтажных приспособлений и других вспомога-
тельных'устройств (или ссылки на типовые), графики
производства монтажных работ и движения механизмов, спецификация
монтажного и вспомогательного оборудования, калькуляция
трудовых затрат и т. д. При необходимости в состав проекта
включают дополнительные технологические требования, а также
сетевой график, который, являясь информационной моделью
строительно-монтажного процесса, позволяет контролировать
и регулировать ход работ на наиболее решающих участках.
Важнейшей задачей является выбор кранов и приданных им
машинных комплектов.
Выбор типа и количества монтажных кранов производится
с учетом характера, массы конструкций и их расположения на
здании, габаритов монтируемого объекта и установленных сроков
монтажа (см. ч. II).
Стреловые самоходные краны на гусеничном и пневмоколес-
ном ходу ввиду их маневренности и мобильности находят
широкое применение в промышленном строительстве. Башенные
краны, имеющие значительный вылет стрелы, используют
преимущественно на монтаже жилых, гражданских, а также
многоэтажных промышленных зданий.
При выборе кранов для простых объектов технически
приемлемые варианты определяют графоаналитическим методом, а
окончательный вариант устанавливают путем сравнения технико-
экономических показателей.
При разработке ППР для сложных объектов из числа
нескольких отобранных вариантов отбирают оптимальный, причем
в качестве критерия оптимальности принимают минимум приве-
134
денных затрат или в некоторых случаях минимум
продолжительности строительства. Выбрав ведущие краны, подбирают к ним
комплекты вспомогательных машин, увязанные по
производительности и технологическому соответствию.
При предварительном отборе технически приемлемых
монтажных кранов учитываются следующие параметры (рис. 9.4).
Требуемая грузоподъемность башенного крана на заданных
высотах и вылете грузового крюка
QK = Pa + P„ (9.1)
где Рэ — масса наиболее тяжелого элемента, т; Рт — масса
такелажных устройств (стропы, захваты, траверсы), т.
Необходимая минимальная высота подъема грузового крюка
крана
ЯкР = Ао + А,+А.+Лгу, (9-2)
где h0 — расстояние от уровня стоянки крана до опоры сборного
элемента на верхнем монтажном горизонте, м: h3 — запас по
высоте, необходимый для установки элемента и проноса над
ранее смонтированными конструкциями (1ц = 0,5...2 м); /гэ —
высота элемента в положении подъема, м; hr.у — высота
грузозахватного устройства (расстояние от верха монтируемого
элемента до центра крюка крана), м.
Минимально необходимый вылет крюка башенного крана
LKp = & + &, , (9.3)
где b — расстояние от оси вращения крана (середины колеи
крана) до ближайшей к крану грани здания (стена, эркер,
пилястра), м; Ь\ -- ширина здания от его грани, обращенной к
крану, до оси противоположной продольной стены или до центра
тяжести наиболее удаленного от крана сборного элемента, м.
Рис. 9.4. Схемы установки монтажных кранов:
а — башенный кран; б — стреловой кран
135
Для кранов с поворотной башней и нижним расположением
противовеса
Up = bi+rn + b2, (9.4)
где гп — радиус габарита поворотной платформы, м; Ь2 —
расстояние" между гранью здания и поворотной платформой,
принимаемое из соображений техники безопасности не менее 1 м.
При выборе самоходных стреловых кранов необходимо
учитывать, что длина наклонно расположенной стрелы зависит также
и от допустимого приближения стрелы к монтируемому элементу.
Минимально требуемое расстояние от уровня стоянки крана
до верха оголовки стрелы
Н0.с = Ао = h3 +hr + К + ha , (9.5)
где Ал — высота полиспаста в стянутом положении, м.
Минимально необходимый вылет крюка при требуемой высоте
подъема
и,= [(Ь + Ь{ + Ь2) (Я0.с. — А™)] /{К+К) + Ь3, (9.6)
где b — минимальный зазор между стрелой и монтируемым
элементом или между стрелой и ранее смонтированной конструкцией
(в первом случае 0,5 м, во втором — до 1 м в зависимости от
длины стрелы); Ь\— расстояние от центра тяжести до
приближенного к стреле крана элемента, м; Ь2 — половина толщины
стрелы на уровне верха монтируемого элемента, м; Ь3 —
половина толщины стрелы на уровне верха монтируемого элемента, м;
Аш — расстояние от уровня стоянки крана до оси поворота
стрелы, м.
Соответственно необходимая наименьшая длина стрелы
Lc = V(^p - b3)2+ (Я„.с. - !гш)2, (9.7)
где Ьз — расстояние от оси вращения крана до оси поворота
стрелы, м.
Для самоходных стреловых кранов с башенно-стреловым
оборудованием необходимые параметры определяют так же, как
и для башенных.
Глава 10
МОНТАЖ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИИ
10.1. Доставка, складирование
и укрупнение строительных конструкций
Доставка строительных конструкций. Строительные конструкции
или их элементы доставляются с заводов-изготовителей и
производственных предприятий в зависимости от расстояний и других
условий перевозок железнодорожным, автомобильным, водным и
воздушным транспортом.
136
г
При производстве монтажных работ могут иметь место
следующие варианты доставки сборных конструкций от мест
изготовления или укрупнительной сборки к монтируемому объекту:
с предварительным складированием конструкций на объекте в
зоне действия монтажного крана. Этот вариант является
следствием особых условий для недостаточно четкой организации
монтажных работ; доставка укрупненных конструкций на объект
и их монтаж с транспортных средств; доставка отправочных
элементов конструкций на площадку укрупнительной сборки,
укрупнение и транспортирование конструкций в зону действия
монтажного крана; доставка к объекту линейных и плоских
конструкций, наземная сборка из них пространственных блоков
в зоне действия монтажного механизма или на конвейерной
линии.
В ряде случаев имеет место изготовление конструкций в
зоне действия монтажного крана. Такой вариант иногда
применяют при монтаже тяжелых нетранспортабельных
железобетонных конструкций.
Для транспортирования сборных строительных конструкций
преимущественно используется специализированный
автомобильный транспорт: автомобили с двухосными прицепами,
автомобили-тягачи с полуприцепами в виде панелевозов, фермовозов,
трубовозов, трайлеров.
Конструкция этих специализированных автотранспортных
средств предусматривает возможность перевозки сборных
элементов в проектном положении и их сохранность.
Так как при применении специализированных автомобилей
практически исключается возможность полезной загрузки при
обратных рейсах, то их использование обычно оказывается
экономически оправданным для расстояний между
заводом-изготовителем и объектом не более 80... 100 км.
Конструкции, доставленные на объекты, должны
соответствовать комплектовочным ведомостям, в которых указывают
наименование, марку и количество рабочих элементов,
предназначенных для установки в определенной части здания.
Правильная организация монтажных работ обычно
предусматривает монтаж с транспортных средств. Это — монтаж
конструкций заводского изготовления, при котором они
доставляются в рабочую зону строящегося объекта в определенное время
и непосредственно с транспортных средств устанавливаются
в проектное положение. При этом конструкции доставляют в
соответствии с почасовым монтажно-транспортным графиком,
который находится у монтажников, завода-поставщика и
транспортной организации.
Таким образом, создается принудительный ритм
строительного конвейера, позволяющий существенно повысить
производительность труда на монтажных работах.
Складирование сборных конструкций в зависимости от
объемов работ, расположения объектов и дальности доставки с
137
заводов-изготовителей может производиться на центральных
или приобъектных складах.
Приобъектные склады устраивают в тех случаях, когда
невозможно вести монтаж непосредственно с транспортных
средств. Такие склады располагают в зоне действия монтажного
крана. Они состоят из грузовой площадки, занятой
конструкциями, и оперативной: проходов, проездов, мест стоянки
транспортных средств под разгрузкой и т. д. При этом создается запас
конструкций, рассчитанный на ведение в течение 3 сут
интенсивных монтажных работ.
Необходимая площадь складов строительных конструкций
п
Fc= 2 rmKo/Ш, (ЮЛ)
i= 1
где nii-— масса (или объем) конструкций на складе, т (или м3);
gi — удельная загрузка грузовой площади складов, т/м2 (или
м3/м2); Ко = 1,75.. .2 — коэффициент, учитывающий
оперативную площадку.
При определении площади приобъектных складов исходят
из условия создания на площадке минимально возможного
запаса конструкций, необходимого для обеспечения
бесперебойного хода монтажных работ.
Необходимый запас конструкций
m3 = mct, (10.2)
где тс — суточный расход конструкций; t — время, на которое
рассчитан запас, сут, складывающееся из интервала между
поступлениями конструкций, затрат времен на доставку с заводов на
складскую площадку, разгрузку и приемку изделий, подготовку
конструкций к монтажу и минимального запаса времени на
ликвидацию возможных организационных неполадок.
Железобетонные изделия складируют штабелями на
деревянные подкладки, расположенные одна над другой. Стеновые
панели крупнопанельных зданий и некоторые другие конструкции
хранят в проектном положении в кассетах. Главные условия
правильного хранения сборных конструкций и материалов —
обеспечение их сохранности (предохранение от повреждений и
поломок), компактная раскладка и удобные подъезды к ним
кранов и транспортных средств. Высота штабелей и способы
крепления хранящихся в проектном положении конструкций должны
обеспечивать их устойчивость и безопасность работы
такелажников.
Укрупнительная сборка. Если перевозка строительных
конструкций из-за негабаритности и большой массы затруднена,
их доставляют с заводов-изготовителей в виде
транспортабельных составных единиц.
Стальные конструкции, транспортируемые обычно по желез-
138
ной дороге, доставляют в виде двух или нескольких элементов
(отправочных марок). Так, в виде составных элементов
доставляют стропильные и подстропильные фермы пролетом более 18 м
в виде двух платформ), колонны высотой более 21 м и т. д.
Железобетонные конструкции, изготовляемые в радиусе
автомобильных перевозок, как правило, перевозят в цельносборном
виде, за исключением негабаритных.
Различают укрупнительную сборку на стационарных (на
период строительства) площадках и стендах, расположенных на
строительной площадке вдоль внешних подъездных путей, и в
зоне монтажа с применением временных стендов.
На стационарных площадках обычно собирают из
отправочных марок стальные конструкции. Железобетонные конструкции
укрупняют на стационарных площадках лишь при значительном
объеме однотипных конструкций и возможности их внутрипло-
щадной транспортировки.
В зойе действия монтажного крана обычно укрупняются
большепролетные железобетонные и тяжелые металлические
конструкции. Укрупнительная сборка в зоне монтажа может
осуществляться на нулевых отметках (с применением переставных
стендов). Особый случай укрупнительной сборки— это
укрупнение конструкций в пространственные блоки в непосредственной
близости от зоны монтажа — метод, получивший название
«конвейерный метод монтажа».
10.2. Строповка конструкций
Для строповки строительных конструкций, деталей, пакетов
с материалами, блоков технологического оборудования и других
грузов используют грузозахватные устройства в виде гибких
стропов, траверс и захватов. Их конструкция должна
обеспечивать простую строповку и расстроповку и безопасность
монтажных работ, а также исключать возможность появления при
кантовании и подъеме в монтируемых элементах напряжений,
не предусмотренных расчетом данного элемента.
Грузозахватные устройства испытывают путем их пробного
нагружения в соответствии с требованиями Госгортехнадзора.
В процессе эксплуатации их необходимо периодически
осматривать. Предельную грузоподъемность грузозахватных устройств
указывают на специальном клейме.
Гибкие стропы представляют собой стальные канаты. Их
применяют для подъема легких колонн, балок, плит стеновых
панелей, плит перекрытий, контейнеров, бадей, бункеров с бетоном
и т. д. Стропы могут быть универсальными и облегченными, по
технологическому назначению — одно-, двух-, четырех- и шести-
ветвевыми (рис. 10.1).
Универсальные стропы — это замкнутые петли длиной от 8 до
15 м, изготовленные из каната диаметром 19,5...30 мм. Их при-
139
Рис. 10.1. Универсальные стропы:
/ — заплетка; 2 — сжимы; 3 — коуш; 4 — петля; 5 — крюк; 6 — строп; 7 —
прокладка; 8 — тяговый тросик; 9 — полуавтоматический захват
меняют для непосредственного захвата конструкции путем ее
обвязки.
Облегченные стропы изготовляют из каната диаметром 12...
20 мм с закрепленными по концам петлями на коушах, крюками
или карабинами. Карабины препятствуют соскальзыванию петли
стропа с крюка крана.
Для подъема за две петли применяют двухветвевые стропы,
для подъема крупноразмерных плит — четырех- и шестиветвевые.
Когда поднимаемые элементы не могут воспринять
горизонтальные сжимающие монтажные усилия, возникает
необходимость в уменьшении угла наклона ветвей стропа за счет
увеличения длины подвески конструкций. Это не всегда возможно из-за
ограниченной высоты подъема крюка монтажного крана. В этих
случаях применяют траверсы (рис. 10.2).
Для монтажа легких колонн применяют фрикционные
захваты. После установки колонны захват под действием
собственной массы опускается вниз и размыкается.
При монтаже крупноразмерных тонкостенных
железобетонных изделий следует применять грузозахватные приспособления,
исключающие появление в монтируемых конструкциях даже
незначительных монтажных напряжений. Этим требованиям
отвечают подъемные приспособления с вакуумными захватами,
работающие по принципу присоса.
Вакуумные захваты состоят из вакуум-камер, шланга и
вакуум-насоса. Захват подвешивают к грузовому крюку крана, а
вакуум-насос и пульт управления устанавливают в кабине
крановщика. При приближенных расчетах следует учитывать, что
140
Рис. 10.2. Балочная траверса:
/ — подвеска; 2 — блок; 3 — гибкие тяги; 4 — скоба для подвески к грузовому крюку
крана; 5 — балка
при разрежении, создаваемом вакуум-насосом, на каждый 1 кг
массы поднимаемого груза требуется примерно 1,2 см2 площади
присоса. При этом усилие сдвига не должно превышать 75 %
усилия отрыва.
Балки покрытий и фермы пролетом 12 м поднимают с
помощью траверс, длина которых зависит от длины поднимаемой
конструкции.
Строповку ферм в зависимости от пролета производят за
две, три или четыре точки. Ферму захватывают в узлах верхнего
пояса «в обхват» с помощью универсального троса или штифта,
пропущенного в отверстие в верхнем поясе фермы. Расстроповку
производят с подмостей опор фермы с помощью троса,
оттягивающего запорный штифт.
Строповку плит перекрытий обычно производят за петли с
помощью четырехветвевого стропа. Крупноразмерные плиты
размером ЗХ 12 поднимают пространственной траверсой с
четырьмя точками подвеса. Подъем тяжелых тонкостенных плит
перекрытий производят шестиветвевым стропом.
Выверка и закрепление конструкций — это завершающие и
наиболее ответственные стадии монтажного цикла. Ее
производят с помощью фиксирующих и крепежно-выверочных устройств.
Фиксирующие устройства фиксируют элементы на ранее
установленных конструкциях. К ним относятся упоры,
упоры-шаблоны, вилочные фиксаторы для установки панелей, стен,
штыревые фиксаторы для сопряжения элементов и т. д.
Крепежно-выверочные устройства предназначены для
фиксации и удержания монтируемого элемента в проектном
положении и для его выверки. Это различного рода кондукторы для
крепления и выверки колонн и опорных частей ферм, подкосы,
распорки, калиброванные тяги с выверочными устройствами и
др. (рис. 10.3).
141
a — клиньями; б— расчалками; в подкосами; г — раздвижной скобой; д, е —
распорками; ж, з - варианты крепления консольных плит специальными
приспособлениями; и — хомутами; к...м — одиночными кондукторами
Точность сборки конструкций в процессе монтажа
контролируется соответствующими геодезическими измерениями при
установке конструкций и в ходе выверки закрепления в проектном
положении.
10.3. Монтаж промышленных и общественных зданий
с железобетонным каркасом
Монтаж одноэтажных промышленных зданий. Монтаж каркаса
целесообразно вести несколькими специализированными
технологическими потоками, каждому из которых придается комплект
машин, состоящий из монтажного крана (ведущая машина),
средств доставки конструкции и монтажной оснастки (рис. 10.4).
Движение кранов и монтажные позиции выбирают с таким
расчетом, чтобы кран с одной позиции смонтировал возможно
большее число элементов. Так, например, при пролете 12 м и
шаге колонн 6 м кран, двигаясь посередине пролета, может с одной
стоянки смонтировать до шести колонн или фундаментальных
блоков. При пролете 18, 24 и 30 м кран при монтаже колонн и
подкрановых балок должен перемешаться вдоль каждого
монтируемого ряда.
При монтаже с транспортных средств конструкции подают в
пролеты навстречу монтажу. При необходимости местную укруп-
142
нительную сборку конструкций производят на передвижных сте„
дах, перемещаемых по ходу монтажа в пролете.
При монтаже раздельным методом одноэтажных промышлен
ных здании последние разбивают на участки. Размеры участки,
назначают с таким расчетом, чтобы к моменту установки «а
колонны конструкций верхнего яруса (подкрановые балки илм
конструкции покрытия) прочность бетона в стыках колонн с фУн
даментами была не менее 70 % проектной.
В этом случае время установки колонн на участке должно
быть минимальным tmm — не больше технологического перерыва
между началом установки колонн и началом монтажа конструк
ции верхнего яруса: у
'min ^Tft
(Ю.З)
Ттш^ф-Ист, (10.4)
где (ф — время на образование фронта работ — интервал между
началом установки первых колонн и бетонированием стыков;
4т — продолжительность выдерживания бетона в стыках до
достижения ПРОЧНОСТИ 70 % ОТ /?28-
Если продолжительность установки одной колонны tOKj а на
участке устанавливается Nmtn колонн, то
tmin = Nm\Jc.K/T (10.5)
или
NmiJJT=\{k + tn)/K, (10.6)
где Т — время работы в течение суток; 4 — продолжительность
установки колонн обоих рядов в одном пролете; t'K — то же,
одного ряда колонн крана за одну ходку, ч.
Отсюда минимально требуемое число колонн на монтажном
участке
Лгт!п = Щ, + 4т)ф/к/(4.к4'). (Ю.7)
Если продолжительность монтажа колонн превышает
продолжительность монтажа конструкций вышележащего яруса, то
вводят коэффициент ф =/„//„ или ф=/'к/4.
В случае, если ф<1, то его значение принимают равным
единице, тогда
Л/тш = 7,(/'ф + /'ст)4/(/с.кГк). (10.8)
Зная минимально требуемое число колонн на монтажном
участке и их шаг, определяют и протяженность самого участка.
Монтаж фундаментов, так же как и других подземных
сооружений, ведут отдельным потоком в период производства работ
нулевого цикла.
144
После проверки нивелиром отметок дна котлованов в
подготовленную постель забивают скобы или колышки, на которые
наносят риски, соответствующие положению разбивочных осей,
фундамент заводят краном на проектные оси и после
необходимой центровки на высоте 10 см опускают в проектное
положение. При этом риски на фундаменте должны совпадать с рисками
на колышках.
Положение фундаментов в плане проверяют с помощью
теодолита, а соответствие высотных отметок фундаментов и дна
стаканов — нивелиром относительно временных реперов.
Монтаж колонн легкого типа обычно ведут с
предварительной раскладкой (вершинами к фундаментам) непосредственно у
мест их подъема. Тяжелые колонны укладывают основанием к
фундаментам и поднимают с поворотом в вертикальной
плоскости (рис. 10.5).
До подъема колонны проверяют расстояние от низа колонны
до плоскости подкрановой консоли, а при отсутствии консолей —
до плоскости опирания конструкций покрытия. При
необходимости производят «подливку» дна стакана цементным раствором.
Установку колонн начинают только после того, как этот раствор
набрал не менее 70 % проектной прочности.
Перед подъемом на четыре грани колонны наносят осевые
риски, а также риски осей подкрановых балок. Колонну,
установленную в стакан фундамента, центрируют до совпадения
рисок с рисками на верхней плоскости фундамента.
При монтаже центрифугированных колонн круглого
(трубчатого) сечения их стропуют при помощи захвата со штырем,
который пропускается через специально устраиваемое отверстие
в верхней части колонны. При этом инструментальная выверка
колонны производится по имеющимся на колонне рискам, а рас-
строповка — при помощи дистанционного устройства,
выдергивающего штырь.
После проверки теодолитом вертикальности колонн и
нивелировки плоскостей на торцах или консолях выверенные
колонны закрепляют в стакане фундамента с помощью кондукторов
или стальных, деревянных и железобетонных клиньев.
Железобетонные клинья после выверки колонны не удаляют, а оставля-
Рис. 10.5. Способы подъема железобетонных колонн:
а — легких; 6 — тяжелых
145
ют в бетоне. Их устанавливают по два у каждой грани колонн
шириной более 400 мм.
Колонны высотой более 12 м дополнительно раскрепляют
инвентарными расчалками в плоскости их наименьшей
жесткости. Первые две колонны ряда раскрепляют крестообразно,
последующие — подкрановыми балками, которые устанавливают
по достижению бетоном в стыках колонн фундаментов 70 %
проектной прочности.
Подкрановые балки монтируют после геодезической проверки
отметок и положения опорных площадок подкрановых консолей
колонн.
Фермы и балки покрытия обычно монтируют непосредственно
с транспортных средств. При необходимости их укрупнения места
подъема фермы и балки размещают в монтируемом пролете и
раскладывают таким образом, чтобы кран с каждой позиции мог
беспрепятственно (без оттяжки) устанавливать ферму и по
возможности без передвижек укладывать плиты покрытий
(рис. 10.6).
Стропильные фермы и балки покрытия монтируют после
установки и закрепления всех нижележащих конструкций каркаса
здания. Перед подъемом на фермы и балки навешивают
инвентарные распорки и люльки монтажников. Правильность
положения балок и ферм, смонтированных на колоннах, контролируют
совмещением соответствующих рисок.
Для временного закрепления и рихтовки балок и ферм
применяют специальные приспособления. После подъема и
установки первую ферму или балку раскрепляют расчалками, а
последующие — с помощью специальных распорок из расчета не менее
двух распорок для ферм пролетом 24...30 м. Расчалки и
распорки снимают только после установки и приварки панелей покрытия.
Рис. 10.6. Схема монтажа конструкций покрытия:
/ - панели покрытия; 2 подстропильные фермы; 3 — смонтированный участок
панелей покрытия; 4 — стропильные фермы; 5 — монтажный кран
146
Панели покрытия монтируют после приемки по акту ранее
смонтированных несущих конструкций здания. Их следует укла^-
дывать начиная с середины пролета с симметричной загрузкой
фермы в обе стороны. Плиты приваривают к закладным
деталям и освобождают от стропов только после приварки в трех
точках. После установки плит замоноличивают стыки.
Стеновые панели монтируют после окончательного
закрепления всех элементов каркаса. Монтаж крупноразмерных
стеновых панелей длиной до 12 м обычно ведут стреловыми кранами
на пневмоколесном ходу, непосредственно с транспортных
средств. Мелкоразмерные стеновые панели складируют по
периметру здания из условия монтажа на всю его высоту.
Панели монтируют с люлек или передвижных подмостей
башенного типа, устанавливаемых с наружной стороны стены.
Крепление стеновых панелей производят путем сварки
закладных частей и заделки стыков.
Монтаж многоэтажных зданий с железобетонным каркасом.
Такие здания производственного или административно-бытового
назначения обычно имеют сетку колонн 6X6 или 6X9 м и
балочную или безбалочную конструкцию.
Их монтируют башенными или стреловыми кранами.
Устанавливают краны так, чтобы не было «мертвых» зон и возможности
столкновения стрел кранов или поднимаемых грузов.
Для удобства монтажа здания делят в плане на монтажные
блоки, обычно ограниченные температурными швами; по
вертикали — на ярусы, которые могут быть высотой в один этаж (при
высоте колонн в один этаж) или в два этажа (при высоте колонн
в два этажа).
Колонны первого этажа устанавливают на оголовки колонн
фундаментов или в стаканы фундаментов по достижении
бетоном в стыке 50 % проектной прочности летом и 100 % — зимой.
Для временного закрепления и выверки колонн применяют
кондукторы. Для закрепления и выверки колонн высотой более 12 м
кроме кондукторов применяют жесткие подкосы,
устанавливаемые в плоскости наименьшей жесткости колонн. Для
монтажа колонн последующих этажей применяют групповые
кондукторы (рис. 10.7).
Так, например, для монтажа многоэтажных зданий
каркасной конструкции с двухэтажными колоннами применяют рам-
но-шарнирные индикаторы (РШИ), которые представляют собой
групповой кондуктор с шарнирно закрепленной на нем рамой с
уголковыми упорами для крепления оголовком четырех или в
зависимости от конструкции кондуктора восьми колонн. РШИ
устанавливают через ячейку. Установив в индикаторе колонны,
приступают к установке ригелей, а затем сваривают закладные
части и замоноличивают стыки.
Монтаж плит перекрытий начинается с установки
распорных плит, приварки их в четырех углах к ригелям и
соединения между собой накладками. Затем укладывают остальные пли-
147
I -1
<o '
re '£
cq
9. * ■»
Q- q X
О eg CU
x a !
^ g n.
d 5 re
I
si
re x
E <a
X
2
CQ
О
С
*" J,*
* if*
si*
a;
£ Я
с о £
о I vo
E^ £
S .. H
EC re "
2 E I
d re I
Л oj со
Си 'J-Г ^
«s«
* и 5
a!?
... со
SZ9f
(090£)09££ *(OW)OOU
ты. Замоноличивают стыки бетоном М200 на мелком щебне или
гравии.
Для обеспечения устойчивости и жесткости конструкции
заделку, сварку закладных частей и замоноличивание всех
рабочих стыков следует вести вслед за монтажом.
Проекты некоторых серий многоэтажных зданий допускают
возможность ведения монтажных работ высотой до четырех
этажей без замоноличивания швов. Однако, как показал печальный
опыт ряда аварий, еще в процессе монтажа более надежным
решением является устройство и заделка стыков вслед за
монтажом очередного яруса, установка вертикальных связей в
продольном направлении, а при возможности — и попутная навеска
наружных стеновых ограждений.
При возведении производственных многоэтажных зданий
рекомендуется также по ходу монтажа несущих конструкций
здания монтировать и основное технологическое оборудование.
Такое совмещение исключает необходимость устройства
монтажных проемов, сложных и небезопасных такелажных операций,
позволяет вести одновременно с монтажом послемонтажные
работы, а в конечном итоге сокращает сроки строительства.
Монтаж зданий методом подъема перекрытий. Этот метод
сводится к следующему: изготовление на уровне земли пакета
плит перекрытий: последовательное вертикальное перемещение на
проектные отметки этих плит с помощью домкратов,
закрепленных на колоннах здания; закрепления поднятых перекрытий в
проектном положении (рис. 10.8).
Данная технология позволяет возводить в сжатые сроки
здания с плоскими безбалочными перекрытиями, сложной
конфигурации в плане и со свободной планировкой.
Метод может найти применение в основном при
строительстве многоэтажных гостиниц, административных зданий,
гаражей, многоэтажных промышленных зданий и др. Благодаря не-
разрезности конструкций и укрупнению монтажных элементов
стоимость изготовления конструкций зданий, монтируемых
методом подъема перекрытий, на 10...20 % ниже по сравнению с
полнообъемным строительством. Этот метод особенно экономичен в
районах, удаленных от баз строительной индустрии, в зонах
повышенной сейсмичности и при строительстве на просадочных
грунтах, где необходима высокая пространственная устойчивость
зданий.
При возведении зданий методом подъема перекрытии на
уровне земли или перекрытия подвала бетонируется пакет плит
перекрытий (начиная с подвала). Между плитами наносится
распылителем разделительная пленка, которая исключает
сцепление вышележащей плиты с нижней. В плитах прокладывают
необходимые коммуникации и в местах пересечения с окнами
устраивают отверстия, обрамленные металлическими воротниками,
приваренными к арматуре плиты и имеющими отверстия для
пропуска тяг домкратных подъемников.
149
Рис. 10.8. Схема монтажа здания методом подъема этажей
а — непосредственно на проектные отметки с установкой подъемников в верхней
части ядра жесткости; б — с промежуточными стоянками с установкой подъемников
на последовательно наращиваемые колонны; / — краны для наземной укрупнитель-
ной сборки конструкции этажа; 2— железобетонная башня- ядро жесткости; 3—
этаж в процессе подъема; 4 — этажн в проектном положении; 5 — подъемные
домкраты; 6 — подъемные тяги; 7 — отверстия для крепления этажей; 8 — пакет плит
перекрытий; 9 — колонна наращиваемого яруса; 10 — подъемные тяги яруса; // -
подъемник; 12— кран для наращивания колонн; 13...16 — этажи монтируемого
здания
Плиты перекрытий поднимают с помощью гидравлических
или электромеханических подъемников с индивидуальным
приводом грузоподъемностью 50... 100 т. Подъемники устанавливают
в обхват в любом месте по высоте колонны. Работа подъемников
синхронизирована и осуществляется с одного пульта управления.
Монтаж зданий производят в такой последовательности: после
подъема плиты чердачного прекрытия и временного закрепления
ее на колонне поднимают остальные плиты, которые также
закрепляют временно с помощью закладных элементов, за
исключением плит перекрытий первого и второго этажа, которые
закрепляют окончательно в проектном положении. После
наращивания очередного яруса колонн и перестановки подъемников
подъем перекрытий производят в той же последовательности до
закрепления всех перекрытий на проектных отметках.
Метод подъема этажей применяется в основном при
строительстве многоэтажных жилых зданий. При этом методе
строительства на перекрытие перед его подъемом монтируют
стеновые панели, перегородки, коммуникации и т. д. Затем готовый
этаж зданий поднимают с помощью домкратных подъемников на
нужную отметку и закрепляют в проектном положении. После
этого приступают к монтажу следующего этажа.
Монтаж железобетонных оболочек. Такие оболочки могут
оказаться более экономичными по сравнению с перекрытиями
150
йз линейных и плоских конструкций — для зданий, где
необходимы большие пролеты без промежуточных опор.
В Советском Союзе применяют преимущественно сборно-
монолитные оболочки двоякой положительной кривизны из пло
ских однотипных элементов заводского изготовления.
Различают два основных метода сборки сборно-монолитных
оболочек:
сборку на уровне земли (на нулевых отметках в зоне
монтажа) производят на специальном пространственном кондукторе
кружальной конструкции с последующим подъемом цельносбор-
ной оболочки в проектное положение. Оболочки, доступные по
своей массе для кранового монтажа, например 18Х 18 м,
устанавливают в проектное положение кранами, а более тяжелые
оболочки поднимают при помощи специальных домкратных
подъемников;
сборку на проектных отметках осуществляют двумя
способами: на монтажных поддерживающих устройствах или с опирани
ем укрупненных элементов оболочки на несущие конструкции
здания.
Сборку оболочек на монтажных поддерживающих
устройствах применяют при монтаже покрытий промышленных
зданий или устройстве отдельно стоящих большепролетных
оболочек.
При строительстве многопролетных промышленных зданий,
перекрытых оболочками двоякой кривизны размером 24X24 или
36X36 м, применяют инвентарные кондукторы, передвигающиеся
с позиции на позицию по рельсам. Работы проводят в такой
последовательности. В пролете (или одновременно в нескольких
пролетах) устанавливают и поднимают в рабочее положение
кондукторы в виде сетчатой кружальной конструкции,
повторяющей очертания оболочки. На колонны устанавливают контурные
фермы, затем от контуров оболочки к ее центру укладывают
сборные плиты, сваривают стыковые соединения и замоноличи-
вают их. После достижения бетоном в стыках 70 % проектной
прочности оболочку раскружаливают, кондуктор опускают в
транспортное положение и передвигают по рельсам на смежную
позицию.
Сборку на проектных отметках осуществляют также и с опи-
ранием на несущие конструкции здания (рис. 10.9). При этом
применяют предварительную наземную укрупнительную сборку
и грузозахватные устройства, исключающие возникновение в
элементах монтажных напряжений.
Этим методом можно собирать оболочки двоякой кривизны
размером 12X 18...24Х 36 м, устанавливая укрупненные элементы
непосредственно на контурные фермы оболочек. Элементы
укрупняют на земле в зоне действия монтажного крана на
специальных передвижных стендах-кондукторах.
Байтовые висячие покрытия являются разновидностью
железобетонных оболочек. Они состоят из железобетонного контура с
151
Рис. 10.9. Сборка оболочек на проектных отметках:
а — двоякой кривизны; б — цилиндрических; 1 — контурные фермы; 2 — временные
монтажные затяжки; 3 — траверса; 4 — временные опоры; 5 — монтажный край
натянутой на него сеткой стальных канатов (вант) и
уложенных по ним сборных железобетонных плит.
Байтовая сеть состоит из продольных и поперечных
стальных канатов, расположенных по главным направлениям
поверхности оболочки под прямым углом друг к другу. Концы вант
заанкеривают с помощью специальных гильз в опорном
железобетонном контуре оболочки.
Висячие покрытия (рис. 10.10) монтируют следующим
образом. На железобетонный контур натягивают вантовую сеть из
стальных канатов, обеспечивающую заданную проектом кривизну
оболочки. По канатам укладывают сборные железобетонные
плиты покрытия и их временную пригрузку в виде равномерной
загрузки оболочки штучным грузом (например, кирпичом), вес
которого обычно принимают равным весу кровли и временной
нагрузки. Замоноличивают швы между сборными плитами
оболочки. После достижения бетоном проектной прочности
временную пригрузку снимают. Указанным способом в железобетонных
плитах создают предварительное напряжение, и они включаются
в общую работу покрытия, что уменьшает деформативность
висячей конструкции. Затем сооружают кровлю, подвесной
потолок и т. д.
Купольные покрытия также монтируют на проектных
отметках. При этом для куполов диаметром до 40...50 м практикуется
метод навесной сборки (рис. 10.11). Сущность этого метода
сводится к следующему: используя сферическую форму купола, в
его центре устанавливают мачту или башенный кран. Для
монтажа сборных трапецеидальных в плане железобетонных элементов
используют легкую ферму-сегмент, опирающуюся одним концом
на поворотное устройство, закрепленное на матче или на
неповоротной башне крана, а другим на тележку, движущуюся по
рельсовому пути по опорному кольцу купола.
152
Ж= 57Ж^ЖГГ#Т ЖЖЖТГТТЖТТ-Рл
О
б)
2Ш i 5 6
А /Л
Рис. 10.10. Схема монтажа Байтового покрытия:
а — сборка колец центрального барабана;
б—раздвижка колец барабана; в — схема покрытия; 1 — временная
опора; 2 — клетка для сборки и опускания нижнего
кольца; 3,4 — нижнее и верхнее кольцо барабана; 5 —
5 — домкраты; 6 - постоянные стойки; 7 — домкратные
узлы
Монтаж купола начинают с нижнего кольцевого пояса
(яруса) . Консольный конец панели закрепляют на весу специальным
инвентарным устройством, после чего ферма-шаблон
перемещается на смежную позицию. После сборки первого яруса, сварки
закладных частей и замоноличивания швов начинается сборка
второго яруса и т. д.
153
Рис. 10.11. Монтаж купола методом навесной сборки:
/ - оттяжка канатная; 2 — скоба-упор; 3 — стяжная муфта; 4 — монтажный элемент
купола
10.4. Монтаж крупнопанельных
и объемно-элементных зданий
В жилищном строительстве нашей страны наибольшее
распространение получил метод полносборного строительства.
Полносборные здания возводят из крупных, преимущественно
легкобетонных блоков панелей и объемных элементов. К
полносборным зданиям относят здания в крупнопанельном
исполнении с ядром жесткости из монолитного железобетона, а также
здания, возводимые методом подъема перекрытий.
Монтаж крупнопанельных зданий. Крупнопанельное
строительство, отличаясь высокой степенью технологичности и
универсальности, позволяет в короткие сроки возводить из
унифицированных крупнопанельных конструкций здания от 1 до 25...30
этажей с разнообразными архитектурно-планировочными
структурами.
Различают следующие конструктивные схемы
крупнопанельных зданий: бескаркасные, с неполным каркасом и каркасно-
панельные.
В массовом жилищном строительстве наиболее
распространены бескаркасные крупнопанельные дома с несущими попереч-
154
ньши стенами. Каркасно-панельную конструктивную схему
применяют преимущественно для многоэтажных жилых и
общественных зданий.
В зависимости от конструктивной схемы' и принятой
технологии может иметь место различная последовательность монтажа
крупнопанельных зданий. Однако во всех случаях при этом
должны быть обеспечены неизменяемость и устойчивость каждой
смонтированной ячейки здания, прочность стыковых соединений,
возможность выполнения послемонтажных процессов в ранее
смонтированной части здания и безопасность производства
работ.
Точность монтажа крупнопанельных зданий достигается за
счет строгого соблюдения допусков при изготовлении сборных
элементов и применения монтажного оснащения, позволяющего
ограничивать перемещение сборных элементов при их установке
в проектное положение.
Крупнопанельные дома, как правило, монтируют с
транспортных средств.
Бескаркасные крупнопанельные дома с несущими
поперечными стенами обычно монтируют в такой последовательности;
вначале устанавливают панели поперечных несущих стен, затем
панели наружных стен, санитарно-технические кабины,
лестничные марши и площадки, панели перекрытий. При двух
модульных панелях (панель на две комнаты) технологичнее начинать
монтаж с установки панелей наружных стен.
Бескаркасные крупнопанельные дома с несущими
продольными стенами монтируют обычно в такой последовательности:
вначале устанавливают маячные панели, образующие угол секции,
затем монтируют панели наружной продольной стены, удаленной
от монтажного крана; внутренние панели и панели продольной
стены, ближней к монтажному крану.
Для точной установки панели в проектное положение
применяют штыревые или другие фиксирующие приспособления.
Наружные стеновые панели устанавливают без фиксаторов, по
наружным граням стен.
При свободном методе монтажа панели в проектное
положение устанавливают с помощью индивидуального монтажного
оснащения в виде жестких подкосов со стяжными муфтами,
накидными струбцинами и другими приспособлениями. Подкосы
крепят к панелям перекрытий за монтажные петли или с
помощью захватных приспособлений, закрепленных в отверстиях,
устроенных в панелях.
Некоторые типы крупнопанельных домов с несущими
поперечными стенами возводят ограниченно-свободным методом
монтажа, при котором применяют групповое монтажное оснащение
в виде объемных кондукторов — установщиков базовых панелей,
шарнирных связей и др. В процессе монтажа, который ведут по
обе стороны от кондуктора, панели закрепляют с помощью
калиброванных трубчатых связей.
155
При монтаже многоэтажных бескаркасных крупнопанельных
зданий сравнительно сложно обеспечить высокую
пространственную точность установки панелей, в том числе и соосность
элементов по высоте здания. Для этих целей может быть
использован метод пространственной самофиксации, который
заключается в том, что при изготовлении панелей в них с высокой степенью
точности закрепляют фиксирующие металлические части,
образующие при сопряжении панелей замковые соединения. При этом
монтажную оснастку используют лишь для установки базового
(первичного) элемента, а точнее, расположение последующих
элементов обеспечивают элементы, установленные ранее.
Жилые и общественные здания повышенной этажности
выполняют каркасно-панельными.
Каркасно-панельные здания монтируют башенными, башенно-
стреловыми или приставными кранами поярусно. Высоту яруса
в соответствии с высотой колонн принимают в два этажа. Для
каркасных зданий с неполным каркасом высота яруса равна
одному этажу.
Основное технологическое требование, предъявляемое к
монтажу каркасно-панельных зданий, — это обеспечение жесткости
и устойчивости каркаса в процессе и после завершения монтажа.
Для этого каждый ярус здания монтируют отдельными блоками
из четырех колонн, ригелей и плит перекрытий на два этажа.
Монтаж смежного блока начинают после сварки и замоноличи-
вания всех стыковых соединений, а каждого очередного яруса —
после выполнения этих работ на нижерасположенном ярусе.
В верхней части кондуктора имеется шарнирная рама с
угловыми фиксаторами, с помощью которых оголовки
устанавливаемых колонн приводят в проектное положение. Кондуктор имеет
выдвижные площадки, расположенные в уровнях первого и
второго этажей. С этих площадок ведут монтажные и сварочные
работы, связанные с установкой ригелей.
Монтаж очередного яруса здания начинают с установки
четырех кондукторов, соединенных продольными и поперечными
тягами. Таким образом, на первой позиции групповой кондуктор
обеспечивает установку в проектное положение 16 колонн. По
мере завершения монтажа блоков кондукторы переставляют и
на каждой последующей позиции устанавливают по восемь
колонн.
При применении групповых кондукторов (рис. 10.12)
монтажные работы выполняют в такой последовательности:
устанавливают в двух смежных кондукторах восемь колонн, а затем —
ригели первого и второго этажей, диафрагмы жесткости,
вентиляционные блоки и перегородки. Затем между двумя смежными
блоками монтируют плиты перекрытий, обеспечивающие
пространственную жесткость конструкций, убирают выдвижные
площадки, а кондукторы переставляют на смежную позицию. В
освобожденных от кондукторов ячейках монтируют плиты перекрытий
двух этажей.
156
J 4,
,^^Ш"~Ф
it—+Ж+
4*j—[ii m
-a a
-41
i r
fin «J
1X1
«H-
IH-
®®®®®®®®® (i)
Рис. 10.12. Схема расстановки групповых кондукторов при монтаже
каркасных многоэтажных зданий (скрепками показано направление
перестановки кондукторов):
/ — групповой кондуктор; 2 — колонны; 3,4 — продольная и поперечная тяги
Монтаж зданий из объемных элементов. Сущность метода
состоит в сборке зданий из изготовленных и полностью отделанных
и оборудованных в заводских условиях объемных элементов.
По способу изготовления различают типы цельноформованных
объемных элементов: пятистенный блок типа «колпак» со
сборной панелью пола; блок типа «стакан» с панелью потолка;
пятистенный блок с приставной наружной стеновой панелью.
По конструктивному исполнению различают конструктивные
схемы объемно-элементных зданий: из несущих блоков размером
на комнату, пролет здания или квартиру; самонесущих блоков
с опиранием на каркас здания.
По способу опирания различают блоки, опертые по контуру,
блоки с точечным опиранием по четырем углам и частичным
опиранием с консольно выступающей частью.
В ряде стран имеются различные технологические решения.
Так, некоторые финские фирмы строят дома из объемных блоков
размером по ширине на комнату, а по длине — на пролет здания.
Блоки собираются из сборных ребристых панелей в кондукторах
и полностью отделываются на заводах.
Шведские фирмы применяют комбинированный метод, при
котором здания собираются из объемных элементов и плоских
панелей. Объемный блок включает в себя санитарно-технический
узел и кухню. Такой блок изготовляется, отделывается и
полностью начиняется инженерным оборудованием на заводе.
В Советском Союзе наибольшее распространение получил
метод возведения зданий из блоков размером на комнату, более
Технологичных в изготовлении, транспортировке и монтаже.
Монтаж объемных элементов следует вести непосредственно
с транспортных средств, при этом должна быть обеспечена
точность их установки при высоком темпе монтажных работ.
Здания высотой до пяти этажей прямоугольной
конфигурации в плане можно монтировать козловыми или любыми другими
Кранами, а высотой выше пяти этажей или ломаной конфигура-
157
ции в плане-—с помощью
стреловых, башенных или
самоходных кранов с башен-
но-стреловым
оборудованием.
Монтаж зданий из
объемных блоков размером на
комнату с помощью
башенного крана ведут поэтажно
«на себя» с
последовательным фронтальным
движением крана по периметру
здания (рис. 10.13).
Объемные элементы
доставляют в зону действия
монтажного крана на
специальных трайлерах.
Устойчивость блока и сохранность
обеспечиваются за счет
низкой посадки платформы
трайлера, крепежных
приспособлений и специальных
амортизационных устройств.
Блоки доставляют по
часовому графику.
При транспортировании
и монтаже блоки
необходимо защищать от
атмосферных осадков специальными
полимерными
водоотталкивающими обмазками или чехлами из синтетической пленки.
Объемные элементы имеют большую массу, несимметрично
расположенный центр тяжести и значительные боковые
поверхности, создающие даже при небольшом ветре «парусность»,
поэтому для их уравновешивания и стабилизации при подъеме
применяют балансирные траверсы.
Точность установки блоков на первом этаже контролируется
с помощью теодолита, а на последующих этажах они
устанавливаются заподлицо с элементами нижележащего этажа с
выверкой по вертикали по отвесу, а в продольном направлении по
фасаду — теодолитом. Монтаж очередного этажа начинается
после сварки и заделки всех узлов нижележащего этажа. Стыки
между блоками заделывают звукоизоляционным материалом, а
швы по фасаду — специальными герметиками или мастиками.
По завершении монтажа очередного этажа здания производят
стыкование инженерных коммуникаций (водопровод,
канализация, отопление и т.д.).
Наряду со строительством стационарных зданий принцип
объемно-блочного домостроения используется при производстве так
Рис. 10.13. Монтаж зданий из объемных
блоков:
/ — трос; 2 — траверса
158
называемого мобильного жилища. Так, например, в некоторых
странах выпускаются дома-трайлеры. Такие одноквартирные
дома площадью 50...60 м2 собирают из легких конструкционных
материалов и монтируют на полуприцепах. Монтаж дома-трайлера
сводится к установке на выбранной позиции фиксации колес
шасси и подключению к коммуникациям. Идея создания мобиль
ного жилища (контейнеризация жилища) частично реализуется
и в отечественной практике в основном за счет создания
мобильных транспортабельных жилых блоков, рассчитанных на
доставку в отдаленные необжитые районы страны железнодорожным
или воздушным транспортом.
10.5. Заделка стыков железобетонных конструкций
Заделка стыков является трудоемкой и ответственной частью
монтажного процесса. Это объясняется малым объемом полостей
замоноличивания (0,01...0,18 м3) и их рассредоточенностью.
От качества заделки стыков зависят пространственная
жесткость и устойчивость сооружений и эксплуатационные качества
зданий (звукоизоляция, влаго- и воздухопроницаемость,
огнестойкость закладных деталей, внешний вид фасадов).
В общем случае заделка стыка состоит из следующих
процессов: сварки и защиты закладных деталей от коррозии,
замоноличивания стыков раствором или бетонной смесью, их
герметизации (преимущественно для стеновых панелей).
Сварка арматурных выпусков и закладных деталей является
ответственной операцией.
Поверхность сварных соединений должна быть гладкой,
мелкочешуйчатой, не иметь подрезов, недоваров, пор и других
видимых дефектов. Сварщик ставит клеймо на заваренные им стыки
и заносит данные о выполнении сварочных работ в журнал.
Для обеспечения надежности стыковых соединений
производится антикоррозионная защита закладных деталей или
выпусков арматуры. В условиях строительной площадки — это
нанесение под давлением методом газоплазменного напыления
порошкового цинка (металлизация).
Заделка стыков бетоном и раствором производится вручную
или с помощью пневмонагнетателей иди других устройств,
обеспечивающих нагнетание бетона под давлением. Бетон для
заделки рабочих стыков, т. е. воспринимающих расчетные усилия,
приготовляют на крупнозернистом песке, портландцементе или
быстротвердеющих цементах марки не ниже 400.
Средства механизации для заделки стыков выбирают с учетом
объемов и трудоемкости работы. Так, например, следует
учитывать, что трудоемкость заделки стыков песчаным раствором с
помощью насоса или пневмотранспортной установки составляет
около 2,5 чел-ч/м3, что почти в 5 раз меньше, чем при заделке
вручную.
Замоноличивание стыков в одноэтажных промышленных зда-
159
ниях производят между колоннами и фундаментами, колоннами
и фермами, плитами покрытий и стеновыми панелями.
Стыки сборных железобетонных конструкций многоэтажных
промышленных зданий заделывают следующим образом: в
процессе монтажа к центрирующим прокладкам ранее
смонтированных колонн приваривают рихтовочные пластины, толщину
которых уточняют по месту. После выверки стальные оголовки
колонн соединяют с помощью приварки стержней. Затем зазор
между оголовками колонны, равный по толщине не менее 40 мм,
зачеканивают жестким раствором М300, а весь стык покрывают
металлической сеткой и замоноличивают.
При устройстве стыков колонн с ригелями производят
ванную сварку выпусков арматуры, а также сварку закладных
деталей ригелей и консолей колонн и последующее замоноличива-
ние стыка.
Замоноличивание стыков пространственных конструкций
должно обеспечивать монолитность и жесткость сооружения,
искусственно расчлененного на монтажные элементы. Так как при
длительном выдерживании незамоноличенной конструкции в сборных
элементах могут возникать пластические деформации,
длительность замоноличивания пространственных конструкций должна
быть минимальной.
Стыки крупнопанельных зданий требуют особо тщательной
заделки, так как к ним предъявляются жесткие
эксплуатационные требования. Они должны быть водо- и
воздухонепроницаемыми, обеспечивать необходимую звуко- и теплоизоляцию и
компенсировать температурные и усадочные деформации панелей
(рис. 10.14).
Стыки в наружных стенах крупнопанельных зданий обычно
устраивают в такой технологической последовательности:
выверяют и окончательно закрепляют панели, укладывают
утеплитель, сваривают закладные части, сваривают или сопрягают
монтажные выпуски, производят антикоррозионную защиту,
заполняют вертикальные полости стыка бетоном и устраивают
наружные герметизирующие
прокладки. Для герметизации стыков
применяют гидроизоляционный
пороизол, изол, полиизол и
мастики — бутиленовые и тиоколовую.
Пороизол — пористый материал,
выпускаемый в виде полос,
предназначен для герметизации
горизонтальных или (в виде жгута)
вертикальных швов. При укладке
пороизол покрывают изолом, кото-
Рис. 10.14. Горизонтальный стык рый придает ему влагонепроницае-
крупнопанельного здания: мость ц обеспечивает надежное
/ -мастичная заделка; 2 - раствор; прикрепление К бетону.
3 - герметик; 4 вкладыш-утепли- г t- J
тель; 5 — панель перекрытия МаСТИКу ИЗОЛ, В СОСТЭВ КОТОрОИ
160
входят обработанная резина, битум, канифоль, асбест и
другие компоненты, поставляют на стройки в виде жидкой вязкой
массы.
В крупнопанельных зданиях стыки наружных стен
целесообразно герметизировать по окончании монтажа с подвесных люлек
йЛи самоходных вышек. Зазоры стыков очищают, покрывают
их изолом, используя пневматический аппарат, заводят прокладки
пороизола специальным роликом. При этом прокладки (с учетом
их сжатия) должны быть на 30...35 % больше толщины зазора.
При герметизации стыков наружных стеновых панелей тиоко-
ловыми мастиками последние наносят с помощью шприца.
Заделка стыков в зимних условиях. Незначительный объем
бетона, укладываемого в стык, и высокий модуль поверхности
(в пределах от 25 до 100) приводят в зимних условиях к
быстрому охлаждению бетона в стыке. Так, например, стык между
наружными стеновыми панелями (модуль поверхности 60) при
начальной температуре бетона +20 °С и наружной температуры
воздуха —20 °С остывает до температуры 0 °С в течение 5...
8 мин.
Прочность бетона в стыке, которую необходимо достичь до
замораживания, зависит как от характера конструкции, так и
срока ввода ее в эксплуатацию. Например, в крупнопанельных
зданиях в вертикальных стыках стеновых панелей она должна
быть к моменту замораживания не менее 50 % от проектной.
Для сборно-монолитных оболочек прочность бетона в швах к
моменту замораживания должна быть не менее 70 % проектной,
что необходимо для раскружаливания конструкций. Для
стыковых соединений конструкций, загружаемых полной
эксплуатационной нагрузкой до оттаивания, необходимо получить до
замораживания 100 %-ную прочность бетона и т. д.
Для достижения бетоном или раствором до замораживания
требуемой критической или проектной прочности следует
предварительно прогревать раствор или бетон, а также полость стыка;
укладывать подогретый бетон или раствор до температуры не
менее 20 °С с последующим поддержанием необходимой
температуры изотермического прогрева. Конечную прочность бетона в
стыке следует назначать в 1,5...2 раза выше проектной прочности
бетона стыкуемых элементов, что позволяет после 1...1.5 сут
прогрева получать 50...70 % прочности бетона от проектной.
Для заделки стыков следует применять быстротвердеющие
бетоны и растворы на портландцементе М500 или
быстротвердеющие цементы.
В зависимости от типа стыкуемых конструкций применяют
следующие способы заделки стыков.
Метод замораживания применяют для стыков, в которых
бетон не передает усилия между стыкуемыми элементами, а
служит в основном для заполнения полости стыка (например,
продольные швы между панелями перекрытий жилых зданий).
При заделке стыков можно применять химические добавки:
6 -721
161
хлористый кальций СаС12, хлористый натрий NaCl, поташ КгСо.
и нитрит натрия NaN03. Для заделки армированных стыков При!
меняют поташ и нитрит натрия, которые не вызывают коррозиц
стали.
Ускорение твердения бетона в стыках может быть обеспечено
за счет применения различного рода электронагревательных
устройств или непосредственно прогрева бетона электрическим
током.
Цилиндрические электропередачи устанавливают
непосредственно в бетон заделки и соединяют последовательно. При
мощности такого устройства 100... 150 Вт продолжительность
изотермического прогрева стыка не превышает 24 ч.
Для периферийного обогрева бетона в открытых стыках
иногда применяют инфракрасный прогрев при помощи печей
сопротивления, состоящих из отражателя параболической формы
и расположенного в их фокусе нагревателя.
При незначительном объеме бетона в заделке стыка и
круговом доступе к стыку (например, в стыках колонн, балок, поясов,
ферм) рационально применять так называемую греющую
опалубку.
Для прогрева малообъемных стыков вертикально или
горизонтально сопрягаемых элементов, доступных со всех сторон
(колонны, балки, пояса ферм), применяют индукционный прогрев.
В этом случае на поверхность опалубки стыка наматывают
изолированный провод, через который пропускают переменный ток,
создающий магнитное поле и циркуляцию в арматуре (при
деревянной опалубке) или в опалубке (при металлической опалубке)
электрического тока с выделением теплоты. Метод индукционного
прогрева наиболее целесообразен для прогрева густоармирован-
ных стыков каркасных зданий.
Электродный прогрев бетона в стыках требует меньшего (по
сравнению с другими способами) расхода энергии и позволяет
в более короткие сроки получить необходимую прочность бетона.
Однако для густоармированных стыков, где не исключена
возможность замыканий, и для тонких стыков с высоким модулем
поверхности, где бетон может быть пересушен, применять
электродный прогрев не рекомендуется.
10.6. Монтаж металлических конструкций
Металлические конструкции применяют в тех случаях, когда
использование железобетона по техническим причинам
невозможно или экономически неоправданно.
Наряду с традиционными в строительстве все большее
применение находят легкие металлические конструкции в виде
структурных и мембранных покрытий, конструкции из легких
сплавов, специальных профилей, тонкостенных балок и др.
Комплексное их применение позволяет экономить около 25 % стали и на
15...20 % снизить трудоемкость монтажных процессов.
162
Особенности металлических конструкций определяют техно-
оГИческие требования к их монтажу. Это — повышенная дефор-
мативность при перевозке, складировании и монтаже метал-
пйЧеских конструкций (потеря устойчивости в горизонтальном
^правлении, вмятины, повреждения фасонок, фрезерованных
т0рцовых поверхностей и стыковых кромок и т. д.). Поэтому
перевозка и хранение металлических конструкций (за
исключением колонн, секций вертикальных конструкций и некоторых
других) производятся в проектном положении, нижние и верхние
пояса ферм при необходимости усиливают деревянными
пластинами, при строповке универсальными тросами в обхват
устраивают прокладки, которые предохраняют стропы от перетирания,
а конструкции из легких сплавов — от местного смятия.
Металлические конструкции в большинстве случаев
доставляются с заводов-изготовителей в виде отправочных марок
(полуфермы, структурные плиты, секции башен, элементы кожухов
доменных печей и др.). При монтаже необходима укрупнительная
сборка до проектных размеров конструкции.
Высокая точность изготовления металлических конструкций
предопределяет повышенные требования к точности их монтажа.
При монтаже металлических конструкций могут иметь
место два технологических метода: сборка на проектных отметках
из линейных и плоских элементов или пространственных
монтажных блоков, предварительно собранных на земле; установка в
проектное положение предварительно собранного на земле
сооружения. Этот метод применяют при монтаже опор линий
электропередачи, башен радиоантенн, воздухонагревателей доменных
комплексов, технологических колонн химических предприятий,
обелисков и др.
Монтаж металлических конструкций каркасов зданий.
Перед началом монтажа производят приемку фундаментов, при
этом проверяют главные оси сооружения, правильность и
надежность закрепления высотных реперов, продольные и
поперечные оси колонн, нанесенные в виде рисок на фундаменты,
расположение анкерных блоков и отметки опорных поверхностей
фундаментов. При этом нужно иметь в виду, что от точности
выполнения фундаментов зависит и точность монтажа вышележащих
конструкций.
При монтаже металлических конструкций одноэтажных
промышленных зданий применяют метод секционной сборки, т. е.
с помощью монтажного крана или комплекта из нескольких
Кранов устанавливают все элементы, образующие жесткую блок-
секцию каркаса, и затем переходят к сборке очередной секции.
Стальные колонны устанавливают на бетонных фундаментах,
в которые заделаны анкерные болты, обеспечивающие проектное
Положение колонн в плане. Наличие клюзов (шахтных отверстий
У анкерных болтов) позволяет за счет отгиба анкеров несколько
исправлять неточность их установки.
Для установки колонн, имеющих фрезерованные подошвы
6*
163
башмаков, поверхность фунда
мента бетонируют до проект
ной отметки с отклонениями не
более ±2 мм.
При монтаже
металлических конструкций широко прй_
меняют безвыверочный метод
монтажа. Безвыверочный Ме_
тод монтажа — это монтаж
конструкций и оборудования
имеющих высокую точность
обработки контактных
поверхностей, отверстий и гнезд в
стыках, без дополнительных
перемещений (выверки).
Для стальных колонн без-
J II "Т/ выверочный метод монтажа
предусматривает установку
колонны на заранее выверенные
фрезерованные опорные плиты,
что исключает в дальнейшем
выверку самих колонн и
подкрановых балок (рис. 10.15).
После выверки с помощью
ЩЩ/ выверочных болтов
расположения плит в плане и с
точностью + 1 мм по вертикали
под плиты подливают
цементный раствор. Затем на плиты
наносят осевые риски, которые
при установке колонн
совмещают с рисками на башмаках.
Безвыверочный метод
монтажа позволяет уменьшить
трудоемкость установки
колонн примерно на 30%.
При окончательном
закреплении колонн затягивают анкерные болты, ставят дополнительные
расчалки вдоль ряда колонн (для высоких колонн) и
крестообразные расчалки (для высоких колонн с узким башмаком). Первые
две смонтированные колонны раскрепляются предусмотренными
проектом постоянными или (при отсутствии таковых) временными
жесткими связями.
Подкрановые балки устанавливают на консоли колонн и
временно крепят к упорам через прокладки с овальными
отверстиями. Регулировку балок по высоте и в плане производят за
счет извлечения или добавления подкладок.
Подстропильные фермы устанавливают на монтажные столики,
приваренные к колоннам, и укрепляют расчалками; стропиль-
164
Рис. 10.15. Установка колонны на
фундамент при безвыверочном методе
монтажа:
/ — опорная плита; 2 — кондуктор с
отверстиями для анкерных болтов; 3 —
закладные детали; 4 — риски разбивочных
осей; 5 — планки с нарезными
отверстиями; 6 — установочные винты; 7 —
анкерные болты; 8 - подливка; 9 — низ
башмака колонны; 10 — верх фундамента
нЬ1е фермы — на монтажные столики колонн или на
подстропильные фермы. При опирании на железобетонные опоры
подстропильные фермы устанавливают на анкерные болты, заделанные в
торцах колонн.
При монтаже стропильных ферм следует обращать особое
внимание на их устойчивость. Для этого первую ферму до рас-
строповки крепят расчалками, после чего вторую ферму связывают
с первой прочными связями и распорками. При отсутствии
прогонов фермы связываются временными распорками или 2...3
плитами покрытия, устанавливаемыми и закрепляемыми до расстро-
повки. Минимальное количество прогонов или распорок для
бесфонарных ферм при пролете до 18 м — 2 шт., более 18 м — 3, для
ферм с фонарем — соответственно 3 и 6 шт.
Для предотвращения потери устойчивости ферм плиты
покрытий следует укладывать симметрично с обеих сторон от упорных
узлов к коньку. При монтаже фонарных ферм плиты укладывают
симметрично по поясам ферм, а затем по фонарю.
Выверку конструкций производят при их установке.
Исключение составляют подкрановые балки, выверку которых можно
выполнять лишь после установки конструкций всего пролета и
окончательного закрепления колонн и ферм. После выверки
положения конструкций и правильности установки секции
каркаса производят окончательное крепление монтажных стыков с
помощью сварки или болтовых соединений. Приемы конструкций
оформляют актом.
Противокоррозионную окраску конструкций производят после
их приемки, что также оформляется отдельным актом.
Конвейерный метод монтажа предусматривает сборку
крупных высокой степени законченности конструктивных и
конструктивно-технологических блоков на приобъектных конвейерных
линиях с доставкой их в монтажную зону и последующей
установкой в проектное положение. Наибольшее распространение
этот метод получил при монтаже покрытий одноэтажных
промышленных зданий.
Конструктивно-технологические блоки полной строительной
готовности, состоящие из двух металлических ферм,
скрепленных связями и прогонами или из структурных плит,
кровельного настила, утепления, кровельного покрытия, подвесного
потолка, а также закрепленных в межферменном пространстве
коммуникаций (воздуховодов, спринклерной системы пожаротушений,
электроосветительной аппаратуры и др.).
Размеры таких блоков в плане могут быть от 12 X 18 до
24X36 м. Масса блоков размером 24X36 м составляет около
130 т.
Блоки, собранные из двух ферм, имеют по торцам свесы с
кровли прогонов и фонарных конструкций. Такая компоновка
блоков обеспечивает возможность их установки по системе
«блок к блоку».
Блоки изготовляют на расположенных около монтируемого
165
здания временных конвейерных линиях в виде передвижных
кондукторов, установленных на тележках, перемещающихся по
рельсовым путям. Наиболее рационально применение
пульсирующего конвейера, на котором имеется несколько
технологических постов: пост сборки металлоконструкций блока, пост
устройства кровли, пост подвески коммуникаций и т. д. На каждом
посту все сборочные операции выполняют на неподвижном блоке
после чего он в заданном ритме передвигается на следующий
пост. Готовые блоки доставляют на тележках в зону монтажа
и устанавливают в проектное положение с помощью монтажных
кранов или специальных механизмов, передвигающихся по
подкрановым путям мостовых кранов вдоль монтируемого пролета.
Применение конвейера считается экономически оправдано, если с
него сходит в сутки не менее 500...800 м2 готового покрытия
(рис. 10.16).
Несмотря на то что устройство технологических постов и
временных путей требует по сравнению с обычной технологией
дополнительных единовременных затрат, конвейерный метод
монтажа покрытий при площади зданий более 25...30 тыс. м2
оказывается более экономичным, чем традиционный метод монтажа.
Следует также иметь в виду, что применение конвейерного
метода монтажа будет экономичным лишь при четкой
комплектации конвейера. В противном случае вместо экономического
эффекта возможно удорожание строительства, что связано с
высокой стоимостью конвейера, больших единовременных затрат,
а также необходимостью некоторого повышения жесткости
блоков, что влечет за собой перерасход до 8 % металла.
Требуемую сменную производительность конвейера (ПК),
которая должна быть кратной одному блоку, можно определить
по формуле
nK = N/(CT), (10.9)
N — общее количество блоков, шт.; С — количество смен в
сутках; Т — срок завершения монтажа всех блоков, дн.
При правильной организации конвейерной сборки
производительность труда на монтаже конструкций покрытий может
составить 700 кг/(чел-дн) и более, в то время как этот показатель
при поэлементной сборке не превышает 350...360 кг/(чел-дн).
Сроки выполнения работ сокращаются на 30...50 %, а средняя
экономическая эффективность, приходящаяся на 1 м2
смонтированного конвейерным методом покрытия, составляет более
1,6 руб., не считая экономии, которая достигается за счет
сокращения срока ввода объектов в эксплуатацию. Важным
преимуществом метода является возможность переноса сборочных
операций в полустационарные наземные условия, что позволяет
повысить не только производительность труда, но и
безопасность монтажных работ.
Основные технологические принципы конвейерного метода
166
КОНТО
S
<D
X
О
о
о
к
а
6 X
4 5
° 3
я Э
И S
О- О
о а.
о
S о
5 к
а, з
»к та
Ш (-
Ш СП
,ания:
«
СО
О
[~
о
х
нвей
ЮМ
—
рочньп
о
VD
о
*■»
ю | О *
И1
си 0ю ге
^ ^ -- о
°> хо х >,
склад
овый
ый кра
1я на
1 s^g
^Т£-
„ Я йй
а я о ф
OJ с*Э VD С Ьй
монтажа могут быть использованы как для покрытий
промышленных зданий, так и для сборки зданий и сооружений других
конструктивных структур.
Монтаж металлических пространственных конструкций.
Перекрытия над цирковыми аренами, спортивными залами,
аэровокзалами, выставочными павильонами и другими
большепролетными общественными и промышленными зданиями обычно
выполняются в виде рамных, арочных и купольных конструкций
структурных, мембранных и вантовых систем.
Арочные и рамные большепролетные конструкции покрытий
обычно монтируют с использованием временных монтажных опор
и стреловых кранов.
На рис.10.17 показана схема монтажа покрытия рамной
конструкции. Монтаж производится в следующем порядке: ригель
рамы двутаврового сечения и две стойки с частью ригеля
сваривали непосредственно в монтажной зоне на шпальных клетках.
После установки временных опор на фундаменте устанавливали
Г-образные стойки рамы с опиранием на временные опоры. После
этого монтировали среднюю часть ригеля, производили сварку и
клепку стыков. Затем удаляли временные опоры.
Арочные конструкции монтируют также с использованием
временных опор. При монтаже трех шарнирных арок такая опора
обычно устанавливается под шарниром.
Купольные покрытия также обычно монтируют с помощью
центральной временной опоры, на которой крепят опорное
кольцо. При пролетах, не превышающих 40...50 м, в качестве такой
опоры можно использовать башню монтажного крана (рис. 10.18).
Структурные покрытия представляют собой неразрывную
решетчатую плиту, жесткую во всех направлениях, что снижает
изгибающие моменты в колоннах и позволяет перекрывать зна-
^5 5
Рис. 10.17. Монтаж большепролетной рамной конструкции
168
^W#J/
Рис. 10.18. Схема монтажа стальных конструкций большепролетного купола
цирка с помощью радиально-поворотного устройства:
/ — временная монтажная опора; 2 — радиально-поворотное устройство; 3 —
эстакада
чительные пролеты. Структурные покрытия состоят из
структурных плит высотой 2...2,5 м, собираемых из решетчатых блоков
пирамидальной формы заводского изготовления (образованных
стержнями из круглых труб).
Структурные системы типа «Берлин», «Кисловодск», «МАрхИ»
и другие размерами 18Х 18 и 24X24 м обычно применяют для
покрытий выставочных павильонов, спортивных сооружений,
стоянок для автомобилей и др.
Монтаж структурных покрытий должен осуществляться
крупными блоками, собранными на земле. Могут иметь место
следующие варианты монтажа структурных покрытий: монтаж
структуры, собранной на месте подъема с помощью монтажных
кранов или шевров, домкратов, закрепленных на оголовках колонн;
подъем с последующей надвижкой в проектное положение и др.
(рис. 10.19).
Наряду с совершенствованием конструкций структурных
покрытий ведутся дальнейшие поиски путей повышения их
монтажной технологичности. С этой целью, например, предложен метод
структурных покрытий из складывающихся блоков. Конструкция
таких блоков представляет собой систему шарнирно-соединенных
раскосов из уголковых или трубчатых элементов. Доставленный
на площадку компактный блок растягивается в наземном
положении с помощью лебедок и диагональных растяжек в структурную
плиту и затем устанавливается кранами на опоры. Это позволяет
создавать конструкции-механизмы, в которых рационально
сочетаются конструктивная целесообразность и высокая степень
технологичности.
169
® © ® ®
1-1
© © ® © ® ®
Рис. 10.19. Монтаж структурного покрытия:
/ — положение собранного покрытия перед подъемом; 2 -
ленточные подъемники; 3 горизонтальные связи ленточных
подъемников; 4 - расчалки
Мембранные покрытия совмещают в себе несущие и
ограждающие функции. Ими можно эффективно перекрывать залы
пролетов.
Мембранные покрытия выполняют в виде предварительно
напряженной стальной мембраны, натянутой на опорные
конструкции (обычно железобетонный опорный контур). Элементы
мембраны предварительно сваривают в заводских условиях в
полотнище шириной до 6 м. Эти полотнища, свернутые в рулон
шириной до 2,5 м и массой до 7...8 т, доставляет на строительную
площадку.
После того как один конец полотнища закрепляется на
опорном контуре, рулон с помощью специальной траверсы
разматывается на всю длину, натягивается лебедками и закрепляется
на противоположном участке опорного контура. Смежные
полотнища свариваются с нахлесткой 50 мм (рис. 10.20).
170
Рис. 10.20. Монтаж мембранного покрытия:
а - - конструктивная схема здания; / — полотно велотрека; 2 — трибуны; 3 — наружные
арки; 4 — мембрана; 5 — внутренние арки; б схема монтажа; / — рулон с полотнищем,
установленный на вращающейся оси; 2 — катушка от рулона, выполняющая роль
направляющего блока; 3 — вытягиваемый конец полотнищ мембраны; 4 — "анат от
тяговой лебедки; 5 - наружная арка; 6 -— внутренняя арка
В строительстве начинают применять листовые седловидные
покрытия из стальных и алюминиевых лент. Такие покрытия
устраивают по подобию ортогональной седловидной вантовой
сети, в которой вместо несущих и стабилизирующих тросов
используют алюминиевые ленты — полотнища. Ленты изготовляют
в заводских условиях и доставляют на строительную площадку
в виде рулонов шириной до 2,2 м. Последующий монтаж
покрытий в принципе аналогичен монтажу вантовых конструкций.
Монтаж высотных инженерных сооружений. Для таких
сооружений, выполненных в металлических конструкциях,
характерны относительно небольшая площадь опирания, значительная
масса и высота, обычно превышающая высоту подъема
грузового крюка наземных стреловых кранов. К таким сооружениям
относятся опоры линий электропередачи, опоры радио- и
телематч.
В зависимости от типа, массы и размеров конструкции
применяют следующие основные методы монтажа: подъем цельно-
сборной конструкции в проектное положение методом поворота
вокруг опорного шарнира, методом выжимания, наращивания и
подращивания.
Метод поворота применяют при монтаже конструкций
высотой не более 100 м. Собранную на земле из отдельных
элементов конструкцию закрепляют одной частью опоры в
специальном шарнире, установленном на фундаменте опоры. Конструкции
171
поднимают с помощью мачты («падающей» стрелы, шевра) Или
вспомогательной стрелы. Стрелу крепят тягой к поднимаемой
конструкции через съемную ось, закрепленную на ее оголовке
Стрелу удерживают подъемным полиспастом, один конец которого
закреплен к оголовку стрелы, а другой (сбегающий конец) __
к лебедке. При работе лебедки стрелу опускают, а конструкцию
поднимают в проектное положение. При небольшой высоте
конструкции вместо лебедки могут быть использованы тракторы.
Чтобы исключить возможность опрокидывания конструкции в
сторону подъема, при подходе к проектному положению к ней
крепят тормозной полиспаст. При монтаже опор ЛЭП в горных
районах для их подъема может быть использован вертолет.
Метод выжимания применяют для подъема тяжелых
вертикальных аппаратов типа ректификационных колонн, вытяжных
труб высотой до 100 м и массой до 400 т. При этом методе
собранную на земле конструкцию поднимают с помощью
специального устройства — подпорки, представляющей собой в общем
виде портал, траверсу которого крепят к корпусу конструкции,
а основание стоек перемещают полиспастами по направляющим
к шарниру, поворачивая конструкцию вокруг последнего.
Конструкцию выжимают до нейтрального положения, при котором
центр тяжести системы (конструкция и такелажная оснастка)
займет положение над осью поворотного шарнира. Дальнейший
подъем до вертикального положения производят, как обычно, с
торможением оттяжкой.
Методом наращивания монтируют различные башни, трубы и
мачты. В отличие от труб и мачт металлические башни имеют
развитую базу, и поэтому после установки на фундамент они
сохраняют устойчивость без постоянных растяжек.
Башни и мачты высотой 100 м и более возводят методом
наращивания с использованием самоподъемного (ползучего)
крана (рис. 10.21). Он состоит из ствола, имеющего в верхней
части полиспаст, и обоймы, передвигающейся по стволу.
Обойму крана крепят к закладным деталям на монтируемой
конструкции (башня, мачта) с помощью специальных зажимов.
После того как смонтирована очередная секция конструкции,
ствол крана закрепляют на ней откидным крюком. Затем обойму
подтягивают и закрепляют на смонтированной секции, а ствол
крана выжимают на очередную позицию.
Метод подращивания заключается в том, что в специальном
опорном устройстве монтируют часть сооружения (верхнюю)
башни и затем гидравлическими подъемниками с шаговыми
домкратами выжимают вверх, закрепляют, подращивают очередной
секцией, и цикл повторяют. Этот метод был специально
разработан для монтажа высоких телевизионных башен (300 м и
более). Такое конструктивное решение телевизионной башни
облегчает ее монтаж методом подращивания (рис. 10.22).
После возведения фундаментов в центре устанавливают
подъемно-сборочную установку, в которой монтируют первые
172
Рис. 10.21. Монтаж стальной мачты методом наращивания:
а - монтаж секции; б — перестановка обоймы крана; в — переставка ствола
крана; / — мачта: 2 - самоподъемный кран; 3 — траверса; 4 — кольцевые
подмости
три (верхние) секции ствола башни. К стволу башни шарнирно
крепят четыре опоры. Подращивая ствол, приводят опоры в
проектное положение, нижние концы их жестко закрепляют на
фундаменте, а верхние объединяют решеткой, создавая обойму,
через которую также методом подращивания выдвигают ствол
до проектной отметки. После достижения головной частью ствола
проектной отметки верхние концы опор жестко соединяют со
стволом и приступают к выдвижению тем же методом внутри
ствола башни с помощью шаговой подъемной установки ее
антенной части с шахтой лифта. При монтаже телевизионных
башен методом подращивания трудовые затраты уменьшаются
почти на 25%, на 'Д сокращаются сроки сооружения башни и
на 20 % расход стали. При этом почти полностью устраняются
173
76.837
Рис. 10.22. Монтаж телевизионной антенны методом подращивания:
/ — лебедка для стягивания опор башни; 2 - опора башни; 3 — путь для
движения опор башни; 4 — шарнир; 5 — шаговые домкратные устройства;
6 — ствол башни; 7 — телескопическая антенна
верхолазные работы, что не только повышает безопасность
монтажных работ, но и позволяет улучшить их качество
благодаря применению автоматической сварки стыков, расширению
возможностей контроля и т. д.
10.7. Монтаж деревянных конструкций
и возведение мягких оболочек
Монтаж деревянных конструкций. При монтаже деревянных и
особенно клееных конструкций принимаются меры, исключающие
смятие древесины в местах обхвата конструкции стропами и ее
увлажнение при транспортировке и хранении.
Деревянные конструкции транспортируют укрупненными
элементами или в пакетах в положении, исключающем появление
монтажных деформаций.
174
Клееные большепролетные деревянные конструкции
монтируют кранами с применением специальных временных
монтажных опор. При необходимости производят укрупнение отдельных
элементов в монтажные блоки (рис. 10.23).
Несмотря на то что всю древесину, идущую на-изготовление
клееных конструкций, антисептируют, при сборке производят
дополнительное антисептирование отверстий для болтов и мест
подтесок. Клееные деревянные конструкции после установки
покрывают огнезащитным составом.
Дощатые конструкции перевозят в зависимости от их длины
на автомобилях или полуприцепах в проектном положении,
скрепленными в пакеты. Это повышает их устойчивость при
перевозке и обеспечивает сохранность. Так как дощатые
конструкции или монтажные блоки, собранные из них, имеют
незначительную массу, их монтаж обычно осуществляется легкими
автомобильными кранами.
При пионерном строительстве в северных районах нашей
страны деревянные многоэтажные жилые дома имеют
преимущественно каркасно-щитовую или щитовую конструкцию. Такие
дома изготовляют и комплектуют централизованно на местных
деревообделочных предприятиях и доставляют к месту установки
средствами наземного транспорта или авиацией. Перед сдачей
дома в эксплуатацию составляют акты на правильность укладки
утеплителя (в домах каркасной конструкции) и на работы по
Рис. 10.23. Монтаж большепролетных клееных деревянных конструкций:
I — рельсовый путь; 2 — транспортное средство; 3 - монтажный кран; 4 - катучая
телескопическая монтажная опора; 5 — подмости для монтажа покрытия; 6 —
боковые монтажные поддерживающие устройства; 7 — катучая опора
17-
защите деревянных конструкций от поражения грибками,
древесными вредителями и от возгорания.
Возведение мягких оболочек. Мягкие оболочки — это
оболочки из воздухонепроницаемой синтетической ткани, покрытой
тонким слоем резины или пластмассы. Их форму, устойчивость
и несущую способность обеспечивает постоянно поддерживаемое
избыточное атмосферное давление или легкий каркас. Такие
оболочки используют для покрытий различного рода зрелищных
и спортивных сооружений, складов, временных зернохранилищ,
укрытий для радаров, техники, защитных укрытий для
производства работ в зимних условиях и др.
В зависимости от конструкции и назначения сооружения
мягкие оболочки могут иметь самую различную форму.
Различают два основных типа мягких оболочек —
пневматические и тентовые.
Пневматические оболочки бывают воздухоопорные и пневмо-
каркасные.
Воздухоопорные поддерживаются в проектном положении
избыточным давлением воздуха от 1,2 до 2 кПа, создаваемым
внутри помещения и обеспечивающим в конструкции состояние
предварительно напряженного равновесия. Это давление может
быть сохранено за счет простейших герметизирующих устройств,
в том числе шлюзов у мест выхода. Нужно отметить, что
воздухоопорные оболочки ввиду избыточного давления малопригодны
для спортивных и зрелищных сооружений, связанных с
длительным пребыванием в них людей.
У пневмокаркасных, или воздухонесомых, оболочек несущие
функции выполняют трубчатые надувные арки, а
ограждающие — воздухонепроницаемая ткань. Устойчивость сооружения
обеспечивается за счет избыточного давления воздуха,
создаваемого в каркасе.
Тентовые (палаточные) оболочки — это такие, в которых
несущими являются легкие складывающиеся каркасы из
алюминиевых, стеклопластиковых или полиэтиленовых труб, а в
качестве ограждений используются синтетические ткани.
Основным преимуществом мягких оболочек является их
высокая мобильность, позволяющая за несколько часов или суток
перекрывать значительные площади и при необходимости в
короткое время разобрать их и перебазировать на новое место
При этом трудовые затраты, связанные с их возведением, в
10...15 раз ниже по сравнению со строительством из
традиционных конструкций. Малая масса мягких оболочек и компактность
в сложенном виде делают удобной их транспортировку.
Монтаж пневматических конструкций состоит из нескольких
операций. Свернутую оболочку доставляют к месту установки
и раскладывают на специально подготовленной площадке.
Борта оболочки по периметру крепят резиновыми трубами,
наполненными водой или песком, с устройством анкерных
креплений. Концы трубчатых надувных элементов пневмокаркасных
176
конструкций крепят анкерами штопорного типа и стальными
оттяжками. Затем в оболочке или в трубчатом каркасе с помощью
простейших воздухонадувных устройств создают избыточное
давление, которое поднимает оболочку в проектное положение.
При монтаже тентовых конструкций тентовые оболочки
перевозят в сложенном виде. В каркасе такой оболочки могут
быть быстроразъемные соединения, а в тканевой основе —
специальные «застегивающиеся» устройства. В этом случае
оболочка может перевозиться несколькими транспортабельными
пакетами. После того как оболочка (или ее часть) доставлена
на место установки, ее монтируют с помощью легких кранов
или вручную с применением простейших монтажных
приспособлений. Затем оболочки по периметру закрепляются с помощью
инвентарных анкеров и обваловываются грунтом. Если в
тентовых конструкциях имеются наружные поддерживающие стойки,
они крепятся с помощью стальных вант с натяжными
устройствами и анкеров.
10.8. Охрана труда
Требования безопасного ведения монтажных работ должны
учитываться в стадии проектирования объекта, разработки
проекта производства монтажных работ и, конечно, при
производстве работ.
Так, например, в стадии проектирования одноэтажных
промышленных зданий может быть предусмотрена блочная
конструкция покрытий, при которой производят сборку и отделку
блоков в наземных условиях и сводят к минимуму верхолазные
работы. Этим же целям служит проектирование с учетом
комплектно-блочного монтажа и т. д.
Таким образом, еще на стадии проектирования необходимо
не столько учитывать требования техники безопасности, сколько
стремиться создавать безопасную технику, исключающую или
сводящую к минимуму возможность производственного
травматизма. Безопасность работ достигается прежде всего за счет
выбора технологической последовательности монтажа, установки
постоянных и временных связей, которые обеспечивали бы
устойчивость ранее смонтированных конструкций. Правильная
последовательность и качество замоноличивания стыков
являются необходимыми условиями безопасности монтажников и
других работников, находящихся в зоне монтажа. В этой же связи
при производстве монтажных работ особое значение имеют
технологические карты.
К монтажным и связанным с ними работам допускаются
рабочие, прошедшие курс обучения правилам безопасности при
ведении монтажных работ и проверку знаний специальной
экзаменационной комиссией. К высотным монтажным и сварочным
работам допускают монтажников и сварщиков-верхолазов,
имеющих справку о медицинском освидетельствовании, которое они
177
проходят два раза в год. К верхолазным работам допускают
монтажников, имеющих разряд не ниже четвертого и стаж не
менее одного года. При верхолазных работах рабочие
прикрепляются к прочно установленным элементам конструкций с
помощью предохранительных поясов с быстроразъемными
карабинами. При переходе от узла к узлу монтируемой конструкции
рабочие прикрепляют карабин предохранительного пояса к
натянутому страховочному тросу.
Независимо от характера выполняемых работ все рабочие,
участвующие в монтажных работах, должны носить каски,
предохраняющие от травм при падении предметов с верхних
монтажных горизонтов.
На строительной площадке и монтируемом здании или
сооружении должны быть предупреждающие надписи, выделены
опасные зоны, проемы ограждены, а рабочие места при
производстве работ в вечернее и ночное время — достаточно
освещены.
Одним из непременных условий безопасного выполнения
монтажных работ является правильная эксплуатация монтажных
кранов, обеспечивающая их устойчивость, а также надежность
грузозахватных устройств.
Для обеспечения необходимой устойчивости монтажный кран
должен быть установлен на надежное и тщательно выверенное
основание. Краны на рельсовом ходу должны иметь
противоугонные устройства, автоматическое устройство для ограждения
грузоподъемности, а стальные канаты его должны периодически
проверяться. При этом необходимо также выполнять и другие
мероприятия, предусмотренные правилами и указаниями инструк
ций по эксплуатации монтажных кранов.
В соответствии с действующими нормами стропы, захваты и
другие такелажные приспособления следует периодически
испытывать и при необходимости выбраковывать. Перед началом
работы такелажные устройства испытывают двойной нагрузкой.
Во избежание перегрузки монотажных кранов следует следить
за наличием на сборных элементах маркировки с указанием
массы элемента.
Перед подъемом надо проверить надежность петель для
строповки груза. Запрещается во время перерывов оставлять
поднятый груз на весу.
Особые меры предосторожности следует применять при
ветреной погоде. При ветре силой более шести баллов
монтажные работы, связанные с применением кранов, следует
прекращать. При ветре более пяти баллов прекращают монтаж
крупноразмерных конструкций, имеющих большую парусность (глухие
стеновые панели, листовые металлические конструкции и т. д.)
Большое внимание при производстве монтажа должно быть
уделено электросварочным работам, так как при выполнении
этих работ помимо опасности поражения током существует и
пожарная опасность.
178
Глава 11
ОСОБЕННОСТИ ПРОИЗВОДСТВА СТРОИТЕЛЬНО-МОНТАЖНЫХ
РАБОТ В УСЛОВИЯХ РЕКОНСТРУКЦИИ
11.1. Демонтаж и монтаж конструкций
в стесненных условиях
Реконструкция связана с выполнением работ по демонтажу и
монтажу зданий и сооружений, а также со сносом отдельных
строений, переносом внутризаводских или общегородских
коммуникаций. На разборку здания составляется проект производства
работ, в котором указаны методы производства работ, границы
опасных зон, способы перемещения разобранных конструкций и
строительного мусора в транспортные средства. В проекте
должны быть разработаны инженерные мероприятия по снятию
нагрузки с разбираемой несущей конструкции, а также
обеспечению устойчивости и сохранности остальных элементов здания.
В зависимости от материала конструкций и объема работ
разборка и разрушение осуществляются вручную,
механизированным, взрывным и термическим способами.
Демонтаж строительных конструкций может включать:
усиление конструктивных элементов, состояние которых может вызвать
самообрушение или обрушение при демонтаже смежных
элементов; установку механизмов и машин для демонтажных работ:
организацию рабочих мест и обеспечение использования
механизированного инструмента; определение границ опасных зон
и установку соответствующих ограждений и знаков; отключение
инженерных коммуникаций зданий; освобождение
демонтируемых конструкций от связей; пакетирование и контейнеризацию
демонтируемых элементов и материалов; перемещение
демонтированных конструкций, контейнеров и пакетов материалов из зоны
ведения работ на склад или на транспортные средства.
В зависимости от степени укрупнения демонтируемых
конструкций различают поэлементный (расчлененный) и блочный
методы демонтажа.
Демонтаж элементов каркаса и наружных ограждений может
выполняться самоходными стреловыми кранами,
перемещающимися по периметру здания или в пролете.
Важными факторами, влияющими на выбор методов монтажа
конструкций, являются: тип здания или сооружения,
подлежащего реконструкции, его объемно-планировочное решение и
конструктивная схема.
При реконструкции промышленных предприятий,
общественных и жилых зданий монтажные работы осуществляются, как
правило, с использованием машин, механизмов и оборудования,
применяемых для нового строительства.
Наибольшее применение при реконструкции промышленных
одноэтажных зданий находят самоходные стреловые краны:
пневмоколесные, гусеничные.
179
Башенные краны эффективны при реконструкции
многоэтажных зданий и в тех случаях, когда требуется горизонтальное
перемещение конструкций на большое расстояние с площадок
складирования.
Если протяженность и ширина зоны монтажа значительны,
целесообразно применение козловых и кабельных кранов. Весьма
эффективно использование мобильных кабельных кранов,
которые монтируются на базе двух стреловых кранов и двух
А-образных пилонов (рис. 11.1).
Существенный экономический эффект дает применение
вертолетов, которые используются при замене конструкций
покрытия на отдельных участках цеха, вентиляционных труб и других
технологических конструкций, проходящих через покрытие цеха,
демонтаже устаревших и монтаже новых конструкций
сооружений башенного типа (осветительные мачты, телевизионные
башни и др.). На строительно-монтажных работах применяют
вертолеты, оборудованные устройствами для транспортирования
грузов на внешней подвеске, что дает возможность поднимать
и перемещать крупногабаритные конструкции.
До начала работ подготавливают площадки базирования
вертолета, складирования и укрупнительной сборки конструкций.
Подготовленный к монтажу конструктивный блок оснащают
стропами и канатами-расчалками. Для подъема блока
осуществляют стыковку строп с электрозамком тросовой подвески
вертолета, «зависающего» над площадкой сборки. Затем блок
поднимается и перемещается вертолетом к месту монтажа. Для
точной наводки и установки блока он оснащается специальными
монтажными приспособлениями — фиксаторами, а опорные
конструкции здания — ловителями, в которые входят фиксаторы
при установке блоков в проектное положение (рис. 11.2).
Технологические возможности применения монтажных машин
в условиях реконструкции зданий и сооружений зависят от
массы монтажных единиц, высоты подъема конструкций,
ширины монтажных зон.
Рис. 11.1. Схема использования передвижного кабельного крана при
реконструкции цеха:
/ — самоходный стреловой кран; 2 — ванты; 3 — А-образный пилон; 4 — грузовая
тележка; 5 — подвеска крюка; 6 — горизонтальные распорки; 7 — демонтированные
и монтируемые плиты
180
/OCiwwwwsA [t?l
Й2ЕгЖ
Рис. 11.2. Схема использования
вертолета для монтажа конструкций;
а — организация монтажной площадки;
6 — схема монтажа; / — площадка
укрупнительной сборки; 2 — реконструируемый
цех; 3 — зона монтажа конструкций; 4 —
площадка для вертолета
Рис. 11.3. Установка мостострелового
крана при замене покрытия
реконструируемого цеха:
/ — полноповоротная стрела; 2 — башня;
3 — обойма; 4 - лебедка для подъема и
опускания башни; 5 — мостовой кран
реконструируемого цеха; 6 — радиальные
шарниры; 7 — секция для подращивания
башни
В процессе реконструкции многоэтажных зданий используют
башенный кран, перемещающийся с одной стороны, с двух
сторон или по центральной оси здания. Для монтажа тяжелых
конструкций и незначительной стесненности площадки
целесообразны два башенных крана.
Мостовые краны с башенно-стреловым оборудованием
(рис. 11.3) применяют при реконструкции одноэтажных
промышленных зданий.
11.2. Технология усиления строительных конструкций
Усиление конструкций зданий и сооружений может быть
временным (на период производства реконструктивных работ) и
постоянным (на весь расчетный период эксплуатации после
реконструкции) .
Выбор методов и средств временного усиления в
значительной степени зависит от организации демонтажа и монтажа.
Необходимость усиления обусловлена в ряде случаев
использованием конструкций здания в качестве опор монтажных
механизмов. Конструктивные элементы здания, ослабленные при
демонтаже смежных конструкций, также должны быть усилены.
Постоянное усиление конструкций зданий и сооружений
необходимо при изменении технологических процессов и установке
181
в связи с этим более мощного и тяжелого оборудования,
увеличении динамического и вибрационного воздействия на
конструкции от оборудования большей единичной мощности и т. п.
В отдельных случаях необходимость усиления конструкции
обусловлена такими причинами, как достижение ею предельного
эксплуатационного износа или приобретение в процессе
эксплуатации дефектов, случайными повреждениями и др.
Повышение несущей способности строительных конструкций может
быть осуществлено различными методами. Широко применяется
увеличение площади поперечного сечения элементов, изменение
характера напряженного состояния или конструктивной схемы
работы в здании.
Усиление оснований и фундаментов при незначительной
стесненности объекта производится методами, используемыми в новом
строительстве (см. гл. 5). В стесненных условиях усиление
фундаментов зданий, а также фундаментов под оборудование
предполагает применение других конструктивных и
технологических способов. Так, в практику реконструкции внедряется новый
эффективный метод усиления основания и фундаментов,
базирующийся на использовании буроинъекционных свай. Они
имеют сравнительно малый диаметр (50...250 мм) и большую
длину (до 40 м). Технология изготовления этих свай позволяет
уменьшить расход материалов по сравнению с буронабивными
сваями большого диаметра. Бурение скважины для свай
производят станками типа СБА-500, которые работают без
вибрации, бесшумно. Это позволяет устраивать скважины,
проходящие непосредственно через тело существующих
фундаментов, полы и стены подвалов зданий (рис. 11.4). Применение
буроинъекционных свай особенно эффективно при производстве
работ в условиях действующего предприятия.
Изменение напряженного состояния строительных
конструкций может быть достигнуто установкой обойм или увеличением
Рис. 11.4. Схема усиления фундамента буроинъекцонными сваями:
а - бурение скважин; б — установка арматуры и инъецирование мелкозернистой
бетонной смеси; в устройство железобетонного ростверка; / — стена здания; 2 —
буровой станок СБА-500; 3— скважииа; 4— выпуск арматуры для сопряжения сваи
с ростверком; 5 инъектор; 6—пневматическая инъекционная установка; 7 -
буроинъекциониая свая; 8 — железобетонный ростверк
182
площади поперечного сечения. Обоймы выополняют из
железобетона или металла. Железобетонные обоймы устраивают из
арматуры и слоя бетона, покрывающего усиливаемый элемент
по всей наружной поверхности (рис. 11.5). Этим способом можно
усиливать балки, ригели, колонны, простенки.
Технология усиления колонны железобетонной обоймой
следующая. По периметру колонны устанавливают арматуру б
соответствии с проектом. Предпочтительно использовать заранее
изготовленные плоские арматурные каркасы, соединяемые
электросваркой. Затем устанавливают разборно-переставную опалубку
из щитов и производят бетонирование, уплотняя бетонную смесь
наружными вибраторами. Целесообрано бетонировать обойму
методом инъекцирования мелкозернистой бетонной смеси, нагнетае
мой в опалубку через инъекционные отверстия в щитах. Е^ли
обойма небольшой толщины, инъецируется цементно-песчаный
раствор.
Рис. 11.5. Схема усиления колонны железобетонной
обоймой:
а — конструкция усилении; б — установка арматуры; в —
установка опалубки; г — бетонирование инъецированием
мелкозернистой бетонной смеси; / -усиливаемая колонна;
2 — арматура обоймы; 3 — щит опалубки; 4 — отверстие для
инъецирования бетонной смеси; 5 — инвентарный
металлический хомут; 6 инъекционная труба; 7 — передвижная
инъекционная установка
183
Металлические обоймы состоят из стоек углового профиля,
соединительных планок и опорных подкладок. Применяют этот
способ для усиления кирпичных простенков, столбов,
железобетонных колонн. В местах установки подкладок арматуру
колонны обнажают и приваривают к подкладке и стойке обоймы.
Эффект усиления колонн можно увеличить при использовании
предварительно напряженных поясов, образованных
соединительными планками.
В ряде случаев несущую способность железобетонных
конструкций повышают, используя заменяющие или разгружающие
(полностью или частично) конструкции. Эти конструкции могут
быть в виде отдельных балок или систем балочных клеток и
ребристых перекрытий.
Несущая способность металлических и монолитных
железобетонных рам может быть повышена за счет усиления отдельных
элементов или изменения схемы работы. Ригели усиливаются с
помощью предварительно напряженных тяжей, металлических
шарнирно-стержневых цепей и т. д.
Усление несущих конструкций покрытий стропильных и
подстропильных балок и ферм может осуществляться установкой
предварительно напряженного шпренгеля из швеллера и уголка
или с помощью предварительно напрягаемой затяжки. Элементы
железобетонной фермы усиливают с помощью стальных обойм.
При производстве работ по усилению конструкций должен
быть обеспечен тщательный контроль за качеством
используемых материалов и выполнением всех технологических операций.
Особое внимание следует обращать на контакт плоскостей
соединения усиливаемой конструкции и элементов усиления.
11.3. Охрана труда при реконструкции зданий
и сооружений
При выполнении работ по реконструкции необходим учет
специфики производства реконструктивных работ на конкретном
объекте. Отрицательное воздействие на работающие факторы
внешней среды особенно проявляется при производстве
строительно-монтажных работ в действующих ценах, отнесенных к
разряду вредных. В таких условиях снижается
производительность труда строительных рабочих, увеличивается вероятность
травматизма. Стесненность строительной площадки и объекта
реконструкции существенно влияет на работоспособность
машинистов монтажных машин и монтажников. Все это требует
принятия дополнительных мер по обеспечению нормальных
условий труда строителей — устройства теплозащитных экранов,
ограждения функционирующего технологического оборудования
и инженерных сетей и т. д. Строительные рабочие, занятые
на реконструкции действующего предприятия, обязаны
проходить медицинский осмотр в порядке, установленном для
данного предприятия.
184
Перед началом работ в действующем цехе необходимо
оформить акт-допуск, в котором указываются: размеры участка,
выделяемого для производства определенного вида работ, меры,
обеспечивающие безопасное их ведение, сроки исполнения и
ответственные исполнители.
Работы в действующих цехах, а также по разборке и
надстройке зданий и сооружений должны вестись под наблюдением
мастера или прораба.
Раздел пятый
ВОЗВЕДЕНИЕ КАМЕННЫХ КОНСТРУКЦИИ
Глава 12
ТЕХНОЛОГИЯ КАМЕННОЙ КЛАДКИ
12.1. Материалы для каменных работ
В современном строительстве наряду с широким развитием
индустриальных методов производства из сборных элементов
более 50 % зданий и сооружений возводятся из камня.
Каменные работы представляют собой поштучную укладку
камня на растворе. Такую укладку выполняют при устройстве
фундаментов, стен зданий и сооружений, колонн, столбов, арок
и других строительных конструкций, работающих главным
образом на сжатие.
Каменную кладку выполняют из натуральных и
искусственных камней. В качестве натуральных каменных материалов
применяют: бутовый камень постелистый и рваный (из
известняка доломита, песчаника и других пород) массой до 50 кг;
тесаные камни для облицовки и декоративной кладки; мелкие
пиленые камни из известняка, туфа, ракушечника и других
легких горных пород. Из искусственных каменных материалов
наиболее широкое применение получили: кирпич глиняный
обыкновенный (полнотелый), пористый, пустотелый и
пористо-пустотелый; кирпич глиняный лицевой и силикатный; пустотелые
керамические камни; мелкие легкобетонные камни со щелями и с
тремя сквозными пустотами массой до 32 кг и др.
Кирпич глиняный обыкновенный, или красный, получают из
хорошо подобранной глины с последующим пластическим или
полусухим прессованием, сушкой и обжигом. Его изготовляют
размером 250X120X65 мм с некоторыми допусками, которые
зависят от прессования. При пластическом прессовании
допуски по длине могут быть ± 4 мм, по ширине и толщине
±3 мм, при полусухом прессовании соответственно ±3 и
± 2 мм. Масса кирпича колеблется от 3,5 до 3,8 кг. Марка на
сжатие —не менее 30, 25, 20, 15, 12,5 10 и 75 МПа. Объемная
масса 1 м3 обыкновенного кирпича составляет около 1800 кг.
185
Отдельные камни кладки скрепляются между собой
раствором, что придает ей монолитность и прочность. Каменную кладку
ведут на простых (цементный, известковый) и сложных
(цементно-известковый, цементно-глиняный) растворах марок 4, 10, 25
50, 75, 100, 150 и 200.
Цементные растворы применяют при возведении
конструкций, к прочности и устойчивости которых предъявляют
повышенные требования (столбы, своды, простенки в нижних этажах
зданий), а также для кладки в грунтах, насыщенных водой.
На известковых растворах ведут кладку, воспринимающую
небольшие нагрузки и эксплуатирующуюся в сухих условиях.
Цементно-известковые и цементно-глиняные растворы
находят наибольшее распространение. Их применяют при обычных
нагрузках, действующих на кладку, работающую в сухих и
влажных условиях.
По плотности в сухом состоянии растворы делят на тяжелые
(плотность 1500 кг/м3 и более), приготавливаемые на плотных
заполнителях (природный песок), и легкие (плотность
1500 кг/м3), приготавливаемые на легких заполнителях
(шлаковом, пемзовом песке и др.).
При строительстве зданий и сооружений, подвергающихся
в процессе эксплуатации неоднократному замораживанию и
оттаиванию, необходимо пользоваться морозостойкими растворами.
По морозостойкости растворы подразделяют на марки: 10, 15,
25, 35, 50, 100, 150, 200 и 300.
Растворы для каменной кладки, кроме заданной марки,
должны быть пластичными и обладать хорошей водоудерживающей
способностью. Требуемая удобоукладываемость раствора
регулируется количеством вяжущего, воды и добавок. Раствор
должен быть употреблен в дело до начала схватывания. Размо-
лаживание схватывающегося раствора запрещается.
Растворы приготавливают на растворобетоносмесительных
заводах и установках. Каждая партия доставляемых с
централизованных предприятий растворов должна иметь паспорт, в
котором указывают дату и время приготовления, марку,
подвижность, а для сухих смесей — фактическую влажность,
которая не должна превышать 1 %. Ежедневно и при каждом
изменении состава раствора в строительной лаборатории
контролируют его прочность, подвижность и однородность.
Качество каменных стеновых материалов и растворной
смеси, поступающих на объект, должно систематически
контролироваться по всем показателям в соответствии с требованиями
действующих ГОСТов.
В зависимости от вида применяемого камня различают
следующие виды кладки:
бутовую — из природных камней неправильной формы;
бутобетонную — из бетонной смеси и втапливаемых в нее
камней для возведения фундаментов, стен подвалов, невысоких
зданий, подпорных стенок и т. п.;
186
сплошную кирпичную — из обычного полнотелого, пористого,
пустотелого, пористо-пустотелого или силикатного кирпича,
применяемую для возведения стен, столбов, арок, сводов и т. п.;
облегченную — из кирпича и теплоизоляционных материалов
для возведения наружных стен;
мелкоблочную — из керамических легкобетонных и
натуральных камней правильной формы для сооружения стен и
столбов;
огнеупорную — из шамотного, магнезиального, углеродистого
и других видов кирпича для облицовки и кладки конструкций,
работающих в условиях высоких температур.
Кладку выполняют также с облицовкой из искусственных
или природных камней.
Основным направлением снижения трудоемкости каменных
работ является дальнейшая механизация заготовительных,
транспортных и вспомогательных процессов, способов, приемов,
инструментов, приспособлений, организации рабочего места и
труда.
12.2. Элементы и правила разрезки кладки
Каменную кладку ведут рядами, каждый из которых состоит
из отдельных камней. Зазоры между смежными камнями в
продольном и поперечном направлениях, заполненные раствором,
называются швами. Швы кладки могут быть вертикальными и
горизонтальными. У камней, имеющих форму параллелепипеда,
грани принято именовать постелью, ложком и тычком (рис. 12.1).
В кладку камни чаще всего укладывают плашмя, постелью на
раствор и реже ложком или тычком. Ряд кладки, выложенный
наружу ложками, называется ложковым, а тычками —
тычковым. Наружный (по фасаду) и внутренний ряды кладки
называются наружной и внутренней верстой, а заполнение между
ними — забуткой.
Каменная кладка, выполняемая из отдельных камней,
соединенных раствором в одно целое, должна представлять собой
монолитный массив, надежно противостоящий действующим на
него нагрузкам. Чтобы в массиве кладки отдельные камни не
перемещались относительно друг друга, их следует укладывать
с соблюдением определенных условий, называемых правилами
разрезки каменной кладки.
Первое правило. Каменную кладку необходимо вести рядами,
параллельными между собой и перпендикулярными
направлению действующей нагрузки. Грани камней следует располагать в
плоскости ряда и опирать на нижележащий ряд по всей их
плоскости, чему способствует прослойка из раствора (рис. 12.2, с).
При неплотном прилегании камней друг к другу и наклонном
действии нагрузки в кладке возникают изгибающие моменты и
сдвигающие усилия, которые могут привести к перенапряжению
кладки и вызвать ее разрушение.
187
Рис. 12.1. Элементы кладки:
/ — вертикальный продольный шов; 2 — поперечный
вертикальный шов; 3,7 — фасады; 4 — тычок; 5 —
постель; 6 — ложок; 8 — тычковый ряд; 9 — ложковый ряд;
10—наружная верста; //— внутренняя верста; 12—
забутка; 13 — горизонтальный шов (постель)
При кладке опор малых сводов, подпорных стенок и в ряде
других случаев приходится несколько отступать от этого
правила и допускать наклонное действие нагрузки на кладку. При
этом угол наклона нагрузки (рис. 12.2) не должен превышать
величину, при которой сдвигающие усилия уравновешиваются
силами трения, т. е.
Psina^P/cosa,
где Pcosa — нормальная составляющая силы, сжимающей
кладку; Psina — сила, стремящаяся сдвинуть камень в
горизонтальном направлении; / — коэффициент трения.
Это выражение можно представить в виде tga^/ = tgcp,
где ф — угол трения, равный 30...35°. Для обеспечения
необходимого запаса прочности угол а допускается не более половины
угла трения, т. е. должен быть меньше 15... 17°.
Второе правило. В пределах каждого ряда кладка должна
члениться системой взаимно перпендикулярных и перпендикуляр-
188
Рис. 12.2. Разрезка каменной кладки:
а — положение поверхностей соприкосновения камней по
отношению к действующей нагрузке; б — усилия от наклонной
нагрузки в кладке; в — разрезка каменной кладки
вертикальными плоскостями; г — кладка с перевязкой швов; д - то же,
без перевязки
ных постели плоскостей, одни из которых перпендикулярны
наружной грани кладки, а другие — параллельны ей. Если
отступить от этого правила и допустить членение кладки системой
произвольных плоскостей, то в кладке появятся клиновидные
камни, которые под действием нагрузки будут стремиться
раздвинуть смежные камни и небольшие камни любой формы у
наружных поверхностей, которые могут легко выпасть и
нарушить кладку.
Третье правило. Поперечные и продольные швы каждого или
нескольких смежных рядов, что зависит от системы перевязки,
должны перекрываться (перевязываться) камнями
вышележащих рядов. Перевязка швов придает кладке монолитность и
обеспечивает равномерное распределение нагрузки на
нижележащие ряды. При отсутствии перевязки вертикальных швов
кладка будет состоять из отдельных столбов, каждый из которых
будет работать самостоятельно и может легко отслоиться и
разрушиться. Особенно опасны для такой кладки нагрузки,
приложенные наклонно или с эксцентриситетом.
12.3. Виды каменной кладки
Бутовая и бутобетонная кладка. Из бутового камня возводят
фундаменты, стены подвалов, невысокие здания, подпорные
стенки и другие сооружения преимущественно в районах,
богатых природным камнем. Ее применение ограничено в связи со
значительной трудоемкостью производства работ. Бутовая клад-
189
ка может вестись «под лопатку», «под залив» и с облицовкой.
Кладку «под лопатку» ведут горизонтальными рядами
высотой 0,25 м из постелистых камней наиболее правильной формы
и с перевязкой швов, для чего чередуются тычковые и ложковые
ряды (рис. 12.3, а). Верстовые ряды выкладывают из
отобранных камней, близких по форме и размерам, а забутку — из
камней менее правильной формы. В необходимых случаях камни
подвергают грубой обработке. Первый ряд кладки из наиболее
крупных постелистых камней укладывают насухо и трамбуют.
Швы между камнями заполняют раствором подвижностью 40...
60 мм и щебнем. Каждый последующий ряд укладывают на слой
раствора толщиной до 15 мм с соблюдением перевязки швов.
Швы лицевой поверхности кладки при необходимости
расшивают. Раствор подают и расстилают лопатой-ковшом.
Кладку под залив выполняют рядами высотой 15...20 см
из рваного бутового камня произвольной формы или булыжника
и раствора подвижностью 120...150 мм. Кладку ведут враспор
со стенками траншеи или в опалубке без выкладки верстовых
рядов. Первый ряд из наиболее крупных постелистых камней
выкладывают насухо и трамбуют. Швы заполняют щебнем и
заливают раствором с таким расчетом, чтобы он покрыл камни
слоем до 10 см.
Кладку с облицовкой кирпичом выполняют в тех случаях,
когда требуется получить гладкую лицевую поверхность. Кладку
и облицовку ведут одновременно. Облицовочную стенку в '/2
кирпича через 4...6 рядов связывают с бутовой кладкой
тычковыми рядами, которые должны совпадать с горизонтальными
швами кладки.
Бутобетонная кладка состоит из 50 % бетона и 50 %
бутового или булыжного камня и выполняется в опалубке или врас-
Рис. 12.3. Виды кладки:
а - бутовая «под лопатку»; б то же. «под лалив
ка; г — бутовая кладка с облицовкой
бутобетонная клад-
190
пор со стенками траншеи. Наибольшие размеры камней не
должны превышать '/з толщины возводимой конструкции. Бетонную
смесь укладывают слоями 20 см и в нее втапливают камни не
менее чем на половину их высоты и с зазором между собой и
опалубкой 4...6 см. Подвижность бетонной смеси должна
составлять 57...70 мм при уплотнении кладки вибрированием и 80...
120 мм при уплотнении кладки трамбованием.
Сплошная кирпичная кладка и системы перевязки швов.
Сплошная кирпичная кладка может выполняться из обычного
полнотелого, пористого, пустотелого и пористо-пустотелого кир
пича толщиной 65 мм и полуторного кирпича. Лицевой и в
большинстве случаев силикатный кирпич служит для облицовки
кладки.
Подвижность раствора для кирпичной кладки должна состав
лять: 90...130 мм — для стен и столбов из полнотелого кирпича;
70...80 мм—для стен из пустотелого и пористого кирпича;
50...60 мм — для клинчатых перемычек и сводов.
Горизонтальные и вертикальные поперечные швы кладки стен
должны быть заполнены раствором полностью, а вертикальные
продольные могут заполняться частично. В кладке столбов,
простенков, перемычек и других ответственных конструкций все
швы должны быть заполнены раствором полностью. Толщина
горизонтальных и вертикальных швов может колебаться от
8... 10 до 15 мм при средней расчетной толщине вертикальных
швов 10 мм и горизонтальных 12 мм.
Сплошную кирпичную кладку ведут по однорядной (цепной)
и многорядной системам перевязки швов.
При однорядной системе перевязки швов (рис. 12.4)
чередуются тычковые и ложковые ряды, вертикальные швы которых
сдвинуты друг относительно друга. При этом продольные швы
перекрываются на 1/2 кирпича, а поперечные - на '/4 кирпича.
У вертикальных ограничений, в углах и примыканиях стен
перевязка швов достигается за счет применения 3/4 кирпичей.
В углах их укладывают только в тычковых рядах. В
примыкании ложковый ряд примыкающей стены пропускают через
тычковый ряд основной стены. При пересечении стен ложковые
ряды каждой из них попеременно пропускают через тычковые
ряды другой стены и швы сдвигают на 'Д кирпича.
Однорядная система перевязки проста в исполнении,
обеспечивает перекрытие всех швов в каждом ряду, благодаря чему
имеет наибольшую прочность по сравнению с другими системами
кладки, но требует применения большого количества
неполномерных кирпичей.
Многорядную систему перевязки выполняют чередованием
шести рядов кирпича — тычкового и пяти ложковых (рис. 12.5).
При такой кладке первые два ряда выполняют, как при цепной
кладке, а последующие четыре — ложковыми с перекрытием
поперечных швов на 'Д кирпича. Их продольные швы
совпадают со швами второго ряда. Поперечные швы ложковои забутки
191
/-/
в)
лв
Фасад
1-й ряд I—1|—|
Ров;
I HI
I ML
Li i
i и
2-й ряд
II II I
II II I
2-йряа g[]
1-й ряд
A J, ОАкирп.
[АМ/Ькирп.
Рис. 12.4. Однорядная система перевязки швов:
а - фасад; б — кладка прямых углов и вертикальных ограничений; е — кладка
примыканий стен; г — кладка тупых углов; д — кладка острых углов; 1,2 — тесаный кирпич
для укладки в вершину угла
сдвигают по отношению к швам верстовых рядов на '/2 кирпича.
Многорядная система перевязки по сравнению с цепной имеет
следующие преимущества:
сокращается количество применяемых неполномерных
кирпичей;
повышается жесткость стены в продольном направлении, так
как в ложковых рядах смежные поперечные швы смещены
относительно друг друга на 'Д кирпича;
улучшаются теплоизоляционные свойства стен за счет
уменьшения числа сквозных поперечных швов;
повышается производительность труда каменщиков, так как
они выполняют однотипные операции на высоте нескольких
рядов, не меняя приемов кладки и системы перевязки швов;
снижается трудоемкость вследствие укладки каменщиком
192
а) 2-2
3IZD3
£■1
□ □□□2
□ □□□2
□□□□12
Г"\УШША\ U
□ □□□2
*)
^DDDDDDD|
121
1-й ряд
Upsji—PcuLI
г—I1 -J.i—I
□□□□СП
ПШП 3-й и 5-й ряды
п\ У In
[-□□□□П
^□□□□и
ЫППУ 4-ii и 6-й ря0ы
УиЙ
□□шагз-
"II . . 1Г
-Г\\ ШЩ^ЗПА
.DDDSDDDd
шшвщ
"Яа~2-йря5
О0
fflDDDDQDDDE
□□□□□с
TlflS-3-й и 5-й ряды
nnU
□□Ша=Э£
^□□□□lU
□□□Ы
№.
DD
Ь-йиб-йряОы
cued
□□□□IB
□□□□g
paaaczo
Рис. 12.5. Многорядная кирпичная кладка:
а — фасад; б — кладка стен с вертикальным ограничением углов;
е — кладка примыканий стен
низкой квалификации в забутку до 40 % общего количества
потребляемого кирпича (при двухрядной кладке в забутку
укладывают около 25% кирпича).
К недостаткам многорядной кладки следует отнести снижение
несущей способности кладки на 6 % по сравнению с одно-
Рядной.
7—721
193
a)
В)
4-й ряд
3-й ряд
шш-^ш
м
~ш
г=\ 1-й pad
pDIZHZMii
ас
ЗС
1 rinr-i
л
Четырехрядная система
перевязки является разновидностью
многорядной кладки. Она
предназначена для кладки столбов
(рис. 12.6). В трех смежных
рядах такой кладки вертикальные
швы совпадают и перекрываются
четвертым рядом. Это несколько
снижает прочность кладки и
должно компенсироваться ее
армированием. Количество же
применяемых неполномерных кирпичей
минимальное, а при кладке
столбов определенных размеров
отсутствует вообще.
Независимо от системы
перевязки из целого отборного
кирпича необходимо выкладывать
тычковые ряды, лицевые версты
ложковых рядов, столбы и
простенки шириной 2,5 кирпича и
менее. Кирпич-половняк
допускается применять только для
забутки глухих стен и малонагружен-
ных конструкций (стены
каркасных зданий, участки стен под
окнами и т. д.).
Независимо от системы
перевязки тычковые ряды необходимо
выкладывать в нижнем и верхнем
рядах кладки, на уровне обрезов
стен и столбов, в выступающих рядах кладки (карнизы, пояски
и т. д.).
В кладке зданий высотой в семь этажей и более необходимо
устанавливать анкерные связи. При высоте этажа до 4 м
анкерные связи устанавливают на уровне перекрытия каждого этажа
в углах наружных стен и в примыканиях внутренних стен к
наружным. При большой высоте этажа устанавливают
дополнительные связи по высоте этажа не реже чем через 3 м. Анкерные
связи должны иметь крючья на концах и заходить в каждую из
стен не менее чем на 1 м.
Армирование кладки. С целью повышения несущей
способности каменных конструкций кладку армируют путем укладки
металлических сеток в горизонтальные швы. Армирование
кладки выполняется в соответствии с указаниями проекта и с
соблюдением следующих требований:
толщина армированных швов должна превышать диаметр
арматуры не менее чем на 4 мм, при этом средняя толщина швов
должна выдерживаться;
]0
Ш
Рис. 12.6. Четырехрядная система
перевязки при кладке столбов:
а — 2X2 кирпича; б— 1,5X2 кирпича
194
диаметр арматуры для каменной кладки должен быть не
менее 3 и не более 8 мм;
поперечное армирование кладки необходимо вести только
сетками (прямоугольными или «зигзаг»); стержневая арматура
допускается только для продольного армирования;
расстояние между стержнями сеток должно быть не более
12 и не менее 3 см;
сетки укладывают по проекту, но не реже чем через пять
рядов кладки; сетки «зигзаг» укладывают в двух смежных швах
во взаимно перпендикулярном направлении; сетки укладывают
таким образом, чтобы их концы выступали на одной из
внутренних поверхностей на 2...3 мм и были хорошо видны, что
необходимо для контроля армирования;
при продольном армировании кладки концы стержней
сваривают или снабжают их крючьями и связывают проволокой.
Проемы в кирпичной кладке перекрывают сборными
железобетонными и реже кирпичными перемычками.
Облегченная кирпичная кладка. Облегченная кирпичная
кладка предназначена для слабонагруженных каменных
конструкций малоэтажных зданий и верхних этажей многоэтажных
зданий. Применяется она редко и только в тех случаях, когда
ощущается недостаток кирпича и имеются легкие заполнители
для бетона. Наиболее часто применяют кирпично-бетонную,
кирпично-блочную и кирпичную колодцевую кладку (рис. 12.7).
Кирпично-бетонная и кирпично-блочная кладки состоят из
двух облицовочных кирпичных стенок в '/2 кирпича и
заполнения из легкого тощего бетона или легкобетонных блоков-
вкладышей.
Поперечная связь облицовочных стенок осуществляется
тычковыми рядами кирпича, входящими в бетон и
выкладываемыми через 3...5 ложковых рядов. При толщине стены до двух
кирпичей тычковые ряды размещают в разных уровнях, а при
большой толщине — в одном.
Колодцевая кирпичная кладка состоит из двух стенок в
'/г кирпича, связанных между собой поперечными
вертикальными диафрагмами в '/а кирпича. Не реже чем через каждые
пять рядов диафрагмы перевязывают с облицовочными
стенками. Колодцы заполняют легким бетоном. Вместо легкого
бетона и легкобетонных вкладышей могут применяться сыпучие
материалы, но они менее эффективны, так как со временем дают
усадку и образуются продуваемые пустоты.
Кладка из керамических, бетонных и натуральных камней
правильной формы. Кладку из керамических, легкобетонных и
природных камней правильной формы чаще всего ведут по
цепной системе перевязки швов и реже по четырех- или трехрядной
системе. При этом в кладке из пустотелых керамических камней
тычковые ряды должны выкладываться не реже чем через два.
Кладка из натуральных камней ведется только по двухрядной
системе.
7*
195
1—1—
1 1 1
1 ■)
1 г
1 1 1
U I
i i -
i i
i i
I 1 1
Н~ 1-й ряд
2-й ряб
2
Рис. 12.7. Кладка стен облегченной конструкции:
а — стена системы Н. С. Попова и Н. И. Орлянкина (сеченне); б —
то же, с растворными диафрагмами; в — стены с легкобетонным
утеплителем; г — колодцевая кладка стен; / — шлак; 2 — осадка
шлака; 3 — растворная диафрагма; 4 - легкобетонный утеплитель; 5 —
линия перевязки швов по фасаду
Подвижность раствора должна составлять 70...80 мм для
кладки из керамических и пустотелых легкобетонных камней и
90... 130 мм для кладки из сплошных легкобетонных и природных
камней.
В кладке из керамических и легкобетонных камней, как и в
кирпичной, средняя толщина горизонтальных швов должна
составлять 12 мм, в вертикальных—10 мм и может колебаться
в пределах 8... 15 мм. В кладке из натуральных камней
максимальная толщина горизонтальных и вертикальных швов не
должна превышать 20 мм при среднем значении 15 мм. В кладке из
камней под штукатурку незаполненными оставляют только
вертикальные швы.
Проемы в кладке из камней перекрывают сборными
железобетонными или кирпичными перемычками. Столбы и другие
нагруженные конструкции или их части выкладывают из
обыкновенного кирпича, сплошных и пустотелых камней. В последнем
случае пустоты заполняют бетоном. Все выступающие элементы
конструкций из пустотелых камней необходимо защищать от
увлажнения.
196
Огнеупорная кладка. Огнеупорная кладка предназначена
для облицовки и кладки конструкций, работающих в условиях
высоких температур (промышленные печи, котельные, дымовые
трубы и т.д.). Огнеупорные изделия и кирпич (шамотный,
магнезиальный, углеродистый и др.) должны иметь состав и
размеры в пределах установленных допусков и не иметь
значительных механических повреждений и трещин. Огнеупорные
материалы для кладки высоких категорий со швами до 1 мм
предварительно сортируют по размерам. При кладке столбов, углов,
пересечений, примыканий и криволинейных участков стен
необходимо применять неполномерные и фасонные кирпичи
заводского изготовления.
Огнеупорный раствор приготовляют из тех же материалов,
что и кладочные изделия, на заводах в виде сухих смесей.
На строительной площадке сухую смесь затворяют водой (шамот -
но-глиняную, шамотно-глиноземистую) или жидким стеклом
(шамотно-бокситовую, шамотно-глиноземистую и др.).
Крупность заполнителя для огнеупорного раствора должна быть в
1,5...2 раза меньше толщины шва. В зависимости от толщины
швов кладки применяют жидкий, полугустой и густой растворы
подвижностью соответственно 60...90, 50...60 и 30...50 мм
погружения стандартного конуса.
В зависимости от условий работы огнеупорная кладка
подразделяется на четыре категории с толщиной шва соответственно
1, 2, 3 и более 3 мм и особо прочную с толщиной шва до 0,5 мм.
Толщина шва считается выдержанной, если щуп шириной 15 мм
проникает в него на глубину не более 20 мм.
Кладка с облицовкой. Облицовка каменной кладки в процессе
ее возведения может вестись лицевым кирпичом (силикатным,
обыкновенным глиняным повышенного качества, обыкновенным
глиняным с декоративным покрытием, лицевыми керамическими
камнями и натуральным камнем).
Лицевым кирпичом и керамическими камнями облицовывают
кладку из бута, обыкновенного кирпича, керамических и
легкобетонных камней. Облицовка ведется по той же системе
перевязки, что основная кладка, и связывается с ней тычковыми
рядами. Наружные швы расшиваются.
При облицовке каменных конструкций, выкладываемых из
камней, равных по размерам облицовочным, швы облицовки
заполняют и обрабатывают в процессе кладки. Последующая
осадка кладки и облицовки будет одинаковой. При облицовке
же мелкоштучной кладки камни облицовки устанавливают на
временные деревянные прокладки-клинья, а горизонтальные швы
заполняют после осадки кладки. Одновременное заполнение
швов недопустимо, так как будет происходить .неравномерная
осадка кладки и облицовки и конструкции будут
деформироваться.
Облицовка из натуральных камней, обработанных до
правильной формы, предназначена для монументальных зданий и
197
сооружений. Лицевая поверхность камней может быть
обработанной «под шубу» (рваный камень), шлифованной и
полированной. Традиционный способ работ предусматривает установку
облицовочных плит на растворе с креплением металлическими
деталями.
По расположению плит на фасаде может применяться
погонажная порядковая облицовка с «закрытым» швом с цепной
перевязкой плит и погонажная порядовая с устройством
горизонтального или вертикального шва, заполненного герметиками.
Из плит одного типоразмера (мерных) облицовка может
выполняться с выявленными горизонтальными и вертикальными швами.
Виброкирпичные панели для одноэтажных общественных
зданий. Применение виброкирпичных панелей в общественных
зданиях различного назначения обеспечивает снижение сметной
стоимости строительства на 3...4 % по сравнению с аналогичными
зданиями из кирпича ручной кладки.
Наружные самонесущие стеновые панели выполняются с
разрезкой на этаж и конструктивно состоят из двух слоев: слоя
вибрированной кирпичной кладки из силикатного кирпича
толщиной 120 мм ('/2 кирпича) и слоя утеплителя (газосиликат с
объемным весом 400 кг/м3) толщиной 180 мм.
Кирпич и утеплитель соединяются между собой с помощью
вибрированного слоя раствора марки 150 толщиной 10 мм. С
наружной стороны утеплитель защищен слоем цементно-песчаного
раствора толщиной 10 мм.
Панели формуются лицом вниз — раскладкой кирпичей по
сетчатой матрице для образования расшивки швов «впустошовку».
Для повышения архитектурной выразительности фасадных
поверхностей панелей кирпич раскладывается с выступами,
образуя рельеф.
Глава 13
ПРОИЗВОДСТВО КАМЕННЫХ РАБОТ
13.1. Транспортирование материалов
для каменной кладки
Доставка кирпича, керамических и шлакобетонных камней с
завода-поставщика на строительный объект с сохранением их
целостности осуществляется в пакетах, на поддонах или в
контейнерах. Применение контейнеров и средств пакетирования
становится основной формой доставки мелкоштучных грузов на
объекты возведения промышленных, жилых зданий и других
сооружений.
Для формирования транспортного пакета силикатного
кирпича при перевозке его на автомобильном или железнодорожном
транспорте применяется пакет-поддон. Он имеет металлический
198
поддон, верхнюю гибкую и две боковые жесткие стяжки.
Боковые стяжки состоят из стержней и замка, предназначенного для
затяжки пакета кирпича и фиксации закрытого положения.
Подготовка пакета кирпича к перевозкам с помошью пакета-поддона
заключается в следующем. Спаренный пакет кирпича
устанавливают краном с помощью клещевого захвата на поперечно
соединенные поддоны. Сверху пакета укладывают гибкие стяжки с
пружинными компенсаторами, боковые стяжки соединяют с
поддонами с помощью стержней, а затем с верхними гибкими
стяжками через Т-образный штырь посредством серьги замка.
Затяжка пакета осуществляется краном одновременно с погрузкой в
транспортное средство.
Растворы доставляют на строительство или в виде готовых
смесей с запасом на 45 мин работы, или в виде сухих смесей,
требующих специальных установок на площадках,
обеспечивающих прием, перемешивание и выдачу готовой растворной смеси.
При каменной кладке существенное значение имеет
правильная и четкая организация подачи материалов к рабочим местам.
Для этой цели используют краны различных модификаций и
другие подъемные механизмы. При выборе кранов для подачи
материалов необходимо одновременно учитывать возможность их
применения и для монтажа сборных конструкций.
Кирпич и керамический камень подают на рабочее место
каменщика пакетами на поддонах. Для этого используют
специальные подхваты-футляры.
Раствор подают к рабочим местам в емкостях
вместительностью 0,25 м3. Для лучшего использования грузоподъемности
крана производят строповку одновременно четырех емкостей,
подвешенных в два яруса по высоте.
Эффективным способом подачи раствора на рабочие места
является транспортирование его по трубопроводам с помощью
растворонасосов. Раствор из приемного бункера через
растворомешалку поступает в растворонасос и далее в кольцевой раство-
ропровод, имеющий подающую и возвратную линии. С помощью
раздаточных шлангов раствор подается в инвентарные ящики
или непосредственно на постель кладки.
13.2. Инструмент и приспособления
для каменных работ
Повышение производительности труда на каменных работах не
может быть достигнуто без обеспечения рабочих ручным
инструментом высокого качества, в достаточном количестве и требуемой
номенклатуре.
Ручной инструмент каменщика можно разделить на два типа:
производственный, которым рабочие осуществляют необходимые
операции, и контрольно-измерительный, с помощью которого
проверяют качество кладки.
199
К основному производственному инструменту относятся
кельма, молоток-кирочка, расшивка, ковш-лопата.
Кельмой разравнивают раствор, заполняют им вертикальные
швы и подрезают лишний раствор с лицевой поверхности кладки.
Молоток-кирочка предназначен для околки и тески кирпича
и керамических стеновых камней.
Расшивка применяется для отделки швов на поверхности
кладки. Они бывают выпуклыми и вогнутыми и придают раствору
шва соответственно выпуклую или вогнутую форму.
Ковш-лопата предназначена для подачи раствора из ящика,
расстилания его на стене.
К контрольно-измерительному инструменту и
приспособлениям относятся порядовки, причальные скобы, правило, уровень,
отвес, угольник, шаблоны для разметки проемов, складной метр
металлический, рулетка измерительная металлическая,
шабровка.
Порядовки применяют для обеспечения вертикальности углов
и одинаковой толщины кирпичной кладки, служат для нанесения
и проверки высотных отметок, а также для закрепления
причального шнура, используемого для соблюдения горизонтальности
кладки (рис. 13.1).
Подмости и леса. Для организации рабочего места на высоте
при производстве каменной кладки применяются подмости и
леса. Типовые инвентарные подмости и леса изготовляют на
предприятиях строительной индустрии. В тех случаях, когда
габариты инвентарных лесов и подмостей не соответствуют
условиям производства работ, допускается по утвержденному проекту
применение неинвентарных лесов и подмостей. Конструкция
лесов и подмостей должна обеспечивать прочность и устойчивость,
безопасность работ и необходимые условия для производства
Ф
Рис. 13.1. Инвентарная металлическая порядовка:
а — общий вид установки на стене; б — рейка-порядовка
е—v
л
200
каменной кладки с заданной производительностью. Подмости —
это переносные устройства, применяемые в пределах одного
этажа. Их устанавливают внутри здания на грунт или
перекрытия.
• В жилищном строительстве при высоте этажа до 3,5 м
широко применяются шарнирно-панельные подмости с треугольными
металлическими откидными опорами, которые позволяют
возводить стены с двух положений: на высоте 1,15 и 2,05 м (рис. 13.2).
Рычажные подмости непрерывного подъема предназначены
для производства каменных и отделочных работ на высоте до
5 м. Подъем и опускание подмостей осуществляется
гидродомкратом, а фиксация их на промежуточных высотах — специальным
тормозным устройством.
Пакетные самоустанавливающиеся универсальные подмости
предназначены для кладки кирпичных стен жилых, гражданских
и промышленных зданий и высотой этажа до 9 м при любой
Рис. 13.2. Панельные подмости на треугольных шарнирных опорах:
а — для кладки второго яруса; б — для кладки третьего яруса; / —
опорные тумбы для уголка; 2 — прогон настила; 3 — ограждение; 4 — рабочий
настил; 5 — шарнир
201
длине и конфигурации стен и
состоят из стальных рам,
деревянного настила и ограждения.
При возведении стен
промышленных зданий на высоту
до 40 м широко применяются
металлические трубчатые
безболтовые леса (рис. 13.3). Они
состоят из трубчатых стоек,
■7 ригелей (наружных, внутрен-
x)_g них, поперечных и дополни-
^ тельных), башмаков, устройств
для крепления лесов к стене
и щитов настила.
13.3. Ведение каменной кладки
К приемам труда по
ведению каменной кладки
относятся установка порядовок,
натяжение и перестановка
причалки, подача и раскладка
камня, подача и расстилание
раствора на стене, укладка
камня на раствор, рубка и теска
камня, расшивка швов.
Установка порядовок и причалки. Порядовки служат для
соблюдения горизонтальности кладки, сохранения необходимой
толщины горизонтальных швов и правильного чередования рядов
в сопрягаемых стенах. Деревянные или металлические
порядовки прикрепляют на уголках, в местах примыкания стен, а на
прямых участках стены на расстоянии 12... 15 м друг от друга так,
чтобы стороны, на которых размечены ряды кладки, были
обращены внутрь здания. Для каждого ряда кладки наружной версты
к порядовкам зачаливают и натягивают причалки (прочный
крученый шнур).
Подача и раскладка камней и раствора. Для ограничения
количества движений при кладке камни раскладывают на
рабочем месте так, чтобы они находились возможно ближе к месту
укладки (50...60 см от ранее выложенной кладки) и не занимали
постель, предназначенную для укладки. Камни для ложковых
рядов раскладывают параллельно стене, для тычковых —
перпендикулярно оси стены. Для наружной версты камни
размещают на внутренней стороне стены, для внутренней версты -
на наружной.
Прочность и качество каменной кладки зависят от
правильности расстилания и разравнивания раствора на постели. Раствор
перед подачей его на стену необходимо тщательно
перемешивать для придания ему достаточной пластичности и однород-
Рис. 13.3. Леса для каменной кладки:
а - трубчатые Промстройпроекта; б —
узел крепления безболтовых лесов; / —
подкладка; 2 - башмаки; 3 — стойки; 4 —-
ригели; 5 — патрубки; 6—крюк, 7 —
ограждение; 8 — рабочий настнл
202
Рис. 13.4. Кладка способом вприжим:
а — тычковый ряд; б — ложковый ряд; 1...4 — порядок выполнения
операций
ности. При растворе большой пластичности (90...130 мм по
осадке стандартного конуса) подачу и расстилание его на стене
производят ковшом-лопатой. Растворы, менее пластичные, подают с
помощью совковой лопаты. При кладке столбов используют
кельму. Расстилку раствора выполняют ровной овальной грядкой
требуемой ширины, исключая его потери.
Укладка камней на раствор. Равномерное уплотнение и
одинаковая толщина швов, а также качественное заполнение
горизонтальных и вертикальных швов раствором являются одним из
эффективных способов повышения прочности кладки.
203
Рис. 13.5. Кладка способом вприсык:
а- тычкового ряда; б — ложкового ряда; 1...3 — порядок выполнения
операций
Кладку верстовых рядов ведут способами вприжим, вприсык,
вприсык с подрезкой раствора и в забутку. Способом вприжим
добиваются наиболее полного заполнения швов кладки. Порядок
выполнения кладки способом вприжим следующий. Кельмой
разравнивают растворную постель, ребром кельмы часть раствора
прижимают к вертикальной грани ранее уложенного камня и,
двигая камень по постели, зажимают раствор между
вертикальными гранями камней. Уложенный камень осаживают, избыток
раствора, выжатый из шва, подрезают кельмой.
Способ вприжим применяется при укладке кирпичных камней
на жесткий раствор (рис. 13.4).
При выполнении кладки способом вприсык гранью камня
загребается часть раствора, постоянно двигая камень к ранее
уложенному, выправляется его положение, заполняется
вертикальный шов и камень прижимается к постели (рис. 13.5).
Способ вприсык с подрезкой раствора производится с
помощью кельмы, так как в отличие от способа вприсык раствор
расстилается более широкой грядкой и требуется подрезка
раствора, выжимаемого из шва.
Расшивка швов. Для придания четкого рисунка наружной
поверхности стены и обеспечения полноты и равномерности
заполнения шва кладку расшивают. Расшивки могут иметь разные
сечения в зависимости от ширины и профиля расшиваемого шва.
При производстве работ сначала расшивают вертикальные швы,
а затем горизонтальные.
13.4. Производство каменных работ
в зимних условиях
В зимних условиях в зависимости от сроков строительства,
времени нагружения каменных конструкций, метеорологических
условий, наличия энергоресурсов и других условий кладка может
выполняться различными способами:
замораживанием с ограничением высоты возводимых
конструкций;
замораживанием с временным усилением конструкций
нижележащих этажей на период оттаивания и твердения раствора;
замораживанием с последующим искусственным отогревом
конструкций нижележащих этажей; на растворах с противомо-
розными добавками; на обычных растворах с электропрогревом
швов.
Способ замораживания является наиболее распространенным
и экономичным. Его сущность состоит в том, что кладка
выполняется на открытом воздухе на цементном или сложном растворе,
который вскоре после укладки в конструкцию замерзает. Процесс
твердения раствора начинается после оттаивания кладки.
Способом замораживания производится кладка из кирпича,
камней правильной формы и постелистых бутовых камней «под
лопатку». Применение способа замораживания не допускается
при кладке: внецентренно сжатых конструкций с
эксцентриситетом более 0,25У, где У — расстояние от центра тяжести до края
сечения; конструкций, которые могут подвергаться в процессе
оттаивания вибрации или динамическим нагрузкам;
тонкостенных сводов двоякой кривизны и цилиндрических сводов
толщиной менее 10 см, а также пят сводов; стен и столбов из
бутобетона и рваного бутового камня; фундаментов из бутового камня
«под залив».
Кладку способом замораживания необходимо вести на
пластичных удобоукладываемых цементных или сложных растворах
подвижностью (по величине погружения стандартного конуса)
(мм): 9...130 — для кладки из полнотелого кирпича и бетонных
камней; 70...80 — для кладки из дырчатого кирпича и пустотелых
камней; 40...60 — для бутовой кладки.
Чтобы обеспечить необходимый начальный процесс влагооб-
мена между свежеуложенным раствором и кладкой, стадия ее
охлаждения должна продолжаться не менее 15 мин. Для этого
температура раствора при его укладке должна быть не ниже
значений, указанных в табл. 13.1.
Раствор приготовляют на подогретой воде и заполнителях.
Ящики для раствора должны быть утеплены и иметь подогрев.
Из ящиков без подогрева раствор необходимо выбирать за
15...20 мин. Температуру наружного воздуха и раствора
измеряют не реже трех раз в сутки и записывают в журнал каменных
работ.
Кирпич и камни тщательно очищают от снега и наледи, а за-
205
Таблица 13.1. Минимальная температура раствора
при кладке способом замораживания
Температура наружного
воздуха, °С
До - 10
До —20
Ниже — 20
Температура раствора на теле
кладки при ветре, м/с
до 6
5
10
15
более 6
10
15
20
тем укладывают в конструкцию до образования наледи на
растворе. Кладку способом замораживания необходимо вести по
периметру здания без разрывов и сразу на всю ширину стены.
Штрабы допускаются только армированные и на высоту не более
4 м.
Замерзание раствора в раннем возрасте снижает его
конечную прочность. Вследствие этого марку раствора для каменной
кладки способом замораживания необходимо повышать по
отношению к кладке при положительных температурах. Марку
раствора повышают: на одну ступень при среднесуточной
температуре наружного воздуха от —4 до —20°С; на две ступени —
при среднесуточной температуре ниже —20°С. Марку раствора
не повышают при среднесуточной температуре —3°С и выше,
а также для конструкций, нагруженных не более чем на 70%
расчетной несущей способности, так как снижение прочности
кладки, выполненной при любых морозах, не превышает 30%.
Марка раствора для кладки из кирпича и камней правильной
формы назначается в соответствии с изложенным и должна быть
не ниже: 10 — для фундаментов и стен; 25 — для столбов и
50 — для карнизов и рядовых перемычек. Марка раствора для
бутовой кладки должна быть не ниже 25.
В замерзшем состоянии раствор имеет высокую прочность,
которая может превышать марочную, но с наступлением
весеннего периода или при искусственном отогреве кладки прочность
раствора к концу оттаивания снижается до критической
величины, близкой к нулю, а следовательно, и прочность кладки резко
снижается. Для повышения устойчивости оттаявшей кладки
выполняют ряд конструктивных и технологических мероприятий,
которые сводятся к укладке в углах, примыканиях и
пересечениях стен металлических анкерных связей, анкеровке по ходу
кирпичной кладки прогонов и плит перекрытий, креплению кладки к
каркасу здания, устройству безраспорных стропил, армированию
сильно нагруженных столбов и простенков, ограничению высоты
кладки и др.
Высота кладки способом замораживания рассчитывается и,
как правило, не превышает величин, указанных в табл. 13.2.
При оттаивании кладка начинает давать осадку на 1...2 мм на
206
\а 13.2. Допустимая высота кладки способом замораживай]
Толщина стен
0,38
0,51
0,64
0,38
0,51
0,64
0,38
0,51
0,64
Марка раствора
10...25
50
100
Предельная высота кладки, м
свободно стоящей
1,75
2,5
3
2
2,75
3,5
2,25
3
4
связанной
перекрытиями
3,5
5
6
4
5,5
7
4,5
6
8
каждый метр ее высоты, поэтому над оконными и дверными
коробками необходимо оставлять зазоры 3 мм для кладки из
мелких блоков и 5 мм для кладки из кирпича.
Вследствие неравномерного обогрева оттаивание и осадка
кладки будут идти неравномерно, что может привести к
перенапряжению и деформациям отдельных ее участков.
Поэтому необходимо принять меры по обеспечению
равномерного оттаивания, для чего обращенные на юг фасады
прикрывают рулонными материалами или матами; вести постоянное
наблюдение за величиной, направлением и равномерностью осадки
кладки и появлением деформаций (выпучивания, трещин и т. д.);
установить контроль за процессом твердения раствора; при
появлении трещин, выпучивания, значительных осадок и других
деформаций кладки немедленно принять меры по ее усилению.
В необходимых случаях на период оттаивания и твердения
раствора проводят временное усиление сильно нагруженных
элементов кладки .(столбов, простенков и др.).
Увеличение высоты кладки способом замораживания может
быть достигнуто путем временного усиления или искусственного
отогрева кладки нижележащих этажей.
Кладку ведут с таким расчетом, чтобы нагрузка на отогретые
этажи не превышала установленных расчетом величин.
Температура прогрева применяется в зависимости от температуры
наружного воздуха и может находиться в пределах 5...50°С.
Кладка на растворах с противоморозными добавками
предусматривает введение противоморозных добавок в раствор,
которые понижают температуру его замерзания и тем самым
создаются условия для твердения раствора при отрицательных
температурах. В качестве противоморозных добавок применяют
азотнокислый натрий (нитрат натрия), углекислый калий (поташ),
хлористый натрий и хлористый кальций. Нитрит натрия и поташ
применимы как для подземной, так и для надземной кладки.
207
Хлористый натрий и хлристый кальций следует применять только
для подземной кладки промышленных и складских зданий с
нормальной эксплуатационной влажностью, так как они сильно
гигроскопичны и дают высолы.
Не допускается применение раствора с указанными противо-
морозными добавками для каменных конструкций, работающих
в условиях повышенной влажности, при температуре выше 60СС,
в непосредственной близости (ближе 100м) к источникам
постоянного тока высокого напряжения, при больших динамических
нагрузках.
Добавки могут быть одно- и двухкомпонентными. Количество
вводимых добавок зависит от их вида, температуры наружного
воздуха и может составлять до 15% массы цемента. Марка
раствора с противоморозными добавками должна быть не ниже
25. Раствор приготавливают на водном растворе добавок. Его
температура в момент укладки должна быть не ниже 0°С, так
как при отрицательной температуре подвижность раствора резко
снижается. В необходимых случаях песок и воду подогревают.
Перед укладкой каменные материалы должны быть
тщательно очищены от снега и наледи.
Введение поташа способствует быстрому загустеванию
раствора, поэтому необходимо применять замедлители
схватывания. Кладку с применением электропрогрева выполняют в тех
случаях, когда недопустимо выдерживание кладки способом
замораживания и применение противоморозных добавок. Для этого
раствор кладки посредством электродов включают в цепь
электрического тока напряжением 220...380 В. При этом раствор
кладки должен быть в незамерзшем состоянии. Если раствор
успел замерзнуть, его необходимо предварительно отогреть.
Электроды могут быть одиночными и групповыми. Одиночные
электроды из арматурной стали диаметром до 6 мм укладывают
через 25...40 см, что зависит от напряжения тока, в швы кладки
(через шов) и подключают к разноименным фазам. Ток проходит
по раствору между электродами. Групповые электроды, в
качестве которых чаще всего служат сетки армирования, закладывают
через 4...6 рядов кладки и подключают к разноименным фазам.
В последнем случае вертикальные швы должны быть заполнены
раствором, так как ток проходит между группами электродов по
горизонтальным и вертикальным швам.
Прогрев ведут при температуре 30...35°С до достижения
раствором прочности не менее 20% от R2g. Потребляемая мощность
зависит от вида прогреваемых конструкций и температуры
наружного воздуха. Прогреваемые конструкции целесообразно
утеплять.
Для бутобетонной кладки чаще всего применяют
периферийный электрообогрев при помощи нашивных электродов,
прикрепленных к опалубке. Кладка к моменту ее обогрева должна иметь
положительную температуру.
Каменная кладка в условиях сухого, жаркого климата требу-
208
ет сохранения подвижности раствора до его укладки. Для
предохранения раствора от потерь влаги и разогрева в процессе
транспортирования и укладки необходимо укрывать
транспортные средства влагоизоляционным материалом или перевозить
его в закрытых емкостях.
13.5. Организация процесса каменной кладки
и труда каменщиков
Организация процесса каменной кладки основывается на
следующих положениях: доставка материалов, изделий и конструкций
с требуемыми качественными характеристиками на рабочее место
каменщика должна быть своевременно и комплексно
механизирована; подбор состава бригад и звеньев должен определяться в
соответствии с характером объекта и объемом выполняемых
бригадой работ; возведение каменных конструкций должно
производиться поточным методом с разбивкой здания на захватки,
делянки и ярусы и с применением инвентарных лесов и
подмостей.
Наиболее эффективным методом производства каменных
работ является поточно-расчлененный, предусматривающий
деление здания на захватки определенных размеров в зависимости
от количественного состава бригады и типа здания, организацию
в составе комплексной бригады специализированных звеньев и
последовательное выполнение технологических процессов
звеньями постоянного состава в одинаковом темпе.
Разбивка здания на захватки, делянки позволяет обеспечить
рациональное совмещение строительно-монтажных операций,
поточность технологического процесса и эффективное
использование машин и механизмов.
Каменные работы выполняют, как правило, комплексные
бригады, в состав которых наряду с каменщиками входят рабочие
других профессий (монтажники, плотники, такелажники и др.).
Комплексные бригады одновременно с каменной кладкой
позволяют выполнять все сопутствующие и вспомогательные работы
(монтаж сборных конструкций, установку столярных изделий
и др.). Для исключения внутрибригадных простоев рабочие
должны овладеть 2...3 смежными профессиями. Ведущими в бригаде
являются звенья каменщиков.
Количественный и профессионально-квалифицированный
состав бригады, состоящей из звеньев, определяют исходя из
объема работ, заданных сроков их выполнения, максимального
использования мощности машин и механизмов, обслуживающих
бригаду.
При поточно-расчлененном методе производства каменных
работ каждое звено каменщиков работает на отведенном ему
участке — делянке. Количество делянок и их размеры
устанавливают в зависимости от трудоемкости кладки и сменной
выработки звена. Рекомендуемые размеры делянок при производстве
сплошной кирпичной кладки приведены в табл. 13.3.
209
Таблица 13.3. Размеры делянок при производстве кирпичной кладки
Кладка
Простая
Средней сложности
Сплошная
При толщине стен, мм
510
380
Для звена численностью, чел.
5
24...40
19...36
18...30
2
13...21
12...20
11...18
3
18...27
14...26
12...20
2
10...18
9...17
8...15
Размер делянки
l = ntq/(W0ahS),
где п — количество человек в звене; / — продолжительность
рабочей смены; q—выполнение нормы выработки, %; а —
толщина стены, м; h — высота яруса, м; S — норма времени на
1 м3 кладки, чел -ч.
В настоящее время наиболее широко применяют принцип
поосевой специализации звеньев. Сущность поосевого принципа
расстановки рабочих заключается в том, что за каждым звеном
каменщиков на всех этапах закреплена определенная делянка в
одних и тех же осях здания. Это способствует повышению
производительности труда и личной ответственности за качество
работ.
Типы звеньев принято различать по количеству входящих в
них каменщиков: «двойка», «тройка», «четверка», «пятерка» и
«шестерка». Распределение труда в звеньях предусматривает
выполнение каменщиками высокого разряда наиболее
ответственных операций: укладки кирпича в наружный и внутренний
верстовые ряды, установки причалок, контроля качества кладки.
Все остальные операции выполняют каменщики низшего разряда.
Рабочее место звена каменщиков на подмостях, лесах и
междуэтажных перекрытиях включает: рабочую зону, где
перемещаются каменщики, 0,6...0,7 м; зону складирования
материалов— 2,7...1,6 м; свободную зону для прохода — 0,3...0,9 м.
Материалы (кирпич, раствор) располагают вдоль фронта работ и
укладывают так, чтобы их было удобно брать и подавать
(рис. 13.6).
Контроль качества работ. По мере возведения каменных
конструкций осуществляется систематический контроль
правильности перевязки кладки, толщины и заполнения швов,
вертикальности, горизонтальности и прямолинейности поверхностей и углов
кладки. Качество заполнения швов раствором проверяют не реже
трех раз по высоте этажа, вынимая в разных местах
контрольные кирпичи. Вертикальность граней углов кладки и
горизонтальность ее рядов проверяют не реже двух раз на каждый метр
210
о)
то
WOOD
Ж
<к
г«-
700
1050
1050
200
200 200 306
10000... 12000
Ш.Л
1050
200
высоты кладки, а
толщину швов — через 5...
6 рядов кладки.
Отклонения поверхностей
и углов кладки из
камней правильной формы
от вертикали не
должны превышать 10 мм в
пределах одного
этажа и 30 мм — по всей
высоте здания.
По окончании
кладки каждого этажа
обязательно выполняют
проверку нивелиром
горизонтальности и
отметок верха кладки.
На каждые 10 м стены
отклонения рядов
кладки от горизонтали не
должны превышать
15 мм при кладке из
кирпича и 20 мм — при
кладке из других
камней правильной
формы. Отклонения
отметок этажей от
проектных допускаются не
более 15 мм. Смещение
осей стен и столбов от
проектных размеров не
должно превышать
10 мм.
В соответствии с
требованиями СНиПа
при промежуточной и
окончательной приемке
каменных работ обязательной проверке подлежит правильность
осадочных и температурных швов, качество гидроизоляции
кладки, наличие и правильность установки закладных деталей, связей,
анкеров и др., качество поверхности фасадных неоштукатуривае-
мых стен, соблюдение цвета, требуемой перевязки, рисунка и
расшивки швов.
При приемке каменных конструкций должны предъявляться
журнал работ и акты на скрытые работы.
Охрана труда. При производстве каменных работ должны
строго соблюдаться правила техники безопасности,
регламентированные СНиПом.
Леса и подмости должны отвечать установленным требова-
Рис. 13.6. Организация рабочего места
каменщиков:
а при кладке первого яруса стены: б-
рого яруса; в — при кладке углов
- то же, вто-
211
ниям в части прочности и устойчивости. Настилы лесов,
подмостей и стремянок ограждают перилами высотой не ниже 1 м с
бортовой доской. Нагрузки на настилы лесов и подмостей не
должны превышать допускаемых величин.
Конструкция грузозахватных приспособлений (захватов,
футляров, поддонов, контейнеров и др.) должна исключать
возможность их самопроизвольного раскрытия, опрокидывания и
выпадения материалов.
Дверные и оконные проемы в наружных стенах, находящихся
на уровне рабочего настила или выше него на 0,6 м, а также
отверстия и проемы в настилах и перекрытиях должны быть
закрыты или ограждены перилами на высоту 1 м.
Ограждение для открытого проема возводимого здания
состоит из каркаса, образованного двумя пересекающимися в центре
раскосами, перил и бортового элемента.
При кладке с внутренних подмостей стен высотой более 7 м по
всему периметру здания необходимо устраивать защитные
козырьки в виде настила на кронштейнах. Первый ряд козырьков
устанавливают на высоте не более 6 м от уровня земли, а
последующие — через каждые 6...7 м. Без установки защитного
козырька и без применения предохранительного пояса вести
кирпичную кладку наружных стен здания позволяет ограждающее
устройство с применением сетчатых материалов.
Над входами в лестничные клетки устраивают сплошные
навесы, размером в плане не менее 2X2 м.
Высота каждого яруса стены должна назначаться с таким
расчетом, чтобы уровень кладки после каждого перемещения
был не менее чем на два ряда выше уровня рабочего настила.
Кирпичные карнизы, выступающие более чем на 30 см,
выкладывают только с наружных лесов. При устройстве карнизов
вслед за окончанием кладки стены их устойчивость должна быть
обеспечена путем устройства временных креплений.
Раздел шестой
УСТРОЙСТВО КРОВЕЛЬ
И ИЗОЛЯЦИОННЫХ ПОКРЫТИИ
Глава 14
УСТРОЙСТВО КРОВЕЛЬ
14.1. Назначение и виды кровель
Крыша — верхняя ограждающая конструкция зданий и
сооружений — состоит из несущей части (ферм, балок, стропил,
прогонов, панелей и т. п.), передающей нагрузку от снега, ветра и
собственного веса на стены или отдельные опоры,
теплоизоляционного слоя и наружной оболочки — кровли. Кровля непосред-
212
ственно подвергается атмосферным воздействиям, и от ее
качества во многом зависит долговечность всего сооружения. Она
должна быть водонепроницаемой, водо- и термостойкой, непро-
дуваемой и прочной.
В зависимости от вида материала кровли подразделяют на
рулонные, мастичные и из штучных материалов (листов, плиток
и др.).
Рулонная кровля представляет собой гибкий водоизоляцион-
ный ковер, состоящий из нескольких слоев рулонного
кровельного материала. Для таких кровель применяют покровные
(рубероид, стеклорубероид, толь кровельный, дегтебитумные и гудро-
камовые материалы) и беспокровные (толь-кожа, пергамин,
гидроизол, полиэтиленовая пленка) рулонные материалы.
Наклейку материала на основание и склеивание слоев между
собой производят кровельными мастиками на битумной, дегтевой
или другой основе в зависимости от вида применяемого
рулонного материала. Рулонные кровли относительно недороги, дают
достаточно легкое и тонкое покрытие на крышах практически
любой формы.
Мастичная кровля — литой гидроизоляционный ковер из
битумных, битумно-резиновых, битумно-латексно-кукерсольных
мастик и битумно-латексных эмульсий. Распыленные тонким слоем
по поверхности мастики и эмульсии, высыхая, образуют прочную
водонепроницаемую пленку.
Мастичные кровли могут быть неармированными,
армированными стекловолокном и комбинированными с защитным
покрытием из рулонных материалов. Мастичные кровли применяют
при устройстве как плоских (с уклоном до 3%), так и скатных
(с уклоном не более 25%) крыш. По сравнению с рулонными эти
кровли менее трудоемки при устройстве и выполняются
комплексно-механизированными методами.
Кровли из штучных материалов применяют в основном при
устройстве скатных чердачных крыш. К штучным кровельным
материалам относятся асбестоцементные волнистые листы и
плитки, черепица, кровельная сталь, плоские и волнистые листы
из стеклопластика, а также деревянные материалы (гонт, щепа,
тес).
В производственных зданиях с плоским совмещенным невен-
тилируемым покрытием и нормируемым температурно-влажност-
ньш режимом помещений устраивают водонаполненные кровли.
Рулонный ковер такой кровли укрыт слоем воды, которая
предохраняет крышу от перегрева.
Выбор вида кровли определяется конструкцией крыши,
экономической и эксплуатационной эффективностью применения
кровельных материалов, а также архитектурными требованиями
к общему виду зданий с учетом формы крыши. Если крыша
является одним из важных архитектурных элементов (например, при
Малоэтажном строительстве), к внешнему виду кровель
предъявляются повышенные требования.
213
14.2. Устройство кровель
из рулонных материалов
Кровли из рулонных материалов наиболее широко применяются
в современном строительстве. Основанием под такие кровли
могут быть несущие монолитные или сборные плиты покрытия,
сплошной деревянный настил, цементно-песчаные или
асфальтобетонные стяжки, устраиваемые по теплоизоляционному слою.
Для теплоизоляции покрытий применяют плитные, монолитные и
сыпучие утеплители.
Плитные утеплители — это органические (древесно-волокнис-
тые и фибролит), минеральные (газобетон, пенобетон, керамзи-
тобетон, перлитобетон, минераловатные плиты, пеностекло) и
полимерные (пенопласты) материалы.
Сыпучими утеплителями являются керамзит, перлит, туф,
пемза. Толщина слоя утеплителя принимается по расчету.
Качество кровельного покрытия во многом зависит от влажности
утеплителя в момент укладки. При повышенной влажности
утеплитель теряет теплоизоляционные свойства, имеет низкую
морозоустойчивость, испаряемая влага разрушает стяжку и
гидроизоляционный ковер. Поэтому в проектах обязательно
указывается допустимая влажность утеплителя.
Цементно-песчаные выравнивающие стяжки, служащие
основанием для рулонного ковра, выполняют из раствора марки не
ниже 50. Толщина стяжки при укладке по жестким плитным и
монолитным утеплителям принимается 15...25, по нежестким
плитным и сыпучим — 25...30 мм. Цементно-песчаную стяжку
устраивают полосами шириной 2...4 м, заполняемыми через одну
после схватывания раствора. Поверхность стяжки заглаживают
виброрейкой или пневмовиброгладилкой.
Асфальтобетонные стяжки устраивают только по жестким
утеплителям при уклонах кровли до 20 % и, как правило, в осенне-
зимний период. Для предотвращения деформаций
асфальтобетонные стяжки разрезают температурно-усадочными швами
шириной 10 мм на участки размером 4Х4м. Швы формируют
путем прокладки деревянных реек при устройстве стяжки.
Для устройства оснований под рулонный ковер на
вертикальных поверхностях, выступающих над плоскостью покрытий
(парапетах, фонарях, шахтах, брандмауэрах и т. д.), их
оштукатуривают цементно-песчаным раствором на высоту не менее 250 мм.
В верхней части закладывают антисептированные деревянные
рейки для крепления рулонного ковра.
Перед наклейкой рулонного ковра основание (стяжка)
должно быть просушено, обеспылено и отгрунтовано. Бетонные и
цементно-песчаные основания грунтуют холодной битумной или
дегтевой (в зависимости от вида применяемого рулонного
материала) грунтовкой; деревянные — горячей мастикой;
асфальтобетонное основание не грунтуют. При устройстве цементно-пес-
чаных стяжек грунтовку рекомендуется наносить по свежеуло-
214
женному раствору, что улучшает ее впитывание и заполнение
пор, а также исключает необходимость ухода за стяжкой
(поливка водой, защита от солнечной радиации) в период
твердения раствора. В этом случае применяют холодные грунтовки,
приготовленные на медленно испаряющихся растворителях:
битумную на соляровом масле или керосине (для кровель из
битумных материалов); пековую на антраценовом масле (для
кровель из дегтевых материалов).
Для отвердевших стяжек можно использовать грунтовки на
легкоиспаряющихся растворителях: битумной на бензине, пеко-
вой на бензоле. Холодные грунтовки наносят на основание с
помощью пистолетов-распылителей и удочек, горячие —
форсунками.
Для предотвращения образования волн, складок и вздутий в
слоях ковра рулонные материалы перед наклейкой необходимо
выправить. Для этого все беспокровные материалы перематывают
на другую сторону, а покровные выдерживают в раскатанном
виде в течение 20 ч при температуре не ниже 15СС. Рулонные
битумные материалы (рубероид, пергамин, изол, гидроизол
и др.) наклеивают на битумных мастиках, дегтевые (толь, толь-
кожа и др.) — на дегтевых (пековых), полимерные материалы —
на гудрокамовой мастике с добавлением полимеров. Покровные
рулонные материалы наклеивают как на горячих, так и на
холодных мастиках, а беспокровные — только на горячих. Температура
горячих битумных мастик при наклейке рулонных материалов
должна быть не ниже 160°С, дегтевых— 130, резинобитумных—
180°С.
При применении горячих мастик рулонные материалы до
наклейки должны быть очищены от посыпки, которая снижает
прочность приклеивания ковра. Для удаления мелкой посыпки
рулонные материалы смачивают растворителем (соляровым
маслом, керосином и др.), под действием которого поверхностный
слой материала частично растворяется и поглощает посыпку.
Крупнозернистую посыпку смачивают растворителем и
соскребают. Удаляют посыпку вручную или на специальных станках
(СОТ-2 и др.), которые очищают и перематывают рулонный
материал. При применении холодных мастик очищать материал от
посыпки не следует.
Количество основных слоев рулонных материалов в кровле
зависит от уклона крыши. При уклоне более 15% кровли
выполняют двухслойными; 7... 15% — трехслойными; 2,5...7% — четы-
рехслойными и до 2,5% — пятислойными. В разжелобках,
ендовах, водосточных воронках, примыканиях к вертикальным
поверхностям и других ответственных местах наклеивают
дополнительные слои, которые располагают как под основным ковром,
так и поверх его.
Нижние слои рубероидных кровель выполняют из рубероида
с мелкозернистой посыпкой или подкладочного рубероида, а
верхний, как правило, из рубероида с чешуйчатой или крупно-
215
зернистой посыпкой. В кровлях из дегтевых материалов все слои
ковра выполняют из кровельного беспокровного толя с
обязательным устройством по верху защитного слоя из гравия, втоп-
ленного в мастику.
Для кровель с уклоном до 3 % следует применять только
биостойкие рулонные материалы — толь, толь-кожу, рубероид с
антисептированной основой, стеклорубероид, полимерные пленки.
В битумные мастики в этом случае необходимо добавлять
антисептики (кремнефтористый натрий и др.).
При уклоне кровли до 15 % полотнища рулонных материалов
раскатывают и наклеивают перпендикулярно стоку воды, а при
уклоне более 15 % — параллельно ему. В последнем случае
при наличии конька полотнища перепускают на 250 мм на
противоположный скат. Перекрестная наклейка полотнищ не
допускается.
Рулонные материалы наклеивают внахлестку в продольном
и поперечном направлениях с разбежкой стыков в смежных
слоях (стыки не должны совпадать по вертикали). При уклоне
кровли более 3 % нахлестка по ширине полотнищ должна составлять
не менее 70 мм в нижних слоях и менее 100 мм — в верхнем,
при меньшем уклоне — не менее 100 мм во всех слоях. Нахлестку
по длине полотнищ принимают равной 100 мм независимо от
уклона кровли.
Устройство гидроизоляционного ковра начинают с обделки
отдельных деталей кровли — карнизов, водосточных воронок,
ендов, примыканий и т. д. Обделка выполняется из
дополнительных слоев рулонных материалов и кровельной стали.
Наклеивание рулонного ковра производят снизу вверх,
от пониженных участков к повышенным. Процесс наклеивания
состоит из нанесения на основание (нижележащий слой
рулонного материала) слоя мастики, раскатывания полотнища,
приклеивания его и прикатывания катком.
Горячие и холодные мастики приготавливают на
специальных заводах и стационарных установках и доставляют на
объект в автогудронаторах, прицепных битумовозных котлах или
специальной таре. В отдельных случаях мастики приготавливают
непосредственно на объекте в битумоварочных котлах. На крышу
мастику подают по трубопроводам насосами, подъемниками или
легкими кранами в таре вместимостью до 80 кг. На основание
мастику наносят из бачков, разравнивая ее щетками и
гребенками, а также напыляют форсунками-распылителями, которые
работают от специальных установок или насосов. Существующие
типы установок позволяют наносить как холодные, так и горячие
мастики.
На горячих быстросхватывающихся мастиках все слои
рулонного ковра наклеивают одновременно, на холодных —
послойно, наклеивая каждый последующий слой не ранее чем
через 24 ч. Схемы раскладки полотнищ многослойной кровли
показаны на рис. 14.1.
216
Рис. 14.1. Раскладка полотнищ рулонного ковра:
а — при послойном наклеивании; 6 при одновременном
наклеивании в четыре слоя; е — при одновременном
наклеивании в три слоя; / — мастика; 2 — гравий
На крышах с уклоном более 15 %, а также при небольших
площадях крыш рулонный ковер наклеивают вручную с
применением механизированного инструмента и приспособлений.
Раскатку, приглаживание и прикатку полотнищ производят при помощи
катков-раскатчиков.
При значительных объемах кровельных работ на крышах с
уклоном до 15 % наклеивание рулонных материалов производят
с помощью специальных наклеечных машин. Машина наносит
мастику на основание или на поверхность полотнища,
разматывает, укладывает и прикатывает рулонный материал,
приклеивает кромки. Применение наклеечных машин позволяет
механизировать процессы и операции по устройству рулонного ковра,
Значительно повысить производительность труда, снизить расход
217
мастики и обеспечить высокое качество работ. Например,
производительность самоходной машины конструкции ЦНИИОМТГ]
составляет до 1500 м2 однослойного рулонного ковра в смену,
что почти в 6 раз больше, чем при наклейке вручную.
Технология наклеивания рулонных кровельных материалов
непрерывно совершенствуется. Отечественной промышленностью
освоено производство наплавляемого рубероида (РКН) с
нанесением в заводских условиях слоем мастики.
Направляемый рубероид приклеивают путем одновременного
оплавления мастичного покрытия с нижней стороны
наклеиваемого полотнища и ранее наклеенного слоя рубероида (или
основания) с верхней стороны горячим воздухом,
инфракрасными лучами или пламенем специальных горелок, работающих на
газообразном или жидком топливе.
После ориентирования рулон устанавливают на
каток-раскатчик и с помощью горелок разогревают мастичный слой до
вязкотекучего состояния по линии соприкосновения полотнища
с основанием или ранее наклеенным слоем рубероида, одна-
временно перемещая горелки и каток. Рулон при этом
раскатывается и приклеивается. Скорость перемещения горелок и рас-
каточного устройства определяется временем, необходимым для
расплавления мастики.
Применение наплавляемого рубероида позволяет в 2 раза
сократить трудозатраты на устройство рулонного ковра,
снизить стоимость работ, значительно снизить расход битума.
При этом отпадает необходимость в приготовлении и
транспортировании мастики, улучшаются условия труда рабочих.
На плоских кровлях поверх рулонного ковра устраивают
защитный слой из минеральных посыпок на мастике. Для этого
используют гравий, известняк и другие минералы светлых
тонов, стойкие к атмосферным воздействиям с крупностью 5...
10 мм. Для наклейки посыпки применяют горячую дегтевую или
антисептированную битумную мастику. Крошку рассыпают
тонким слоем сразу же после нанесения мастики и втапливают ее.
После остывания мастики неприклеенную крошку сметают.
Второй слой (при необходимости) выполняют аналогично
первому.
При устройстве плоских водонаполненных рулонных
кровель стяжку в местах примыканий к парапету, шахтам,
деформационным швам и выходам ограничивают наклонными
бортиками из легкого бетона. После грунтовки стяжки наклеивают
четырех- или пятислойный рулонный ковер из толя (три-четыре
слоя толь-кожи и один слой толя с крупнозернистой посыпкой.)
Места примыканий дополнительно оклеивают внахлестку
двумя — пятью слоями толя. Края рулонного ковра вместе с
дополнительными слоями заводят на плоскости бортиков и крепят
к рейкам через каждые 150 мм. По готовому рулонному ковру
устраивают двухслойное защитное покрытие из гравия, втоплен-
ного в горячую мастику.
218
Уровень воды на кровле поддерживается путем долива ее
из водопроводной сети специальным устройством и регулируется
изменением положения переливных патрубков воронок. Толщина
охлаждающего слоя воды зависит от климатических условий и
может быть 30...70 мм. Атмосферные осадки отводятся через
внутренние водостоки. Для подхода к различным устройствам
(вентиляционным шахтам, антеннам и др.) от выхода на крышу
устраивают ходовые мостики, возвышающиеся над уровнем воды.
На зимний период воду с кровли сливают.
Рулонные кровли на сводах, арочных и куполообразных
покрытиях устраивают так же, как и на обычных крышах.
На куполообразные и арочные покрытия рулонные
материалы наклеивают послойно. Их раскатывают по направлению стока
воды и при наклейке перепускают на противоположный скат
для предохранения от сползания.
Своды двоякой кривизны оклеивают длинными полотнищами,
раскатанными вдоль волны от свеса до свеса. Полотнища
должны без складок и морщин прилегать к основанию. При большой
поперечной кривизне своды оклеивают отдельными кусками
материала в поперечном к осям сводов направлении.
Продольная и поперечная нахлестка полотнищ должна
составлять 100... 150 мм. Швы полотнищ рулонного ковра
необходимо тщательно прошпаклевать мастикой.
Устройство гидроизоляционного ковра из рулонных
материалов на сводах, арочных и куполообразных покрытиях
производится, как правило, вручную. Поэтому кровлю для таких
покрытий рационально выполнять механизированным способом
из битумно-полимерных эмульсий, армированных рубленым
стекловолокном или стеклотканью.
14.3. Устройство мастичных кровель
В последнее время наряду с рулонными все более широко
применяют кровли из мастик и эмульсий. Эти материалы
значительно упрощают кровельные работы, позволяют комплексно
механизировать все процессы. Мастики и эмульсии применяют при
устройстве как плоских, так и скатных крыш.
Устройство основания и подготовка его под мастичные кровли
те же, что и под кровли из рулонных материалов, за
исключением требований к влажности стяжек. Эмульсионные мастики
и эмульсии можно наносить на влажные основания.
Толщина отдельных основных и дополнительных слоев
мастичного гидроизоляционного ковра зависит от вида мастики:
Для битумных эмульсионных мастик она составляет 3...4 мм,
а для битумно-полимерных — 2...3 мм в стабилизированном
(высохшем) состоянии.
Дополнительные слои мастичного кровельного ковра
устраивают в местах возможного образования трещин, наибольшего
скопления влаги, на примыканиях к выступающим конструкциям.
219
При этом поперечные и продольные стыки сборных панелей
и швы выравнивающих стяжек, ендовы, водосточные воронки
оклеивают дополнительно рулонными стекломатериалами в один-
два слоя.
Для неармированных мастичных кровель применяют только
битумно-полимерные эмульсии и мастики: битумно-латексную
эмульсию ЭГИК (битум, эмульгатор, латекс), полимерные
мастики на основе полиизобутилена, резинового клея и др.
Неармированные мастичные кровли из эмульсии ЭГИК
устраивают по сборному или монолитному покрытию на крышках с
уклоном более 15 % и на покрытиях сводов со стрелой подъема
1/7 и более. Основной гидроизоляционный слой из этой
эмульсии наносят после огрунтовки оснований (этой же эмульсией
без коагулятора) и оклейки рулонными стекломатериалами
стыков, швов, ендов, разжелобков, водосточных воронок и других
деталей кровли. Эмульсию наносят в три слоя общей толщиной
3...4 мм с помощью трехсоплового пистолета-распылителя. На
коньке и в местах примыкания к вертикальным поверхностям
дополнительно наносят два слоя мастики, армированной
стекловолокном.
Неармированные кровли из полимерной мастики устраивают
по сухому и обеспыленному основанию, огрунтованному битумно-
резиновым или резиновым раствором. После обделки деталей
кровли наносят основное гидроизоляционное покрытие из
3...4 слоев мастики общей толщиной 1...1.5 мм.
Кровли из полимерной мастики, учитывая их стойкость к
химическим воздействием, чаще всего применяют при
строительстве предприятий химической промышленности.
Армированные мастичные кровли устраивают из эмульсии
ЭГИК, битумно-латексно-кукерсольной мастики БЛК (битум,
латекс, лак кукерсоль), холодных и горячих битумных и би-
тумно-резиновых мастик. Кровли этого вида армируют
рулонными стекломатериалами — стеклосеткой или стеклохолстом (стек-
ловойлоком) и рубленым стекловолокном. При армировании
гидроизоляционного ковра стеклохолстом или стекловойлоком
применяют горячие битумные и битумно-резиновые мастики,
а при армировании стеклосеткой или рубленым
стекловолокном — холодные мастики ЭГИК и БЛК.
Армированные мастичные кровли из эмульсии ЭГИК
устраивают по покрытиям любого типа независимо от их уклонов
как по сухим, так и по увлажненным, но чистым основаниям.
После высыхания грунтовки катком-раскатчиком расстилают сте-
клосетку и по ней пистолетом-распылителем наносят первый
слой эмульсии. В таком же порядке наносят и остальные слои
гидроизоляционного ковра. Полотнища сетки укладывают с
нахлесткой 75... 100 мм в продольном и поперечном
направлениях.
Кровли из мастики БЛК устраивают по покрытиям с уклоном
до 15 %. Основание под кровлю должно быть сухим, чистым
220
й огрунтованным битумной грунтовкой или мастикой БЛК без
наполнителя.
На разостланную по основанию стеклосетку форсунками
наносят мастику БЛК до тех пор, пока она полностью не
заполнит ячейки и не закроет волокно сетки. Остальные слои
наносят аналогично.
Кровли из горячих битумных и битумно-резиновых мастик
устраивают по покрытиям с уклоном до 15 % и армируют
стеклохолстом (стекловойлоком). При устройстве
гидроизоляционного ковра сначала наносят мастику и только после ее
остывания расстилают стеклохолст, прикатывая его катком. На
полотнище мастику наносят слоями не менее четырех раз до тех
пор, пока поверхность стеклохолста не примет глянцевый вид.
Количество армирующих слоев зависит от уклона кровли.
Мастичные кровли, армированные рубленым стекловолокном,
устраивают из эмульсии ЭГИК, мастики БЛК, холодных
асфальтовой и битумно-резиновой мастик. Армированные мастики
наносят пистолетами-распылителями, которые смешивают рубленое
стекловолокно и эмульсию. Основной гидроизоляционный ковер
выполняют из трех-четырех слоев толщиной 0,7... 1 мм. Каждый
последующий слой наносят после высыхания предыдущего.
В настоящее время разработана технология раздельного
нанесения мастики и армирующего слоя стекловолокна,
позволяющая повысить трещиностойкость мастичного покрытия. По
этой технологии стекловолокно длиной 15...20 мм рассыпается
по поверхности пистолетом-распылителем после нанесения
мастичного слоя.
В комбинированных кровлях нижние слои устраивают из
мастик, а верхние — из рулонных материалов. Защитное
рулонное покрытие позволяет использовать для нижних слоев
менее долговечные мастики. Кроме того, применение таких
кровель дает возможность наносить нижние мастичные слои ковра
в заводских условиях, в процессе изготовления кровельных
панелей.
14.4. Устройство плоских кровель
функционального назначения
Плоские крыши, используемые под солярий, открытые кафе,
спортплощадки, могут быть чердачными и бесчердачными.
Крыши чердачного типа более надежно предохраняют
внутренние помещения от проникновения влаги, однако они значительно
дороже бесчердачных. По конструкции эксплуатируемые крыши
отличаются от обычных усиленной и более долговечной
гидроизоляцией и наличием защитного слоя, который служит полом.
Уклоны крыш (в пределах 1...3 %) создают либо за счет
наклонного расположения основания, либо укладкой дополнительного
слоя тощего бетона переменной толщины.
221
Рис. 14.2. Устройство эксплуатируемой крыши:
а — схема крыши; б— примыкание к стене; е— деформационный шов в
холодном покрытии; / — покрытие из железобетонных плит; 2 — дренажный слой
гравия; 3 гидроизоляционный ковер; 4 — железобетонная стяжка: 5 —
утеплитель; 6 — пароизоляция; 7 — несущая конструкция; 8 — слой бетона по уклону;
9 — компенсатор из листовой оцинкованной стали; 10— бортовой камень; // -
водосточный желоб с воронкой; 12 — ограждение; 13 - фартук из
оцинкованной стали
Основанием для кровель функционального назначения могут
служить железобетонные плиты, панели с наклеенным в
заводских условиях одно- или двухслойным ковром, а также
армированные стяжки, устраиваемые по утеплителю. По плитному,
заранее оклеенному основанию, укладывают четырехслойный
рулонный ковер, по армированной стяжке — пятислойный.
Рулонный ковер выполняют из биостойких материалов — толя,
гидроизола, стеклорубероида и др. Поверх него укладывают
дренажный слой толщиной 60...70 мм из подогретого гравия
222
фракции 10... 15 мм, втапливаемого в горячую мастику. Этот
слой предохраняет гидроизоляционный ковер от повреждений и
отводит влагу в направлении ендов. Пол кровли устраивают
из железобетонных плит размером 400X400X50 мм, которые
укладывают поверх дренажного слоя (рис. 14.2).
14.5. Устройство кровель с применением сборных плит
повышенной заводской готовности
«Мокрые» процессы при устройстве паро-, тепло- и
гидроизоляции покрытий противоречат принципам наиболее прогрессивного
индустриального строительства, когда здания и сооружения
монтируют из элементов конструкций с высокой степенью
заводской готовности.
Эти недостатки в значительной степени устраняются, если
для устройства кровель используют комплексные панели
покрытия. Они представляют собой в общем случае железобетонные
плиты с нанесенными на заводе слоями паро- и
теплоизоляции, одним слоем рулонного ковра или несколькими слоями
мастики (при мастичных кровлях). Панели могут изготовлять
из легких конструкционных бетонов.
Монтаж комплексных панелей тот же, что и обычных
элементов сборных конструкций. После монтажа и закрепления
панелей в проектном положении заделывают стыки между
ними: замоноличивают цементным раствором нижнюю полость
стыка на уровне несущего основания, затем устраивают паро-
и теплоизоляцию, укладывают герметик и гидроизоляционное
покрытие.
Для теплоизоляции стыков применяют сыпучие материалы
(керамзит, гидрофобный порошок и т.п.), плитные (вкладыши
из полистирола, поролона и пороизола, минераловатные плиты)
и монолитные (битумоперлит, асфальтокерамзитобетон).
Герметизация стыков осуществляется с помощью мастик или паст,
пленок, эластичных прокладок. Наиболее широко применяют
мастики изол и тиоколовые.
После заделки стыки оклеивают полосками рулонного
материала шириной 250-300 мм на мастике. Полоски приклеивают
только к одной панели, что предохраняет их от разрыва при
деформациях. Если монтаж ведется в зимнее время, остальные
слои рулонного ковра наклеивают при положительной
температуре воздуха.
В практике строительства применяют кровельные плиты
полной заводской готовности. Они состоят из жесткого защитного
покрытия (асбоцементных листов и профилей, алюминиевых
листов, стеклопластиков и др.) и эффективного утеплителя
(пенопласта, мипоры, сотопласта и других легких материалов).
Для повышения несущей способности плит их монтируют
по решетчатым прогонам из алюминиевых сплавов. Швы между
плитами закрывают специальными деталями — раскладками. По-
223
крытия из таких плит легкие и долговечные, а их монтаж можно
вести в любое время года и при минимальных затратах.
Дальнейшее совершенствование кровельных работ с
применением элементов полной заводской готовности может быть
достигнуто путем изготовления беспокровных панелей из
материала типа полимербетона, обладающего достаточной прочностью,
а также высокими тепло- и гидроизоляционными свойствами.
Такие панели применяют в экспериментальном строительстве.
14.6. Устройство кровель из асбестоцементных
и стеклопластиковых волнистых листов
Среди кровельных покрытий из штучных материалов наиболее
широкое распространение получили кровли из волнистых
асбоцементных листов. Для устройства таких кровель применяют
волнистые листы обыкновенного профиля (марки ВО),
усиленного (марки ВУ), унифицированного (марки УВ) и средневол-
нистого (марки СВ). Ко всем видам листов волнистого
профиля выпускают фасонные детали — коньковые, угловые,
переходные и лотковые.
Кровли из волнистых асбоцементных листов марки ВО
устраивают по деревянной обрешетке в жилых, гражданских и
сельскохозяйственных зданиях, а из листов усиленного и
унифицированного профиля — по железобетонным, стальным и
деревянным прогонам в зданиях любого назначения (рис. 14.3).
Поперечная нахлестка смежных листов принимается равной
одной волне. Продольная нахлестка листов в горизонтальных
рядах зависит от уклона крыши и принимается: для листов
обычного профиля—120...140 мм, усиленного и
унифицированного — 200 мм.
К деревянным прогонам листы крепят гвоздями или
шурупами с мягкой шайбой, а к железобетонным и металлическим —
специальными крюками с гайками (рис. 14.4).
Разжелобки и ендовы покрывают лотковыми деталями,
укладывая их снизу вверх с нахлесткой 15 см. При
организованном стоке воды карнизные свесы покрывают оцинкованной
сталью. Примыкания к вертикальным поверхностям закрывают
металлическими фартуками или асбоцементными уголками,
которые крепят к прогонам.
Покрытия павильонов, киосков, детских лагерных построек
часто делают из стеклопластика, выпускаемого в виде
волнистых прозрачных, полупрозрачных и непрозрачных листов, как
бесцветных, так и окрашенных в различные цвета.
Волнистый стеклопластик настилают по обрешетке из
деревянных брусков или специальных прокатных деталей из
дюралюминия. Расстояние между элементами обрешетки зависит от
толщины листов и принимается по расчету. Листы
стеклопластика укладывают со срезкой углов и крепят к обрешетке
шурупами с мягкой шайбой.
224
Рис. 14.3. Устройство кровли из волнистых асбестоцементных листов:
/ обрешетка; 2 — коньковый элемент; 3 покрытие карниза из
оцинкованной стали; 4 - стропильная нога; 5 кобылка; 6 мауэрлат; 7 — кляммеры;
8 — шуруп или оцинкованный гвоздь; 9 — упругая прокладка; 10—коньковый
брус
14.7. Устройство кровель из черепицы
и асбестоцементных плоских ппиток
и стальных пистов
Черепицу применяют для устройства кровель малоэтажных
зданий с уклоном не менее 50 %. Основные достоинства
черепичных кровель — долговечность, прочность, стойкость к
химическим воздействиям и огню, малые эксплуатационные расходы.
Кроме того, благодаря яркому цвету черепица является
декоративным кровельным материалом и позволяет разнообразить
облик малоэтажной застройки.
Недостатками черепичных кровель являются большая масса
и необходимость создания значительных уклонов, что увеличи-
8-721
225
Рис. 14.4. Способы крепления волнистых асбестоцементных листов к прогонам:
а — к железобетонному прогону специального таврового сечения; б—к прогону из
швеллера; в — к полке прогона из угловой стали; / - железобетонный прогон;
2 — анкерная скоба; 3— винт; 4— накрывающий конец асбестоцементнот шста;
5 — гайка; 6 — крюк; 7 — шайба; 8 — гидроизоловая прокладка; 9 — накрываемый
конец асбестоцементного листа; 10 — крюк для крепления листов к прогону из
швеллера; //, 12— крюк для прогона из угловой стали
вает общую поверхность кровли и расход материалов на
устройство основания.
К обрешетке черепицу крепят проволокой (через ряд или
каждую в зависимости от уклона кровли) и кляммерами.
Разжелобки покрывают оцинкованной сталью или специальной
черепицей, а конек и ребра — коньковой желобчатой черепицей,
которую кладут на раствор и крепят к обрешетке или коньковому
брусу. Для улучшения изоляционных свойств кровли зазоры
между черепицами промазывают со стороны чердака цементно-
известковым раствором с наполнителем.
Кровли из асбестоцементных плоских плиток устраивают на
крышах с уклоном более 50 %. Плитки толщиной 4 мм имеют
отверстия для крепления и могут быть окрашены в красный,
светло-коричневый и зеленый цвета.
Основание для кровель из асбестоцементных плиток выполняют
в виде сплошного настила из досок 25 X 150 мм с зазором между
ними не более 10 мм.
До начала укладки плиток разжелобки, ендовы, примыкания
к вертикальным поверхностям, а также карнизные и фронтонные
226
Рис. 14.5. Кровля из асбестоцементных плоских плиток:
а — начальная стадия укладки плиток; б — поперечный разрез конька; в —
продольный разрез конька; / — настил; 2 — стропильная нога: 3 — противо-
ветровая кнопка; 4—половина плитки; 5—противоветровая скоба;
6—рядовая плитка; 7 — краевая плитка; 8 — уравнительная рейка; 9 —
желобчатый коиек; 10 — скоба; // — брус
свесы (если это предусмотрено проектом) .покрывают
оцинкованной сталью. Плитки укладывают внахлестку снизу вверх и
слева направо (рис. 14.5), ориентируя их по линии разбивочной
сетки, нанесенной заранее на основание. Шаг сетки принимают
равным 225 мм в направлении, перпендикулярном коньку, и
235 мм — параллельном коньку. Нахлестка должна быть не
менее 70 мм.
Первый карнизный ряд из краевых плиток укладывают на
уравнительную деревянную подкладку толщиной 8 мм и при
неорганизованном стоке воды или устройстве подвесных
водосточных желобов напускают за карнизный свес на 30 мм.
Рядовые плитки крепят к основанию гвоздями и, начиная с третьего
ряда, противоветровыми кнопками. Кроме того, карнизный ряд
краевых плиток закрепляют противоветровыми скобами из
оцинкованной стали, которые одновременно служат креплением
нижних углов плиток второго ряда. Конек и ребра кровли
покрывают желобчатыми коническими деталями, которые укладывают
внахлестку и крепят к коньковому брусу гвоздями или
противоветровыми скобами.
Применение тонколистовой стали для кровель ограничено.
Кровельные покрытия из стальных листов допускаются лишь при
реставрации и капитальном ремонте зданий старой постройки.
8*
227
Рис. 14.6. Устройство кровли из стальных листов:
а- свес ската; б- горизонтальные, вертикальные, одинарные и двойные фальцы;
й -летали водосточных труб; / -покрытие свеса; 2 - желоб; 3 - лоток- 4 — воронка-
Ь -костыли, располагаемые через 700 мм; 6 — крюки (через 700 мм)'- 7 — картина
настенного желоба; 8 - вертикальный (стоячий) фальц; 9 - кровля; 10 стропила;
". обрешетка: 12 — дощатый настил; 13 — кляммеры; 14 — колено; 15
карнизный штырь с хомутом; 16 - межколениое звено; 17 - настенный штырь с хомутом
В современном массовом строительстве кровельную сталь
применяют только для обделки карнизных и фронтонных свесов,
разжелобков, примыканий к выступающим над крышей
вертикальным поверхностям, покрытий архитектурных элементов
фасадов зданий и т. п.
При устройстве кровельного покрытия из стальных листов
основание выполняют в виде обрешетки из деревянных брусьев
размером 50X50 и досок шириной 120...140 и толщиной 50 мм,
укладываемых через каждые четыре бруска с шагом 1390 мм.
При этом разжелобки, ендовы и карнизные свесы покрывают
сплошным дощатым настилом (рис. 14.6).
Стальные листы соединяют между собой фальцами, которые
подразделяют по форме на стоячие и лежачие, а по плотности
на одинарные и двойные. Стоячими фальцами соединяют кромки
листов, располагаемых параллельно стоку воды, лежачими —
поперек стока. При уклоне кровли более 30 % лежачие фальцы
выполняют одинарными, а при меньшем уклоне — двойными.
Лист кровельной стали, кромки которого подготовлены для
фальцевого соединения, называют картиной. Для повышения
производительности труда при устройстве кровель картины
большей частью заготавливают из двух или трех соединенных между
собой листов. К обрешетке картины крепят кляммерами —
полосками кровельной стали, один конец которой заводят в
фальц, а другой прибивают к брускам обрешетки. На свесах
элементы кровли уклепляют на Т-образных костылях,
прибиваемых к дощатому настилу.
14.8. Особенности производства кровельных работ
в зимних условиях
В зимних условиях кровли из рулонных материалов
разрешается устраивать при температуре наружного воздуха не ниже
— 20 °С. При этом наклеивают и окрашивают мастикой только
один слой рулонного ковра. Последующие слои наклеивают при
постоянных плюсовых температурах.
Рулонные материалы можно наклеивать на основание из
литого асфальтобетона непосредственно после его укладки;
на любое основание, предварительно подготовленное под
наклейку, после его отогревания до положительной температуры и
просушки. Производить огрунтовку оснований кровель и
наклеивание рулонных материалов по основаниям, покрытым снегом,
инеем или льдом, запрещается.
Рулонные материалы перед наклейкой выдерживают в теплом
помещении до плюсовой температуры и доставляют к месту
укладки в утепленных контейнерах.
В момент нанесения на основание температура горячей
битумной мастики должна быть не ниже 180 °С, горячей
дегтевой — не ниже 140 и холодной — не ниже 70 °С. Мастику по-
229
дают в утепленной таре или насосами по утепленным и
обогреваемым трубопроводам.
В зимних условиях при температуре наружного воздуха
ниже 5 °С мастичные кровли допускается устраивать только из
битумно-латексно-кукерсольных и битумно-соляровых мастик,
подогретых до 60...80 °С. Кровли из других эмульсий и мастик
выполняют в теплое время года.
Кровли из комплексных кровельных панелей заводского
изготовления, асбестоцементных волнистых листов, плоских плиток,
черепицы и стальных листов можно устраивать в любое время
года независимо от температуры наружного воздуха.
Основание под кровли из штучных материалов необходимо
тщательно осмотреть и очистить от снега и наледи.
Промазывать зазоры, швы и другие неплотности растворами, замазками
и мастиками в зимних условиях не рекомендуется.
При монтаже покрытий из комплексных кровельных панелей
повышенной заводской готовности швы и стыки заделывают
цементно-песчаным раствором с добавкой поташа.
14.9. Контроль качества и охрана труда
при производстве кровельных работ
Контроль качества кровельных работ осуществляется в
соответствии с требованиями СНиПа. Материалы, применяемые для
кровельных работ, должны удовлетворять требованиям
действующих государственных стандартов, техническим условиям
на их изготовление и иметь паспорта.
При устройстве кровель из рулонных и мастичных
материалов производят промежуточную проверку и приемку
отдельных законченных элементов (пароизоляции, теплоизоляции,
стяжки, огрунтовки, обделки мест примыканий) и окончательную
приемку кровли в целом. Промежуточной приемке подлежат
также отдельные слои гидроизоляционного ковра. Кровли из
штучных материалов принимают только в законченном виде.
При контроле качества оснований проверяют соответствие
проекту материалов, уклонов, расположения водосточных
воронок и др. Поверхность основания должна быть ровной и
жесткой. Просветы между поверхностью основания под кровли из
рулонных и мастичных материалов и контрольной 3-метровой
рейкой не должны превышать 5 мм вдоль ската и 10 мм
поперек, а между поверхностью основания под кровли из штучных
материалов и контрольной метровой рейкой — 5 мм в обоих
направлениях. Допускаются только плавно нарастающие
просветы, но не более одного на 1 м.
Прочность приклейки рулонного материала проверяют путем
медленного отрыва одного слоя от другого. Разрыв должен
происходит не менее чем на 50 % по рулонному
материалу.
230
Отслаивание рулонного материала от основания не
допускается. Поверхность кровель из рулонных и мастичных материалов
не должна иметь вмятин, воздушных мешков и пробоев.
При контроле качества мастичной кровли проверяют
толщину гидроизоляционного ковра, которая должна
соответствовать проектной с допустимыми отклонениями ±10 % и прочность
сцепления ковра с основанием. При обнаружении вздутий,
потеков, наплывов, а также отдельных мест с губчатой
структурой их вырубают и заделывают вновь.
Кровельные покрытия из штучных материалов должны
плотно и без видимых просветов при осмотре снизу прилегать к
обрешетке. Асбестоцементные листы, плитки и другие штучные
материалы не должны иметь сколов, трещин и коробления.
Отклонения фактического уклона законченных кровель от
проектной не могут превышать 1...2 % для плоских и 5% —
для других видов кровель. Водонепроницаемость кровли
проверяют после дождя. Водонепроницаемость плоских кровель
(с уклоном до 3 %) можно проверить путем искусственной
заливки их водой при закрытых воронках.
Приемка готовой кровли оформляется актом с выдачей
заказчику гарантийного паспорта не менее чем на 10 лет для
кровель из штучных материалов и не менее чем на 5 лет —
рулонных и мастичных.
Работы по устройству кровель разрешается начинать после
проверки исправности несущих и ограждающих конструкций
крыши, подмостей и ходовых мостиков. Рабочие должны быть
обеспечены спецодеждой, нескользящей обувью и
предохранительными поясами.
При складировании на крыше материалов необходимо
принимать меры против их соскальзывания и сдувания ветром. По
окончании смены все материалы и инструменты убирают или
надежно закрепляют. Сбрасывать с кровли материалы и
инструменты запрещается, а зона возможного их падения должна
быть ограждена.
Особую осторожность надо соблюдать при изготовлении
и нанесении горячих мастик. Битумоварочные котлы заполняют
не более чем на 3/4 и при варке закрывают крышками. При
нанесении мастики рабочий должен находиться с наветренной
стороны. Переносить горячие мастики в бачках по стремянкам
и лестницам не допускается.
При работе на крышах с уклоном более 20° и на краю крыш
с любым уклоном рабочие должны обязательно пользоваться
предохранительными поясами.
При обледенении кровли, ливневом дожде, густом тумане,
сильном снегопаде и ветре производство кровельных работ
запрещается.
231
Глава 15
УСТРОЙСТВО ИЗОЛЯЦИОННЫХ ПОКРЫТИИ
15.1. Устройство гидро- и теплоизоляции
Гидроизоляционные покрытия конструкций зданий и
сооружений устраивают с целью защиты от воздействия влаги.
Гидроизоляцией защищают от воздействия грунтовых вод
фундаменты, стены и полы подвалов, полы первых этажей
бесподвальных зданий. Гидроизоляцией защищают также части
зданий и сооружений от воздействия внутренних
(технологических) вод в помещениях, где имеются мокрые процессы.
Гидроизоляционное покрытие устраивают и при возведении
подземных сооружений (туннелей, резервуаров, подземных
переходов, станций метрополитена и т. п.).
В зависимости от способа устройства и рода применяемых
материалов гидроизоляцию подразделяют на окрасочную
битумную и из полимерных материалов, оклеечную из рулонных и
листовых материалов на битумной, дегтевой или полимерной
основе, штукатурную цементную и асфальтовую, литую
асфальтовую, сборно-листовую из металлических и пластмассовых
листов. Для гидроизоляционной защиты сборных конструкций,
подвергающихся интенсивным механическим воздействиям (сваи,
трубы и т.п.), и изделий из пористых материалов
(асбестоцемента, известняка, туфа, бетона) применяют пропиточную
гидроизоляцию.
Гидроизоляционное покрытие, как правило, устраивают со
стороны гидростатического напора. При выборе типа
гидроизоляции необходимо учитывать назначение и особенности
сооружения, условия эксплуатации, характер грунтовых вод и
степень их агрессивности, величины и характер нагрузки и другие
влияющие факторы.
Тепловая изоляция применяется для защиты ограждающих
конструкций зданий и сооружений, технологических установок,
трубопроводов и других горячих и холодных поверхностей от
потерь теплоты и холода в окружающую среду с целью создания
определенного температурного режима.
Различают следующие виды теплоизоляции: мастичную —
из мастик, приготовленных из порошкообразных или
волокнистых материалов (асбозурита, вулканита, совелита и др.); литую,
устраиваемую путем заполнения пространства между
изолируемой поверхностью и опалубкой пено- или газобетоном;
обволакивающую — из гибких материалов — минеральной рулониро-
ванной ваты, различных матов, шнуров, полос, рулонированного
стекловолокна и т. д.; засыпную (набивную) — из сыпучих
гранулированных, порошкообразных или волокнистых
изоляционных материалов; из формованных изделий — плит, блоков,
кирпича, скорлуп, сегментов и др.
Выбор вида теплоизоляции зависит от типа и назначения
232
изолируемых конструкций, условий их возведения и
эксплуатации.
Антикоррозионные покрытия устраивают для защиты
конструкций зданий и сооружений, эксплуатирующихся в условиях
агрессивных сред — воздушной и жидкостной.
Комплексный процесс производства гидроизоляционных работ
состоит из следующих технологических операций: подготовки
поверхности; выполнения сопряжений, примыканий и швов;
устройства гидроизоляционного покрытия; устройства защитных
конструкций гидроизоляции.
Изолируемые поверхности должны быть чистыми, ровными
и сухими, а при необходимости — огрунтованы. При огрунтовке
поверхностей эмульсиями и при устройстве штукатурной
цементной или холодной асфальтовой изоляции высушивание
поверхностей не требуется.
Все места сопряжения гидроизоляционного покрытия с
закладными деталями (трубы, анкеры, диафрагмы и др.)
усиливают армирующей тканью или сеткой, металлическими розетками
или диафрагмами. Деформационные швы, пересекающие
гидроизоляционный покров, уплотняют герметиками.
Окрасочная гидроизоляция применяется главным образом
для защиты конструкции от капиллярной влаги. Основание под
изоляцию должно быть сплошным и жестким.
Гидроизоляционное покрытие выполняют путем равномерного нанесения на
изолируемую поверхность не менее чем в два слоя горячих или
холодных битумных мастик, а также мастик, приготовленных на
основе синтетических смол.
Мастики наносят с увлажняемой стороны механизированным
способом с помощью форсунок и распылителей слоями толщиной
около 2 мм. Каждый последующий слой наносят на предыдущий
после его отвердения и проверки качества. Устройство
окрасочной изоляции вручную допускается при объеме работ не
более 500 м2.
Засыпку стен с окрасочной изоляцией следует производить
только мягким грунтом. В этом случае устройства защитного
ограждения гидроизоляции не требуется.
Оклеенная гидроизоляция необходима для защиты
конструкций зданий и сооружений при гидростатическом напоре до
30 м. Ее выполняют путем послойного наклеивания гнилостой-
ких рулонных или листовых материалов на изолируемую
поверхность со стороны увлажнения. Наклеивание рулонных
материалов на горизонтальные и наклоненные до 25° изолируемые
поверхности производят технологическими приемами,
применяемыми при устройстве рулонных кровель. При этом величина
нахлестки полотнищ в продольных и поперечных стыках
должна составлять 100 мм, а сами стыки располагаться вразбежку
на расстоянии не ближе 300 мм один от другого.
Последний слой оклеечной рулонной гидроизоляции при
отсутствии специальных указаний в проекте покрывают сплош-
233
ным слоем горячей мастики толщиной 2 мм. При
необходимости изоляцию защищают стенкой из кирпича или бетона.
Штукатурная цементно-песчаная гидроизоляция применяется
для защиты жестких, трещиноустоичивых конструкций, не
подвергающихся в процессе эксплуатации динамическим
воздействиям. Изоляцию устраивают после полной осадки сооружения.
Для приготовления цементно-песчаного раствора применяют
водостойкий безусадочный цемент (ВБЦ), водостойкий
расширяющий цемент (ВРЦ) или портландцемент с уплотняющими
и гидравлическими добавками. В качестве уплотняющих добавок
применяют церезит, алюминат натрия, битумные и латексные
эмульсии, гидрат окиси железа, жидкое стекло. В качестве
гидравлических добавок применяют диатомит, туф, трепел,
молотый шлак, золу, вулканические пеплы.
Перед началом работ изолируемую поверхность увлажняют,
а бетонную поверхность, кроме того, насекают или
обрабатывают пескоструйным аппаратом.
Раствор наносят способом торкретирования с помощью
цемент-пушки (рис. 15.1) или установки «Пневмобетон»
отдельными слоями толщиной 6...10 мм. Количество слоев назначают
в зависимости от величины гидростатического напора. Каждый
последующий слой наносят после затвердевания предыдущего,
но не позднее чем через сутки и не позднее чем через 30 мин
при применении безусадочного или расширяющегося цемента.
Поверхность ранее нанесенного слоя перед устройством
следующего обдувают сжатым воздухом и смачивают водой.
Штукатурная асфальтовая гидроизоляция из горячих или
холодных (эмульсионных) асфальтовых мастик и растворов
выполняется путем их послойного нанесения на изолируемую
поверхность.
Рис. 15.1. Схема установки для устройства цементно-песчаной
гидроизоляции:
/ — компрессор; 2 — воздушные шланги; 3 — воздухоочиститель; 4 —
цемент-пушка; 5 — матерчатый шланг; 6 — сопло; 7 — водяной шланг; 8 —
бак с водой
234
Горячие мастики и растворы для асфальтовой
гидроизоляции приготавливают из смеси расплавленного битума и
наполнителя (минерального порошка, асбеста, песка), а холодные
мастики — из смеси битумных эмульсионных паст (известково-
битумных, глиняно-битумных), наполнителей и воды в
специальных установках.
На горизонтальные поверхности изоляцию наносят по
захваткам длиной до 20 м и шириной 2...2,5 м слоями толщиной
7 ..10 мм. При изоляции вертикальных поверхностей асфальтовые
смеси наносят снизу вверх ярусами высотой 1,4...1,8 м слоями
по 5...7 мм. Каждый последующий слой должен наноситься
после остывания предыдущего. Сопряжение ярусов и захваток,
в каждом слое выполняют внахлестку на ширину не менее
200 мм; а места сопряжений в смежных слоях — вразбежку на
расстояние не менее 300 мм.
Мастики и растворы наносят механизированным способом
с помощью асфальтометов, растворометов или растворонасосов.
Литая асфальтовая гидроизоляция. Этот вид изоляции
выполняют из горячих асфальтовых мастик, растворов и асфаль-
тополимерных смесей путем из разлива и разравнивания по
горизонтальной поверхности или путем залива в зазор между
специальной опалубкой и вертикальной поверхностью.
Горячие асфальтовые смеси подают на изолируемый
участок кранами в утепленных емкостях. Разравнивание на
горизонтальной поверхности производят механическими или
ручными скребками.
При изоляции вертикальных поверхностей мастики
заливают как сверху вниз слоями высотой 30...50 см, так и
снизу вверх нагнетанием по трубам.
Защитные ограждения литой асфальтовой гидроизоляции
устраивают из железобетонных плит или кирпича.
Сборно-листовая гидроизоляция изготовляется в виде
сплошного покрытия или пластмассовых листов.
Металлическую гидроизоляцию применяют в особо
ответственных сооружениях и выполняют из стальных листов,
соединяемых между собой сваркой.
Металлическую изоляцию устраивают, как правило, на
внутренних поверхностях конструкций и сооружений и крепят к
конструкциям с помощью анкеров или сваркой. Между листами
изоляции и изолируемой поверхностью оставляют зазор в
25...30 мм, который заполняют цементным раствором под
давлением. Открытую поверхность металлической гидроизоляции
защищают от коррозии путем окраски антикоррозионными
составами.
В случае, когда изолируемая конструкция выполняется из
монолитного бетона, металлическую гидроизоляцию
используют в качестве опалубки.
Пластмассовые (винипластовые) покрытия применяют
главным образом для защиты конструкций от агрессивных вод.
235
Листы винипласта выкраивают по форме изолируемой
поверхности и крепят с помощью клея ПХ. Между собой листы
соединяют путем сварки или нахлесточных швов горячим воздухом
при температуре 200...220 °С.
Конструкция тепловой изоляции состоит из основного
теплоизоляционного слоя, защитного покрытия и креплений.
Основной теплоизоляционный слой обеспечивает защиту
изолируемой поверхности от потерь тепла или холода и
выполняется из материалов, обладающих низкой теплопроводностью.
В качестве теплоизоляционных материалов применяют
асбест, минеральную и стеклянную вату, диатомит, трепел,
керамзит, перлит, вермикулит и изделия из них, пеностекло,
пено- и газобетон, пробковые изделия, торфоизоляционные
плиты, древесно-волокнистые изделия, алюминиевую фольгу,
теплоизоляционные пластмассы.
Защитное покрытие предназначено для предохранения
основного теплоизоляционного слоя от механических
повреждений, воздействия агрессивных сред, увлажнения, гниения и
т. п.
Защитное покрытие выполняют из рулонных битумных
материалов, металлических листов, синтетических пленок,
стеклопластиков, лакостеклоткани, штукатурных растворов, бетонов
и др.
Крепления обеспечивают необходимую прочность
теплоизоляционной конструкции, плотность прилегания ее к изолируемой
поверхности, а также плотность прилегания друг к другу
отдельных слоев конструкции.
Поверхности, подлежащие изоляции, должны быть очищены
от загрязнения, высушены и в случае необходимости покрыты
антикоррозионными или пароизоляционными материалами. Теп
лоизоляционные материалы при укладке их в конструкцию
должны иметь влажность, предусмотренную проектом.
Мастичная теплоизоляция. Мастичную теплоизоляцию устраивают по
поверхности трубопроводов и оборудования, нагретых до проектной температуры.
Мастики приготавливают из порошкообразных и волокнистых материалов -
асбеста, асбозурита, совелита, вулканита, смешиваемых с водой в растворо-
смесителях до заданой консистенции.
Мастики наносят на изолируемую поверхность вручную или пневмонагне-
тателями. Первый слой из жидкой мастики толщиной до 5 мм наносят на-
брызгом непосредственно на изолируемую поверхность или по металлической
метке. Каждый последующий слой во избежание сквозных трещин наносят после
высыхания предыдущего.
Мастичная теплоизоляция достаточно просто наносится на поверхность
сложной конфигурации. Однако из-за большой трудоемкости и необходимости
подогрева изолируемой поверхности ее применение ограничено.
Литая теплоизоляция. Такую теплоизоляцию применяют при возведении
промышленных печей, холодильников, при бесканальной прокладке теплосетей.
Ее выполняют из пено- и газобетона или битумоперлита, которые укладывают
в переставную опалубку слоями проектной толщины и высотой 25 см.
Целесообразно в качестве опалубки использовать сборные пенобетонные
плиты-оболочки как составную часть конструкции теплоизоляции.
Для устройства литой изоляции применяют также метод торкретирования.
236
В этом случае изоляцию наносят по сетке из 3...5-миллиметровой проволоки
при температуре не ниже 10 °С.
Для защиты теплоизоляции от влаги защитный слой выполняют из
рулонных гидроизоляционных материалов (изола, бризола и др.), которые
наклеивают по теплоизоляционному покрытию в два слоя.
Обволакивающая теплоизоляция выполняется из гибких рулонных
материалов и изделий (минераловатных, стекловатных, асбестовых и др.).
Теплоизоляционные материалы укладывают на изолируемую поверхность
и закрепляют шпильками. При этом должно быть обеспечено плотное
прилегание изделий к изолируемой поверхности и друг к другу в стыках. Продольные
и поперечные швы сшивают мягкой проволокой. Если изоляция двухслойная,
то второй слой укладывают по первому со смешением швов. Для повышения
прочности изоляции ее армируют металлической сеткой. Сверху изоляционное
покрытие покрывают штукатуркой, оклеивают и окрашивают.
Теплоизоляция из сборных изделий. Сборно-блочная теплоизоляция из
формованных изделий наиболее индустриальна и широко применяется для изоляции
как горячих, так и холодных поверхностей.
Сборные издения изготовляют в заводских условиях из диатомита,
асбозурита, трепела, совелита, легких бетонов и других теплоизоляционных
материалов в виде плит, блоков, кирпича, скорлуп (полуцилиндров) и сегментов.
При теплоизоляции плоских и криволинейных поверхностей сборные изделия
укладывают полосами насухо или на слое мастики. В случае укладки насухо
изделия должны подгоняться с зазором не более 2 мм друг к другу и к
изолируемой поверхности. Теплоизоляцию крепят с помощью скоб, шпилек, каркасов
и т. п. Многослойную изоляцию выполняют с перекрытием продольных и
поперечных швов.
Теплоизоляцию бетонных или кирпичных стен устраивают по штукатурке
или пароизоляиии в один или несколько слоев плит. Теплоизоляционные плиты
укладывают между деревянными рейками, закрепленными в стене. Первый слой
наклеивают на сплошном слое битума, а последующие слои — полосовой и
точечной наклейкой с перевязкой швов. Неплотности в швах зашпаклевывают
мастикой из битума и теплоизоляционного материала. После установки всех
плит и заделки швов устраивают пароизоляцию с последующим
оштукатуриванием по' сетке.
При теплоизоляции перекрытий первый слой теплоизоляционных плит
наклеивают по пароизоляционному слою на битумной мастике. Последующие
слои укладывают насухо или на мастике с перевязкой швов. Швы
проконопачивают отходами плит и промазывают горячим битумом. Сверху
теплоизоляционный слой оклеивают слоем пергамина на битумной мастике, а затем
устраивают бетонную стяжку.
Наиболее эффективным представляется способ предварительной
теплоизоляции технологических установок, трубопроводов и других конструкций в
заводских условиях, т. е. до их монтажа. В этом случае на строительном объекте
производят только заделку стыков и обеспечивают высокую производительность
труда.
15.2. Устройство антикоррозионных защитных покрытий
Антикоррозионное защитное покрытие выбирают с учетом
химического состава агрессивной среды и ее состояния (жидкая,
газообразная, сухая или с образованием конденсата и др.), степени
механического воздействия на защитное покрытие в процессе
эксплуатации, конфигурации и материала защищаемых
конструкций и других факторов.
Применяют следующие способы устройства защитных
покрытий:
а) окраску битумными, химически стойкими лакокрасочными
составами, эмульсиями резиновых смесей или пластмасс;
237
б) оклейку листовыми и рулонными материалами; в)
шпаклевку или штукатурку кислотоупорными замазками и
растворами; г) облицовку (футеровку) штучными изделиями
(плитками, кирпичом, блоками) на химически стойком вяжущем;
д) напыление пластических масс.
Кроме того, антикоррозионную защиту конструкций
выполняют путем пропитки органическими вяжущими, гидрофобиза-
ции, флюатирования пористых материалов, способом
торкретирования. Металлические конструкции защищают от коррозии
также электрохимическими способами.
Подготовка поверхностей. Перед нанесением защитных
покрытий поверхности конструкций очищают от загрязнений, пыли,
выравнивают и высушивают. Острые углы закругляют радиусом
не менее 10 мм срезкой или заполнением мастиками
(растворами) . При подготовке поверхностей металлических конструкций
устраняют задиры и наплывы металла, зачищают сварочные
швы, производят обезжиривание растворителями.
Очистку стальных конструкций производят с помощью
механических щеток, дробе- и пескоструйных установок. Устрой- I
ство защитного покрытия начинают не позднее чем через 8 ч
после окончания сухой очистки стальных поверхностей.
Поверхности железобетонных и кирпичных конструкций
к моменту нанесения защитного покрытия должны иметь
влажность не более 4 % при окрасочных, мастичных и шпаклевочных
покрытиях и 5 % при оклеечных, футеровочных и облицовочных
покрытиях. Сушку поверхностей производят с помощью
калориферов, воздуховодов или электропечей.
Окрасочные покрытия. Защитное окрасочное покрытие
строительных конструкций из химически стойких лаков, красок и
эмалей выполняют путем последовательного нанесения на
защищаемую поверхность грунтового, шпаклевочного и окрасочных
слоев с промежуточной сушкой каждого из них.
Окрасочные материалы перед применением тщательно
перемешивают, отфильтровывают и доводят до требуемой вязкости.
Грунтовки и краски наносят на поверхность безвоздушным и
пневматическим распылением или кистями вручную. Поверхности
загрунтовывают слоями толщиной от 8 до 50 мм, а окраску —
слоями толщиной от 15 до 25 мм в зависимости от состава
применяемых материалов. Продолжительность сушки каждого
слоя определяют в зависимости от температуры окружающей
среды. Температура воздуха и защищаемых поверхностей
должна быть не ниже 10 °С при нанесении окрасочных покрытий
из материалов, приготовленных на природных смолах, и 15° из
материалов, приготовленных на синтетических смолах.
Облицовочные и футеровочные покрытия для строительных
конструкций штучными материалами (плитами, кирпичом,
блоками) выполняют технологическими приемами, применяемыми при
производстве облицовочных и каменных работ в обычных
условиях.
238 |
При установке на битумных составах их грунтуют
битумными грунтовками по граням и с тыльной стороны. Температура
материалов во время устройства покрытий должна быть равна
температуре защищаемой поверхности.
Металлические покрытия. Стальные связи и закладные
детали в стыках сборных железобетонных конструкций защищают
от коррозии в построечных условиях способом напыления
расплавленного цинка специальными аппаратами.
Металлизационное покрытие наносят на заранее
подготовленное основание послойно. Разрыв во времени между
подготовкой поверхности и нанесением первого слоя покрытия не
должен превышать 3 ч на открытом воздухе в сухую погоду и
30 мин — под навесом в сырую погоду.
15.3. Особенности производства работ
в зимних условиях
и контроль качества изоляции
Гидроизоляционные работы при температуре наружного воздуха
ниже 5°С производят с проведением дополнительных
мероприятий для обеспечения требуемого качества или в тепляках,
позволяющих поддерживать в них температуру Ю...15°С.
При устройстве на открытом воздухе окрасочной, оклеечной
и асфальтовой изоляции с применением горячих мастик и
растворов изолируемые поверхности необходимо высушить и прогреть
до температуры Ю...15°С. Мастики и растворы должны иметь
рабочую температуру 170...180°С. Рулонные материалы перед
наклеиванием отогревают до температуры 15...20°С и подают
на рабочее место в утепленных контейнерах. Рабочие места
должны быть защищены от атмосферных осадков и ветра.
Гидроизоляцию из эмульсионных мастик и цементно-песча-
ных растворов выполняют только в тепляках. Металлическую
гидроизоляцию можно устраивать при температуре наружного
воздуха не ниже —20 °С.
Устройство в зимних условиях изоляции из полимерных
материалов производят в соответствии со специальными
инструкциями. Защитные стяжки и кладку защитных стенок выполняют
на растворах с противоморозными химическими добавками.
Выполнение гидроизоляционных работ в тепляках не вносит
каких-либо изменений в технологию нанесения
гидроизоляционных покрытий.
Теплоизоляционные работы, не связанные с мокрыми
процессами, разрешается производить при температуре воздуха не
ниже —20 °С. При наличии мокрых процессов устройство
теплоизоляции допускается только в закрытых помещениях
(тепляках) при температуре не ниже 5°С.
Теплоизолирующие детали, мастики и растворы заготовляют
в отапливаемых помещениях, теплоизоляционные материалы
239
укладывают, не допуская их увлажнения. Изолируемые
поверхности перед нанесением защитного покрытия очищают от снега
и наледи.
Изделия на битумных мастиках наклеивают только на
поверхность с положительной температурой.
Антикоррозионные работы, кроме окраски перхлорвиниловы-
ми составами, производят только при положительных
температурах. Наносить антикоррозионное покрытие на промерзшие
поверхности запрещается.
При устройстве гидроизоляции обязательному контролю
подлежат: качество применяемых материалов и подготовка
изолируемых поверхностей, заделки швов и стыков, качество готовых
покрытий и защитных ограждений.
Окрасочная гидроизоляция не должна иметь губчатости,
трещин, каверн и отслоений. Обнаруженные дефектные места
должны быть расчищены и вновь покрыты гидроизоляционным
материалом.
В процессе устройства оклеечной гидроизоляции
контролируют размер нахлестки полотнищ, размещение стыков, прочность
наклейки, отсутствие разрывов и вздутий ковра, непроклеенных
мест. Все дефектные места тщательно расчищают и заделывают
с нанесением дополнительного изоляционного слоя.
Штукатурная асфальтовая и цементно-песчаная
гидроизоляция не должна иметь трещин, губчатости и отслаиваний. Все
некачественно выполненные участки вырубают и заделывают
вновь.
При устройстве теплоизоляции контролируются
непрерывность пароизоляционных слоев, отсутствие механических
повреждений и сползаний, плотность прилегания
теплоизоляционных слоев к основанию и между собой, перекрытие швов,
непрерывность слоя изоляции (отсутствие «мостиков» холода),
надежность и жесткость крепления обволакивающих и сборных
изоляционных конструкций, качество защитных покрытий.
Ровность поверхности теплоизоляционного покрытия
проверяют двухметровой рейкой, зазор между которой и
поверхностью изоляции не должен превышать 5 мм. Отклонение общей
толщины теплоизоляционного слоя от проектного допускается
не выше +10% или —5%, а объемной массы
теплоизоляционных материалов — не более 5 %.
15.4. Охрана труда при производстве
изоляционных работ
Проходы и проезды в зоне производства изоляционных работ
необходимо ограждать и на видных местах вывешивать
предупредительные надписи.
Штучные изоляционные материалы поднимают на высоту
в специальной таре, контейнерах и петлях, мастику — в специ-
240
альных конусных бачках с плотно закрывающимися крышками
или транспортируют по трубопроводам.
Котлы для варки и разогрева изоляционных мастик должны
быть в исправном состоянии и иметь плотно закрывающиеся
несгораемые крышки. Заполнение котлов допускается не более
чем на 3/4 их емкости. Для подогрева битумных составов внутри
помещений запрещается применять открытый огонь.
При приготовлении холодных битумных мастик разогретый
битум вливают в растворитель (а не наоборот) и перемешивают
только деревянными мешалками во избежание искрообразова-
ния. Температура битума в этом случае не должна превышать
70 °С. Не разрешается приготовлять холодные мастики на
этилированном бензине.
В зоне применения синтетических красок запрещается
курить, пользоваться открытым огнем, а также производить
работы, вызывающие искрообразование.
Рабочие, занятые на изоляционных работах, должны быть
обеспечены спецодеждой и индивидуальными средствами защиты
(защитными очками, респираторами, резиновыми перчатками
и др.).
При устройстве изоляции из перхлорвиниловых красок и
лаков рабочие должны быть обеспечены противогазами с
принудительной подачей воздуха.
Раздел седьмой
ОТДЕЛКА ЗДАНИЙ
Глава 16
ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЕ И СТЕКОЛЬНЫЕ РАБОТЫ
16.1. Подготовка зданий под отделку
К началу работ по устройству отделочных покрытий должны
быть выполнены следующие работы: заделка сопряжений
оконных и дверных блоков с элементами ограждения;
оштукатуривание и облицовка поверхностей в местах установки приборов
отопления, газо- и водоснабжения; прокладка всех
коммуникаций и заделка коммуникационных каналов; монтаж сетей
электрообеспечения, телефонизации, радиофикации и др.; монтаж
и опрессовка санитарно-технических систем, промывка
канализации, проверка вентиляции; устройство полов и ограждений
балконов и лоджий; устройство гидроизоляции и стяжек в санузлах.
Отделочные работы необходимо выполнять в такой
последовательности: остекление световых проемов; оштукатуривание и
облицовка поверхности; подготовка поверхностей под окраску
и отделку обоями; устройство полов (кроме линолеумных и из
полимерных плиток); окраска поверхностей и оклейка обоями;
241
Рис. 16.1. Самоходные леса:
/ — ходовая часть; 2 — башня; 3 -
5 — кран
механизм подъема плат
.фор**' -"^
)рма;
окраска дощатых и отделка паркетных полов; Ус ^юлов
из линолеума и полимерных плиток. следуй.
Отделку зданий высотой пять этажей и менетеЛЬно-ц
Начинать с верхнего этажа после окончания строй иЯХ Выц?'^таж-
ных работ по всему зданию или его части; а в зДа „емЫМ ^~ пяти
этажей — с нижних этажей. При этом над отдель1В 0еспеЧ(^т^жом
Должны быть выполнены не менее двух этажей й отдельщ*1^
защита отделочных покрытий от повреждения. На^ тажНых ^^мым
участком здания не допускается производство м .нЬ1 быть ^абот.
Конструкции отделываемых помещений до-"* отделЬцс
Предварительно отогреты и просушены. Температур3 н0Сть не^^мь™
помещениях должна быть не ниже 10 °С и вЛа>к на год гзыше
70 %. После окончания отделки в помещениях Д0,ПпоСЛе сл^ржи-
ваться температура 10 °С в течение 12 сут, а „0 (^йных
работ и устройства полов из линолеума — поС-1 естесТв
В теплое время года сушка зданий происХ^ик0ННЫе ценным
способом путем проветривания помещений чер^3 ° -^вер-
242
ные проемы, вентиляцию. При этом помещения должны быть
защищены от возможного увлажнения атмосферной влагой.
В зимнее время отделываемые ограждающие конструкции
должны быть отогреты на половину своей толщины и просушены.
Влажность каменных поверхностей не должна превышать 8, а
деревянных — 12 %.
В процессе сушки зданий и производства отделочных работ
в помещениях следует поддерживать температуру в пределах
Ю...20°С. При более высокой температуре процесс сушки идет
неравномерно, что снижает, качество отделки.
Отделку фасадов и внутренних помещений ведут с
различных средств подмащивания, которые можно разделить на семь
групп: инвентарные леса, инвентарные подмости, самоходные
(передвижные) леса и подмости, самоподъемные подмости,
автомобильные подъемники, складные подмости-столики, средства
подмащивания для выполнения отдельных работ (рис. 16.1).
16.2. Технология стекольных работ
Светопроницаемые ограждения зданий и сооружений служат для
естественного освещения помещений и создания в них
благоприятных условий для жизни и деятельности человека. Степень
освещенности различных помещений и рабочих мест
регламентирована СНиПом. Помещения могут освещаться через окна,
световые участки стен и перегородок, световые фонари и другие
светопроницаемые элементы зданий и сооружений.
Светопроницаемое ограждение может быть выполнено из различных видов
стекла, стеклопакетов стевита, стеклоблоков и стеклопрофилита,
устанавливаемых в 1...3 слоя с воздушными прослойками или
прозрачными прокладками. Стекломатериалы крепят в
одинарных, спаренных и двойных переплетах или обвязке.
Подготовка материалов. Стекломатериалы необходимых
размеров заготавливают в специализированных мастерских и
поставляют на строительные объекты комплектами на квартиру,
секцию или ячейку согласно заказанным спецификациям.
Большие партии мерного стекла строительные организации могут
получать непосредственно со стекольных заводов.
Заготовленное стекло должно перекрывать фальцы переплета
на 3/4 их ширины, а зазор между стеклом и бортами
фальца должен быть не менее 2 мм. Размеры стеклопрофилита стекло-
Пакетов и стевита устанавливаются проектом здания. При
установке стекла в эластичных прокладках его острые кромки
необходимо обрабатывать.
Вид и размеры крепежных изделий устанавливаются
проектом. Средства уплотнения и герметизации должны быть воздухо-
и водонепроницаемыми; свето-, морозо- и влагостойкими; не
вызывать коррозии переплетов; сохранять эластичность и не
препятствовать температурным деформациям стекломатериалов,
После деформации принимать первоначальную форму; отвечать
243
Рис. 16.2. Остекление деревянных
(а—в) и металлических (г. д)
переплетов:
а, г — на замазке; в, д — на
эластичных прокладках и штапиках; / —
стекло; 2—шпилька; 3— замазка; 4—
штапик; 5 — гвоздь (шуруп); в —
эластичная прокладка: 7 — кляммеры; 8 —
штырь; 9 — винт
санитарно-гигиеническим
требованиям. Стекольная замазка,
кроме того, должна быть пластичной,
легко укладываться и
заглаживаться без разрывов и
шероховатостей, после высыхания не иметь
трещин, иметь хорошее
сцепление со стеклом и фальцами.
Остекление проемов.
Заполнение световых проемов должно
предшествовать отделочным
работам и выполняться после
окончания всех послемонтажных и
специальных работ на
остекляемом участке. Применение
временных заполнений наружных
проемов из различных прозрачных
пленок ведет к увеличению затрат
и повреждению столярных
изделий.
Оконные переплеты к моменту
остекления должны быть хорошо
подогнаны и окрашены за один
раз. Перед остеклением фальцы
переплетов очищают, грунтуют
или красят и просушивают. Съемные переплеты стеклят в
горизонтальном положении.
В деревянных и металлических переплетах стекла
устанавливают на двойной замазке, замазке и штапиках или же на
эластичных прокладках и штапиках (рис. 16.2).
В первом случае стекла укладывают на сплошной
подстилающий слой замазки толщиной 2...3 мм, крепят и
герметизируют вторым слоем замазки. В деревянных переплетах стекла
крепят проволочными шпильками или мелкими гвоздями, а в
металлических — штырями, пружинами, кляммерами и клиновыми
зажимами. По каждой стороне стекла устанавливают не менее
двух крепежных деталей и расстояние между ними не должно
превышать 300 мм.
Второй слой замазки уплотняют и заглаживают к стеклу.
Замазку следует наносить с помощью пневматических и
механических (винтовых) шприцев (рис. 16.3), что повышает
производительность труда и сокращает материальные затраты.
Во втором случае стекло также укладывают на
подстилающий слой замазки и крепят штапиками. Перед укладкой
внутренние грани штапиков покрывают замазкой и крепят их к
деревянным переплетам гвоздями или шурупами, а к
металлическим — винтами.
Эластичные прокладки, чаще всего резиновые П-образной
формы, надевают на стекло до его установки в переплет. Стекло
244
Рис. 16.3. Промазчик фальцев: *
/ - пистолет-шприп; 2— напорный шланг; 3—приемный бункер; 4—
электрооборудование; 5 — электромотор: 6 — шнек: 7 — винтовой насос
с прокладками должно свободно входить в переплет. Крепят
стекла штапиками.
Витрины и витражи заполняют крупноразмерными
витринными стеклами на эластичных прокладках и штапиках.
Раскраивают витринное стекло в специализированных мастерских или
непосредственно на объекте на крупногабаритных
столах-кантователях.
Стеклоблочную кладку перегородок и стен выполняют на
декоративном цементно-песчаном растворе враспор со стенами
или обвязке. Горизонтальные и вертикальные швы армируют
1...2 арматурными прутками диаметром 5...6 мм. Для
воспринятая температурных деформаций устраивают компенсационные
швы в местах примыкания к обвязке. Максимальный размер
заполняемого проема не должен превышать 6 м, а его площадь —
15 м2. Большие проемы членят на участки обвязкой.
Стеклопакеты (рис. 16.4) имеют высокое сопротивление
теплопередаче. Их устанавливают в деревянный или металлический
каркас на эластичных прокладках или замазке и закрепляют
штапиками и уголками.
Профильное стекло устанавливают только вертикально в
металлическую или железобетонную обвязку. Стыки между
элементами стеклопрофилита уплотняют эластичными прокладками
и снаружи герметизируют нетвердеющей мастикой. Торцы
элементов стеклопрофилита защищают эластичными профильными
насадками.
Остекление в зимних условиях. В зимнее время раскрой сте-
кломатериалов и остекление съемных переплетов следует вести
в отапливаемых помещениях при температуре не ниже 10°С.
245
Рис. 16.4. Клееные (а, в) и паяные (б, г) стеклопакеты:
/ — стекло; 2 воздушная прослойка 15...20 мм; 3, 6 — гнутые
алюминиевые профили; 4 — осушитель; 5 — герметик; 7 —
металлизация медью; 8 — свинцовая полоска; 9 — перхлорвиниловая
пленка
Перед остеклением переплеты отогревают и просушивают.
Наружу переплеты выносят после затвердения замазки.
Остекление несъемных переплетов на открытом воздухе ведут
на подогретых замазках, твердеющих при отрицательных
температурах. Переплеты очищают и просушивают теплым
воздухом.
В зимнее время не допускается применение герметиков и
резиновых профилей при установке стекломатериалов на открытом
воздухе.
Контроль качества. Приемку стекольных работ производят
после образования твердой пленки на замазке, но до
окончательной окраски переплетов. Остекление должно удовлетворять
следующим требованиям: установленные стекла должны быть
чистыми и не иметь повреждений; в проемах жилых и
гражданских зданий не допускается стыкование стекла; замазка
должна быть гладкой, без трещин и иметь хорошее сцепление
со стеклом и фальцами, все крепежные изделия должны быть
покрыты замазкой, обрез замазки по линии соприкосновения
со стеклом должен быть ровным, параллельным кромке фальца
и не выступать за фальцы в сторону светового проема;
эластичные прокладки должны плотно прилегать к стеклу, фальцам,
246
штапикам и не выступать за грани фальцев и штапиков; шта-
пики должны плотно прилегать к эластичным прокладкам и
фальцам, не иметь впадин и не выступать за грани фальцев
в сторону светового проема.
Раскрой стекломатериалов следует вести в специально
оборудованных отапливаемых помещениях и только на
специальных столах. При резке стекломатериалов защищают глаза и
пальцы рук. Резчик стекла должен работать в нарукавниках.
Переноску стекла, сбор отходов и другие работы следует вести
в рукавицах. При обработке кромок стекломатериалов
абразивными инструментами следует пользоваться очками, рукавицами
и респираторами. Сметать стекольную пыль и мелкие осколки
следует только щеткой. Отходы стекла необходимо собирать
в специальную тару и периодически убирать с рабочего места.
Хранить, переносить и подавать стекло на рабочее место
следует только в специальной таре. По окончании смены все
стекломатериалы убирают с рабочего места.
Подмости, стремянки и другие средства подмащивания
должны быть прочными, устойчивыми и надежно закреплены.
Запрещается опирать стремянки на переплеты. При работе со
стремянки необходимо стоять на высоте не менее 1 м от верха
стремянки.
При работе на высоте стекольщики должны иметь
предохранительные пояса. На наклонных плоскостях кроме
предохранительного пояса необходимо применять ходовые
мостики-стремянки шириной не менее 30 см. Запрещается работа
одновременно на двух уровнях, если между ними нет сплошного
защитного настила. Места, над которыми ведут стекольные работы,
необходимо ограждать.
Запрещается выполнять стекольные работы на высоте в
сильный туман, при снегопаде и ливневом дожде, при скорости
ветра более 15 м/с, при температуре наружного воздуха ниже
—20 °С, при обледенении фонаря и кровли. Не допускается
применение вакуум-присосов при температуре ниже —10 °С.
Глава 17
ОШТУКАТУРИВАНИЕ И ОБЛИЦОВКА ПОВЕРХНОСТЕЙ
17.1. Штукатурные работы
Штукатурка — это слой искусственного камня на поверхности
строительных конструкций, служащий для их отделки и в ряде
случаев выполняющий специальные функции.
В случае, когда этот поверхностный слой изготовляется из
строительных растворов, штукатурка называется «мокрой» или
монолитной.
Альтернативным направлением в совершенствовании методов
Штукатурных работ является изготовление поверхностного от-
247
делочного слоя из листовых материалов заводского изготовления.
Такая штукатурка называется «сухой». Развитие этого
направления объясняется стремлением перенести процессы, связанные
с обработкой пластичных строительных растворов, со
стройплощадки в заводские условия, снизив при этом трудозатраты на
возведение объекта. Препятствием же на этом пути являются
необходимость создания дорогостоящих заводских мощностей,
удорожание отделочных работ, нерешенность вопроса
качественной стыковки отдельных листов, наличие пазух между листами
и отделываемой поверхностью.
В настоящий период времени у нас в стране изготовляется
свыше 400 млн. м монолитной штукатурки и только около
10 млн. м2 «сухой», включая сборные перегородки.
Монолитная штукатурка различается по назначению, качеству
исполнения, виду вяжущего раствора и технологии нанесения.
Обычная штукатурка. Такое покрытие наносится с
единственной целью — скрыть дефекты нижележащего основания.
Поверхность таких штукатурок отличается ровностью и гладкостью.
Как правило, обычная штукатурка наносится отдельными
слоями, несущими определенные функции.
Обрызг — первый слой штукатурного покрытия, целью
нанесения которого является обеспечение сцепления покрытия с
отделываемой поверхностью. Ввиду этого для обрызга применяется
более подвижный раствор (9...14 см осадки конуса). Толщина
слоя обрызга не превышает 6 мм при известковом и известко-
во-гипсовом растворе, 5 мм при цементном растворе.
Поверхность обрызга не разравнивается и остается шероховатой.
Грунт — второй слой штукатурного покрытия, образующий
необходимую толщину покрытия. Если дефекты отделываемой
конструкции значительны, а требования к качеству штукатурки
высокие, необходимая толщина штукатурки увеличивается и
грунт наносится в несколько слоев. Толщина каждого слоя
рекомендуется исходя из условия его устойчивости на поверхности
без оплывания: до 7 мм при известковых и известково-гипсовых
растворах и до 5 мм при цементных растворах. Каждый
последующий слой наносится только после выравнивания и
схватывания предыдущего. Раствор для грунта менее подвижный, чем
для обрызга, — подвижностью 7...8 см осадки конуса.
Накрывка — третий слой штукатурного покрытия, целью
нанесения которого является подготовка отделываемой поверхности
под окраску. Достаточная толщина слоя 2 мм. Так как этот слой
подвергается ручной или механизированной затирке, накрывоч-
ный раствор должен быть однороден, хорошо перемешан и не
иметь заполнителей крупностью более 1,2 мм.
В настоящее время имеется тенденция для накрывки
применять составы типа паст — так называемая «беспесчаная
накрывка». Смысл таких предложений — совместить процессы
оштукатуривания и последующего шпаклевания, подготовив
поверхность штукатурки непосредственно под окраску и повысив
248
производительность труда в целом при отделке помещения на
20...25 %.
По качеству исполнения обычная штукатурка бывает
простой — для помещений нежилого назначения (подвалы, склады
и т.п.), улучшенной — в зданиях гражданского и
промышленного строительства, высококачественной — в зданиях,
возводимых по индивидуальным проектам.
Как правило, простая штукатурка («под сокол») состоит
из двух слоев раствора — обрызга и грунта — общей толщиной
до 12 мм. Верхний слой грунта разравнивается ребром сокола
или полутерком без дальнейшей отделки.
Улучшенная («под правило») штукатурка состоит из трех
слоев раствора — обрызга, грунта и накрывки — общей
толщиной до 15 мм. Грунт разравнивается двухметровым правилом,
накрывка разравнивается полутерком с дальнейшей затиркой
затирочными машинками.
Высококачественная («маячная») штукатурка состоит из
трех-четырех слоев раствора — обрызга, одного или двух слоев
грунта, накрывки — общей толщиной до 20 мм.
Последний слой грунта разравнивается правилом по маякам.
Накрывка разравнивается полутерком с дальнейшей ручной или
механизированной затиркой. Последовательность выполнения
технологических операций при производстве штукатурных работ
в зависимости от вида штукатурки приведена в табл. 17.1.
Таблица 17.1. Последовательность оштукатуривания
Технологические операции
Подготовка поверхностей под
оштукатуривание
Провешивание поверхностей
Установка маяков
Нанесение обрызга
Нанесение грунта
Разравнивание нанесенного грунта
Нанесение грунта (2-й слой)
Разравнивание нанесенного грунта
(2-й слой)
Разделка углов
Разделка потолочных рустов
Нанесение накрывочного слоя
Затирка
Отделка откосов и заглушин
Оштукатуривание
простое
+
+
—
+
+
+
—
—
+
+
—
+
+
улучшенное
+
+
—
+
+
+
—
—
+
+
+
+
+
высококачественное
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Подготовка поверхностей выполняется для решения двух
задач: во-первых, обеспечить прочное сцепление штукатурного
покрытия с поверхностью путем создания необходимой
шероховатости, очистки ее от пыли и различных загрязнений; во-вторых,
249
устранить сверхнормативные отклонения поверхности от
вертикальности и плоскостности, что приводит к перерасходу
штукатурного раствора, снижению производительности труда и
повышению стоимости штукатурных работ.
Работы по подготовке поверхности следует выполнять с
применением механизированного инструмента. Так, для насечки и
вырубки швов служат электрические отбойные молотки со
сменными наконечниками различных типов. Для очистки
поверхностей от неровностей, наплывов, выступов используют
электрошлифовальную машину. Для очистки больших поверхностей
применяются пескоструйные аппараты.
Провешивание поверхностей выполняется для определения
и точечной (марками) фиксации лицевой плоскости штукатурного
покрытия. Операция не механизирована и выполняется вручную.
Поверхность провешивают, пользуясь шнуром и отвесом,
фиксируя отметки забивки гвоздей в швы стены. Вокруг гвоздей на
3...5 мм выше уровня шляпок из быстротвердеющего раствора
изготовляются марки диаметром около 100 мм. Когда раствор
схватится, верх марки срезается до уровня шляпки гвоздей.
Возможно применение инвентарных марок. Плоскость марок
должна фиксировать плоскость последнего слоя грунта.
Установка маяков выполняется для создания на
оштукатуриваемой поверхности линейных направляющих, по которым в
дальнейшем будет разравниваться последний слой грунта.
К поверхности марок прикладывают брусок, в
образовавшийся зазор между бруском и поверхностью набрасывают быс-
тросхватывающийся раствор. После схватывания раствора
брусок снимается и на поверхности остается маяк в виде полосы
раствора. Для снижения трудозатрат применяют
инвентарные деревянные или металлические маяки, которые крепятся к
стенам с помощью специальных зажимов.
Нанесение слоев обрызга и грунта выполняется
механизированным способом с использованием растворонасосов и
форсунок — специальных устройств на конце растворопровода,
разделяющих струю раствора на дискретные частицы, обладающие
определенной кинетической энергией. Нанесение раствора вручную
допускается лишь в помещениях площадью пола 5 м2 и менее.
Технологическая последовательность механизированного
нанесение штукатурного раствора на поверхность показана на
рис. 17.1. Приготовленный централизованно товарный раствор
доставляется автотранспортом на строительную площадку. В
приобъектном смесителе товарный раствор доводится до
регламентированной подвижности. Далее раствор процеживается
через вибросито и поступает в бункер растворонасоса. В
настоящее время при производстве штукатурных работ применяют
растворонасосы различных типов — диафрагменные, поршневые,
винтовые, роторные — производительностью от 1,0 до 6 м3 в час.
Типичные для отечественных строек средства механизации
штукатурных работ изображены на рис. 17.2.
250
Рис. 17.1. Технологическая схема производства штукатурных работ с
использованием товарных растворов:
/ — растворовоз; 2 — смеситель с устройством для транспортирования; 3 —
вибросито; 4 — растворонасос; 5 — растворопровод; 6 — форсунка; 7 — штукатурный
слой; 8 — штукатурная станция; / — транспортирование товарного раствора;
// — доведение раствора до рабочей подвижности; /// — процеживание раствора;
IV—транспортирование раствора к рабочему месту; V—нанесение раствора на
поверхность
Для малообъемного приготовления штукатурного раствора
заданного состава и подвижности применяют передвижные
растворосмесители емкостью 80...120 л (рис. 17.2, а). Общий
вид диафрагменного растворонасоса представлен на рис. 17.2 6.
Для надежной работы отдельно поставленного растворонасоса
требуется набор дополнительных устройств — бункер с
виброситом, всасывающий шланг, резинотканевые напорные рукава,
форсунки для нанесения раствора на поверхность. Такой
комплект механизмов и приспособлений составляет уже растворона-
сосную установку, общий вид которой показан на рис. 17.2, в.
Перечисленные выше средства механизации служат для
выполнения на современном уровне лишь отдельных операций
штукатурного процесса. Комплексная же механизация включает
в себя средства механизации для приготовления раствора, его
транспортирования, нанесения на оштукатуриваемую
поверхность и затирки верхнего слоя. Первым шагом на пути
комплексной механизации явилось создание штукатурных агрегатов
(рис. 17.2, г), предназначенных для приготовления,
транспортирования и нанесения раствора на поверхность. Далее были
созданы комплексные штукатурные станции (рис. 17.2, д), в
состав которых входит все для механизации работ — от
приготовления раствора до затирки готовой поверхности.
На оштукатуриваемую поверхность раствор наносится с
помощью форсунок пневматического либо механического действия.
Пневматические форсунки разделяют по способу подачи
воздуха — с кольцевой или центральной подачей.
Преимущественное распространение получили форсунки с центральной
подачей воздуха. Механические же форсунки могут быть классифи-
251
Рис. 17.2. Средства механизации штукатурных работ:
а — растворосмеситель; б — диафрагменный растворонасос; в — растворонасосная
установка; г — штукатурный агрегат; д — штукатурная станция; / — приемный бункер;
2 — вибросито; 3 — растворонасос; 4 — растворосмеситель
цированы на три основные типа — форсунки прямоточные,
форсунки прямоточные с элементом завихрения, форсунки
центробежного типа. Преимущественное распространение получили
прямоточные форсунки — в основном из-за простоты
конструкции.
Перед нанесением раствора оператор устанавливает длину
струи и факел так, чтобы отскок был минимальным. При
длинном факеле струю направляют под углом 70...90° к поверхности,
при коротком — только под прямым углом.
252
Разравнивание нанесенного грунта выполняется вручную
с использованием штукатурного сокола, полутерка или
правила в зависимости от требуемого качества штукатурки.
Известные попытки механизировать эту операцию к успеху не
привели.
Разделка углов выполняется также вручную с
использованием специальных фасонных полутерков, полотно которых
сбито из двух досок, скрепленных под прямым углом. Полутерки
разделяются на лузговые — для обработки внутренних углов
в местах примыкания двух стен и усенковые — для обработки
наружных углов. Ввиду того что острые углы (усенки) могут
обламываться, их притупляют, снимая фаски плоским полутер-
ком.
Разделкой потолочных рустов называется операция
устройства небольшой по диаметру полуокружности (руста) вдоль
продольного шва между плитами перекрытия. Цель разделки
рустов — сделать менее заметными осадочные трещины при
эксплуатации перекрытия. Русты разделываются вручную специальной
рустовкой по затертому слегка схватившемуся раствору. Чтобы
русты были прямолинейными, их вытягивают по правилу,
укрепленному вприжим к потолку на 2...3 тонких рейках длиной
на 10... 15 см больше высоты помещения.
Нанесение накрывочного слоя может осуществляться либо
вручную методом намазывания с использованием плоских
полутерков, либо механизированным способом с использованием
растворонасоса и форсунки. Для последующей качественной
затирки слоя необходимо, чтобы накрывочный раствор не
содержал зерен заполнителя крупнее 1,2 мм.
Затирка осуществляется по последнему слою штукатурного
покрытия — накрывке. Затирка выполняется либо вручную
круговыми и продольными движениями теркой, поверхность
которой покрыта войлоком, фетром, полиуретаном и т. п., либо
механизированным способом с использованием затирочных
машинок пневматического и электрического действия. Затирку
ведут до получения ровной и равномерной фактуры без видимых
следов затирочных инструментов. Качество затирки сказывается
на объемах последующего шпаклевания поверхности при
выполнении малярных работ.
Отделка откосов проемов производится вручную со
значительными затратами труда штукатуров высокой квалификации.
На долю откосов проемов приходится всего 4...6 % общего
объема внутренней штукатурки и 16... 18% общей трудоемкости
штукатурных работ.
Такое положение обусловлено: нерациональностью набрызга
откосных участков, поскольку достигнутая при этом экономия
трудозатрат перекрывается дополнительными трудозатратами по
последующей очистке столярных изделий в проеме;
необходимостью использования для отделки откосов специальных
растворов. Так, при известково-песчаной штукатурке внутренних по-
253
верхностеи стен для оштукатуривания откосов приготавливается
отдельно сложный раствор с добавкой цемента.
Перспективным решением задачи механизации
оштукатуривания откосов является применение литьевой технологии, при
которой откосы формируются при заливке раствора за
установленную в проеме переставную опалубку. Оштукатуривание
откосов происходит в два этапа без перестановки шлангов.
Вначале заполняются участки откосов, находящиеся ниже
вводов, после чего заполняется верхний горизонтальный откос при
движении раствора встречными потоками. Момент окончания
операции заливки рабочей полости фиксируется при появлении
раствора в контрольных окнах верхнего горизонтального щита
опалубки. Применение литьевой технологии в этом процессе
позволяет поднять производительность труда на одного
штукатура.
Декоративная штукатурка. Она отличается от обычной
штукатурки составом и способом обработки последнего слоя.
Толщина обработанного слоя накрывки для декоративной штукатурки
должна составлять 5 мм. Обрабатывается накрывочный слой
в пластичном, полупластичном или затвердевшем состоянии.
Для нанесения, разравнивания и заглаживания гладких нак-
крывочных слоев используют инструменты, применяемые для
выполнения обычных штукатурок. Для фактурной обработки
накрывочного слоя применяют: различные режущие
инструменты — для циклевки и царапания раствора в затвердевшем и
полупластичном состоянии; различные щетки и резиновые
валики — для торцовки поверхности и накатки рельефного рисунка
на поверхность в пластичном состоянии; шпунты, скарпели, бу-
чарды — для наковки поверхности в затвердевшем состоянии.
Специальная штукатурка. Такое штукатурное покрытие
наносится для выполнения им определенных
функций—теплозащиты, звукопоглощения, защиты от рентгеновских излучений,
гидроизоляции. При производстве работ следует особое
внимание обратить на соблюдение проектных требований в
отношении состава раствора и толщины покрытия.
Производство штукатурных работ с использованием сухих
смесей. Сухие растворные смеси — это смеси связующих
веществ, высушенных заполнителей, добавок для повышения
качества растворов и минеральных красок. Заполнителями
служат вымытые, обеспыленные природные или дробленые пески
с максимальной величиной зерна до 5 мм. Для специальных
сухих смесей применяют легкие заполнители: вермикулит, пено-
полистирол и т. д.
Зарубежный и отечественный опыт последних лет определил
экономическую перспективность использования при
производстве штукатурных работ сухих растворных смесей по следующей
технологической схеме: заводское приготовление сухой смеси —
транспортирование смеси на стройплощадку — смешивание с
водой — нанесение раствора на поверхность.
254
Штукатурный агрегат для приготовления и нанесения
растворов из сухих гипсовых штукатурных смесей состоит из
приемного бункера с дозатором сухой смеси, накопительной камеры,
смесительной камеры, винтового насоса, камеры домешивания,
привода дозатора, привода насоса, электрооборудования,
системы контроля. Вода подводится через специальное
дозировочное устройство к смесительной камере. Необходимый расход
воды устанавливается дросселем по гидроуказателю.
Принцип работы машины состоит в непрерывном
дозировании сухой смеси из бункера в смесительную камеру, где
посредством дозированной подачи воды происходит непрерывное
приготовление раствора с последующей его подачей винтовым
насосом к месту производства работ.
Технологическая схема производства штукатурных работ с
использованием сухих смесей показана на рис. 17.3.
Помимо гарантированного состава другими преимуществами
применения сухих смесей являются: снижение транспортных
расходов; сведение к минимуму простоев рабочих, связанных с
отклонениями от графика доставки раствора за счет
возможности создать технологический запас сухих смесей; устранение на
стройплощадке пыльных и грязных точек приема товарного раст-
Рис. 17.3. Технологическая схема производства штукатурных работ с
использованием сухих растворных смесей:
I — подъемник; 2 - штукатурный агрегат для приготовления и нанесения раствора;
3 - форсунка; 4 - штукатурный слой; 5 — компрессор; 6 — водяной насос; 7 —
емкость для воды или раствора добавок
255
вора; упрощение работы зимой, так как вода подается
непосредственно к месту переработки сухого раствора; возможность
механизированного нанесения гипсовых штукатурных покрытий,
что позволяет устранить технологические перерывы при
нанесении отдельных слоев и на этой основе увеличить
производительность труда рабочих-штукатуров.
17.2. Облицовка поверхностей
Виды облицовки. Облицовка — наиболее долговечный и
декоративный вид отделки. Она надежно защищает конструкции от
воздействия окружающей среды и легко очищается от
загрязнений. Применяя разнообразные и разноцветные облицовочные
материалы, можно получить различные рисунки, орнаменты и
другие декоративные композиции.
Облицовка может быть внутренней и наружной. В
зависимости от назначения облицовки и предъявляемых к ней
требований она может быть выполнена лицевым кирпичом,
плитами из натурального камня, керамическими, полимерными,
стеклянными, камневидными и другими плитками, древесно-волок-
нистыми и древесно-стружечными облицовочными плитами,
фанерой, бумажно-слоистыми пластинами, поливинилхлоридной
рейкой и другими материалами. Облицовка древесно-волокнис-
тыми и древесно-стружечными плитами, фанерой и бумажно-
слоистыми пластиками допускается в помещениях с
производственной влажностью не более 60 %.
Мелкоразмерные облицовочные материалы крепят к
конструкциям на растворах, мастиках и клеях, а крупноразмерные листы
приклеивают непосредственно на поверхности или крепят к
обрешетке.
В каждом конкретном случае вид облицовки, способ
крепления и предъявляемые к ней требования устанавливаются
проектом здания или сооружения.
Подготовка поверхностей. Облицовываемые поверхности
должны быть жесткими, ровными, чистыми и не иметь
отклонений от вертикали, превышающих допуски.
При креплении облицовочных материалов на цементных
растворах кирпичную кладку с полным швом и гладкие
бетонные поверхности насекают и очищают. Неровности более 15 мм
выравнивают цементным раствором по металлической сетке.
На мастиках и клеях облицовывают предварительно
оштукатуренные кирпичные и гладкие бетонные поверхности,
неровности на которых не превышают 3 мм. Перед облицовкой
поверхности очищают и грунтуют составом, приготовленным на
основе связующего, входящего в состав мастики или клея.
Подготовка материалов. Керамические и каменные плитки
внутренней облицовки крепят на цементно-песчаном и цементно-
известково-песчаных растворах, полимерцементной мастике, а
полистирольные плитки — на коллоидно-цементном клее, кани-
256
фольных, иерхлорвиниловых, нитроэмалевых и других мастиках.
Внутренняя облицовка плитами из натурального камня и
наружная облицовка всех видов выполняются на цементно-песчаных
и цементно-известково-песчаных растворах.
Облицовочные материалы из натурального камня поставляют
на объект комплектами и рассортированными по типам, размерам
и цвету в соответствии с рисунками облицовки. Керамические
и камневидные плитки сортируют на объекте по цвету и размерам
с помощью шаблонов, обеспечивающих точность измерения до
0,5 мм. Рассортированные плитки используют для облицовки таким
образом, чтобы обеспечить одинаковое расположение и ширину
швов.
При необходимости глазурованные керамические плитки режут
с помощью устройств со стеклорезом. Материалы из натурального
камня пилят на специальных станках. Кромки разрезанных плиток
обрабатывают абразивными материалами.
Раствор для облицовки должен иметь марку не ниже 50 и
подвижность 50...100 мм погружения стандартного конуса. Этим
требованиям отвечают цементно-песчаные растворы состава 1:
:3,5... 1:4 и цементно-известково-песчаные состава 1:1:5... 1:1:6. Для
уменьшения усадки облицовки применяют пластифицированные
растворы с малым водоцементным отношением (0,45...0,5).
Растворы не должны содержать растворимых солей, образующих
высолы на облицовке. Толщина растворной прослойки для
крепления мелких плиток должна составлять 7... 15 мм.
Мастики и клей начинают схватываться через 3...7 ч, поэтому
их приготавливают на объекте из сухих смесей. Мастики на
летучих растворителях доводят до рабочей консистенции на
объекте перед употреблением и хранят в закрытой таре. Толщина
прослойки из мастики не должна превышать 3 мм.
Внутренняя облицовка. Внутреннюю облицовку следует
начинать после устройства кровли или водонепроницаемого
перекрытия над отделываемым участком и после того, как нагрузка на
стены достигает не менее 65 % проектной.
Облицовку плитками выполняют по причалке и с помощью
различных шаблонов. Технология облицовки на растворах и
мастиках не имеет существенных различий и начинается с разметки
границ, рядов и других элементов облицовки.
Облицовку по причалке выполняют двумя способами — по
вертикальной и горизонтальной причалкам и по порядовкам и
причалкам.
В первом случае по углам будущей облицовки и через 3...4 м
устанавливают маяки из плиток. Маячные плитки устанавливают
по отвесу и уровню в одной плоскости с учетом требуемой
толщины приклеивающей прослойки.
Ниже и выше маяков забивают штыри, за которые крепят
вертикальные причалки. Горизонтальную причалку крепят за
шнуры, натягиваемые параллельно вертикальным причалкам
(рис. 17.4).
9-721
257
керамическими
о — по маякам и причалке; б — по
порядовкам и причалке; /— маячная плитка;
2 — вертикальная причалка; 3 — шнур;
4 -горизонтальная причалка; 5—
порядовка
Во втором случае
горизонтальную причалку крепят к
инвентарным порядовкам,
которые устанавливают на маяки
и крепят враспор с полом и
потолком.
Крайние плитки каждого
ряда устанавливают по
вертикальным причалкам или
порядовкам, а все остальные — по
горизонтальной причалке.
Раствор или мастику наносят на
очищенную тыльную сторону
плиток. Плитку с прослойкой
прижимают к поверхности и
осаждают в уровень с ранее
установленными и причалкой.
После схватывания швов
облицовку очищают и
протирают до блеска.
Облицовка по шаблонам
повышает производительность
труда и качество работ.
Шаблоны рассчитаны на установку
2...5 вертикальных рядов
облицовки.
Облицовку плитами из белого мрамора в целях сохранения
их декоративных качеств выполняют с относом от поверхности
без заполнения пазух раствором. Плиты устанавливают насухо,
соединяют между собой скобами и крепят к поверхности
крюками, костылями и другими деталями. Снаружи швы зачеканивают
гипсовым раствором.
Облицовочные материалы других видов устанавливают на
растворах. Плиты толщиной до 10 мм можно устанавливать
только на растворе. Изделия большой толщины следует
обязательно соединять между собой и крепить к поверхности
нержавеющими крепежными деталями.
После схватывания раствора в швах облицовку очищают,
промывают и протирают насухо.
Облицовочные листы крепят шурупами к деревянной
обрешетке, которую устраивают из брусков на облицовываемой
поверхности. На ровные гладкие поверхности тонкие листы
наклеивают на мастиках. Швы закрывают раскладками или заполняют
мастикой и расшивают. Стыки листов располагают в
соответствии с требованиями проекта. Для проветривания пространства
за облицовкой в плинтусах и горизонтальных элементах
обрешетки просверливают отверстия.
Наружная облицовка. Облицовку прислонными
керамическими и другими плитками выполняют на цементно-песчаном раство-
258
ре по технологии внутренней облицовки. Швы уплотняют и
расшивают.
Облицовочные материалы из натурального камня
устанавливают на крепежных деталях и цементно-песчаном растворе. Швы
заделывают декоративным раствором после заливки пазух.
Толщина зависит от фактуры облицовки.
Швы всех видов наружной облицовки должны быть
водонепроницаемыми.
Облицовка в зимнее время. Наружную и внутреннюю
облицовку прислонными плитами и плитками необходимо вести при
температуре не ниже 5 °С. Прислонная облицовка по способу
замораживания не допускается.
Перед облицовкой внутренние помещения обеспечивают
средствами обогрева и обогревают не менее двух суток. При
применении мастик, содержащих летучие растворители, требуется
более глубокий прогрев и сушка поверхностей. В момент облицовки
и спустя 15 сут температура в помещении должна быть не ниже
10°С. Облицовочные материалы вносят заблаговременно в
помещение и отогревают. Облицовку ведут на растворах и
мастиках, имеющих температуру не ниже 15°С.
Наружную облицовку закладными плитами ведут
одновременно с кладкой стен, но горизонтаальные швы заполняют только
после оттаивания и затвердения раствора в швах кладки и когда
нагрузка на стены составит не менее 85 % проектной.
Контроль качества. Облицовка должна отвечать следующим
требованиям: геометрические формы и размеры облицовки не
должны превышать допустимых отклонений, установленных
СНиПом; материал, рисунок и качество облицовки должны
соответствовать проекту; одноцветная облицовка из искусственных
материалов должна быть однотонной, а из натуральных плит —
с плавным переходом тонов или с их чередованием в
определенном порядке; пространство между поверхностью и облицовкой
должно быть полностью заполнено раствором или мастикой и не
иметь пустот, которые устанавливаются простукиванием;
необходимо, чтобы швы были однородными и однотипными, а их форма
и фактура соответствовали фактуре облицовки; швы наружной
облицовки должны быть водонепроницаемыми; на облицованной
поверхности недопустимы повреждения глянца или глазури,
трещины, сколы в швах более 0,5 мм, пятна, потеки раствора или
мастики.
Охрана труда. Облицовочные работы следует вести с
инвентарных лесов, подмостей, люлек и других средств подмащивания.
Установленных на прочное, жесткое основание и надежно
закрепленных. Применение лестниц-стремянок допустимо только для
выполнения мелких работ. Недопустима перегрузка средств
подмащивания.
Запрещается сбрасывать материалы и инструменты с
подмостей, лесов и люлек. Механизированную обработку облицовочных
материалов следует вести в спецодежде и защитных очках, а
9*
259
обработку поверхностей пескоструйными аппаратами — в
спецодежде и респираторах.
При приготовлении декоративных растворов запрещается
применять свинцовые и другие токсические пигменты. При работе
с негашеной известью, химическими добавками и кислотой
рабочие должны пройти специальный инструктаж и медицинский
осмотр.
Гласа 18
ОКРАСКА И ОТДЕЛКА ПОВЕРХНОСТЕЙ
РУЛОННЫМИ МАТЕРИАЛАМИ
18.1. Окраска
Виды окраски. Окраска представляет собой многослойное
декоративно-защитное покрытие, которое придает зданиям и
сооружениям законченный вид и выполняет защитные,
санитарно-гигиенические и декоративные функции.
Окрасочное покрытие состоит из частичной подмазки,
грунтовки, шпаклевки и собственно окраски с различными видами ее
декоративной отделки. Частичная подмазка служит для заделки
отдельных неровностей, трещин и повреждений. Шпаклевка
выравнивает поверхности. Грунтовка связывает элементы окраски
между собой и с поверхностью. Свое название окраска получает
по виду применяемого окрасочного состава.
Окрасочный состав называется по виду связующего и
содержит пигменты, наполнители, различные добавки и раствор,
эмульсию или суспензию связующего (пленкообразующего) вещества.
Пигменты придают окраске цвет. Наполнители уменьшают
цветовую силу пигментов и образуют окрасочную пленку
необходимой толщины. Добавки ускоряют или замедляют процесс
схватывания окрасочного состава и повышают качество окраски. Все
виды окраски можно разделить на водные и неводные.
Водные окраски выполняют составами, которые приготовлены
на воде. В эту группу входят минеральные (известковая,
цементная, силикатная), клеевые (клеевая и казеиновая),
водоэмульсионные (латексная и поливинилацетатная) краски и их
модификации. Клеевую окраску применяют только для
внутренних работ, а остальные — как для внутренних, так и для
наружных.
Неводные окраски образуют на поверхности прочную
эластичную пленку, стойкую к действию окружающей среды. Неводные
окрасочные составы делятся на масляные краски, эмали и
лаки — на основе растворов натуральных или полимерных смол в
органических растворителях. По виду связующего и характеру
образуемой ими пленки эмали и лаки можно разделить на лету-
чесмоляные и с нерастворимой пленкой. Летучесмоляные составы
образуют пленку, которую можно смыть после высыхания
растворителем.
260
По сложности и качеству выполнения окраска может быть
простой, улучшенной и высококачественной. Вид и качество
окраски устанавливаются проектом здания или сооружения в
зависимости от предъявляемых к ней требований и выполняемых
функций.
Подготовка материалов. Малярные составы всех видов
приготавливают в краскозаготовительных мастерских или получают с
лакокрасочных заводов.
При большом объеме работ для приготовления, подачи на
рабочее место и нанесения на поверхности отделочных составов
следует применять мобильные малярные станции. На рис. 18.1
показано размещение оборудования на малярной станции
СО-П5. Станция имеет три линии: водных грунтовок и красок,
шпаклевок и масляных красок. Все три линии могут работать
одновременно.
Контроль качества малярных составов на вязкость, адгезию
и другие показатели выполняет лаборатория строительной
организации.
Подготовка поверхностей. Состав операций по подготовке
поверхностей и последовательность их выполнения зависят от
вида и состояния поверхности, вида и качества окраски.
Для каждого вида окраски состав операций установлен
СНиПом.
Влажность окрашиваемой штукатурки и бетона не должна
превышать 8 %, а деревянных конструкций — 12 %. Исключение
составляет известковая окраска, когда поверхности могут иметь
повышенную влажность.
Рис. 18.1. Расположение оборудования малярной станции СО-115.
/ — инструментальный шкаф; 2— винтовые насосы; 3 — смесительные
агрегаты; 4 — устройство для электроподогрева воды; 5 — клееварка; 6 весы; 7 —
вибросито; 8—краскотерка; 9, 10— красконагнетатетьные бачки; 11—
лабораторный стол; 12—распределительный шит.
261
Сглаживание поверхностей песчаным камнем ведут для
удаления песчинок, потеков раствора и следов затирки штукатурки.
Разрезку трещин ведут ножом на глубину не менее 2 мм. При
разрезке разрушаются слабые кромки и увеличивается размер
самих трещин. Это дает возможность заполнить их подмазочной
пастой.
Очистку поверхностей от пыли ведут сжатым воздухом или
щетками. Особенно тщательно следует очищать трещины. Сильно
загрязненные поверхности очищают шлифовальными машинами
или металлическими электрощетками. Для удаления
несмываемых -пятен применяют силикатный грунт или водный раствор
калийного стекла с добавлением сухой белой силикатной краски.
Огрунтовку поверхностей выполняют перед частичной
подмазкой, шпаклевкой и окраской механизированным способом.
Отдельные виды первой огрунтовки сильно впитывающих поверхностей
наносят в 2...3 слоя.
Частичную подмазку трещин и отдельных неровностей
безусадочными пастами производят вручную шпателями. После
высыхания подмазанные места шлифуют и грунтуют.
Сплошная шпаклевка является выравнивающим слоем и
выполняется при улучшенной и высококачественной окрасках.
Шпаклевку наносят с помощью шпаклевочных агрегатов методом
воздушного или безвоздушного распыления и тщательно
разравнивают и заглаживают. В стесненных условиях шпаклевку
наносят вручную шпателями.
Шлифуют частичную подмазку, каждый слой шпаклевки и
подстилающие слои окраски. Поверхности шлифуют машинками,
на рабочем диске которых закреплена пемза или другие
материалы.
Окраска внутренних поверхностей. В зависимости от высоты
помещения и вида выполняемых работ окраску ведут с
подмостей и малярных столиков.
Неводные окраски наносят на поверхности валиками,
ручными краскопультами, установками безвоздушного распыления,
а при большом объеме работ — с помощью оборудования
малярных станций.
Известковую окраску наносят на увлажненную поверхность
в 1...3 слоя. Каждый слой наносят по свежему предыдущему.
Силикатную окраску наносят в 2...3 слоя по огрунтовке из
раствора жидкого стекла. Каждый слой наносят через 10...12 ч.
Клеевую окраску ведут по хорошо огрунтованной
поверхности. Колер наносят в один слой, не допуская появления глянца
и потеков. Окраску ведут участками, ограниченными углами,
пилястрами и другими разделительными элементами. Во
избежание образования полос каждый участок окрашивают без
перерывов в работе и до высыхания выполненной смежной окраски.
В процессе окраски и сушки нельзя интенсивно проветривать
помещение. Это может привести к неравномерному высыханию и
образованию пятен.
262
Водоэмульсионная окраска высыхает за 2...3 ч, поэтому
окрашивать отдельные участки необходимо за один прием, не
допуская перерывов, иначе будут видны стыки окраски, выполненной
в разное время. Окраску выполняют не менее чем в два слоя по
огрунтовке из разбавленной водоэмульсионной краски.
Отделка мастиками выполняется по оштукатуренным и
другим поверхностям без предварительного шпаклевания.
Предварительно выполняют только очистку поверхностей, разрезку
трещин, частичную подмазку и при необходимости огрунтовку.
Отделочный декоративный состав, содержащий пигменты, наносят в
1...2 слоя напылением при помощи шпаклевочных агрегатов.
При отделке типа «шагрень» применяют составы различной
вязкости. В результате отделка будет иметь шероховатость
различной степени. После нанесения отделочный слой не
обрабатывается. При других видах отделки свеженанесенную мастику
обрабатывают рельефными валиками, штампами и другими
средствами.
Окраска фасадов. К моменту окраски должны быть
выполнены все работы по устройству кровли, ограждений и других
наружных устройств. Фасады окрашивают механизированным
способом с лесов, передвижных и самоходных подмостей и
вышек. Для обеспечения нормального высыхания красок не
допускается окраска фасадов в сухую и жаркую погоду при
температуре выше 25°С, при прямом воздействии солнечных лучей,
во время дождя, при скорости ветра более 10 м/с, зимой по
наледи.
Контроль качества. Приемка малярных работ производится
после высыхания водных окрасок и образования прочной пленки
на неводных окрасках. Качество подстилающих слоев
контролируется по мере их высыхания.
Водная окраска должна быть однотонной, не отмеливать,
не иметь пятен, брызг, потеков и следов кисти. Недопустимы
местные исправления, выделяющиеся на общем фоне.
Неводная окраска должна иметь однотонную фактуру и не
иметь пятен, потеков, отливов, морщин, крупинок краски, следов
кисти и просвечивания подстилающих слоев.
Неровности линии сопряжения различных цветов не должны
превышать 5 мм при простой, 2 мм при улучшенной и
недопустимы при высококачественной окраске.
Окраска в зимнее время. Помещения для приготовления
малярных составов в зимнее время должны быть утеплены и
отапливаться. Материалы предварительно отогревают и
просушивает. После приготовления малярные составы должны иметь
температуру не ниже 15°С. На строительную площадку их
доставляют в утепленной таре и в течение всего срока хранения
предохраняют от замерзания.
Внутренние малярные работы необходимо выполнять в
утепленных и отапливаемых помещениях. Отделываемые поверхности
должны быть отогреты до температуры не ниже 8°С.
263
Окраску фасадов в зимнее время необходимо производить
перхлорвиниловыми, цементно-перхлорвиниловыми и другими
морозоустойчивыми окрасочными составами, применение которых
допустимо при температуре до —20°С. Известковые и цементные
краски можно применять только в том случае, если температура
наружного воздуха в течение суток не падает ниже 5°С.
Охрана труда. При малярных работах необходимо соблюдать
правила эксплуатации механизмов, механизированного
инструмента, токоприемников, подмостей и лесов. Пневматические
аппараты и шланги перед началом работы необходимо испытывать
на давление, превышающее рабочее в 1,5 раза.
Окраску внутренних помещений пневматическими аппаратами
и составами с интенсивным выделением вредных растворителей
рабочие должны вести в респираторах и защитных очках.
Необходимо, чтобы помещения хорошо проветривались. При окраске
закрытых емкостей должно быть обеспечено их принудительное
проветривание. При окраске закрытых емкостей перхлорвинило
выми составами рабочие должны надевать противогазы с
принудительной подачей воздуха.
В зоне работы с огнеопасными составами запрещается курить
и производить работы с использованием огня или искрообра-
зованием.
18.2. Отделка поверхностей рулонными
материалами
В качестве рулонных отделочных материалов применяют бумаж
ные обои, отделочно-декоративные пленки, другие материалы.
Бумажные обои выпускают четырех видов: печатные,
печатные тисненые, печатные гофрированные и дублированные.
Обои всех видов могут быть простыми и моющимися, стойкими
к влажному истиранию или истиранию раствором моющего
средства.
Все виды бумажных обоев раскраивают на полотнища в
централизованных мастерских, подбирают по оттенку, нумеруют
и поставляют на стройку комплектами. При этом у простых
бумажных обоев на специальных станках обрезают одну кромку
Кромки у моющихся обоев обрезают на стройке.
Отделочно-декоративные пленки и другие материалы
раскраивают непосредственно на объекте. Нарезанные полотнища
складывают в стопки и выдерживают до полного выправления
материала.
Подготовка поверхностей. Ровные и гладкие поверхности, не
имеющие грубой шероховатости и следов затирочных
инструментов, оклеивают без предварительной оклейки бумагой.
Отдельные раковины и трещины на таких поверхностях
шпаклюют и шлифуют.
Стыки сухой штукатурки, обивки из картона и других
гладких материалов шпаклюют и шлифуют, после высыхания оклеи-
264
вают полосками бумаги и снова после высыхания шлифуют.
0Се поверхности бумагой не оклеивают.
На поверхностях из древесно-стружечных плит и
штукатурки сначала заделывают и шлифуют отдельные неровности,
трещины и стыки, а затем оклеивают бумагой и после высыхания
шлифуют.
Поверхности, оклеиваемые моющимися обоями и
декоративными пленками, подготавливают как под масляную окраску.
Оклеиваемые поверхности просушивают и очищают.
Влажность деревянных поверхностей не должна превышать 12 %, а
остальных — 8 %. Перед наклеиванием обоев и пленок
поверхности грунтуют клеем. Огрунтовка повышает прочность
сцепления обоев с поверхностью и предохраняет их от действия
влаги.
Наклеивание рулонных материалов. Для приклеивания
рулонных отделочных материалов применяют клей КМЦ, «Бустилат»
и реже другие.
Печатные и печатные тисненные обои наклеивают
внахлестку. Обрезанная кромка нахлестки должна быть обращена к
свету. Это исключает появление теней от нахлестки. Клей наносят
на полотнища один раз и выдерживают их 6...8 мин для того,
чтобы бумага хорошо пропиталась составом.
Первое полотнище наклеивают в углу у наружной стены по
меткам, нанесенным на стену по отвесу. Основную часть
полотнища наклеивают на одну из стен, а оставшуюся часть шириной
20...30 мм заводят на другую. Последующие полотнища
наклеивают внахлестку, соблюдая совпадение рисунка.
Печатные гофрированные и дублированные обои наклеивают
встык. Смежные полотнища предварительно раскладывают на
столе внахлестку, соблюдая рисунок, и обрезают ножом по
металлической линейке сразу два полотнища. Клей наносят на
поверхность и дважды, с интервалом 15...20 мин, на полотнище.
Первое полотнище наклеивают по рискам, а последующие плотно
и соблюдая рисунок подгоняют к уже наклеенным.
Отделочно-декоративную пленку наклеивают встык с обрезкой
кромок после приклеивания полотнищ. Клей КМЦ наносят на
поверхность и дважды, с интервалом 15...20 мин, на пленку.
Кромки шириной 5...6 см оставляют непромазанными.
Полотнища пленки наклеивают внахлестку на 10...20 мм,
добиваясь совпадения рисунка. После высыхания клея кромки
прирезают по линейке специальным ножом, отворачивают,
промазывают клеем и плотно прижимают к поверхности. Таким же
образом наклеивают и другие материалы, которые в процессе
Работы могут вытягиваться и деформироваться.
Контроль качества. Оклеенные обоями поверхности до их
полного высыхания необходимо защищать от прямого
воздействия солнечных лучей, сквозняков и интенсивного
просушивания. Максимальная температура в помещении не должна пре-
Бьпиать 23°С.
265
Поверхности, оклеенные обоями, должны удовлетворять
следующим требованиям: на них не должно быть пятен, пузырей
и морщин, все полотнища должны иметь одинаковый цвет
и оттенок; недопустимы отслаивание обоев и видимое
смещение рисунка на стыках; стыки обоев должны быть невидимы
с расстояния 3 м.
Глава 19
УСТРОЙСТВО ПОЛОВ
Пол — это комплексная конструкция, устраиваемая на грунте
или перекрытии. Условия предполагаемой эксплуатации пола
определяют набор и конструктивное исполнение отдельных слоев
пола (рис. 19.1).
Верхний элемент пола, непосредственно подвергающийся
эксплуатационным воздействиям, называется покрытием
(«чистым» полом). Тип покрытия полов определяет их
наименование — паркетные, плиточные, мозаичные и т. п.
Между покрытием пола и несущим элементом здания, на
котором пол расположен, находятся его промежуточные слои с
определенным функциональным назначением каждого:
прослойка — слой, обеспечивающий связь покрытия пола с
нижележащей конструкцией. В зависимости от вида покрытия
прослойка выполняется толщиной либо 0,6... 1 мм из
специальных клеящих мастик, либо 10... 15 мм из раствора;
стяжка — слой, служащий для создания плотной корки и
Рис. 19.1. Конструктивные схемы полов:
о — покрытие; б - стяжка; в - гидроизоляция; г подстилающий слой; д
прослойка; е — теплозвукоизоляционный слой; ж — несущий элемент; / керамическая
плитка; 2 цементно-песчаный раствор; 3 гидроизол на битумной мастике, 4 —
бетон; 5 — битумная мастика; 6 щебень, 7 грунт основания насыпной; 8 -
доски; 9— лаги; 10 прокладка из доски; // — два слоя толя; 12 кирпичный
столбик; 13 грунт; 14 - паркет; 15 цементно-песчаный раствор; 16 слой
пергамина; 17 -- гравий керамзитовый; 18 панель перекрытия над подпольем, 19 —
паркетная доска; 20 — прокладка из ДВП; 21 — песок
266
распределения таким образом сосредоточенных нагрузок по
сыпучим и нежестким теплоизоляционным слоям, для придания полу
заданного уклона, для создания основания под тонкослойные
покрытия из линолеума, синтетических плиток и т. п.;
гидроизоляция — слой, защищающий средние слои пола от
возможности проникновения в них сточных вод через покрытие
сверху или грунтовых вод, путем капиллярного поднятия, сни-
зу; - - *
теплоизоляция — слои, уменьшающий общую
теплопроводность пола. Обычно теплоизоляция предусматривается в
конструкции пола по грунту и перекрытию между помещениями с
различным температурным режимом в период эксплуатации;
звукоизоляция — слой, предусматриваемый в конструкции
пола только по перекрытию для снижения уровня звукового
давления в смежных помещениях от ударного шума;
подстилающий слой (подготовка) — слой,
предусматриваемый в конструкции пола только по грунту для распределения
полезных нагрузок на грунтовое основание пола.
Устройство подстилающего слоя. Подстилающий слой может
быть выполнен в двух вариантах: жестким — из бетона класса
В20, ВЗО, В40 и нежестким — из крупнозернистого песка с
содержанием глинистых частиц не более 3 % или из щебня
крупностью 10...40 мм, но не более 0,6 толщины подстилающего слоя.
Толщина слоя является расчетной величиной.
Нежесткий подстилающий слой из песка и щебня
укладывается до проектной толщины слоями соответственно по 100 и 200 мм
с обязательным ручным или механическим уплотнением.
Эффективность уплотнения песчаного слоя увеличивается при его
увлажнении до 10...12%.
Жесткий бетонный подстилающий слой устраивается
минимальной толщиной 80 мм — для жилых, общественных зданий
и 100 мм — для производственных зданий. До начала работ
по его устройству необходимо подготовить грунтовое основание.
Поверхность нескальных грунтов укрепляется путем вдавливания
на глубину не менее 40 мм крупного заполнителя в виде щебня
или гравия. Песчаное основание уплотняется традиционными
приемами.
Бетонная смесь укладывается сразу на всю толщину слоя
полосами шириной 3...4 м через одну. Первые полосы
ограничиваются стальными или деревянными направляющими, верхние
кромки которых выставлены по отметке верха подстилающего
слоя. При толщине слоя до 100 мм бетонная смесь
выравнивается и уплотняется виброрейками, при большей толщине и
наличии арматурных сеток — глубинными вибраторами.
После набора бетоном прочности 2,5 МПа боковые
ограничивающие элементы снимаются и пропущенные полосы
бетонируются с выравниванием свежей бетонной смеси по уровню
ранее уложенных полос. Уход за уложенным бетоном
осуществляется традиционными способами.
267
В ряде случаев в производственных помещениях бетонный
подстилающий слой устраивается без верхних покрытий. При
этом толщина слоя должна быть увеличена по сравнению с
расчетной на 20...30 мм. Бетонные работы целесообразно вести
полосами через одну с применением смесей подвижностью более
100 мм, что обеспечивает меньшие энергетические и трудовые
затраты при разравнивании. Так как высокая подвижность
смеси связана с повышенным ее водосодержанием, то излишек
воды затворения удаляется с помощью вакуум-агрегата и
поверхностных отсасывающих устройств (рис. 19.2).
В качестве таких устройств обычно применяются гибкие
трехслойные вакуум-маты. Верхнее воздухонепроницаемое
полотнище должно перекрывать нижнее фильтрующее на 100 мм.
Отсос воды осуществляется в пределах мата по среднему слою,
выполненному в виде пластмассовой сетки, и далее — по
коллектору к водосборнику вакуум-агрегата. Рабочий уровень
вакуума 0,07...0,08 МПа. При этом продолжительность вакуумиро-
вания назначается из расчета 1...1.5 мин на каждый сантиметр
толщины бетона.
Отделка поверхности вакуумированного бетона
осуществляется в два этапа: вначале непосредственно после снятия мата
осуществляется сглаживание поверхности машиной с рабочим
органом в виде тарельчатого диска; через 3...5 ч производится
Рис. 19.2. Вакуумирование уложенной бетонной смеси:
/ — бетонная смесь; 2 — фильтрующее полотно; 3 направляющие; 4 —
водосборник; 5 — пластмассовая сетка; 6 — воздухонепроницаемое полотно
268
окончательное заглаживание поверхности бетона той же
машиной но уже оснащенной лопастями.
При "укладке подстилающих слоев из смесей, содержащих
пемент, на уровне пола должна быть выдержана температура
Не ниже 5 °С до набора бетоном не менее 50 % проектной
прочности.
Устройство гидроизоляции. Изолирующий слои устраивают
со стороны возможного проникновения влаги в конструкцию
пола: гидроизоляцию от капиллярного поднятия грунтовых
вод — под подстилающим слоем, гидроизоляцию от сточных
жидкостей — под покрытием пола.
Гидроизоляция от капиллярного поднятия грунтовых вод
может быть выполнена из щебня с пропиткой битумом, слоя
асфальтобетона или оклеечной из рулонных материалов.
Гидроизоляция из щебня с пропиткой битумом выполняется
после укладки щебня. Пропитка осуществляется вручную или
автогудронатом при больших объемах работ путем разлива
горячего битума сплошным слоем толщиной до 6 мм.
Асфальтобетонная смесь укладывается слоем толщиной до
35 мм. Температура смеси должна составлять в начале укладки
160 °С, в конце уплотнения— 120 °С. Уложенный слой
разравнивается и уплотняется легкими обогреваемыми катками,
гладилками или виброгладилками.
Оклеечная гидроизоляция выполняется по стяжке из бетона
класса В15. Наклеивание рулонных материалов в конструкции
пола осуществляется технологическими приемами, применяемыми
при устройстве рулонных кровель.
Гидроизоляция от сточных жидкостей различается по
конструктивному исполнению в зависимости от вида и степени
агрессивности сточной жидкости.
От стока нейтральных вод, растворов солей, щелочей и
кислот устраивают оклеечную или обмазочную гидроизоляцию из
материалов на основе битума и дегтя — гидрозола, толя,
битумной горячей мастики и т. п. От стока других растворов
изоляцию устраивают из холодновулканизируемых материалов на
основе бутилкаучука (пластин бутозола, бутилкора). Для
наклеивания материала применяется синтетическая двухкомпонентная
мастика на основе бутилкаучука. При нанесении мастики
толщиной 2 мм и более она самостоятельно может выполнять функции
безрулонной изоляции.
От стока синтетических масел, эмульсий, органических
растворителей, жидкого топлива устраивают оклеечную изоляцию из
полимерных материалов либо безрулонную — из эпоксидных и
Других маслостойких композиций. Оклеечная изоляция
устраивается из армированной поливинилхлоридной пленки, полиизо-
бутиленовых пластин и т. п. Эпоксидные гидроизоляционные
композиции приготавливают из эпоксидной смолы, пластификаторов,
пигментов, наполнителей и органических растворителей. Перед
Нанесением в состав вводят отвердитель, обеспечивающий холод-
269
ное твердение материала. Гидроизоляция устраивается
многослойной с армированием прослоек стеклосеткой.
Для обеспечения гарантированного сцепления с
вышележащим слоем гидроизоляцию покрывают слоем соответствующего
клея или мастики и втапливают в него крупный песок. Качество
гидроизоляции испытывают, наливая на нее воду или другую
жидкость слоем 50 мм и выдерживая в течение 3 сут.
Устройство теплозвукоизоляции. Теплозвукоизоляционный
слой может быть выполнен в виде засыпок, сборным или
монолитным.
. Теплозвукоизоляционные засыпки устраивают из
минеральных сыпучих материалов (песок влажностью до 2 %, шлак,
керамзитовый гравий) с зернами крупностью до 10 мм с
содержанием пылевидных частиц не более 15 % без органических
примесей. Пылевидные материалы применять запрещается.
Укладывают материалы по сухой поверхности полосами толщиной до
60 мм, предварительно установив на расчетных отметках
маячные направляющие. Установка направляющих должна быть
выполнена с учетом коэффициента уплотнения засыпного
материала. После разравнивания материал уплотняется. Слой
керамзитового гравия толщиной свыше 50 мм во избежание просадки
пола во время эксплуатации рекомендуется пропитать
цементным молоком.
Сборный теплоизоляционный слой из керамзитоцементных,
пенополистирольных, пеностеклянных, стекловолокнистых и т. п.
плит укладывается на выравнивающую прослойку минимальной
толщины из цементно-песчаного раствора марки 100. При
многослойной укладке соблюдается перевязка стыковочных швов.
Щели между плитами засыпают песком или керамзитовым
гравием. Пеностеклянные плиты укладываются по слою пергамина
или рубероида, так как при увлажнении пеностекло выделяет
сернистый ангидрит, ускоряющий коррозию железобетона.
Под лаги, сборные панельные стяжки в зазор между стенами
и стяжкой укладывают звукоизоляционные прокладки толщиной
20...25 мм в обжатом состоянии. В качестве прокладок
применяется минераловатная либо мягкая древесно-волокнистая плита.
Прокладки укладывают в один слой с подсыпкой песка в случае
необходимости их выравнивания.
Монолитный теплозвукоизоляционный слой выполняется из
легких, как правило, керамзитобетонных смесей или поризован-
ных растворов. Устройство теплоизоляции из легкого бетона
аналогично устройству подстилающего бетонного слоя по
маячным направляющим.
Для приготовления поризованных растворов используются
цементно-песчаный раствор марки не ниже 300, алюминиевая
пудра, поверхностно-активное вещество, сернокислый натрий.
Активным компонентом-поризатором служит алюминиевая пудра,
выделяющая в щелочной среде раствора водород.
Сульфат натрия активизирует процесс газовыделения. По-
270
верхностно-активное вещество (ПАВ) способствует
равномерному распределению частиц алюминиевой пудры в смеси.
Технологический цикл устройства теплоизоляции из
поризованных растворов начинается с тщательного выравнивания
основания. Западающие неровности глубиной более 5 мм
выравнивают раствором марки не ниже 25. Отверстия и швы на плитах
перекрытий, места их примыкания к стенам заделывают цемент-
но-песчаным раствором марки не ниже 200. Места примыкания
изолируются также прокладками из рулонных
гидроизоляционных материалов. Толщина заливки фиксируется горизонтальными
рисками на стенах по периметру помещения и определяется без
учета коэффициента дальнейшего вспучивания.
Приготовление поризованных растворов осуществляется на
объекте непосредственно перед нанесением (рис. 19.3).
Доставленный автотранспортом на объект товарный раствор
марки 300 поступает в перегружатель. Сюда же вводится вода
для придания раствору нужной консистенции и заранее отдози-
рованная порция раствора сульфата натрия. После
дополнительного перемешивания раствор из перегружателя посредством
скипового подъемника поступает в смеситель. В смеситель также
вводятся отдозированные порции горячей воды и заранее
приготовленной пасты, состоящей из алюминиевой пудры, ПАВ и
воды. Раствор перемешивается в течение 2...4 мин и выгружается
в бункер растворонасоса. Готовый к заливке раствор должен
иметь температуру 30...40 °С и подвижность 240...280 мм по
вискозиметру Суттарда.
Срок введения алюминиевой пудры в раствор и набор средств
механизации выбираются таким образом, чтобы выделение
водорода и вспучивание раствора начиналось уже после его
транспортирования, укладки и выравнивания. Укладка поризованных
растворов должна производиться при температуре воздуха в
помещении не ниже 10 °С и при отсутствии сквозняков.
Рис. 19.3. Технологическая схема устройства теплоизоляционного слоя из
поризованных растворов:
' — растворовоз; 2 емкость для приготовления раствора сульфата натрия; 3 пе-
Регружатель; 4 — емкость для приготовления пасты из алюминиевой пудры; 5 —
смеситель со скипом; 6— растворонасос; 7 ~ теплоизоляционный слой
271
Устройство стяжки. Можно выделить две группы стяжек:
монолитные из строительных растворов и сборные из плитных
материалов заводского изготовления.
Монолитные стяжки выполняют из растворов на гипсовом и
цементном вяжущем. Толщина и требуемые механические
характеристики таких стяжек зависят от эксплуатационных нагрузок
и конструктивного исполнения смежных со стяжкой слоев пола.
В случае укладки по бетонному подстилающему слою ее
минимальная толщина составляет 20 мм, по сплошному теплозвуко-
изоляционному слою на перекрытии — 40 мм. При трубной
разводке в полах стяжка должна покрывать трубопровод на 20 мм.
Прочность стяжки при сжатии должна составлять: под покрытия
из линолеума, паркета, поливинилхлоридных плиток— 10 МПа,
под бесшовные полимерные покрытия из мастик — 20 МПа.
Технологический цикл устройства стяжки из жестких
растворов на цементном вяжущем состоит из операций по подготовке
нижележащего слоя, подаче раствора к месту укладки,
разравниванию и отделке слоя стяжки.
Цель подготовительных работ — обеспечить горизонтальность
и ровность, заданную толщину и прочность стяжки. Для
обеспечения горизонтальности, как правило, пользуются водяным
уровнем. Расчетный уровень стяжки фиксируется рисками на стенах
помещения. В углах помещения и через 2...3 м по периметру
стен устраивают монолитные марки (точечные указатели)
размером 120X120 м. В больших по площади помещениях
дополнительно устраивают маяки (линейные указатели), верх которых
находится в одной плоскости с нанесенными на стены рисками.
Маяки могут быть монолитными из раствора марки 100 и
инвентарными из деревянных реек либо металлических труб размером
по толщине стяжки. Монолитные маяки образуются при
нанесении раствора под рейку, уложенную на ранее выполненные
марки. Инвентарные маяки фиксируются на необходимой отметке на
вывинчивающихся опорах, либо путем их втапливания в
крепежные марки из свеженанесенного раствора.
Подача товарного раствора к месту укладки, как правило,
производится пневмонагнетателями (рис. 19.4). Применяется
жесткий раствор осадкой по стандартному конусу 4...6 см. Для
уменьшения трудозатрат при разравнивании в товарный раствор
необходимо ввести пластификатор С-3, ЛСТМ-2 и т. п.
Раствор укладывается полосами через одну и
разравнивается и затем виброуплотняется рейкой с опиранием ее вначале
на два маяка, а после их снятия — на края уложенных полос.
В случае последующего нанесения на стяжку бесшовных
мастичных покрытий поверхность стяжки заглаживается затирочными
машинами или ручными металлическими гладилками.
Передвижение людей по стяжке и отделка ее поверхности возможна
при достижении раствором прочности 2,5 МПа. В ряде случаев
за стяжкой из жестких растворов требуется специальный уход.
При температуре 15 °С и выше стяжку предохраняют от интен-
272
Рис. 19.4. Технологическая схема устройства стяжки из жестких
растворов:
о — комплекс механизмов для приготовления и подачи жестких растворов;
б — передвижной гаситель динамического удара; в — расположение маячных
реек и последовательность укладки раствора; / — блок управления; 2 —
бункер с сухой цементно-песчаной смесью; 3 — шнековый питатель; 4 —
компрессор; 5 -емкость нагнетателя; 6- растворовод; 7- колпак гасителя; 8 —
маячные рейки; 9 — звукоизоляционный слой; 10 — рейка-правило
сивного высыхания и поливают водой 1...2 раза в сутки в
течение 4...5 дней.
В случае последующей укладки по такой стяжке оклееч-
ной гидроизоляции или покрытия пола по прослойке из горячей
битумной мастики целесообразно на еще не затвердевшую
стяжку нанести грунтовку раствором битума в бензине соотношением
1:3 уже в течение 1 сут после укладки раствора, но не ранее
чем через 1 ч.
Применение жестких цементно-песчаных растворов для
устройства стяжек ограничивается отсутствием приемлемых средств
механизации для разравнивания раствора. Указанный
недостаток устраняется при устройстве самонивелирующихся стяжек.
Такие стяжки целесообразно выполнять из растворов на
гипсовом вяжущем под покрытия с повышенными требованиями
к стяжкам в отношений горизонтальности и ровности (бесшовные
полимерные покрытия, из линолеума, ПВХ-плиток, штучного пар-
273
кета). Нивелирование стяжки происходит за счет применения
высокоподвижных растворов, которые в естественных условиях
расплываются, образуя горизонтальную поверхность.
Применение таких стяжек позволяет в 2...3 раза снизить трудозатраты
на укладке стяжек и уже через 2...3 ч выполнять в помещении
другие работы.
Технологический цикл устройства гипсовых
самонивелирующихся стяжек состоит из операции по подготовке
нижележащего слоя, приготовлению и подаче раствора к месту укладки,
заливке стяжки.
Все отверстия в перекрытии, а также места примыкания
перекрытий к стенам и перегородкам тщательно заделываются
раствором марки не ниже
100. После заделки
отверстий производятся укладка
и разравнивание теплозву-
коизоляционного слоя.
Выполняют разводку
трубопроводов и изолируют их
пергамином или обмазочной
битумной мастикой. Готовые
участки теплозвукоизоляци-
онного слоя следует
предохранять от загрязнения,
попадания ' на них цемента
или извести. Конструкция
пола в местах примыкания
к стенам и перегородкам
должна обеспечивать их
гидроизоляцию и изоляцию
смежных помещений от шума
(рис. 19.5). Такая
конструкция иногда называется
«плавающим» полом.
После установления
изоляционных прокладок по
периметру стен пол
разбивается ограничительными
рейками на отдельные
захватки площадью до 20 м2.
В жилых зданиях
захватками являются отдельные
комнаты, а ограничительные
рейки устанавливают лишь
в дверных проемах. С
помощью водяного уровня на
стены выносятся отметки
верха стяжки. Под эту
отметку выставляются все
Рис. 19.5. Фрагмент примыкания
конструкции пола с самонивелирующейся
стяжкой к стене:
о -с деревянным плинтусом; б — с поливи-
нилхлоридным плинтусом; / - деревянный
плинтус; 2 полоса из мягких ДВП
толщиной 16...20 мм; 3—покрытие из штучного
паркета; 4 гипсовая стяжка; 5 — слой
полиэтиленовой пленки; 6 —тенлозвукоизоля-
цнонный слой; 7 — железобетонная плнта
перекрытия; 8 деревянный брусок; 9
стена; 10 - поливинилхлоридный плинтус; // —
покрытие из линолеума
274
ограничительные рейки. Во избежание вытекания гипсового
раствора под рейки насыпают сухой гипс или заделывают щели
между рейкой и теплозвукоизоляцией гипсовым раствором.
Раствор для самонивелирующихся стяжек состоит из
затворяемого водой гипса марки Г7...13 и двухкомпонентной
комплексной добавки с эффектом замедления схватывания и
пластификации раствора.
Приготовленный раствор должен самонивелироваться в
пределах выбранной захватки и не быть расслаиваемым. Этими
качествами обладает раствор подвижностью 280...380 мм по
вискозиметру Суттарда и с началом схватывания не ранее 20 мин.
Срок начала схватывания зависит от принятой схемы
приобъектного приготовления и укладки гипсового раствора.
Для этой цели можно использовать турбулентный смеситель
циклического действия. Необходимо соблюдать
последовательность введения компонентов: вода, замедлитель, пластификатор,
гипсовое вяжущее. Смесь перемешивается 2 мин и выгружается
в приемный бункер винтового растворонасоса.
По другой технологической схеме гипсовый раствор
одновременно приготавливается и подается установками непрерывного
действия. Установка имеет камеру смешивания специальной
конструкции и оснащена винтовым насосом производительностью
до 4 м' в 1ч (рис. 19.6).
При устройстве стяжек установка может работать как
стационарная (при больших объемах работ) и поэтажная (при
ремонтных или небольших объемах работ). Материал на объект
может поступать либо в виде сухой смеси гипсового вяжущего,
пластификатора и замедлителя, либо раздельно вяжущее и
добавки. В первом случае к машине под давлением не менее
0,2 МПа подводится по шлангу вода, во втором —
приготовленный в отдельных емкостях раствор добавок (рис. 19.7).
Раствор разливают из растворопровода через гаситель сразу
на всю толщину стяжки, заполняя отдельные захватки от угла
к выходу из помещения.
Температура помещения, где производят работы, должна быть
не ниже 10 °С . Помещение защищается от сквозняков. Стяжку
выдерживают в условиях естественной сушки до достижения ею
влажности не более 5 %, на что требуется около 15 сут при
нормальных условиях высушивания.
Сборные стяжки выполняют из гипсокартонных (ГКП) или
древесно-волокнистых (ДВП) плит под покрытие из линолеума,
штучного паркета, ПВХ-плиток.
Стяжки из ГКП выполняют в отапливаемых помещениях,
эксплуатируемых при влажности воздуха не выше 60 %.
Применяют специальные ГКП толщиной 14... 18 мм плотностью не
более 1300 кг/м3 и прочностью при сжатии не менее 10 МПа. Плиты
укладывают по сплошному звукоизоляционному слою из песка
влажностью не более 1 % вплотную друг к другу, не допуская
стыкования четырех углов плит в одной точке. Укладку ведут от
275
Рис. 19.6. Машина непрерывного действия для устройства
самонивелирующихся гипсовых стяжек:
/ — бункер; 2 — нож: 3 - привод; 4 — камера накопления
сухой смеси: 5 -рамка; 6 — тележка; 7— камера домешивания;
8 — обойма; 9 — винтовой насос; 10 — камера смешивания;
// — привод дозатора; 12— дозатор; 13 - вибрирующая
крышка
стены, наиболее удаленной от входа. Для соблюдения требований
звукоизоляции количество слоев ГКП должно быть не менее двух.
Стыки между торцами плит и зазоры между плитами и стенами
заделывают шпаклевками на основе гипса, пользуясь при этом
шпателем или электрогерметизатором.
До укладки верхнего покрытия стяжку из ГКП следует гид-
роизолировать. Изоляция в виде мастики либо полиэтиленовой
пленки на мастике КН-3 наносятся на всю плоскость пола и
заводится на вертикальные поверхности примыкающих стен до верха
покрытия пола.
Для обеспечения требуемого показателя теплоусвоения [не
более 11,63 Вт/(м2- К)] под покрытия из безосновного
линолеума, ПВХ-плиток часто укладывают стяжку из ДВП толщиной
не менее 4 мм и плотностью 850...950 кг/м . Плиты наклеивают
на нижележащий жесткий элемент пола на битумной мастике.
Число слоев является расчетной величиной и определяется
проектом. При многослойной укладке стыки плит не должны
совпадать. Верхнюю плиту следует укладывать сетчатой стороной
вниз. Стыки и места примыканий к стенам шпаклюют и
заклеивают плотной бумагой или липкой лентой шириной 40...60 мм.
276
Рис. 19.7. Технологическая схема устройства гипсовых самонивелирующихся
стяжек пола с применением машин непрерывного действия:
/ - загрузчик со шнековым питателем; 2 — емкость для раствора добавок; 3
—водяной насос; 4 — машина; 5 — шланг водяной напорный; 6 — растворовод
двухсекционный; 7 быстроразъемное соединение; 8 — концевой гаситель; 9 — тепло-
звукоизоляция; 10 — гипсовая стяжка
Устройство покрытий пола. Можно выделить следующие
группы покрытий: монолитные, деревянные, из синтетических
рулонных материалов, бесшовные из полимерных мастик и
плиточные из штучных элементов.
Монолитные покрытия могут быть выполнены из бетонной,
мозаичной (террацевой), цементно-песчаной, а также
ксилолитовой смеси.
Бетонные покрытия укладывают на очищенное и прогрунто-
ванное цементным молоком основание из сборных плит,
гидроизоляции, стяжки. Технология устройства бетонных покрытий
отличается от технологии устройства бетонных подстилающих
слоев лишь набором дополнительных операций по отделке и
упрочнению лицевого слоя.
При указаниях в проекте для повышения механической
стойкости покрытия, уменьшения его водопроницаемости
поверхностный слой бетона снимают фрезерованием на толщину
3...5 мм и шлифовкой на толщину 1...2 мм, затем пропитывают
флюатами и уплотняющими составами. Для флюатирования
применяют водный раствор кремнефтористой кислоты.
Поверхностное уплотнение осуществляется последовательными
пропитками поверхности сначала жидким стеклом, а затем (через
сутки) водным раствором хлористого кальция.
После проведения всех необходимых обработок поверхности
Наносится защитная пленка полиуретанового лака. Лак
наносится вручную кистью или механическим распылением в 2...3 слоя
277
с предварительной огрунтовкой поверхности раствором лака.
Цементно-песчаные покрытия устраивают из раствора марки
не ниже 200 толщиной 20...30 мм в один слой по технологии бе
тонных. При указаниях в проекте может быть выполнено желез-
нение — заглаживание поверхности до начала схватывания
раствора с посыпкой сухим просеянным цементом.
При эксплуатации пола в условиях тяжелых механических
нагрузок цементно-песчаные покрытия выполняют
двухслойными — нижний слой толщиной 20 мм из цементно-песчаного
раствора марки 400 и верхний толщиной 20 мм марки 500 из
смеси стальной стружки, цемента и воды. Металлоцементную
смесь состава 1:1 приготавливают у места укладки, стружка
предварительно дробится до размера 1...4 мм и обезжиривается.
Укладку смеси производят вручную по маякам полосами «через
одну» с последующим виброуплотнением.
Мозаичные (террацевые) покрытия выполняют двухслойными
с нижним слоем толщиной 40...50 мм из цементно-песчаного
раствора и лицевого слоя толщиной 20...25 мм из мозаичной
смеси.
Мозаичная смесь состоит из белого портландцемента,
минеральных пигментов в количестве не более 15 % от массы
цемента и каменной крошки полирующихся пород камня.
Рекомендуется применять крошку фракций 2,5...5; 5... 10 и 10... 15 мм
примерно в равном соотношении, тогда после снятия всего 2...
3 мм камня насыщенность поверхностного слоя заполнителем
составляет более 70 %, что достаточно для достижения
требуемой декоративности.
По проекту мозаичное покрытие может быть одно- или
многоцветным. В качестве пигментов используют железный сурик
(красный цвет), оксид хрома (зеленый цвет), ультрамарин
(синий цвет), перекись марганца (черный цвет).
Для одноцветных покрытий мозаичную смесь экономически
целесообразно готовить централизованно вне строительной
площадки. Укладка нижнего слоя из цементно-песчаного раствора
ведется полосами по направляющим «на себя»». Однако полосы
заполняются не через одну, как при устройстве, например,
бетонных покрытий, а последовательно каждая. После
схватывания раствора маячные элементы извлекают, а борозды
заделывают раствором той же марки. Укладка же мозаичного раствора
в верхний слой производится полосами по направляющим «через
одну». Пропущенные полосы заполняют раствором после снятия
направляющих. Смесь виброуплотняется и заглаживается
стальными гладилками.
Для многоцветного покрытия мозаичные смеси
приготавливают, как правило, на стройплощадке. Следует обратить внимание,
что виброуплотнение смесей после укладки не производят,
поэтому применяют пластичные смеси подвижностью более 15 см.
Подвижность увеличивается за счет введения
суперпластификаторов. Разделение цветов в покрытии осуществляют раздепи-
278
тельными жилками из стекла, латуни, нержавеющей стали.
Жилки закрепляют в нижнем слое цементно-песчаного раствора,
укладку смеси ведут вручную ячейками «на себя», используя
жилки в качестве маячных реек. Смесь заглаживают стальной
гладилкой.
Одноцветные мозаичные покрытия могут устраиваться и по
технологии вибровтапливания мраморной крошки в
подстилающий бетонный слой (рис. 19.8).
Подвижная бетонная смесь укладывается по направляющим,
виброуплотняется и вакуумируется с использованием гибких
матов. После снятия вакуум-матов на поверхность бетона
наносят мраморную крошку слоем 15...20 мм. Для этой цели
используют специальную раздаточную машину, снабженную бункером
и разбрасывателем. Затем крошка втапливается в бетон
специальной машиной с виброплитой. Заглаживание поверхности
производится машиной, оснащенной диском.
Преимущества технологии вибровтапливания заключаются в
том, что покрытие становится однослойным, а зерна мрамора
под вибрацией ориентируются на поверхности «плашмя», что
Рис. 19.8. Технологическая схема устройства мозаичных полов с вибровтапли-
ванием мраморной крошки:
° — последовательность производства работ; б - машина для укладки заполнителя;
в - виброплнта; / заглаживающая машина; 2 — сванки; 3— виброплита; 4 - машина
Для укладки заполнителя; 5 - вакууммат; 6 вакуум-агрегат; 7 виброрейка; 8
подкладки; 9 секция направляющих; 10 -автобетоносмеситель; //- кнопочный
пульт управления; 12 - рукоятка; 13 колеса; 14 - рама; 15 вибратор; 16 плита;
'7 - рукоять управления; 18 электропривод; 19 мешалка; 20 расходный бункер;
*1 — блок пружинных пластин; 22 питатель; / - установка направляющих: //
Укладка бетонной смесн; /// вакуумирование; IV - распределение мраморной крош
Ки; V — вибровтапливание крошки; VI — заглаживание поверхности.
279
позволяет даже при незначительной глубине шлифования
получить высокодекоративный рисунок покрытия.
Обработка мозаичных покрытий заключается в обдирке и
шлифовании верхнего слоя ручными мозаично-шлифовальными
машинами снабженными абразивными камнями зернистостью
соответственно № 100...50 и № 40... 16. Обработку следует
производить в среде смачивающей жидкости, например 0,2 %-ного
водного раствора углекислого натрия.
Ксилолитовые покрытия выполняют толщиной 20 мм в
помещениях с влажностью до 60 %, к полам которых предъявляют
требования безыскровости, беспыльности и минимального тепло-
усвоения.
Ксилолитовая смесь приготавливается на объекте из опилок
хвойных пород влажностью не более 20 % и крупностью до
3 мм, каустического магнезита, водного раствора хлористого
магния и пигментов. Хлористый магний вызывает коррозию
металла, ввиду этого поверхность смесителя должна быть
оцинкована, а трубная разводка в полу покрыта цементным
раствором, битумным лаком и т. п.
Смесь укладывается полосами «через одну» по деревянным
маякам без виброуплотнения. Толщина маячных реек должна
быть больше проектной толщины ксилолитового покрытия на
50 %. При укладке смесь разравнивают правилом, излишки
смеси не вдавливают в слой, а сдвигают. Затем смесь уплотняют
до нужной отметки трамбовками.
Высохшее покрытие циклюют и шлифуют, слегка смачивая
раствором хлористого магния. Долговечность покрытия
увеличивают пропиткой лака.
Деревянные покрытия могут быть выполнены из строганых и
паркетных досок: штучного, мозаичного и щитового паркета;
торцовых шашек; древесно-волокнистых и древесно-стружечных
плит.
Покрытия из штучного паркета устраивают по ровному
сухому основанию при температуре в помещении не ниже 10 °С и
влажности не более 60% из наборных планок (клепок),
имеющих по периметру паз и гребень. К месту укладки клепки
доставляют в пачках с равным количеством правых и левых
клепок. К основанию клепки крепят на горячих и холодных
мастиках или на гвоздях. Под клепки подкладывается
промасленная бумага. Каждая клепка крепится тремя гвоздями, из которых
один забивают в торцовый, а два других — в продольный паз
клепки.
Технология укладки паркета зависит от выбранного рисунка.
Наиболее просты и часто применяемы способы укладки паркета
в прямую и косую елку, прямыми и развернутыми квадратами,
в елку с фризом и линейкой (рис. 19.9).
Укладка паркета в прямую елку начинается с раскладки
поперек помещения и перпендикулярно свету контрольной
змейки. Змейка укладывается из левых и правых клепок так, чтобы
280
Ф
SI бр
Р//////////ж^
Ф
г)
'ii^^/^i{^f£<A УШМ/MMMJsm.
Рис. 19.9. Способы укладки паркета:
о-в елку; б - в «косую» елку; в — прямыми квадратами; г —
развернутыми квадратами; д - змейкой с фризом и линейкой:
/ шнур, 2 змейка; 3 - лннейка; 4 — фриз
с одной стороны угла шел только гребень, а с другой — только
паз. Основное назначение змейки — определить рациональное
местоположение елок паркета. Далее, ориентируясь по среднему
звену змейки, вдоль помещения натягивается шнур. По шнуру
укладывают два смежных ряда клепок, что составляет маячную
елку.
Укладка паркета в косую елку начинается от дальнего угла
помещения с натягиванием шнура под углом 45° к противопо-
281
ложной стене. По шнуру укладывают маячные ряды клепок,
образуя маячную елку.
Укладка паркета прямыми квадратами ведется из клепок,
укладываемых попеременно параллельно и перпендикулярно
стенам помещения. Укладку начинают от удаленной от двери стены
по шнуру. Для определения симметричного расположения
квадратов и их размеров первый маячный ряд укладывается
«насухо».
При настилке паркета развернутыми квадратами клепки
укладывают под углом 45° к стенам помещения. При настилке
квадратов их диагонали должны располагаться по линии натянутого
шнура. Незаполненные треугольники, остающиеся у стен,
являются точными половинками набранных квадратов.
Более сложным и трудоемким является рисунок, паркета с
фризом и линейкой. Настилка паркета в этом случае
начинается с укладки у параллельных стен помещения маячных клепок
фриза и линейки. Затем насухо укладывается змейка,
подбирается рациональный размер целых и обрезных клепок,
определяется расположение маячной елки.
После настилки паркетные покрытия шпаклюются, циклюются
и шлифуются. Обработанная поверхность пола натирается
мастикой или покрывается двумя слоями лака.
Покрытие из мозаичного паркета укладывается на мастиках
прямыми и развернутыми квадратами. Бумагу с паркета
снимают кистями, смоченными водой, через три дня после его
укладки.
Покрытие из досок (включая паркетные) устраивают по
лагам сечением 25...40Х80...100 мм. Лаги укладывают через 400 мм
под доски толщиной 29 мм и через 600 мм под доски толщиной
37 мм на звукоизоляционную прокладку из древесноволокнистых
плит шириной 100 мм или засыпку из сухого песка толщиной
до 20 мм. Лаги ориентируют перпендикулярно направлению
падения света или движения людей. Первая маячная лага
укладывается на расстоянии 2...3 см у стены, вторая — через 2 м от
первой. После проверки их горизонтальности укладывают
промежуточные лаги, которые временно расшиваются досками.
Доски начинают укл-адывать от дальней стены, пользуясь
приспособлениями для их сплачивания.
Каждая доска прибивается одним гвоздем к одной лаге.
Доски можно настилать, сплачивая последовательно каждую
доску (паркетный способ) или набор из 6... 10 досок (пакетный
способ). Для окончательной настилки могут применяться доски
влажностью до 12 %. Из досок большей влажности устраивают
временные полы с закреплением каждой пятой доски. Через 20...
30 дней такие полы перестилают.
Дощатые полы после острожки, местной циклевки и
шпаклевания грунтуют олифой и затем окрашивают масляной краской.
Покрытие из щитового паркета устраивают по лагам,
расстояние между которыми равно ширине щита паркета. В углу
282
комнаты укладывают первый щит, затем вдоль стен по шнуру
укладывают маячные ряды щитов. Крайние щиты являются до-
борными и прирезаются по месту. Применение щитового
паркета на 30 % повышает производительность труда
паркетчиков.
Покрытие из древесно-стружечных плит устраивают также по
лагам. Помимо брусков в качестве лаг используются полосы
шириной 80... 100 мм из древесно-стружечных плит.
До укладки торцы плит обрезают на 80... 100 мм, так как
кромки плит имеют на 20...30 % меньшую водостойкость, чем вся
плита. При укладке плиты стыкуются на лаге, по периметру
стен оставляется зазор 10... 15 мм.
Поеле укладки плит и установки плинтусов стыки плит, места
примыкания плинтусов, головки гвоздей шпаклюют составом на
масляном лаке с добавлением древесных опилок.
Прошпаклеванные участки шлифуют, а затем весь пол окрашивают масляной
краской за два раза. После высыхания краски пол покрывают
пентафталевым лаком ПФ.
Покрытие из древесно-волокнистых плит толщиной 3,2 мм
может устраиваться по гвоздимому основанию и по
монолитной стяжке. Вначале плиты раскладывают на поверхности и
прирезают. Стыкование четырех углов плит в одной точке не
допускается.
К гвоздимому основанию плиты приклеивают (площадь
приклейки не менее 40 % площади плиты) и по периметру
прибивают гвоздями 20...30 мм с шагом 80... 100 мм. К монолитным
стяжкам плиты приклеивают на холодных и горячих мастиках.
Стыки шпаклюют и окрашивают масляными эмалями,
наносимыми малярными валиками или распылителями с помощью
агрегатов высокого давления.
Покрытие из торцовых деревянных шашек устраивают в
помещениях, где возможно падение деталей, повреждение
которых недопустимо. Шашки укладывают на прослойку из песка или
битума методом «на себя», начиная от входа в помещение.
Каждая шашка с помощью щипцов окунается всеми гранями в
горячий битум и сразу укладывается в покрытие вплотную к
ранее уложенным с перевязкой швов не менее чем на '/3 длины.
Толщина швов между шашками, а также величина перепада
между ними не должна превышать 2 мм.
Покрытия из синтетических рулонных материалов составляют
около 70 % всех покрытий полов в жилищном и гражданском
строительстве. К рулонным материалам относят линолеум и
синтетические ворсовые ковры.
Линолеумы разделяют по составу пластмасс на поливинил-
хлоридные, алкидные, резиновые (релин) и др., по структуре —
на безосновные и с подосновой (тканевой, пленочной, картонной,
теплозвукоизоляционной).
Линолеумы укладывают на сухую ровную стяжку (перепады
До 2 мм) после окончания в помещении всех строительных
283
работ, включая оклейку обоями. Влажность стяжки из
цементного вяжущего должна составлять не более 5 %, гипсового —
не более 3 %, из деревянных изделий — не более 12%.
Температура в помещении должна быть не менее 15 °С, влажность
воздуха — до 60 %.
Линолеум может быть приклеен или уложен насухо со
склеиванием только кромок.
При приклеивании применяют клеи и мастики трех видов:
дисперсионные; на основе битумов; на основе синтетических смол
и каучуков. Применяемый клей должен обеспечить прочность
приклейки при отрыве не менее 0,15 МПа в возрасте трех
суток.
Предназначенные для укладки рулоны линолеума разносят
по помещениям, выдерживают в горизонтальном положении в
течение двух суток. Затем после раскатки полотнища
укладывают с напуском кромок на 20...30 мм и вылеживают в течение
еще двух суток. При раскладке ковры прирезают по контуру
помещения с зазором 4...5 мм для свободного изменения
размеров ковра при колебании температуры.
Перед приклеиванием линолеумы или сворачивают с двух
сторон к середине (в больших помещениях), либо выносят в
соседнее помещение и укладывают там лицевой стороной вниз.
Освободившаяся поверхность стяжки очищается и грунтуется
растворами клеев и мастик, предназначенных для приклеивания
линолеумов. Затем специальными зубчатыми шпателями на
поверхность стяжки и тыльную сторону линолеума, исключая
полосу 100...120 мм по кромке полотнища, наносят клеящий состав
0,3...0,6 мм.
В случае применения дисперсионных клеев линолеум
укладывается сразу, клеев на основе битума — через 15...20 мин, клеев
на основе синтетических смол и каучуков — после
выдерживания «до отлипа». При раскатке по клеевой прослойке полотнище
сначала прижимают по осевой продольной линии, а затем
разглаживают от середины к кромкам. После высыхания клея стыки
приклеенных полотнищ прирезаются одним порезом через оба
полотнища. После удаления обрезков кромки приклеиваются с
последующей прикаткой валиком.
При укладке линолеума «насухо» после прирезки отдельных
полотнищ по периметру помещения и в местах стыков кромки
полотнищ сваривают горячим воздухом, токами высокой частоты,
инфракрасным излучением или холодной клеевой сваркой.
Сварка линолеума может осуществляться непосредственно на месте
укладки, однако экономически целесообразно эту операцию
выполнять в специализированных цехах. В последнем случае на
объект поступают сваренные ковры размером «на комнату».
Прирезка таких ковров осуществляется лишь по периметру
помещения.
После приклейки или расстилки ковра к гладким
поверхностям стен и перегородок приклеивают ПВХ-плинтусы. В двер-
284
ных проемах прирезают и также наклеивают на основание
специальные пластмассовые порожки.
Синтетические ворсовые ковры разделяются на ковры с
прямым (разрезным) и петлевым (неразрезным) ворсом, по способу
производства — на тканые, ворсово-прошивные, клееные и
иглопробивные.
Ковры укладывают с наклоном ворса от окна в сторону
двери. Существует три способа укладки ковров: «насухо» без
приклеивания, с натяжением и с приклеиванием.
Технологические приемы укладки ковров «насухо» и с
приклеиванием аналогичны приемам укладки линолеумных ковров.
В местах стыков полотнища прирезают и подклеивают с тыльной
стороны полотняными лентами шириной 6...8 см.
Способ натяжения обеспечивает лучшее качество готового
покрытия, однако применяется редко, так как требует
специального натяжного устройства и высокой квалификации
исполнителей.
Бесшовные полимерные покрытия выполняют по
выравнивающим стяжкам влажностью не более 5 % при температуре
внутри помещения не ниже 10 °С и влажности воздуха не более
60 %. Отклонение от горизонтали поверхности стяжки не должны
превышать 2 мм. Освещенность в помещении во время
производства работ должна быть не менее 100 лк. Покрытия
толщиной 3...4 мм выполняют из мастик, толщиной 7... 10 мм — из поли-
меррастворов, толщиной 11...20 мм — из полимербетонов.
Мастики приготавливают из связующих, модифицирующих
добавок, наполнителей, отвердителей и пигментов.
В качестве наполнителей применяют тонкоизмельченные
каменные материалы светлой окраски (маршалит, молотый
кварцевый песок и т.д.) с удельной поверхностью 200...250 м2/кг и
крупностью не более 0,15 мм. Для выравнивающих слоев
допустимо применение песка крупностью до 0,3 мм.
В качестве связующих могут быть взяты водорастворимые
полимеры (бутадиенстирольный латекс, полистирольный латекс и
поливинилацетатная дисперсия и т. п.) и термореактивные смолы
(эпоксидные, полиэфирные, полиуретановые и т.п.).
Мастики на основе водных дисперсий полимеров
приготавливают на объекте в турбулентных растворосмесителях и после
процеживания подают винтовым насосом к месту нанесения.
Мастики на основе смол приготавливают в емкостях не более
40 л с помощью мешалки пропеллерного типа путем смешивания
компонентов заводского изготовления с отвердителем и
наполнителем. Количество наполнителя по весу не должно превышать
количество связующего более чем в три раза. Отвердитель
вводится в смесь последним с учетом времени на транспортировку
мастики к месту производства работ и распыление. Вязкость
мастики в момент нанесения должна составлять 90... 100 с на
вискозиметре ВЗ-4.
После очистки стяжки от мусора и пыли производится ее
285
Мастичный cocmat
Рис. 19.10. Технологическая схема устройства бесшовных полимерных
покрытий полов:
/ штуцер; 2 — сопло; 3 — насадка: 4 — распылитель; 5 пробка; 6 — привод;
7 - курок; 8— пусковой клапан; 9 — аппарат-распылитель; 10 —бак со съемной
крышкой для мастичного состава; // — ручная мешалка; 12— лопасти, 13
-распределитель; 14 регулятор давления; 15 - компрессор
огрунтовка составом, соответствующим материалу вяжущего в
покрытии: при синтетических смолах — раствором смолы в быст-
ролетучем заполнителе с добавлением отвердителя; при
водорастворимых полимерах — водным раствором полимера.
Мастики на основе водных дисперсий полимеров можно
наносить распылением при помощи сжатого воздуха
удочкой-форсункой; мастики на основе смол наносятся либо специальной
установкой по методу безвоздушного распыления, либо
свободным разливом по стяжке на проектную толщину (рис. 19.10).
Распыление всех видов мастик производится полосами
шириной 1...1.5 м, начиная от стены, противоположной входу в
помещение. Толщина одноразового нанесения— 1...1.2 мм. Каждый
последующий слой наносится после высушивания или
отверждения предыдущего. При нанесении мастики разливом слой
прикатывают игольчатым валиком для устранения возможных
воздушных пузырей.
Полимер растворные и полимербетонные смеси готовят путем
смешивания на объекте в специальных растворомешалках
полимерных компаундов с наполнителями и отвердителями. Покрытие
286
наносят участками, ограниченными маячными рейками, с
последующим виброуплотнением.
Плиточные покрытия полов устраивают из синтетических
и керамических плиток, а также из крупноразмерных плит и
блоков.
Покрытие из синтетических плиток (поливинилхлоридных, ку-
мароновых и т. п.) устраивается по сухому и ровному
основанию при температуре внутри помещения не ниже 15° и
влажности не более 60 %. Влажность нижележащих стяжек из
раствора не должна превышать 5 %, из древесно-волокнистых
плит-12%.
Укладка плитки может быть осуществлена прямыми и
диагональными рядами. Разметка пола начинается с нахождения
геометрического центра поля путем натягивания шнура между
серединами соответствующих сторон помещения. Для укладки
диагональных рядов плитки размечают диагональную линию,
проходящую через центр. Это осуществляется засечками равных
радиусов на главных осях.
По зафиксированным осям насухо раскладывают маячные
полосы плиток. После оценки положения крайних плиток у стены
помещения центральные оси могут быть частично смещены с
целью укладки по длине и ширине помещения необрезных
плиток. Зазор между покрытием и стеной должен составлять не
более 10 мм.
Укладку покрытия начинают с наклеивания плиток маячных
полос. Каждый последующий ряд укладывается по шнуру,
натянутому по наклеенным ранее маячным полосам. В зависимости
от вида применяемой мастики плитки укладываются способами
либо «на себя», двигаясь от дальней стены к выходу, либо «от
себя», передвигаясь вперед по уложенной плитке.
«На себя» плитки приклеиваются на холодной битумно-ски-
пидарной мастике. Мастика наносится на основание слоем
толщиной 0,3...0,5 мм и выдерживается до наклеивания плиток 30..
40 мин для испарения растворителя.
«От себя» плитки приклеиваются на мастике КН-2, КН-3.
Мастика наносится сразу на большую площадь пола кистью и
резиновым шпателем слоем толщиной 0,2...0,3 мм и
выдерживается 4...5 ч. За 15...20 мин до наклеивания плиток на их
тыльную сторону также наносится мастика и выдерживается «до
отлила».
Покрытие из керамических плиток устраивается по прослойке
толщиной 10... 15 мм. Необходимые уклоны в сторону стоков или
трапа обеспечиваются подстилающим слоем. До укладки плиток
на стены выносится отметка чистого пола. По этой отметке
укладываются на растворе плитки-реперы в углах помещения и
посредине длинных стен (рис. 19.11). По реперным плиткам натя-
гиваются шнуры, по которым укладываются граничные и
промежуточные маячные полосы. Натягивая далее шнур по отдельным
Плиткам маячных полос, заполняется среднее пространство пола.
287
Рис. 19.11. Устройство покрытий из керамической плитки:
/ — фриз; 2 — гвоздь; 3 — шнур; 4 - уровень; 5 — правило; 6 — маячный ряд;
7 — плитка-репер
Плитки укладывают либо поштучно «на себя», либо с
применением шаблонов, продвигаясь от дальней стены к выходу из
помещения.
Для устройства прослойки применяется раствор подвижностью
4...5 см. Уровень растворной постели должен быть на 2...3 мм
выше требуемого. Керамические плитки до укладки на прослойку
предварительно смачиваются. После укладки очередного ряда
к ребру плитки прикладывается правило и ударами по нему ряд
выравнивается по шнуру. Затем правило прикладывается сверху
и ряд плитки осаживается на заданную отметку.
Незаполненные швы через 3...4 дня заполняют раствором на мелком песке.
После схватывания раствора в швах поверхность пола
протирают влажными опилками и смывают водой.
Часть II
Механизация
и автоматизация
строительства
Раздел восьмой
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
О МЕХАНИЗАЦИИ СТРОИТЕЛЬСТВА
Глава 20
НАЗНАЧЕНИЕ МАШИН В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
20.1. Понятие о частичной
и комплексной механизации
В строительстве создана мощная развитая сеть парков
строительных машин и автомобилей, а также ремонтных заводов
и мастерских, обеспечивающих техническое вооружение
строительного производства. Именно обеспечивающих, так как
основное содержание современного строительства — это работа
машин.
Строительное производство относится к наиболее сложным
отраслям народного хозяйства. Если в промышленном
производстве трудовые ресурсы, предмет и орудия труда находятся
в определенной пространственной структуре и устойчивых
условиях производства, то на строительных, особенно линейных
объектах (например, в транспортном, трубопроводном
строительстве), строительные подразделения должны перемещаться,
условия применения орудий труда постоянно меняются в
пространстве и времени, а это уже совсем другое производство. В этих
условиях машинный парк отрасли должен быть организован как
система, структура и взаимосвязи которой наиболее эффективно
соответствуют производственной программе. В этом соответствии
две стороны: условия производства и возможности машинного
парка.
Объекты капитального строительства рассредоточены по всем
экономическим районам страны, они отличаются различным
назначением и разнообразием конструктивных и планировочных
решений. Каждая подотрасль — жилищное, сельское,
транспортное, промышленное строительство — имеет на вооружении парки
общестроительных и специальных машин. Они находятся на
балансе большого числа строительно-монтажных трестов и
территориальных управлений механизации и работают во всех
территориальных зонах.
Механизация строительства развивается в условиях
постоянного роста объемов строительно-монтажных работ с
повышенной трудоемкостью, в том числе на объектах реконструкции
действующих производств. Опережающими темпами растут объемы
работ на объектах в исключительно сложных климатических
условиях Севера, Западной Сибири и Дальнего Востока, а также
в Казахстане и Нечерноземье, где отсутствует развитая произ-
290
водственная база. Такой структурный сдвиг производственной
программы сохранится и в перспективе.
Для освоения возрастающих объемов работ с повышенной
трудоемкостью и себестоимостью, слаборазвитой
инфраструктурой в новых экономических районах во всех подотрослях
капитального строительства ведется планомерная работа по
совершенствованию конструкций, технологии и организации
производства, которая связана с развитием механизации. На
рассредоточенных объектах предусмотрена организация комплектно-
блочного метода строительства. Имеются и общие требования
к развитию механизации: охрана окружающей среды, повышение
эргономических качеств машин, снижение их стоимости на
единицу полезного эффекта. В целом механизация должна
обеспечить возрастающий уровень индустриальности строительства в
первую очередь в новых районах, сокращение сроков работ
и затрат трудовых и финансовых ресурсов.
Механизация строительства — это направление технического'
прогресса, состоящее в обеспечении строительного
производства машинами, комплектами машин и средствами малой
механизации с целью замены ручного труда, в первую очередь при
выполнении тяжелых и утомительных операций, улучшения
условий труда рабочих, интенсификации строительства.
Основная тенденция ее развития состоит в планомерном техническом
перевооружении строительства для непрерывного облегчения,
оздоровления и повышения производительности труда.
Механизация строительства бывает частичной и комплексной.
При частичной техника заменяет ручной труд на тяжелых и
трудоемких операциях. Комплексная механизация предполагает
обеспечение всех технологических операций, составляющих
определенный вид работ или постройку массовых объектов,
комплектами машин, транспортных средств, оборудования и
механизированного инструмента, параметры и количество которых
взаимосвязаны так, чтобы обеспечить высокую производительность
труда, снижение себестоимости работ.
Для этой цели применяют как общестроительные, так и
специальные машины, оборудование и средства малой механизации.
Индустриальная основа механизации — крупные машинные
парки строительных подразделений и ремонтно-эксплуатацион-
ная база.
Состояние механизации оценивают несколькими
показателями. Уровень механизации (комплексной механизации)
определенного вида работ — это отношение объема работ, выполненных
Машинами (комплектами), к общему объему работ. Механово-
°Руженность труда равна стоимости занятых в производстве ма-
Щин, относящейся в среднем к одному рабочему. Уровень
механизации основных работ — монтажных, земляных и др. — достиг
"5...99 %, однако на отделочных работах и при постройке мелких
Рассредоточенных объектов механизированы не все операции,
3Десь велик удельный вес ручного труда.
10*
291
Строительные машины и оборудование, необходимые для
механизации строительства, входят в машинный парк
строительного подразделения. Для наиболее эффективного выполнения
производственной программы машинный парк должен быть
организован как система, структура и взаимосвязи которой
соответствуют техническим характеристикам и условиям
строительства объектов. В зависимости от вида производственной
деятельности различают специализированные и универсальные
машинные парки.
Специализированный парк обеспечивает комплексную
механизацию массовых (земляных, монтажных и др.) видов работ.
Наиболее высокий уровень специализации достигнут в трестах
механизации и их подразделениях — управлениях механизации
и механизированных колоннах. Типоразмерный состав парка
колонн включает комплекс машин для разработки, перемещения,
укладки грунта в земляные сооружения. Универсальный
машинный парк находится на балансе общестроительных и других
трестов с широкой номенклатурой объектов производственной
программы. В его составе — машины для земляных, свайных,
бетонных, монтажных, отделочных и других работ, а также
средства малой механизации.
Тенденция развития механизации состоит в планомерном
переходе к комплексной механизации строительства объектов на
основе внедрения систем высокопроизводительных машин,
оборудования, автоматических устройств, робототехники и средств
малой механизации.
20.2. Производственно-технологические
и экономические требования к строительным машинам
Производственно-технологические требования к новой технике и
модернизации существующих машин возникают при появлении
новых, как правило, более сложных природных или
технологических условий производства, а также в связи с главной
целевой задачей механизации строительства — планомерно
снижать затраты ручного и в первую очередь тяжелого
физического труда. К машинам постоянно повышаются требования,
как общие, относящиеся к совершенствованию конструкции
машины, так и технологические, учитывающие новое назначение
машин. Требования в части совершенствования конструкции
машин включают: повышение надежности; простоту конструкции;
экономичность как стадии машиностроительного, так и
строительного производства, в том числе минимальную удельную
материалоемкость и расход энергоресурсов; широкое применение
сменного рабочего оборудования; мобильность;
ремонтопригодность; высокий эргономический уровень; охрану окружающей
среды.
Эксплуатационные характеристики новой машины в полной
мере определяются ее конструкцией и качеством изготовления.
292
Конструкция отдельных агрегатов, узлов и машины в целом
должна соответствовать требованиям к продукции высшей
категории качества. Это значит, что ее характеристики и технико-
экономические показатели должны соответствовать лучшим
отечественным и мировым достижениям и превосходить их, быть
конкурентоспособными на внешнем рынке; иметь повышенные
стабильные показатели качества; соответствовать техническим
условиям, учитывающим требования международных стандартов;
обеспечивать экономическую эффективность и удовлетворять
потребности народного хозяйства.
Технический уровень и качество машины оценивают как при
ее проектировании, так и при серийном выпуске. Основным
документом оценки является карта уровня и качества машины,
которая содержит основные группы показателей:
классификационные (типоразмер), назначения
(эксплуатационно-технологические возможности машины и уровень технического
совершенства) , надежности, технологичности при изготовлении,
эргономики, технической эстетики, стандартизации и унификации,
патентно-правовые, экономические.
Такая карта отражает совокупность потребительских свойств
машины и вместе с тем позволяет сформулировать требования
к смежным отраслям, поставщикам конструкционных
материалов. Например, для выпуска надежных строительных машин
постоянно растут требования к поставке прочных и вместе с тем
легких сталей; резинотехнических изделий, обеспечивающих
возможность конструирования узлов, которые работают под
высоким давлением и не меняют своих эксплуатационных качеств при
низких температурах, и т. д.
Для выполнения требований к качеству машины
совершенствуется и машиностроительное производство в части нового
оборудования (лазерной, плазменной техники), стендовых
испытаний узлов новой машины, заводских и приемочных испытаний
для проверки ее работоспособности. Для контроля за
выполнением изложенных требований в машиностроении разработана и
применяется система управления качеством новой техники,
включающая технические и экономические функции.
Не менее важное требование относится к сфере эффективной
эксплуатации техники. Уровень механизации отдельных работ
и технологических процессов в строительстве различен. Поэтому
важнейшим этапом разработки новой техники и повышения
Уровня комплексной механизации является разделение
комплексных технологических процессов на элементарные процессы и
даже на отдельные технологические операции, что позволяет
обосновывать необходимость внедрения дополнительных, улучшения
существующих или создания новых средств механизации.
Производственно-технологические требования к новым
машинам, механизмам и оборудованию, в том числе и к средствам
малой механизации, определяют исходя из показателей ведущих
машин и механизмов в комплектах, требуемой производитель-
293
ности комплектующих средств механизации и расчетных режимов
их работы.
На основании изучения технологических процессов и
структуры строительно-монтажных работ на перспективу определяют
суммарную потребность в средствах механизации, а также
обосновывают их рациональные типоразмеры и параметры рабочих
органов.
Машины должны быть укомплектованы набором сменного
рабочего оборудования, обеспечивающего универсальность
применения и улучшения их использования по. времени. Сменное
оборудование проще в эксплуатации, если имеет привод от
энергетических установок базовых машин. При этом навеска
сменного оборудования не должна снижать эксплуатационные
качества машин: мобильность, транспортабельность, проходимость
и др. К конструкции сменного оборудования предъявляется
главное требование — исключить ручной и в первую очередь тяжелый
физический труд, например, на зачистке земляных сооружений до
проектных очертаний и отметок, на отделке зданий и др.
Замену сменного оборудования целесообразно выполнять без
применения специальных приспособлений в полевых условиях,
чтобы сократить время технологических перерывов на
переналадку и увеличить сменный и годовой фонд рабочего времени
машин. По этой же причине состав комплекта сменного
оборудования следует предусматривать таким, чтобы эксплуатация
машины была круглогодичной.
К конструкции машин и оборудования, предназначенных для
работы в сложных природно-климатических условиях Сибири и
Дальнего Востока, предъявляют ряд дополнительных требований,
поскольку при низких температурах резко ухудшаются многие
технические параметры машин, изготовленных в обычном
конструктивном исполнении, снижаются смазывающие свойства масел
и консистентных смазок, загустевают дизельное топливо и
рабочая жидкость гидросистем, увеличивается интенсивность износа
деталей и др., ухудшаются санитарно-гигиенические условия
труда обслуживающего персонала. Этими дополнительными
требованиями предусмотрено: применение конструкционных и
эксплуатационных материалов повышенной хладо- и
морозостойкости; использование надежных средств запуска двигателей и
независимого обогрева кабин; обеспечение повышенной мощности
двигателей и надежности электрооборудования; использование
режущих и других рабочих органов землеройных машин
повышенной износостойкости и прочности при работе на вечной
мерзлоте и в скалистых грунтах; применение конструкций двигателей
транспортных средств, приспособленных к грунтовым условиям
местности; соответствие общей компоновки машин условиям
работы обслуживающего персонала (наличие аппаратуры
двусторонней радиосвязи, достаточная герметизация узлов машин
и др.).
Способность деталей машин выполнять заданные функции,
294
сохраняя свои параметры в допустимых пределах, называется
работоспособностью и характеризуется прочностью, жесткостью,
устойчивостью, износо- и теплостойкостью. Указанные критерии
работоспособности взаимосвязаны, однако требования к ним
различны в зависимости от конструкции и условий работы машин.
Например, для трущихся деталей машин важнейшим
критерием является износостойкость. Износ подвижных сопряжений
машин приводит к снижению их точности, надежности и
долговечности. Для его диагностики и устранения необходимы
повышенные эксплуатационные расходы ресурсов труда и материалов.
Снижение износостойкости непосредственно приводит к
уменьшению ремонтных циклов и периодов, увеличению вероятности
аварийных отказов и, как следствие, к росту затрат на
эксплуатацию и снижению производительности машин.
Для деталей машин, работа которых сопровождается
тепловыделением, важным критерием является теплостойкость.
Длительное воздействие высокой температуры особенно вредно для
трущихся поверхностей, так как снижаются механические
свойства, повышается износ, может наступить ползучесть. Эти
негативные проявления особенно опасны при работе деталей и узлов
в запыленной среде.
Значение критериев работоспособности машин составляют в
совокупности ее важнейшую характеристику — надежность,
определенную как свойство выполнять заданные функции,
сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах
в течение требуемого промежутка времени или требуемой
наработки.
Экономичность машины закладывается на стадии ее
конструирования и изготовления. Все характеристики конструкции
машины так или иначе влияют на ее стоимость и экономику
применения. Поэтому в машиностроении основные направления
развития конструкций машин связаны с повышением их
экономичности. Повышение производительности машин достигается
увеличением их мощности, мобильности. Увеличение надежности и
Долговечности машин (а за этим кроется большая работа по
повышению прочности, устойчивости, износостойкости и других
Рассмотренных выше критериев) приводит не только к снижению
эксплуатационных расходов, но и к увеличению годового фонда
машиноресурсов. Автоматизация работы машины позволяет
расширить ее технические возможности и улучшает условия труда
механизаторов.
Унификация деталей, основанная на широком применении
взаимозаменяемых деталей машин, снижает их стоимость за счет
облегчения их сборки, создания крупносерийного производства,
Повышения культуры ремонтного производства. Положительные
качества унификации дополняются агрегатированием машин,
позволяющим разделить ее на отдельные сборочные единицы
(агрегаты и узлы). Компоновка машины из отдельных
унифицированных частей, переход к блок-модульной структуре типораз-
295
мерных групп машин повышает производительность труда как
при сборке новой машины, так и при ее ремонте. На
машиностроительных предприятиях и ремонтно-механических заводах
появляется возможность организации крупносерийного
производства и ремонта унифицированных агрегатов и узлов на поточных
линиях, оснащенных устройствами автоматики и робототехники.
Себестоимость такого современного промышленного
производства снижается, растет производительность труда.
Значение надежности и экономичности строительных машин
постоянно возрастает. Повышение технического уровня
параметров агрегатов и узлов, интенсификация рабочих процессов и
вместе с тем все более сложные эксплуатационные
характеристики в районах с экстремальными условиями строительного
производства в совокупности усложняют обеспечение надежности.
И вместе с тем именно в сложных производственных условиях
строители должны быть вооружены надежной техникой, так как
ее отказы, особенно аварийные, приводят к сбоям сложных
технологических процессов, применению ручного труда в
неблагоприятных для здоровья условиях и увеличению затрат на
.ремонты.
Ненадежность машин приводит не только к увеличению
себестоимости строительства, но и росту капитальных вложений в
машинный парк. Это связано с уменьшением выработки машин и,
как следствие, с ростом потребности в машинах. Для выпуска и
эксплуатации дополнительного парка необходимы капитальные
вложения и в развитие машиностроительных и ремонтных
предприятий, увеличивается потребность в производстве запасных
частей.
Для повышения надежности машин ведутся интенсивные
технические и экономические исследования и эксперименты на всех
этапах создания и эксплуатации машин. В научных работах
важно установить и дать опенку процессам износа и старения
всех частей машины в их совокупности и взаимном влиянии.
Установленные функциональные связи влияния изменений
материалов и соединений деталей и узлов машины на ее
эксплуатационные характеристики являются исходной базой для улучшения
конструкции и создания более надежной техники. Однако многие
решения, связанные с повышением надежности, приводят к
дополнительным затратам и увеличению стоимости машин. Именно
поэтому необходимо установить оптимальный уровень
надежности с учетом дополнительных затрат в сфере машиностроения
при повышении надежности и потерь в сфере строительного
производства при использовании ненадежной техники. Оптимальное
решение является экономическим фактором управления
надежностью и качеством новой техники. Опытные расчеты
показывают, что для строительного производства в сложных природных
условиях подавляющее большинство мероприятий, повышающих
надежность машин, является экономически целесообразными, а
соответствующие дополнительные затраты быстро окупаются.
296
20.3. Классификация машин и оборудования
Развитие механизации строительства всегда было направлено на
замену ручного труда машинным. Для новых объектов, видов
работ, особенно во вновь осваиваемых районах, создавались
машины, соответствующие новым требованиям, и
модернизировались существующие машины. Одновременно
совершенствовалось машиностроение, в машинный парк поступала новая по
конструкции техника. Эти оба процесса в строительном
производстве и машиностроении в совокупности привели к
разнообразию машин по назначению, конструктивному исполнению,
принципу действия. В машинном парке, используемом в
строительстве, более 1000 разных типоразмеров и моделей машин, а
общая его численность превышает 500 тыс. единиц.
Классификация машин как система соподчиненных понятий,
используемая с целью установления связей, сходства и различий
в машинном парке, как раз и предназначена для упорядочения
такого многообразия средств механизации. Известны различные
виды и критерии классификации. Наиболее полным является
общесоюзный классификатор промышленной продукции,
построенный по производственно-отраслевому признаку. Он содержит
такие крупные группы, как, например, оборудование
железнодорожное, горное, оборудование и машины строительные и
дорожные. В каждой группе существует более подробная градация
машин по конструктивным признакам. Для плановых и учетных
задач с обработкой информации на ЭВМ оборудование
кодируют шестизначным цифровым шифром.
Многие отрасли, выпускающие машины и оборудование,
имеют отраслевую классификацию, основным признаком которой
является конструктивное исполнение и назначение машины.
Основная часть парка машин и оборудования, применяемых
в строительстве и выпускаемых предприятием строительного,
дорожного и коммунального машиностроения, подразделяется на
пять классов. Каждый класс обозначается буквенными
индексами: I — экскаваторы одноковшовые (ЭО) и краны
стреловые (КС); II — дорожные машины для подготовительных работ
(ДП), земляных работ (ДЗ), уплотнения грунта (ДУ),
эксплуатации дорог (ДЭ), устройства дорожных покрытий (ДС); III —
краны башенные (КБ), машины для приготовления бетонов и
растворов (СБ); IV — подъемно-транспортные и погрузочно-раз-
грузочные машины (ТР, ТЦ и др.); V — инструмент (ЙВ, СМД).
Каждый класс делят на группы, подгруппы и т. д., дополняя
соответственно буквенный индекс цифровым.
В строительных организациях применяют машины,
выпускаемые и другими машиностроительными заводами, например,
автомобильными, тракторными и др. При классификации
машинного парка строительных организаций для экономических целей,
например для выбора эффективных машин, в наибольшей
степени соответствующих техническим и технологическим харак-
297
теристикам объектов строительства, используют такие признаки,
как область применения машин по видам работ, вид базовой
машины, унификация основных агрегатов и узлов, позволяющая
организовать рациональную техническую эксплуатацию машины
на объектах, и др.
По этим признакам машины и оборудование, применяемые в
строительстве, делят на следующие основные классы: машины
для земляных работ, транспортные средства и базовые машины,
подъемно-транспортные машины, машины и обрудование для
бетонных работ, отделочные машины и механизированный
инструмент.
Дальнейшую классификацию машин производят по схеме:
класс — группа — тип — типоразмер — модель, отражая
особенности каждой машины. Возможна и более подробная
классификация. Вместе с тем различные классы машин развиты
неодинаково, поэтому в менее развитых классах не обязательно будут
присутствовать все перечисленные выше части классификации.
Например, в классе машин для земляных работ наиболее
представительна группа экскаваторов. Машины этой группы делят на
типы, отличающиеся, к примеру, режимом работы (цикличного
и непрерывного действия).
Машины каждого типа выпускают с различной
производительностью, мощностью и другими эксплуатационными
характеристиками, соответствующими различным условиям
применения (объемам работ, геологическим характеристикам, массе
поднимаемых элементов при монтаже и др.). Среди этих
характеристик одна наиболее полно определяет эксплуатационные
качества и полезность машины в определенных условиях
использования, это — главный параметр. Например, у экскаваторов
и скреперов, а также погрузчиков главным параметром
является геометрический объем (вместимость) ковша. По величине
главного параметра каждый тип машины состоит из типоразмер-
ного ряда. Например, типоразмерный ряд одноковшовых
экскаваторов включает машины с ковшом 0,25; 0,4; 0,5; 0,65; 1,0 м3 и
т. д., применяемые на объектах с разными объемами и видами
работ. Построение оптимального типоразмерного ряда машин
является сложной экономической задачей, объединяющей интересы
машиностроения и строительного производства.
В машинах одного ряда стремятся применять
унифицированные базовые механизмы и агрегаты. Примером такой
унификации является ряд башенных кранов блочно-модульной структуры.
В зависимости от территориальных условий применения
машины каждого типоразмера могут выпускаться в различном
исполнении, например в северном или тропическом, могут иметь
различное ходовое оборудование (обычные и уширенные
гусеницы) и т. д. Эти особенности отражаются в различных моделях
машин. Разнообразие характеристик моделей позволяет
обеспечить их наиболее эффективное соответствие характеристикам
строящихся объектов.
298
20.4. Комплексная механизация и экономия ресурсов
в строительстве
Интенсивный путь развития строительного производства требует
ускоренного обновления машинных парков строительных
подразделений за счет высокопроизводительных энерго- и материало-
сберегающих машин и оборудования. Внедрение новых машин
должно способствовать снижению затрат ручного труда как в
строительстве, так и при их изготовлении машиностроительными
предприятиями. Новая техника облегчает и оздоровляет условия
труда, что в конечном счете также экономит трудозатраты.
Основным критерием экономии ресурсов при создании и
внедрении новой машины являются их затраты на единицу
полезного эффекта. В данном случае под эффектом понимают общий
результат работы машины — объем производства и качество
конечной продукции, а также дополнительные показатели
эргономики.
Экономия материалов (в первую очередь металла)
достигается и за счет замены части металлических деталей деталями из
других более экономичных композиций материалов, в частности
из капрона, а также за счет восстановления деталей методом
газопорошкового напыления металлического или капронового
порошка. Экономию металла и новые технологические возможности
при использовании трубопроводного транспорта в строительстве
дает комплект оборудования для контактной стыковой сварки
пластмассовых труб. Прежде всего экономится металл: 1 т
пластмассовых труб заменяет 4...5 т стальных, срок службы
пластмассовых труб составляет 50 лет, что в 2 раза превышает
долговечность стальных труб.
Ресурсосберегающая тенденция в машиностроении должна
быть связана и со сферой ремонтного производства. Здесь важно
последовательно переходить на безотходную и малоотходную
технологию восстановления агрегатов и узлов. На ремонтно-меха-
нических заводах все более широкое применение находит
изготовление деталей методом точного литья по выплавляемым
моделям. Использование такой технологии, а также изготовление
деталей штамповкой вместо свободной ковки позволяет
высвободить рабочих-станочников и дает ежегодную экономию
металла.
Еще большую экономию на стадии технической
эксплуатации дает совмещение капитального ремонта с модернизацией
машин. При этом экономический эффект проявляется не только
в сфере ремонтного производства, но и в сфере строительства,
так как устраняется моральный износ техники, повышаются ее
долговечность, экономичность работы двигателей.
В первую очередь необходимо модернизировать машины,
работающие в сложных условиях.
Экономия металла предусматривается уже на стадии
конструирования машин за счет улучшения эксплуатационных характе-
299
ристик выпускаемой техники без увеличения металлоемкости.
К примеру, перспективные модели одноковшовых экскаваторов
«второго поколения» с ковшом вместимостью 0,63...1,6 м3 имеют
экономичную, работающую при повышенном рабочем давлении
систему функционирования гидропривода, включающую
элементы рекуперации, и топливосберегающую систему
автоматического управления двигателем. Такие экскаваторы имеют
увеличенное на 8... 10% усилие копания при сниженном на 10%
расходе топлива.
Одной из важных задач, решаемых при создании и внедрении
новой техники, является охрана окружающей среды. Например,
применение оборудования для брикетирования отходов
деревообработки при столярных и плотнических работах позволяет не
только получать древесно-стружечное топливо, но и очищать
производственные площади от отходов. Один современный пресс
при производительности 200 кг брикетов в 1 ч дает 120 т дре-
весно-стружечного топлива в год и экономит 96 т условного
топлива.
Экономия трудовых ресурсов за счет создания новых машин
имеет особое значение. В. И. Ленин указывал, что чем выше
развивается техника, тем более вытесняется ручной труд человека,
заменяясь рядом все более и более сложных машин.
Сокращение объемов ручного труда является одним из
главных направлений в решении задачи дальнейшего повышения
производительности труда и улучшения использования трудовых
ресурсов. Очевиден также и социальный аспект этой проблемы:
непривлекательность ручного, в первую очередь тяжелого
физического, труда все в большей степени становится фактором,
затрудняющим привлечение рабочей силы и обеспечение
стабильности, ее состава, престижность строительных профессий
снижается.
Наиболее труден и социально неприемлем так называемый
«чистый ручной труд» — тяжелый или монотонный труд с
использованием простейших ручных орудий. Ликвидация такого труда
требует в первую очередь разработки новых, подлежащих
полной механизации, технологических процессов и конструкций.
Однако значительная часть работ, выполняемых «чисто вручную»,
может быть ликвидирована уже сейчас за счет использования
по назначению имеющихся средств механизации, соблюдения
технологических режимов и последовательности строительных
процессов, а также за счет инженерной подготовки производства
и научной организации труда.
Второй вид ручного труда — труд рабочих, «помогающих»
машинам, так называемый «ручной труд при машинах». Эта
категория рабочих пока объективно необходима. По мере
насыщения строительства новыми машинами численность таких
рабочих в процентном отношении может даже несколько расти.
Снижение численности этих рабочих может быть достигнуто
путем коренного совершенствования технологической основы
300
строительства. Для этого необходимо создание промышленных и
линейных автоматизированных технологических линий, внедрение
манипуляторов, механизация и автоматизация транспортного
обслуживания складских комплексов, исключение из практики
строительства традиционных вспомогательных, доводочных и до-
делочных работ.
Третья категория — рабочие, занятые на обслуживании
машин и их ремонте. Решение проблемы сокращения объемов и
удельного веса ручного труда на этих работах требует
совершенствования технического обслуживания и ремонта машин и
механизмов за счет централизации работ, внедрения системы
технического диагностирования, целенаправленного
совершенствования конструкций средств механизации. Необходимо серьезное
улучшение ремонтной базы: специализация ремонтных заводов,
их техническое и организационное оснащение, широкое внедрение
индустриальных методов ремонта, повышение качества ремонтов
и более четкое их планирование.
Для коренного решения проблемы снижения трудоемкости
производства в отрасли создана целевая комплексная программа
по сокращению применения ручного труда. Эта программа
представляет собой систему научно обоснованных
социально-экономических и организационно-технических мероприятий,
осуществляемых строительными организациями и предприятиями в целях
значительного сокращения объема применяемого ручного труда.
Программа сформирована на основе выявления фактических
затрат ручного труда на стройках и в подсобном производстве
(так называемой паспортизации) и обобщает соответствующие
программы по трестам и объединениям.
Создание комплектов и систем машин, позволяющих перейти
к непрерывному производственному циклу, является основным
направлением снижения затрат труда в строительстве и, в
частности, на строительстве объектов в сложных природных условиях.
Наибольший экономический и социальный эффект приносит
замена ручного труда машинным (с переходом к автоматизации
и роботизации производственных процессов) в северных
малоосвоенных районах. Здесь в наибольшей степени возрастает
трудоемкость работ, выполняемых вручную, по сравнению с
механизированным способом. Выполнение ручных операций при низких
отрицательных температурах и ветре всегда является тяжелым
физическим трудом. Кроме того, переезд и обустройство
работников основного производства в районах с крайне сложными
условиями связаны с необходимостью привлечения трудовых
Ресурсов смежных и обслуживающих отраслей (развитием
инфраструктуры) .
Актуальность экономии трудовых ресурсов постоянно
возрастает, и решение этой проблемы связано с обновлением
машинных парков. Новые машины, поставляемые машиностроительной
промышленностью, обеспечивают существенную экономию затрат
труда. Так, применение гидравлических экскаваторов с ковшами
301
вместимостью от 1 до 1,6 м3 (взамен механических) позволяет
экономить труд 1,5 тыс. человек (на каждую тысячу машин).
Использование траншейных роторных экскаваторов с двигателями
мощностью 80... 120 кВт взамен менее мощных при разработке
траншей в мерзлых грунтах дает экономию труда 2,3 тыс.
человек; применение малогабаритных бульдозеров на тракторах с
тяговым усилием 6 кН приводит к экономии труда 4,8 тыс. человек,
а гидромолотов к экскаваторам для рыхления мерзлого грунта
экономит труд 4 тыс. человек.
Значительный эффект дает применение
многофункционального манипулятора на базе пневмоколесного экскаватора 3-й
размерной группы. В его рабочее оборудование входят
складывающаяся рука, модуль ориентации со стыковочным устройством,
рабочие органы для земляных, погрузочно-разгрузочных и
монтажных работ, захваты для длинномерных предметов и др. Он
может выполнить весь комплекс работ при прокладке
коммуникаций: водопроводных и канализационных сетей.
Одним из основных условий снижения затрат труда является
расширение производства и организация эффективной
эксплуатации средств малой механизации, особенно для отделочных,
электромонтажных, санитарно-технических и других финишных
операций.
Объем производства высокоэффективного инструмента
непрерывно растет. Машиностроение и промышленность строительных
министерств выпускают нормокомплекты средств малой
механизации для штукатурных, малярных, бетонных работ, а также
современный электроинструмент с электронным регулированием
скорости движения рабочего органа (электроперфораторы,
ручные электрические машины с комплектом сменных насадок
и др.).
Условием эффективного использования средств малой
механизации является сбалансированность их выпуска для всех
технологических операций на каждом виде работ и рабочем месте.
Экономия ресурсов — одна из главных задач на всех стадиях
создания и внедрения новой техники. На стадии разработки
технического задания на новую машину эта задача состоит в
обеспечении потенциальной эффективности новой машины за счет
экономии затрат труда в строительных организациях,
уменьшения затрат материалов на производство конечной продукции и
снижения приведенных удельных затрат на ее изготовление и
применение.
На стадии технического и рабочего проектирования задача
экономии ресурсов сводится к выбору конструктивных и
проектных решений, предусматривающих снижение металлоемкости,
экономию затрат труда на машиностроительных заводах на
основе унификации агрегатов и узлов и применения прогрессивных
материалов.
На стадии создания опытного образца и опытной партии
экономия ресурсов на заводах создается за счет повышения эф-
302
фективности производства и производительности труда,
повышения коэффициента использования металла и др.
И наконец, на стадии производственных испытаний и
внедрения новой машины основная задача — проверить возможность
реализации в сфере строительства того потенциального эффекта,
который был заложен на первой стадии изготовления машины.
Таким образом, все стадии создания и внедрения новых
машин направлены на экономию ресурсов.
Существенное изменение объемно-планировочных и
конструкторских решений в процессе проектирования и постоянно
растущие требования передовой технологии могут привести к тому,
что планируемое на стадии технического задания серийное
производство новой машины не имеет потребительского спроса к
моменту выпуска опытного образца и затраты на создание
машины оказываются в результате бросовыми. Все это
Свидетельствует о том, что сокращение сроков создания новой техники — это
огромный резерв экономии всех видов ресурсов.
Создание ресурсосберегающих машин и их успешное
внедрение зависят и от оперативности и комплексности поставок
материалов и оборудования для машиностроительных заводов
отрасли. Основным условием экономии металла на заводах отрасли
является своевременное обновление парка
металлообрабатывающего оборудования и заготовительных производств,
способствующее увеличению коэффициента использования проката.
Экономии металла должно способствовать также увеличение
поставок низколегированных сталей повышенной и высокой
прочности. Применение таких сталей особенно важно для повышения
надежности работы техники в северном исполнении.
На стадии эксплуатации важнейшей является задача
экономии топливно-энергетических материалов. Создание
экономических систем силового оборудования еще не гарантирует экономию.
Рациональное ведение энергетического хозяйства включает
своевременную техническую эксплуатацию двигателей, развитую
сеть складов ГСМ, заинтересованность механизаторов в
экономии ресурсов.
Глава 21
УСТРОЙСТВО СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИН
21.1. Структура машин
Строительные машины — устройства, выполняющие
строительные процессы за счет преобразования энергии. Их основное
назначение — заменить ручной труд, повысить производительность
труда и научно-технический уровень строительного производства.
Все многообразие производственных процессов, их эволюция
нашли отражение в развитии конструкций машин и создании
мощного машинного парка.
зоз
В строительстве применяют в основном рабочие машины,
предназначенные для выполнения механической работы,
связанной с производством или транспортированием продукции. Они
включают в виде отдельных частей энергетические машины,
преобразующие тот или иной вид энергии в механическую
(двигатели) или механическую энергию в другой вид энергии
(генераторы) . Энергетические машины используются и самостоятельно
для энергообеспечения строительных площадок.
В соответствии с конструктивным замыслом — преобразовать
энергию для выполнения производственных процессов —
строительная машина состоит, как правило, из следующих основных
частей (рис. 21.1): силовой установки 3, представляющей
источник механической энергии; рабочего оборудования /,
включающего рабочий орган и механизм для его функционирования;
ходового оборудования 4; силовой передачи (трансмиссии) 5,
предназначенной для передачи вращения от двигателя к
механизмам машины; системы управления 2; корпуса или каркаса,
объединяющего основные части. На рис. 21.1 показан один из
примеров структурного размещения основных частей машины-
погрузчика. Вместе с тем другие по назначению, конструкции
и мощности машины могут иметь различную компоновку.
Например, у самоходных машин (землеройных, монтажных кранов
и др.) к основным частям относится ходовое оборудование, а у
стационарных и малоподвижных (например, гидромониторов)
оно отсутствует.
Силовая установка машины также имеет разное
конструктивное исполнение. Она может включать различное число
двигателей и генераторов, отличающихся принципом действия и
размещением для наиболее эффективного привода отдельных
механизмов, особенно рабочего и ходового оборудования. С этой целью в
мощных машинах применяют многомоторный привод, а ходовое
оборудование может иметь мотор-колеса.
DDDDD
тг
//////'■
Со О.
С:
си =с
Рабочее оборудодание
Трансмиссия
Силодая установка
Рис. 21.1. Структура строительной машины
304
Наибольшие структурные отличия машин связаны с
конструкцией рабочего органа, который определяет их назначение.
Силовые передачи имеются у большинства строительных
машин, они обеспечивают выполнение «ложных функций
механизмов передвижения, поворота, рабочих операций и т. д. Чем
совершеннее передачи, тем полезнее функции машины, выше
качество их работы. Именно такая целевая направленность
заложена в основу роботизации строительной техники (см. разд. 13).
Вместе с тем у небольших стационарных машин (например, у
насосов, компрессоров) число передаточных механизмов
минимально.
Несмотря на структурное разнообразие, строительные
машины состоят в основном из типизированных деталей, узлов и
агрегатов. Деталью называют конечный элемент машины, который
нельзя разобрать на части без нарушения функциональной
целостности, а узлом — конструктивно завершенное соединение
деталей. Примером может быть узел соединения стрелы с
поворотной платформой крана. Узлы являются ответственными частями
машины, так как в них передаются значительные усилия, а
значит развиваются наибольшие напряжения. Для контроля
состояния и повышения работоспособности регулярно проводятся
диагностирование и техническое обслуживание узлов (регулировка,
смазка). Перспективно применение закрытых узлов, не
требующих обслуживания.
В зависимости от назначения различают базовые детали
(например, рамы, корпуса редукторов) и детали передач,
составляющие передаточные механизмы (валы, оси, зубчатые колеса
и др.). Для машин изготовляют детали общего назначения,
применяемые в типовых соединениях (гайки, болты и т. п.), а также
специальные детали, к примеру, корпус ковша экскаватора или
крюк грузоподъемного механизма.
Для передачи крутящего момента применяют валы —
стержни, установленные на опорах. В зависимости от вида вращаемых
Деталей, закрепленных на валу, и назначения соединений
различают прямые, кривошипные, кулачковые, телескопические,
гибкие и другие конструкции валов. Такую же конструкцию,
как и вал, имеет ось. Она также передает на опоры радиальные
и осевые силы, однако не передает крутящий момент. Ось может
быть неподвижной или вращающейся.
Для сборки деталей в узлы применяют неразъемные и
разъемные соединения. В неразъемных соединениях детали узлов
невозможно разобщить без их разрушения. Для таких соединений
Используют сварку и заклепки. Наиболее совершенными,
особенно при современных способах плазменной сварки, являются
сварные соединения. Детали, изготовленные из трудносваривае-
Мых металлов, а также изменяющие свою форму в процессе
Сварки, соединяют заклепками. Разъемные соединения позволяют
Разбирать сборочный узел без повреждения деталей. К ним
относятся резьбовые, клеммовые, шпоночные и другие соединения.
305
Валы, тяги, канаты машин соединяют муфтами. В
зависимости от усилий, действующих в узле соединения, муфты
выполняют постоянными, подвижными и сцепными. Для жесткого
соединения концов валов применяют постоянную муфту в виде
втулки. Валы, оси которых пересекаются, соединяют подвижными
и компенсирующими муфтами. В строительных машинах
получили распространение подвижные муфты типа «универсальный
шарнир» (карданная передача ходового оборудования),
шарнирные муфты и др. Компенсирующая (например, упругая или
зубчатая) муфта позволяет соединять валы, оси которых несоосны
или пересекаются под небольшим углом.
Принудительное соединение и разъединение валов при их
вращении или для остановки производят с помощью сцепных муфт.
Такие муфты часто применяются в машинах с механическим
приводом для передачи крутящего момента от вала двигателя к
ходовому и рабочему оборудованию.
Опорами горизонтальных валов и осей служат подшипники,
а вертикальных — подпятники. Опорные части валов и осей
называют цапфами. Подшипники различают: по виду трения —
подшипники скольжения и качения; по направлению
воспринимаемых нагрузок — радиальные, воспринимающие нагрузки,
направленные перпендикулярно оси вала, и упорные,
которые дополнительно могут воспринимать усилия вдоль оси
вала.
Подшипники скольжения (рис. 21.2) изготовляют
неразъемными и разъемными. Для уменьшения трения в узле соединения
с цапфой подшипник имеет вкладыш, поверхность скольжения
которого выполнена из антифрикционного материала (баббит,
текстолит и др.). Верхняя часть вкладыша находится над
цапфой, а нижняя передает погрузку на корпус подшипника и далее
на основание машины. Неразъемные подшипники применяют
редко, в основном в небольших механизмах.
Преимуществом разъемного подшипника является
возможность разборки, регулирования, смены вкладышей. Такие
подшипники применяют в качестве опор валов большой массы, а
также при работе в агрессивной среде. Основным их
недостатком являются значительное сопротивление из-за трения
скольжения, а также большие затраты труда на контроль состояния
и техническое обслуживание.
В подшипниках качения (шариковых и роликовых) потери
на преодоление сил трения в 5... 10 раз меньше. Они состоят из
наружного кольца, которое крепится к станине или раме
машины, и внутреннего кольца, с которым соединена цапфа вала.
Между кольцами размещены в специальных сепараторах,
регулирующих расстояние, шарики или ролики. Шариковые
подшипники применяются в качестве опор при малых и средних
нагрузках. Большие (примерно в 2 раза) нагрузки выдерживают
роликовые подшипники, однако они хуже работают при высоких
скоростях вращения вала.
306
Рис. 21.2. Подшипники:
а — разъемный подшипник скольжения; б — роликовый
подшипник качения; в — шариковый подшипник; / —
станина; 2— корпус; 3 -вкладыш; 4 — крышка; 5 —
отверстие для смазки; 6 — стяжной болт
При конструировании узлов подшипники подбирают по
каталогам в зависимости от требуемых эксплуатационных
характеристик: нагрузок и долговечности.
К деталям и узлам относятся в полной мере производственно-
технологические требования, предъявляемые к машине в целом, в
части ее надежности, экономичности, износостойкости, так как
надежность системы определяется надежностью работы и
взаимодействия отдельных элементов. Работоспособность деталей
обеспечивается их прочностью, жесткостью, износостойкостью.
Способность детали противостоять нагрузкам в процессе
эксплуатации характеризуется прочностью. Материал и конст
Рукция детали должны быть выбраны такими, чтобы
возникающие в них напряжения не нарушали нормальную работу, т. е.
в деталях не должны появиться трещины, пластические
деформации и другие признаки разрушения.
307
Другим свойством работоспособности детали является ее
сопротивление изменению формы под действием внешних сил,
т. е. жесткость детали. Это свойство необходимо учитывать в
первую очередь при ударных погрузках.
Износостойкость детали, т. е. способность сопротивляться
износу под действием сил трения, коррозии и т. п., особенно важна
для снижения затрат на техническую эксплуатацию машин.
Износ деталей нарушает нормальное функционирование узлов,
приводит к увеличению расхода смазки и энергетических ресурсов,
снижается производительность машины.
Для улучшения указанных свойств деталей применяют новые
композитные материалы и современные способы упрочнения
поверхностей. При этом повышение стоимости деталей, как
правило, компенсируется снижением затрат на эксплуатацию и
увеличением выработки машины. Особенно важно обеспечить равно-
прочность деталей одного узла или агрегата, так как при этом
выравниваются их межремонтные периоды, становится
целесообразной замена узлов в целом и в результате снижаются затраты
на техническое обслуживание и ремонт.
Требования к конструкции (формам, размерам, материалам)
и способам изготовления деталей приведены в стандартах.
Стандарты являются результатом технико-экономических
исследований и обобщения опыта применения машин, поэтому
стандартные детали и узлы являются наиболее совершенными.
Стандартизация позволяет уменьшить объем конструкторских
работ, снизить стоимость изготовления деталей за счет
применения стандартных технологий и крупносерийного производства,
обеспечить легкую замену при эксплуатации и ремонте и в целом
повысить эффективность машины.
С этой же целью в структуру машины закладывают принцип
агрегатирования, применяя типовые узлы и агрегаты.
Агрегат представляет собой унифицированный узел или
соединение деталей и узлов, он имеет определенное функциональное
назначение и обладает полной взаимозаменяемостью.
Такие агрегаты, как редукторы, а в крупных машинах —
лебедки, двигатели, являются заменяемыми структурными частями
машины. Они серийно изготовляются машиностроительными
заводами с определенными эксплуатационными
характеристиками (мощностью, передаточным числом и т.п.).
Агрегатирование приводит к повышению технического уровня
машины на всех этапах ее создания. В основу конструкции
машины закладываются унифицированные агрегаты с
наилучшими характеристиками, соответствующими мировому уровню.
На машиностроительных заводах появится возможность
организовать крупносерийное производство агрегатов на поточных
линиях с низкой стоимостью и максимально упростить процесс
сборки машины.
Типоразмерные ряды машин также конструируют из
унифицированных агрегатов и узлов. Например, в одноковшовых
308
экскаваторах унифицированы элементы гидропривода, а в
башенных кранах — лебедки, элементы ходового оборудования и
башни. Более того, и в разных по назначению машинах
применяет унифицированные агрегаты, в первую очередь
электродвигатели, гидроцилиндры и др. Агрегатирование машин позволило
также организовать прогрессивный агрегатно-узловой метод
ремонта, при котором ремонт превращен в процесс замены
изношенных агрегатов и узлов на новые или отремонтированные.
Это приводит к минимальному времени отвлечения машин из
строительного производства.
Если агрегат или композиция агрегатов и узлов выполняет
определенную машинную функцию, то это уже механизм
машины, например механизм поворота, подъема стрелы и др.
Таким образом, структура машины — это логически
завершенная, в наилучшем виде оптимальная компоновка отдельных
стандартизированных и унифицированных частей по схеме
деталь — узел — агрегат — механизм — машина. Рассмотрим
эксплуатационные характеристики отдельных ее частей: привода,
основных механизмов и системы управления.
21.2. Привод строительных машин
Строительная машина в целом, ее отдельные механизмы и узлы,
например рабочее и ходовое оборудование, приводятся в
действие силовыми системами — приводами. Привод состоит из
первичного силового агрегата и передаточных устройств.
Первичный силовой агрегат — это электродвигатель или двигатель
внутреннего сгорания. В качестве передаточных устройств,
преобразующих его энергию, в строительных машинах применяют
раздельно и в сочетании механические, пневматические и
гидравлические элементы. Соответственно привод бывает электрический,
механический, пневматический и гидравлический.
В электрическом приводе силовым агрегатом служит
электродвигатель, а передаточным устройством к рабочим органам
являются механические и электромеханические передачи. В
зависимости от мобильности строительных машин и оборудования
применяют различный электропривод. Для стационарного
строительного оборудования, большинства кранов на рельсовом
ходу применяют электрический привод, соединенный с внешним
источником энергоснабжения — электросетью или передвижной
электростанцией. В самоходных строительных машинах
электроэнергия вырабатывается электрогенератором, соединенным с
двигателем внутреннего сгорания, дизельным или карбюраторным.
Например, дизель-электрический привод крана (рис. 21.3) в
качестве силового агрегата имеет дизель 1, соединенный с генера-
т°ром 3 и электродвигатели механизмов передвижения,
вращения поворотной платформы, подъема стрелы и т. д. В механизме
ПеРедвижения крутящий момент вала электродвигателя 4
передается через муфту включения к трехступенчатому редуктору 8
309
для уменьшения скорости
вращения и выигрыша в
усилии и далее на вал
колесной пары 5. В
механизме вращения передача
крутящего момента от
электродвигателя 12
происходит аналогично —
через муфту, двуступенча-
тый редуктор 9 (одна
ступень состоит из
конических шестерен для
передачи вращения на
вертикальную ось) и далее
на ведущую шестерню,
приводящую во
вращение зубчатый венец 10
поворотной платформы
крана. Электродвигатель
механизма подъема
стрелы вращает барабан
лебедки через механическую
передачу — зубчатые и
червячные редукторы.
Такая схема компактна и
надежна в эксплуатации,
особенно при разветвле-
нескольким рабочим
органам.
Механический привод имеет в качестве силового агрегата
двигатель внутреннего сгорания, который приводит в действие
рабочие органы с помощью механической передачи —
трансмиссии. В зависимости от назначения и расположения рабочих
органов трансмиссия включает шестеренчатые редукторы, цепные,
клиноременные и карданные передачи. Такой привод отличается
простотой конструктивного исполнения и надежностью в работе.
Он применяется в автомобилях, тракторах, буровых машинах,
экскаваторах и др. Однако при передаче мощности к большому
числу механизмов, особенно в мощных строительных машинах,
такая конструкция привода становится громоздкой.
В гидравлическом приводе механическая энергия двигателя
преобразуется в энергию потока рабочей жидкости, которая
передается к рабочим органам и приводит их в движение. Различают
гидродинамические приводы, в которых используется
кинетическая энергия потока жидкости при низком ее давлении и
гидрообъемные приводы, в которых развивается и используется
высокое (порядка 10,0 МПа) статическое давление жидкости.
Основными элементами гидропередач являются насосы,
гидродинамические муфты, гидротрансформаторы и гидродвигатели. В гидро-
я)
ь-
г
Щ1Г
^Г
Рис. 21.3. Схема дизель-электрического
привода крана:
а. — в - механизмы передвижения, подъема
стрелы, поворота платформы; / — дизель; 2 —
коробка отбора мощности; 3 — генератор; 4, 7, 12
электродвигатели; 5—колесный ход; 6. 8, 9-—
редукторы; 10 — планетарная передача; // —
барабан лебедки подъема стрелы
нии сети и передаче энергии к
310
динамическом приводе крутящий момент передается
гидромуфтами и гидротрансформаторами.
Гидромуфты предназначены для передачи мощности с
ведущего вала двигателя на ведомый без изменения крутящего
момента. Они позволяют плавно начинать вращение ведомого вала,
погасить вибрацию и предохранять двигатель от перегрузок.
Таким образом, эффективность работы гидромуфт состоит в
обеспечении благоприятного для привода эксплуатационного
режима.
Принцип действия гидромуфты состоит в следующем. Она
имеет ведущее насосное колесо, соединенное с валом двигателя,
и ведомое колесо — турбину, вал которой соединен с
исполнительным механизмом. Пространство между лопатками обоих
колес заполнено рабочей жидкостью. При вращении ведущего
колеса его лопатки увлекают жидкость, давление передается на
лопатки турбины, которая начинает вращаться и передавать
крутящий момент рабочему органу (рис. 21.4).
Для изменения скорости и выигрыша в усилии применяют
гидротрансформатор, а его параметр — передаточное отношение
показывает, во сколько раз изменяется скорость ведомого вала
по сравнению со скоростью вращения ведущего вала.
В гидрообъемном (гидростатическом) приводе рабочие
органы машины приводятся в действие гидродвигателями
поступательного и вращательного движения.
Гидродвигатели поступательного движения — это
гидроцилиндры, внутри которых под действием высокого давления ра-
Рис. 21.4. Схема гидромуфты:
' - насосное колесо; 2 —
ведомое колесо (турбина), 3—
ведомый вал; 4 — вал двигателя
Рис. 21.5. Принципиальная схема
гидравлического привода:
/ — насос; 2 — напорная магистраль; 3
предохранительный клапан; 4 — обратный
клапан; 5 — золотниковый распределитель;
6 — гидроцилиндр; 7 — перепускной кран;
8, 12 — питающая магистраль; 9 —
дроссель; 10 — фильтр; // — бак
311
бочей жидкости перемещается рабочий поршень. Шток поршня
приводит в действие, к примеру, отвал бульдозера, стрелу,
рукоять и ковш экскаватора и другие рабочие органы. Защита
гидропривода от перегрузок обеспечивается предохранительными
клапанами высокого давления. Гидрообъемный привод также
отличается простотой управления. Машинист направляет
рабочую жидкость рукоятками гидрораспределителя от насоса к
гидроцилиндру, выполняющему необходимую рабочую операцию
(рис. 21.5). Для передачи исполнительным органам
вращательного движения в качестве гидродвигателей применяют
шестеренчатые, аксиально-поршневые и лопастные
насосы-гидромоторы. Шестеренчатые и лопастные насосы работают при
давлении минерального масла примерно 10 МПа, обеспечивая, как
правило, частоту вращения 2000 мин-' и производительность до
500 л/мин. В современных мощных машинах требуются большие
рабочие давления — порядка 30 МПа. Для этой цели применяют
аксиально-поршневые насосы с производительностью до 750 л/мин
и частотой вращения вала до 3000 мин-'.
Пневматический привод использует энергию сжатого воздуха,
который вырабатывается компрессорами, установленными на
машинах, или отдельными компрессорными установками.
Механизмы, работающие с пневмоприводом, отличаются небольшой
массой, однако КПД их низок.
Конструкция пневматического привода напоминает отдельные
части гидростатического привода: внутри пневмоцилиндра
перемещается под действием сжатого воздуха поршень со штоком.
Пневмопривод применяется преимущественно в системах
управления строительными машинами, оборудованием на
заводах строительной индустрии и механизированным инструментом.
Рассмотренные разновидности приводов имеют различную
область эффективного применения в строительных машинах. При
расчете критерия эффективности учитывают технические и
экономические показатели: удельный расход энергетических ресурсов,
себестоимость машино-часа машины, уровень унификации ее
узлов, коэффициент полезного действия и др. В строительных
машинах и особенно оборудовании, длительное время
находящихся на строительной площадке (например, башенные краны)
или на предприятии строительной индустрии, применяют
электрический привод, используя электрические сети, и
пневматический привод для систем управления вместе со стационарными
компрессорными установками.
В мобильных строительных машинах все большее
распространение получает гидравлический привод. Базовые и транспортные
машины имеют механический и дизельный электрический
привод. С целью экономии энергоресурсов и требований охраны
окружающей среды перспективным направлением является
замена дизельного топлива на газовое. Экологически чистым
является электрический привод. Он же имеет наименьшие затраты
на эксплуатацию.
312
21-3- Требования к силовому оборудованию
Силовое оборудование строительных машин включает двигатель
и вспомогательные системы питания, управления и др. Они
приводят в движение все механизмы и должны иметь
характеристики, обеспечивающие выполнение машиной всех рабочих операций
в экстремальных условиях и вместе с тем экономно расходовать
энергетические ресурсы, например электроэнергию или дизельное
топливо.
Поэтому основным принципом технико-экономических
расчетов при подборе двигателей для строительных машин является
оценка соответствия их эксплуатационных характеристик
режимам работы механизмов и особенно рабочего оборудования.
Для строительных машин характерны неравномерные
технологические нагрузки и, как следствие, неравномерные режимы
нагружения двигателей. Соответствие двигателя различным
режимам нагружения определяется его механической внешней
характеристикой, т. е. зависимостью крутящего момента Мк (Н-м)
от частоты вращения п (мин-1) вала двигателя. Известно, что
мощность двигателя, кВт: N = (Мкп)/9550.
Поэтому при изменении в ходе работы величины крутящего
момента, например, из-за перегрузки рабочего органа двигатель
должен уменьшить число оборотов. Способность двигателя к
таким изменениям как раз и определяется видом внешней
характеристики. Наилучшая в эксплуатационном отношении внешняя
характеристика двигателя представляет собой гиперболическую
зависимость Мк от п, так как при этом возрастание
(уменьшение) нагрузочного крутящего момента будет компенсироваться
снижением (возрастанием) скорости вращения вала двигателя
при его постоянной номинальной мощности. В противном
случае двигатель нужно защищать от перегрузки. Эту функцию
выполняют муфты сцепления и трансмиссия. Внешнюю
характеристику двигателя оценивают критерием жесткости — модулем
первой производной крутящего момента по частоте вращения
IPI = dMK/dn.
При значениях |р| < 10 двигатель имеет мягкую
характеристику, а при |р| ^ 10 — жесткую. Очевидно, для строительных
машин лучше применять двигатели с мягкой внешней
характеристикой. Такую характеристику имеют электродвигатели
постоянного тока (сериесные) последовательного возбуждения, у
которых обмотка якоря последовательно соединена с обмоткой
возбуждения.
Однако для энергоснабжения строительства преимущественно
Фименяется переменный ток и для возможности применения
двигателей постоянного тока на машинах необходимо устраи-
ать преобразователи энергии.
Проще и экономичнее электродвигатели переменного тока,
Днако их внешняя характеристика — жесткая. При пуске вал
°чти сразу набирает полную частоту вращения, которая прак-
313
тически не регулируется. Чтобы использовать преимущества
двигателей постоянного и переменного тока, выпускают
комбинированные установки. На машинах устанавливают первичные
двигатели внутреннего сгорания или электродвигатели переменного
тока, которые приводят в движение генераторы постоянного
тока, а те, в свою очередь, — электродвигатели механизмов
строительных машин. Однако такое двойное преобразование
энергии снижает КПД машины и в 1,5...2,5 раза увеличивает массу
привода.
Тип двигателя выбирают в зависимости от режима его
работы, который определяется продолжительностью включения
ПВ, т. е. временем непрерывной работы, числом включений в
единицу времени, амплитудой и частотой колебаний нагрузки.
Легкий режим работы имеют двигатели конвейеров,
бетоносмесителей, растворосмесителей, катков статического действия.
Их максимальная нагрузка превышает среднюю в 1,1...1,3 раза,
скорость рабочих движений в основном постоянная, число
включений за 1 ч равно 20...30. Для таких машин можно применять
экономичные двигатели переменного тока. Их преимущества по
сравнению с двигателями внутреннего сгорания состоят в
простоте обслуживания, удобстве управления (в том числе
дистанционного и автоматического), надежности в эксплуатации,
небольших затратах на ремонт, независимости от низких
температур, отсутствии расхода электроэнергии в технологических
перерывах. Их жесткая характеристика слабо влияет на
эффективность работы в легком режиме.
Однако для электродвигателей необходимы постоянные
источники электроэнергии и электрические сети, в связи с чем, как
было показано в § 24.2, они входят в привод стационарных и
малоподвижных машин. Их масса на единицу мощности больше
массы двигателей внутреннего сгорания на 20...50%.
Средний режим работы характерен, к примеру, для
скреперов, кранов, многоковшовых экскаваторов, тягачей,
погрузчиков. У них отношение максимальной нагрузки к средней
составляет уже 1,5...2,5, скорость рабочих движений переменная, число
включений за 1 ч равно 200. Для такого режима также можно
применять электродвигатели переменного тока, однако они
должны обладать значительным запасом мощности для компенсации
колебаний нагрузки. Например, у крановых двигателей
максимальный момент в 3...4 раза превышает номинальный момент,
соответствующий наиболее экономичному режиму работы.
Наряду с электродвигателями при среднем режиме работы
применяют двигатели внутреннего сгорания. В первую очередь это
относится к мобильным машинам.
Тяжелый режим работы, имеют экскаваторы, рыхлители,
бульдозеры. Их нагрузка имеет резкие пики, отношение
максимальной нагрузки к средней достигает 3 и более, число
включений и переключений в 1 ч может превышать 1000, скорости
рабочих движений меняются непрерывно. На таких машинах ус-
314
1
танавливают дизельные и реже
карбюраторные двигатели. Они не
требуют внешних источников
энергии и обеспечивают работу
машины в широком диапазоне
эксплуатационных условий. Дизельные
двигатели надежнее в работе и
экономичнее карбюраторных. Их
КПД составляет 30...40 %, а у
карбюраторных 18...30%, в связи
с чем часовой расход топлива на
единицу мощности на 40 %
меньше. Дизельное топливо менее
дефицитно и дешевле бензина.
Вместе с тем дизели имеют массу на
единицу мощности примерно в
1,5 раза больше, чем у
карбюраторных двигателей, и хуже
запускаются при отрицательных темпе-
кН
800
700|
600
500
W
500
200
100
0
1
\
\
\/-я nepeoat,
~\
Диаграмма
тигодой
0 характеристики
.2-я передача
Jjdпередача
"0 2 U 6 8 W 12 км/ч
Скорость
Рис. 21.6. Внешняя характеристика
дизеля трактора с бульдозерным
оборудованием
ратурах. У обоих двигателей внутреннего сгорания жесткая
внешняя характеристика, поэтому для регулирования частоты
вращения применяют коробки передач, обеспечивающие
достаточный крутящий момент при перегрузках (рис. 21.6).
И наконец, с очень тяжелым режимом работают машины
вибрационного и ударного действия.
Технико-экономические расчеты при выборе и сравнении
различных двигателей проводят в следующем порядке. Определяют
требуемую мощность, кВт, двигателя на приводном валу в
зависимости от заданных характеристик машин: N = Pv/№20 =
= М„п„/9560, где Р, v — заданные тяговое усилие, Н, и
окружная скорость барабана лебедки или конвейера, м/с; Mn, nn —
заданные момент, Н-м, и частота вращения приводного вала
рабочего оборудования машин.
Расчетную мощность двигателя определяют в зависимости
от вида и числа передач в приводе: Np = N/ц, где т) —
коэффициент полезного действия всех передач (см. § 21.4).
По заданной расчетной мощности и требуемой частоте
вращения вала ПдВ = n„i, где i — передаточное число механизмов;
определяют двигатель, имеющий номинальную мощность и
другие характеристики, соответствующие требуемым.
При« экономическом сравнении вариантов двигателей
учитывают: массу и стоимость двигателей и передач; затраты на
эксплуатацию, которые зависят от типа, мощности, числа оборотов
ала, вида и числа передач.
Например, электродвигатели с большим числом оборотов при
ДНой и той же мощности имеют меньшую массу и низкую
стонать. Однако в трансмиссии машин резко возрастает общее
^^Редаточное число i, увеличиваются масса и стоимость переда-
т°чны
>ix устройств.
315
Соответственно возрастают и эксплуатационные расходы,
особенно на техническое обслуживание и ремонт, увеличивается
стоимость трансмиссии.
Данные экономические показатели двигателей не могут
рассматриваться изолированно от характеристик всей машины, они
должны учитываться в расчетах эффективности создания и
применения новой техники. Стоимость силовой установки влияет
на оптовую цену машины, а расходы на ее эксплуатацию входят
в себестоимость машино-часа.
21.4. Назначение и устройство
механических передач
Для передачи непрерывного вращательного движения от
двигателя к узлам и оборудованию строительных машин, а также для
его преобразования в непрерывное поступательное движение
применяют механизм, называемый передачей.
В зависимости от типа привода, взаимного расположения
силовой установки и механизмов машины применяют
механические, гидравлические и электрические передачи. Они являются
часто сложными устройствами, так как на входе имеют только
крутящий момент вала двигателя, а преобразовывают его,
изменяя скорость, силы и моменты, в сложные движения,
соответствующие функциям механизмов машины: поворот, подъем,
вращение и их требуемое сочетание. Например, экскаватор,
оборудованный ковшом обратная лопата, совершает одновременно
несколько движений в рабочей зоне: опускание стрелы и рукояти,
вращение ковша для набора грунта. В отдельных машинах
механизмы, особенно манипуляторы, выполняют и большее
число слагающих движений. Их конструктивное воплощение
обеспечивается рациональным сочетанием и соединением в
соответствии с замыслом конструктора передающих устройств.
Таким образом, сложные передачи, в первую очередь
силовая передача (трансмиссия), состоят из нескольких более
простых передач, каждая из которых в управляемой
последовательности преобразует мощность двигателя для выполнения
заданных функций.
Механические передачи используют зацепление деталей
(зубчатые, червячные и цепные передачи) или трение между
деталями (фрикционные и ременные передачи). Они имеют ведущий
элемент (чаще всего вал), передающий усилие или крутящий
момент, и ведомый вал или другую исполнительную деталь,
воспринимающую передаваемую мощность.
Зубчатая передача выполнена в виде находящихся в
зацеплении деталей, как правило, зубчатых колес. Одно из них
соединено с ведущим валом, другое — с ведомым. Для передачи
вращения между двумя параллельными валами применяют
цилиндрические зубчатые колеса (рис. 21.7), а между валами, оси
которых не параллельны — конические. С помощью зубчатого
316
Рис. 21.7. Цилиндрические зубчатые передачи:
планетарная передача;
- с наружным зацеплением; б -
с шевронными зубьями
с косыми зубьями;
зацепления можно преобразовать вращательное движение в
поступательное, для этой цели применяют пару «колесо—рейка
с зубьями». При вращении ведущего колеса ведомое вращается
во встречном направлении.
Для изменения скорости вращения ведомого колеса
используют понятие передаточного числа i — отношения частоты
вращения ведущего и ведомого колес. У зубчатых передач i =
= п\/п2= d%/d\ = Z2/Z1, где п, d a z — соответственно частота
вращения, диаметр и количество зубьев ведущего колеса (с
индексом 1) и ведомого колеса (с индексом 2).
Если же передача представляет собой несколько
последовательно соединенных пар колес, то
«1
п2
Таким образом, для заданного (конструктивно необходимого)
передаточного числа подбирают пары зубчатых колес с
соответствующим соотношением числа зубьев. В каждой паре меньшее
колесо называют шестерней.
В зависимости от конструкции и условий работы в передачах
применяют зубчатые колеса с прямыми, косыми и шевронными
зубьями. Косозубые колеса имеют более плавный по сравнению
с прямозубными ход, однако в процессе передачи возникают
Усилия, направленные вдоль оси вала. Для их восприятия
требуются более сложные упорные подшипники. Применение
зубчатых колес с шевронными (угловыми) зубьями позволяет
уравновесить продольные силы, однако их изготовление сложнее и соот-
ветственно выше стоимость. Шевронные колеса применяют в
основном для передачи значительных усилий и крутящих
моментов.
Возможность изменения крутящего момента путем
уменьшения частоты вращения с помощью зубчатой передачи
используется, например, в трансмиссии автомобилей. Они имеют ко-
Робку передач, где производится ступенчатое регулирование
317
передаточного числа за счет переменного сочетания вводимых в
зацепление зубчатых колес.
Червячная передача предназначена для передачи вращения
между пересекающимися валами. В зацеплении находятся винт
(он может быть на оси ведущего вала), называемый червяком
с трапециевидной резьбой, и зубчатое колесо с косыми
зубьями, расположенное на ведомом валу. Передаточное число i =
= пч/Пк = zK/2i,, где пч, 2ч — частота вращения и число заходов
червяка; nK, zK — частота вращения и число зубьев колеса.
При одном обороте червяка колесо поворачивается на длину
одного (однозаходный червяк) или нескольких зубьев (много-
заходный червяк). Таким образом, для червячных передач
характерны большие передаточные числа. В связи с этим
преимущества червячной передачи состоят в возможности передавать
значительные мощности до 750 кВт с передаточным числом
50...60 и выше.
Эти передачи отличаются высокой плавностью хода, так как
используется косозубое колесо, и бесшумностью работы. Однако
в этой передаче возникают большие силы трения и продольные
усилия. Во время работы передача сильно нагревается и требует
искусственного охлаждения.
Материал для деталей зубчатой и червячной передачи
выбирают в зависимости от эксплуатационных условий и
передаваемых мощностей. Во время передачи в зубчатых колесах
возникают значительные усилия и контактные напряжения, которые
могут привести к излому, интенсивному износу и выкрашиванию
зубьев. Поэтому их изготовляют из термически обработанной
стали. Реже применяют колеса из пластмасс. Их преимущество —
бесшумность хода, низкий коэффициент трения, небольшая
масса. Однако такие колеса плохо работают при высоких нагрузках
и скоростях.
Эффективность работы передачи характеризуется КПД —
коэффициентом полезного действия. Он равен отношению
мощностей: передаваемой исполнительному органу и получаемой от
двигателя. При передаче крутящего момента соотношение
мощностей на выходе передачи /V| и на ее входе 7V2 имеет вид N{ =
= N2—Л'з, где Л/'з — мощность, потерянная в передаче.
Разделив все члены на N%, получим зависимость КПД от
потерь: т] = 1 — N3/N2.
Учитывая, что N=Mn, получим значение КПД: tj=(Mi/M2)X
X(«i/n2).
Составляющими КПД являются: ц = T]3aurjn, где т)зац, т)„ —
коэффициенты, учитывающие трение при зацеплении зубьев и в
подшипниках.
Редукторы. Серия зубчатых передач, выполненная в виде
самостоятельного агрегата в корпусе, называется зубчатым
редуктором (рис. 21.8). Они широко применяются в машинах для
изменения частоты вращения и стандартизированы по величине
передаточного числа. При значениях / < 10 редукторы делают од-
318
Рис. 21.8. Редукторы:
а - - зубчатый двухступенчатый; б — червячный
ноступенчатыми (одна пара зубчатых колес). Если необходимо
иметь большее передаточное число, то применяют
многоступенчатые редукторы.
Червячные редукторы чаще выпускают одноступенчатыми.
В нижней части корпуса устраивают масляную ванну, которая
охлаждает червяк и уменьшает силы трения в зацеплении.
Цепная передача применяется для передачи вращения между
параллельными валами при большом расстоянии между ними
(рис. 21.9). На ведущем и ведомом валах посажены звездочки
с зубьями, которые соединены бесконечной, чаще всего втулочно-
Роликовой, цепью. Такие передачи используют в механизмах
ходового оборудования, конвейеров и др. Их преимущества:
Ч возможность передавать крутящий момент в значительном
Диапазоне расстояний между валами при малых габаритах
ПеРедачи; 2) простота замены изношенных деталей; 3) высокий
КПД.
Вместе с тем в ходе эксплуатации цепи изнашиваются и
Удлиняются, что может привести к неравномерному вращению
еДомого вала. Под действием собственной массы цепь провиса-
т> требуются контроль и периодическое натяжение.
Ременная передача, так же как и цепная, служит для
передачи вращения между валами, когда из-за большого межосевого
319
Рис. 21.9. Привод с цепной передачей:
/ — электродвигатель; 2 - муфта; 3 —
червячный редуктор; 4 — цепная передача
расстояния зубчатые пере
дачи становятся
громоздкими. Она состоит из
ведущего, ведомого шкивов и
прорезиненного или
полиамидного ремня, надетого с
натяжением на шкивы. В ходе
передачи используются силы
трения между шкивами и
ремнем. Поэтому,
естественно, уменьшение натяжения
ремня, износ шкивов,
попадание на детали передачи
масла приводят к
возможности проскальзывания
ремня. Это обстоятельство резко
снижает эффективность
передачи, так как повышается
износ ее деталей, вращение
становится неравномерным,
снижается КПД.
Передаточное число также зависит от
проскальзывания:
i = nl/na=(Da/Dl)(l — Кп) ,
где п, D — соответственно частота вращения и диаметр
ведущего (с индексом 1) и ведомого (с индексом 2) шкивов; Кп—
коэффициент скольжения, зависит от материала, натяжения
ремня, передаваемого крутящего момента.
Ременная передача — простая по конструкции, способна
выдерживать большие нагрузки. Однако имеющиеся недостатки
(неравномерность вращения, низкая долговечность) ограничили
область ее применения только простыми механизмами.
Канатная передача широко применяется в строительных
машинах (грузоподъемных, землеройных и др.) для передачи
тягового усилия на значительные расстояния—до нескольких
десятков метров. Применяют канаты из стальной проволоки и
реже из искусственного волокна и пеньковые. Стальные проволоки
вначале свивают в пряди, а затем из прядей изготовляют канаты
так называемой двойной (тросовой) свивки. Различают канаты
с точечным (ТК) и линейным (ЛК) касанием проволок. Канаты
типа ЛК более износостойкие и надежные, но их изготовление
сложное и стоимость выше. В экономических расчетах расходы
на содержание канатов относятся к затратам на износ и ремонт
сменной оснастки, поэтому для сокращения эксплуатационных
расходов в интенсивно работающих машинах целесообразнее
применять канаты типа ЛК.
При выборе каната его основная характеристика —
разрывное усилие должно в несколько раз превышать допустимую
320
наибольшую нагрузку на канат. Коэффициент К3 ^Ш^
запаса прочности каната нормируется Госгортех- Ж
надзором в зависимости от его сферы применения. Ш^
Для грузоподъемных машин Кз = 5...6, для тяговых №§fL
канатов К3 = 4. В передаче канаты приводятся в ШшШ
движение барабанами лебедок (см. раздел 12). Для mfi\
изменения направления и величины усилия, переда- №1> \
ваемого исполнительному органу, например грузо- II \
подъемному крюку, канаты соединяют с блоками I II
/рис. 21.10). Неподвижные блоки (колеса с
желобом для каната) изменяют направление движения |||||
каната, а подвижные используются для выигрыша I III
в усилии или скорости. Для этой цели применяют I II
полиспаст — устройство из неподвижных и подвиж- II
ных блоков, соединенных канатами. Кратностью к ш
полиспаста называется отношение скорости навивки Шш ш
каната на барабан лебедки к скорости движения у'ЛI
исполнительного органа, например крюка. В прос- ^И '
том полиспасте, имеющем один канат, кратность Т\Г
равна числу рабочих ветвей каната. Полиспаст, ool
показанный на рис. 21.10, позволяет получить вы- \^у
игрыш в силе примерно в 6 раз (с учетом потерь Рис 21.10.
из-за трения) при соответствующем уменьшении Полиспаст
скорости.
21.5. Механизмы строительных машин
Механизмы предназначены для выполнения строительной
машиной заданных функций. Например, экскаватор должен
перемещаться, поворачиваться, его рабочий орган совершает сложные
движения для разработки и перемещения грунта и т. д.
Соответственно экскаватор имеет механизмы перемещения, вращения,
изменения положения стрелы, рукояти и ковша. Каждый из
перечисленных механизмов имеет одну или несколько передач
(механических, гидравлических и их сочетаний), а также
базовые детали и узлы.
В общем случае механизм строительной машины включает
кинематические цепи деталей и звеньев, выполняющих
необходимые движения в определенной закономерности. Для
выполнения заданной функции структура механизма должна обеспечить
требуемые перемещения исполнительного органа по заранее
3аДанным законам и периодическое повторение этих перемеще-
Ии- Научной основой проектирования (синтеза) новых и анали-
а УЖе существующих механизмов является теория механизмов
машин. Рассмотрим структуру отдельных распространенных
Механизмов строительных машин.
Механизм передвижения. Строительные машины
передвигается П^ гл„„. -
■ОТСя
по рельсам, дорогам и бездорожью с помощью механизмов
с РеДвижения и ходовых устройств в виде рельсоколесного, гу-
Ичного, пневмоколесного и шагающего хода.
-721
Такие устройства называют движителями, они позволяют
преобразовать работу двигателя в работу по перемещению
машины и передать силу тяжести машины на основание.
Рельсоколесный ход применяют преимущественно для
строительных и грузоподъемных машин, имеющих постоянную и
ограниченную зону обслуживания, например башенных, козловых
кранов, копров и других машин, длительное время находящихся
на площадке. Ходовая тележка таких машин опирается на
подкрановый путь, как правило, четырьмя колесами. Механизм
передвижения имеет электрический привод.
Гусеничный ход применяется в машинах, которые имеют
значительную массу и передвигаются по грунтовым дорогам
(рис. 21.11). Его основные части — гусеничная цепь (обычно
две), натянутые между приводными и натяжными колесами,
и гусеничная рама, оснащенная опорными и поддерживающими
катками. В качестве передаточных устройств от двигателя
применяется чаще всего механическая трансмиссия, а с
увеличением мощности машин в нее включают электрические и
гидравлические элементы. Для работы на просадочных грунтах,
например в заболоченной местности, применяют уширенные
гусеницы.
Преимуществом гусеничного хода является большая
мобильность по сравнению с рельсоколесным и вместе с тем высокая
проходимость, так как удельное давление машины на грунт
небольшое — 0,04...01 МПа.
Рис. 21.11. Ходовое оборудование:
а — опорно-поворотное устройство; б — гусеничный ход; в — пневмоколесный ход
322
Недостатками являются небольшая скорость перемещения —
яо 15 км/ч, большая масса и быстрый износ. Эти недостатки
резко снижают среднечасовую производительность машин при
работе на рассредоточенных объектах. Чтобы уменьшить затраты
времени на перебазировку, машины перевозят на платформах
с Пневмоколесным ходом — трейлерах с тягачами. Однако при
этом все же имеют место непроизводительные затраты
машинного времени при погрузке, разгрузке и частичном демонтаже
машин. Увеличивается и себестоимость работ, так как
добавляются затраты на трейлер.
Шагающий ход применяется в экскаваторах с большой
вместимостью ковша и, как следствие, имеющих наибольшую массу.
Основными элементами шагающего хода являются: основная
круглая опора, на которую опирается поворотная платформа;
два прямоугольных башмака (лыжи). Обе части попеременно
служат опорами и перемещаются вперед.
Эти опоры как раз и обеспечивают уменьшение удельного
давления машины на грунт.
Пневмоколесный ход состоит из ходовых тележек с колесами
автомобильного типа. Одна из применяемых схем привода
включает следующие элементы. Вращение от двигателя
передается через коробку перемены передач на карданные валы, а с
них — на передний и задний мосты, оборудованные
дифференциалами автомобильного типа. Пневмоколесный ход обеспечивает
высокую скорость передвижения (до 60 км/ч), он имеет по
сравнению с гусеничным ходом меньшую на 25...35 % массу и больше
ресурс работы до 40 тыс. км вместо 1,5...2 тыс. км. Однако
его ходовые тележки не обеспечивают достаточно жесткую базу
для работы, например, кранов во время грузоподъемных
операций, поэтому они оборудуются выносными гидравлическими или
винтовыми опорами.
Как и другие агрегаты, механизмы передвижения и ходовое
устройство строительных машин имеют различную область
эффективного применения. Положительные качества рельсоколесно-
го хода — наличие устойчивого горизонтального пути, малозави-
сящего от изменения климатических условий, большая база,
в°зможность перемещаться с поднятым грузом независимо от
еро расположения. Эти качества повышают производительность
Машин за счет уменьшения времени цикла. Однако устройство
ПоДкранового пути требует значительных единовременных затрат
в составе себестоимости машино-часа и больших затрат вре-
ени для подготовки к работе машины. Машины с рельсоколес-
Ь1м ходом менее мобильны, чем с гусеничным и особенно с
невмоколесным. Поэтому, если позволяют условия проходимое -
на стройплощадке и на дорогах между рассредоточенными
ъектами, применяют машины на пневмоколесном ходу Им
али оборудовать и тяжелую технику, уменьшая удельное
давние на грунт за счет увеличения числа пар колес.
Механизм вращения. На ходовые тележки ряда
строительна 323
ных машин (экскаваторов, кранов и др.) опирается поворотная
платформа, обеспечивающая вращение рабочих органов на
месте производства работ. Нагрузки от поворотной части машины
воспринимаются и передаются на неповоротную опорную часть
с помощью опорно-поворотных устройств. Горизонтальные
опорно-поворотные устройства (одна из распространенных
конструкций) состоят из роликового опорно-поворотного круга и
механической передачи. Наружное кольцо круга крепится к поворотной,
а внутреннее кольцо — к неповоротной части машины. Одно из
них имеет зубчатый венец. Крутящий момент от двигателя
передается на ведущую шестерню, которая находится в зацеплении с
зубчатым венцом и вращает поворотную часть машины —
поворотную платформу или поворотную башню крана.
Механизмы изменения положения стрелы и подъема груза.
Эти механизмы применяют в экскаваторах, кранах и некоторых
других машинах. Изменение положения вылета стрелы, т. е.
расстояния от оси вращения стрелы до точки подъема груза или
крепления к стреле другого органа, производят до начала, либо
в ходе работ. Эта рабочая операция обеспечивает наилучшее
использование двигателя машины и возможность обслуживать
ее рабочую зону. Например, в плотных грунтах вылет стрелы
экскаватора уменьшают, а в легких — увеличивают,
соответственно увеличивается радиус его действия. Такая возможность
объясняется уравнением моментов сил, приложенных к стреле,
относительно оси ее вращения. При уменьшении требуемого
усилия в легких грунтах возрастает возможный вылет стрелы при
сохранении максимально допустимого опрокидывающего
момента.
Для изменения вылета стрелы используют механические или
гидравлические передачи. В машинах с гидравлическим
приводом стрела поднимается и опускается под действием
гидродвигателя, цилиндр которого крепится к поворотной платформе, а
шток поршня — к стреле. В машинах с механическим приводом
эта работа выполняется при помощи стреловой лебедки и
стреловых полиспастов. Механизм подъема грузов включает
грузоподъемные лебедки и полиспасты. Для выигрыша в силе
рассчитывают соотношение числа ветвей (канатов), на которых
подвешен груз, к числу ветвей, прикрепленных к тяговому
устройству (лебедке или гидроцилиндру) с учетом коэффициента
полочного действия полиспаста. Для выигрыша в скорости
применяют в сочетании с гидроприводом скоростные полиспасты
(мультипликаторы), так как гидроцилиндры, развивая большие
усилия, имеют низкие скорости движения и небольшой ход
штока поршня.
Технико-экономический расчет механизмов производят с ие"
лью выбора таких характеристик деталей, агрегатов и узлов-
которые обеспечивают эксплуатационные' требования и
соответствуют общей конструктивной схеме машины. Например, Д^^
расчета механизма подъема грузов исходными данными являю1"
324
ь
Рис. 21.12. Остановы и тормоза:
а — храповой останов; б — ленточный
тормоз; в — колодочный тормоз; / —
храповое колесо; 2 — запирающий кулачок;
3 — пружина; 4 — соединение вала с
колесом; 5 — стальная лента; 6 —
фрикционные накладки; 7 — тормозной шкив; 8 —
тормозные колодки; 9 — тормозной
барабан; 10—электромагнит; //—тормозной
рычаг
сЯ максимальная
грузоподъемность крана, скорость и высота
подъема груза. Расчет состоит
в подборе электродвигателя,
определении диаметра
барабана, сечения стального каната,
а также передаточного
отношения и типа редуктора.
Конструктивно-допустимые варианты
узлов, например редуктора,
сравнивают по экономическим
показателям.
Полезно установить
зависимость стоимости машины и
себестоимости ее эксплуатации
от изменения функциональных
способностей отдельных
механизмов. Такие зависимости
используют при функционально-
стоимостном анализе для
всестороннего совершенствования
конструкции агрегатов и узлов.
Сравнение вариантов
производят по приведенным затратам.
Тормозные устройства строительных машин должны
обеспечивать надежное регулирование скорости торможения и остановку
основных механизмов. Основной принцип действия тормозов
состоит в преобразовании кинетической энергии движущихся масс
механизмов в тепловую за счет использования сил трения.
Разновидности тормозов, применяемых в механизмах,
зависят от их характера работы и принципа действия (рис. 21.12).
По характеру работы тормоза подразделяют на нормально
замкнутые и разомкнутые (открытые). У первых трущиеся
поверхности постоянно прижаты друг к другу под действием
пружины или других устройств, а растормаживание производится
управляемым усилием, например включением электромагнита.
° грузоподъемных машинах распространены нормально
замкнутые двухколодочные тормоза. Фрикционные колодки постоянно
пРижаты к тормозному шкиву, жестко закрепленному на валу
механизма при помощи пружины. Размыкание колодок
производится при включении электромагнита или электрогидравличе-
кого толкателя. Положительным качеством двухколодочных
°Рмозов является отсутствие радиального давления на вал.
г rOU15 Устройство ленточного тормоза. Торможение производят
нибк°й стальной*лентой с фрикционной накладкой, которая при
атяжении тормозным рычагом прижимается к тормозному
Кок„ИвУ вала механизма. В исходное положение лента с наклад-
и возвращается пружиной. Однако такой тормоз оказывает
ачительное радиальное усилие, изгибающее вал.
325
В зависимости от назначения тормоза бывают стопорные,
обслуживающие только остановку механизма, и спускные,
позволяющие также регулировать скорость движения механизма.
По принципу действия различают тормоза автоматические,
прекращающие движение механизма при выключении привода, и
тормоза, управляемые при помощи систем и устройств
управления машиной.
Взаимосвязь всех узлов и агрегатов, начиная от двигателя
и кончая рабочим оборудованием, непосредственно
воздействующим на предмет труда, наиболее полно проявляется в
кинематической схеме машины. Эта схема позволяет полнее понять
потенциальные возможности машины, обеспечить ее наиболее
эффективное использование по назначению и при необходимости
предъявить производственно-технологические требования к
модернизации и даже выпуску новой более совершенной машины.
Например, приведенная на рис. 21.13 кинематическая схема
гидромеханического экскаватора Э-10011Д показывает
взаимосвязь его агрегатов и узлов при работе с оборудованием
драглайна. Его привод включает дизель 1 и главную трансмиссию.
Вращение от вала дизеля передается через соединительную
муфту 2 и гидротрансформатор 3, в котором преобразуется
крутящий момент. В главную трансмиссию входят цепные звездочки
4 и 5, промежуточный вал 6, шестерни 7, 8 и 14, а также валы
17, 20 и 22. Управление рабочими механизмами осуществляют с
помощью фрикционных, кулачковых муфт, тормозов и цепной
передачи 21. Например, для управления рабочими операциями
стрелы и ковша включают фрикционы 16, 19 и 25, передающие
вращение к барабанам лебедок 15, 18, 24, которые, в свою
очередь, приводят в движение подъемные и тяговые канаты рабо-
Рис. 21.13. Кинематическая схема экскаватора на гусеничном
ходу с гибкой подвеской рабочего органа
326
чего оборудования. Реверс рабочих движений производится с
помощью муфт и передач '9...13, 23. Для перемещения
экскаватора машинист включает кулачковую муфту 27 механизма гу-
сеничного хода 29, а для управления поворотной платформы —
муфту 26, которая передает вращение на ведущую шестерню 28
планетарной передачи (см. § 21.4). Таким образом,
кинематическая схема объединяет отдельные детали и узлы экскаватора
в рабочую машину, причем показатели эффективности ее работы,
например КПД, непосредственно зависят от качества и
компоновки отдельных узлов.
21.6- Системы управления машинами
Системы управления обеспечивают включение в работу
механизмов и регулирование скоростей и усилий. Различают системы
управления непосредственного действия машиниста на
управляемые механизмы и сервоприводы — системы управления с
усилителями.
Системы непосредственного действия выпускают в
рычажном и гидравлическом безнасосном исполнении. По принципу
действия сервоприводы бывают пневматическими,
гидравлическими насосными и электрическими. Отдельную группу составляют
системы автоматического управления САУ. Основные требования
к системам: простота и надежность регулирования, быстрота
воздействия на исполнительные механизмы, мягкость включения,
незначительное усилие машиниста, возможность совмещения
управляемых операций, удобное расположение в кабине. В
современных мощных машинах, содержащих сложные технические, а
также электронные устройства, выполнение таких требований
особенно необходимо для комфортных условий работы и
профессионального мастерства.
Для обеспечения независимого управления основные
механизмы оборудуются индивидуальными муфтами включения и
тормозными устройствами.
Рычажное управление реализуется с помощью рычагов, тяг
и шарниров, передающих воздействие и усилие машиниста на
ПеДаль или рычаг к муфте включения, тормозному устройству
5 ДР- Оно надежно в эксплуатации и просто в изготовлении.
фостую кинематику, хорошую чувствительность и плавность
ключения имеет и гидравлическое безнасосное управление. Эта
истема передает усилие от педали машиниста к исполнитель-
ому устройству, например тормозу через безнасосную гидро-
Редачу. Однако с увеличением мощности машин возрастают
^илия, которые должен при/ладывать машинист к рычагам и
НцДалям управления. Это приводит к потере точности управле-
я. утомляемости машиниста и, как следствие, снижению без-
асности труда и производительности машины.
Щ ГиДравлическом насосном управлении иной принцип дейст-
• Машинист управляет с помощью рычагов распределитель-
327
ного устройства, соединяя насос и исполнительные
гидродвигатели управляемых механизмов. В этой системе гидроусилители
(насосы и гидродвигатели) позволяют получать усилия,
необходимые для управления всеми основными механизмами и
вместе с тем являются компактными. В сочетании с элементами
автоматики это наиболее распространенная система управления
машинами и транспортными средствами.
Реже применяют пневматическое управление, которое
обеспечивает усиление воздействия на рычаги включения или
торможения исполнительных механизмов за счет энергии сжатого
воздуха, вырабатываемого компрессором. Здесь также основным
элементом является цилиндр с поршнем, шток которого
движется под действием сжатого воздуха и приводит в движение
исполнительный механизм. Машинист управляет при помощи
золотников (кранов). Однако эта система по сравнению с
гидравлической менее эффективна, так как имеет большие габариты
и чувствительна к низким температурам из-за конденсации
влаги. Электрические, автоматизированные и автоматические
системы управления рассматриваются в шестом разделе.
Система управления механизмами является важнейшей
частью более сложной системы «человек — машина», которая
исследуется эргономическими методами с целью улучшения
социальных и технологических условий механизированного
производства.
21.7. Организация технической эксплуатации
машин
Техническая эксплуатация машин — это система мероприятий
для обеспечения их работоспособности и исправности на
протяжении срока службы. Она включает периодически проводимые
технические обслуживания (ТО), текущий (ТР) и капитальный
(КР) ремонты.
Техническое обслуживание предназначено для поддержания
исправности и работоспособности машин при их использований,
хранении и транспортировании. Ремонт машин обеспечивает
восстановление их работоспособности. Мероприятия,
материальные средства и исполнители для ремонта и технического
обслуживания объединяются в планово-предупредительную
систему, целью которой является предупреждение чрезмерного износа
и отказов деталей машин (рис. 21.14).
Техническое обслуживание состоит из трех видов:
ежесменное, периодическое и сезонное. Ежесменное и сезонное обсЛУ
живание проводят для подготовки работы машины
соответственно в течение предстоящей смены или сезона эксплуатация-
Периодические обслуживания ТО-1, ТО-2, ТО-3 являются профи'
лактическими мероприятиями, их проводят с целью очистке
регулировки деталей и узлов, повышения давления в шина*-
устранения накипи в системе охлаждения и др. В соответствие
328
щз ,
. , ____ [км ГкП
У iilii iiIiiIiiIiiImI.
CM
тсл
Рис. 21.14. Структура планово-предупредительных меро
приятии технической эксплуатации машин:
НМ — новая
машина; СМ — списанная машина; 7"сл-
службы; RT — межремонтный период; RK — ремонтный
срок
цикл
с технически необходимой периодичностью такого рода
мероприятий периодичность первого, второго и третьего
обслуживания установлена равной соответственно 60, 240, 960 мото-ч
(для машин на базе тракторов и двигателей тракторного
типа). Нарушение этой периодичности вызывает увеличение
трудоемкости, стоимости ремонта машин и может привести к
авариям.
Для всех строительных машин установлены текущий и
капитальный ремонты, которые также выполняют через
определенные периоды работы машины, в течение которых изнашиваются
детали и узлы машины. При текущем ремонте замене и
восстановлению подлежат наиболее быстро изнашиваемые детали и
узлы, например двигатель, рабочее оборудование, ходовое
оборудование экскаваторов. Периодичность текущего ремонта
экскаваторов принята равной 3000...5000 мото-ч в зависимости от их
типоразмера. При капитальном ремонте замене и
восстановлению подлежат все детали и узлы, включая базовые.
Периодичность капитального ремонта экскаваторов распространенных
типоразмеров составляет 10 000 мото-ч.
Измерение периодичности мероприятий технической
эксплуатации машин в моточасах, т. е. часах работы двигателя
машины, позволяет полнее учесть время непосредственного
снашивания деталей по сравнению с машино-часами, в течение
которых возможны технологические перерывы в работе машины.
Методы выполнения технического обслуживания машин
зависят от удаления объектов от мастерских, профилакториев,
состояния временных дорог. Если машины после смены
возвращают на стоянку или в гараж мастерской, то ежемесячное
обслуживание производится в мастерской. Наиболее
прогрессивным является централизованный метод, при котором в строитель-
Нои организации создают участок технического обслуживания и
текущего ремонта. Участок оснащен передвижными и
стационарными мастерскими и складами, его бригады производят по
плану-графику техническое обслуживание всего машинного
парка.
Прогрессивным методом текущего и капитального ремонта ос-
0вных строительных машин является агрегатно-узловой метод.
329
При этом методе ремонтная бригада, состоящая из передвиж.
ной мастерской, автокрана и прицепа, с отремонтированными
или новыми агрегатами и узлами прибывает на объект к месту
работы машины, которая в соответствии с нормативной
периодичностью и планом-графиком должна пройти текущий или
капитальный ремонт. На объекте бригада разбирает машину ц
производит замену изношенных узлов, сборку, регулировку и
испытания отремонтированных или новых узлов. Этот метод
позволяет отвлечь машину из сферы производства на
непродолжительное время — 5—7 дней. Для его осуществления необходимо
образовать обменный фонд агрегатов и узлов. Систематическое
восстановление обменного фонда производится на ремонтно-ме-
ханических заводах, которые выполняют наплавку изношенных
поверхностей, сварку, электролитические покрытия и другие
ремонтные работы. Организация обменного фонда агрегатов и
узлов в крупных машинных парках трестов позволяет
применять наиболее прогрессивный их обезличенный ремонт на
поточных линиях заводов. Вместе с тем для ряда сложных машин,
например путевой техники, применяют индивидуальный метод
ремонта, при котором машину доставляют на завод, ремонтируют
и затем возвращают на объект.
Дальнейшим развитием агрегатно-узлового метода
организации капитального ремонта является обменно-доставочный
ремонт машин. Его сущность состоит в том, что машину, которая
потребовала ремонта, заменяют непосредственно на объекте на
другую, отремонтированную, доставленную на трейлере. При
этом изношенная машина транспортируется тем же трейлером
на ремонтный завод, разбирается на узлы и детали и тем самым
включается в обезличенный заводской ремонт деталей. Для
организации обменно-доставочного метода необходимо создать
обменный фонд машин, а также иметь между объектами дороги,
покрытие которых достаточно прочное для перемещения
большегрузных трейлеров с машинами.
Преимущество этого метода перед агрегатно-узловым состоит
в сокращении времени перерыва работы машины на объекте и
повышении качества ремонта, так как сборка и регулировка
отремонтированной машины производятся в заводских условиях.
Кроме того, уменьшаются состав и необходимое техническое
оснащение ремонтной бригады. В состав бригады входят только
передвижная мастерская и трейлер с тягачом.
Однако область рационального применения
обменно-доставочного метода в условиях строительства ограничена наличием
достаточно прочных дорог между объектами и ремонтными
заводами и значительными расстояниями перемещения машин на
заводы. Наибольшее распространение получил агрегатно-узло-
вой метод ремонта.
Своевременное проведение плановых технических
обслуживании и ремонтов машин обеспечивает повышение коэффициента
технической готовности машинного парка, который равен отно-
330
рению среднего за плановый период числа исправных машин к
среднесписочному составу парка. Высокая техническая
готовность является основой для повышения выработки парка.
Годовые планы технической эксплуатации составляют, исходя из
намеченной загрузки каждой единицы машинного парка в маши-
н0- и моточасах, а также с учетом технического состояния
каждой машины. Условие, при котором машина потребует
ремонт: Фо + Фт ^ R. где Ф0— число часов, отработанных
машиной от последнего ремонта или с начала эксплуатации (для
новой машины) до начала планируемого года; Фг — плановый
годовой фонд машинного времени, мото-ч; R — ремонтный цикл
(для капитальных ремонтов) или период для текущих ремонтов.
Потребность в ремонтах машинного парка
л'р = yv„ —'-— /(пр,
где КПр — принимается равным числу плановых капитальных
ремонтов при расчете числа текущих ремонтов; при расчете
потребности в капитальном ремонте принимается равным числу
списываемых машин; NM — количество однотипных машин в парке.
В расчетах следует учитывать, что в машинном парке число
часов работы Фг, ремонтные циклы и периоды R являются
случайными величинами. Если они имеют значительную дисперсию,
то необходимо провести статистический анализ изменения
параметров Фг, Фо и R и определять вероятность появления
потребности в ремонтах средней машины парка.
Одним из направлений снижения трудоемкости ремонтного
производства является дальнейшее совершенствование методов
и средств технического обслуживания. В строительстве около
40 % работ по ТО и ремонту приходится выполнять на объектах
в связи с их рассредоточенностью и удаленностью от мастерских
и ремонтно-эксплуатационных баз. Для повышения уровня
механизации и качества ремонтных работ в полевых условиях
необходимо обеспечить современную техническую оснащенность
передвижных мастерских.
Известны преимущества централизованного ТО машин
специализированными участками ремонтно-прокатных баз или
управлений механизации трестов: улучшается использование
передвижных мастерских, появляется возможность специализировать
оборудование для ТО наиболее сложных узлов, повышается
качество обслуживания. Эта форма ТО наиболее полно соответст-
вУет бригадной форме организации труда, так как механики
включаются в состав бригад и наравне с другими ее членами
есут ответственность за результаты бригадного подряда.
В крупных узлах строительства большой эффект дает орга-
изация специализированного управления по централизованному
и и ремонту машин. Вместе с тем при значительной рассредо-
°ченности объектов и неустойчивых транспортных связях между
331
ними передвижные мастерские могут быть закреплены за
отдельными прорабскими пунктами.
Наибольшую актуальность приобретает задача
совершенствования технической эксплуатации машин в районах со сложными
природными условиями. Здесь аварийные отказы машин не
могут быть оперативно устранены, увеличивается неустойчивость
строительного производства.
Важнейшим направлением совершенствования системы ТО
и ремонта машин является применение методов и технических
средств диагностирования. Оно стало непременным условием
подготовки ремонтного производства сложных современных
машин, так как позволяет определить основные параметры
гидросистемы, состояние рабочих органов отечественных и импортных
машин без их разборки. Предпосылки для расширения области
применения диагностирования создает выпуск промышленностью
специальных устройств и мобильных лабораторий.
Предполагается ускорить выпуск машин со встроенными приборами
диагностирования, а вновь выпускаемые машины оснастить счетчиками
для определения времени работы и наработки моточасов, а
также устройствами для подключения диагностических приборов к
элементам гидропривода.
Для оценки технического состояния машин в
механизированных колоннах и управлениях механизации создают посты
диагностирования, а для крупных машинных парков —
передвижные диагностические установки. Широкое внедрение
бригадного подряда и вахтового метода приводит к необходимости
быстрой и эффективной оценки технического состояния машин
до проведения мероприятий технической эксплуатации. Такая
информация обеспечивается диагностированием, она позволяет
правильно построить графики планово-предупредительных
ремонтов и оценить остаточный ресурс машин.
Вероятностный характер основных характеристик технической
эксплуатации машин — межремонтных циклов, числа часов
работы в плановом периоде и сроков службы основных узлов —
приводит в процессе планирования ремонтов к необходимости
резервирования, обеспечивающего заданный уровень
технической готовности машинных парков. В этом деле
ресурсосберегающим мероприятием является раннее выявление
неисправности для прогнозирования состояния и возможностей машин.
Очень важна такая информация и для планирования
строительного производства, так как появляется возможность
устранить аварийные отказы машин, правильно оценить их
производственную мощность и в конечном счете повысить надежность
работы машинного парка.
Работоспособность машин поддерживают также правильным
хранением. Если машины не работают от десяти дней до двух
месяцев, их ставят на краткосрочное хранение, а при большей
продолжительности — на долговременное хранение в специально
отведенных местах или помещениях. При этом сохранность ма-
332
ийны обеспечивается консервацией, противокоррозионной
защити и периодическим контролем технического состояния.
В целях охраны окружающей среды запрещается сливать
отработанные нефтепродукты на землю, в канализационную сеть
водоемы. Отработанные масла и рабочие жидкости из картеров
баков машин сливают и собирают в специальные емкости
для последующей переработки.
Техническая эксплуатация, как и любая система
профилактических мероприятий, связана с единовременными затратами на
создание ремонтно-эксплуатационной базы, обменного фонда
агрегатов и узлов, производства запасных частей. Однако эти
затраты гораздо меньше того ущерба, к которому могут привести
работа изношенного машинного парка и аварийные отказы
техники. Вместе с тем резервы уменьшения затрат на эксплуатацию
всегда есть. Это экономия горючесмазочных материалов,
рациональные эксплуатационные режимы машин, повышение
квалификации машинистов и операторов.
Одна из тенденций развития машиностроения состоит в
увеличении межремонтных циклов за счет большей надежности
машин. В перспективе это может привести к экономической
целесообразности замены изношенной машины на новую без
капитального ремонта. Эффективность такого решения повышается
в сложных природных условиях.
21.8. Охрана труда при эксплуатации строительных
и дорожных машин
Персонал, обслуживающий строительные и дорожные машины
(машинисты и помощники машинистов, операторы),
строительные рабочие и работники передвижных мастерских должны
тщательно соблюдать как общие правила техники безопасности,
относящиеся ко всем механизированным работам, так и специальные
правила эксплуатации каждой группы машины.
Механизированное производство отличается повышенной опасностью,
которая может привести к производственным травмам ушибам,
переломам и др.) и профессиональным заболеваниям
(виброболезнь, ослабление слуха, зрения и др.). Правила по охране
тРУДа при эксплуатации машин изложены в Строительных
нормах и правилах и инструкциях по видам работ.
Особое внимание необходимо уделять правилам безопасности
пРи работе с кранами, которые изложены в Правилах устройст-
Ва и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов,
утвержденных Госгортехнадзором. Основные правила техники
безопасности должны быть изложены в проектах производства работ.
Лица, ответственные за исправное состояние машин, должны
Не реже одного раза в 10 дней проверять их техническое
состояние и порядок проведения ежесменных осмотров.
До начала работы с применением машин необходимо опре-
^елить их схему движения и места стоянок, а для машин с
ззз
электроприводом—места и способы зануления (заземления).
Должны быть определены способы взаимодействия и
сигнализации машиниста с рабочим-сигнальщиком и обеспечено
достаточное освещение рабочей зоны.
, Место работы машин должно иметь достаточное пространство
| для обзора рабочей зоны и маневрирования. Если машинист
'' не имеет достаточного обзора или не видит
рабочего-сигнальщика, то между машинистом и сигнальщиком необходимо
установить двустороннюю радио- или телефонную связь.
Использование промежуточных сигнальщиков не допускается.
Нельзя оставлять без надзора машины с работающим
двигателем. В зоне обзора машины должны быть установлены знаки
безопасности, а на самой машине — предупредительные надписи.
Перемещение, установка и работа машин вблизи выемок
(котлованов, траншей и т. п.) с неукрепленными откосами
разрешается только за пределами призмы обрушения грунта.
При эксплуатации машин должны быть приняты меры,
предупреждающие их опрокидывание или самопроизвольное
перемещение. Механизированные работы должны быть обеспечены
технологической оснасткой (грузозахватными устройствами,
средствами подмащивания и др.), строительными ручными машинами
и средствами коллективной защиты.
Грузовые крюки грузозахватных средств (стропов, траверс)
должны быть снабжены предохранительными замыкающими
устройствами. Стропы, траверсы и тара в процессе эксплуатации
должны систематически подвергаться техническому осмотру
лицом, ответственным за их исправное состояние.
Техническое обслуживание машины должно производиться
только после остановки двигателя и сброса давления из
гидравлической и пневматической систем. Для машин с
электроприводом должны быть приняты меры, не допускающие случайную
подачу напряжения. Не допускается пользоваться открытым
огнем в местах заправки машин горючим и для разогрева узлов
машины. При транспортировании (перемещении) машины ее
рабочие органы должны находиться в транспортном положении.
Передвижение машины через препятствия допускается только
после обследования пути движения.
Запрещается работа самоходных машин непосредственно под
проводами действующих линий электропередачи. Вблизи линии
электропередачи их работа допускается при условии, если
расстояние по горизонтали между наиболее выступающей частью
машины и ближайшим проводом не меньше допустимого
инструкцией.
Ответственность за соблюдение требований техники
безопасности возлагается на администрацию
строительно-монтажных организаций, а также на линейный инженерно-технический
персонал, непосредственно руководящий производством работ.
К управлению машинами не допускаются рабочие, не имеющие
соответствующих удостоверений.
334
раздел девятый
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ МАШИН,
КОМПЛЕКТОВ И МАШИННЫХ ПАРКОВ
В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
Глава 22
СУЩНОСТЬ И МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕХАНИЗАЦИИ
Основная цель механизации строительных работ — вытеснение
ручного, в том числе тяжелого труда, снижение трудоемкости
и продолжительности выполнения технологических операций и
процессов. В отдельных случаях применение средств
механизации и транспорта обеспечивает экономию строительных
материалов.
Экономическая эффективность тех или иных средств
механизации определяется их производительностью и затратами
трудовых, материально-технических и финансовых ресурсов,
связанных с созданием и применением этих средств.
22.1. Производительность строительных машин
Производительность машины заключается в ее способности
выполнять определенный объем работ (продукции) в
существующих природно-климатических и организационно-технологических
условиях в единицу времени. В зависимости от вида машин и
выполняемых технологических операций производительность
машины измеряют объемом разработанного грунта, м3;
количеством штук смонтированных конструкций и т. п. в единицу
времени (например, час, смену).
Кроме расчетов экономической эффективности средств
механизации и транспорта, показатель производительности
применяют для определения продолжительности выполнения
различных видов работ (например, при составлении графиков
производства работ), потребности в машинах для возведения
конкретного объекта строительства или выполнения годовой
программы СМР и др.
Различают техническую и эксплуатационную
производительность машины. Показатель технической производительности
определяет объем работы (продукции), выполняемой за 1 ч чистого
вРемени, т. е. при выполнении технологических операций без
каких-либо перерывов. Техническая производительность зависит
01 конструктивных особенностей машины (скорости выполнения
Рабочих движений при выполнении технологических операций
производства работ, возможности совмещения рабочих движе-
Нии и др.). При конструировании машины предусматривают
возможность получения максимально возможной производительнос-
н- Конструктивная характеристика, которая в первую очередь
335
определяет техническую производительность машины, часто
является ее главным параметром. Это вместимость ковша
экскаватора, погрузчика, скрепера, тяговое усилие трактора,
используемого в качестве базы бульдозера или рыхлителя, мощность
двигателя, грузоподъемность крана и др. У многих машин эта
характеристика является мерой предмета труда, подлежащего
машинной обработке. Поэтому размер технической
производительности, как правило, пропорционален главному параметру
машины q.
Методы определения технической производительности
различны для машин цикличного и непрерывного действия. У
машин цикличного действия (экскаваторов одноковшовых, кранов
и др.) продолжительность цикла Тп показывает время,
необходимое на выполнение всех рабочих операций по выполнению
объема работ, соответствующего главному параметру за один
цикл. Естественно, производительность машины обратно
пропорциональна продолжительности цикла:
где К — коэффициент, учитывающий условия работы машины,
суть которого будет изложена ниже.
У машины непрерывного действия:
Д = SvK,
где v — скорость движения рабочего органа (например, ленты
конвейера) или перемещения предмета труда в машине
(например, раствора или бетонной смеси растворо- или бетононасосом
под давлением), м/с; S — площадь поперечного сечения в потоке
перемещаемого предмета труда, м2.
Структура формул подтверждает определение технической
производительности, как скорости выполнения машиной объема
работы (продукции). Расчеты производительности будут
проиллюстрированы применительно к конкретным типам машин и
видам работ в следующих разделах.
Техническая производительность определяет потенциальные
возможности машины при ее непрерывной работе, без учета
неизбежных производственно необходимых перерывов и внутри-
сменных простоев машины, которые имеют место в
эксплуатационных условиях.
К производственно необходимым перерывам относят:
ежесменное техническое обслуживание машины, ее перемещение по
фронту работ и от одного объекта к другому, технологические
перерывы в производстве работ, периодическая заправка
машины топливом, маслами, водой, установка и снятие выносные
опор, замена рабочего оборудования, нормированный отдых
машиниста и др.
Внутрисменные простои машин обусловлены главным
образом организацией производства работ: недостаточной числеН-
336
оСтьЮ рабочих в обслуживаемых машиной бригадах (камен-
iuKOB, монтажников, штукатуров и др.), отсутствием
подготовленного фронта работ, несвоевременной и некомплектной
п0ставкой строительных материалов, деталей и конструкций,
временным прекращением подачи электроэнергии или
несвоевременной доставкой топлива, отсутствием указаний машинисту на
выполнение тех или иных работ, недисциплинированностью
машиниста и т. д.
Наличие указанных перерывов и простоев существенно
снижает объем работ, который выполняется с использованием
машины в течение смены.
Так, например, к числу технологических перерывов в работе
одноковшового экскаватора относятся очистка ковша от
налипающего грунта, перемещение экскаватора вдоль забоя или
траншеи, замена рабочего органа машины, кратковременные
перерывы между отъездом погруженного автосамосвала и подачей под
погрузку следующего. Даже при полном обеспечении
автосамосвалами эти «кратковременные» перерывы составляют
значительную долю рабочего времени смены. Если экскаватор с
ковшом емкостью 0,65 м3 разрабатывает грунт в котловане жилого
дома и грузит его в автосамосвал грузоподъемностью 5 т (в
среднем 2,7 м3 грунта), то при средней продолжительности одного
цикла копания и погрузки (для такого экскаватора— 15 с) после
четырех циклов происходит перерыв, равный не менее 30 с на
отъезд автосамосвала и подачу под погрузку следующего.
Таким образом, чистое время работы составляет 15-4=60 с, а
доля перерывов в составе рабочего времени смены только по
этой причине не менее [30/(60+30)] 100 = 33 %.
Чистое время работы мачтового подъемника по подаче
отделочных материалов на строящееся здание не превышает 12%.
Остальное рабочее время затрачивается на укладку отделочных
материалов на грузовую площадку подъемника и их выгрузку
на этажах строящегося здания, на организационные перерывы
И др.
В этой связи среднечасовая эксплуатационная
производительность машин в 2...4 раза и более меньше их технической
производительности. Отношение среднечасовой эксплуатационной
к технической производительности называется коэффициентом
перехода:
Кг = Пэ/Пт,
гДе Д, — среднечасовая эксплуатационная производительность в
Натуральных измерителях; Д — техническая производительность
в тех же измерителях.
В зависимости от вида машин и их использования в
различных технологических и организационных условиях строительного
производства Кт существенно изменяется.m Например, для тракто-
Р°в с навесным экскаваторным оборудованием он составляет
•"7, для экскаваторов одноковшовых — 0,4, экскаваторов много-
337
ковшовых роторных — 0,5, для бульдозеров — 0,3, скреперов—.
0,55, кранов автомобильных — 0,1, кранов башенных — 0,2,
кранов пневмоколесных — 0,15, погрузчиков — 0,3,
подъемников—0,12.
Среднечасовая эксплуатационная производительность
строительных машин, применяемых в различных производственных
условиях, определяется по производственным нормам для этих
условий:
Пэ = УеКф (22.1)
п
КУ Е Ш,У1
i
где 14 — объем работ, принятый за единицу измерения в
производственных нормах, натуральная единица измерения (м , м2,
шт.) за маш-ч; Кф— средний коэффициент к нормам времени,
учитывающий отклонение фактических затрат времени от
нормативных (табл. 22.1); Ку—средний коэффициент к нормам
времени, отражающий условия производства работ; Яв, — норма
времени на принятую единицу измерения, маш-ч/ед. объема
работ; п — число норм времени, принятых для усреднения; у* —
удельный вес (в долях единицы) применения каждой нормы
времени.
Таблица 22.1. Средний коэффициент к нормам времени,
учитывающий вероятностный характер исходных данных
в расчетах производительности машин, Кф
Виды работ, технологических операций и
процессов
Переноска, погрузка и разгрузка строительных грузов вручную
То же, с применением средств механизации
Выполнение земляных работ вручную
То же, с применением средств механизации
Монтаж строительных конструкций и технологического
оборудования
Выполнение штукатурных работ вручную
То же, с применением средств механизации
Выполнение малярных работ вручную
То же, с применением средств механизации
Выполнение прочих отделочных работ
Выполнение бетонных работ вручную
То же, с применением средств механизации
Устройство рулонных кровель вручную
То же, с применением средств механизации
Кф
0,95
1,15
0,9
1,2
1,3
1,1
1,2
1,1
1.2
1,15
1,0
1,15
1,05
1,15
При отсутствии утвержденных норм времени, а также для
определения среднечасовой эксплуатационной
производительности новой машины, заменяющей традиционную,
Яэ = 2/7т,^'Р,У„ (22.2)
338
Рис. 22.1. Схема перераспределения
рабочего времени смены
где Я« — техническая
производительность за 1 ч чистого
времени работы при выполнении
технологических операций в
j.x конкретных условиях
(например, в грунтах III
категории), ед. продукции/ч; К' —
коэффициент перехода от
технической производительности к
эксплуатационной для
базисного варианта техники; р,- —
поправочный коэффициент,
отражающий технические и эксплуатационные качества новой более
производительной техники; п — число технологических операций,
выполняемых в различных производственных условиях.
Поправочный коэффициент fit зависит от характера
использования машины (выполнение технологических процессов
автономно, без применения ручного труда рабочих или с применением
ручного труда) и факторов роста технической
производительности НТ новой машины по сравнению с базисной БТ.
Увеличение технической производительности машин,
предназначенных для выполнения технологических процессов без
привлечения ручного труда рабочих (экскаваторы, скреперы,
бульдозеры, погрузчики, автогрейдеры и т-. д.), может произойти
за счет следующих факторов:
снижение продолжительности рабочего цикла t"<C t'^
вследствие ускорения движения рабочего органа машины;
увеличение выполняемого объема работы за один цикл V">
> l/ц вследствие увеличения грузоподъемности, мощности
двигателя и др.;
снижение затрат рабочего времени на перерывы,
обусловленные конструктивными особенностями новой машины при
неизменной величине технической производительности.
Например, при снижении продолжительности рабочего цикла
t"<Z ^ происходит перераспределение рабочего времени смены
*р между продолжительностью чистого времени работы t4 и
перерывами ta. Схема такого перераспределения показана на
Рис. 22.1.
В данном случае объем работы V\, который при
использовании базисной машины выполнялся за время t^, при применении
Новой выполняется за время t'r—^—. Дополнительное время
4 — t'{ перераспределяется между чистым временем работы А^"
и перерывами \t", поскольку неизбежны дополнительные затраты
вРемени на перемещение по фронту работ, замену рабочего
°Ргана машины и другие перерывы, обусловленные указанными
вЬ1ще технологическими и организационными причинами. При
эТом
339
Д4"+Л4"=4' (l--^) (22.3)
В соответствии с определением коэффициента перехода от
технической производительности машины к эксплуатационной
величина этого коэффициента для НТ составит:
К'= г"^-- (22-4)
При росте среднечасовой эксплуатационной
производительности за счет 4"<^ справедливо соотношение:
д/Д,,, =|илиД^ = J^?+A«0 = ЩЫ?+ AQ. (22.5)
Подставив в уравнение (22.4) значения А4"+Л4"из формулы
(22.3) и At" из формулы (22.5) после преобразования получим
Щ= /Сг'Рь (22.6)
гдеР,= Д-+^^.
Если строительная машина предназначена для выполнения
двух последовательно осуществляемых технологических
процессов (например, рыхление и перемещение разрыхленного грунта
бульдозером-рыхлителем), то среднечасовая эксплуатационная
производительность такой машины
ГТ ПЭ\П32
где /7Э| и /7Э2 — среднечасовая эксплуатационная
производительность машины при выполнении первого и второго
технологических процессов.
По строительным машинам цикличного действия,
предназначенным для выполнения отдельных операций технологического
процесса, осуществляемого с применением ручного труда
(машины для погрузки и выгрузки строительных материалов, их
вертикального транспорта и монтажа конструкций),
эксплуатационная среднечасовая производительность новой машины
щ=Ь^^у1Щ/^^Ур + ^_у\ г (22.7)
где 4'о и 4" — продолжительность выполнения ежесменного
обслуживания базисной (с одним штрихом) и новой (с двумя
штрихами) техники, маш.-ч; 4< и t"t — продолжительность
рабочего цикла при осуществлении различных технологических npoj
цессов (погрузка или разгрузка материалов, их вертикальный
транспорт и монтаж строительных конструкций и оборудования),
мин; yi — доля занятости машин на выполнении процессов г-г°
340
йда; Пы — среднечасовая эксплуатационная производительность
базисной машины; ур — доля занятости машины по времени на
выполнении технологического процесса (для автокранов и
кранов на специальном шасси автомобильного типа ур = 0,7); уа —
поля занятости машины на ежесменное передвижение с базы на
объект и между объектами (ул = 0,3); v' и v" — средние скорости
передвижения машин, км/ч.
Рассмотренная выше среднечасовая производительность
характеризует в основном технические возможности машины и не
в полной мере определяет ее потенциальную способность
выполнять заданные объемы работ и участвовать в производстве
продукции. Важнейшим фактором повышения эффективности
применения машин в строительстве является всемерное улучшение
йх использования в течение планового календарного периода
времени нахождения на балансе строительной организации.
22.2. Использование машин во времени
Эксплуатационная производительность машины за длительный
период (месяц, квартал или год) определяется в зависимости от
ее среднечасовой эксплуатационной производительности и числа
часов работы Ф в рассматриваемом периоде.
Величина Ф является одной из основных эксплуатационных
характеристик машины. Она отражает фонд рабочего времени
машины в течение календарного периода в машино-часах и
зависит от технических, технологических, организационных и
природно-климатических условий эксплуатации в конкретной
территориальной зоне. Распределение календарного времени машины
в строительном подразделении на производительные затраты и
простои называют эксплуатационным режимом.
Обозначим Др — рабочее время в днях на выполнение
механизированных работ, техническое обслуживание, ремонт машины
и ее перебазировку; Дп — количество дней, затрачиваемых на
перебазировку машины; Ксм — коэффициент сменности работы;
^р — средняя продолжительность рабочей смены; Дтр —
количество машино-дней нахождения машины во всех видах
технического обслуживания и ремонта, приходящееся на 1 маш-ч
работы. Тогда
Ф = (ДР - Дп) /(см4 - ФДгр/(см4-
0тсюда
rf, (Др—Дп) Ксм^р Д[| Дп /QQ о\
ф—1+дтДсЛ - 1 , „ • (22-8)
А см1 р
Количество дней, затрачиваемых в течение года на перебази-
Ровку машины,
Дп = п ДрТ" , (22.9)
к , Ь ^п + ДтрТ'о
341
где Тп — продолжительность одной перебазировки, дн; То —
продолжительность работы машины на одном объекте, маш-ч.
Подставляя значениеДп из формулы (22.9) в формулу (22.8) _
после преобразований получаем
Ф = —: ^ =^. (22.10)
' [ я -I- —
Лсч'р '0
Формула (22.10) отражает влияние всех основных факторов
на количество машино-часов работы машины в год.
Рабочее время машины в днях определяют из календарного
за вычетом выходных и праздничных дней Дв, целодневных
простоев по организационным причинам Д0 и простоев по
метеопричинам Дм. Работа строительных машин прекращается, если
температура наружного воздуха снижается до значений, при
которых по решению областных и краевых Советов народных
депутатов прекращаются работы на открытом воздухе Д\\ без
перерывов идет дождь Д2; скорость ветра превышает 10 м/с Д3;
грунт находится в разжиженном Д4 или мерзлом Дъ состоянии;
температура воздуха снижается до значений, при которых
производство работ прекращается по технологическим причинам Д6.
Влияние этих факторов на фонд рабочего времени машин
отличается по территориальным зонам (табл. 22.2).
Таблица 22.2. Перерывы в работе машин по кварталам (г. Куйбышев)
Наименование затрат
Количество календарных
дней Дк
Количество выходных и
праздничных дней Дв
Простои по
метеопричинам для машин Дм:
экскаваторы, бульдозеры,
краны (кроме башенных),
погрузчики, передвижные
компрессоры и
электростанции
Краны башенные
Скреперы, автогрейдеры
Бетоноукладчики,
бетононасосы, асфальтоукладчики,
катки моторные
Число дней простоев по кварталам
I
91
26
Д| = 0,7
Д. = 0,7
Дз= 13,2
Дв = 90
Дб = 33
П
91
26
Д2 = 1,8
Д2 = 1,8
Дз = 8,6
Д4= 15
Д2= 1,8
Дб = 6,7
III
92
24
Д2 = 3,8
Д2 = 3,8
Дз = 4,5
Д4 = 7.2
Д2 = 3,8
IV
92
28
Д, = 0,1
Д2= 1,6
Дх = 0,1
Дз= П,0
Да = 3,2
Д6 = 61
Д2 = 1,6
Дб = 21
342
В расчетах фонда рабочего времени следует учитывать
вероятность совпадения простоев по метеопричинам с выходными и
праздничными днями. Например, при распределении рабочего
времени ДР совместное влияние морозных дней D\ и выходных
/7 учитывают по формуле
ДР=(Дк-Де)-!ЧДк-Дв)=(Дк-Дв)( 1 -||-)
Аналогично учитывают остальные одновременно действующие
факторы:
^=W«-A)(l-f-)...(l-f) (22-11)
Поскольку отдельные факторы действуют сезонно (например,
Д[ и Дг), определение Ф осуществляется поквартально и
результаты суммируются. Так, например, в соответствии с данными
табл. 22.2 рабочее время Др одноковшовых экскаваторов в
течение года составляет 254,3 дн, а башенных кранов — 231,1 дн.
Количество дней нахождения машины во всех видах
технического обслуживания и ремонта, приходящееся на 1 маш-ч
работы, зависит от ее конструктивной надежности:
2 Б,Н.
= 1
КфТп
Дтр= ';'т +-^Ч (22.12)
где Б, — нормативная продолжительность выполнения
технических обслуживании и ремонтов (по технической документации),
дн; Hi — количество технических обслуживании и ремонтов за
межремонтный цикл; Б0 — средняя продолжительность
устранения одного отказа, дн (по данным эксплуатации машин); t0 —
наработка машин на отказ (по технической документации),
маш-ч; Тц— межремонтный цикл, т. е. средний ресурс до первого
капитального ремонта (по технической документации), маш-ч.
Межремонтный цикл и наработка на отказ могут быть заданы
в моточасах, характеризующих продолжительность непрерывной
Работы двигателя строительной машины в номинальном режиме.
На строительных машинах устанавливают двигатели исходя из
Максимальной потребности в их мощности, которая в ходе
выполнения технологических операций реализуется только в отдель-
нЫе моменты времени, а продолжительность работы двигателя в
связи с наличием перерывов по конструктивным,
организационным и технологическим причинам всегда меньше продолжитель-
н°сти рабочей смены. Поэтому необходимо величины, указанные
Моточасах, перевести в машино-часы путем деления количества
оточасов на коэффициент перехода от моточаса к машино-часу
■V Этот коэффициент является произведением средних величин
спользования двигателей машин по мощности (0,15^/Сдм^0,8)
и по времени (0,05</Сдв<0,8).
343
Усредненные значения коэффициентов перехода от моточаса f
машино-часу составляют: для тракторов с навесным экскаватор
ным оборудованием — 0,41; экскаваторов одноковшовых с ков
шом вместимостью до 0,4 м3 — 0,52, а более 0,4 м3 — 0,45; экска
ваторов многоковшовых — 0,44; бульдозеров — 0,44; скрепе-
ров — 0,74; автогрейдеров — 0,45; кранов автомобильных
грузоподъемностью до 6,3 т — 0,2, более 6,3 до Ют — 0,22, а более
Ют — 0,25; кранов гусеничных и пневмоколесных — 0,33; кранов
башенных — 0,4; погрузчиков одноковшовых — 0,26;
подъемников — 0,1.
Если задан гамма-процентный ресурс до текущего или
капитального ремонта машины, то его следует перевести в средний
ресурс, умножив значение гамма-процентного ресурса на
соответствующий коэффициент (в большинстве случаев 1,25).
Коэффициент сменности работы машин отражает их
использование в течение суток и зависит от организации производства
и в первую очередь обеспеченности трудовыми и материальными
ресурсами на каждом возводимом здании и сооружении для
выполнения работ в две и три смены.
Повышение /Ссм в 2 раза обеспечивает рост величины Ф и
соответственно годовой производительности машины в среднем в
1,6...1,8 раза.
Поскольку продолжительность рабочих смен не одинакова
(первая — 8, вторая и третья — по 7 ч), коэффициент сменности
работы и средняя продолжительность рабочей смены при
5-дневной рабочей неделе связаны следующей зависимостью:
При /Сем = 1 tp = 8 маш-ч; при /Ссм =1,5 tp = 7,67 маш-ч, при
/(см = 2 tp = 7,5 маш-ч и т. д.
Отношение продолжительности одной перебазировки машины
в днях к средней продолжительности ее работы на одном объекте
в машино-часах Т„/Т0 называют относительной мобильностью
машины, Тп зависит главным образом от конструктивных
особенностей машины, необходимости ее демонтажа для перевозки
отдельными узлами и последующего монтажа на другом объекте
строительства. Большинство гусеничных землеройных машин
перевозят без предварительного демонтажа на
прицепе-тяжеловозе, а пневмоколесных — на буксире автотягача. Последние
переезжают на короткие расстояния (до 3 км) своим ходом.
Грузоподъемные машины (башенные и гусеничные краны,
подъемники и др.) перевозят в демонтированном состоянии.
Высокомобильные машины, смонтированные на шасси автомобиля
и колесного трактора, переезжают с одного объекта на другой
своим ходом и затраты их времени на перебазировку в формуле
(22.10) не учитываются, поскольку такие переезды обычно
бывают не менее двух раз в течение смены и входят в состав рабочего
времени.
344
W
Для подавляющего большинства строительных машин
относительная мобильность колеблется в пределах 0,05^ Ти/Т0^= 0,002.
При значениях менее 0,002 ее можно не учитывать в формуле
(22-Ю), поскольку в этом случае ее влияние на величину Ф
незначительно.
В табл. 22.3 на основе формул (22.10)... (22.12) и данных
табл. 22.2 приведен пример распределения календарного времени
года для экскаваторов одноковшовых и башенных кранов.
Таблица 22.3. Годовые эксплуатационные режимы машин (примеры)
Наименование
Календарные дни
Выходные и праздничные дни
Дни с неблагоприятными
природно-климатическими и метеорологическими
условиями
Дни простоев по оргпричинам
Рабочее время, дн
Количество дней, затрачиваемых
на выполнение технического обслуживания
и ремонта.
на перебазировку машины
Количество дней работы
Количество маш-ч работы
(при Кем = 2 и <р = 7,5)
Условное
обозначение
Дк
д„
дм
До
Др
д,г
т„
ф
Экскаваторы
одноковшовые
365
104
6,7
—
254,3
44,1
12,4
197,8
2967
Башеиные
краны
365
104
30,9
—
231,1
25,9
14,3
190,9
2864
Большинство строительных машин может быть использовано
в течение года на выполнении различных видов работ.
Например, при расчете годового количества машино-часов работы
тракторов с навесным экскаваторным оборудованием учитывают,
что на выполнении земляных работ эти машины используются
в среднем 50 % времени их работы в течение года. Остальное
время эти машины с применением различных видов сменных
рабочих органов используются для разравнивания бетонной массы,
Установки бордюрного камня, очистки строительных площадок от
мусора, подачи инертных материалов к загрузочным устройствам
приобъектных установок по приготовлению бетона и раствора и
на выполнении других работ.
Экскаваторы одноковшовые с ковшом вместимостью до
^,49 м3 используются на выполнении земляных работ в среднем
0,95-ф, с ковшом 0,5...2,5 м3 — 0,82Ф, а остальные 18 % — на
вЫполнении монтажных, погрузочно-разгрузочных работ, при
вертикальном транспорте строительных материалов, работе с
применением кранового оборудования, разрушении подлежащих
сНосу зданий и др.
Бульдозеры с двигателем мощностью до 110 кВт на земля-
ы* работах используются в среднем 0,4Ф, с двигателем мощ-
н°стью более ПО кВт — 0,8Ф, а остальное время — на выпол-
345
нении различных работ (перемещение материалов и
оборудования на строительных площадках, корчевка пней, очистка площа,
док и дорог от снега и т. п.).
Все краны (стреловые и башенные) используют на
вертикальном транспорте строительных материалов, монтажных и погру-
зочно-разгрузочных работах. При этом доля годового времени
работы, используемая на монтаже конструкций, увеличивается с
ростом грузоподъемности этих кранов.
В этой связи при определении годовой эксплуатационной
производительности величину Ф следует умножить на среднюю
долю применения машин на выполнении тех или иных видов
работ.
В отличие от строительных машин механизированный
инструмент (сверлильные, резьбонарезные, затирочные и другие
машины, гайковерты, шуруповерты, перфораторы, молотки и др.)
используется в течение рабочей смены, как правило, в весьма
короткие промежутки времени. Это обусловлено технологией и
организацией выполнения строительных работ, при которой чем
выше степень индустриализации строительства и тем самым
строительная готовность материалов и конструкций заводского
изготовления, тем реже приходится использовать
механизированный инструмент. Годовая эксплуатационная
производительность механизированного инструмента определяется по чистому
(расчетному) времени работы:
П = ЯТИФГИ,
где Ят.и — техническая производительность данного вида
механизированного инструмента, ед. продукции (или количество
операций) за 1 ч чистого времени работы; Фги — количество часов
чистого времени работы механизированного инструмента на
объектах строительства в году, ч.
Техническая производительность (количество просверленных
или пробитых отверстий определенной длины и диаметра,
закрученных гаек и др.) составляет
Яти = 3600/^ц,
где tn — продолжительность чистого времени работы
механизированного инструмента при выполнении одной операции, с.
Среднечасовая эксплуатационная производительность
механизированного инструмента Пэк = Яти/СТи.
Коэффициент перехода от технической производительности к
эксплуатационной
Ати ~~ <р3600 '
где а„ — среднее количество циклов работы данного вида
механизированного инструмента в течение смены; tp — средняя
продолжительность рабочей смены, ч.
Годовая производительность комплекта машин, в котором
346
дНа ведущая машина, например одноковшовый экскаватор, не-
гКолько автосамосвалов, бульдозер на разравнивании насыпи и
оТОкатки на ее уплотнении, определяется по
производительного ведущей машины — в данном случае экскаватора. Если в
состав комплекта входят несколько одноименных машин,
например несколько самоходных скреперов, то годовая
производительность такого комплекта определяется суммой годовой
производительности каждой машины, входящей в комплект.
В ряде случаев в технологический комплект машин входят
0рудия труда различного назначения и производительности,
используемые для выполнения ряда технологических операций и
процессов, осуществляемых последовательно и непрерывно. Так,
например, при прокладке магистральных трубопроводов в состав
такого комплекта могут входить экскаватор (одно- или
многоковшовый), трубоукладчики, машины для центровки, сварки,
зачистки и изоляции труб, бульдозер (для засыпки траншеи).
В таких случаях конечная продукция технологического
комплекта определяется длиной уложенного трубопровода или другого
линейного сооружения в единицу времени, а годовая
производительность комплекта определяется по наименьшей
производительности какой-либо машины, входящей в комплект, т. е. по
«узкому звену» указанной технологической цепочки.
22.3. Основы расчетов эффективности средств
механизации
Экономический эффект от применения в строительстве
различных средств механизации определяют с целью выбора
наилучшего из альтернативных (взаимозаменяемых) вариантов
механизации работ при возведении конкретного здания или
сооружения, при оценке применения новой модели машины,
заменяющей традиционную машину или выполнение технологической
операции вручную, при определении эффективной области
применения различных типоразмеров машин и др.
Экономический эффект от реализации нового технического
Решения: применения новой модели машины, нового способа
механизации или технологии — это выраженная в стоимостной
форме экономия всех видов ресурсов: трудовых, материально-
технических, финансовых, а также ресурсов времени, поскольку
эКономия рабочего времени всегда снижает затраты на
выполнение строительных работ. К. Маркс писал, что рабочее время,
Даже когда меновая стоимость будет устранена, всегда останется
с°зидающей субстанцией богатства и мерой издержек,
требующихся для его производства.
Наилучший вариант технического решения выбирают по кри-
еРию максимума экономического эффекта или миниума приведен-
Ь1х затрат, связанных с реализацией альтернативных техни-
еских решений.
347
В области механизации строительных работ наиболее распр0.
страненными типами задач по определению экономического эф.
фекта являются:
оценка способов механизации и технологических процессов
возведения зданий и сооружений (процессы разработки и пере,
мещения грунта, уплотнения насыпей, планировки земляной
поверхности; устройства свайных, монолитных или сборных
фундаментов и др.) с использованием орудий труда традиционных
видов и типоразмеров;
оценка новых и модернизированных средств механизации
нетрадиционных видов и типоразмеров, обеспечивающих
повышение производительности труда или улучшение
эксплуатационных качеств машин (мобильности, безотказности,
ремонтопригодности и др.), замену ручного труда;
оценка технических решений по улучшению использования
парка средств механизации и автотранспорта (повышение
сменности работы, коэфффициента внутрисменного использования,
снижение расстояния перебазировки машин);
оценка технических решений по совершенствованию
процессов технической эксплуатации парка средств механизации и
автотранспорта.
Выбор экономически наилучших решений в области
механизации необходим как для перспективных, так и текущих
плановых расчетов, поэтому при сравнении вариантов важно
правильно оценить все составляющие приведенных затрат 3 по каждому
варианту технического решения: суммарную себестоимость
выполнения годового объема работ С и необходимых для
реализации данного технического решения капитальных вложений К-
Годовой экономический эффект определяют как разность
приведенных затрат по базисному, существующему варианту (в
формуле — с одним штрихом) и новому, предлагаемому варианту
технического решения (в формуле — с двумя штрихами):
Э = З'—З" = С' + Ен К' —C"—EVK" = С' — С" + ЕК(К' — К"),
(22.13)
где Ен — нормативный или фактически достигнутый коэффициент
эффективности капитальных вложений.
Если при выборе альтернативных вариантов механизации
для выполнения тех или иных технологических процессов их
годовая производительность различна, в формуле (22.13) следует
заменить годовые величины С и К удельными Су и Ку на единицу
измерения годовой производительности Я: Су = С/П и Ку = К/П-
Тогда формула (22.13) принимает вид
Э= П'[ 7Г—7Г+Е{ж-ж)] = Я"[СУ-СУ' + £Н(/СУ-К';) ]•
(22.14)
В ходе выполнения расчетов определяется также снижение
себестоимости производства работ (прибыль) от реализации при"
нятого варианта технического решения.
348
Сравниваемые варианты технических решении для всех видов
дЗЧ должны быть приведены в сопоставимый вид по области
«X применения; объему работ, выполняемых с их применением,
качественным параметрам; моментам осуществления затрат и
получения эффекта («фактору времени»); срокам службы орудий
руда; уровню цен, тарифов, норм и др.; социальным факторам
(влияние технических решений на условия труда рабочих и
оКружающую среду).
Приведение сравниваемых вариантов технических решений к
сопоставимому виду по области их применения достигается
правильным выбором базы для сравнения (базовой техники).
Например, при определении эффективности применения какого-
либо варианта механизации земляных работ в расчете должны
быть приняты для всех рассматриваемых вариантов одни и те же
расстояния перемещения грунта, его категория, коэффициент
сменности работы и другие технологические и организационные
условия.
Для приведения сравниваемых вариантов технических
решений к сопоставимому виду по объему работ, выполняемому с
их применением, в расчете используют удельные показатели
себестоимости и капитальных вложений по вариантам на принятую
единицу измерения работы с последующим умножением на
годовой объем работ, выполняемый с применением технического
решения, обеспечивающего большую производительность.
Если новая машина входит в комплект средств, то годовой
объем работ определяется по годовой эксплуатационной
производительности ведущей машины этого комплекта.
Фактор времени учитывают, если капитальные вложения в
сравниваемые технические решения осуществляются в течение
ряда лет, а также в тех случаях, когда текущие издержки и
результаты реализации технических решений изменяются с
течением времени. Необходимость приведения разновременных
затрат к одному моменту времени объясняется тем, что для
народного хозяйства в целом и для каждой производственной
организации не безразлично, в какие моменты времени производятся те
или иные затраты и через какой интервал времени образуется
экономический эффект при реализации выбранного варианта
технического решения.
Сопоставимость альтернативных вариантов обеспечивается
приведением разновременных затрат и результатов к одному
моменту времени — году начала реализации нового технического
Решения путем их умножения на коэффициент приведения:
щ = (l+£)±(, (22 15)
*е Е — норматив приведения разновременных затрат (в соот-
етствии с действующими нормативными документами Е = 0,08);
^период приведения в годах (^>1).
Затраты и результаты, осуществляемые и получаемые до мо-
349
мента приведения, умножаются на щ = (1 -\-Е)', а после момента
приведения — на щ = (1 -\-Е)~'.
Так, например, при выборе вариантов механизации работ п0
возведению здания или сооружения в составе комплектов мащин
чаще всего бывают машины с различными сроками службы
Например, при возведении насыпи или выемки для
устройства дорожного полотна (земляной плотины, дамбы и т. п.)
рассматривают варианты механизации работ, в первом из которых
два экскаватора (срок службы 12 лет), 10 автосамосвалов (срок
службы 9 лет) и бульдозер (срок службы 6 лет), а во втором -~.
три самоходных скрепера (срок службы 7 лет).
Для приведения капитальных вложений в средства
механизации к сопоставимому виду учитывают, что за период службы
более долговечной машины менее долговечная техника выбывает
и надо периодически осуществлять новые капитальные вложения
для ее замены. Рассмотрим пример с различными нормативными
сроками службы двух сравниваемых машин. У первой машины
срок службы t', у второй — t">t'.
При нормальном обновлении парка первая машина через V
лет должна быть заменена другой такой же, что потребует
дополнительных капитальных вложений на ее приобретение. Для
их приведения в сопоставимый вид со второй, более
долговечной машиной надо определить коэффициент, отражающий
величину повторных капитальных вложений. Этот коэффициент равен
(t" — t')/t', а сумма дополнительных капитальных вложений со-
f f
ответственно равна К'—т,—.
Поскольку повторные капитальные вложения осуществляют
через f лет, их надо привести к начальному моменту времени,
умножив на коэффициент приведения а<, который в данном
случае равен 1/(1-\-Е)'.
Тогда общая сумма капитальных вложений по первому
варианту, приведенная к начальному моменту времени, составит
Формулой (22.16) можно пользоваться, когда сроки службы
машин в сравниваемых вариантах не превышают два раза (для
строительных машин это условие всегда выполняется).
Если реализация технического решения осуществляется более
одного года при возведении зданий, сооружений или их
комплексов, годовые затраты и экономический эффект, получаемый
в каждом году, приводятся к первому году применения, а
результат делится на число лет реализации данного технического
решения. В результате получают среднегодовой экономический
эффект за период реализации технического решения.
Расчет годового экономического эффекта выполняют в
следующем порядке. Выявляют назначение и область применения
350
сСматриваемых технических решений. Осуществляют выбор
базисного варианта технического решения и факторов, обеспечи-
3 ющих снижение текущих или капитальных затрат при исполь-
овании альтернативных вариантов. Осуществляют сбор и систе-
атИзацию исходных данных, необходимых для выполнения
расчетов. Рассчитывают годовой объем работ при использовании
рассматриваемых альтернативных вариантов, выполняют расчет
капитальных вложений, текущих и приведенных затрат.
22.4. Определение капитальных вложений
в средства механизации
Капитальные вложения, необходимые для реализации
технических решений по механизации строительных работ, включают
затраты на приобретение орудий труда традиционных или новых,
нетрадиционных видов и типоразмеров, а также на
строительство, расширение, реконструкцию или техническое
перевооружение производственных баз технической эксплуатации
строительных машин и транспортных средств, на формирование
оборотных средств.
При выборе вариантов механизации строительных работ на
основе существующего парка машин капитальные вложения
принимают равными балансовой стоимости рассматриваемых средств
механизации. Капитальные вложения на приобретение машин
включают их оптовую (или договорную) цену и расходы на их
доставку от завода-изготовителя до производственной базы
строительной организации. Последние принимают в расчетах для
условий работы конкретной строительной организации, исходя
из действующих тарифов, принятых способов и расстояний
транспортирования. При выполнении усредненных расчетов для
строительства в целом эти расходы принимают в размере 9 % от
оптовой цены машины, перевозимой без разборки, и 12 % для
машин, перевозимых в демонтированном состоянии.
Для стационарных машин в составе капитальных вложений
Учитывают затраты на устройство фундаментов.
Если в рассматриваемых вариантах альтернативных
технических решений есть машины, требующие при их эксплуатации
и перебазировке с одного объекта на другой применения
специального оборудования и инвентарной оснастки (подкатные оси для
ПеРевозки мобильных башенных кранов, вспомогательные мач-
TbI. лебедки, стрелы, звенья инвентарных рельсовых путей и др.),
т° стоимость этого оборудования в той части, которая приходит-
я на долю рассматриваемой машины, учитывают в составе
эпитальных вложений.
Величина удельных капитальных вложений в комплект машин
^е Hi — оптовая цена г-го орудия труда, руб.; /Си — коэффи-
351
циент перехода от оптовой цены к среднебалансовой стоимости
г'-го орудия труда; а,- — коэффициент приведения разновременные
капитальных вложений. При одинаковых сроках службы рас,
сматриваемых орудий труда а = 1; п — количество орудий труда
в рассматриваемом комплекте.
Стоимость новых орудий труда, изготовляемых в одном или
нескольких экземплярах в строительных организациях, опреде,
ляют по фактической себестоимости их производства Сф с
коэффициентом рентабельности или нормой прибыли.
При определении экономической эффективности новых орудий
труда на стадии разработки исходных (технических) требований
большинство их экономических параметров неизвестно. На этом
этапе известны только заданное повышение годовой
эксплуатационной производительности нового орудия труда и улучшение
его основных технических параметров по сравнению с базисной
машиной, необходимость в улучшении которых и обусловила
разработку новой машины.
В этих случаях величину капитальных вложений на
приобретение нового орудия труда целесообразно определять на основе
расчета максимально допустимой его цены, исходя из условия
равновыгодное™ для потребителя нового и базисного орудия
труда, т. е. при 3 = 0, на основе (22.14).
В случае приобретения машины строительной организацией
актуальным является вопрос о сроке окупаемости капитальных
вложений. Он должен соответствовать фактически достигнутой
эффективности, если она превышает нормативную.
В тех случаях, когда применение новой машины или
выбранного комплекта средств механизации и транспорта обеспечивает
снижение продолжительности возведения здания или сооружения
производственного назначения и их досрочный пуск в
эксплуатацию, необходимо определить эффект от получения
дополнительной продукции на этом предприятии: Эф = Е„Ф„{Т[ — Тъ), где
Фп — стоимость основных производственных фондов, вводимых в
эксплуатацию, руб.; Т\ и 7"2 — продолжительность строительства
базисная и при использовании выбранного варианта
механизации (Т[>Т2), год; £„ — нормативный коэффициент
эффективности капитальных вложений.
Этот эффект образуется после окончания строительства и
является единовременным. При его суммировании с годовым
экономическим эффектом, определяемым по формуле (22.14).
последняя принимает вид Э = П" [Су — С" + Еи(Ку — К")\^
+ ЕиЭфа(, где at = (1 +Е)~', t = Т2.
В приведенных расчетах эффекта нормативный коэффициент
эффективности капитальных вложений Е„ отражает минимальную
норму прибыли на 1 руб. дополнительных капитальных вложений
в развитие механизации. Этот коэффициент используется гф11
определении экономического эффекта при решении народнохозяИ'
ственных задач, в частности, при экономическом обоснован^
разрабатываемых новых средств механизации строительных Ра
352
f5oT, которые будут серийно изготовляться машиностроением для
применения во всех организациях, осуществляющих
строительство. Выполнение расчетов сравнительного экономического
эффекта в НИИ и проектно-конструкторских организациях при
выборе вариантов механизации строительных работ, создании
новых средств механизации всегда должно осуществляться с
позиций народнохозяйственных интересов, т. е. с использованием
нормативного коэффициента эффективности капитальных
вложений.
В строительных и других организациях, перешедших на
полный хозрасчет и самофинансирование, экономическое
обоснование целесообразности приобретения новых производственных
фондов взамен действующих или выбор различных вариантов
механизации работ должны осуществляться с применением
фактически достигнутого в данной организации коэффициента
эффективности £ф, величина которого определяется отношением
годовой массы прибыли к балансовой стоимости активной части
производственных фондов. В противном случае, если Е„<сЕф, то
экономическое обоснование выбора наилучшего варианта
механизации или создания нового средства механизации с
использованием нормативного коэффициента приведет к снижению ранее
достигнутого в данной строительной организации соотношения
массы прибыли и балансовой стоимости фондов, к завышению
этой стоимости и снижению фондоотдачи.
При экономическом сравнении строительных машин
отечественного производства с импортными за основу принимают не
только стоимостные, но и технические параметры. Это
обусловлено следующими обстоятельствами.
Структура стоимости промышленной продукции (в том числе
орудия труда) в СССР и в развитых капиталистических странах
значительно отличается как по составу статей затрат, так и по
величине каждой статьи в связи с различием в методах
начисления амортизации, наличием затрат, которые в СССР
незначительны (например, затраты на рекламу), различной единичной
стоимостью электроэнергии, металла, комплектующих изделий,
Различной серийностью выпуска продукции и т. п. В результате
капитальные вложения на приобретение импортной машины
в 2...5 раз выше, чем отечественной с примерно такими же
главными параметрами (емкость ковша, грузоподъемность, мощность
Двигателя, класс тяги и др.).
Различия в стандартах на промышленную продукцию и при-
еняемые в ее производстве материалы влекут за собой различия
технологии их обработки и также влияют на стоимость выпус-
аемой продукции и на ее качественные параметры (надежность,
Долговечность).
Применение у нас и за рубежом различных по своему каче-
з ВУ эксплуатационных материалов (например, топлива и
смачных масел) обусловливает различные сроки износа машин,
Различные сроки службы изделий резинотехнической промыш-
,г-72|
353
ленности (шины, приводные ремни, транспортерные ленты,
уплотнения и т. д.) приводят к несопоставимости эксплуатационных
затрат в целом.
В этой связи при сравнении новых орудий труда,
разрабатываемых в СССР, с лучшими зарубежными образцами учитывают
в первую очередь натуральные показатели, характеризующие
эффективность их применения и технический уровень.
В качестве эталона для сравнения в этом случае принимают
лучшие образцы зарубежной техники аналогичного назначения,
с примерно такими же главными параметрами, как у
проектируемой техники отечественного производства: емкость ковша
(для экскаваторов, погрузчиков, скреперов), максимальная
грузоподъемность при равной высоте подъема крюка и его вылета
(для крана), мощность двигателя и др.
22.5. Определение текущих затрат
при оценке вариантов механизации
Текущие затраты на выполнение технологических процессов с
использованием альтернативных вариантов механизации работ
определяют в соответствии с действующими в строительстве
правилами калькулирования себестоимости
строительно-монтажных работ и эксплуатации машин и включают следующие статьи:
затраты на строительные материалы, используемые в
технологическом процессе М; основную заработную плату строительных
рабочих Зр; затраты на эксплуатацию средств механизации УИмех;
общестроительные накладные расходы Нр.
Если в сравниваемых вариантах технических решений
отдельные статьи затрат не изменяются, то их можно не учитывать
в расчете экономического эффекта.
Затраты на строительные материалы, детали и конструкции
определяют для базисного варианта по соответствующим
производственным нормам их расхода и действующим ценам, а для
нового — на основе технологического расчета изменения расхода
материалов при его реализации.
При выполнении расчета экономического эффекта для
конкретной строительной организации принимаются
планово-расчетные цены на материалы, детали и конструкции, действующие в
этой организации. В остальных случаях расчет осуществляется
на основе прейскурантных цен с учетом транспортных расходов,
затрат на тару, реквизит и заготовительно-складских расходов,
которые принимают в размере 4 % к цене на материалы, детали
и конструкции.
Затраты на основную заработную плату строительных
рабочих (кроме экипажей машин и рабочих, занятых на технической
эксплуатации машин) определяют по нормам и расценкам на
единицу измерения объема работ.
Затраты на эксплуатацию средств механизации и автотранС'
порта УИ„ех включают: основную заработную плату машинистов.
354
м0щников машинистов, шоферов Зм; основную заработную
°пату рабочих, занятых на технической эксплуатации строитель-
X машин, Зрем; затраты на выполнение технического обслужи-
н ния и текущего ремонта (планового и непланового) Рреы;
отделения на амортизацию средств механизации и автотранспор-
А; затраты на энергоносители (топливо, электричество,
сжатий воздух) Зэ; затраты на смазочные материалы Зс; затраты
а рабочую жидкость для гидросистемы Зг; затраты на аморти-
аЦИю шин Зш; затраты на перебазировку строительных
машин 3„; затраты на устройство, разборку и перевозку рельсовых
путей Зр.
Все затраты по эксплуатации средств механизации и
автотранспорта определяют на 1 маш-ч или авточас, а для
механизированного инструмента — на 1 ч чистого времени его работы.
Величины УИмех, рассчитанные на 1 маш-ч (или авточас) работы,
умножаются на количество машино-часов (или авточасов),
необходимое для. выполнения принятой единицы измерения
годового объема работ.
Затраты на основную заработную плату машинистов,
помощников машинистов и шоферов:
п
3„ = /Сз/СдСШКс2 £"> (22.17)
;=i
где К3 — коэффициент, учитывающий накладные расходы по
эксплуатации строительных машин и автотранспортных средств,
приходящихся на основную заработную плату, и размер премии
экипажу машины; /Сдоп — коэффициент, учитывающий доплату за
работу во 2-ю и 3-ю смены; /Сс — средний зональный
поправочный коэффициент к тарифной ставке (для Северной-зоны страны
^с = 1,54; для других районов страны Кс = 1,07; в среднем по
СССР /Сс = 1,13); Си —часовая тарифная ставка г'-го разряда
работы, руб.; п — количество человек в составе экипажа
машины в одну смену.
Величину коэффициента доплат к тарифной ставке
машиниста и его помощника при 1 ^/Ссм^2 определяют по формуле
кг — 1 о '.6
Адоп 1 ,-£ К i
При 2<сКсм ^3 этот коэффициент составляет
К = 1 4 4'6
* \ДОП 1 i^
*\см'п
Часовые тарифные ставки рабочих в строительстве л в том
сле машинистов строительных машин составляют (руб.): I
разряда — 0,59; II — 0,64; III — 0,7; IV — 0,79; V — 0,91; VI — 1,06.
Роме того, для отдельных профессий машинистов, занятых
^ давлением мощными и особо сложными строительными
машину И' установлены четыре внеразрядные часовые ставки в раз-
Ре 1.13; 1,21; 1,29 и 1,4 руб. Так, например, часовая ставка
12*
355
машиниста бульдозеров с двигателями мощностью 210...282 кВт
составляет 1,21 руб., а с двигателем мощностью 283 кВт и бо-
лее—1,29 руб. Часовая ставка машиниста башенных кранов с
высотой подъема крюка 50 м и более и грузоподъемность^
25...49,9 т составляет 1,29 руб., а грузоподъемностью 50 т и
более — 1,4 руб.
Заработная плата строительных рабочих, использующих
механизированный инструмент, определяется на 1 ч чистого вре.
мени работы инструмента:
ми Ас , ^т Адоп,
Гц
где 4 — вспомогательное время на подключение
механизированного инструмента к источнику энергии, его переноску по фронту
работ, замену режущего (ударного и др.) рабочего органа,
установку инструмента в рабочее положение и другие, приходящиеся
на один цикл, с (15^4^60); Ст — часовая тарифная ставка
разряда работы.
Затраты на основную заработную плату рабочих, занятых
техническим обслуживанием и текущим ремонтом (плановым и
неплановым) строительных машин:
Зрем = /Сз/Сдоп/Сс С ( ^—+-£-\ , (22.18)
где г, и го — соответственно трудоемкость выполнения каждого
вида планового технического обслуживания, текущего ремонта и
непланового ремонта (устранение отказов машины), чел -ч; G —
часовая тарифная ставка среднего разряда работы по
техническому обслуживанию и ремонту машин; Тп и R0—период до
выполнения капитального ремонта (средний ресурс) и до отказа,
маш-ч.
Затраты на выполнение технического обслуживания и
текущего ремонта (планового и непланового) строительных машин:
Ррем = Зрем(1 +0,857/Сзч), (22.19)
где Кзч — коэффициент перехода от суммы основной заработной
платы рабочих, занятых технической эксплуатацией машин, к
стоимости запасных частей.
Затраты на выполнение технического обслуживания и
ремонта механизированного инструмента
J рем.и = А,^ААтр-"^; ,
где К — расчетно-балансовая стоимость данного механизир0'
ванного инструмента, руб.; /Стр — коэффициент перехода от раС'
четно-балансовой стоимости к затратам на техническое обслуЯ^"
вание и ремонт; Фг„ — число часов работы инструмента в го^
В соответствии со спецификой определения себестоимост1'
356
ксПлуатации автотранспортных средств затраты на выполнение
лх технического обслуживания и текущего ремонта
^ рем. а zz= I ,Z ■ 1 U Сп~т ,
где Сп — затраты на выполнение технического обслуживания и
текущего ремонта на 1000 км пробега, руб.; Lr — годовой пробег
автотранспортного средства, 1000 км; Фга — количество
авточасов работы в год.
Отчисления на амортизацию строительных машин,
механизированного инструмента и специальных автомобилей
(передвижные мастерские, топливомаслозаправщики и др.)
А = 'У , (22.20)
где Он — норма амортизационных отчислений в долях единицы.
Отчисления на амортизацию автотранспортных средств
(кроме специальных автомобилей)
А = \,2а„10~3К^-
Затраты на топливо для строительных машин с двигателями
внутреннего сгорания
Зэг= [,2%Цт1Щ; (22.21)
Wi= l,03-lO-3NHqyKNKaBKau, (22.22)
где Цт1 — оптовая цена i'-го вида топлива, руб.; Wi — расход
'-го вида топлива на 1 маш-ч работы машины, кг/(маш-ч);
Л/„ — номинальная мощность двигателя, кВт; qy — удельный
расход топлива при номинальной мощности двигателя, г/кВт в 1 ч;
Kn — коэффициент, учитывающий изменение расхода топлива в
зависимости от степени использования двигателя по мощности;
Кав — коэффициент использования двигателя по времени; /Сдм —
коэффициент двигателя по мощности; п — количество двигателей
внутреннего сгорания, установленных на одной машине.
Затраты на электроэнергию для строительных машин и
механизированного инструмента:
Зэз = 1,2/41ГЭ (22.23)
W3 = 2 /V3,/(era-, (22.24)
i—\
гДе цз — тариф на электроэнергию, руб/(кВт-ч); W3 -- расход
Лектроэнергии на 1 маш-ч работы машины, а для механизиро-
анного инструмента на 1 ч чистого времени работы, кВт-ч;
*■—номинальная мощность i-ro электродвигателя, кВт; /Ссш —
°эффициент нагрузки электродвигателя; п — количество элек-
Р°Двигателей на одной машине.
357
Затраты на сжатый воздух для механизированного
инструмента и других орудий труда с пневмоприводом, используемых
на объектах строительства, Зэв = Цк/п, где Як — цена одного
маш-ч работы передвижного компрессора, руб/(маш-ч); п - ~
среднее количество орудий труда с пневмоприводом,
одновременно работающих от одного компрессора.
Затраты на смазочные материалы
Зс = /СеЗэт или а = КеЗээ, (22.25)
где /Се — коэффициент перехода от затрат на топливо или
электроэнергию к затратам на смазочные материалы.
Затраты на масло для гидросистем:
3, .= 1Жу.ЦЛп^, (22.26)
где Vr — вместимость гидросистемы, дм3; ум — плотность масла,
кг/дм3; Ям — оптовая цена масла, руб/кг; /Сд — коэффициент
доливок масла за период его замены; tu — периодичность замены
масла в гидросистеме, маш-ч.
Затраты на амортизацию шин для техники на пневмоколес-
ном ходу:
^^МтЬ—фУ- (22-27)
где Яш — цена одной шины, руб.; пш-— количество шин в
комплекте, шт.; Тсш — нормативный срок службы шин, маш-ч; Тнс —
нормативный срок службы машины, год.
Затраты на перебазировку машин своим ходом (машины на
шасси автомобиля, пневмоколесного трактора, специальном
шасси авомобильного типа), которые могут перемещаться со
скоростью 20 км/ч и более,
3,„ = (Зш + Ррем + А + Зэ + Зс + Зг + Зш)4^- , (22.28)
'о
где 4х — продолжительность переезда машины своим ходом
определяют, исходя из расстояния и средней скорости переезда,
маш-ч; Т0 — продолжительность работы машины на одном
объекте, маш-ч.
Затраты на перебазировку машин, перевозимых без
демонтажа или с частичным демонтажем в кузове автомобиля, на
буксире или трайлере,
Зп2 = [ 1,4(3. +3Т) + 1,2(3„ +3вк)]-^ . (22.29)
'о
где 3„ — заработная плата экипажа машины за время
перебазировки, руб.; Зт — заработная плата такелажников, руб.; За -"
затраты на эксплуатацию автомобиля, руб.; Звк — затраты н^
эксплуатацию вспомогательного крана, руб.
Зт = ( ^ + 4в) (С + Ст2), (22.30)
358
I
е i — среднее расстояние перевозки машины, км; v — сред-
яя скорость перевозки, км/ч; tm — продолжительность погрузки
выгрузки машины или ее зацепления на буксир и отцепле-
ия, ч; ^т1 и ^т2 — часовые тарифные ставки двух такелажников,
руб.
За =(4Яа+^срЯд)/<д, (22.31)
где tj ~~ общее время работы тягача; Ца — цена одного авто-
qaca, руб.; Яд — размер доплаты за пробег, руб.; /Сд —
коэффициент увеличения цены одного авточаса при использовании
специализированного автомобиля или прицепа.
*Эвк ^^ *вк^вк» yZZ.oZJ
где 4к — продолжительность работы вспомогательного крана,
маш-ч; Свк — себестоимость маш-ч вспомогательного крана, руб.
Затраты на монтаж и демонтаж крупных строительных машин
определяют в соответствии с технологией их перебазировки.
Затраты на устройство и разборку рельсовых подкрановых
путей определяют в соответствии с инструкцией по их монтажу,
ценами на материалы, остальными затратами.
Себестоимость эксплуатации любой строительной и
транспортной машины определяется суммированием указанных выше
затрат на один машино-час ее работы. Если в формуле (22.14)
годовая производительность (годовой объем работ) принята в
натуральных единицах измерения, то себестоимость машино-часа
делят на среднечасовую эксплуатационную производительность.
В тех случаях, когда предлагаемый способ механизации работ
обеспечивает снижение продолжительности выполнения
технологических процессов строительства и это оказывает прямое
влияние на сроки возведения или реконструкции здания
(сооружения), то в расчете экономического эффекта необходимо учесть
экономию общестроительных накладных расходов
&„ = /Су„Яо(1 —^-) , (22.33)
где Я0 — сумма общестроительных накладных расходов при
выполнении технологических процессов с использованием базисных
°РУДий труда, руб.; Ti и Т2 — продолжительность выполнения
Работ при альтернативных вариантах, определяемая по проектам
пРоизводства работ, год (7П,>5Г2); Ку„ — средний размер услов-
°-постоянной части накладных расходов, величина которой за-
исит от продолжительности выполнения работ.
При наличии данных о полной сметной стоимости строитель-
°-Монтажных работ по выполнению рассматриваемых техноло-
Ческих процессов Си в базисном варианте:
„ см.
По
/U100 + #p) '
г4е и
"р — средняя величина накладных расходов, %; /С„ — коэф-
359
фициент, учитывающий размер плановых накоплений в соста-
ве ом.
Если в рассматриваемых вариантах механизации работ
изменяются численность рабочих, трудоемкость и
продолжительность выполнения технологических процессов, экономию наклад,
ных расходов рассчитывают по формуле
Эт = 1,0 -^(-£ ~) +0,2(С'Р' - С\Р"), (22.34)
где 1,0 — средний размер изменения накладных расходов в
зависимости от изменения количества отработанных чел-дн.; руб.;
Р' и Р" — затраты труда рабочих, выполняющих
технологические операции вручную (один и два штриха соответствуют
первому и второму вариантам), чел-ч; п' и п" — количество
рабочих, выполняющих работу вручную, чел.; 0,2 — средний
размер снижения накладных расходов при сокращении затрат на
заработную плату рабочих, руб.
В тех случаях, когда продолжительность выполнения
технологического процесса не изменяется или в целях сопоставимости
вариантов технических решений необходимо принять, что
Т\ — T-z, расчет экономии накладных расходов от снижения
затрат труда и расходов на основную заработную плату
определяют
Энт = ^iP'-P") + 0,2{QP' - Q'P").
fp
С учетом экономии накладных расходов годовой
экономический эффект реализации нового технического решения
Э = П"[С$-С;' + ЕНЩ-К?)] +Е„Эфа1 + Экп+Эт.
(22.35)
Указанными формулами можно пользоваться для
определения экономического эффекта от применения альтернативных
вариантов средств механизации и транспорта при возведении
зданий и сооружений. При расчете экономического эффекта
необходимо учитывать влияние рассматриваемых вариантов
технических решений на окружающую среду, условия труда рабочих
и прочие виды социального эффекта.
Для этого необходимо прежде всего руководствоваться
правилом: экономическому сравнению подлежат только те варианты
технических решений, которые в части их отрицательного
влияния на условия труда рабочих и окружающую среду (уровень
вибрации, шума, запыленности, освещенности и т. д.)
соответствуют нормам ГОСТов. Если параметры отрицательного
воздействия выходят за пределы указанных норм, то данный вариант
технического решения не следует рассматривать. Исключение
составляет только сопоставление с заменяемой техникой,
отдельные, морально устаревшие образцы которой, не соответствующие
360
действующим в настоящее врмя ГОСТам, еще находятся в
эксплуатации.
Если эти параметры не выходят за пределы норм ГОСТов,
но в одном из рассматриваемых вариантов они более благоприят-
НЬ1, то для приведения вариантов к сопоставимому виду следует
увеличить стоимость (капитальные вложения) варианта техники
с менее благоприятными параметрами. Увеличение стоимости
производится в соответствии с данными о затратах, необходи-
мЫх и достаточных для создания устройств, обеспечивающих
улучшение указанных параметров до уровня лучшего из
рассматриваемых вариантов техники.
В районах с экстремальными природными условиями
особенно важно учесть при сравнении технологических схем не
только экономические показатели, но и весь комплекс факторов,
влияющих на охрану окружающей среды как в период
строительства, так и после ввода объекта в эксплуатацию.
22.6. Определение областей эффективного применения машин
и их комплектов
Области эффективного применения машин используют для
выбора в проектах организации строительства и производства
работ вариантов механизации строительных и монтажных работ
на отдельных объектах и производственных участках, а также
для определения потребности в машинах. В область
эффективного применения машины (комплекта) входят такие
технические характеристики объектов и природно-климатические данные
района строительства, при которых использование данной
машины (комплекта) наиболее эффективно. Если для эффективной
работы машины требуется внести конструктивные дополнения в
проектные данные объекта, то их нужно также включить в
характеристики области применения машины.
Расчет области эффективного применения машины
(комплекта) включает следующие этапы:
определение технических, технологических и климатических
Характеристик объекта строительства, влияющих на выбор
способа и эффективность механизации;
расчет технико-экономических показателей использования
машины (комплекта);
расчет параметров аналитических зависимостей или
построение модели изменения критерия эффективности от характеристик
объекта. Составление уравнений равновеликих затрат и
определение граничных значений характеристик, соответствующих
экстремальному значению критерия эффективности применения
Машины.
Выбор основных технических, технологических и
климатических характеристик, влияющих на эффективность механизации,
Производят на основе анализа технологических схем
производства работ и расчета критерия эффективности.
361
При определении сравнительной экономической
эффективности вариантов механизации, обеспечивающих одинаковый
конечный результат, рассчитывают суммарный размер приведенных
затрат (см. § 22.3) на выполнение одинакового объема работ
или же приведенные затраты, включающие плановую
себестоимость механизированных работ и капитальные вложения в сфере
производства и эксплуатации машин, приходящиеся на единицу
продукции машин или комплекта:
Зу = Сед + ЕЖУ = (/Chi2 Ск-чТм + К„23р)/Пч + ЕЖ/Пг,
где Сед — себестоимость единицы конечной продукции
механизированных (например, земляных) работ, руб/м ; Ку —
удельные капитальные вложения, руб/м3; KHi, Кк2 - соответственно
коэффициенты накладных расходов на затраты по эксплуатации
машин и на заработную плату Зр, не учтенную в этих затратах;
См.ч — себестоимость машино-часа каждой машины комплекта,
руб/ч; 7\, — число часов работы каждой машины за 1 ч работы
комплекта; Яч, /7Г — среднечасовая и годовая эксплуатационная
производительность ведущих машин комплекта, в единицах
продукции; К — капитальные вложения в комплект машин и
ремонтную базу для его эксплуатации, руб.
Расчеты эффективности механизации в проектах организации
строительства проводят на основе применения показателей
эксплуатации машин в средних условиях: среднечасовой
эксплуатационной производительности и сметной себестоимости. В
проектах производства работ и на стадии годового планирования
все исходные данные (техническое состояние, затраты на
эксплуатацию и др.) определяют применительно к конкретному
машинному парку. На этой стадии рассчитывают плановые
производительность и себестоимость машино-часа:
С„.ч = Е0/Ф0 + Г/Фг + Стэ,
где Е0, Г, Стэ — соответственно единовременные, годовые и
текущие эксплуатационные расходы; Ф0, Фг — число часов работы
на объекте и в году.
Область эффективного применения машины (комплекта)
определяет такие факторы и условия ее эксплуатации (дальность
перевозки, объем работ на объекте и др.), при которых
приведенные удельные затраты 3> будут наиболее низкими по
сравнению с такими же затратами для других типов машин,
пригодных для данных условий. Для определения этой области
приведенные затраты следует выразить с помощью формул в
зависимости от основных факторов.
Например, зависимость приведенных удельных затрат
землеройно-транспортных машин от дальности возки грунта L, его
объема V и дальности перебазирования машин
Зу = Eo/V + (Г + ЕИК)/П.,ФГ + (Стэ + 3Р)//7Ч. (22.36)
362
В этой формуле часовая производительность является
функцией дальности возки L. Годовой фонд рабочего времени машин
зависит от числа их перебазирований, которое определяется
объемом работ на объектах V. Таким образом, с увеличением
объемов работ на объекте удельные приведенные затраты будут
уменьшаться.
При сравнении вариантов применения машин в составе
себестоимости Стэ можно не учитывать стоимость материалов и
конструкций. Если варианты механизации выбирают из
машинного парка постоянного состава, то в качестве критерия
оптимальности можно принять себестоимость единицы продукции.
В качестве переменного фактора при определении сферы
применения землеройно-транспортных машин для земляных работ
часто используют дальность транспортирования грунта L.
В этом случае производительность машин (например, скреперов
или бульдозеров) можно выразить функцией Пч = f (L),
содержание которой будет раскрыто в разд. 11. Это позволит
представить критерий эффективности Зу в формуле (22.36) для двух
сравниваемых машин в виде
3| = ах + bxL и Зг = а2 + b^L,
где а,, Ь\ — составляющие приведенных затрат, не зависящие и
зависящие от дальности транспортирования грунта. В первую
группу, к примеру, войдут единовременные затраты, а во
вторую — эксплуатационные расходы.
Очевидно, применение сравниваемых машин будет одинаково
эффективным при определенном значении L, когда затраты
3[ = З2. Для определения данного значения L составляют
уравнение равновеликих затрат а, + Ь\Е = аг + ЬгЕ, решение
которого позволяет установить значение L0, разграничивающее
сферы применения обеих землеройно-транспортных машин
(рис. 22.2).
Сложнее составить такое уравнение, если основным
переменным фактором является объем работ на объекте V0. Если
машина в течение года работает
на нескольких объектах, то с уве- Зц
личением VD уменьшается
влияние единовременных затрат на
организацию ее работы.
Одновременно сокращается число
перебазировок машин в году и,
как следствие, растет годовой
фонд рабочего времени Ф. Таким
образом, в формуле расчета
критерия первые два слагаемых
зависят от V0. Однако возникающие
При решении уравнения равнове- Рис. 22.2. Схема определения обла-
ЛИКИХ затрат вычислительные сти эффективного применения двух
т,„,т .. л„_ типов землеройно-транспортных ма-
тРудности не принципиальны, осо- шин v F F
363
бенно с применением малых ЭВМ. Расчеты показывают, что
увеличением объема VD эффективнее становятся мощные и
высокопроизводительные машины. Что касается небольших по
объемам работ объектов, то с увеличением числа перебазировок
годовая выработка мощных машин снижается, а затраты на цх
демонтаж, перевозку и монтаж на каждом новом объекте суще_
ственно растут. Поэтому на рассредоточенных объектах
эффективнее применение недорогих мобильных машин.
Автоматизация расчетов области эффективного применения
машин и выбора вариантов механизации заключается в
следующих операциях:
ввод в память ЭВМ исходных данных (объемов работ,
дальности транспортирования грунта, рабочих отметок и других
технологических характеристик с указанием диапазонов их
изменения, а также технико-экономических показателей
применения комплектов машин по сравниваемым вариантам —
производительности и себестоимости машино-часа);
определение зависимости критерия эффективности
(суммарного экономического эффекта, приведенных удельных затрат
и др.) от переменных факторов — технологических
характеристик объекта, принимаемых для расчета области применения
машин (например, У0);
решение на ЭВМ уравнений равновеликих затрат для
сравниваемых вариантов механизации и определение граничных
значений технологических характеристик, при которых
использование сравниваемых комплектов связано с равными затратами
Результаты каждой операции следует выводить на печать, а
расчеты вести в интерактивном режиме, позволяющем вносить
коррективы в технологические решения.
Глава 23
ВЫБОР ОПТИМАЛЬНЫХ РЕШЕНИЙ
В ОБЛАСТИ МЕХАНИЗАЦИИ СТРОИТЕЛЬСТВА
23.1. Постановка и общая схема выбора
оптимальных решений
Принятие оптимальных решений в области механизации имеет
целью обеспечить выполнение народнохозяйственных заданий
по строительству объектов при наиболее полном использовании
крупных машинных парков отрасли. Эффективность такого
подхода состоит в возможности повысить суммарную выработку и
снизить себестоимость работ, как правило, за счет внутренних
резервов, без дополнительных капитальных вложений.
Необходимость в выборе оптимальных решений возникает на
различных стадиях формирования и эксплуатации машинных
парков в разных по масштабам строительства и
территориальному размещению строительных подразделениях и относится к
трем группам перспективных и текущих задач.
364
К первой группе относятся задачи прогнозирования разви-
йя механизации строительства: определение наиболее эффектив-
Tfaix направлений механизации и автоматизации строительного
производства, установление оптимального типажа и типоразмер-
ных рядов машин по частоте значений их основного параметра;
пределение оптимальных сроков службы машин. Прогнозы
механизации служат основой для научно-исследовательских и
опытно-конструкторских работ по наращиванию мощностей и
повышению эффективности строительного производства, оптимальным
пропорциям машиностроения и ремонтной базы.
Решение этих задач заключается в исследовании тенденций
механизации и установлении закономерностей, обобщающих
имеющийся опыт и позволяющих прогнозировать дальнейшее
развитие на 15...20 лет.
Вторую группу составляют задачи формирования машинных
парков строительных организаций: определение оптимальных
составов машинных парков механизированных колонн и трестов;
установление оптимальных соотношений в парке ведущих и
комплектующих машин; выбор и обоснование наиболее
целесообразных форм технической эксплуатации машинных парков;
определение оптимального числа, размещения и специализации
ремонтных предприятий.
Для наиболее эффективного расширенного воспроизводства
парка машин машиностроительная отрасль (строительное и
дорожное машиностроение, тяжелое, энергетическое и
транспортное машиностроение, автомобильная промышленность)
ориентируется на результаты прогнозирования капитального
строительства: перспективы изменения территориального размещения и
структуры производственной программы, конструктивных и
проектных данных объектов и влияния этих изменений на параметры
машин и область их применения; внедрение новой технологии и
организации механизированного производства; тенденции
изменения возрастного состава наличного парка ведущих и
комплектующих машин.
Третью группу составляют задачи, связанные с
выполнением годовой производственной программы механизированных
работ и управлением механизированным производством.
Постановка оперативных задач зависит от специфики
производственной и технической эксплуатации машин в каждом машинном
парке. Для сосредоточенных объектов необходимо установить
оптимальные способы механизации, области эффективного
применения машин, наиболее целесообразные соотношения в
комплектах ведущих машин и машин для вспомогательных и
отделочных работ, разработать оптимальные режимы работы машин.
^ рассредоточенном строительстве возникают задачи
оптимального календарного планирования работы машинных парков
Различных специализированных потоков, оптимального
распределения машин одного назначения по объектам строительства
и Участкам работ.
365
Решение отдельных, даже весьма важных задач является
лишь начальным этапом совершенствования машинных парков.
В ряде случаев изолированное решение задач для отдельных
машинных парков может привести к локальному оптимуму,
когда выбранный вариант наилучшего использования машин
оказывается далеко не оптимальным с позиций отрасли и
народного хозяйства в целом. Важно сочетать требования к
механизации строительства объектов в рамках государственных
заказов и хозрасчетные интересы механизированных колонн и
управлений механизации строительных трестов. Очевидно,
например, что оптимизацию составов парков машин отдельных
организаций следует производить с учетом формально
записанных условий экономически наилучшего распределения машино-
ресурсов отрасли и ограничений по поставкам машин, которые
устанавливаются возможностями производства и потребления
техники.
Характерные особенности описанных выше задач — большой
объем информационного материала, многовариантность решений
и вероятностный характер исходных данных — существенно
снижают эффективность методов, основанных на сравнении
технико-экономических показателей ограниченного числа
вариантов. Поэтому для выбора оптимальных решений в области
механизации используют методику, основанную на
экономико-математическом моделировании.
Общая схема решения задач с применением
экономико-математических методов включает следующие этапы расчетов:
постановка задачи; выбор критерия оптимальности; установление
основных условий и ограничений; подготовка исходных данных;
определение зависимостей между параметрами задачи и
построение математической модели; решение с применением
математических методов и электронно-вычислительных машин; расчет
экономического эффекта.
По данной схеме решают наиболее распространенные в
строительных трестах и подразделениях задачи: распределение
машин по участкам работ и календарное планирование
расстановки машин на рассредоточенных объектах.
23.2. Оптимальное распределение парка машин
по объектам строительства
Постановка задачи, которую предстоит решить на оптимум,
содержит цель планирования, технические, технологические и
организационные условия, при которых поставленная цель
должна быть достигнута. Оптимальное распределение парка машин
рассматривают как задачу следующего содержания. Требуется
найти такой вариант расстановки комплектов машин по
объектам строительства, который обеспечивает выполнение
производственной программы машинного парка при технологических
и организационных условиях и получение наибольшего эффекта-
366
Выбор критерия оптимальности. Для решения поставленной
задачи устанавливают критерий, по которому будут сравниваться
варианты. Критерий оптимальности должен быть выражен
количественно и соответствовать основным направлениям
технического прогресса в строительстве. В качестве критерия может быть
принята суммарная себестоимость механизированных работ,
продолжительность, суммарный объем выполненных работ,
суммарная прибыль за работу машинного парка, суммарная
трудоемкость и др.
В зависимости от постановки задачи оптимальный вариант
должен отличаться от других вариантов экстремальным
значением критерия оптимальности — минимальным суммарным
размером себестоимости работ; минимальной продолжительностью
строительства, максимальной суммарной выработкой или
прибылью и т. д.
Выбор критерия оптимальности определяет результат
решения задачи. Например, минимальная продолжительность работ
выступает в качестве критерия оптимальности в случаях, если
данный вид работы определяет темп возведения объекта, если
определенный объем работ необходимо закончить до сезонных
изменений температуры или весеннего паводка. Однако данный
показатель не может быть критерием при организации работ,
которые не являются ведущими. Этот же критерий не может
быть принят при выборе транспортных средств для перевозки
строительных материалов и конструкций на строительную
площадку, так как сроки поставок определяются графиком
производства основных видов работ.
Основные условия строительного производства и ограничения
по использованию ресурсов. Эти условия описывают область
допустимых вариантов решений задач. Чем больше учтено
технологических и организационных условий и ограничений, тем
полнее и правильнее отражена производственная обстановка.
Однако важно выбрать главные, определяющие величину
критерия оптимальности условия, иначе возникнут такие сложные
задачи, которые не поддаются решению. При распределении
парка машин необходимо учитывать ограничения по срокам
выполнения объемов работ и машино-ресурсам парка, как
наличным, так и планируемым к поступлению в ходе строительства.
При поточной организации строительства определяющим
является темп комплексного потока, объединяющего ряд
специализированных потоков. Поэтому в условиях оптимизационных
задач учитывают не только взаимодействие комплектов в каждом
специализированном потоке, но и взаимосвязи между потоками.
К числу основных условий относят также обеспечение
заданного срока производства строительных работ, необходимость
выполнения наибольшего объема земляных работ до
наступления сезонных изменений температуры воздуха, ограничения по
суммарному размеру затрат, расходу энергии, наличие
комплектующих машин.
367
Подготовка исходных данных. Исходными данными для
расчета критерия оптимальности и определения условий задачи
являются: номенклатура объектов и участков работ в
планируемом периоде; объемы работ на объектах; сроки,
последовательность и территориальные условия производства работ;
данные о типоразмерном и возрастном составе парка машин и
технико-экономические показатели их использования.
В качестве технико-экономических показателей принимают
нормативные или плановые значения себестоимости работ и
эксплуатационной производительности машин. Важно сочетать
анализ их фактических значений в отчетном периоде,
сопоставление с нормативами и определение мероприятий по
повышению производительности и снижению себестоимости. Для этого
при анализе фактических значений показателей составляют
регрессионные уравнения в зависимости от условий эксплуатации
машин, причин потерь рабочего времени и других факторов.
Анализ изменения этих уравнений в различные годы отчетного
периода позволяет установить факторы, определяющие
повышение эффективности производства, наметить соответствующие
организационные мероприятия (например, по устранению потерь
рабочего времени) и обоснованно запланировать
технико-экономические показатели.
Математическая модель задачи. Модель должна объединить
необходимое и достаточное количество формально описанных
характеристик и условий, чтобы адекватно отражать
физическую и экономическую сущность явлений. Чем больше учтено
условий, тем полнее модель отражает особенности
рассматриваемого процесса, тем ближе она к реальности и тем точнее
решение. Однако учет всех факторов в реальных задачах может
включать такие громоздкие и сложные модели, решение которых
существующими методами почти невозможно, поэтому при
составлении математической модели необходимо стремиться к
всемерному ее упрощению, умея выделить главные решающие
факторы.
В соответствии с постановкой задачи записывают целевую
функцию и условия оптимизации плана распределения парка
машин. Если в качестве критерия оптимальности принят
суммарный размер себестоимости или трудоемкости работ, то
целевая функция должна иметь вид суммы соответствующих затрат
на производство работ всеми машинами на всех участках или
объектах.
Суммарная себестоимость строительно-монтажных работ
2 2 СцХц -vmin, где Сц — себестоимость работ за 1 маш-ч рабо-
<" i
ты комплекта машин i-го гипа на у'-м участке, руб.; хц - - число
затраченных машино-часов.
Таким образом, решение задачи сводится к определению
затрат машино-ресурсов хц, при которых достигается минимум
суммарной себестоимости работ.
368
Условия выполнения полного объема работ Vj на каждом
производственном участке записывают в виде уравнения
^ ПцХц = Vh где Пц — производительность комплекта машин
i
1-го типа на у'-м участке в натуральных измерителях.
В левой части записанного равенства — суммарная
выработка машин на у"-м участке, в правой части — объем работ на
у'-м участке, суммарная выработка машин должна обеспечивать
выполнение объема работ на этом участке.
Условия своевременного выполнения механизированных работ
ресурсами данного парка машин записывают в виде
ограничений на затраты времени каждой машиной в планируемом
периоде. Ограничения имеют вид неравенства 2 *ц ^ Ф/-
I
В левой части неравенства записана сумма машино-часов
работы машин i-го типа на производственных участках, в
правой части — фонд рабочего времени машин t-ro типа.
Следовательно, на каких бы производственных участках ни
планировалась работа машин /-го типа, суммарные затраты машино-часов
не должны превышать фонд рабочего времени, которым
располагают эти машины в течение планируемого периода.
Естественно, что затраты машино-часов не могут быть
отрицательными, поэтому можно записать неравенство хц ^ 0.
Записанные условия и целевая функция составят
математическую модель распределительной задачи линейного
программирования. Для ее решения вначале находят допустимый
(исходный) рациональный вариант расстановки машин, который
затем последовательно улучшают до оптимума.
Разработка исходного варианта распределения парка машин.
Исходные данные для решения задачи записывают в виде
расчетной таблицы (табл. 23.1). В ее верхней части указывают
номера объектов или производственных участков (у = 1,...,п)
Таблица 23.1
Матрица исходных Ванных
ill
Порядковый
номер
1
г
т
Участок
1
2
n
Объем работы тыс. м3
V,
Г™ Г
L2I bll
Х21 "я
bmi bm\
v2
*12 "/2
u22 L22
X22 П21
bm2 bml
хлцЛтг
•
v»
xln nin
гец р
b2n b2n
К2п П2п
1
Hi,
I
"f
*l
vm
i
Я69
и объемы работ на каждом объекте. Слева записывают
типоразмеры и число машин; каждая строка соответствует
машинам i-ro типоразмера и нумеруется (i = 1, ..., п). В последней
графе записывают фонды рабочего времени ведущих машин Ф1ш
В каждой iy'-й клетке таблицы записывают: справа вверху —
плановые размеры себестоимости С,-,- механизированных работ на
у'-м участке, отнесенные к единице машиноресурсов i-ro
типоразмера; справа внизу — плановую эксплуатационную
производительность Пц ведущей машины i-ro типа в единицах конечной
продукции на /-участке; слева вверху — удельную
себестоимость Cfj1 в руб на единицу продукции машины i-ro типоразмера
на у'-м участке, слева внизу оставляют место для затрат
машиноресурсов х^, которые определяют в результате решения задач.
Среди всех величин себестоимости Qf находят наименьшую.
В соответствующую iy'-ю клетку таблицы записывают количество
машиноресурсов машин i-ro типа, не превышающее фондов Ф,,
и их потребности для выполнения объема работ на у'-м участке.
Искомое количество машиноресурсов:
хц = min (Ф,-; Vj/Пц).
Если для выполнения объема работ на у'-м участке требуется
затратить количество машиноресурсов i-ro типа машин,
превышающее фонд Ф,, то хц принимают равным Ф, и в дальнейших
расчетах по составлению приближенного плана машины i-ro
типа не рассматривают. Объем работ на у'-м участке принимают
равным Vj — ПцХц.
Если же для выполнения работ на у'-м участке требуются
затраты Хц <с Ф(, то в дальнейших расчетах у"-й участок не
рассматривают, а фонд рабочего времени машин i-ro типа
принимают равным Ф, — хц. Для заполнения следующей позиции
вновь находят наименьшую величину Qf, исключая уже
рассмотренную. Расчеты проводят до тех пор, пока не будет
обеспечено выполнение работ на всех участках.
Заполненная таблица представляет собой рациональный план
распределения фондов рабочего времени машин. По этому плану
возможны остатки рабочего времени (машиноресурсов), которые
записывают в графе «резерв». Распределение парка машин
нужно выполнять с учетом условия, в соответствии с которым
количество комплектующих машин будет обеспечивать наиболее
эффективное использование ведущих машин, для чего при
необходимости составляются заявки на дополнительные фонды.
Если же имеющиеся в парке и планируемые поставки
комплектующих машин не могут обеспечить выполнение заданных
объемов работ, то расчеты по оптимальному распределению
следует произвести вновь и ввести ограничение на фонды
машиноресурсов комплектующих машин.
Если на отдельных участках или объемах срок производства
работ ограничен, то в дополнение к записанной ранее
математической модели записывают неравенство хц ^ йц, где йц —
370
ограничение, определяемое выражением йц = TjtiRi, где Т, —
заданный срок производства работ на у'-м участке, дн; /,• — число
часов работы ведущей машины в день; Ri — число ведущих
машин в комплекте.
Расчет машиноресурсов выполняют по формуле хц =
= min (Ф,-, йц, Vj/Пц).
Позиции таблицы заполняют до тех пор, пока не будет
обеспечено выполнение всех объемов работ. Если окажется, что
фондов рабочего времени машин недостаточно, то задачу решают
по критерию наибольшей выработки машин. При этом в таблице
находят позицию с наибольшей выработкой Пц и в нее
записывают хц, определяемый по формуле.
Пример. Необходимо распределить парк землеройных машин, в составе
которого находятся комплекты ведущих машин четырех типоразмеров (т = 4),
по пяти объектам при наименьшей суммарной себестоимости земляных работ.
Исходные данные для решения задачи приведены в табл. 23.2. На каждом
участке ведущие машины укомплектованы вспомогательными и имеют
производительность Пц. В состав экскаваторного комплекта входят автосамосвалы
и бульдозер, а в состав скреперного комплекта включены два скрепера и
бульдозер. Время производства работ на втором и пятом участках ограничено
20 днями (7*2 = 7Л> = 20). Исходя из этого срока и двухсменной работы
определены максимально возможные затраты машино-часов ведущими машинами
/-го типа на втором и пятом участках. При двухсменной работе одной машины
йц = 320.
Таблица 23.2. Распределение парка машин
/
1
2
3
4
Типоразмер
ведущих
машин
ЭО-5122
(2 шт.)
Э-4321
( 1 шт.)
ЭО-4121
(2 шт.)
ДЗ-1495
(2 шт.)
Объемы работ, тыс. м3
80
2,0
0,67
445
1360
0,69
0
0
0,78
1620
НО
0,53
0
0
37,4
—
56
32,5
—
47
26,5
—
34
19,1
—
36
45
100
80
Дальность возки, км
1,5
0,59
640
640
0,60
0
0
0,65
270
270
0,41
0
0
32,9
640
56
28,1
320
47
22,0
640
34
19,2
640
47
1,0
0,51
915
0
0,50
697
1000
0,52
0
1088
0,31
260
260
28,5
—
56
23,6
—
47
17,6
—
34
19,3
—
62
0,8
0,47
0
0
0,45
0
0
0,49
0
0
0,26
1100
1100
26,2
—
56
21,4
—
47
16,5
—
36
19,3
—
73
90
0,5
0,31
0
0
0,28
303
0
0,29
0
383
0,18
640
640
24,0
640
78
19,2
320
67
15,4
640
53
19,4
640
109
Ф„
маш-ч
2000
1000
2000
2000
Примечание. Цифры в каждой клетке означают: в колонке справа С,-,-, d,t и /7,-,;
в колонке слева — удельные приведенные затраты С,-/1 в расчете на единицу конечной
продукции, затраты машино-часов по приближенному решению задачи хчр" и затраты
машино-часов по оптимальному решению задачи хчт.
Исходное рациональное решение задачи находят методом минимального
элемента. Среди всех значений Сц в табл 4.2 находят минимальный. Он
расположен в клетке (7 = 4, / = 5). На пятом участке планируют работу машин
371
четвертого комплекта х46 = min (Ф4; d45; Уь1Плъ) = min (2000; 640; 90 000/109) =
= 640 маш-ч. Затем уменьшают объем работ на пятом участке и фонды рабочего
времени четвертого комплекта в соответствии с х45 и вновь находят наименьшее
значение С,,, исключая С45- Такая процедура повторяется до тех пор, пока
не будет распределен фонд рабочего времени всех машин. Суммарная
себестоимость работ по исходному варианту расстановки машин составила
173 580 руб., при этом ПО машино-часов третьего экскаваторного комплекта
выведено в резерв, их можно использовать на другом объекте.
Для оптимального решения данную задачу следует рассматривать в
классе линейного программирования. В оптимальном варианте в резерв выведено
149 машино-часов третьего комплекта, а суммарная себестоимость работ
составила 168 000 руб.
23.3. Выбор оптимального распределения парка
монтажных кранов с учетом заданной последовательности
и сроков монтажа зданий
Выбор оптимальных решений при проектировании производства
монтажных работ на строительстве комплекса рассредоточенных
зданий и при застройке района парком монтажных кранов,
имеющихся в наличии в строительной организации,
представляет более сложную задачу. В качестве критерия оптимальности
могут быть приняты: минимальный суммарный размер
приведенных затрат или минимальная суммарная себестоимость
монтажа всех зданий. Основными условиями при выборе способов
монтажа зданий являются заданные сроки окончания монтажных
работ на каждом здании и последовательность монтажа.
С учетом этих условий необходимо распределить наличный парк
монтажных кранов по объектам, определить маршруты
перебазирования и составить график работы кранов на объектах,
обеспечивающий минимальную величину критерия оптимальности.
Эта задача решается в такой последовательности.
1. Исходные материалы. Имеется четыре (пг = 4) типа
монтажных кранов. Этими машинами необходимо произвести
монтаж двенадцати (п = 12) зданий. Заданы последовательность и
сроки окончания монтажных работ на объектах. Эти данные
приведены на схеме (рис. 23.1).
На схеме окончание монтажных работ на каждом объекте
показано в виде кружка, последовательность кружков
определяется плановыми сроками и последовательностью сдачи
объектов. Первые слева кружки — исходные данные, они
соответствуют объектам 1, 3, 6 и 10, на которых краны работают в
начале планируемого периода. Объекты, сооружаемые в последнюю
очередь, показаны в виде завершающих кружков 2, 5, 9 и 12.
2. Постановка задачи. Требуется найти такой вариант
перебазирования кранов и производства ими работ (или маршрутов
работ), который обеспечивает окончание монтажных работ на
объектах в заданные сроки и в установленной
последовательности при минимальной суммарной себестоимости монтажных
работ,
3. Подготовка исходных данных. Все возможные по условиям
372
Очередность сдачи объектов
Рис. 23.1. График маршрутов работы монтажных кранов
своевременного окончания работ и состоянию дорог между
объектами варианты перебазировок и работы машин изображаются
на схеме в виде графика допустимых маршрутов работы ма-
щин, составляемого на планируемый период. Стрелки,
соединяющие все кружки графика, показывают возможные маршруты
работы кранов.
Каждой стрелке приписана величина себестоимости монтажа,
которая определяется по формулам гл. 22 в тыс. руб. на том
объекте, куда направлен маршрут работы крана с предыдущего
объекта. Так, 5, 6ч на стрелке, соединяющей кружки-объекты
3 и 4, равна себестоимости производства работ на объекте 4
с учетом затрат на перебазировку крана 2 с объекта 3. Учет
размера экономии от сокращения продолжительности
монтажных работ производят в ходе решения задачи при
формировании варианта маршрутов путем корректировки величин Со.
4. Математическая модель задачи. Задан график
маршрутов G. Кружки графика нумеруются 1, 2, ..., у,..., п. Требуется
найти такую совокупность стрелок графика G, при которой
достигается минимум 2 Сы,- Возможность работы на объекте у0
только одним краном описывается условием: промежуточное
событие /о может иметь не более чем одну входящую стрелку и
выходящую стрелку, каждый исходный кружок может иметь одну
выходящую стрелку, а завершающий — одну входящую стрелку.
Последовательность перехода машины г'о с объекта на объект
Сражает условие непрерывности работы кранов.
5. Решение задачи. Для решения применяется вычислитель-
Чая схема метода последовательных расчетов. Чтобы не
рассматривать и не сравнивать все маршруты машин и сократить
Размерность задачи, следует проанализировать взаимосвязь
маршрутов. Если при планировании отдается предпочтение некото-
373
рым кранам, маршруты работы которых не пересекаются (нет
общих объектов, на которых они могут работать), то
планирование работы этих машин сводится к поиску кратчайших
(минимальных по себестоимости) путей в графике.
Более общим является случай, когда маршруты работы всех
кранов независимо от типоразмеров учитываются одинаково.
Если же при этом некоторые машины могут работать только на
избранных объектах, образуя отдельную группу, и маршруты
их работы не пересекаются с маршрутами работы других
машин, то размерность задачи можно уменьшить, рассматривая
соответствующие части графика маршрутов отдельно.
График маршрутов работы машин разбивают по времени на
отдельные этапы, границами которых являются сроки сдачи
объектов. В примере число таких этапов N равно трем. На
каждом этапе заканчиваются работы на одном или на нескольких
объектах S. В последний этап расчетов следует включать
монтажные работы на объектах, которые начинаются в планируемом
периоде, а заканчиваются в данном или последующем периоде.
Так, в расчет вводятся работы на объекте 5, а работы на
объектах 1,3,6 м 10 не вводятся, так как они были учтены при
расчете плана предыдущего периода. Разнообразным вариантом
маршрутов машин (К вариантов) на каждом этапе
соответствует столько же вариантов суммарной себестоимости работ на
объектах этапа. В примере на первом этапе таких вариантов два:
по первому варианту кран 3 выполняет работы на объекте 7,
кран 4 работает на объекте //, суммарная себестоимость 5,4 -f-
-+- 8,1 = 13,5 тыс. руб. По второму варианту кран 3 работает
на объекте //, кран 4 — на объекте 7, что дает суммарную
себестоимость 5,6 -+ 8,1 = 13,7 тыс. руб.
В общем случае себестоимость производства монтажных
работ по fe-му (к == 1,2, ..., К) варианту на первом этапе: /к] =
m s
= 22 ^Oij-
На следующем этапе каждому варианту будут
соответствовать новые варианты производства работ и продолжения
маршрутов первого этапа. Суммарная себестоимость по каждому
варианту на втором этапе складывается из себестоимости
монтажных работ на данном этапе и /к на предыдущем этапе.
На последнем этапе N
т s
ficN = /к#~ 1 + 2 2 Coij-
i=l/=1
Таким образом, рассчитаны варианты суммарной
себестоимости монтажа на всех объектах. Среди них выбирается
наименьшая величина /к«, которая соответствует оптимальному ре"
шению задачи. Расчеты удобно производить в табличном виДе
(табл. 23.3).
374
Таблица 23.3. Сравнение маршрутов работы кранов
Этап I
Себестои-
ость работ
тыс руб.
ik,
13,5
13,7
Этап II
Себестоимость работ,
тыс. руб.
|5,642 + 6,48з
1б/2 + 5/3
5,642 + 6,683
/*,
25.5
25,3
25,9
Этап III
Себестоимость работ,
тыс. руб.
|Ц + 7,0^ + 5,432 + 6,9^
l6,99 + 5.82 + 7,65 + 7,2J2
J6,62 + 5,422 + 6,95 + 6i99
J 6^ + 74 + 5,6| + 7,2f
6,99 + 5,82 + 7.65 + 7i65
/*,
51,4
53,0
51,1
52,3
53,2
В таблице производят поэтапное суммирование
себестоимости по всем вариантам. В колонках «себестоимость работ» и /*,
записаны соответственно составляющие суммарного размера и
суммарная себестоимость по двум возможным вариантам
маршрутов работы кранов 3 и 4. Маршруты работы по первому
варианту I этапа с fk, = 13,5 тыс. руб. имеют на II этапе два
возможных продолжения:
1) кран 2 работает на 4-м объекте, кран 3 — на 8-м;
2) кран 2 работает на 8-м объекте, кран 3 — на 4-м объекте
(работа кранов 1 и 4 планируется на объектах третьего этапа).
Второй вариант первого этапа имеет одно возможное
продолжение маршрута. В колонке «себестоимость работ» II этапа по
этим трем вариантам записана себестоимость производства работ
кранами на объектах, входящих в этап Ц, а в колонке fk,
записана сумма значений себестоимости работ на этапе II и fkl
этапа I.
Себестоимость монтажа по оптимальному варианту
составляет 51,1 тыс. руб. Направляясь от этой величины по строкам
таблицы в направлении от третьего этапа к первому, находят
оптимальные маршруты каждого крана: кран / выполняет
работы на объектах / и 2; кран 2 — на объектах 3, 8 и 12; кран 3 —
на объектах 7, 4 и 5; кран 4 — на объектах 11 и 9.
При анализе вариантов на всех этапах начиная с первого
следует отбраковывать неоптимальные. Порядок отбраковки
следующий. Находим суммарную себестоимость механизированных
Работ Сэт на последнем этапе по одному из вариантов, который
примем за эталонный. Рассмотрим другой вариант расстановки
Машин на первом этапе графика маршрутов. К себестоимости
Работ С на всех объектах первого этапа по этому варианту
375
прибавим наименее возможную себестоимость работ на всех
объектах остальных этапов без учета маршрутов перебазировки
машин, т. е. нижний предел себестоимости С„. С„ является
постоянной, для ее определения нужно на графике маршрутов для
каждого объекта найти наименьшую себестоимость работ и
составить сумму этих значений. Если сумма С + С„ ^ Сэт, то
сравниваемый второй вариант рассматривать не следует.
Глава 24
МАШИННЫЕ ПАРКИ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
24.1. Типоразмерный состав и возрастная структура
машинного парка
Типоразмерный состав машинного парка определяется
количеством машин каждой типоразмернои группы, сформированной
по величине главного параметра машин. Возрастная структура
определяется наличием машин в возрасте 1, 2, 3 и т. д. лет и
удельным весом машин, возраст которых превышает срок
службы, заложенный в основу норм амортизационных отчислений.
Непрерывное изменение производственной программы парков и
старение машин приводят к необходимости систематического
обновления типоразмерного состава и возрастной структуры.
Задержка этого процесса ведет к появлению диспропорции —
простои отдельных типоразмеров машин увеличиваются из-за
отсутствия потребности в них и в то же время имеет место
дефицит мощных машин, предназначенных для выполнения работ
в условиях северных районов, пустынь и болот, а также в
стесненных условиях строительства и реконструкции. Недостаточные
темпы обновления приводят к увеличению числа машин с
истекшим сроком службы.
Наличие значительного количества изношенной техники
приводит не только к уменьшению выработки и росту приведенных
затрат на механизацию работ. В связи с тем что в капитальном
строительстве условия эксплуатации машин непрерывно
меняются соответственно внедрению комплексных программ освоения
новых экономических районов, структура парка машин и
автомобилей должна также меняться как в новых районах, так и
в целом по отрасли. Одновременно в отрасли происходит
изменение инфраструктуры механизированного производства: ре-
монтно-механической базы, органов снабжения запчастями,
проектно-конструкторских бюро и заводов по созданию и
выпуску новой специализированной техники. Продолжение
эксплуатации изношенных машин препятствует осуществлению этих
изменений и постоянному «приспособлению» парка к новым
условиям работы, сдерживает развитие его потенциальных
возможностей по наращиванию 'производственной мощности и
повышению эффективности работы.
Существуют две формы морального износа машин и пути
376
цх преодоления. Первая форма состоит в том, что в связи с
техническим прогрессом заводов-изготовителей уменьшаются
затраты на выпускаемые машины и, как следствие, снижаются цены
на машины и себестоимость их продукции. Вторая форма
заключается в том, что старая техника может быть заменена
новой, более совершенной, обеспечивающей снижение
себестоимости продукции машин. Это — экономическое обоснование
износа отдельных машин. Для отражения производственных
возможностей всего парка используют понятие морального
износа парка машин. Износ заключается в том, что существующая
структура парка может быть улучшена за счет внедрения новой
техники, обеспечивающей новые формы механизированного
производства работ (формирование систем и комплектов
машин) , придающей ему принципиально новые технологические
возможности. Трудность преодоления морального износа парка
машин заключается в «мнимой» механовооруженности
строительных организаций, а также в том, что морально изношенные
машины эксплуатируются менее интенсивно зачастую из-за
отсутствия потребности в них, в связи с чем они не
вырабатывают свой ресурс за нормативный срок службы и по
техническому состоянию продолжают находиться в составе парка.
Таким образом, совершенствование парка машин состоит в
комплексном решении двух взаимосвязанных проблем: замены
физически и морально изношенной техники путем ускорения
темпов ее списания; усовершенствования типоразмерного
состава парка машин.
Экономический эффект улучшения возрастной структуры
парка заключается в устранении ущерба строительной организации
от использования изношенной техники, который состоит в
увеличении суммарного размера приведенных затрат на
производство работ и включает три фактора: уменьшение годовой
выработки изношенной машины (в единицах конечной
продукции) за счет снижения среднечасовой производительности и
годового фонда рабочего времени; увеличение затрат на
эксплуатацию машин в основном за счет повышенных расходов на ТО
и все виды ремонтов; увеличение годового размера капитальных
вложений в парк машин и ремонтную базу.
Ущерб определяется путем сравнения эффективности новых
и изношенных машин по разности приведенных затрат на
выполнение одинакового объема работ. В качестве «новых» машин
в расчетах принимают машины со сроком службы, не
превышающим нормативный, а в качестве «изношенных» машин —
машины со сроком службы, превышающим нормативный срок.
Анализ изменения годовой выработки строительных машин в
единицах конечной продукции (тыс. м3, тыс. т на единицу
мощности и др.) показал, что наибольшее снижение
производительности имеет место у изношенных экскаваторов с ковшом
вместимостью 0,5...0,65 м3 и бульдозеров на базе тракторов класса
тяги 60... 100 кН. Для оценки этого снижения определим коэф-
377
фициент Ки отношения годовой выработки среднесписочной
изношенной (Яс) машины и новой (Я„) машины Кп = Пс/Пн-
Коэффициент Кп отражает влияние возраста и условий
эксплуатации машин на выработку и колеблется в пределах от
0,75 до 0,85.
Наибольшее снижение выработки при «старении» машин
(как по абсолютной величине, так и по темпам изменения в
зависимости от возраста) имеет место в специализированных
трестах механизации земляных работ. Например, для экскаваторов
в тресте «Средазстроймеханизация» Кп = 0,82, а в среднем по
общестроительным трестам того же региона Кп = 0,86; для
бульдозеров значения Кп составляют соответственно 0,57 и 0,64.
Старение машин приводит и к уменьшению годового фонда
рабочего времени в среднем на 10...15 %. Основными
причинами этого являются уменьшение межремонтных циклов и
периодов и увеличение числа аварийных ремонтов.
Влияние возраста машин на изменение затрат на
эксплуатацию определяется на основе данных первичного учета колонн
и строительно-монтажных поездов трестов по статьям: затраты
на ТО и текущие ремонты, зарплату, затраты на ГСМ и
сменную оснастку, затраты на капитальные ремонты. Анализ
показал, что годовые затраты на эксплуатацию среднесписочной
изношенной машины превышают аналогичные затраты по
машинам, срок службы которых равен половине
амортизационного, т. е. возрасту, который заложен в основу сметных норм и
расценок. Основная причина такого увеличения
эксплуатационных затрат — рост расходов на капитальные и текущие
ремонты изношенных машин из-за уменьшения межремонтных
циклов и периодов и увеличения стоимости ремонтов.
Межремонтные циклы экскаваторов и бульдозеров, имеющих средний
возраст 12...14 лет, примерно в 1,5 раза меньше, чем у машин со
сроком службы, равным половине нормативного (при работе в
одинаковых условиях).
Совместное влияние основных последствий «старения»
машин — уменьшение годовой выработки и роста затрат на
эксплуатацию изношенных машин — приводит к увеличению
себестоимости механизированных работ, иначе говоря, к ухудшению
показателей работы трестов. Ущерб от эксплуатации изношенной
машины по сравнению с новой (тыс. руб /год на одну машину*
определяется разницей в себестоимости продукции изношенных
и новых машин в расчете на одинаковый годовой объем работ,
выполняемый изношенной машиной, т. е. У = (Сс/Пс —
— СН/ЯН)ЯС, где Сс, С„ — соответственно затраты на
эксплуатацию с учетом накладных расходов по изношенной и новой
машинам, тыс. руб/год; Яс, Я„ — соответственно годовая
выработка изношенной и новой машин.
Если ввести обозначения коэффициентов Кп = Пс/Пн и Кс =
= Сс/С„, то формула примет вид У = (Кс — Кп)Сн.
В этой формуле проявляется экономический смысл ущерба,
378
получаемого строительными организациями от использования
устаревшей техники: чем больше затраты на эксплуатацию у
изношенной машины и чем меньше ее производительность по
сравнению с машиной, возраст которой заложен в нормах, тем
больший ущерб имеют организации.
Пример расчета. В парке, который содержит 96 экскаваторов
с ковшом вместимостью 0,5...0,65 м3, 38 машин имеют истекший
срок службы. Средний возраст всего парка 8 лет, а изношенных
экскаваторов — 14 лет. Фактическая годовая выработка (тыс. м3
на 1 м3 вместимости ковша) экскаваторов со сроком службы
меньше нормативного в среднем равна 153 тыс. м , а у
изношенных экскаваторов 127 тыс. м3. Годовые затраты на эксплуатацию
по этим группам машин составляют 15,7 тыс. и 16,9 тыс. руб.
При этих данных коэффициенты Кп = 0,83; Кс = 1,07, а ущерб
от увеличения затрат на эксплуатацию одного экскаватора
у = (1,07 — 0,83) 15,7 = 3,77 тыс. руб. в год.
Уменьшение годовой выработки изношенных машин приводит
также к необходимости содержать на балансе дополнительное
количество машин, обеспечивающих выполнение годовых
объемов работ и заданного уровня механизации и, таким образом,
компенсирующих снижение выработки.
В нашем примере 39 % из 96 экскаваторов имеют истекший
срок службы. Коэффициент уменьшения их годовой выработки
по сравнению с машинами, срок службы которых меньше
нормативного, составил 0,83. Следовательно, для компенсации
снижения выработки машин необходимо содержать дополнительно
96X0,39(1 — 0,83) = 6 экскаваторов.
Размер дополнительных капитальных вложений: Ка =
= ЕИ Щс/Пс — Ян/Я„) Яс, где Яс Ян — соответственно инвентар-
но-расчетная стоимость изношенной машины за вычетом
ликвидной стоимости и новой машины.
Если ввести обозначения коэффициентов Кп и /(цен = Яс/Ян,
то формула примет вид Ка = Ек(Ка — Кп)Кн- В этой формуле
раскрывается экономический смысл ущерба из-за содержания
изношенных машин: размер дополнительных капитальных
вложений непосредственно зависит от соотношения выработки
изношенных и новых машин.
Инвентарно-расчетная стоимость изношенного экскаватора с
ковшом вместимостью 0,65 м3 составляет 14 1.79 руб., а нового
экскаватора — 15 520 руб. Следовательно, Кцец = 0,92, а размер
Дополнительных капитальных вложений в парк равен Ка =
= 0,15(0,92 —0,83)Х 15,52 = 0,21 тыс. руб. в год.
Таким образом, эффективность замены одного изношенного
Экскаватора состоит в устранении суммарного ущерба Ус =
= У + Ка = 3,77 + 0,21 = 3,98 тыс. руб. в год.
Годовой эффект от обновления всего парка 5 = 38X3,98 =
^ 151 тыс. руб.
Отметим, что при значительном увеличении цен на новые
^аШины Ка может быть отрицательным, но ущерб от увеличения
379
затрат на эксплуатацию и снижения выработки машин в 8... 10 раз
больше дополнительных капитальных вложений. Таким образом
использование устаревшей техники в основном отражается на
себестоимости механизированных работ.
Задача обновления парка состоит в том, чтобы обеспечить
выполнение годовых объемов работ Vj на всех участках за
плановый период Tv или период работы специализированного
потока в соответствии с проектом организации строительства
при минимальном суммарном размере приведенных затрат за
этот период.
Распределение фондов машиноресурсов Ф, из состава
наличного парка (в том числе изношенных с учетом списания)
по участкам — задача многовариантная. Для распределения
можно применить метод минимального элемента. Рассматривают
последовательно все позиции таблицы с минимальной величиной
Зц и в каждую позицию записывают такое количество
машиноресурсов хц, которое необходимо для выполнения объема Vj на
участке и вместе с тем не превышает наличных фондов
машиноресурсов Ф,-, т. е. xij= min (Vi/fJij, Ф,-).
В связи с тем что изношенные машины имеют большие
приведенные затраты, в первую очередь следует распределять по
участкам машины в возрасте до Тн.
После распределения наличного парка на отдельных
участках останутся невыполненные объемы работ Vj, которые должны
быть освоены новыми машинами.
Потребность в новых основных машинах:
М- = [ V, - Z (ЭД + №А)\ Кп/ЩФп.
где Крт, — коэффициент равномерности поставок (при
равномерных в течение года поставках равен 2); Ф;г — годовой фонд
машиноресурсов новых машин i-ro типа.
Изложенный метод является приближенным и дает ошибку до
~ 10 % суммарных приведенных затрат по сравнению с точным
методом математического программирования. Для точного
решения построим математическую модель задачи, которая содержит
уравнения и неравенства, соответствующие условиям
обновления машинного парка, и целевую функцию Z — минимальный
суммарный размер приведенных затрат:
Z = 2j (3nXist -f- 3ijXijt -\- 3ijXijt)a.t
isi
Условие выполнения полных объемов работ Vj на участках
в каждом году расчетного периода строительства 7"р имеет вид
2 (m^ + m-At + ад.) = у^
Условие полного использования наличного парка основных и
комплектующих машин с учетом планового списания в t-м году
изношенных машин имеет вид
380
2 № + $п) < Ф?1 + Ф«; 2 Wit + tijt)RKij < Фк|.
Заявочную потребность Ф", Фк в новых машинах определяют
в модели задачи с помощью уравнений
п
2 tin < Ф1й 2 R*iixtjt = Ф^.
Все переменные задачи по технико-экономическому смыслу —
величины не отрицательные, т. е. хщ ^ 0.
В модели приняты следующие обозначения: m — число типо-
размерных групп взаимозаменяемых основных машин; шк —
то же, комплектующих машин; t — год планового периода;
п — число разновидностей объектов-представителей; V:t — объем
работ на объектах у-й размерности в t-м году; Пщ — плановая
выработка машин i-и типоразмерной группы на объектах у-й
разновидности в единицах продукции на единицу главного
параметра (индексы: н — для новых машин; и — для машин с
истекшим сроком службы; п—для поставки); Зщ — приведенные
затраты на производство продукции машинами i-й группы на
объектах у-й разновидности, тыс. руб. на единицу главного
параметра в год; xHj, tij, x"ij — распределение машиноресурсов
соответственно поставок новых машин, машин в возрасте, не
превышающем нормативный срок службы, и изношенных машин в
единицах машинного времени; RKi — затраты машиноресурсов
комплектующих машин на единицу ведущих машин.
Модель задачи относится к классу блочно-линейного
программирования и может быть решена симплекс-методом. В
результате решения определяется x4jt — заявочная потребность в
новой технике для каждого объекта машинного парка треста.
Оптимальный вариант обеспечивает выполнение заданных по
годам объемов строительства объекта с минимальными
приведенными затратами. В расчетах обновления машинного парка
необходимо учитывать экономически обоснованный резерв.
Резервирование машиноресурсов имеет целью определить
такой состав машинного парка, который обеспечит
своевременный ввод сданных объектов и выполнение годовой
производственной программы парка в целом с определенной
надежностью. В модели формирования новых парков основным
варьирующим параметром является фонд машиноресурсов Ф в
машино-часах работы машин в плановом периоде.
В связи с этим заданные объемы работ будут выполнены
своевременно с определенной вероятностью, величина которой
колеблется между верхним и нижним уровнем и зависит от
возможных изменений в ходе работ значений исходных данных,
принятых на стадии составления плана постоянными. При этом
Расчет потребности в машинах по средним значениям фондов
Рабочего времени может привести к необходимости существен-
381
ной переработки планов работы парков в ходе их
осуществления. Например, фактические фонды рабочего времени машин
могут оказаться больше или меньше их запланированных
средних значений. В первом случае будут нарушены сроки
окончания работ на объектах, а во втором случае машины
освободятся раньше планового срока. При этом возможны простои
из-за отсутствия фронта работ.
Вероятная ошибка при определении потребности в машинах
будет тем больше, чем меньше вероятность принятого в
исходных данных среднего значения фонда машиноресурсов каждой
типоразмерной группы и чем больше его дисперсия.
Если считать компоненты вектора Ф, случайными
величинами, то модель задачи должна рассматриваться в классе задач
стохастического программирования, методы решения которых
отличаются сложной вычислительной процедурой.
Для практических расчетов можно воспользоваться тем
фактом, что статистическое распределение годовых фондов
машиноресурсов в парке машин согласуется с нормальным законом, и
поставить задачу следующим образом. Требуется определить
потребность в машинах для обновления и увеличения мощности
механизированных колонн, которые обеспечат вместе с наличным
составом парка своевременное выполнение заданных объемов
работ с заданным уровнем доверительной вероятности.
В соответствии с точностью подготовки данных на стадии
пятилетнего планирования уровень доверительной вероятности
можно принять Р = 0,85...0,90.
Введем в условие полного использования наличных фондов
машиноресурсов вектор Ф, с величинами Ф, — а,, что
соответствует вероятности их превышения, равной 0,9. Условие будет
иметь вид
2 хц = Ф, — or, i = 1,..., тс,
где trie — совокупность типоразмерных групп существующего
парка.
Критерием оптимальности этой задачи является суммарный
размер приведенных затрат: ЗХ->-т\п. Учитывая также условие
неотрицательности переменных xif, получим модель задачи
линейного программирования, которая решается с помощью
симплекс-метода на двух этапах: при определении заявочной
потребности Ф,„3 и при ее распределении. Потребное количество новых
машин
N = (Ф,нз/Ф,-;Жрп,
где ф„з — годовой фонд машиноресурсов новых заявочных
машин; Фц — годовой фонд машиноресурсов одной машины;
/<рП — коэффициент равномерности поставок машин.
Характерно, что в оптимальном решении задачи для
выполнения работ с заданным уровнем вероятности потребуется
больше новых машин, чем при расчетах по средним детерминирован-
382
нЫм значениям фондов Ф. Чем выше заданный уровень вероят-
н0сти сдачи объектов, тем больше потребуется машиноресурсов
дЛя обеспечения этого уровня. Наличие резерва делает план
гибким, позволяет эффективно управлять ходом работ. Вместе
с тем обеспечение надежности приводит к увеличению приведен-
Hbix затрат за счет дополнительных капиталовложений в
средства механизации.
Сформированный резерв машиноресурсов используется в
работе парка машин для повышения надежности своевременной
сдачи объектов.
24.2. Экономически целесообраные сроки замены
и модернизации машин
Замена, модернизация и капитальный ремонт строительных
машин — основные формы обновления машинных парков,
воспроизводства основных фондов. На современном этапе их
важнейшей функцией является систематическое техническое
перевооружение строительного производства, устранение морального
износа машин.
Замена физически и морально изношенной техники
производится путем ее списания и поставок новых машин. Особенностью
обновления парка машин и автомобилей в капитальном
строительстве является наличие устаревшей техники с истекшим
сроком службы, превышающим нормативный амортизационный
период. Замена этих машин — длительный процесс, который
зависит от возможностей развития машиностроительных
предприятий и улучшения использования существующего парка.
Систематическая модернизация машинного парка должна
дополнить процесс обновления, поддерживать его постоянное
соответствие требованиям современного строительного
производства. С этой целью в ходе агрегатно-узлового ремонта
проводится замена изношенных и установка новых агрегатов
(двигателя, рабочих органов и др.) с улучшенными
эксплуатационными характеристиками. Модернизация отвечает не только
технико-экономическим задачам, например экономии топлива,
увеличению моторесурса, но и требованиям эргономики, охраны
окружающей среды. Более того, модернизировать машину
необходимо заблаговременно, используя новейшие достижения
научно-технического прогресса.
Модернизация продукции непрерывно проводится
машиностроительными предприятиями; она состоит в
совершенствовании, логическом продолжении идей ученых и конструкторов,
позволяет обогатить сферу применения машин. В этом плане следует
отметить широкую гамму рабочего оборудования землеройных
машин, разработанную в процессе их модернизации. Вместе
с тем модернизация как проявление эволюции воспроизводства
Машин должна сочетаться с принципиально новыми техниче-
383
скими решениями и новыми поколениями машин, в корне
улучшающими технологию.
Наличие различных форм воспроизводства машинных парков
отрасли приводит к необходимости сопоставить их
эффективность с целью рационального планирования капитальных
вложений и материально-технического снабжения для развития и
реконструкции машиностроительных предприятий и ремонтно-меха-
нических заводов.
Эффективность и методы проведения модернизации зависят
от ее содержания и назначения. Различают две разновидности
модернизации: частичную, обеспечивающую улучшение
эксплуатационных показателей или же включение дополнительного
сменного оборудования, повышающего универсальность машины;
полную, состоящую в техническом совершенствовании
конструкции базовой машины и расширении области ее применения.
Годовой экономический эффект от частичной модернизации
отдельных машин, производимой силами мастерских управлений
или трестов механизации, определится улучшением хозрасчетных
показателей подразделений трестов. Эффект полной
модернизации машины определен за срок ее службы:
t
где 3f, Зум — соответственно приведенные удельные затраты на
производство единицы конечной продукции с применением
эталонной машины или технологии до модернизации и
модернизированной машины в t-м году; а< — коэффициент приведения
экономического эффекта в текущем году к эффекту в первом
году эксплуатации техники после модернизации: а( = 1/(1 -\- Е)'\
Э„ — эффект сокращения продолжительности строительства за
счет применения модернизированной машины, руб.
Размер капитальных вложений в эталонную и
модернизированную машину, входящих в состав приведенных удельных
затрат, определяют с учетом приведения их по времени к периоду
модернизации. Если срок службы модернизированной машины
по сравнению с эталонной возрос, то приведенные затраты по
эталонной машине следует увеличить введением коэффициента
перехода к одной длительности использования машин.
Если модернизация серийно выпускаемых машин
производится систематически, то возникает задача определения такого
периода их эксплуатации, после которого экономически
целесообразен переход на новую модель машины, иначе говоря,
задача определения срока службы с учетом их систематической
модернизации.
Сроки службы строительных машин являются важнейшими
характеристиками, позволяющими регулировать темпы
обновления машинных парков, образовывать фонд реновации. Они
должны обеспечивать своевременное техническое
перевооружение строительства при минимальном суммарном размере при-
384
веденных затрат, связанных с выпуском, использованием и
технической эксплуатацией новой техники за срок ее службы.
Расчеты экономически целесообразных сроков службы
строительных машин основаны на сопоставлении изменения двух групп
показателей, которые по-разному зависят от увеличения
продолжительности эксплуатации: удельные капитальные вложения
для приобретения и эксплуатации машины уменьшаются, а
затраты на эксплуатацию растут Снижается и производительность
машин.
Кроме последствий физического износа машины на
необходимость ее замены влияют факторы морального износа,
уменьшается себестоимость производства машин, их новые модели
имеют лучшие технико-экономические показатели. Функция
удельных приведенных затрат, показывающая изменение
указанных показателей от продолжительности эксплуатации, имеет
минимальное значение, которое и определяет экономически
целесообразный срок службы машины.
Такие сроки службы заложены в нормы амортизационных
отчислений, их разработка была основана на анализе
показателей эксплуатации машин в средних условиях. Эти же нормы
использованы для разработки сметных норм, где учтено
применение машин в возрасте, равном половине амортизационного
периода. Такие усредненные в целом по народному хозяйству
расчеты конкретизируют в отраслях.
Сроки службы строительных машин в конкретных условиях
машинных парков трестов отклоняются от средних значений
в зависимости от интенсивности и условий эксплуатации,
организации ремонта, структуры управления парками и других
причин (иногда случайного происхождения), которые отражают
специфику работы каждого треста. Некоторые параметры,
принятые в момент расчетов постоянными, со временем дискретно
изменяются. К таким параметрам относятся цена, технология
ремонта и модернизации и, как следствие, их трудоемкость
и себестоимость. Поэтому в отрасли сроки службы машин
определяются с целью выработки требований к машиностроению,
а также для планирования обновления парков машин трестов.
При этом в период технического перевооружения парков,
имеющих значительное число машин с истекшим сроком службы,
устанавливают переходные сроки, позволяющие к концу периода
нормализовать возрастную структуру парка.
Метод определения сроков службы машин состоит в
построении вычислительной процедуры динамического
программирования и модели-сетки на перспективный период с поэтапным
изменением годовых эксплуатационных расходов и капитальных
вложений.
Такой расчет выполняют за период примерно 15 лет. Чтобы
Учесть изменение условий эксплуатации машин в этом периоде,
выделим расчетные этапы, равные году (можно и ремонтному
Циклу или определенному числу машино-часов), внутри которых
'3-721
385
изменение показателей эксплуатации можно принять
постоянным. Дискретное разделение периода эксплуатации на этапы
позволяет учитывать перебазирование парков в новые районы,
новую информацию о ценах, технологии и т. п. После окончания
каждого этапа возраст машины увеличивается на год и могут
быть приняты три различных варианта решения относительно
дальнейшей эксплуатации машины:
1. Дальнейшая эксплуатация машины, которая будет
сопровождаться затратами 3{t -\- 1, Т); здесь приняты обозначения:
t — этапы расчетного периода; Т — возраст машины. Таким
образом, состояние (t -\- 1, Т) означает, что машина находится
в начале t -(- 1-го этапа и в возрасте Т лет.
2. Замена машины и эксплуатация в течение года новой
машины. Этому варианту будут соответствовать затраты на
замену и на эксплуатацию новой машины: K3(t, 1) т 3(t, 1).
3. Капитальный ремонт и модернизация машины, которая
позволит снизить эксплуатационные затраты и, таким образом,
«омолодить» машину с возраста Т лет до возраста (Т— k) лет.
По этому варианту будут иметь место затраты на ремонт и
модернизацию K^{t, T) и уменьшенные затраты на эксплуатацию
9(t, T — k).
Важно отметить, что выбор решения на очередном этапе
принимают в зависимости от сводного критерия — суммарных
приведенных затрат за весь расчетный период. Для этого к
затратам по каждому варианту эксплуатации, замены или
модернизации машины на этапе добавляют приведенные затраты,
просуммированные на этапах от (t -\- 1)-го до последнего.
Сравнение всех вариантов — задача многовариантная и
динамическая. Для ее решения рекомендуется применить
вычислительную схему динамического программирования, которая
состоит в следующем: а) варианты эксплуатации и замены машины
анализируют на всех расчетных этапах, начиная от последнего,
в направлении к началу планового периода; б) на каждом этапе
выбирают такой вариант эксплуатации или замены машины,
который на всех последующих этапах до конца планового
периода tv обеспечивал бы минимальный суммарный размер
приведенных затрат.
24.3. Эффективность обновления машинных парков
Особенностью современного этапа технического перевооружения
строительного производства является формирование крупных
машинных парков, широкое внедрение новой
высокопроизводительной техники, планомерное повышение единичной мощности,
надежности и универсальности машин. Улучшаются
потребительские свойства новой техники, ее параметры все более полно
соответствуют характеристикам объектов производственной
программы. В этих условиях особую актуальность приобретают
задачи экономического обоснования сроков службы машин, струк-
386
туры машинных парков, определения и обеспечения
эффективности их использования. Их решают на различных стадиях
планирования и уровнях управления, как в строительстве, так и в
машиностроении.
При обосновании параметрических рядов, структуры выпуска,
оценки эффективности новой техники и решении ряда других
вопросов развития механизации используют методику расчета
экономического эффекта по различным вариантам новых и
базисных технических решений. Эффективность развития и
применения машинных парков строительных трестов определяется
не только приведенными затратами, но и обеспечением
заданного срока строительства, снижением трудоемкости, новыми
эксплуатационными качествами (эргономическими показателями,
надежностью, мобильностью), а в целом — соответствием
параметров парков машин техническим, технологическим и
организационным условиям их эксплуатации. Здесь важно учесть весь
комплекс требований, относящихся к строительству сложных
объектов в новых малоосвоенных районах со сложными
природными условиями (рис. 24.1).
Методика определения экономической эффективности новой
техники и оценки технического уровня и качества продукции
предусматривает сравнение параметров новой техники с
параметрами аналогов из числа лучших современных отечественных
и зарубежных образцов установившегося производства того же
вида, что и сравниваемая техника, имеющих сходство
конструктивного исполнения, одинаковый принцип действия, общность
функционального назначения и условий применения. Появление
новой сложной техники с дополнительным функциональным
назначением приводит к тому, что сравниваемые образцы не
полностью взаимозаменяемы. В этом случае при выборе аналога
увеличивается роль субъективного фактора, что может привести
к сознательному завышению или занижению эффективности
новой техники.
В отличие от станочного парка промышленности парк
взаимозаменяемых машин одного функционального назначения на
строительстве еще больше разнообразен, причем это
разнообразие — динамичное, так как программа работ меняется во
времени. В этой связи речь идет не о замене одного способа
механизации с участием базовой машины-аналога на другой способ
с участием новой машины, а о придании парку новых
технологических свойств, позволяющих ему более эффективно
выполнять всю производственную программу и более гибко
приспосабливаться к ее изменениям.
Эффективность новой техники при включении ее в парк
машин оценивают методом оптимального распределения наличных
Машин и новых образцов по всем объектам производственной
программы с помощью балансовой матрицы (см. табл. 24.1),
графы которой соответствуют объектам-представителям
производственной программы каждого года планового периода, а стро-
13*
387
иного парка
!
1
1
'
Требования к машиностроению
1
!
\
Определение сроков i
параметрических ряд
i
<
Создание системы машин
Обновление типоразмерного состава
модернизация машин
Увеличение единичной мощности и
энерговооруженности
Повышение надежности
Совершенствование привода и системы
управления
Совершенствование радочих органов и
ходового оборудования
'ичности машинного \
чой структуры
7 структуры
базы
Повышение техноло,
парка
Формирование модулы
Улучшение возрастное
Развитие ремонтной
1
1
Улучшение эксплуатационных свойств
Создание многоцелевых машин
Автоматизация робототехника
Унификация
Повышение ремонтопригодности
Ресурсосберегающие агрегаты и узлы
Улучшение эргономических свойств
ьзование машина-
Оптимальное испол
ресурсов
'
<
Интенсификация работы
Использование новых физических
Эффектов
Создание адаптирующихся рабочих органов
а.
к
S
о.
о
•е-
т
Таблица 24.1. Расчет потребности в машинах
Парк машин
Ведущие машины
комплектов
Первый год расчетного
периода Тр
Участки-
представители
Карьерные
работы,
тыс. м3
Отсыпка
насыпи из
резерва,
тыс. м3
Фонд,
маш-ч
Последний год
из расчетного периода Гр
Участки-
представители
Карьерные
работы,
тыс.м3
Отсыпка
насы-
пн из
резерва,
тыс. mj
Фонд,
маш-ч
1-1
т+\
т -\-
Распределение наличного парка машин
Экскаваторы
(0,65... 1 м3)
То же с
истекшим сроком
службы
Бульдозеры на
тракторе (100 кН)
То же, с
истекшим сроком
службы
з„
Пи
З21
/72,
Зт — п
/7т —11
Зт1
Пт1
3\п
Пы
32п
/72„
Зт—\п
Пт—\п
Jmn
i'tnn
Ф,
Ф2
Фт-1
Фга
3,,
Пи
Зг1
Я21
Зт — и
*'т—п
Зт1
/7га,
3\п
я,„
Згп
/72„
Jm—In
Пт—\п
Jmn
'itnn
Расчет заявок и поставок новых машин
Экскаваторы
(1,6 м3)
Бульдозеры на
тракторе
(350 кН)
Зт+П
/7т+11
Зтн1
'' шъп
•Зт-\-1п
Пт-\-1п
•3ШцП
Фз
ф„
Фз
Фп
Зт+1 1
"т+11
Зтн1
ПтЛ1
Jm+ln
/7т + 1/г
Зтн«
11 тИп
ф,
ф2
Фа-
Ф,г
Ф>
|Фп
Фз
Фп
ки — типоразмерным группам машин наличного парка и новой
техники. Каждой типоразмернои группе наличного парка машин
следует выделить в матрице две строки: одну — для машин со
сроком меньше нормативного, другую — для машин с истекшим
сроком службы. Это позволяет конкретизировать поставленную
задачу и определить, какова эффективность новых машин по
сравнению с заменяемой изношенной техникой.
Матрицу заполняют путем разработки оптимального плана
распределения фондов машин по объектам методом блочно-ли-
нейного программирования. Расчеты в балансовой матрице
целесообразно выполнять в два этапа: на первом найти
оптимальный план распределения по объектам производственной
программы фондов наличного парка и поставляемых в плановом
периоде новых машин тех же моделей, на втором — включить
в строки матрицы новые типоразмеры машин и вновь найти
оптимальный план.
389
В результате эффективность внедрения новой техники в дей_
ствующий парк определится автоматически — в оптимальны^
план попадут те наличные и новые машины, которые обеспечат
минимум критерия оптимальности, а сравнение величин
критериев по двум этапам позволит количественно определить
величину эффективности в плановом периоде. При этом
неэффективная техника (новая, выпускаемая или наличная) окажется
в «резерве», т. е. ее удельные приведенные затраты будут
замыкающими в оптимальном плане. Вопрос о том, имеет новая
техника взаимозаменяемый базовый аналог или нет, теряет свое
значение.
Новые модели машин, как правило, позволяют внедрить
новую технологию, выполнить новые разновидности работ. В этом
случае в расчетах эффективности нужно учесть потенциальные
затраты, которые имели бы место при выполнении новых работ
с применением наличной техники. Для этого в балансовую
матрицу включают графы, соответствующие новым
объектам-представителям, и дополнительные строки, соответствующие тем
средствам производства, которые потенциально можно
применить для выполнения новых работ вместо новой техники.
Например, при оценке эффективности мощных бульдозеров в матрицу
включают строки, соответствующие буровзрывным работам по
разрыхлению вечномерзлых и скальных грунтов, которые
выполняют бульдозерами новых моделей.
При подготовке исходных данных — удельных приведенных
затрат — следует также учесть, что новые машины имеют, как
правило, лучшие эргономические свойства, большую
комфортность, оказывают меньшее отрицательное влияние на
окружающую среду. Для полной аналогии сравниваемых вариантов
необходимо к приведенным затратам, которые имеют место при
применении заменяемой машины, добавить затраты изготовителя
(часть стоимости машины) на создание этих качеств, считая
их для новой машины обязательными.
В расчетах эффективной структуры машинного парка
необходимо учитывать и трудоемкость работ по разным вариантам
механизации. Особенно важны эти расчеты в районах с
дефицитом трудовых ресурсов, повышенными нормами на переезд
и обустройство семей рабочих и обслуживающего персонала.
При оценке новой машины важно не только определить
величину эффекта от ее применения по сравнению с базовой
техникой, но и управлять эффективностью, создавать все условия,
позволяющие полнее раскрыть возможности и функции новой
техники. Например, оптовые цены новых машин растут быстрее
прироста их производительности. Здесь много причин, в том
числе такие, как улучшение эргономических характеристик,
снижение вредного воздействия на окружающую среду и другие,
в комплексе составляющие положительные качества и причину
создания новой техники. Такой рост цен приведет к тому, что
приведенные удельные затраты на единицу продукции новых
390
машин превысят аналогичные затраты по существующей технике
в связи с ростом амортизационных отчислений и затрат на
техническую эксплуатацию. Из этого, конечно, не следует, что
новая техника менее эффективна. Необходимо произвести
функционально-стоимостный анализ (ФСА) новых машин, соизмерить
все затраты и положительные результаты применения новых ма-
щИн в первую очередь на тех объектах и участках работ, на
которых наиболее полно ракрываются их преимущества, т. е.
изыскать область эффективного применения.
А при выполнении заданной производственной программы
важно создать условия для роста годовой выработки новой
машины за счет увеличения фонда рабочего времени.
Кроме того, рост выработки новой техники и качества
выполнения финишных операций создают предпосылки для получения
эффекта за счет ускорения ввода объектов или во всяком случае
за счет прибыли от производства дополнительных объемов работ.
Следовательно, новую технику нужно применять в первую
очередь на сдаточных объектах. Более того, повышение
технической надежности новых машин повысит надежность
своевременного ввода объектов и снизит экономический риск при
взаимодействии сложных по структуре потоков работ в
заключительном периоде.
Раздел десятый
ТРАНСПОРТНЫЕ СРЕДСТВА
Глава 25
ТРАНСПОРТНЫЕ И БАЗОВЫЕ МАШИНЫ
25.1. Общие сведения
Транспортные средства в строительстве предназначены для
обеспечения динамики производства, для перемещения орудий труда
и работников в технологической зоне и между объектами, а
также перевозок различных материалов и грузов.
Принципиальная особенность транспортных средств в строительном
производстве — они являются составной, неотъемлемой частью
технологических процессов на многих видах работ (земляных,
монтажных, бетонных и др.). Оба целевых назначения транспорта:
как средства для перемещения орудий труда и для перевозок
грузов и материалов взаимосвязаны, они имеют общую
техническую базу и условия (например, дорожные) для перевозок.
Многообразие строительных грузов (штучных, сыпучих,
кусковых, жидких) и технологических схем перемещения в ходе
постройки объектов привели к необходимости создания и
применения соответствующих разновидностей транспортных средств.
Наиболее распространены: автомобили; базовые машины (трак-
391
торы, тягачи и др.); специализированные транспортные машины.
В транспортном, гидротехническом и некоторых других
подотраслях, капитального строительства с массовыми перевозками
больших объемов грунта, балласта и др. применяют технические
средства железнодорожного и водного транспорта. Для
организации грузовых перевозок требуются значительные
единовременные затраты на постройку железнодорожного пути, портовых
сооружений. Эффективность их применения обеспечивается
снижением удельных эксплуатационных расходов и проявляется
тем значительнее, чем больше объем перевозок и однородность
грузов. Экономическая целесообразность и область применения
наиболее распространенного вида транспорта — автотранспорта
зависит от состояния дорог, общей организации транспортных
процессов. При перевозке местных материалов и грунта
автомобили используются на расстояниях 10...15 км, при дальностях
перевозок до 100 км организуют специализированные
автомобильные маршруты и применяют автопоезда, на большее
расстояние конкурентоспособными становятся железнодорожные
перевозки в специализированных составах — хоппер-дозаторах,
думпкарах, цистернах и др.
25.2. Грузовые автомобили
Автомобили получили наибольшее распространение в
строительстве в связи с универсальностью применения, достаточно
высокими скоростями движения и развитой сетью технической
эксплуатации. Основные узлы автомобиля: двигатель, трансмиссия,
предназначенная для передачи крутящего момента от двигателя
к ведущим колесам; кузов; ходовая часть и система управления.
В состав трансмиссии входят гидромуфта, сцепление, коробка
передач, карданные передачи и двухступенчатая главная
передача. Гидромуфта и сцепление предохраняют трансмиссию и
двигатель от перегрузок, обеспечивают плавное трогание с места
автомобиля (рис. 25.1).
Коробка передач предназначена для регулирования скорости
движения автомобиля и увеличения тягового усилия при
изменении дорожного сопротивления. Наибольшее распространение
имеет пятиступенчатая коробка передач, обеспечивающая пять
передач крутящего момента при движении вперед и одну
передачу для движения автомобиля назад.
Кузов автомобиля-самосвала бывает универсальным или
ковшовым с задней или реже боковой разгрузкой. Разгрузка кузова
производится с помощью гидравлического подъемного
механизма. Насос подает масло в гидроцилиндр и шток поршня
поднимает кузов, шарнирно прикрепленный к раме. Опускается
кузов под действием собственного веса. Задняя стенка кузова
устанавливается на шарнирах в верхней части, а внизу
крепится к кузову запорами, которые открываются из кабины или
под действием разгружаемого материала. В автосамосвалах
392
Рис. 25.1. Специализированные автомобили:
а—автомобиль-самосвал; б — карьерный самосвал; в — тягач с опорной балкой;
г — тягач с седельно-сцепиым устройством; / — кузов; 2- козырек; 3— защитное
ограждение; 4 — конек; 5 — опорная балка; 6 - седельно-снепное устройство; д —
схема трансмиссии; 1 — двигатель; 2 — муфта сцепления; 3 — коробка передач;
4, 5 — карданные валы; в — главная передача: 7—дифференциал; 8— полуоси;
9 - ведущие колеса; 10 — передний мост
большой грузоподъемности кузов обогревается выхлопными
газами, которые пропускаются через коробки жесткости и
предотвращают примерзание сыпучих или мокрых грузов при
отрицательных температурах. Габаритные размеры кузова и
мощность двигателя определяют главный параметр автомобиля —
грузоподъемность. В строительстве наибольшее распространение
имеют автомобили-самосвалы грузоподъемностью 7, 9, 12, 16
и 25 т.
Выбор типа автосамосвала по характеристике
грузоподъемности производят в зависимости от показателей перевозочного
процесса (грузооборота, вида грузов) и состояния дорог внутри-
построечного и внешнего транспорта. В районах со сложными
природными условиями и бездорожьем (на стадии
подготовительного периода строительства) применяют автомобили-везде-
393
ходы повышенной проходимости со всеми ведущими колесами
и повышенной мощностью двигателей. Для проезда по глубоким
колеям, валунам, пням и т. п. автомобили имеют увеличенный
просвет между низом машины и дорогой (дорожный просвет).
Для уменьшения давления на грунт их оборудуют специальными
шинами регулируемого или низкого давления. Автомобили-
самосвалы применяют в основном как технологические
транспортные средства. Поэтому выбор их характеристик
(грузоподъемности, проходимости) производят так, чтобы весь комплект
ведущих, транспортных и вспомогательных машин работал
наиболее эффективно.
Производительность грузовых автомобилей зависит от массы
перевозимого груза, скорости движения автомобиля и условий
его работы как во время перевозки груза, так и в разрезе
календарного периода времени. Часовая производительность
автомобиля выражается в тонно-километрах в час для определенных
условий перевозок:
Пч = QvrKrKTp,
где Q — грузоподъемность автомобиля, т; и, — техническая
скорость движения, км/ч; К, — коэффициент использования
грузоподъемности; /Стр — коэффициент условий транспортной работы,
представляет собой соотношение времени пробега автомобиля
с грузом t, к общему времени, затрачиваемому на поездку:
JO = 'г -\~ tnp "T" ^бг ,
4р. fcr — соответственно время на погрузочно-разгрузочные
операции и время пробега без груза.
При определении эксплуатационной часовой
производительности автомобиля все составляющие времени его движения
выражают через расстояния пробега с грузом /г, без груза fcr
и учитывают коэффициент использования пробега /(„, равный
отношению расстояния пробега с грузом к общему расстоянию
поездки, и коэффициент использования по времени Кв-
JI™ =, i и—Г~^в = QKv3,
где иэ — эксплуатационная скорость движения автомобиля, км/ч.
Пути увеличения производительности автомобилей
заключаются:
в улучшении использования его грузоподъемности за счет
совершенствования складских операций, контейнеризации и
совершенствования конструкции кузова;
в улучшении использования пробега автомобиля за счет
сокращения порожних пробегов, загрузки его попутными грузами,
введения рациональных схем маршрутов;
в повышении скоростей движения за счет устройства и
хорошего содержания дорог внутрипостроечного транспорта;
в совершенствовании технологии и сокращении времени погрУ"
394
зочно-разгрузочных операций за счет их механизации и
автоматизации.
При определении области эффективного применения
транспортных средств, занятых на перевозках массовых строительных
грузов, рассчитывают по методике, изложенной в гл. 22,
годовой эксплуатационный режим и число рабочих часов в году Фг,
а также себестоимость машино-часа:
См.ч = Ео/Фо + Г/Фг + 3 + Скмиэ,
где Ео, Г, 3, Скм — затраты единовременные, годовые, заработная
плата водителя и эксплуатационные расходы на 1 км пробега (на
ремонты, износ, восстановление автомашин и др.), руб/ч; Ф0, Фг —
время нахождения автомобиля на объекте и число часов его
работы в течение года.
Область эффективного применения транспортных средств
определяют по критерию приведенных удельных затрат с учетом
своевременного выполнения заданных объемов перевозок. Если же
транспортные средства работают в технологических комплектах,
то эффективность их работы и область применения определяют
на основе экономического анализа сводного критерия
эффективности, объединяющего показатели работы всех машиноресурсов
комплекса и машинного парка в целом.
Эксплуатационная производительность, себестоимость
машино-часа и годовой эксплуатационный режим определяют такие
важнейшие экономические показатели работы автомобильных
парков, как прибыль и выполнение объемов перевозок по
договорам. Для повышения прибыли автотранспортные предприятия
разрабатывают и реализуют в общем комплексе организационно
технологических мероприятий: совершенствование типоразмерно-
го состава автомобильного парка с целью наиболее
эффективного соответствия технических характеристик автомобилей
показателям производственной программы и условиям перевозок;
работы по улучшению дорожного и складского хозяйства с целью
повышения значения коэффициентов Кг, Кпр, Ке, а также
мероприятия по снижению затрат Скм за счет улучшения технического
обслуживания и сохранности автомобилей.
В экономических расчетах по выбору наиболее эффективного
типоразмера автосамосвалов на массовых перевозках грузов
Учитывают, что автомобили малой грузоподъемности имеют
меньшую инвентарно-расчетную стоимость, однако за счет меньшей
производительности их применение приводит к росту трудозатрат
и эксплуатационных расходов. Автомобили большой
грузоподъемности производительнее, однако для их применения
потребуется увеличить капитальные вложения в машинный парк, ремонт-
Но-эксплуатационную базу, временные автомобильные дороги с
покрытием, обеспечивающим повышенные нагрузки на ось.
Состояние дорог является основной причиной того, что наибольшая
грузоподъемность применяемых в строительстве автомобилей не
превышает 25 т.
395
При выборе автомобиля в качестве технологической транспорт
ной единицы комплекта машин учитывают также его маневрец.
ность, время разгрузки и скорость движения, с тем чтобы
обеспечить наибольшую производительность ведущих машин
комплекта (землеройных, погрузочных и др.).
25.3. Базовые машины и прицепы
Базовые машины являются частью передвижных строительных
машин и специализированных транспортных средств. Они
допускают агрегатирование с рабочим оборудованием, полуприцепами
и прицепами различного технологического назначения.
В строительстве применяют следующие базовые машины:
гусеничные тракторы с двигателями мощностью 15...600 кВт;
колесные тракторы с двигателями мощностью 15...150 кВт;
колесные тягачи с двигателями мощностью 20...480 кВт; автомобили
грузоподъемностью 2... 16 т; специальные шасси автомобильного
типа с двигателями мощностью 70...300 кВт.
Выбор базовой машины зависит от конструкции и режима
эксплуатации рабочего оборудования, требуемой мобильности
строительной машины, дорожных и грунтовых условий,
стесненности фронта работ и т. д.
С базовой машиной агрегатируются следующие виды рабочего
оборудования:
навесное рабочее оборудование, например экскаваторное,
передающее на базовую машину нагрузки от собственной массы
и от выполнения рабочих движений;
полуприцепное рабочее оборудование, например скрепер,
передающее на базовую машину часть вертикальных и
горизонтальных нагрузок;
прицепное оборудование, например трейлер, передающее
только горизонтальные силы.
В зависимости от функционального назначения и
рассредоточенное™ объектов производственной программы к строительным
машинам предъявляются требования мобильности. По этому
принципу строительные машины и соответственно их шасси делят
на две группы. К первой относят машины, которые переезжают
в пределах рабочей зоны или на небольшие расстояния между
объектами с невысокими скоростями (15...20 км/ч). Во вторую
группу входят мобильные машины, перемещающиеся на
значительное расстояние.
Таким образом, основные требования к базовым машинам:
удобное агрегатирование с одним или несколькими видами
сменного рабочего оборудования, надежность конструкции под
действием эксплуатационных нагрузок, мобильность, наличие
независимого привода для отбора мощности, необходимой рабочему
оборудованию. Этим требованиям удовлетворяют базовые
гусеничные и колесные тракторы, которые агрегатируются с навесным
и прицепным оборудованием (табл. 25.1).
396
В строительстве применяют в качестве базы для
агрегатирования с рабочим оборудованием промышленные тракторы класса
тяги 3, 4, 6, 10, 15, 25, 35 и 50. По промышленной
классификации класс тяги — это максимальная сила тяги без догрузки
трактора навесным оборудованием на. передаче со скоростью
2 5...3,0 км/ч для гусеничных и 3,0...3,5 км/ч для колесных
тракторов, при которой обеспечивается эффективная работа
землеройного оборудования (бульдозеров, скреперов и др.).
В зависимости от области применения выпускаются
промышленные тракторы общего назначения, мелиоративные (с
уширенным гусеничным ходом), карьерные, малогабаритные и
специальные для оборудования погрузчиками, трубоукладчиками и др.
(табл. 25.1). Конструкция тракторов также различна. Их
различают по типу двигателя (дизели, карбюраторные),
трансмиссии (механическая, гидромеханическая и электромеханическая),
общей компоновке (с передним, задним и средним расположе-
Таблица 25.1. Агрегатирование базовых тракторов и оборудования основных
строительных машин
Характеристика
UUUUуДиСиПИп
Навесное
оборудование
Бульдозер, класс
тяги
Погрузчик
одноковшовый,
грузоподъемность, т
Экскаватор
траншейный (цепной),
глубина копания, м
То же, роторный
Трубоукладчик,
грузоподъемность, т
Бурильно-крановая
машина, диаметр
скважины, м
Прицепное
оборудование
Скрепер с ковшом
вместимостью, м3
Каток кулачковый,
масса, т
Каток пневмоколес-
ный, масса, т
Грейдер-элеватор,
техническая
производительность, м /ч
Гусем
4
Т-4АТ
4
3
2
6,3
0,65
4,5
9
—
чные тракторы, тяговое
усилие, т
Модель
6
Т-130
6
4
2
2
12,5
0,8
8
18
25
600
15
Т-180
15
6
2,3
20
0,65
10
30
50
—
25
ДЭТ-250
25
10
2,5
4,5
32
—
15
—
75
—
Колесные тракторы,
тяговое усилие, т
Модель
1,4
МТЗ-80
1,4
1
1,6
1,25
0,8
—
—
—
3
Т-158
3
2
1,6
—
4,5
15
600
5
К-702
5
4
—
—
8
—
30
600
397
нием кабины) и подвеске гусениц (полужесткая, с балансирными
каретками, эластичные). Наибольшее распространение получили
гусеничные тракторы с дизелем, полужесткой и балансирной
подвеской гусениц и задним расположением кабины. Они имеют'
значительное тяговое усилие и могут работать в условиях бездо-'
рожья.
Колесные тракторы более мобильны, они могут развивать
скорость до 40 км/ч, однако тяговое усилие у них меньше.
Поэтому их агрегатируют с прицепным оборудованием — скрепером
катком, грейдер-элеватором (табл. 25.1) и применяют для
транспортных перевозок с прицепами. Колесные тракторы также
различают по типу двигателя (дизели и карбюраторные), системе
поворота (с передними управляемыми колесами, со всеми
управляемыми колесами и с шарнирно-сочлененной рамой), общей
компоновке и трансмиссии. Наибольшее распространение
получили тракторы с дизелем, задней кабиной, передними
управляемыми колесами и механической трансмиссией.
Создание унифицированного ряда мобильных стреловых
кранов потребовало выпуска специальных пневмоколесных
самоходных шасси (табл. 25.2).
Для агрегатирования с разнообразным навесным,
полуприцепным и прицепным рабочим оборудованием строительных
машин используют специальные колесные одно- и двухосные
тягачи и автомобили. Одноосные тягачи агрегатируют в
основном со скреперами и катками, а двухосные — с бульдозером
и одноковшовым погрузчиком (табл. 25.3, рис. 25.2).
Таблица 25,2. Агрегатирование базовых автомобилей, специальных шасси
и оборудования основных строительных машин
Характеристики
навесного (прицепного)
Бурил ьно-крановая
машина, диаметр
скважины, м
Кран стреловой
грузоподъемностью, т
Экскаватор-планировщик, объем ковша,
MJ
Экскаватор
одноковшовый, объем
ковша, м3
Автомобили,
грузоподъемность, т
Модель
5
0,8
6,3
~
8
Csj
СО
Ю
СО
<
га
10
0,4
8.5
КрАЗ-255
0,8
0,4
12
КрАЗ-257
0,65
16
—
Шасси, мощность, кВт
Колесная формула
118-132
6X4
16
0,4
154-169
8X4
25
—
0,65
164-184
8X4
40
—
—
191-206
8X4
63
—
—
206-220
10X4
100
—
—
398
Таблица 25.3. Агрегатирование базовых тягачей и оборудования строительных
машин
Характеристики
навесного (прицепного)
оборудования
Скрепер с ковшом
вместимостью, м'
Каток пневмоколес-
ный, масса, т
Погрузчик
одноковшовый
грузоподъемностью, т
Бульдозер, класс тяги
Тягачи
Одноосные, мощность, кВт
модель
158...176
МоАЗ-546П
8...10
30
265
Бел A3-531
15
45...50
400...463
Двухосные, мощность, кВт
25
176
265...297
10
10
400...480
15
15...25
Для транспортных перевозок используют одноосные тягачи
с панелевозами, землевозами и другими специальными
транспортными средствами, а двухосные буксируют прицепы. Прицепы
и полуприцепы позволяют существенно повышать
производительность базовых машин, улучшать использование по времени и
расширять область их применения. В строительстве применяют
одно-, двух- и трехосные прицепы-шасси, прицепы-роспуски,
прицепы-самосвалы, прицепы-цистерны и прицепы-тяжеловозы
(трейлеры) для перебазирования между объектами строительных
машин и оборудования. В зависимости от требуемой
грузоподъемности конструируют прицепы с двумя, четырьмя или шестью
осями. Прицепы-шасси предназначены для установки на них
цистерн, кузовов, компрессорного и другого оборудования. Они
используются на дорогах любых категорий. Прицепы-роспуски
используют для перевозки длинномерных конструкций, труб,
проката и т. п. Прицепы-самосвалы перевозят и разгружают
сыпучие и кусковые массовые грузы (песок, щебень, камень
и др.). Они имеют гидроцилиндры для опрокидывания кузовов.
Для бестарной перевозки определенных видов строительных
грузов (панелей, плит перекрытий, сантехкабин, ферм) и тарного
транспортирования легковесных и штучных грузов в контейнерах
(кирпича, керамзита и др.) используют гамму
специализированных транспортных средств, обеспечивающих сохранность грузов
при перевозках и минимальные затраты труда на погрузочно-
разгрузочные операции. Они состоят, как правило, из седельных
тягачей и полуприцепов. В зависимости от вида перемещаемых
грузов применяют полуприцепы-панелевозы, санкабиновозы, фер-
мовозы, лесовозы и др.
Например, полуприцеп-панелевоз имеет на автомобильном
шасси хребтовую балку и вертикальную раму, на которую
опираются с двух сторон стеновые панели. В процессе перевозки
399
Рис. 25.2. Агрегатирование одно- и двухосных тягачей с рабочим
оборудованием:
а скрепер; б землевоз; в — цистерна для цемента: г - трейлер: д
корчеватель; е — бульдозер; ж - кран-трубоукладчик; з — погрузчик
обеспечивается их сохранность, так как направления нагрузок
в транспортном положении в основном соответствуют их
проектному положению после монтажа.
Глава 26
МАШИНЫ ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО ТРАНСПОРТА
26.1. Область применения
Машины и установки непрерывного транспорта предназначены
для перемещения непрерывным потоком сыпучих, пластичных,
кусковых и мелкоштучных массовых грузов. Их применяют на
карьерах — для подачи материалов и породы от места добычи
к месту погрузки на транспортные средства; камнедробильных
и бетонных заводах, предприятиях по производству
железобетонных и других строительных изделий и конструкций — для
перемещения материалов, полуфабрикатов и изделий по всем опе-
400
пяпиям технологического цикла, от склада готовой продукции,
п1 выполнении производственных процессов непосредственно
ня строительной площадке (по перемещению грунта в насыпь,
транспортированию и укладке бетонной смеси в сооружение,
перемещению кирпича и т.д.).
Основное эксплуатационное преимущество транспортирующих
vrTaHOBOK и машин непрерывного действия: высокая
производительность (до нескольких тысяч тонн в 1 ч), что позволяет
многие транспортирующие установки использовать на
перемещении больших масс грунта, сыпучих и других материалов. Однако
пля эффективной работы машин необходима непрерывная подача
и безотказный съем материалов, что требует четкой организации
смежных процессов. К недостаткам оборудования непрерывного
транспорта относят сложность перестановки большинства
транспортирующих машин и возможность их использования в
основном в виде стационарных и полустационарных установок.
Простота управления машинами непрерывного транспорта создает
предпосылки их автоматизации. В класс машин и установок
непрерывного транспорта входят следующие группы:
ленточные строительные конвейеры — транспортирующие
установки рабочим органом которых является подвижная
бесконечная плоская или желобчатая лента. Они предназначены для
перемещения сыпучих мелкокусовых материалов на складах и в
карьерах, а также в качестве агрегатов строительных машин
(многоковшовых экскаваторов, грейдер-экскаваторов,
бетоноукладчиков и др.):
винтовые конвейеры (шнеки) — транспортирующие установки,
рабочим органом которых служит винт, вращаются в закрытом
неподвижном кожухе (желобе) с полукруглым днищем. Их
применяют для горизонтального или наклонного перемещения
непрерывным потоком сыпучих, влажных и тестообразных
материалов;
установки вертикального транспорта, к гибкому тяговому
органу которых прикреплены ковши. Их применяют в составе
растворных бетонных и асфальтобетонных узлов и дробильно-
сортировочных установок;
оборудование для пневматического транспортирования. С его
помощью перемещают сыпучие материалы (цемент, песок,
опилки и др ) по трубам во взвешенном состоянии. Выбор вида
установок'для непрерывного транспорта зависит от
характеристик перемещаемого материала и его расположения
относительно мест доставки (перемещение в горизонтальном,
вертикальном или наклонном положении). Пылевидные материалы,
например цемент, перемещают в закрытых установках (ковшовых
элеваторах или пневмотраиспортных установках). Штучные
грузы больших размеров целесообразно транспортировать на
роликовых конвейерах. Важно учитывать также абразивность и
липкость материала, так как эти качества влияют на режим
эксплуатации, износ и срок службы несущих деталей.
401
26.2. Конвейеры
Конвейеры или транспортеры различают по виду рабочего орч
гана (ленточные, винтовые цепные, роликовые) и по области
применения (передвижные, стационарные, агрегаты
строительных машин).
Наибольшее применение в строительстве получили
передвижные ленточные конвейеры. Они имеют небольшую длину -^
до 20 м и оборудуются, как правило, колесами для удобства
перемещения. Стационарные конвейеры устанавливают на
объектах с большим объемом работ и при длительной работе на
одчом объекте, например в карьере или на бетонном узле. Их
длина достигает нескольких сотен метров.
Ленточный конвейер состоит из электродвигателя,
механической передачи, станины и ленты (рис. 26.1). Рабочий орган
конвейера — гибкая прорезиненная лента огибает приводной и
натяжной барабаны. У большинства выпускаемых конвейеров
ширина ленты 400...500 мм. Верхняя рабочая ветвь ленты, на
которой перемешаются материалы, поддерживается
желобчатыми роликовыми опорами, а нижняя ветвь — плоскими опорами.
Кроме гладкой ленты, которая преимущественно используется
в конвейерах, применяют также ленту с поперечными ребрами.
а)
Н
1
5
^ JL
щ
■$—<k—fr
±
W
ф
f -ф—
/
-й—-
i
f=
5^
н^
1
i-i
о«й:
4+..
nffiii
г?фя
Рис. 26.1. Ленточный конвейер:
а — с плоской лентой; б — с желобчатой лентой; 1 — приводной барабан; 2 -
лента; 3 - станина; 4 — направляющие рамки; 5 — натяжной барабан; 6 -
электродвигатель; 7 — редуктор
402
QHa более эффективна, так как позволяет увеличить угол
наклона конвейера от 20 до 30° без проскальзывания материала по
ленте и тем самым увеличить высоту разгрузки в 1,5 раза при
0дНой и той же производительности. Для загрузки сыпучих и
тестообразных материалов устраивают в нижней части конвейера
загрузочную воронку. Стационарные конвейеры состоят из
отдельных унифицированных звеньев и отличаются числом секций,
длиной ленты и мощностью привода.
Техническая производительность Пт ленточных конвейеров
зависит от характеристик перемещаемого материала и скорости
движения ленты. При перемещении материала непрерывным
потоком эксплуатационная производительность, м3/ч
Я, = 3600 FvKB,
где F — средняя площадь поперечного сечения материала на
ленте, м2; v — скорость движения ленты м/с; Кв — коэффициент
использования конвейера в течение смены. В связи с тем что
на строительных работах конвейер является вспомогательным
оборудованием, Кв определяют в зависимости от организации
основных работ. Для стационарных конвейеров Кв принимается
равным 0,7...0,8.
У выпускаемых строительных конвейеров скорость движения
ленты 1,6 м/с. При средних значениях угла наклона конвейера
с гладкой лентой F = 0,05 В2, а с желобчатой лентой F = 0,11 В2.
При этих значениях эксплуатационная производительность
конвейеров составляет соответственно 58 и 125 м3/ч. Для
определения производительности конвейеров при перемещении штучных
грузов необходимо в формулу расчета Пэ подставить вместо F
отношение массы одного элемента к среднему расстоянию между
перемещаемыми элементами на ленте или роликах.
Винтовые конвейеры (шнеки) предназначены для
перемещения непрерывным потоком сыпучих материалов (цемента, гипса,
песка и др.), а также влажных и тестообразных материалов
(строительные растворы и бетонные смеси) на расстояние до
40 м. Они применяются в качестве самостоятельных установок
и в виде агрегатов строительных машин, например бетоно- и
растворосмесителей непрерывного действия. Винтовые конвейеры
(рис. 26.2) состоят из электрического привода,
корытообразного или цилиндрического желоба и рабочего органа — шнека,
который перемещает строительные материалы внутри желоба
и одновременно их перемешивает. В зависимости от
транспортируемого материала изготовляют и применяют шнеки
различной конструкции: сплошные (для сухих порошкообразных
материалов), ленточные (для мелкокусковых материалов, например
гРавия, шлака); фасонные (для мокрых и тестообразных
материалов); лопастные (для бетонных смесей).
Преимущество конвейеров данного типа — возможность их
герметизации при перемещении сыпучих материалов (это
позволяет не только обеспечить их сохранность и экономию, но и
403
Рис. 26.2. Винтовой конвейер:
' -Электродвигатель; 2— редуктор: 3. 6. 7 -подшипники: 4 - желоб; 5— винт-
8, 9 ~ муфты
удовлетворять требованиям охраны окружающей среды).
Способность шнеков перемешивать материалы при перемещении
позволяет использовать их не только в качестве транспортирующих,
но и технологических (смесительных) установок.
Техническая производительность винтового конвейера, м3/ч:
Ят = 60 aSn,
где S — средняя площадь поперечного сечения материала в
желобе, м2; а — шаг винта, м. Для горизонтальных шнеков он
равен их диаметру, а для наклонных — 0,8 диаметра; п —
частоте вращения винта в минуту.
Недостатками винтовых конвейеров являются значительный
расход энергии на перемещение материала, превышающий
в 7._8 раз удельный расход энергии ленточным конвейером,
сильный износ винта и желоба, а также измельчение
мелкокусковых материалов. Основная область их применения — на
бетонных заводах и механизированных складах цемента. Ковшовые
конвейеры (элеваторы) предназначены для транспортирования
насыпных (песок, грунт, цемент) и кусковых (щебень, гравий)
материалов в вертикальном или наклонном под углом свыше 60
направлении на высоту до 50 м. Их рабочим органом является
установленная вертикально или под углом лента или цепь, к
которой крепятся с определенным шагом ковши. Загрузка ковшей
производится в нижнем бункере при движении цепи
зачерпыванием сыпучего материала. Разгружаются ковши при прохожде~
нии верхнего блока опрокидыванием материала в приемную
воронку. Вместимость ковшей 0,8...1,5 л в зависимости от
мощности элеватора.
Для влажных материалов применяют ковши мелкие с цилинД"
рическим днищем, а для сухих — глубокие с цилиндрическим
днищем. Для перемещения сухих сыпучих материалов применяю
быстроходные элеваторы со скоростью движения ленты до 2 м/с'
а для влажных и кусковых — тихоходные, имеющие небольшУ ^
скорость движения ленты — до 0,8 м/с. Техническая производ
тельность ковшового конвейера, м3/ч:
Ят = 3600 -^=-,
404
где Q — вместимость ковша, м3; v — скорость перемещения
ленты, м/с' К» — коэффициент наполнения ковшей, 0,6...0,8; t —
iuar ковшей, м.
26.3- Пневмотранспортное оборудование
ттневмотранспортные установки применяют для
транспортирования сыпучих материалов (цемента, гипса, алебастра и др.)
При помощи сжатого и разреженного воздуха. Наибольшее
распространение получили два комплекта оборудования,
основанные на различных принципах взаимодействия материала с
воздушным потоком и называемые нагнетательным и вакуумным.
При нагнетательном способе транспортирования в
трубопровод одновременно подаются сыпучий материал (например,
цемент) и сжатый пневмокамерным насосом воздух.
Порошкообразные строительные материалы при смешивании с воздухом
насыщаются его пузырьками и приобретают свойство текучести.
Такой поток взвешенных частиц материала легко перемещается
по трубам при рабочем давлении воздуха 0,4...0,7 МПа. В месте
разгрузки, например на складе, устраивают бункер-разгружа-
тель, диаметр которого больше диаметра трубопровода. В раз-
гружателе давление потока падает, частицы материала оседают,
а воздух с остаточным давлением через фильтр отводится в
атмосферу. Таким способом можно перемещать порошкообразные
материалы на расстояние до 2 км и на высоту подъема до 300 м.
Вакуумный (всасывающий) способ основан на образовании
в трубопроводе разряжения давления до 0,01...0,04 МПа с
помощью насоса. Порошкообразный материал всасывается через
сопло трубопровода и перемещается в сторону насоса на
расстояние до 40 м к месту разгрузки. Разгрузочный бункер, как
и при нагнетательном способе, имеет диаметр значительно
больший, чем у трубопровода. За счет перепада давлений частицы
материала оседают, а воздух проходит через фильтр,
предохраняющий от засорения насос и окружающую среду.
Преимуществами пневматического транспорта являются:
1) герметизация процесса и, как следствие, экологическая
чистота производства; 2) отсутствие потерь материалов, что
особенно важно при перемещении вяжущих; 3) полная
механизация и автоматизация транспортного процесса; 4) компактность
и простота устройства. Недостатками являются: 1) высокий рас-
ХоД сжатого воздуха (10... 15 м3 на 1 т перемещаемого
материала) и, как следствие, большое потребление электроэнергии
тРубопроводов при перемещении абразивных материалов.
Основная область применения пневмотранспорта —
механизированные склады вяжущих материалов на крупных заводах
Железобетонных изделий.
Глава 27
МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
ДЛЯ ВНУТРИПОСТРОЕЧНОГО ТРАНСПОРТА
БЕТОННЫХ СМЕСЕЙ И РАСТВОРОВ
27.1. Общие сведения. Бетононасосы
и манипуляторы для распределения бетона
Внутрипостроечное транспортирование бетонной смеси,
доставленной от бетонных заводов или узлов на строительную
площадку или же приготовленной на приобъектном смесителе, осущест-
ляют средствами трубопроводного транспорта, бетонотранспорт-
ными конвейерами, а также в бадьях и контейнерах,
перемещаемых кранами. В зависимости от проектного положения
опалубочных форм бетонную смесь перемещают в вертикальном и
горизонтальном направлениях на расстоянии соответственно до
50 и 500 м.
Механизация работ по транспортировке бетонных смесей
и растворов по трубам основана на применении бетононасосов,
растворонасосов, манипуляторов для распределения бетона и
напорных трубопроводов.
Данная технология постепенно вытесняет способ
транспортирования бетона с помощью строительных кранов и бадей,
который отличается большими затратами на эксплуатацию кранов
и подкрановых путей, цикличностью процесса, дополнительными
затратами труда на открывание шибера бадьи и распределение
смеси по периметру опалубки, потерями бетонной смеси при ее
перегрузке в бадью и опалубку.
Независимо от способа транспортирования смесь должна
быть защищена от атмосферных осадков, замораживания и
высушивания. Особенно опасна потеря наиболее ценного
компонента смеси — цементного молока через швы или открытые части
транспортных средств.
Невыполнение технологических требований при
транспортировании бетонной смеси приводит к снижению марки бетона и
качества конструкции.
Основной частью установок для перемещения бетонной смеси
по трубам является бетононасос. Применяют насосы с
механическим и гидравлическим приводом. При работе насоса с
механическим приводом (рис. 27.1) бетонная смесь поступает из
смесителя в приемный бункер / с перемешивающим
устройством 2. Из бункера смесь поступает в камеры побудителя; его
горизонтальный лопастной вал 3 непрерывно подает смесь к
всасывающему клапану 4. При ходе поршня 8 бетонотранспортного
цилиндра влево всасывающий клапан открывается и бетонна
смесь поступает в рабочую камеру 7. При движении порШн„
вправо всасывающий клапан закрывается, а нагнетательнЫ
клапан 6 открывается, смесь поступает из камеры в бетоновоД '
Возвратно-поступательное движение поршня согласовывает
406
Рис. 27.1. Схема действия механического бетононасоса:
а всасывание; б - нагнетание
с движениями всасывающего и нагнетательного клапанов с
помощью кулисного механизма 9. Такой насос обеспечивает
подачу бетонной смеси на расстояние до 250 м по горизонтали
и 40 м по вертикали, его техническая производительность 40 м3/ч.
Бетоновод присоединяется непосредственно к клапанной
коробке бетононасоса и состоит из комплекта прямых и изгонутых под
различными углами стальных бесшовных труб. Трубы соединены
между собой с помощью рычажных замков с резиновыми
прокладками и натяжными клиньями, обеспечивающими
герметичность и необходимую степень натяжения стыка. В коленах бето-
новода, а также в вертикальных участках имеют место
дополнительные сопротивления, которые обычно оцениваются
эквивалентной длиной, т. е. такой длиной горизонтального
прямолинейного участка трубы данного диаметра, при которой
сопротивление передвижению бетонной смеси равно сопротивлению в
колене или в вертикальном участке. Эквивалентная длина при
вертикальном подъеме на 1 м равна 8 м, на изогнутом под
углом 90° участке — 12 м.
Для предотвращения пробкообразования в начале работы
бетононасоса стенки бетоновода смазывают цементным
раствором состава 1:2, который загружается в бетононасос перед
бетонной смесью. После окончания работы, а также при
перерыве в работе в течение 1 ч или более необходимо очистить
бетоновод с помощью металлических банников или пыжей. Их
закладывают в начале бетоновода и проталкивают вместе с бетоном
Давлением воды и воздуха. Для этой цели наиболее целесообраз-
н° применять специальный водяной насос.
Широкое распространение в последние годы получили
бетононасосы с гидравлическим приводом, что объясняется рядом
технико-эксплуатационных преимуществ их по сравнению с
бетононасосами с механическим приводом. Они имеют более простую
Кинематическую схему, компактны, малогабаритны, легко перево-
Зятся. Отсутствие кривошипно-шатунного механизма привода
п°Ршня и механизма для управления клапанами, а также нали-
Ие гидравлического регулирования работы бетононасоса, снимаю-
407
идее с него вибрационные нагрузки, значительно повышают
эксплуатационную надежность этих машин.
Схема работы бетононасоса с гидроприводом (рис. 27.2)
следующая. Под давлением рабочей жидкости поршни /
попеременно вытесняют бетонную смесь из цилиндров 2 в бетоновод 5
С помощью плоского затвора 4, передвижение которого
синхронизируется гидроцилиндром 3 с движением поршней, в цилиндры
поступает бетонная смесь из бункера 6. Имеются также насосы
у которых транспортирующий поршень жестко с помощью штока
соединен с приводным поршнем масляного гидропривода.
Высокое давление в гидросистеме обеспечивает давление в
транспортном цилиндре, превышающее в 7...8 раз давление,
создаваемое в цилиндрах бетононасосов с механическим приводом.
Это позволяет увеличить дальность транспортирования бетонной
смеси по горизонтали до 500 м и по вертикали до 60 м, повысить
эксплуатационную надежность бетононасосов и снизить их
энергоемкость.
Техническая производительность поршневого бетононасоса, в
кубических метрах смеси в час, пропорциональна диаметру
цилиндра, длине хода поршня, числу двойных ходов поршня в 1 ч,
коэффициенту заполнения рабочей камеры, который равен 0,5...
0,8. Наилучшие показатели работы насосов достигаются при
транспортировании бетонной смеси с осадкой конуса 5... 10 см.
Ограничениями в работе бетононасосов являются размер
заполнителя, который не должен превышать 70 мм, и количество
крупных заполнителей, которое должно быть не больше 15 % от
общего их объема. Выпускаемые бетононасосы производитель-
408
ностью 10, 20 и 40 м3/ч эффективны при объеме работ на объек-
те не менее соответственно 500, 2000 и 5000 м3.
Эксплуатационную среднечасовую производительность в
течение смены определяют умножением технической часовой
производительности на коэффициент К.\, равный 0,4...0,6,
учитывающий перерывы в работе бетононасоса по
конструктивно-техническим и технологическим причинам (технический уход,
промывка бетононасоса и бетоновода по окончании работы, перенос
бетоноводов в течение смены, отсутствие потребности в подаче
бетонной смеси и др.).
При годовом планировании эксплуатационную среднечасовую
выработку определяют на основе годового режима эксплуатации
и умножают эксплуатационную часовую производительность на
переходный коэффициент от производственных норм к сметным
/Спер, который для бетононасосов равен 0,75.
Дальнейшее совершенствование конструкции бетононасосов
предусматривает увеличение рабочего давления до 10 МПа,
расширение границ жесткости подаваемых смесей, создание на
принципах унификации узлов параметрического ряда насосов
производительностью 20, 40, 60 и 100 м3/ч. Для выполнения
небольших объемов работ на рассредоточенных объектах
эффективны малолитражные насосы.
Область эффективного применения трубопроводного
транспорта бетонной смеси расширяется за счет мобильных
автобетононасосов и особенно при оснащении их манипуляторами для
распределения бетонной смеси. Например, автобетононасос
СБ-126Б1 на базе автомобиля КамАЗ-5511 имеет рабочее
давление 6 МПа, обеспечивает подачу смеси на 350 м по
горизонтали и 60 м по вертикали. Его производительность 60 м3/ч.
Автобетононасос с манипулятором состоит из автомобильного
шасси, бетононасоса, стрелового оборудования и бетоноводов
(рис. 27.3). Передвижные манипуляторы, устанавливаемые на
автобетононасосах, отличаются высокой мобильностью и
наименьшими затратами на эксплуатацию. Стреловое оборудование
изготовляют в виде сборных, телескопических или шарнирно-
сочлененных стрел, установленных на поворотной раме. Наиболее
совершенными, но и самыми дорогими в производстве
являются шарнирно-сочлененные стрелы с вертикальной раскладкой.
Они изменяют свой вылет за счет изменения угла наклона звень-
ев в вертикальной плоскости и имеют до четырех степеней
свободы. При бетонировании площадочных объектов (бетонные
п°лы, перекрытия и др.) используют стрелы с горизонтальной
Раскладкой.
Манипуляторы на базе автомобилей всегда имеют
ограничения по высоте подъема стрелы (рис. 27.1). С увеличением высо-
TbI сооружения радиус их действия быстро сокращается, а сам
Манипулятор превращается в вертикальный трубопровод. Поэ-
°Му для возведения высотных объектов выпускают автономные
Манипуляторы переставного и стационарного типов. Переставные
409
зг
it
и,
w
№
It
8
It
0
4
8
It
№
W
Рис. 27.3. Манипулятор для
распределения бетонной смеси:
28 24 20 1С, а 8 4 0 it 8 /2 а общий вид; б — рабочее положение
манипуляторы монтируются на специальных рамах-подставках,
а стационарные — на трубных колоннах или башне
строительного крана. В качестве привода манипуляторов используют
гидравлический привод с отбором мощности от двигателя автомобиля
или автономной силовой установки, укомплектованный аксиально-
поршневыми насосами и гидроцилиндрами для подъема и
опускания каждого звена стрелы.
Автобетононасосы с манипулятором эффективны при
производстве работ на стесненных площадках и в условиях
реконструкции объектов. Именно эти условия привели к значительному"
развитию производства данного оборудования за рубежом. В
нашей стране применяется оборудование, выпускаемое фирмами
(в том числе и по кооперации с отечественными заводами) Ф"
«Швинг и Штеттер», «Путцмайстер», Италии «Вортингтон» и ДР"
Их высота подачи и вылет стрелы превышает 50 м.
Применение автобетононасосов снижает затраты труда н
всех технологических операциях по приемке, подаче и распреД
лению бетонной смеси по опалубке. Одновременно сокращаю^
/1
/
//
1
'/
\\
\\
Y
\
i—
■^
230°,
\
'
V_
1«»7^П|
х
\
max 27т
У
h
II у
s
'
к
S
—,Г-
:
\Щ]
1 :
-1 ~
.
:
;
;
410
Таблица 27 Л. Характеристики манипуляторов
Наименование
Длина стрелы, м
Мощность двигателя, кВт
Дальность подачи, м
по вертикали
по горизонтали
Диаметр бетоновода, мм
Масса, т
СБ-129
На
12
4
31.5
12
125
3,2
СБ-136
раме
18
4
20
18
125
4,9
Модель
СБ-140
25
11
27,5
25
125
6,5
БН80-20
БИ80-31
СБ 126А
На автошасси
КрАЗ
17
27
20
31
17
27
125
—
КамАЗ
18
—
18
21
125
сроки производства работ, так как насосные установки мобильны
и обеспечивают темпы укладки бетонной смеси до 200 м3 в смену.
Появляются новые технологические возможности подачи
бетонной смеси в горизонтальном, вертикальном направлениях и в
труднодоступные места. Особенно важна подача бетона под
давлением в густоармированные конструкции и при напорном
бетонировании (восходящим потоком).
Качество бетонных работ увеличивается за счет
предотвращения потерь цемента. При перемещении смеси по трубам под
давлением 5...6 МПа уменьшается объем пустот, улучшаются
однородность и обволакивание частиц заполнителя цементным
раствором. В результате прочность бетонных конструкций
повышается на 10...20 %.
Экономическая эффективность автобетононасосов состоит
прежде всего в снижении трудоемкости работ (табл. 27.2).
Таблица 27.2. Показатели транспортирования бетонных смесей
Наименование показателей
о„ чел - ч
м
й м3
°Ь1работка на 1 чел,
смен
Краном и
бадьей
3,14
1,47
2,61
5,57
Автобетононасосом
1,77
0,78
5,2
10.46
Примечание. Числитель — при бетонировании стен, знаменатель - перекрытий.
Применение манипулятора повышает эффективность
бетононасосов, так как устраняются трудоемкие операции по
перестановке напорного трубопровода. Себестоимость работ снижается
Наполовину.
411
27.2. Растворонасосы. Технико-экономические показатели
Растворонасосы предназначены для подачи строительных
растворов по резиновым шлангам или металлическим трубам от раство-
росмесительных установок или мест централизованной доставки
раствора к рабочим местам на объекте. Они обслуживают
бригады каменщиков и штукатуров и выпускаются в различном
исполнении: автономно в комплекте с виброситом и приемным
бункером; в составе нормокомплекта штукатурной станции; в
составе авторастворовоза. Возможность перемещать раствор под
давлением позволяет использовать эти установки для нагнетания
раствора в труднодоступные полости при устройстве
туннельных отделок и прокладке трубопроводов.
Широкое распространение получили насосы плунжерного
типа (рис. 27.4), основными узлами которых являются:
электродвигатель /, кривошипно-шатунный механизм с поршнем
(плунжером) 2, рабочая камера 6 с системой клапанов, бункер для
раствора. Поршень совершает возвратно-поступательные
движения в насосной камере 3, заполненной водой и отделенной от
рабочей камеры резиновой диафрагмой 4. При движении поршня
вправо всасывающий шаровой клапан 5 открыт и раствор из
бункера поступает в рабочую камеру. При движении поршня влево
открыт нагнетательный клапан 7, раствор проталкивается из
рабочей камеры в напорный растворопровод 9. Для выравнивания
давления раствора в зоне нагнетательного клапана устраивают
воздушный колпак 8.
Это же устройство при возникновении в насосной камере по
тем или иным причинам (закупорка растворовода или др.)
повышенного давления (выше 1,5 МПа) позволяет автоматически
перевести из нее воду в резервуар предохранительного
устройства и этим защитить растворонасос от поломки.
Различают растворонасосы: 1) диафрагмовые, у которых
поршень воздействует на раствор через насосную камеру; 2) с
непосредственным воздействием поршня на раствор. Насосы вто-
Рис. 27.4. Схема растворонасоса с шаровыми
клапанами свободного действия
412
„оГо типа проще по конструкции, но быстро изнашиваются в
эксплуатации в связи с неблагоприятными условиями работы
поршней и быстрым износом их колец и стенок цилиндров. К
достоинствам диафрагмовых насосов следует также отнести
возможность промывки насоса и раствороводов по окончании
работе известковым молоком с помощью самого диафрагмового
растворонасоса.
Недостатками диафрагмовых растворонасосов являются:
невозможность перекачки растворов с осадкой конуса 8 см (густых
растворов), а также затруднительность перекачки цементных
растворов без пластифицирующих добавок; сложность
конструкции защитных устройств и их налаживание после
срабатывания (доливка воды и др.); сравнительно частые разрывы
диафрагм; низкий КПД.
Производительность растворонасоса пропорциональна
диаметру цилиндра, длине хода поршня и числу двойных ходов
поршня в минуту. Выпускают растворонасосы с рабочим
давлением 1,5 МПа, диаметром поршня 8...ПО мм, ходом поршня
74...100 мм и числом двойных ходов— 165 в минуту. Такие
насосы имеют техническую производительность 2...6 м3/ч. При
расчете эксплуатационной производительности учитывают
коэффициент использования рабочей камеры насоса 0,3...4,0 и
коэффициент внутрисменного использования рабочего времени 0,6...
0,7.
Применяют также винтовые растворонасосы непрерывного
действия. При вращении стального однозаходного винта, в
неподвижной упругой двухзаходной обойме между внешней
поверхностью винта и внутренней обоймой образуются свободные
полости, в которые засасывается транспортирующая смесь.
Вращением винта она перемещается вдоль оси насоса в камере
нагнетания, а на всасывающей стороне образуется вакуум,
обеспечивающий всасывание новой порции жидкости. По сравнению
с поршневыми насосами винтовые проще и удобнее в
эксплуатации. Они получили применение и за рубежом (в Чехословакии,
ФРГ и других странах).
Рис. 27.5. Авторастворовоз:
' — кузов; 2 — крышка; 3 — побудитель; 4 — насос
413
Для повышения эффективности использования растворонасо.
сов их применяют в комплекте с авторастворовозами. Они
обеспечивают перевозку, побуждение и порционную выдачу
строительных растворов различных марок и консистенций.
Доставленный раствор поступает в приемный бункер растворонасосд
и подается на расстояние до 200 м и на высоту до 40 м.
Авторастворовоз (рис. 27.5) выполнен в виде цистерны /
установленной на шасси автомобиля. Цистерна имеет
загрузочную горловину 2 в верхней части с запирающимися крышками
Ее корпус укреплен термоизоляционным материалом. Лопастный
вал — побудитель 3 внутри цистерны — предназначен для
перемешивания раствора с целью предотвращения его расслаивания.
Раствор выгружается из цистерны в приемную емкость
(например, в бункер растворонасоса) выдвижным ленточным
конвейером 4. Загрузочная вместимость цистерны 1,5 м3.
Глава 28
АВТОБЕТОНОВОЗЫ И АВТОБЕТОНОСМЕСИТЕЛИ
28.1. Общие сведения. Автобетоновозы
Транспортирование бетонной смеси от бетонных заводов или
узлов на объекты строительства производят преимущественно
автобетоновозами и автобетоносмесителями. При ее перевозке на
значительные расстояния ужесточаются требования,
предъявляемые к организации внутрипостроечного транспорта по защите от
потери цементного молока и природных воздействий.
Продолжительность перевозки смеси не должна превышать 1...2 ч в
зависимости от ее температуры. Следует предохранять бетонную смесь
и от тряски и вибрации при перемещении.
При транспортировании бетонных смесей на дальние
расстояния в автосамосвалах обычного назначения происходят
расслоение смеси, вызываемое вибрацией автомобиля, замерзание
смеси в зимних условиях и перегрев в жаркое время, воздействие
атмосферных осадков, что значительно снижает ее качество. По
этой причине дальность перевозки смеси без перемешивания в
пути не должна превышать 10 км по дороге с твердым покрытием
и 3 км по грунтовой дороге. Кроме того, при транспортировании
смеси автосамосвалами требуются большие затраты ручного
труда при выгрузке, имеют место большие потери смеси в пути,
особенно цементного молока.
Эти недостатки транспортирования в значительной степени
снижаются при использовании автобетоновозов и
автобетоносмесителей.
Автобетоновоз состоит из автомобильного шасси, опорной
рамы, специальной емкости (кузова), механизма подъема,
встряхивания кузова или побуждения и системы управления.
Технологическое оборудование автобетоновоза монтируется
на стандартных или нестандартных шасси с числом осей от 2 до 5-
414
Опорная рама представляет обычно металлоконструкцию из про-
ката, имеющую опорное устройство для телескопических
гидравлических подъемников кузова.
Кузов имеет мульдообразную форму. Он может менять свое
положение относительно рамы автомобиля таким образом, чтобы
смесь могла выгружаться назад. Однако есть модели автобетоно-
возов в США, ФРГ, Англии и других странах, которые
обеспечивают выгрузку на три стороны: назад, направо и налево. Стенки
кузовов изготовляются из листовой стали. Между стенками
образованы термоизолирующие полости. При эксплуатации
автобетоновозов в особо суровых климатических условиях полости
могут быть заполнены термоизоляционным материалом, а при
эксплуатации в мягких климатических условиях наружная стенка
может отсутствовать. Сверху емкость имеет защитную крышку,
которая открывается и закрывается с помощью гидроцилиндра.
Механизм подъема состоит из коробки отбора мощности,
гидронасоса, гидроподъемников, гидропрерывателя и системы
управления гидравлическим оборудованием. Управление кузовом
осуществляется из кабины автомобиля посредством пневмогидро-
приводов, которые обеспечивают подъем кузова до предельного
угла, его остановку в любом промежуточном положении,
опускание и встряхивание кузова в любых положениях во время
подъема и опускания. За счет использования телескопических
гидравлических подъемников угол подъема мульды к горизонту
достигает 90°, что обеспечивает наиболее благоприятные условия
истечения смеси. В СССР на базе автомобиля марки ЗИЛ
выпускаются автобетоновозы с полезной вместимостью кузова 1,6 м3
и на базе автомобиля марки КамАЗ автобетоновозы с полезной
вместимостью кузова 4,5 м3. За рубежом выпускают бетоновозы
вместимостью кузова от 1,5 до 9,1 м3. В большинстве своем
конструкцией бетоновозов не предусматривается перемешивание в
пути бетонной смеси, но в то же время их применение на
расстояниях перевозки до 25 км не вызывает ухудшения качества
смеси, если смесь имеет соответствующую подвижность
(пластичность). Вместе с тем ряд зарубежных фирм (например, в ФРГ)
выпускают бетоновозы с побуждением, которое осуществляется с
помощью вращающегося внутри мульды вала с лопастями.
28.2. Автобетоносмесители.
Способы транспортирования смеси
Автобетоносмесители предназначены для транспортирования
бетонных смесей различной подвижности от бетонных узлов на
объекты, а также для приготовления в пути. Как правило, в
автобетоносмесителях приготавливают и транспортируют смеси
с° средней и повышенной подвижностью. При загрузке сухой
^Месью дальность транспортирования может превышать 100 км.
Ьсли автобетоносмеситель загружают готовой бетонной смесью,
т° технологически допустимое расстояние перевозки ограничено
вРеменем ее схватывания.
415
Технологическое оборудование автобетоносмесителя состоит
из смесительного барабана, привода его вращения, загрузочно-
разгрузочного устройства, систем управления и подачи воды
установленных на общей раме (рис. 28. 1).
Смесительный барабан имеет внутри две спиральные лопасти,
обеспечивающие быструю его загрузку при вращении в одну
сторону и разгрузку при вращении в обратном направлении.
Барабан приводится во вращение либо автономным дизельным
двигателем, так как во время движения автомобиля отбор
мощности от основного двигателя затруднен, либо с помощью
специальной коробки передач. Передача крутящего момента от
основного или автономного двигателя осуществляется с помощью
гидростатической трансмиссии. Она включает гидронасос,
гидромотор, регулирующую аппаратуру и редуктор, обеспечивая
реверсивное вращение барабана с бесступенчатым изменением частоты
вращения.
Загрузочно-разгрузочное устройство предназначено для
приемки в барабан бетонной смеси на растворобетонном узле
и последующей разгрузки ее на строительном объекте. Для
распределения бетонной смеси при выгрузке применяется
поворотный в горизонтальной и вертикальной плоскостях лоток, который
может быть удлинен при необходимости.
Управление вращением барабана возможно как из кабины,
так и с выносного пульта. Система подачи воды в смесительный
барабан обеспечивает водоснабжение барабана при перевозке
сухой смеси и его промывку в конце смены как от внешнего
источника через счетчик, так и из бака вместимостью 400 л.
Автобетоносмесители могут применяться как
самостоятельные транспортные бетоноукладочные средства при устройстве
бетонных полов и фундаментов, а также в комплекте с
машинами для устройства бетонных дорожных и аэродромных покрытий.
Особенно эффективно их взаимодействие с приобъектными
автоматизированными бетоносмесительными узлами, имеющими
блочную конструкцию. Для
удобства разгрузки
автобетоносмесители аг-
регатируют и
бетононасосами, ленточными
транспортерами и
активными виброперегру-
жателями. За рубежом
применяют машины с
фронтальной разгру3"
кой бетонной смеси в
стесненных условиях
реконструкции преД'
приятии.
Машины со смесй-
Рис. 28.1. Автобетоносмеситель теЛЬНЫМ барабаНО
416
расположенном на прицепе и полуприцепе, имеют в 1,5...2 раза
большую полезную вместимость смесителя при одинаковой
мощности автомобиля. Полезная вместимость барабана автобетоносме-
сцтеля зависит в основном от грузоподъемности автомобиля и
вертикального габарита. При установке барабана на полуприцепе или
прицепе центр тяжести установки снижается, обеспечивается
возможность увеличения вместимости смесителя. В настоящее время
вЬшускают автобетоносмесители с вместимостью по готовому
замесу от 3 до 10 м3. Машины с барабаном меньше 3 м3 считаются
неэкономичными. Время опорожнения барабана является одним
из главных параметров. Эта величина непостоянна и зависит
от ряда факторов, в частности от вместимости и формы
барабана, частоты вращения барабана, подвижности смеси и т. д.
Средняя скорость выгрузки барабана составляет в зависимости
от подвижности смеси от 1 до 5,5 м3/мин.
Эксплуатационная среднечасовая производительность
автобетоносмесителя по готовой смеси, м3/ч:
'*э z===- OUAd V Аоб Авых / { мр "Г ^пор "Г" ^загр ]~ ^разгр "Г" ?пром / »
где V — геометрический объем барабана, м3; /(o6 — коэффициент
использования геометрического объема, представляющего
отношение объема сухих составляющих, загружае'мых в барабан, к
геометрическому объему барабана; /(вых — коэффициент,
характеризующий выход бетонной смеси и определяемый отношением
объема бетонной смеси к объему сухих составляющих; frp.nop—
продолжительность одной поездки автобетоносмесителя в
груженом и порожнем состояниях; t3arp — продолжительность загрузки
барабана сухими составляющими, мин; tfa-,rf,
tni,0M—продолжительность разгрузочных и промывочных операций, мин; Кв = 0,7...
0,8 — коэффициент использования машины по времени.
Если в барабан загружают готовую бетонную смесь, то в
числителе формулы исключается коэффициент /(вых, меньший
единицы, в связи с чем производительность автобетоносмесителя
соответственно возрастает.
В настоящее время освоен серийный выпуск
автобетоносмесителей с полезной вместимостью барабана по готовой смеси 2,7;
4 и 5 м3. Все автобетоносмесители выпускаются с приводом
барабана от самостоятельного дизельного двигателя мощностью
До 37 кВт.
Бетоносмесители этого типа имеют по 2...3 частоты вращения
барабана в одну сторону при загрузке и перемешивании и 2...
" скорости в обратную сторону при загрузке. Число оборотов
На загрузке выбирают в зависимости от производительности
Читающей установки с таким расчетом, чтобы не создавались
3аторы в загрузочной горловине. При перемешивании реко-
МенДуется принимать среднее число оборотов. Длительность пере-
^еШивания зависит от марки, состава, пластичности приготавли-
аемой бетонной смеси и колеблется в пределах от 15 до 20 мин.
'«-72,
417
lo,5
i ОЯ
0,3
-S9,0
a;
" 18,2
Co
_ о
|7,5
\l
J*
•
\2
s -
-
Ц7е
=3"
Z3
&
7 "1
1
1
o.5;
Вместимость барабана по дыходу
Рис. 28.2. Зависимость удельных
показателей от вместимости
смесительного барабана
5 5,5
10
'■2,5
Щ2.0
%1,5
Я-
/<?~
ч/
4^/
"^г
Дальность транспортирования, км
Рис. 28.3. Область применения
машин для транспортирования
бетонной смеси
При небольших расстояниях транспортирования рекомендуется
перемешивание на всем пути следования.
Технико-экономические показатели эксплуатации
автобетоносмесителей в первую очередь определяются полезной
вместимостью барабана по выходу готовой смеси (рис. 28.2). С
увеличением вместимости барабана по выходу бетонной смеси
снижаются удельные показатели по металлоемкости (кривая /) и
мощности (энергоемкости, кривая 2), повышается объемный
коэффициент (кривая 3), а следовательно, и производительность
автобетоносмесителя на 1 м3 вместимости барабана. Указанное
свидетельствует об эффективности применения
автобетоносмесителей с большей вместимостью барабанов. Большое значение
имеет выявление области эффективного применения
автобетоносмесителей в сравнении с другими средствами
транспортирования бетонной смеси в зависимости от дальности перемещения.
Анализ показывает, что при транспортировании готовой
бетонной смеси автобетоносмесители не выявляют значительных
преимуществ перед автобетоновозами и автосамосвалами в пределах
технологически допустимых расстояний транспортирования для
самосвалов.
Наиболее перспективным является использование
автобетоносмесителей при загрузке сухой бетонной смесью на больших
расстояниях транспортирования.
На рис. 28.3, на котором представлены зависимости удельных
приведенных затрат от дальности транспортирования при разных
способах приготовления и доставки бетонных смесей, моЖН°
установить^ что наименьшее значение приведенных затрат из раС'
сматриваемых вариантов обеспечивает заводское приготовлени
бетонной смеси с последующей доставкой ее на расстояние Д
6 км в автобетоновозе вместимостью 4,5 м3 (линия /). При боль
шей дальности транспортирования самым эффективным стан
вится автобетоносмеситель с вместимостью барабана по готов
смеси 5 м3, работающий в режиме смесителя (линия 2).
418
Автобетоносмеситель малой мощности с полезной
вместимостью барабана 2,7 м3 (линия 4) в сравнении с
автосамосвалом (линия 3) и автобетоновозом (линия 1) аналогичной
йЛй большей вместимости имеет большие удельные приведенные
затраты и его использование целесообразно для
транспортирования сухой смеси (с последующим приготовлением бетона) на
расстояния, превышающие технологически допустимые радиусы
возки для автосамосвалов. Дальность перевозок в автосамосвалах
и бетоновозах без побуждения определяется в основном двумя
параметрами: скоростью транспортирования и допустимым
временем транспортирования. Первый параметр зависит от средней
технической скорости автомобилей и категории дорог, второй —
ох температуры бетонной смеси при выпуске ее из
бетономешалки. В зависимости от этих параметров предельно допустимая с
технологической точки зрения дальность транспортирования
колеблется от 25 до 50 км.
Эффективность применения комплектов оборудования для
укладки бетонной смеси определяется также в зависимости от
темпа бетонирования, рассредоточенности объектов и объема
бетонных работ на объекте.
При малых объемах работ до 50 м3 бетонной смеси,
укладываемой с одной стоянки и невысоком темпе бетонирования —
до 6 м3/ч, целесообразно подавать смесь краном в бадьях. При
большом темпе эффективно применение прицепных
бетононасосов и автобетононасосов. Их область применения зависит от
рассредоточенности объектов. Прицепной бетононасос следует
применять при большом объеме работ — более 50 м3 смеси с одной
стоянки. Если же объемы работ меньше, возрастает частота
перебазировок оборудования, становится эффективным применение
мобильных автобетононасосов.
Раздел одиннадцатый
МАШИНЫ ДЛЯ ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ
Глава 29
°БЩИЕ СВЕДЕНИЯ
29.1. Общая характеристика и разновидности машин
и оборудования для земляных работ
Машины для земляных работ являются наиболее развитым
классом строительных машин в связи с разнообразием
гидрогеологических, климатических и конструктивных характеристик
земляных сооружений. Их применяют в промышленном и
гражданском строительстве при планировке площадок, разработке кот-
°ванов и траншей, в авто- и железнодорожном строитель-
\ц*
419
стве — при устройстве выемок и насыпей земляного полоти
и т. п. Классификация машины на группы производится 9
зависимости от вида выполняемых работ: 1) машины для под6
готовительных работ; 2) землеройно-транспортные машинь-
3) экскаваторы; 4) машины для уплотнения грунта; 5) машиц!'
и оборудование для гидромеханизации земляных работ; 6) Ма!
шины для буровых работ. Применяются и другие группировки
машин, более полно отражающие технологические особенности
строительства объектов.
Основные группы указанных машин реализуют различны?
способы разработки и перемещения грунта. Например, машины
второй и третьей групп используют механические способы
резания и копания грунта. Возникающие при этом силы
сопротивления зависят от трех основных факторов: 1) физико-механических
свойств грунта; 2) площади срезаемой рабочим органом стружки
грунта; 3) конструкции рабочего органа. Сопротивление копанию
включает три составляющих: сопротивление резанию грунта-
перемещению грунта впереди рабочего органа и наполнению
рабочего органа (ковша).
Физико-механические свойства и характеристики грунтов в
совокупности определяют трудность их разработки и
перемещения. Это гранулометрический состав, объемная масса,
пористость, влажность, связность, прочность, абразивность, разрых-
ляемость и др. В зависимости от трудности разработки грунты
разделены в строительных нормах на шесть групп (кроме
мерзлых и скальных пород). Например, к первым двум группам
отнесены несвязные и малосвязные группы с мелкими частицами —
песок, супесь и др., а к четвертой группе — тяжелая глина. Один
и тот же грунт может быть включен в разные группы в
зависимости от применяемой для его разработки машины. Например,
песок при разработке экскаваторами относят к первой группе,
а скреперами, особенно самоходными, — ко второй, так как в
песках возрастает сопротивление перемещению скрепера, трудно
обеспечить наполнение ковша. Поэтому и область эффективного
применения машин зависит от вида грунтов. Энергоемкость
механического способа самая низкая: 0,05...0,3 кВт- ч/м3, °н
универсален и получил наибольшее распространение в
строительстве.
При производстве замляных работ вблизи или
непосредственно на реках, озерах и морях, особенно в Западной Сибири, эф'
фективным становится гидромеханизированный способ. Его
энергоемкость выше — колеблется в пределах 0,2...2 кВт- ч/м3,
однако приведенные удельные затраты и трудоемкость значительно
ниже механического способа.
Разработку мерзлых грунтов и скальных пород производя^
взрывным способом с предварительным выполнением бур°вЬ'
работ для размещения зарядов взрывчатых веществ. Это
наиболее трудоемкий и дорогой способ, энергоемкость только бур0
вых работ составляет 0,8...1,1 кВт- ч/м3. Чтобы снизить стоИ-
420
мость строительства, взрывной способ разработки мерзлых
грунтов заменяют механическим рыхлением с применением мощных
бульдозеров-рыхлителей.
При строительстве крупных объектов указанные способы
дополняют друг друга и применяются в комбинации в зависимости
от производственных и климатических условий. Например, при
сооружении земляного полотна железных и автомобильных
дорог основной объем работ выполняют землеройные и землеройно-
транспортные машины, но при пересечении водных преград
пойменные насыпи эффективнее намывать
гидромеханизированным способом, а в горных районах выемки разрабатывают
взрывным способом.
Машины для земляных работ непрерывно совершенствуют
на основе исследования взаимодействия рабочих органов с
грунтом, улучшения конструкции агрегатов и узлов, применения
новых материалов для их изготовления. Ведутся исследования по
применению новых (термического и химического) способов
разрушения грунтов. В этих работах по созданию новой техники
конструкторы и экономисты дополняют друг друга:
характеристики новой техники служат исходными данными для планирования
снижения стоимости производства работ и вместе с тем
экономические показатели ее опытного применения являются основанием
для полной оценки эффективности и необходимости создания
каждой новой машины.
29.2. Машины для подготовительных работ
Механизация подготовительных работ является важнейшей
задачей машиностроения в связи с тем, что инженерная подготовка
производства выполняется в наиболее сложных
гидрогеологических условиях, как правило, в малоосвоенной местности новых
экономических районов, в условиях бездорожья. Именно
сложные производственные условия приводят к тому, что уровень
механизации работ подготовительного периода ниже, чем
основных. Тем более важно понимать первоочередность развития
средств механизации для подготовки эффективного и
качественного выполнения работ основного периода строительства.
Отечественное машиностроение выпускает специальные и
общестроительные машины для подготовительных работ по
расчистке отведенной территории под строительную площадку от леса
и кустарника, устройства водоотводов и осушения грунтов,
устройства временных технологических дорог, предварительной
подготовке грунтов для разработки землеройными машинами.
Для удаления деревьев и кустарника применяют различные
Машины в зависимости от качества древесины и освоенности
территории. При значительных объемах работ по расчистке
полосы отвода под железную или автомобильную дорогу,
магистральный трубопровод строевой лес убирают валочно-трелевоч-
421
ными машинами. Их рабочее оборудование смонтировано на базе
трелевочного трактора с уширенными гусеницами для лучшего
перемещения по мокрым и просадочным грунтовым основаниям
Рабочий орган выполнен в виде шарнирной стрелы, на конце
которой металлический захват ствола дерева и пильный диск
После разделки деловой древесины спиленное дерево с помощью
захвата укладывается на платформу трелевочного трактора.
Один рейс трелевочного трактора мощностью 80... 118 кВт
обеспечивает вывоз около 20 м3 древесины. Для срезки деревьев
большого диаметра, а также для расчистки от леса
небольших строительных площадок применяют цепные бензомоторные
пилы.
Корчевку пней производят специализированными
машинами — корчевателями или бульдозерами на базе тракторов
мощностью до 190 кВт. В зависимости от требуемой области
применения выпускают корчеватели-собиратели и корчеватели-
погрузчики. Рабочим органом корчевателя, как и бульдозера
(см. § 30.1), является отвал с зубьями для выдергивания пней
диаметром до 50 см. Корчевку более крупных пней, особенно
в зимнее время, производят взрывным способом. При расчистке
мелколесья и валки деревьев с корнями применяют также
бульдозеры с защищенной кабиной машиниста.
Кусторезы — навесное оборудование к гусеничным или
колесным тракторам выпускаются с пассивным или активным рабочим
органом. Пассивный рабочий орган представляет собой
клинообразный отвал, который крепится к универсальной толкающей
раме в средней части с помощью шарового шарнира и по
бокам — на пружинных амортизаторах. Это позволяет отвалу
поворачиваться относительно рамы и приспосабливаться к
рельефу местности. Передняя часть клинообразного отвала усилена
для раскалывания пней и раздвигания деревьев, а боковые
поверхности имеют горизонтальные режущие ножи (рис. 29.1).
Отвал поднимается и опускается гидроцилиндрами. Для лучшего
подрезания кустарника его заглубляют в грунт на 50 мм.
Активный рабочий орган устанавливают вместо отвала, он выполнен в
виде дисковых пил или режущей непрерывной цепи и
предназначен для удаления хворостяного кустарника, который не
срезается, а подминается отвалом.
Кусторез на базе гусеничного трактора мощностью 118 кВт
имеет следующие технико-экономические характеристики:
ширина полосы (захвата) 3,6 м, наибольший диаметр срезаемых де_
ревьев 300 мм, масса навесного оборудования 2,5 т,
производительность — до 6 га/смен.
На очищенной от деревьев, кустарника и камней строительной
площадке или в полосе отвода под автомобильную или
железную дорогу устраивают водоотводные канавы. Для этой цели
применяют плужные каналокопатели непрерывного действия,
экскаваторы-планировщики с телескопической стрелой,
экскаваторы с рабочим оборудованием обратной лопаты и профилиро-
422
Рис. 29.1. Кусторез:
1 — режущие ножи: 2 — клинообразный
отвал; 3 — ограждение кабины; 4 - тол-
кающая рама
вочным (трапецеидальным)
ковшом, многоковшовые
экскаваторы.
Плужные каналокопатели
представляют собой навесное и
прицепное рабочее
оборудование к гусеничному трактору.
Рабочий орган каналокопателя
изготовлен в виде двухотвального
плуга сварной конструкции.
Для удаления грунта от канавы
на расстояние до 2 м применяют
роторное метательное
устройство. Наибольшие размеры
сооружаемых канав: ширина по
дну — до 1 м, глубина — до 1 м,
откосы 1:1,5.
Производительность при копании канав (каналов) за один проход составляет до
3 км за 1 ч чистой работы. Недостатком плужных каналокопателей
является невозможность изменять поперечное сечение канав.
Экскаваторы-планировщики с телескопической стрелой
допускают поворот рабочего органа — ковша относительно продольной
оси. Это позволяет разрабатывать канавы практически любого
поперечного сечения с требуемыми уклонами откосов с укладкой
грунта сбоку от канавы или с погрузкой его в транспортные
средства. Для разработки небольших по глубине канав (до 1,0 м)
сразу на полный профиль экскаваторы имеют сменное рабочее
оборудование — профилировочный ковш, кромка реза которого
имеет очертания поперечника разрабатываемой канавы.
Конструкция многоковшовых цепных и роторных экскаваторов
продольного копания, которые также могут разрабатывать
водоотводные канавы с погрузкой грунта в транспортные средства,
изложена в гл. 31.
Подготовка сезонномерзлых и многолетнеме.рзлых грунтов
для устройства земляных сооружений с применением основных
машин производится специально созданными средствами
механизации, реализующими способы рыхления, резания грунтов
и др.
Рыхление плотных и мерзлых грунтов для последующей
Разработки землеройными и землеройно-транспортными машина-
Ми производят специализированными машинами — рыхлителями
и бульдозерами-рыхлителями (табл. 29.1, 29.2). Чаще применяют
бульдозеры-рыхлители, так как они не только разрабатывают
верхний слой грунта, но и перемещают его, подготавливая, таким
образом, фронт работ для рыхления последующего слоя. Рых-
^Ительное оборудование включает опорную раму, верхнюю и
Нижнюю тягу, гидропривод, рабочую балку и зуб со сменным
Наконечником. Основной рабочий орган — зуб рыхлителя состоит
из стойки, наконечника и уширителей (рис. 29.2). Механизм
423
изменения высоты зуба обеспечивает его ступенчатую переста
новку. Гидросистема рыхлителя присоединяется ко всей гидр0.
системе машины и управляется из кабины.
Таблица 29.1. Технические характеристики машин для подготовительных работ
Модель
ДЗ-116В
ДЗ-117А
ДЗ-126А
ДЗ-129АХЛ
ДЗ-94С — 1
ДЗ-141ХЛ
Базовый
трактор
Мощность
двигателя, кВт
Скорость
движения, км/ч
Бульдозеры-рыхлители
Т-130МГ-1
Т-130МГ-1
ДЭТ-250М
Т-330
Т-330
Т-500
118
118
243
243
243
368
10,5
10,5
18,5
16,4
16,4
13
Бульдозерное оборудование
Шири
на
отвала,
мм
Высота
отвала,
мм
3220
4120
4310
4860
4730
4800
1300
1140
1550
1880
1750
2000
Опускание
отвала
ниже
опорной
поверхности, мм
400
535
500
700
650
720
ДП-31АХЛ
Машина послойного фрезерования
Т-130МГ-1 I 118 I 0,2 I 4120
140
350
Продолжение табл. 29.1
Модель
ДЗ-116В
ДЗ-117А
ДЗ-126А
ДЗ-129АХЛ
ДЗ-94С—1
ДЗ-141ХЛ
ДП-31АХЛ
Базовый
трактор
Рыхлительное
оборудование
Число
зубьев
Наибольшее
глубление, мм
Бульдозеры-рыхлители
Г-130МГ-1
Г-130МГ-1
ДЭТ-250М
Т-330
Т-330
Т-500
450
450
1200
1400
700
1540
Машина послойного фрезеро
Т-130МГ-1
—
300
Масса,
кг
17 800
17 856
42 000
52 636
38 241
61 350
вания
23 900
Число
часов
работы
в год
2500
2500
2500
3200
3200
3200
2500
Инвен-
тарно-
расчетная
стоимость,
руб.
19 474
19 677
71262
29 960
14 980
261 400
33 363
Примечание. Инвентарно-расчетная стоимость моделей ДЗ-129АХЛ, ДЗ-94С-1
дана для навесного оборудования, без учета стоимости трактора.
424
Таблица 29.2. Экономические показатели эксплуатации машин
„ля подготовительных работ
Затраты
Единовременные Е,
руб/(маш-ч)
Годовые Г. руб/ (маш-ч)
Эксплуатационные Э,
руб/(маш-ч)
Себестоимость машино-
часа С, руб/(маш-ч-), в
знаменателе, в том числе
зарплата За руб/ч
Бульдозеры-рыхлители мощностью, кВт
79
0,22
1,08
2,79
4,09/1,14
96...12I
0,22
1,96
3,37
5,55/1,2
132
0,3
2,89
3,77
6,96/1,28
Фрезы
дорожные
навесные на
тракторе
79 кВт
0.19
1,95
2,31
4,45/1,16
Рыхлители применяют также для выкорчевывания пней,
удаления камней, взламывания дорожных покрытий при ремонте
автодорог. Для улучшения использования мощных базовых
тракторов состав рыхлительного оборудования включает до трех
зубьев, однако надежность конструкции и скорость рыхления
у таких машин снижается.
Эксплуатационная среднечасовая производительность
рыхлителей определяется объемом разрыхленного грунта, м3/ч:
^///#//////////////##JW///////#/^
Рис. 29.2. Бульдозер-рыхлитель:
' отвал; 2 — толкающая рама; 3 -- гидродвигатели управления отвалом; 4 —
базовый трактор; 5,6 — опоры рыхлительного оборудования; 7 — гидродвигатель подъема
и опускания зуба; 8 — зуб рыхлителя
425
где V — объем разрыхленного грунта в плотном теле за цикл, м3-
tn — время цикла работы рыхлителя, ч, зависит от технологичес!
кой схемы его применения. При продольных проходах с
разворотами £ц = L/vv -\-1„; L — длина пути рыхления, м; vp — средняя
скорость работы рыхлителя (около 2 км/ч); tn — время на
переключение передач, опускание рыхлителя и разворот в конце
участка; Кв ~ 0,85 — коэффициент использования рыхлителя по
времени.
Производительность зависит от крепости разрыхляемого груН-
та, объема работ на объекте и технологической схемы. В
условиях городского строительства при рыхлении мерзлого грунта с
глубиной промерзания 1,2 м рыхлитель на тракторе с тяговым
усилием 250 кН имеет производительность около 100 м3/ч. Пути
повышения эффективности работы рыхлителей применение
мощных базовых тракторов с тяговым усилием до 500 кН.
Для послойной разработки мерзлых грунтов при уборке
грунта, вспомогательных работах, планировке территории в
небольших объемах применяются машины послойного фрезерования
грунтов (рис. 29.3). Они представляют собой трактор Т-130
мощностью 118 кВт с навесным рабочим оборудованием: фрезерным
рабочим органом в задней части машины и бульдозерным отвалом
впереди.
В транспортном положении фрезерный рабочий орган поднят.
При производстве работ он опускается на грунт двумя
гидроцилиндрами и разрабатывает его зубьями вращающейся фрезы
в направлении снизу вверх. В режиме фрезерования машина
движется со скоростью до 200 м/ч, разрабатывая грунт на
глубину до 300 мм при ширине полосы захвата 2,4 м. Техническая
производительность машины 145 м3/ч.
Баровые машины производят нарезку зубчатой цепью щелей
Рис. 29.3. Машина послойного фрезерования:
/ — бульдозерный отвал; 2 — базовый трактор; 3 — привод рабочего органа; 4,5 —
редуктор отбора мощности и ходоуменьшителя: 6 — бортовой редуктор; 7 —
рабочий орган; 8 — цепная передача; 9 — гидропривод подъема и опускания фрезы.
426
Рис. 29.4. Двухбаровая машина для нарезки
щелей в мерзлом грунте:
1 — цепные бары; 2 — гидродвигатели подъема и
опускания баров; 3 — базовый трактор
в мерзлом грунте для
разделения его на
отдельные блоки и
последующей разработки
экскаваторами. Базовой
машиной может
служить трактор Т-130 или
траншейный
экскаватор, а навесным
рабочим оборудованием —
цепные бары,
управляемые с помощью
гидросистемы (рис. 29.4).
Скорость движения
режущей цепи — до 2 м/с,
а скорость движения
трактора в режиме
резания— до 70 м/ч. Для
нарезки водоотводных
канав и траншей в мерзлых грунтах применяют универсальную
трехбаровую машину. Положение ее двух крайних баров можно
регулировать в соответствии с заданным уклоном откосов
траншеи. Недостатками машины являются быстрый износ баров и
необходимость применения экскаваторов для удаления
нарезанных мерзлых блоков.
Способ резания реализуют и дискофрезерные машины,
имеющие навесное (на тракторе) оборудование в виде одной или двух
дисковых пил (фрез) диаметром до 3 м. Машина прорезает
щели глубиной до 1,5 м и шириной до 230 мм. Скорость резания
2...3 м/с при движении трактора со скоростью около 80 м/ч.
Такие машины используются при щелевзрывном способе
разработки мерзлых грунтов.
Для рыхления мерзлых грунтов при экскаваторных работах к
экскаваторам с ковшом 0,5...1,6 м3 выпускаются сменные рабочие
органы в виде гидромолотов.
Гидромолот имеет корпус, в котором размещается массивный
ударник, прикрепленный к штоку поршня рабочего цилиндра.
Масса ударника гидромолота на экскаваторе ЭО-4121 — 200 кг,
частота ударов — 120 мин-1, производительность — 20 м3/ч. Для
разработки мерзлых грунтов и скальных пород применяются
также экскаваторные ковши активного действия. У таких ковшей
вместо обычных сменных зубьев установлены пневмомолоты.
Сжатый воздух поступает к ним от передвижного компрессора и
обеспечивает частоту ударов до 10 мин-1. Совместное действие
напорного механизма ковша и пневмомолотов усиливает
разрушение пород.
Глава 30
ЗЕМЛЕРОЙНО-ТРАНСПОРТНЫЕ МАШИНЫ
30.1. Бульдозеры
Бульдозер — землеройно-транспортная машина на базе
гусеничного трактора или колесного тягача со сменным навесным
оборудованием для послойной разработки и перемещения грунта
(рис. 30.1). Оборудование состоит из отвала — лобового щита
с боковыми открылками, рамы и механизма управления отвалом.
Применяются бульдозеры с неповоротным и поворотным
отвалом. Неповоротный отвал установлен постоянно
перпендикулярно продольной оси трактора, и бульдозер может
перемещать грунт только впереди отвала. У бульдозеров второго типа
отвал можно повернуть в любую сторону и установить под
углом 60° по. отношению к продольной оси трактора и наклонить
на 6...10° в вертикальной плоскости. Такой бульдозер может
перемещать грунт в сторону и выполнять грубые планировочные
работы, т. е. имеет большие технологические возможности.
В транспортн.ом положении отвал поднят, в рабочем —
опущен на основание и при движении бульдозера врезается в грунт.
По типу привода бульдозеры бывают: с механическим,
гидравлическим и дизель-электрическим приводом. В бульдозерах
применяются преимущественно гидравлические насосные и
электрические системы управления.
По типу управления отвалом различают бульдозеры с
канатным и гидравлическим управлением. Более эффективным
является гидравлическое управление, обеспечивающее
принудительное заглубление отвала, тогда как при канатном управлении он
опускается на грунт только под действием собственной массы.
Отвал сконструирован таким образом, чтобы обеспечить наибо-
Рис. 30.1. Бульдозер:
/ толкающая рама; 2 — раскосы; 3 - гидродвигатель перекоса отвала; 4 --
гидродвигатель подъема и опускания отвала; 5 — отвал; 6 — базовый трактор
428
е эффективную разработку, накопление грунта в призму и его
л„ремегцение. При движении бульдозера срезаемый слой грунта
акапливается до тех пор, пока не достигнет верха отвала,
п транспортном положении отвал поднимается на поверхность
гр«нта, срезая неровности или засыпая грунтом впадины,
происходит планировка поверхности. Если же бульдозер делает
послойную отсыпку насыпи, то отвал находится на расстоянии от
основания, равном толщине отсыпаемого слоя.
Область применения бульдозеров: разработка и перемещение
ррунта на расстояние до 100 м при устройстве автодорожных
й железнодорожных насыпей из резервов, сооружение плотин,
устройство котлованов и каналов, планировка площадок и
отделка земляных сооружений. Кроме этих основных работ бульдозер
может выполнять многочисленные подготовительные,
вспомогательные и хозяйственные работы. Это расчистка строительных
площадок, очистка дорог и аэродромов от снега, уборка мусора
и др- Бульдозеры работают и в комплекте с другими
землеройными машинами, выполняя, например, послойное разравнивание
грунта для уплотнения при отсыпке насыпей автосамосвалами.
Их используют также в качестве толкачей скреперов при наборе
грунта. Для этой цели бульдозерный отвал оборудуют
дополнительным навесным устройством — толкающей рамой. Мощные
бульдозеры имеют в качестве навесного оборудования
рыхлители, что существенно расширяет область их применения, позволяя
использовать в плотных и мерзлых грунтах.
Столь обширная область применения бульдозеров позволила
сделать эти машины наиболее распространенными (наряду с
экскаваторами) в строительстве. Ими выполняются около 40 %
общего объема земляных работ. В зависимости от технических
и технологических характеристик земляных сооружений и видов
выполняемых работ к бульдозерам предъявляют различные
производственные требования и применяют машины, соответствующие
этим требованиям мощностью, ходовым оборудованием, типом
привода, наличием навесного оборудования и другими
техническими характеристиками (табл. 30.1, 30.2).
Главным параметром бульдозера является тяговый класс или
тяговое усилие базового трактора (тягача). Наибольшее
распространение в строительстве получили три группы бульдозеров:
1) легкие, с тяговым усилием до 60 кН; 2) средние, с тяговым
усилием 100...150 кН; 3) тяжелые, с тяговым усилием 250 кН и
выше. Машины первой группы применяют в основном как
комплектующие на вспомогательных и хозяйственных работах, а в
малогабаритном исполнении — в стесненных условиях. Машины
второй группы используют на основных работах при разработке
грунтов первой — третьей групп (с рыхлителями и более
плотных), а тяжелые бульдозеры выполняют основные работы на
крупных объектах и в районах с экстремальными природными
условиями. Например, в группе тяжелых бульдозеров на
тракторах тягового класса 25 распространен бульдозер ДЗ-118 с элект-
429
Таблица 30.1. Техническая характеристика
и производительность бульдозеров
Наименование
Базовый трактор
Тяговый класс
Мощность, кВт
Скорость движения,
км/ч
Бульдозерное
оборудование:
ширина отвала,
мм
высота отвала,
мм
Опускание отвала ни
же опорной
поверхности, мм
Угол резания, град
Масса, кг
Производительность
эксплуатационная,
среднечасовая, м3/ч,
при транспортировании
грунта II группы на
50 м
Модель бульдозеров
ДЗ-42
ДЗ-101А | ДЗ-110А | ДЗ-35С
ЩТ-75МР-С2,
3
66
11,18
2560
804
300
55
7000
14,8
Т-4АП2-С1
4
95,6
9,32
2860
1050
435
55
9900
30,4
Т-130.Т.
Г-1
10
118
10,27
3220
1180
465
55
16 021
57,8
Таблица 30.2. Экономические показатели эксплуатации
бульдозеров
Т-180Г
15
132
16
3640
1230
500
55
18 800
63,3
ДЗ-118
ДЭТ-250
25
243
19
4310
1550
500
55
39 000
76,9
Затраты
Единовременные
Е, руб/(маш-ч)
Годовые затраты Г.
руб/(маш-ч)
Эксплуатационные
затраты Э,
руб/(маш-ч)
Себестоимость С,
руб/(маш-ч), в том
числе зарплата, руб/ч
Оптовая цена, тыс.
руб.
Удельные затраты,
Зу, руб/ч
Удельные
приведенные затраты руб/м3,
1= 50 м
3
0,15
0,64
1,92
2,71/0,91
9,2
3,52
0,24
Бульдозеры, тяговый класс
4
0,18
0,82
2,35
3.35/1,04
11,1
4,33
0,14
10
0,18
1,85
2,54
4,57/1,04
16,9
6,02
0.1
15
0,18
2,25
3,12
5,55/1,13
22,9
7,46
0,12
25
0,48
3,88
4,81
9,19/1,6
62,46
13,94
0,18
Примечание. Затраты рассчитаны применительно к грунтам II группы.
430
ромеханической трансмиссией и гидравлическим приводом,
который обеспечивает подъем и опускание отвала на необходимую
высоту или глубину и изменение угла резания. Бульдозер
оборудован на базе промышленного трактора ДЭТ-250М мощностью
243 кВт. Такая мощность позволяет разрабатывать грунты любой
категории, включая мерзлые и взорванные скальные породы.
Эксплуатационная среднечасовая производительность
бульдозера определяется объемом разработанного и перемещенного
грунта в плотном теле, м3/ч:
я9 = Х£-кук„,
/ц Ар
где V — геометрический объем грунта в призме, перемещаемой
бульдозерным отвалом, м3; Гц — время рабочего цикла
бульдозера, ч;
где t\, ..., t6—соответственно время: на разработку грунта,
его перемещение и обратный (порожний) ход, на подъем отвала
в транспортное положение, переключение передач трактора и его
повороты в конце рабочего хода; Кв — коэффициент
использования бульдозера в течение рабочего дня, равен 0,8...0,95 в
зависимости от технического состояния машины и квалификации
обслуживающего персонала; КР — коэффициент разрыхления грунта в
призме, перемещаемой бульдозером (он всегда больше 1 и
позволяет пересчитать объем V разрыхленного грунта на объем в
плотном теле); Ку, Кк — соответственно, коэффициенты,
учитывающие уклон местности и потери грунта при перемещении.
Таким образом, производительность бульдозера как машины
циклического действия пропорциональна объему V грунта,
перемещаемому за цикл, и обратно пропорциональна времени цикла
Тп (рис. 30.2).
Способы повышения производительности бульдозера связаны
с увеличением объема V грунта в призме, перемещаемой
отвалом, и сокращением продолжительности рабочего цикла Гц.
Объем V грунта зависит от размеров, формы отвала, свойств
грунта и технологической схемы производства работ. Естественно,
чем мощнее базовый трактор, тем больше его отвал, тем выше
производительность (см. табл. 29.3). Однако известны способы
увеличения объема и без изменения мощности трактора.
Производственно-технологические требования к характеристикам
базового трактора определяются применительно к работе в наиболее
сложных условиях — в плотных или мерзлых грунтах. Если же
бульдозер работает в легких грунтах (песках, супесях) или под
уклон, то его номинальное тяговое усилие может обеспечить
разработку, накопление и перемещение большей призмы. Для
этого бульдозеры (особенно мощные) комплектуют
дополнительно сменным оборудованием: уширителями отвала, открылками
и др.
431
о)
пу/ч
250
200
150
100
50
/1
2l\
J\ \
Лч^
^U =
1
-+4.J7
п= 2506,0+^
/ п=_вщ_+/>06
/
~ ~
б)
С,руб/ч
30
60
120
150
L.M
ч-
к
3
•L
12
С этой же целью прц.
меняют рациональные
технологические схемы
работы машин. Они
позволяют уменьшить потери
грунта при перемещении от
места разработки в
насыпь, которые достигают
значительных размеров —
6...7 % на каждый метр
перемещения бульдозера
в несвязных грунтах и
2,5...3 % в связных
грунтах. Эти потери можно
уменьшить примерно вдвое
при спаренной работе
машин, отвалы которых
располагаются одним
фронтом на небольшом
расстоянии — до 0,5 м один
от другого. С этой же
целью применяют
траншейный способ
разработки грунтов. Бульдозер
перемещает грунт в
траншее, стенки которой
удерживают призму грунта.
Применяют также
поэтапную схему перемещения
грунта на значительные
расстояния, при которой
устраивают посередине
каждой дальности груженого хода промежуточный отвал грунта
(до 200 м3). Такая схема также сокращает потери грунта и до
10% повышает производительность.
Второй путь повышения производительности бульдозера
состоит в сокращении времени цикла Тц. Он основан на тщательном
анализе и сокращении продолжительности рабочих операций
бульдозера. Сокращение продолжительности t\ разработки,
накопления грунта в призме и груженого хода достигается при
работе бульдозера под уклон. При этом уменьшается
сопротивление призмы волочения и увеличивается тяговое усилие. При
работе на подъем производительность бульдозера падает. Для
уменьшения времени порожнего хода t3 и переключения передач
h бульдозер перемещается без разворота обратным ходом на
расстояние до 50 м, при большем расстоянии эффективнее
разворот бульдозера. Возможны и другие способы сокращения
рабочих операций. Все они экономят секунды на каждом цикле, но в
целом за смену и год позволяют повысить эффективность работы
432
15 18 21 25
Класс тяги, т
Рис. 30.2. Технико-экономические показатели
работы бульдозеров:
а — зависимость от дальности перемещения
грунта производительности бульдозеров класса тяги
1 -6 т; 2—10 т; 3- 15 т; 4—25 т; б затраты
на один машино-час; / себестоимость; 2
эксплуатационные затраты; 3 — заработная плата
машинистов; 4 — годовые затраты; 5 - -
единовременные затраты
машины. Вместе с тем именно малые скорости движения 5 км/ч с
грунтом и 19 км/ч порожним ходом резко снижают
производительность и эффективность применения бульдозера с
увеличением дальности перемещения грунта. И это естественно — грунт
нерационально перемещать волоком. Для этой цели нужно
применять специализированное транспортное устройство, которое
есть у скреперов, и транспортные машины — автосамосвалы.
Значительно возрастают скорости перемещения бульдозеров на
колесном ходу, их производительность при работе в легких
грунтах выше на 25...30 %. Однако тяговое усилие колесных тягачей
по сцеплению с грунтом недостаточно для разработки, колеса
пробуксовывают, изнашиваются, что приводит уже к
необходимости оценивать не эффективность, а техническую возможность
применения колесных бульдозеров в плотных и тем более
скальных грунтах. По этой причине они получили небольшое
распространение в строительстве, в основном как бульдозеры-
погрузчики.
Важнейшим резервом повышения производительности
бульдозера является оборудование его автоматическим устройством
управления отвалом и эксплуатационным режимом.
30.2. Скреперы
Скрепер — землеройно-транспортная машина циклического
действия, выполняющая послойную разработку грунта и набор
ковша, транспортирование грунта в ковше к месту укладки,
выгрузку с разравниванием и частичным уплотнением грунта на
месте укладки. В этой машине объединены землеройное и
транспортное оборудование, что позволяет одному машинисту
управлять процессами разработки и перемещения грунта. В результате
снижаются трудоемкость и себестоимость возведения земляных
сооружений. Основные агрегаты и узлы скрепера имеют по
своему назначению такой же конструктивный замысел, как и у
других машин для земляных работ (рис. 30.3). Рабочим
оборудованием являются ковш 1, в передней части которого ножи 2,
отверстие 3 для набора и разгрузки грунта и заслонка 4.
Ковш скрепера на пневмоколесном ходу приводится в
движение тягачом 5 — гусеничным или пневмоколесным. Система
управления рабочими органами — гидравлическая или канатная.
Для набора ковш скрепера опущен на грунт, при движении
тягача ножи с усилием гидропривода врезаются в грунт,
стружка 6 которого подается в ковш.
После наполнения ковша заслонка закрывается и для
транспортирования ковш поднимается над грунтом. При разгрузке
гРунта в насыпь скрепер продолжает движение, заслонку
открывают, а ковш опускают так, чтобы расстояние между днищем
и поверхностью было равно заданному слою отсыпаемого грунта.
После разгрузки порожний скрепер возвращается к месту набора
гРунта — в выемку или карьер. Естественно, по мере наполнения
433
Рис. 30.3. Скреперы:
а - самоходный скрепер; б - набор грунта в ковш; в — груженый ход; в - -
разгрузка ковша
ковша растет сопротивление работе скрепера, которое должно
преодолеваться тяговым усилием трактора или колесного
тягача. Требуемое тяговое усилие как раз и входит в производственно-
технологические требования к энергетическому обеспечению
скрепера. Оно должно превышать величину наибольшего суммарного
сопротивления работе скрепера, включающего четыре основных
составляющих: сопротивление резанию грунта, сопротивление
набора грунта в ковш на заключительной стадии его наполнения,
сопротивление перемещению груженого скрепера и
сопротивление призмы волочения грунта перед ковшом.
Скреперы широко используются в автодорожном и
железнодорожном строительстве для возведения насыпей и разработки
выемок, при строительстве гидротехнических сооружений, на
вскрышных и многих других работах.
Скреперы выполняют около 10 % земляных работ. Их
классифицируют: по способу соединения с тягачом — прицепные и
самоходные (в том числе полуприцепные и седельные); по
загрузке ковша — загружаемые тяговым усилием трактора-тягача
(и толкача) и с механизированной элеваторной загрузкой; по
способу разгрузки ковша — со свободной (самосвальной),
полупринудительной и принудительной разгрузкой; по системе
управления рабочим органом — с канатным и гидравлическим
управлением.
434
Преимущественно распространены скреперы, загружаемые
тяговым усилием — более простые по конструкции и надежные
в эксплуатации.
Поскольку тягового усилия тягачей (особенно колесных) для
загрузки скрепера недостаточно, при наборе грунта применяют
толкачи, а также технологию спаренной работы скреперов. В
качестве толкачей обычно используют гусеничные тракторы с
толкающим щитом.
Прицепные скреперы с гусеничными тракторами (тягачами)
на легких и средних грунтах могут работать без толкачей.
При свободной (самосвальной) разгрузке, применяемой
обычно на скреперах малой емкости, ковш, прикрепленный шарнир-
но к раме скрепера, опрокидывается вперед или назад при
помощи канатной или гидравлической системы. Самосвальная
разгрузка, отличаясь простотой конструкции, не обеспечивает полного
опорожнения ковша при работе на липких и сырых грунтах.
При полупринудительной разгрузке, применяемой на
скреперах средней и большой емкостей, ковш опорожняется поворотом
вперед (по ходу) днища. Грунт при этом высыпается в щель,
образующуюся между ножевой плитой и открытой заслонкой или
повернутым днишем. Недостатком является неполная разгрузка
ковша при работе на липких и влажных грунтах
При принудительной разгрузке, применяемой на скреперах
средней и большой емкости, ковш опорожняется движением
вперед (по ходу) задней подвижной стенки полностью на любых
грунтах.
Разгрузка скрепера вперед позволяет регулировать толщину
отсыпаемого слоя (подъемом ковша). При этом грунт
планируется ножом или специальным скребком, что создает условия для
высококачественного его уплотнения.
Прицепные скреперы соединяют обычно с гусеничными
тракторами и применяют при тяжелых условиях работы (переменный
рельеф, бездорожье и т. п.) и для транспортирования грунта
на расстояние 100...500 м (при транспортировке грунта на
расстояние менее 100 м целесообразнее использовать бульдозеры).
Чтобы ускорить процесс загрузки ковша и повысить
коэффициент его наполнения, применяют скреперы с элеваторной
загрузкой. Элеваторы скребкового типа имеют реверс, что
позволяет не только загружать, но и разгружать ковш. Такие скреперы
с дополнительным механизмом загрузки естественно дороже на
15...20%, их масса больше на 10...20 %. Однако потребность
в тракторах-толкачах для набора грунта отпадает, повышается
производительность. В связи с этим скреперы с элеваторной
загрузкой эффективны при значительных объемах работ.
Основные тенденции развития конструкции и расширения области
применения скреперов состоят в следующем: повышение
единичной мощности, увеличение выпуска машин с ковшом 15 и 25 м3.
Такие скреперы позволяют снизить себестоимость работ на 20...
25 %, однако для их работы необходимо более прочное основа-
435
ние землевозных дорог; повышение транспортных скоростей за
счет производства дизель-электрических самоходных скреперов
с установкой дополнительных электродвигателей в ходовом
оборудовании (мотор-колеса); переход на гидравлическое
управление рабочими операциями и принудительную загрузку ковша;
совершенствование конструкции ковша, применение шин низкого
давления, повышение мощности двигателей.
Эксплуатационная среднечасовая производительность
скрепера, м3/ч
60<Ж„
Яэ
где С?
П,м3/ч
100
ткКр
к.
75
50
25
/
А з
h 5
/ 1
' 1
С,ру6/ч
1U
300
600
900
1200
1500
L,M
12
вместимость ковша скрепера, м3; Ки, КР —
соответственно коэффициенты
наполнения ковша и
разрыхления грунта; Кв —
коэффициент использования
скрепера в течение рабочей
смены; Тц —
продолжительность цикла работы
скрепера:
* ц == *н "Г" иж ~Т~ ^гр "г" 'р ~т~
~~Г *пх "Г" ^п •
Составляющими цикла
являются
продолжительности набора ковша /„,
подъема полного ковша в
транспортное положение
4к, разгрузки в насыпь tp,
порожнего (обратного)
хода в выемку tm,
поворотов 4, груженого хода trp.
С увеличением дальности
перемещения грунта
производительность
скреперов падает (рис. 30.4).
Коэффициент
наполнения ковша зависит от
грунтов и составляет 0,7
для сухих песков и 1,2
для влажных суглинков.
В мокрых грунтах
скрепер применять
нецелесообразно из-за налипания
грунта в ковше.
Пути повышения
производительности
скреперов определяются
рациональными технологически-
К-н
1
J.
1^/
/ г">
?*^
12
15
Вместимость ковша,м3
Рис. 30.4. Технико-экономические показатели
работы скреперов:
а — зависимость от дальности перемещения
грунта производительности скреперов с ковшом
вместимостью: / — 8 м3; 2 — Юм3; 3 — 15 м3; 4 —
10 м3; 5— 15 м3;
б — затраты на один машино-час; / —
себестоимость; 2 - эксплуатационные затраты; 3 —
заработная плата; 4 — годовые затраты; 5 —
единовременные затраты
436
ми схемами (см. ч. I) и правильным составом скреперного
комплекта. Уменьшение времени набора ковша и увеличение Кн
обеспечивает применение тракторов-толкачей, сдвоенных скреперов
и предварительное рыхление грунта.
Технико-экономические показатели скреперов приведены в
табл. 30.3, 30.4 и на рис. 30.4. Они показывают, что с
увеличением вместимости ковша повышается эксплуатационная
производительность и снижаются удельные затраты труда. С
увеличением дальности транспортирования грунта эти показатели
ухудшаются, особенно у прицепных скреперов.
Таблица 30.3. Техническая характеристика и производительность скреперов
Наименование
Вместимость ковша,
м3
Базовый трактор:
модель
мощность, кВт
тяговый класс
Ширина резания,
мм
Наибольшее
заглубление, мм
Толщина
отсыпаемого слоя, мм
Скорость, км/ч
Масса скрепера, т
Число часов работы
в году
П роизводител ьность
эксплуатационная
среднечасовая, м3/ч
Затраты труда,
чел-ч на 1000 м3
Скреперы прицепные
ДЗ-149-5
8,8
К-701
221
5
2480
150
400
33,8
22,7
2400
41,8
24,2
5,68
8.88
ДЗ-77А
8
Т-130М1Г
118
10
2754
350
500
10,5
9,8
2400
27,1
15,3
8,19
14,49
ДЗ-79
18
Т-330
243
25
3020
310
500
16,4
18,6
2400
53,3
31,3
4,52
7,82
Скреперы самоходные
ДЗ-35711
8
МоАЗ-
546П
151
—
2820
150
400
30
19,6
2400
30,7
24,3
6,12
9,37
ДЗ-13А
15
БелАЗ-
531
265
—
3120
200
150...500
45
36,7
2400
62,9
51,3
3,15
4,55
ДЗ-115
15
БелАЗ-
531
530
—
3120
200
450
52,5
44,3
2400
73,4
59,8
3,15
4,55
Примечание В числителе приведены показатели при транспортировании
П группы на 0,3 км; в знаменателе— на 0,6 км.
Таблица 30.4. Экономические показатели работы скреперов
Затраты
Единовременные, руб/(маш-ч)
Годовые, руб/(_маш-ч)
Скреперы с ковшом вместимостью, м°
прицепные
8
0,07
0,78
10
0,09
2,2
15
0,16
6,03
самоходные
8
0,06
1,6
15
0,1
4,19
437
Продолжение табл. 30
Затраты
Эксплуатационные,
руб/(маш-ч)
Себестоимость, руб/(маш-ч)
В том числе зарплата.
руб/(маш-ч)
Оптовая цена, тыс. руб.,
Удельные, руб/ч
Удельные приведенные,
руб/м3
Скреперы с ковшом вместимостью, м3
прицепные
8
3,66
4,51
1,14
24,1
6,48
0,24
0,42
10
5,08
7,37
1,27
25,7
9,67
0,23
0,40
15
7,41
13,6
1,76
140,0
24,1
0,45
0,77
самоходные
8
4,39
6,05
1,02
18,3
7,76
0,25
0,32
15
8,11
12,4
1,44
47,8
16,6
0,26
0,33
Примечание. В числителе даны показатели при транспортировании грунта
11 группы на 0,3 км; в знаменателе— на 0.6 км.
30.3. Автогрейдеры и грейдер-элеваторы
Автогрейдеры — самоходные дорожные машины, рабочим
оборудованием которых является подвижный отвал (рис. 30.5).
Кроме основного оборудования — отвала на автогрейдер —
устанавливают сменные рабочие органы: небольшой бульдозерный
Рис. 30.5. Автогрейдер:
1,2,3— гидродвигатели управления кирковщиком, наклоном и поворотом отвала, I
4 - базовый тягач; 5 — распределитель; 6 — насос; 7 — поворотная колонка
438
отвал, кирковщик для предварительного рыхления плотных и
тяжелых грунтов, снегоочиститель, дорожную фрезу и др.
Автогрейдер имеет гидравлическую систему управления основным
отвалом, которая обеспечивает его поворот в плане на 360° и
наклон вместе с тяговой рамой в пределах до 90°.
Такая конструкция машины обеспечивает ее назначение и
область применения: профилирование и отделка дорожного
земляного полотна, устройство щебеночного, гравийного и песчаного
дорожного покрытия, возведение невысоких (до 0,6 м) насыпей
из боковых резервов, планировочные работы, очистка от снега и
др. Основное назначение автогрейдера — профилирование
дорожного земляного полотна. Чем больше сопротивление и
тяжелее условия работы, тем мощнее должен быть автогрейдер. В
зависимости от мощности двигателя и массы машины выпускают
легкие (до 100 кВт; 9 т), средние (100... 150 кВт; 10... 15 т) и
тяжелые (свыше 160 кВт; свыше 15 т) автогрейдеры. Легкие
автогрейдеры используют для содержания автодорог, средние —
в автодорожном строительстве в грунтах средней плотности,
а тяжелые — при больших объемах земляных работ в плотных
грунтах и устройстве дорожных покрытий.
Конструкция большинства автогрейдеров унифицирована, она
включает основную раму, тяговую раму, поворотный круг с
отвалом, двигатель, трансмиссию, ходовое оборудование и
систему управления. Тяговое усилие, маневренность и устойчивость
автогрейдера характеризуются схемой ходовой части. В
зависимости от производственно-технологических требований и
условий работы применяют (и для этой цели выпускаются
промышленностью) автогрейдеры с различным количеством колес и
ведущих осей, а также системой управления осями и наклоном
колес. Колесная схема автогрейдера обозначается формулой
АХБХ.В в которой А — число осей с управляемыми колесами,
Б — число ведущих осей, В — общее число осей. Наибольшее
распространение получили автогрейдеры, колесная схема которых
1X2X3.
Эксплуатационная среднечасовая производительность
автогрейдера при производстве планировочных работ, м2/ч:
Пч = Ш!ЦВ-Ь)К».
mt v
где В — ширина полосы профилирования или планирования
отвалом, м; b — ширина перекрытия смежных полос
планирования, м; v — средняя скорость движения автогрейдера при
планировании, км/ч; / — время рабочего цикла автогрейдера, ч;
в том числе время на подъем, опускание отвала и переключение
передач, на выполнение планировочных работ (рабочий ход), на
поворот и возвращение к началу участка для повторного
прохода (обратный ход); m — необходимое число проходов автогрей-
Дера по одному месту; Кв — коэффициент использования авто-
фейдера в течение рабочего дня, равен 0,8...0,95 в зависимости
439
от квалификации обслуживающего персонала, технического
состояния машины и организации работ.
Способы повышения производительности автогрейдеров
состоят в увеличении рабочей скорости движения машины,
сокращении времени на подготовительные операции, сокращении
потерь рабочего времени и уменьшении числа проходов по одному
месту за счет автоматического управления грейдерным отвалом
системами «Профиль» (см. разд. 13).
Грейдер-элеватор — землеройно-транспортная машина
непрерывного действия, разрабатывающая грунт дисковым или
плоским ножом и подающая его в отвал или транспортные
средства ленточным конвейером (рис. 30.6) Для разработки
грунта нож опускают на грунт, при движении машины он
разрабатывает и отваливает грунт на работающий ленточный
конвейер. Последний поднимает грунт на высоту до 4 м,
перемещает в поперечном направлении (в отвал или в транспортные
средства) на расстояние около 10 м. Наличие конвейера дает
возможность возводить невысокие до 1,5 м насыпи из боковых
резервов, устраивать неглубокие до 1,5 м траншеи.
Благодаря заложенному в конструкцию машины принципу
непрерывной послойной разработки грунта грейдер-элеватор
имеет высокую техническую производительность — более 600 м3/ч.
Однако для ее реализации необходим ряд жестких
эксплуатационных условий: ровный рельеф местности; отсутствие крупных
(свыше 150 мм) каменных включений, которые могут повредить
дисковые ножи, наличие достаточного фронта работ 200 м и более.
Эти ограничения значительно сужают область эффективного
применения грейдер-элеваторов. Их доля производства в общем
объеме земляных работ не превышает 1 %.
Эксплуатационная среднечасовая производительность, м3/ч,
грейдер-элеватора определяется по разным формулам в
зависимости от условий работы. При отсыпке насыпи из
одностороннего резерва
WOOSLKiKs
3 ~~~ L/v + L/Vl + TmB ,
где S — площадь поперечного сечения стружки грунта, срезае-
Рис. 30.6. Грейдер-элеватор:
/ рама; 2- гидродвигатели управления транспортером; 3 — транспортер; 4 -
пиевмоколесный ход; 5 — фреза
440
мой диском машины, м2; L — длина участка работы, км; К\ —
коэффициент потерь грунта при отвале стружки на ленточный
конвейер; v, v{ — средние скорости движения машины
соответственно при разработке грунта и порожнем (обратном) ходе,
км/ч; Т„ов — время на повороты в конце рабочего хода, ч; Кв —
коэффициент использования грейдер-элеватора по времени в
течение рабочего дня, равен 0,7...0,85.
Способы повышения производительности грейдер-элеватора
заключаются в совершенствовании технологии его применения
и тщательном обследовании грунтовой обстановки в месте
закладки резерва с целью обнаружения каменных включений и
растительности, которые могут привести к остановке машины или
ее повреждению. Производительность машины повышается, если
насыпь отсыпать из двустороннего резерва, так как при этом
устраняются затраты рабочего времени на порожний ход. Если
же грейдер-элеватор применяют для разработки и погрузки
грунта в автосамосвалы, то в формуле расчета производительности
необходимо учитывать затраты времени на смену
автосамосвалов. На коэффициент потерь грунта существенно влияет
влажность грунтов. Наименьшие потери при работе в связных грунтах
I, II групп (суглинках, супесях). Глины необходимо
предварительно рыхлить, что связано с дополнительными затратами и,
как следствие, увеличением себестоимости 1 м3 грунта. В сухих
песках — наибольшие потери грунта, здесь грейдер-элеваторы
применять нецелесообразно. Значительно снижается
производительность из-за уменьшения рабочих скоростей и налипания
грунта на заболоченных участках. При.любой технологической
схеме необходимо всемерно снижать потери рабочего времени по
организационным причинам, что приводит к увеличению
коэффициента Кв и, как следствие, росту производительности.
Экономические показатели машин (табл. 30.5) используют для
сравнения и выбора комплектов.
Таблица 30.5. Экономические показатели эксплуатации дорожных машин
Затраты
Единовременные затраты, Е,
руб/маш-ч
Годовые затраты, Г, руб/маш-ч
Эксплуатационные затраты, Э,
руб/маш-ч
Себестоимость, С, руб/маш-ч, в
гом числе зарплата
Зр руб/ч
Наименование машин
Автогрейдер
среднего типа.
79 кВт
0,05
1,1
2,12
3,27
0,84
Грейдер-
элеватор
0,09
0,9
2,7
3,69
1,1
Каток
прицепной иа
пневмоко-
лесном
ходу,
25 т
0,07
0,42
0,45
0,94
0,05
Каток
самоходный на
пневмо-
ходу, 16 т
0,1
3,08
2,4
5,58
0,96
441
Продолжение табл. 30.5
Затраты
Инвентарно-расчетная стоимость,
К, тыс. руб.
Удельные приведенные затраты,
Зу, руб/ч
Наименование машин
Автогрейдер
среднего типа,
79 кВт
14,520
4,18
Грейдер-
элеватор
20,86
4.99
Каток
прицепной на
пневмоко-
лесном
ходу,
25 т
4,53
1,14
Каток
самоходный иа
пневмо-
ходу, 16 т
17,18
6,34
30.4. Машины для уплотнения грунта
Уплотнение грунта в дорожных насыпях, спланированных
площадках, плотинах и других земляных сооружениях производят
с применением различных технических средств, тип которых
зависит от характеристики грунта, геометрических размеров
уплотняемой поверхности и толщины уплотняемого слоя. Для
уплотнения суглинков, супесей и других связных грунтов применяют
способ укатки катками статического действия. Несвязные грунты
(песчаные, гравелистые и др.) уплотняют трамбованием ударами
плит или грузов, падающих свободно или принудительно, а
также вибрацией с применением виброкатков и виброплит.
Соответственно машины для уплотнения грунтов
классифицируют на три основные группы: катки статического действия;
вибрационные машины; трамбовочные машины.
В зависимости от вида рабочего органа различают
самоходные катки с гладкими вальцами, самоходные, полуприцепные
и прицепные пневмоколесные катки, а также прицепные
кулачковые и решетчатые катки.
Самоходные катки с гладкими вальцами применяют для
уплотнения черных, гравиино-щебеночных дорожных оснований и
асфальтобетонных покрытий. Их рабочим органом являются
металлические вальцы, масса катков —до 15 т. По рыхлым
поверхностям гладковальцовые катки перемещаются плохо. Толщина
слоя грунта, уплотняемого этими катками, также небольшая —
10...15 см, поэтому их не применяют для уплотнения насыпных
грунтов. Большее удельное давление на грунт оказывают
кулачковые катки, у которых на поверхности вальцов закреплены
стальные кулачки в форме усеченного конуса длиной 20...30 см
(рис. 30.7). Масса катков — до 30 т, а толщина уплотняемого
слоя — 30 см. При движении катка под кулачками в грунте
образуются плотные ядра, а за несколько проходов (6...12 в
зависимости от характеристик грунта) они сливаются в
уплотняемый слой. Для уплотнения грунтов, содержащих крупные
фракции (мерзлые, взорванные скальные грунты, галечники), приме-
442
Рис. 30.7. Прицепной кулачковый каток:
/ - кулачки; 2— рама
няют решетчатые катки, вальцы которых имеют поверхность в
виде решетки. Их масса 12...35 т, уплотнение слоя 25...40 см,
необходимое число проходов по одному следу составляет 4...
10.
Для повышения рабочих скоростей при уплотнении грунтов
дорожных насыпей применяют пневмоколесные катки (рис. 30.8).
Большое распространение на строительстве железных и
автомобильных дорог получили полуприцепные пневмоколесные катки
на базе колесного трактора Т-158 и одноосного тягача МоАЗ-546.
Они состоят из пяти бункеров, дышла, седально-сцепного
устройства, задней балки, пневматического и электрического
оборудования. Рабочим органом являются колеса, которые установлены
в нишах бункеров. После загрузки бункеров балластом масса
катков составляет 17,5...25 т. Промышленность выпускает
пневмоколесные катки массой до 50 т. Они уплотняют грунт слоями
толщиной до 30 см при ширине полосы 2,6 м за 8... 12 проходов.
Для лучшего воздействия на неровную поверхность слоя средние
бункера имеют независимую подвеску. Катки имеют также пнев-
Рис. 30.8. Прицепной пневмоколесный каток:
' — колесный трактор; 2 — бункера; 3 — колеса
443
мосистему для регулирования давления воздуха в шинах колес
в зависимости от категории уплотняемых грунтов.
Полуприцепные на базе одноосного тягача и самоходные
пневмокатки отличаются большей маневренностью по сравнению
с прицепными. Вместе с тем при использовании прицепных
катков есть возможность применить тягач в зимнее время, в период
распутицы и другие нерабочие для катка дни, например на
транспортных работах. Эти особенности эксплуатации
режимов различных катков необходимо учитывать при определении
годового фонда рабочего времени и годовых затрат в расчетах
себестоимости земляных работ.
Основным эксплуатационным недостатком катков
статического действия является необходимость многократных проходов
по одному следу для достижения требуемой плотности. Более
того, по мере уплотнения прочность грунта увеличивается и
эффективность уплотнительной работы снижается. На больших
земляных сооружениях уплотнение выполняют группой катков,
вначале легкими, а затем тяжелыми.
При уплотнении несвязных грунтов эффективнее работают
вибрационные машины — вибрационные катки и машины с
виброплитами. В катках основным рабочим органом является
вибровалец — пустотелый барабан, внутри которого размещен
механизм возбудителя вибрации (рис. 30.9). Колебания вибровальца
происходят при вращении вала с эксцентриками. Частота
вибрации порядка 50 Гц, а вынуждающая сила вибровозбудителя
16...70 кН. Для защиты рабочего места и двигателя от вибрации
применяют резинометаллические амортизаторы. Под действием
колебаний в грунте происходят структурные изменения, связи
между частицами нарушаются, они занимают более устойчивое
положение, вытесняя воздух и воду. В вибрационных клетках
эффект вибрации дополняет статическое воздействие
уплотняющих вальцов, интенсифицирует их воздействие на грунт. Это
Рис. 30.9. Вибрационный каток:
/ - тягач; 2 — гидрооборудование; 3 — вибровалец; 4 — рама; 5 —
ходовая часть
444
позволяет достичь требуемой плотности катками значительно
меньшей массы, а при одинаковой массе машин увеличить на
2...2,5 раза толщину уплотняемого слоя и уменьшить число
проходов. Таким образом, усложнение конструкции и, как следствие,
более высокая стоимость виброкатков компенсируются
положительным результатом в эксплуатации — повышением
производительности и качества уплотнительных работ. Вместе с тем в
связных грунтах эффект вибрации проявляется меньше и
соответственно снижается эффективность виброкатков.
При небольших размерах уплотняемого объекта, например
при обратной засыпке траншей и котлованов, в слабосвязанных
грунтах применяют вибрационные поверхностные уплотнители —
виброплиты. Их рабочим органом является плита с дебалан-
сными вибраторами.
Для уплотнения связных и глинистых грунтов, отсыпаемых
слоями значительной толщины 1...1.5 м, используют
трамбовочные машины и оборудование. Рабочим органом машины служат
две трамбующие плиты массой около 11,5 т, подвешенные на
канатах сзади базового трактора. Плиты поднимаются и
сбрасываются поочередно, совершая порядка 16 ударов в минуту
(каждая). Чтобы обеспечить оптимальное число ударов по
одному месту — примерно 3...6 ударов, трактор движется с
небольшой скоростью — порядка 150 м/ч и оборудуется для этой цели
специальным механизмом — ходоуменьшителем.
Требуемая плотность грунтов в основаниях или в теле
земляных сооружений должна быть обеспечена независимо от типа
и мощности применяемых грунтоуплотняющих машин. Например,
по строительным нормам коэффициент уплотнения грунтов в
дорожных насыпях должен составлять 0,95...0,98. Вместе с тем
грунт, отсыпаемый в земляное полотно автосамосвалами, имеет
после разравнивания коэффициент уплотнения, равный 0,85...0,9,
а скреперами — 0,9...0,92. Однако по мере уплотнения прочность
и плотность грунта возрастают и для повышения указанного
коэффициента даже на одну сотую требуется несколько проходов
машин по одному следу. Особенно важно проводить уплотнение
при оптимальной влажности грунтов. Для ее обеспечения может
потребоваться (особенно при высоких температурах и в
засушливых районах) специальный полив грунта поливочными
машинами. Контроль плотности грунтов выполняют передвижные
грунтовые лаборатории в ходе работ в каждом отсыпаемом
слое из массива примерно 300 м3. Лаборатория может
потребовать увеличить число проходов или принять меры для
регулирования влажности грунтов. Для обеспечения заданной плотности
подбирают соответствующую по своим техническим
характеристикам грунтоуплотняющую машину, а в технологических схемах
проектируют необходимое число их проходов по одному следу.
Производительность уплотняющих машин определяется
объемом уплотненного грунта при заданной плотности в единицу
времени:
445
я> _ Lcffc(Bc-fln) „
n{L/v + t) "'
где Lc, #c, Bc — соответственно длина, толщина и ширина
уплотняемого слоя, м; В„ — ширина полосы перекрытия соседних
проходов машины, м; п — требуемое число проходов по одному
следу; v — рабочая скорость машины, м/ч; / — затраты времени
на повороты или холостой ход.
Способы повышения производительности уплотняющих машин
состоят в правильном определении области их применения и
обеспечении наиболее благоприятных режимов уплотнения
грунта. Основными характеристиками, влияющими на
производительность, являются скорость движения машины и необходимое
число проходов по одному следу для обеспечения требуемой
плотности. Области эффективного применения грунтоуплотняю-
щих машин в основном определены. На дорожных насыпях
работают преимущественно пневмоколесные катки. В несвязных
грунтах используют вибрационные катки, а в стесненных
условиях и при ограниченном фронте работ — трамбовочные машины.
При конкурирующих вариантах в расчете сравнительной
эффективности следует учитывать, что скорости пневмоколесных катков
выше, они дешевле, но для обеспечения заданной плотности
потребуют большее число проходов по одному месту по
сравнению с вибрационными катками.
При комплексной оценке грунтоуплотняющих машин следует
учитывать, что их эффективность определяется не столько
экономическими показателями, сколько качеством уплотнительной
работы как финишной операции при возведении земляных
сооружений. Именно уплотнение определяет устойчивость и
надежность насыпей, плотин и других объектов. Для непрерывного
контроля качества плотности грунта одним из основных
направлений совершенствования конструкций грунтоуплотняющих
машин является оборудование их соответствующими приборами.
Глава 31
СТРОИТЕЛЬНЫЕ ЭКСКАВАТОРЫ
31.1. Назначение и классификация
Строительные экскаваторы — самоходные землеройные машины,
предназначены для разработки и перемещения грунта в отвал
или транспортные средства. Область их применения: устройство
каналов, котлованов, траншей, дорожных выемок, возведение
насыпей и плотин, работы в карьерах.
Отличительная особенность экскаваторов в группе
землеройных и землеройно-транспортных машин состоит в их
специализации на разработке и перемещении грунта только в рабочей зоне.
При этом операции по перевозке грунта в земляные сооружения
(насыпи, дамбы и др.) выполняют специально включаемые для
446
этого в комплект транспортные машины. В связи с тем что
разработка грунта и его транспортирование производятся
параллельно разными машинами, производительность экскаваторов
выше, чем у землеройно-транспортных машин сопоставимой
мощности. Эффективность такого технического решения требует
оценки, так как увеличивается комплект машин, но именно
высокие производительность и надежность в работе сделали
экскаваторы наиболее распространенными и ведущими машинами на
земляных работах.
Исторически развитие конструкции экскаватора всегда было
направлено на максимальное соответствие его потребительских
свойств техническим и технологическим характеристикам
земляных сооружений.
Экскаватор был одной из первых землеройных машин. Еще
в 1500 г. Леонардо да Винчи разработал чертежи машин для
рытья каналов, которые стали прообразом экскаваторов с
грейферным захватом и драглайна. Первый в России
многоковшовый экскаватор был построен на Ижорском заводе в 1811 г., его
мощность была всего 11 кВт (15 лс). В 1902 г. на Путиловском
заводе было построено уже 32 паровых экскаватора с ковшами
2,29 м3, а в 1905 г. немецкая фирма выпустила полноповоротные
паровые экскаваторы с ковшом 4 м3. В дальнейшем на
экскаваторах начали применять электрические и дизельные двигатели.
Увеличивалась их мощность. В 1947 г. в СССР на Уралмаше
были построены экскаваторы с ковшом 3...5 м3, а в 1975 г. на
том же заводе изготовлен шагающий экскаватор-драглайн с
ковшом вместимостью 100 м3. В 1987 г. экскаваторный парк
строительного комплекса нашей страны насчитывал 171,3 тыс.
машин.
В связи с многообразием конструкций строящихся объектов
в различных природно-климатических условиях создана целая
гамма строительных экскаваторов.
Экскаваторы подразделяют на группы в зависимости от их
принципа действия, вида рабочего и ходового оборудования, типа
привода, поворотного устройства и вида управления.
По принципу действия различают экскаваторы циклического
и непрерывного действия. К первым относятся одноковшовые
экскаваторы, основным рабочим органом которых является ковш,
ко вторым — многоковшовые, скребковые и фрезерные
экскаваторы.
Одноковшовые экскаваторы по назначению выпускаются
универсальными и специальными. Универсальные предназначены
для выполнения различных земляных работ и имеют для этой
Цели несколько видов сменного рабочего оборудования.
Специальные экскаваторы, например туннельные или шахтные, имеют
одно рабочее оборудование. Наибольшее распространение
получили: прямая лопата — для производства работ (разработки и
погрузки грунта) выше уровня стоянки экскаватора; обратная
лопата — для производства работ ниже уровня стоянки экскава-
447
тора; драглайн — также применяется для разработки грунта
ниже уровня стоянки экскаватора, но радиус его действия
больше; грейфер — для погрузочных и разгрузочных работ, а также
разработки глубоких котлованов. Применяются также копер
(для забивки свай и шпунта), струг, скребок, корчеватель,
планировщик откосов, погрузчик и другое сменное оборудование
для планировочно-отделочных и вспомогательных процессов.
Рабочее оборудование может быть сконструировано с гибкой,
жесткой и телескопической подвеской рабочего органа. В первом
случае рабочий орган приводится в действие канатами, на
которых он подвешен. К ним относятся драглайн и грейфер. Гибкая
подвеска увеличивает рабочую зону экскаватора, но не позволяет
развивать большие усилия при разработке грунта. При жесткой
подвеске элементы рабочего оборудования приводятся в действие
гидроцилиндрами. Такое шарнирно-рычажное оборудование
отличается большими усилиями и позволяет применять
экскаваторы в плотных грунтах. Однако рабочая зона машин уменьшается.
Телескопическое оборудование позволяет регулировать радиус
действия рабочего органа на машинах небольшой мощности
В зависимости от конструкции рабочего оборудования
экскаваторы непрерывного действия делятся на цепные с ковшовой
цепью или цепью со скребками и роторные с ковшовым или
фрезерным ротором. Движение их рабочих органов может быть
продольным (в плоскости движения машины), поперечным и
радиальным, с вращением рабочего органа.
Ходовое оборудование экскаваторов бывает гусеничным,
шагающим, пневмоколесным, автомобильным и плавучим
Гусеничное и особенно шагающее оборудование применяют для мощных
экскаваторов, работающих преимущественно на крупных,
сосредоточенных объектах с большими объемами земляных работ.
По типу привода различают одномоторные экскаваторы, если
привод их механизмов осуществляется от одного двигателя, и
многомоторные, у которых отдельные механизмы имеют
индивидуальный двигатель. Например, экскаваторы на автомобильном
ходу имеют два двигателя. Один установлен на шасси и служит
для передвижения, а второй — на поворотной платформе
предназначен для привода механизмов. Экскаваторы с гибкой
подвеской рабочего органа имеют механический привод, а с жесткой —
гидравлический.
По типу поворотного устройства более эффективны
полноповоротные экскаваторы, у которых платформа с рабочим
оборудованием поворачивается вокруг вертикальной оси на 360 ■
Неполноповоротные экскаваторы выпускаются на базе
автомобилей и тракторов.
На экскаваторах применяются дизельные,
дизель-электрические и дизель-гидравлические силовые установки с различными
видами управления механизмами (рычажным, гидравлическим,
электромагнитным и др.).
Изложенные разновидности конструкций агрегатов и узлов
448
экскаваторов, особенно рабочего, ходового оборудования и
поворотного устройства, применяют в различном сочетании для
максимального соответствия условиям производства работ и
повышения эффективности работы данного типа машин. Например,
одноковшовые экскаваторы с жесткой подвеской могут быть на
пневмоколесном ходу, что делает их мобильными на
рассредоточенных объектах и на гусеничном ходу, что позволяет
повысить устойчивость машины. И те и другие экскаваторы
выпускаются в обычном исполнении, в северном исполнении — для
производства работ в северных районах и в тропическом исполнении —
для районов с жарким климатом.
Особенно эффективным является наличие набора сменного
рабочего оборудования, которое позволяет реализовать гибкую
технологию земляных работ. Например, наличие сменных ковшей
при рабочем оборудовании обратная лопата: нормального, узкого
и профилированного позволяет разрабатывать траншеи
различного проектного профиля с минимальными перерывами для
переоборудования. Эти конструктивные особенности в конечном счете
отражаются на сменной и годовой производительности машин,
расширяя сферу их рационального использования (см. § 31.4).
Даже такая укрупненная классификация показывает широкие
возможности экскаваторов и обосновывает их массовое
применение в строительстве.
31.2. Одноковшовые экскаваторы
Экскаваторы с жесткой подвеской рабочего органа. К ним
относятся экскаваторы с гидравлическим приводом, которые
преобладают в экскаваторном парке, отличаются универсальностью,
обеспечивают большие (по сравнению с механическими) усилия
копания и практически исключают затраты ручного труда на
финишных операциях. В этой группе различают экскаваторы на
пневмоколесном и гусеничном ходу. Главным параметром
является вместимость ковша, она определяет производственные
возможности и в первую очередь производительность экскаватора.
Чем больше ковш, тем более мощной делают машину. В
результате приходится увеличивать ее массу. Типоразмерный ряд
наиболее распространенных гидравлических экскаваторов имеет
вместимости ковша: 0,25; 0,5; 0,65; 1,0; 1,6 и 2,5 м3. Из них
первые два типоразмера экскаваторов 0,25 и 0,5 м3 выпускаются
на пневмоколесном ходу, а последние три: 1,0; 1,6 и 2,5 м3 — на
гУсеничном. Экскаваторы с ковшом 0,65 м3 выпускают с
различным видом ходового оборудования (табл. 31.1).
Самый легкий экскаватор с ковшом 0,25 м3 представляет
с°бой навесное оборудование на базовом колесном тракторе
Мощностью 44 кВт. С увеличением вместимости ковша
расширяются эксплуатационные возможности машин: увеличиваются
Радиус их действия, глубина разработки, усилие копания.
15—721
449
о Таблица 31.1. Технические характеристики экскаваторов
Марка, тип привода
ЭО-2621В,
Гидравлический
ЭО-2624
Гидравлический
ЭО-3211Д
Механический
ЭО-3322 Е
Гидравлический
ЭО-3323
Гидравлический
ЭО-3333
Гидравлический
ЭО-4112
Механический
ЭО-4121Б
Гидравлический
Вместимость
ковша, м3
0,25
0,25
0,4
0,5
0,63
0,63
0,65
1,0
Мощность
двигателя,
кВт
44
58,8
37
59
59
59
60
95,7
Ходовое
оборудование
Трактор
ЮМЗ-6А
Трактор
МТЗ-102
Гусеничный
Пневмоко-
лесный
*
»
Гусеничный
»
Скорость
передвижения, км/ч
19
19
1,15
2,92... 19,5
19,4
19,2
3,15
2,5
Наибольшая
глубина
копания, м
3,5
4
5,02
4.4
4,5
4,5
7,9
5,8
Наибольшая
высота
выгрузки, м
2,5
3
5,6
4,9
4,7
4,7
5,6
5
/
Масса,
т
5,7
7,25
12,7
12,45
14
14
23,45
23,5
Оптовая
цена,
тыс. руб.
7,1
10,0
11,2
21,4
25,2
26,0
21,0
18,4
ЭО-4125
Гидравлический
ЭО-4321 А
Гидравлический
ЭО-5123
Гидравлический
ЭО-5123 ХЛ
Гидравлический
Э-2503 В
Дизель-электрический
Э-2502 БХЛ-2
Дизель-электрическнй
ЭО-6122 А
Гидравлический
1,0
0,65
1,6
1.6
2,5
2,5
2,5
95,6
73.6
125
ПО
160
220
2X75
»
Пневмоко-
лесный
Гусеничный
»
*
*
»
2,5
2,5
2,2
2,2
1,23
1,23
1,5
6,7
6,7
6,2
6,2
10
10
10,7
5,5 1
'5
5,1
5,1
7
7
5,3
25 1
20
37
38,9
94
94
56,2
26,5
28,7
39,0
42,0
51.5
70,6
57,2
Экскаваторы
выпускаются с набором сменного
оборудования. Наибольшее
распространение получили
обратная и прямая лопата,
погрузчик и грейфер (рис. 31.1).
Для повышения
универсальности применения в разных
группах каждый экскаватор
имеет несколько сменных
ковшей обратной лопаты,
погрузчика и грейфера
разной вместимости. Это
позволяет более полно
использовать силовую установку
машины. Между требуемой
мощностью силовой
установки N (кВт) экскаватора
на гусеничном ходу и его
главным параметром —
вместимостью ковша q имеет
место зависимость /Vse89<7.
Мощность силовой
установки пневмоколесных
экскаваторов должна быть еще
выше на 25...30 % для
обеспечения необходимых
скоростей передвижения и
повышения мобильности машины.
Рабочее оборудование
гидравлического
экскаватора с наиболее
распространенным ковшом обратная
лопата состоит из стрелы,
которая включает верхнюю
и нижнюю шарнирно
соединенные части, рукояти и
ковша. Такой механизм
позволяет совершать отдельные
рабочие операции стрелой,
рукоятью и ковшом, а также
Рис. 31.1. Экскаваторы с жесткой
подвеской рабочего органа:
а — обратная лопата; б — грейфер; 0
прямая лопата; RK—наибольший Ра"
диус копания; Як—глубина копания.
Re—радиус выгрузки; Яв—высота
выгрузки
сочетать их в технологически требуемой последовательности. При
этом реализуются значительные усилия копания, так как отбор
грунта воспринимается не только массой рабочего оборудования,
но и массой всей машины; улучшается управление ковшом.
Рабочее оборудование шарнирно крепится к поворотной платформе.
На поворотной платформе расположены также дизель,
гидронасос с ограничителем расхода рабочей жидкости, механизм
поворота и противовес. Принцип действия механизма поворота
состоит в передаче вращения от гидромотора к планетарному
редуктору, который увеличивает крутящий момент и уменьшает
частоту вращения платформы. Поворотная платформа опирается
на ходовое оборудование.
Гидропривод ходового оборудования — пневмоколесного или
гусеничного хода — состоит из гидромоторов, редукторов,
тормозного устройства и ходовой рамы. Гидроцилиндры всех
механизмов экскаватора в основном унифицированы и отличаются
только ходом поршня.
Экскаваторы с гибкой подвеской рабочего органа имеют
механический или дизель-электрический привод (у мощных машин)
и блочно-канатный механизм управления рабочим
оборудованием. Строительные экскаваторы выпускаются с ковшом 0,4; 0,65;
1,0 и 2,5 м3.
Экскаватор состоит из поворотной платформы, на которой
расположены двигатель, кабина и механизмы управления;
главного редуктора с лебедками, фрикционами и тормозами и
рабочего оборудования.
Экскаваторы выпускают с рабочим оборудованием прямой,
обратной лопаты, драглайна, крана и грейфера (рис. 31.2).
Основное отличие экскаваторов состоит в применении
механической трансмиссии, которая включает главную лебедку подъема
ковша, лебедку подъема стрелы, механизм реверса, фрикционные
муфты сцепления, зубчатые и цепные передачи (см. гл. 21).
В наборе оборудования механических экскаваторов следует
выделить драглайн. Это рабочее оборудование отличается
большим радиусом действия и глубиной копания. Оно состоит из
стрелы (удлиненной решетчатой конструкции), тягового,
подъемного и стрелового канатов, ковша с подвеской. Такая канатная
система позволяет реализовать основное преимущество
драглайна даже перед гидравлическими экскаваторами — возможность
работать в глубоких выемках и планировать откосы с большими
рабочими отметками.
Эксплуатационная среднечасовая производительность
одноковшового экскаватора, м3/ч:
„ 60<? Кн и
'h = -^Г1?—^в-
' цАр
где q — вместимость ковша, м3; Та — продолжительность цикла
работы экскаватора, мин; Кн — коэффициент наполнения ковша;
/Ср — коэффициент разрыхления грунта; /Св — коэффициент ис-
453
Рис. 31.2. Экскаваторы с гибкой подвеской рабочего органа:
а — прямая лопата; б — обратная лопата; в — драглайн; г — грейфер; RK, Як —
наибольший радиус и глубина копания; Рв, Яв — радиус и высота выгрузки
пользования экскаватора по времени в течение рабочей смены.
Как и у других машин цикличного действия,
производительность пропорциональна главному параметру q и обратно
пропорциональна продолжительности цикла: Та = 4 + 2tn -f- tp, где
tK, tp и t„ — соответственно продолжительность набора, ковша,
разгрузки и поворота на разгрузку и обратно.
Коэффициент наполнения ковша зависит от вида
оборудования и плотности и влажности грунта. Наибольшее наполнение
ковша — у прямой и обратной лопаты. В песках /Сн = 1,02, а
в глинах— 1,18. Во влажных грунтах его значение равно
соответственно 1,15...1,35. Вместе с тем в мокрых глинистых
грунтах коэффициент наполнения снижается на 10...15%. Для
драглайна величина Ку меньше на 10...15%, чем для
прямой и обратной лопаты. Продолжительность рабочего цикла У
экскаваторов с жесткой подвеской рабочего оборудования
меньше на 5... 15 % в связи с меньшим временем выполнения рабочих
операций (особенно набора ковша) гидроприводом по сравнению
с механическим приводом. Однако реализация данного
преимущества возможна лишь при повышении качества изготовления
элементов гидросистемы. Время цикла обратной лопаты больше,
чем прямой, до 20...25 %, а у драглайна еще больше примерно
на 25...30 %, чем у прямой лопаты, соответственно меньше произ-
454
водительность. Вместе с тем
делать вывод о том, какое
сменное оборудование
эффективнее, необходимо с
тщательным учетом особенности
объекта. Каждое
оборудование имеет свою область
рационального применения.
Например, прямая лопата в
принципе непригодна для
разработки мокрых выемок
и котлованов.
Технико-экономические показатели
экскаваторов приведены в табл.
31.2...31.5 и на рис. 31.3,
31.4.
Пути повышения
производительности
одноковшовых экскаваторов состоят в
сокращении за счет
рациональных технологических
схем продолжительности
цикла, правильном выборе и при
необходимости
своевременной замены рабочего
оборудования. Важную роль
играет правильный подбор
экскаваторных комплектов.
Рациональное соотношение
вместимости ковша и
грузоподъемности автосамосвалов
сокращает время
технологических перерывов на замену
транспортных средств при
работе экскаватора с
погрузкой грунта.
Формирование
комплектов машин заключается в
выборе в соответствии с
технологическими схемами
моделей и количества
комплектующих машин,
обеспечивающих по своим
параметрам наиболее
эффективное выполнение заданного
на объекте объема работ.
Этому требованию наиболее
полно соответствует
критерий — минимальный размер
а)
п,м3А
200
160
120
80
U0
I
*Пгруппа
^Шгруппа
^Шгруппа
6)
° 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8 ц,м3
' П,Мъ/ч
200
160
120
80
60
20'
'I группа
.йгруппа
-Ш группа
-Ш группе
0,1) 0,8 1,2 1,6 2,0 2,k 2,8 q,M3
Рис. 31.3. Эксплуатационная
среднечасовая производительность экскаваторов с
различной вместимостью ковша в грунтах
1 II групп при выгрузке:
а — в отвал; б — в транспортные средства
С,ру6/ч
10
0,40,5
2,0 q,M3
Рис. 31.4. Себестоимость машино-часа
экскаваторов с различной вместимостью
ковша:
/ — всего; 2 — эксплуатационные затраты;
3 — заработная плата; 4 — годовые затраты;
5 — единовременные затраты
455
Таблица 31.2. Производительность экскаваторов при разработке
с поверхности в автосамосвалы
Вместимость
ковша экска-
з
ватора, м
0,4
0,5
0,65
1
1,25(1,5)
1.6...2
2,5
Производительность, м3
I
27,5
34,4
53,8
74,6
107,9
138,5
172,7
II
21,6
28,8
43,9
61,7
84,0
115,5
143,7
/ч, при группе грунтов
III
15,8
22,3
33,9
48,3
70,4
91,7
113,0
IV
10,4
16,6
23,8
35,2
45,1
56,2
Таблица 31.3. Производительность экскаваторов-драглайнов
при разработке выемок
Вместимость
ковша экска-
0,5
1
Производительность, м3/ч, при группе г
I
37,0
70,4
II
27,4
59,2
III
22,4
47,8
эунта
IV
16,8
35.2
Таблица 31.4. Производительность экскаватора
при разработке грунта в отвал
Вместимость
ковша
экскаватора, м3
0,4
0,5
0,65
1
1,25(1,5)
1.6...2
2,5
Производительность, м
I
34,4
45,9
67,6
87,7
135,5
158,5
212,3
II
27,0
33,7
56,2
72,5
108,1
129,9
173,0
*/ч, при группе грунтов
III
19,6
27,0
44,8
58,8
88,5
103,8
137,4
IV
13,1
21,7
27,9
42,7
53,5
70,9
Таблица 31.5. Экономические показатели эксплуатации экскаваторов
Затраты
Единовременные Е,
руб/(маш-ч)
Годовые Г, руб/(маш-ч)
Эксплуатационные Э,
руб/(маш-ч)
Экскаваторы, вместимость ковша, м3
0.4
0,5
0,92
2,58
0,5
0,4
1,08
3,18
0,65
0,71
0,9
3,73
1.0
1,2
1,48
4,26
1,25(1,5)
1,2
1,42
4,76
1,6...2
0,13
2.77
5,46
2,5
0,13
2,62
7.18
456
Продолжение табл. 31.5
Экскаваторы, вместимость ковша, м"
Затраты
0,4 0,5 0,65
1,13
11984
4,75
0,22
4,66
1,91
20865
5.68
0,20
1.0
5.34
2,04
22470
6,44
0,15
6,94
2,27
28355
8,32
0,13
1,25(1,5)
0,10 | 0,09 j 0,08
Показатели рассчитаны для условий работы экскаваторов в
7,4
2,27
24500
8,60
I.6...2
8,35
2,14
45700
10,48
2,5
9.93
2,14
55105
12,36
Себестоимость С,
руб/ч (в том числе эарпла
та, руб/ч)
И нвентарно-расчетная
стоимость К, руб
Удельные Зу, руб/ч
Удельные приведенные,
руб/м3
Примечание,
грунтах II группы.
приведенных удельных затрат на 1 м3 конечной продукции.
В парке машин постоянного состава состав комплекта можно
подбирать таким, чтобы обеспечить наибольшую выработку
ведущей машины. Особенно важно правильно определить состав
экскаваторного комплекта и, в частности, соотношение главных
параметров экскаватора (вместимости ковша q, м3) и
автосамосвалов (грузоподъемности Q), а также количество
автосамосвалов в комплекте. Сравнивать варианты нужно по критерию
Зэ (У, + Чвв) + За(Ца+»/„,,) Па ^
Зу=-
п,ч„
где 3», За — приведенные удельные затраты на час работы
экскаватора и автосамосвала, руб/(маш-ч); 4S, Чв — число часов
работы экскаватора и автосамосвала на объекте, ч; Чю, Чла —
время простоя экскаватора и автосамосвала во время
погрузочных работ, ч; П3 — производительность экскаватора, м3/ч; па —
число автосамосвалов.
На выбор моделей и числа автосамосвалов влияют два
противоположно действующих фактора. С увеличением
грузоподъемности уменьшаются простои экскаватора для смены
автосамосвалов, растет его выработка. Вместе с тем лишние
автосамосвалы увеличивают стоимость комплекта. Рациональное
соотношение q/Q равно примерно 1:10. Это значит, что в комплекте с
экскаваторами с ковшом 0,65 м3 целесообразно использовать
автосамосвалы МАЗ грузоподъемностью 7 т, с ковшом 1 м3 —
" АП —--—«- -..ЧПЛТ..1П q 19 т. я с ковшом 2,5
м
ТОСамОСВалы iviz-io ipjjvjuuMu^.,.. .
КамАз и КрАЗ грузоподъемностью 9..Л2 т, а с ковшом 2,5
автосамосвалы БелАЗ, 25 т.
Количество автосамосвалов может быть примерно определено
по формуле N = П3/Па, где Пэ, Па — соответственно
среднечасовая производительность экскаватора и автосамосвала (табл.
31.6).
В зарубежном, как и в отечественном, экскаваторостроении
большинство моделей гидравлических экскаваторов имеют шар-
нирно-сочлененное рабочее оборудование обратной лопаты, со-
457
Таблица 31.6. Количество автосамосвалов в комплекте
Экскаватор
0,65
1,0
1,6
2,5
Грузоподъемность автосамосвалов при дальности возки, км
7 т
1
4,6
4,1
5,8
5,6
2
6,5
5,4
7,6
6,8
3
7,4
6.6
9,4
8,4
9 т
1
4,1
3,7
5,4
4,9
2
5,1
4,7
6,8
6,2
3
5,9
5,3
7,9
7.1
12 т
1
3,7
3,4
4,8
4,4
2
4,8
4,4
6,4
5,8
3
5,8
7,8
25 т
1
4,8
2
6,6
6,0
3
8,2
Тз
Примечание. Числитель — первая группа грунта, знаменатель - - третья.
стоящее из моноблочной либо составной стрелы с комплектом
сменных рукоятей и ковшей. В набор сменного рабочего
оборудования экскаватора включают как моноблочную, так и
составную стрелы. Применяют и конструкции шарнирно-сочлененного
рабочего оборудования, позволяющие с помощью
дополнительных гидромеханизмов изменять геометрические параметры.
Ряд моделей гидравлических экскаваторов имеет
телескопическое рабочее оборудование, обеспечивающее выполнение не
только землеройных, но и планировочных работ.
Совершенствование технологических возможностей
гидравлических экскаваторов направлено на увеличение углов поворота
стрелы, рукоятки и ковша, внедрение приборов и систем контроля
за его положением, а также к снижению времени на замену
рабочих органов. Емкости сменных ковшей выбирают исходя из
объемной массы разрабатываемого грунта и грузовой
характеристики экскаватора.
Для повышения надежности и долговечности рабочего
оборудования используют стали повышенной прочности для
изготовления стрелы и рукояти, износостойкие стали для ковша.
Установка литых элементов, вваренных в металлоконструкции в
местах наибольших нагрузок, применение закаленных
хромированных деталей в кинематических парах в сочетании с их
уплотнением позволяют значительно,повысить срок службы рабочего
оборудования и упростить его техническое обслуживание.
Пример. Расчет области эффективного применения
экскаваторных комплектов в зависимости от объема работ на объекте.
Исходные данные: грунт — суглинок; дальность
транспортирования грунта — 2 км; дальность перебазировки с объекта на
объект — 200 км; район строительства — центральный.
458
о
о
о
СМ
со
,54
см
см
ID
t-'
см
°°.
см
см
см
о
1 "3
1 тг
019
1 00
234
со
1Л
ю
72,3
о
Ю
210
00
004
о
■<г
0,00
,5(
—
,59
о
из
— см
hj
о-
Я
cd
о-
о
п
ш
К
X
держ
о
К
онт
S
<^т
х S
«я
о Я
и <=>
эти и
уб/1
VD °-
cd ..
0.CV5
лата
1ШИН
с
(Г)
ш
о.
ш
о
X
S
ш
Л
е-
о.
е-
го
VD
>>
О.
С
>
<Ъ
а ш
е- к
о х
\о ш
cd 4
С Ш
cd cd
ГО В-
<Ъ
459
Таблица 31.8. Затраты и показатели, зависящие
от объема работ на объекте
Затраты
Годовой фонд рабочего
времени Ф, ч/год
1-го комплекта
2-го комплекта
3-го комплекта
Приведенные удельные
затраты комплектов машин,
руб/м3
1-го комплекта
2-го комплекта
3-го комплекта
Объемы работ иа объекте, тыс.
1637
1155,4
879,6
1,11
1,29
1,57
1996
1539,5
1301,5
0,82
0,97
1,04
2302,5
2052,2
1827,6
0,64
0,56
0,58
2425,8
2272,7
2112,1
0,58
0,47
0,46
20
2492,5
2401,8
2290,4
0,56
0,42
0,40
Состав комплектов: экскаватор 0,5 м3, бульдозер класса
тяги 6, автогрейдер, автосамосвалы грузоподъемностью 7 т —
4 шт.; экскаватор 1,0 м3, бульдозер класса тяги 10, автогрейдер,
автосамосвалы грузоподъемностью 12 т — 5 шт., экскаватор
1,6 м3, бульдозер класса тяги 15, автогрейдер, автосамосвалы
грузоподъемностью 12 т — 6 шт.
Состав работ: разработка грунта, перевозка грунта, ремонт и
содержание дорог, работа на отвале.
Приведенные удельные затраты комплекта машин
рассчитываются по формуле, руб/м3:
Е . Г + ЕЖ Г. 3
3V =
Г + ЕЖ С
/7ЧФ "г" Пч
т" ^рсд -г су,
'а/с,
где Е, Г
V0 ' ПЧФ ' Пч "*" 1000
единовременные и годовые затраты комплекта, руб.;
Зу, руб/м3
1,2
1
0,8
0,6
о,ь
'1
v?
I
J
♦
10
12
1ii 16
\/,тыс.м3
Рис. 31.5. Область эффективного применения
экскаваторных комплектов с ковшом вместимостью:
/ — 1,6 м3; 2 — 1,0 м3; 3 — 0,5 м3
460
Q-—эксплуатационные затраты комплекта (без автосамосвалов),
руб/ч; Ен— нормативный коэффициент эффективности — 0,15;
К -— инвентарно-расчетная стоимость комплекта, руб.; Пц —
среднечасовая производительность экскаватора, м3/ч: 28,8; 61,7;
96,2; Эа/С — затраты на транспортировку грунта, руб/м3; Ф —
годовой фонд рабочего времени, ч/год; 3 — заработная плата
рабочих, не занятых управлением машин, руб/1000 м3; Эрсд —
затраты на ремонт и содержание дорог, руб/м (табл. 31.7, 31.8).
Область эффективного применения экскаваторов приведена
на рис. 31.5. При объеме работ на объекте до 3,5 тыс. м3
эффективен экскаватор с ковшом 0,5 м3, при объеме работ 3,5...
9 тыс. м3 — экскаватор с ковшом 1 м3, при объеме работ свыше
9 тыс. м3 целесообразно применять экскаватор с ковшом 1,6 м3.
31.3. Экскаваторы непрерывного действия
Машины данного типа сконструированы так, чтобы устранить
недостатки циклической экскавации, при которой в течение только
около 30 % рабочего времени идет разработка грунта, а
остальное время расходуется на маневры рабочим органом и
перемещение машины в забое. Принципиальная особенность конструкции
заключается в совмещении операций резания, транспортирования
и разгрузки грунта.
Экскаваторы непрерывного действия классифицируют по
конструкции и виду движения рабочего оборудования. Применяют
два основных типа рабочего оборудования: цепь с ковшами или
скребками; ротор с ковшами или фрезой. Соответственно
выпускают экскаваторы цепные многоковшовые, цепные скребковые,
роторные многоковшовые и роторные фрезерные. По виду
движения рабочего органа различают экскаваторы продольного,
поперечного и радиального копания.
Наибольшее распространение получили экскаваторы
продольного копания. Они предназначены для разработки траншей под
кабели связи и трубопроводы, каналов и других выемок с
однотипным поперечным сечением.
Рабочее оборудование траншейного цепного экскаватора —
цепь с ковшами или скребками приводится в действие ведущей
звездочкой. Экскаватор имеет механический или гидравлический
привод, а базовой машиной служит трактор, тягач или
железнодорожная дрезина. У траншейных роторных экскаваторов ковши
укреплены на колесе (роторе).
При прохождении ковшей через верхнюю часть цепи или
ротора грунт разгружается на конвейер или другие отвальные
устройства и поступает в отвал или на транспортные средства
(рис. 31.6). Рабочий орган траншейного экскаватора — ковш
имеет форму, соответствующую прямоугольному или
трапецеидальному сечению траншеи, что позволяет ликвидировать
финишные операции и снизить затраты труда на отделочных работах.
461
Рис. 31.6. Траншейный цепной экскаватор:
/ — двигатель; 2 — кабина; 3 — гидропривод; 4 — трансмиссия; 5 — механизм подъема
и опускания рабочего органа; 6 — конвейер; 7 — облицовка экскаватора; 8 —
рабочий орган
При малой ширине траншеи, а также для траншейной укладки
кабеля вместо ковшей применяют скребки. Они выносят грунт
из траншеи или щели на поверхность. В сторону от траншеи
грунт сдвигается шнековым устройством.
В экскаваторе предусмотрено управление рабочим
оборудованием. Ковшовую цепь или ротор с помощью гидродвигателя
опускают на грунт или поднимают в транспортное положение.
Конвейер можно сдвигать на правую или левую сторону экскаватора
для подачи грунта в нужную сторону траншеи. Длина конвейера
2...4 м. Экскаваторы оборудованы также автоматическими
устройствами для контроля и регулирования глубины траншеи.
Цепные траншейные экскаваторы позволяют механизировать
не только земляные работы, но и укладку дренажных труб и
фильтрующего материала при устройстве дренажей. Для этой
цели к базовому тягачу крепят дополнительное оборудование —
барабан с бухтой пластмассовой дренажной трубки. По мере
продвижения экскаватора дренажная трубка сматывается и
укладывается на дно траншеи. Заданный уклон дна и дренажной
трубки выдерживается с помощью электрогидравлической
системы управления и копирной проволоки.
Основным эксплуатационным недостатком цепных
экскаваторов является повышенный износ цепей, работающих в
абразивной среде.
Роторные траншейные экскаваторы имеют по сравнению с
цепными более высокий КПД и большую производительность,
так как условия работы ковшей на роторе более благоприятные,
чем на цепи. Однако для разработки траншей одинаковой
глубинны габаритные размеры ротора должны быть больше, чем цепной
462
рабочий орган, в связи с чем масса и размеры экскаватора
увеличиваются. Их применяют на устройстве линейных земляных
сооружений большой протяженности, чтобы уменьшить число
перебазировок между объектами (рис. 31.7).
Рис. 31.7. Роторный траншейный экскаватор:
/ — базовый трактор; 2 — электрооборудование; 3 — привод генератора; 4 —
гидроцилиндр подъема рабочего органа: 5—электродвигатель привода конвейера: €—
конвейер; 7 — гидроцилиндр подъема конвейера; 8 — поддерживающие ролики;
9 — задняя опора рабочего органа с шинами; 10 — направляющие ролики; // —
установка привода ротора
Роторная конструкция рабочего оборудования,
обеспечивающая высокую производительность, используется в экскаваторах
радиального копания, предназначенных для производства
вскрышных и добычных работ в карьерах строительных
материалов, в мелиоративном строительстве и других особо крупных
объектах. Экскаватор имеет шарнирно-подвижную стрелу с
ротором, которая может подниматься, опускаться и
поворачиваться вместе с поворотной платформой машины. Ковши
разрабатывают грунт и разгружают его отвальный конвейер. С конвейера
грунт подается в отвал или на траспортные средства
(железнодорожный карьерный транспорт или автосамосвалы большой
грузоподъемности). Промышленность выпускает экскаваторы с
диаметром роторного колеса до 16,5 м и вместимостью ковша
до 4000 л. Высота разрабатываемого забоя — до 70 м. В
карьерах применяют и экскаваторы поперечного копания. Рабочее
оборудование этих машин — жестко направленная ковшовая
цепь при перемещении экскаватора по дну или по верхней
отметке карьера, разрабатывает откосы и подает грунт на отвальный
конвейер.
Экскаваторы поперечного и радиального копания имеют
наиболее высокую производительность среди землеройных машин,
однако область их применения узкоспециализирована. Они
применяются при выполнении больших объемов работ в карьерах и
крупных выемках. Это объясняется недостаточной мобильностью,
так как для перебазировки даже небольших машин между
объектами необходим частичный демонтаж при погрузке на
трейлер.
463
Эксплуатационная производительность экскаваторов
непрерывного действия:
_ 3,6уидкКн к
' кЛр
где уц — скорость движения ковшовой цепи или ротора, м/с;
qK — вместимость ковша, л; Гк — расстояние между ковшами
(шаг ковшей), м; /С„, Kf — соответственно коэффициенты
наполнения ковшей и разрыхления грунта; Кв — коэффициент
использования многоковшового экскаватора по времени в течение
рабочего дня.
Производительность определяется в основном техническими
характеристиками экскаватора: скоростью движения и
параметрами рабочего оборудования. Например, вместимость ковшей
роторного экскаватора ЭР-100, применяемого в строительстве, —
100 л, высота разрабатываемого забоя до 7,5 м, наибольший
радиус копания 11,5 м. Ротор диаметром 3,9 м имеет девять
ковшей, частота его вращения до 10 об/мин. Коэффициент
пополнения ковшей 0,8...1,1. Производительность — до 500 м3/ч.
Однако способы повышения производительности связаны в
первую очередь с улучшением использования
высокопроизводительной машины. Относительно низкий Кв = 0,6 связан со
значительными потерями рабочего времени, которые объясняются
особенностями конструкции машин и технологии непрерывной
разработки грунтов. Рабочие органы машины работают в абразивной
среде, воспринимают значительные усилия и требуют больших
затрат времени на техническую эксплуатацию. Машины имеют
большие габаритные размеры, что усложняет процессы
перебазировок (табл. 31.9, 31.10).
Таблица 31.9. Технические характеристики экскаваторов
непрерывного действия
Модель
Базовый
трактор
Мощность
двигателя.
кВт
Размеры
траншей, м
глубина
ширина
Рабочая
скорость,
м/ч
Масса
Число
часов
работы
в год
Оптовая
цена,
тыс.
руб.
Экскаваторы траншейные цепные
ЭТЦ-165А
ЭТЦ-252
ЭТЦ-208В
ЭТР-134
ЭТР-223А
ЭТР-253А
МТЗ-82
ТТ-4
Т-130МГ
58
81
118
1,6
2,5
2
0,2
2,8
0,6
20...800
5...150
125...340
5,8
18,6
24,2
1375
1650
2400
Экскаваторы траншейные роторные
ТТ-4
Т-130МГ
1ДЭТ-250М
81
118
243
1,3
2,2
2,5
0,28
1,5
3,2
20...640
10...300
20...350
18,3
33
61,8
1650
1650
3075
11,3
23,4
34,1
24,96
41,7
108.1
464
Таблица 31.10. Экономические показатели эксплуатации
экскаваторов непрерывного действия
Затраты
Единовременные Е,
руб/(маш-ч)
Годовые Г, руб/(маш-ч)
Эксплуатационные Э,
руб/(маш-ч)
Себестоимость С,
руб/(маш-ч) (в том числе
зарплата, руб/(маш-ч) Зр
Вместимость ковшей, л
12
0,33
0,736
2,654
3,73
1,87
15
0,42
1,464
2,776
4,66
1,87
23
0,43
1,27
2,78
4,48
2,06
45
0,51
1,22
2,89
4,62
2,14
Сложности возникают и при разработке грунта с погрузкой
в транспортные средства, особенно в автосамосвалы. Для
поддержания непрерывного процесса работы экскаватора
автомобили должны становиться под погрузку по нескольку единиц, что
приводит уже к потерям рабочего времени на транспортных
операциях и, как следствие, увеличению себестоимости разработки
грунтов. Поэтому для транспортирования грунта от роторных
экскаваторов лучше применять железнодорожные составы или
конвейеры. Эти обстоятельства и объясняют тот факт, что
экскаваторы поперечного и радиального копания находят применение
в основном на крупных объектах в промышленности
строительных материалов и погрузочно-разгрузочных работах. Их доля в
общем объеме земляных работ не превышает 5 %.
Имеются также ограничения по грунтам: экскаваторы плохо
разрабатывают плотные грунты выше III группы, мерзлые и
содержащие крупные каменные включения грунты.
Например, роторно-стреловой экскаватор ЭР-1001 имеет
длину 28 м, массу 78 т и ширину гусеничного хода 5 м. Поэтому
даже самые легкие роторные экскаваторы целесообразно
применять при объеме работ на объекте не менее 20 тыс. м3.
31.4. Область эффективного применения землеройных
и землеройно-транспортных машин
Сравнительную эффективность применения различных типов
машин для земляных работ определяют по критерию суммарных
приведенных затрат на 1 м готового земляного сооружения.
И это правомерно, так как заказчик оплачивает готовую
продукцию и разница между ее ценой и совокупными затратами
определит прибыли от эксплуатации машинного парка. В
расчетах критерия важно учесть все затраты, связанные с
эксплуатацией не только основных машин, но и вспомогательной и
транспортной техники.
465
Сравнивать нужно комплекты машин. Более того, применение
отдельных комплектов может потребовать включения
дополнительных технологических видов работ по устройству въездов,
съездов, площадок для разворота, землевозных дорог и др.
объемы которых непосредственно зависят от выбранных типов
машин. Рассмотрим вначале эффективность отдельных
комплектов — бульдозерных, скреперных и экскаваторных, а затем их
сравнение.
Методика сравнения основана на анализе изменения критерия
эффективности в зависимости от основных факторов,
характеризующих объекты строительства в производственной программе
машинного парка. Для возведения земляных сооружений такими
факторами являются: группа грунтов, объем работ на объекте
Vo, расстояние между объектами L0, дальность перемещения
грунта L, рабочая отметка насыпей, выемок, котлованов и
траншей. В числе основных факторов могут быть и региональные
характеристики, календарный период времени и др.
В подгруппе бульдозеров наибольшее влияние на
эффективность машин различной мощности оказывают факторы: группа
и дальность перемещения грунта. Области эффективного
применения бульдозеров (см. рис. 30.2) и показатели их эксплуатации
позволяют установить целесообразность использования
маломощных машин класса тяги 6 только в легких грунтах I — II
групп на объектах с объемом работ до 800 м3. При большем
объеме эффективны бульдозеры на тракторах класса 10 и выше,
причем с увеличением дальности применения грунта показатели
мощных бульдозеров значительно улучшаются по сравнению с
малыми машинами. В грунтах III группы эффективны
бульдозеры на тракторах класса 25 и выше, а в мерзлых грунтах —
бульдозеры-рыхлители. При этом увеличение оптовой цены мощных
бульдозеров и рыхлительного оборудования компенсируется не
только повышением выработки в сравнении с менее
производительной техникой, но и возможностью заменить дорогой
буровзрывной способ производства работ.
В бульдозерном парке прослеживается тенденция повышения
единичной мощности машин и вместе с тем пополнение парка
малогабаритными бульдозерами малой мощности для производства
планировочных работ в стесненных условиях.
Эффективность скреперных комплектов также в основном
определяется дальностью перемещения и группой грунта.
Прицепные скреперы обеспечивают набор ковша в грунтах до III группы
без применения толкачей, в связи с чем стоимость комплектов
и удельные капитальные вложения ниже, чем у самоходных-
В связи с этим прицепные скреперы эффективнее самоходных
при небольшой дальности перемещения грунта, особенно в грУн"
тах III группы. В сложных гидрогеологических условиях набора
и перемещения грунта по землевозным дорогам с мокрым
основанием эффективность прицепных скреперов повышается.
Однако с увеличением дальности перемещения грунта произ-
466
водительность прицепных скреперов падает быстрее, чем у
самоходных (см. рис. 30.4). Эти два обстоятельства влияют
совместно на приведенные затраты и определяют значение
дальности возки — 200...300 м (в зависимости от мощности скреперов),
разграничивающее сферы применения прицепных и самоходных
скреперов.
Неоднозначно влияние мощности скреперов на критерий
эффективности. Производительность машин возрастает почти
пропорционально вместимости ковша (см. табл. 30.3). При этом
одновременно возрастает цена, причем в большей степени, чем
производительность. Это обстоятельство заставляет в
экономических расчетах уже не сравнивать, а искать пути повышения
эффективности мощных скреперов с ковшом 15 и 25 м3.
Экономический эффект может быть получен за счет ускорения
производства работ и сокращения сроков возведения земляных
сооружений. Мощные скреперы целесообразнее применять на выполнении
крупных сосредоточенных объемов работ. Уменьшение числа
перебазировок между объектами позволит сократить
единовременные затраты на погрузку и перевозку тяжелых скреперов
большегрузными трайлерами. При хорошем состоянии дорог
применение самоходных скреперов с ковшом 15 и 25 м3 эффективно при
дальности транспортирования грунта свыше 0,7 км при объемах
работ на объекте не менее 10 тыс. м3. При дальности
транспортирования 0,3...0,7 км целесообразно применять самоходные
скреперы с ковшом 9 м3.
Эффективность применения одноковшовых экскаваторов
зависит от объема работ на объекте и рассредоточенности объектов.
Экскаваторы различных моделей имеют в принципе
отличающиеся функциональные возможности: различный набор сменного
оборудования, позволяющего свести к минимуму затраты ручного
труда на финишных операциях, тип привода, ходовое
оборудование и др. Для сравнения экскаваторов рассчитаны показатели
их применения (см. табл. 31.3...31.6) и определены зависимости
критерия эффективности от основных производственных
факторов и характеристик машин. Рассмотрим эти факторы.
1. Вместимость ковша. Показатели работы экскаваторов, как
правило, улучшаются с увеличением вместимости ковша. Это
связано с пропорциональным ростом производительности машин
и, как следствие, уменьшением эксплуатационных расходов,
приходящихся на 1 м3 грунта (см. рис. 31.5). Что касается
удельных значений единовременных затрат и капитальных вложений,
то они увеличиваются в меньшей степени, чем у мощных
скреперов и бульдозеров. Улучшаются и показатели материалоемкости
мощных машин. Между тем на рассредоточенных объектах с
различными видами земляных работ возникает потребность в
универсальных машинах.
2. Наличие сменного рабочего оборудования приводит к
повышению эффективности применения экскаваторов за счет более
полного использования годового фонда рабочего времени при
467
выполнении основных, планировочных и отделочных работ на
небольших по объему объектах. Для расчета экономического
эффекта применения универсальных экскаваторов можно
использовать уравнение равновеликих затрат для двух комплектов:
универсальной ведущей машины; набора специализированных
машин — экскаватора для основных работ (мощного
одноковшового или роторного), планировщика и канавокопателя:
Еу (Фпу) + s Зу,- {Ч, + ч3) = 2£,-(Ф„,-) у ЗцЧц
VB Va '+" Я,ДФ,--ФШ.)
где Еу(Ф„у), Е[(Ф„) — соответственно единовременные затраты на
организацию работы универсального и специализированных
экскаваторов, руб.; Зу, 3»,-, Пц — приведенные удельные затраты,
руб/ч, и производительность универсальной и
специализированных машин; Ф;, У,-,-, У, — общее число часов работы на объекте
и при выполнении отдельных видов работ обоими комплектами;
У3, Фп — непроизводительные затраты машинного времени на
замену рабочего оборудования универсальной машины и на
перебазировки комплектов машин.
Если переменными факторами принять объем работ на
объектах Vo и расстояние между ними L0, то критерий эффективности
применения обоих комплектов будет изменяться следующим
образом. Удельные единовременные затраты E/Vo на
рассредоточенных объектах будут больше у второго комплекта
специализированных машин, чем у одного универсального экскаватора.
Однако на сосредоточенном объекте удельные
единовременные затраты практически уравняются. Начнет проявляться
основное преимущество специализированных машин — большая
выработка, как часовая, так и годовая, за счет уменьшения
непроизводительных затрат Фп.
3. Экскаваторы с гидравлическим приводом по большинству
эксплуатационных показателей эффективнее, чем с
механическим. Масса гидравлических экскаваторов ЭО-5122 с ковшом
1,6 м3 равна 36,8 т она меньше массы экскаватора с
механическим приводом Э-1252 (вместимость ковша 1,25 м3) и примерно
равна массе Э-10011 с ковшом 1 м3. Естественно боле,е высокая
производительность ЭО-5122 позволяет произвести эффективную
замену в парке механических экскаваторов, тем более что для
перебазировок можно использовать такие же трейлеры
грузоподъемностью 40 т.
Эффективность гидравлического привода повышается также
за счет уменьшения времени на техническое обслуживание по
сравнению с блочно-канатной системой, более точного
выполнения рабочих операций и, как следствие, уменьшения объема
отделочных работ. Однако указанные преимущества могут быть
реализованы лишь при существенном повышении качества
изготовления элементов гидропривода и в первую очередь
гидродвигателей.
4. Ходовое оборудование. Область применения экскаваторов
468
с гусеничным и пневмоколесным ходом зависит от числа
перебазировок, расстояния между объектами и состояния землевозных
дорог. В критерии эффективности эти объектные характеристики
влияют на единовременные затраты, время на перебазировку
фп и годовой фонд рабочего времени Ф. Здесь следует
использовать величину коэффициента рассредоточенности
производственной программы /Сро = Фп/Ф и определять сферы
рационального применения экскаваторов в зависимости от этой величины.
5. Технические характеристики машин для региональных
условий (северное, тропическое исполнение и др.) оказывают
влияние практически на все составляющие критерия эффективности.
Более того, в районах с экстремальными условиями следует
обосновывать уже не эффективность, а необходимость
применения специальных машин.
На объектах с обычными условиями производства земляных
работ выбор способов механизации производится путем
сравнения эффективности применения комплектов ведущих машин —
экскаваторов, скреперов и бульдозеров при переменных
значениях характеристик дальности перемещения, группы грунтов и
рабочих отметок земляных сооружений.
В качестве примера приведем расчет областей эффективного
применения экскаваторных, скреперных и бульдозерных
комплектов при сооружении дорожного земляного полотна. Область
эффективного применения экскаваторных комплектов машин
определяют путем сопоставления приведенных удельных затрат,
руб/м3:
п
2j 3;//Bpi + ЗаПа//вр + /(„ Зр
3yZ= " fooo '
где 3i — приведенные затраты за 1 ч работы г'-го вида машин
(кроме автомобилей-самосвалов), руб/ч; 33 — приведенные
затраты за 1 ч работы автомобилей-самосвалов, руб/ч; HBpi, ffBp —
норма времени на разработку 1000 м3 грунта для/-го вида
машин и экскаваторов, маш-ч; Зр — заработная плата, не учтенная
в себестоимости работы машин, руб/1000 м3.
В этой формуле приведенные удельные затраты зависят от
дальности возки L, так как число автомобилей-самосвалов иа =
= /a(L). Приведенные затраты за 1 ч работы машин (см.
обозначения гл. 22):
КС _|_ ^hAi
i Ан1 *-*маш-ч1~Г J
Аналогичные зависимости приведенных удельных затрат от
дальности возки грунта нужно установить для всех
сравниваемых комплектов, а затем составить уравнение равновеликих
затрат. Например, для экскаваторного (верхний индекс «э») и
скреперного (верхний индекс «с») комплектов данное уравнение
имеет вид
469
Z 3?Hlf + 3aHEfns{L) + 1,5 P
1000
Z 3,c Ясвр (£)
1000
В этом уравнении норма времени скреперов ЩР, как и число
автомобилей-самосвалов па в комплекте, зависит от дальности
возки L грунта. Из этого уравнения находят значение L, которое
является граничным для эффективного применения
сравниваемых комплектов.
В расчеты необходимо включать полный комплекс работ для
конечной продукции, а суммарные затраты определять для
комплекта машин, выполняющих как основные, так и транспортные,
планировочные, уплотнительные и вспомогательные работы
(см. табл. 31.11).
Таблица 31.11. Технико-экономические показатели сооружения
дорожно-земляного полотна в грунтах III группы экскаватором
с ковшом 1 м3 и автомобилями-самосвалами грузоподъемностью 12 т
Наименование работ и затрат
Разработка грунта
Приведенные затраты при работе экскаватора,
руб/ч
Затраты на эксплуатацию прочих машин и
заработная плата, руб.
Перемещение грунта
Приведенные затраты при работе комплекта (при
числе автомобилей-самосвалов, указанном в
знаменателе в скобках), руб/ч
Ремонт и содержание дорог
Приведенные затраты при работе комплекта, руб/ч
Работы на отвале
Приведенные затраты на эксплуатацию бульдозера
за 1 ч работы комплекта, руб.
Затраты на эксплуатацию прочих машин и
заработная плата, руб.
^ Уплотнение грунта
Приведенные затраты на эксплуатацию пневмо-
колесного катка и прочих машин за 1 ч работы
комплекта, руб.
Итого, руб/(маш-ч)
Производительность экскаватора, м3/(маш/ч)
Приведенные удельные затраты на единицу
конечной продукции, руб/м3.
Дальиос
грунт
1
9,06
1,02
21,46
(4)
1,23
1,92
0,65
6,32
41,76
46,84
0,89
ть возки
а, км
2
9,06
1,02
32,34
(6)
1,93
1,92
0,65
6,32
53,24
46,84
1,14
Примечания: 1. В расчетах учтены накладные и косвенные расходы-
2. В состав комплекта входят: экскаватор ЭО-51ИЕХЛ с ковшом вместимостью 1 м '
автомобили-самосвалы КрАЗ-256Б, бульдозер ДЭ-П0А, пневмоколесиый каток и
вспомогательные машины.
470
Учет только основных
работ приведет к ошибке,
так как затраты по этим
работам составляют
менее половины суммарных
расходов. Области
эффективного применения
машин при возведении
земляных сооружений в
зависимости от дальности
продольной возки и
рабочих отметок насыпи при
поперечной возке
приведены на рис. 31.8.
При выполнении
экономических расчетов
следует учитывать
вероятностный характер
исходных данных. Установлено,
к примеру, что разброс
значений выработки и
числа часов работы
машин в парке относительно
их среднего значения
(среднесписочной
машины) характеризуется коэффициентом вариации, равным 0,2...0,25.
В результате зависимости критерия эффективности от
характеристик объектов будут иметь доверительные интервалы.
На разработке и перемещении грунта с землеройными
машинами успешно конкурируют погрузчики с ковшом вместимостью
3 и 5 м3 в комплекте с автосамосвалами 16...25 т. Основная
сложность их применения — недостаточное напорное усилие,
возможность разработки (без рыхления) грунтов до II группы,
необходимость применения тяжелых автосамосвалов.
31.5. Оптимальное распределение машиноресурсов
экскаваторных и скреперных комплектов
Пример. Задан срок производства земляных работ по отсыпке
плотины — 20 дней. В течение этого срока тремя комплектами машин
(экскаваторы ЭО-4121 и ЭО-5122 работают в комплекте с
автомобилями-самосвалами КрАЗ-256, два скрепера ДЗ-13) следует
выполнить максимально возможный объем земляных работ.
Ограничения по расходу ресурсов на производство работ: по
затратам — 10 800 руб., по наличному фонду рабочего времени
автомобилей-самосвалов—1700 маш-ч. Грунт — супесь. Район
строительства — 1.
Постановка задачи. Распределить фонды рабочего времени
машин в планируемом периоде таким образом, чтобы обеспечить
о)
Зу, руб/м3
0,6
0,4
цг
^5^5^ 5 9
А-з *
2
0 Dfi 0,8 1,2 1,6 L,km
i)
Зу,руб/м3
о г it 6
Рис. 31.8. Области эффективного применения
комплектов ведущих машин для земляных
работ в грунтах III группы в зависимости от:
а — дальности L перемещения грунта;
б—рабочей отметки h; 1 — бульдозер, класс тяги 10 тс
(96 кВт); 2 — бульдозер, класс тяги 25 тс
(228 кВт); 3 -скрепер прицепной, 8 м3; 4 —
скрепер самоходный, 15 м3; 5 — скрепер
самоходный, 8 м3; 6 — экскаватор с ковшом 0,65 м3;
7 — то же, 1 м3; 8 — то же, 1,25 м3; 9 — то же,
1,6 м3
471
выполнение наибольшего объема земляных работ до наступления
паводка при заданных ограничениях по расходу ресурсов.
В качестве критерия оптимальности примем суммарную
выработку парка машин.
Целевая функция имеет вид: 47xi + 56х2 + 36х3 ->- max, где
47, 56, 36 — соответственно плановая эксплуатационная
производительность экскаватора ЭО-4121, экскаватора ЭО-5122 и двух
скреперов ДЗ-13 в единицах конечной продукции за 1 маш-ч, а д-,,
хч и хз — соответственно искомые машино-часы работы машин ЭО-
4121, ЭО-5122 и ДЭ-13.
Условия задачи:
1. Xji ^ 0(—х\ ^ 0, / = 1, 2, 3). Это неравенство выражает
неотрицательность затрат машино-часов.
2. 24,9х, + 34,2х2+15,9х3< 10 800. Это неравенство
показывает, что себестоимость производства механизированных работ
не должна превышать планового размера. Коэффициенты 24,9;
34,2 и 15,9 представляют собой себестоимость работ,
рассчитанную на 1 маш-ч работы соответственно экскаваторов ЭО-4121,
ЭО-5122 (как ведущих машин комплектов) и двух скреперов
ДЗ-13. Например, затраты на разработку грунта экскаватором
ЭО-4121 и перевозку автомобилями-самосвалами КрАЗ-256
составляют 24,9 руб/ч (затраты на разравнивание и уплотнение
грунта для упрощения расчетов не учитывались).
3. 4xi+6x2^1700. Это неравенство означает, что
суммарные затраты машино-часов работы автомобилей-самосвалов не
должны превышать их фонд в планируемом периоде.
Коэффициенты 4 и 6 выражают затраты машино-часов работы
автомобилей-самосвалов КрАЗ-256, приходящиеся на 1 маш-ч работы
экскаваторов марки соответственно ЭО-4121 и ЭО-5122
(экскаваторы в период, когда их работа не обеспечена работой
автомобилей-самосвалов, используются на подборе грунта и подаче
его в отвал);
4. 0,1х, < 20; 0,06х2<20; 0,06 х3 < 20. Эти неравенства
показывают, что продолжительность работ по отсыпке насыпи не
должна превышать заданное ограничение — 20 дней.
Коэффициенты 0,1 и 0,06 позволяют перейти от машино-часов к рабочим
дням и соответствуют 10 маш-ч работы экскаватора ЭО-4121 и
16,4 маш-ч работы экскаватора ЭО-5122 и скреперов в течение
рабочего дня.
Математическая модель задачи. Задача с приведенными
условиями рассматривается как общая задача линейного
программирования с моделью Z = nX-+max или ЛХ^У. Матрица А
условий, векторы ограничений V и выработки П имеют вид,
указанный в табл. 31.12.
Решение задачи. Для решения можно применить
общие точные методы линейного программирования, например
симплекс-метод. В связи с постоянным изменением исходных
данных в период производства работ точное решение задачи не
требуется, поэтому определим возможности применения прибли-
472
женного градиента метода для выбора рационального
распределения фонда рабочего времени машин с учетом условий задачи
Процесс распределения ресурсов машин этим методом
заключается в последовательном (однотипными шагами — итерациями)
приближении первоначально составленного плана к
оптимальному. Вычислительный процесс заканчивают в случае, если
разность AZ значений целевой функции двух «соседних» итераций
меньше определенной, принятой для данных расчетов величины.
Таблица 31.12. Расчетные параметры
Условия
1
2
3
4
Матрица
коэффициентов А
— 1
0
0
24,9
4
0,1
0
0
0
— 1
0
. 34,2
6
0
0,06
0
0
0
1
15,9
0
0
0
0,06
Вектор V
0
0
0
10 800
1700
20
20
20
Выберем начальный план Х0 распределения ресурсов машин,
который удовлетворял бы всем условиям задачи. Таких планов
множество. Примем Х0 = [х°и х\ х§]т=[150, 120, 150]т.
Суммарная выработка машин составит Z(X0) = 47 • 150 + 56 X
X 120 + 36 • 150 = 19 170 м3. Примем М равной 2 % от Z{X0)
или 383 м3. Чтобы найти распределение X" ресурсов машин, при
котором выработка Z (X') больше, чем Z (Х0), поступаем
следующим образом.
Первая итерация. Этап 1. Представим затраты машино-часов
по новому плану в виде
х]=хУ + ^0Я;, /= 1, 2, 3, (31.1)
где to — положительная величина, которая выбирается так,
чтобы план X' удовлетворял условиям задачи:
Вычисления по этой формуле производят так. Произведение
матрицы А на вектор П дает вектор-столбец, который
записывают строкой в знаменателе. Индекс «т» означает, что исходное
распределение машино-часов записано в виде вектора-столбца,
который состоит из трех компонентов. Произведение матрицы
А на X дает вектор-столбец, который вычитают из вектора
ограничений и записыпают строкой в числителе. Величина to равна
наименьшему среди неотрицательных частных от деления
элементов числителя на элементы знаменателя.
Поясним вычисления. При перемножении матрицы на вектор-
столбец получают новый вектор-столбец, первый элемент которо-
473
го равен сумме произведений элементов первой строки матрицы
на элементы вектора-столбца, второй элемент равен сумме
произведений второй строки матрицы на элементы вектора-столбца
и т. д. Например, первый элемент произведения {АХ) равен
(—1) 150 + 0-120 + 0-150= —150, а все произведение имеет вид
вектора-столбца (—150, 120, —150, 10234, 1320, 15, 7, 9)т.
Элементы этого вектора вычитают из соответствующих элементов
вектора V, а результат записывают в виде вектора-строки в
числитель формулы (31.2) для вычисления.
/о=тЫ
150 120 150 566
-47'
-56'
-36' 3657'
380. _5_. J3_. _П_\ -о 155
524' 4,7' 3,4' 2,2]_и'1Ь5-
Минимальное значение t0 — 566/3657 = 0,155 получено при i=4.
Новое распределение ресурсов машин определяют по
формуле
х[ = 150 + 0,155-47= 157,3; х£= 120+ 0,155 X 56= 128,7; х'3 =
= 150 + 0,155-36=155,6.
При таком распределении рабочего времени суммарная
выработка машин Z(X') = 47 -157,3 + 56 • 128,7 + 36 -155,6 = 20 200 м3,
что превышает выработку Z(X0) в исходном плане на 1030 м-5
(5,4 %), причем суммарные затраты равны максимально
возможному значению по условиям задачи.
Этап 2. Составим план Х\, обеспечивающий ту же суммарную
выработку, но с меньшим размером затрат. Для этого затраты
машино-часов по плану Х\ находим по формуле
Х\ = Х\ -
-м.
(31.3)
Вектор d\ выбираем так, чтобы обеспечить уменьшение
суммарных затрат при постоянной суммарной выработке машин:
. / ПтаЧ \
й\ =( )П — ai{
\ птп )
5657
6641
47
56
36
—
24,9
34,2
15,9
=
0,95
— 3,39
3,9
где aio — i-я — в приведенном примере четвертая строка
матрицы А условий, записанная в виде столбца.
t\ определяют в таком же порядке, как и ta:
155,6 0
(V-AX'), _
(Ad,)]
299 4,3
nin |
157,3 128,7
0,95 ' — 3,39'
12,3
10,71
:'• о,2з/
= 39,9.
3,90' —30,4 ' 1,77' 0,1 ' 0,203'
Новый план Х]= (хи, х\2, *,3) распределения фонда рабочего
времени машин будет иметь такой вид:
х, 1=157,3+72-39,9-0,95= 176,2;
*i2= 128,7+ '/2-39,9 (—3,39) =61,1;
*1з= 155,6+ 72-39,9-3,9=233,4.
474
Суммарные затраты по новому плану составляют 24,9-176,2 +
+ 34,2-61,1 + 15,2-233,4= 10 190<10800 руб. в плане X'. На
этом первая итерация заканчивается.
Считая на второй итерации план Х\ исходным, определяем
по приведенным выше формулам план Х2, по плану Х2 находим
план Х3 и т. д.
В данном примере разница между величинами суммарных
выработок на третьей (21 570 м3) и второй (21 200 м3) итерациях
составляет AZ3=370 м3. Эта величина меньше принятой
величины AZ=383 м3. Следовательно, план Хз=(197; 37; 285) можно
считать рациональным приближенным планом распределения
фондов рабочего времени машин.
На четвертой итерации суммарную выработку машин удается
увеличить еще на 310 м3.
При проектировании производства земляных работ с учетом
результатов проведенных расчетов затраты машино-часов еле
дует перевести в рабочие дни:
А см 0>-^ '* маш
где Л^„аш — количество ведущих машин в i-м комплекте.
Глава 32
СПЕЦИАЛЬНЫЕ МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
ДЛЯ ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ
32.1. Оборудование гидромеханизации земляных
работ
Оборудование гидромеханизации земляных работ разработано и
серийно выпускается промышленностью с целью обеспечить три
основные технологии возведения земляных сооружений: 1)
гидромониторные работы; 2) подводные землесосные работы; 3)
комбинированный способ.
В первую группу оборудования входят гидромониторы,
насосные и землесосные установки. Гидромонитор (рис. 32.1)
предназначен для формирования водяной струи с большой
кинетической энергией и направления ее в нужную точку забоя в
грунтовом карьере. Компактная водяная струя образуется насадкой /
и стволом гидромонитора 2. Оператор-машинист управляет
струей, поворачивая ствол в шарнирах 3 и 4 в вертикальной и
горизонтальной плоскостях. Вода подводится к гидромонитору через
входное отверстие от насосной станции. Наибольшее
распространение получили гидромониторы с диаметром входного отверстия
250...500 мм, максимальным расходом воды 1,55...4,5 м3/ч,
диаметрами насадок 50... 175 мм. Давление воды у насадки
достигает 2 МПа. Для подачи воды в гидромониторы под необходимым
давлением применяют насосные установки, оборудованные
центробежными насосами. Применяют насосы со следующими ха-
475
Рис. 32.1. Гидромонитор:
1 — посадка; 2 — ствол; 3 — шарниры; 4,6 — соединения; 5,7 — верхнее и нижнее
колено; 8 — водило; 9 — гидроцилиндры управления стволом
рактеристиками: подача воды 45...3000 м3/ч; напор 55... 197 м,
мощность 17...2500 кВт.
После размыва грунта образуется водогрунтовая смесь —
пульпа, которая перекачивается по трубам землесосными
установками, оборудованными грунтовыми насосами, или
перемещается по канавам от карьера до места укладки грунта —
насыпи, дамбы и др. В таких насосах увеличены проходные сечения
рабочего колеса и проточной части, внутренняя поверхность
насосов защищена от абразивного износа. Грунтовые насосы
применяют с подачей пульпы 1,8...4,5 тыс. м3/ч и мощностью
электродвигателей до 1250 кВт.
Выбор типа, технических характеристик и числа
гидромониторов и обслуживающих их насосов зависит от грунтов, объема
и сроков работ, вида забоя. Чем выше плотность грунта и
больше размер частиц, тем более мощными должны быть
установки. Их основная эксплуатационная характеристика —
производительность по грунту, так как пульпа может иметь разную
консистенцию, зависящую от режима работы гидромонитора и
насосов. В строительстве применяют передвижные
гидромониторные установки, состоящие из отдельных блоков. Например,
установка ЗГМ-1-350А имеет мощность электродвигателя 510 кВт
и производительность по грунту 230 м3/ч.
Особенно эффективны гидромониторы с дистанционным
управлением. Они позволяют оператору обеспечить максимальное
воздействие водяной струи на забой, ускорить процессы
разработки грунта и перемещения пульпы к землесосу. В результате
повышается производительность гидромеханизированного
способа. Такая установка лучше и по условиям требований
техники безопасности, так как оператор удален из зоны активного
действия водяной струи и оборудования, работающего под ДаВ"
лением.
Вторая группа оборудования включает землесосные снарядь
с автономным питанием электроэнергией или питанием от
береговых энергетических систем. Это оборудование предназначено Дл
476
наиболее распространенного способа гидромеханизированных
работ — возведения намывных плотин и дамб из русловых или
пойменных карьеров, добычи песка и гравия (табл. 32.1).
Таблица 32.1. Характеристики землесосных снарядов
Показатель
Расчетная
производительность, м3/ч
в грунтах II группы
в грунтах V группы
Наибольшая глубина
разработки, м
Установленная
мощность электродвигателей,
кВт
Длина плавучего
пульповода, м
200-50БР
250
160
8
830
150
Марка землесосного
300-40М
420
220
11
2029
300
350-50ТМ
420
350
15
2550
150
снаряда
500-60
650
340
15
2970
500
500-60МН
650
340
15
3450
250
Землесосные снаряды разрабатывают грунт под водой и
перемещают его к месту укладки или погрузки. Это назначение
обеспечивается конструкцией снарядов, включающей следующее
основное оборудование и узлы (рис. 32.2):
1) плавучий корпус с машинным отделением /, на котором
смонтированы все устройства, силовые и насосные установки;
2) грунтозаборный орган 2, обеспечивающий разработку
грунта под водой и превращение его в пульпу. Для повышения
интенсивности грунтозабора в непосредственной близости от
всасывающего пульповода устраивают механические (например,
фрезерные) или гидравлические рыхлители грунта под водой;
3) грунтовый насос 3 для всасывания и перемещения пульпы.
^УУ^У//У//УУУУ//^/^/^^//^^^/^Ж^^/Ж^^^///У/^^^^^
Рис. 32.2. Землесосный снаряд:
' корпус; 2 — груитозабориое устройство; 3 — землесос; 4 — всасывающий
пульповод; 5 — напорный пульповод; 6 — устройство перемещения земснаряда
477
Наиболее эффективно размещение грунтового насоса на раме
грунтозаборного устройства, так как при этом насос работает
в условиях подпора с наибольшей производительностью;
4) пульповоды, всасывающий 4 и напорный (плавучий) 5, по
которому пульпа перемещается на берег;
5) устройство для рабочих перемещений землесосного
снаряда 6 при разработке грунта. Его основные части: рабочие сваи,
заглубляемые в дно, и лебедки, поворачивающие корпус
относительно свай в нужном направлении.
Среднечасовая плановая производительность землесосного
снаряда определяется объемом разработанного грунта (по
грунту) или перемещенной гидромассы (по пульпе), м3/ч:
V(\ + y)Q
Пэ= ПК. '
где V — плановый объем наматываемого грунта, м3; i|) —
пористость грунта, в долях единицы; Q — расход воды на разработку
и транспортирование 1 м3 грунта, м3; Т — запланированный срок
намыва земляного сооружения, дн; t — число часов работы
земснаряда в день; Кв — коэффициент использования рабочего
времени.
Производительность зависит от грунтов (наибольшая — в
мелкозернистых песках, а наименьшая — в песчано-гравийных),
от назначения грунта (в отвал или насыпь), с которым связана
частота перекладок пульповода, наличия крупных включений в
грунт под водой.
Выбор землесосного снаряда (табл. 32.1) для работы на
объекте состоит в обосновании плановой (требуемой)
производительности, максимальной глубины разработки грунта,
наибольшего напора грунтового насоса, типа и мощности
разрыхляющего устройства и др. Чем крупнее земснаряд, тем выше его
эффективность работы, больше производительность. Однако на
мелких рассредоточенных объектах или малых глубинах забоя,
особенно в заболоченной местности, экономически
целесообразными являются небольшие земснаряды. В труднодоступных районах
нового строительства, например в Западной Сибири, крупные
земснаряды трудно перебазировать и обеспечить
электроэнергией.
В третью группу оборудования для комбинированного
способа гидромеханизированных работ входят: дражные и грейферные
земснаряды, шлюзовые питатели и пульпоприготовительные
установки. Это оборудование применяют в тех случаях, когда
грунт содержит включения, например камни, крупность которых
превышает проходное сечение рабочего колеса грунтового
насоса. Область применения — разработка русловых гравийно-галеч-
ных отложений для обеспечения строительства инертными
материалами и т. д.
Дражные земснаряды имеют многочерпаковое устройство ДлЯ
разработки и перемещения грунта с содержанием валунов
478
сортировочное оборудование — виброгрохоты для отделения
крупных включений.
Шлюзовые питатели применяют для перемещения грунта,
разработанного землеройными машинами (экскаваторами,
бульдозерами, грейферами и др.), а также для перемещения
грунтов с крупнообломочными включениями.
Принцип их действия состоит в том, что материал
предварительно помещается в шлюзовую камеру питателя, а затем
подается в водовод для гидротранспортирования.
При работе землесосных снарядов следует исключать вредное
влияние на окружающую среду. В ходе работы грунтозаборного
устройства часть грунта не всасывается, возникает просор грунта
и недопустимое загрязнение водоема. Просор уменьшается при
оборудовании земснарядов погружными насосами, которые
имеют повышенную всасывающую способность. Необходимо следить
за исправностью соединений пульпопроводов и технической
исправностью узлов, требующих смазки. При укладке грунта в
намывные сооружения возникает необходимость сброса
отработанной воды, содержащей примеси и другие частицы. Наиболее
эффективным способом борьбы с загрязнением водоема
является применение технологических схем и оборудования для
кругооборота воды с устройством отстойников. Следует также
строго следить за ходом разработки грунта в реках, проверять
соответствие фактических мест стоянок земснарядов проектным,
чтобы не допустить негативных русловых процессов.
32.2. Бурильные машины
Для производства буровых работ вращательным, шарошечным,
ударно-вращательным и другими способами бурения применяют
различные по устройству и характеристикам бурильные машины.
Они состоят из базовой машины и рабочего оборудования. В
качестве базовой машины (шасси) служат гусеничные, колесные
тракторы или автомобили. Бурильные машины различают по
виду рабочего оборудования (бурильно-крановые и бурильные), по
типу привода (с механическим, гидравлическим и смешанным
приводом), по типу бурильного органа (с винтовым органом,
с ковшовым бором, с термомеханическим органом), по
принципу действия (цикличного и непрерывного действия).
Выбор типа бурильной машины зависит от вида работ и
района строительства. Они бурят шпуры, скважины и котлованы для
последующего производства свайных, монтажных или взрывных
работ. Вид рабочего органа всецело определяется
характеристиками грунтов (обычных, мерзлых, с каменными включениями,
скальных пород и др.): в мерзлых, плотных и полускальных
грунтах IV и V групп применяют вращательный способ; в
мелкоабразивных породах V...IX групп, в породах с нескальными
прослоями и в нескольких мерзлых и моренных грунтах с
твердыми включениями применяют шарошечный способ; в крепких и
479
весьма крепких породах VIII...X групп используют
ударно-шарошечный (с погруженным ударником и шарошечным долотом)
пневмоударный (с погруженным ударником) и
ударно-вращательный (с выносным ударником) способы.
Наибольшее распространение при устройстве скважин в
скальных грунтах получил шарошечный способ.
Выбор типа базовой машины зависит от нагрузок рабочего
органа, рассредоточенности объектов, объемов работ и состояния
дорог между ними.
Бурильные машины на базе гусеничного трактора имеют
буровой став, который состоит из наращиваемых штанг с
шарошечным долотом или резцовым шнеком на конце. Вращение
передается от вала отбора мощности базового трактора. При ударно-
шарошечном способе рабочий орган машины имеет следующую
конструкцию. На выходном валу вращателя буровой машины
закрепляют укороченную штангу. К ней прикрепляют
погруженный пневмоударник, на конце которого устанавливают трехша-
рошечное долото. Для очистки забоя и охлаждения долота
используется сжатый воздух, который поступает через внутреннюю
полость бурового става и выходит по кольцевому зазору между
стенками скважины и штангами. Шлам отсасывается
вентилятором из пылеприемника, установленного в устье скважины, и
осаждается в бункере. Питание сжатым воздухом пневмоударни-
ка и удаление продуктов разрушения из забоя осуществляются
от компрессорной станции. Гидродомкраты позволяют вывесить
машину и установить ее в рабочем положении при бурении
вертикальных или наклонных скважин (рис. 32.3).
Рис. 32.3. Бурильная машина на базе гусеничного трактора
480
Бурильные машины на базе промышленных тракторов на
гусеничном ходу обеспечивают основной способ механизации
буровых и взрывных работ при устройстве выемок и других земляных
сооружений в скальных грунтах, а также при добыче щебня в
притрассовых карьерах. Данный способ состоит в бурении
взрывных скважин и шпуров, заряжении их взрывчатым веществом
(ВВ) и взрывании. Для бурения скважин применяют самоходные
бурильные машины БТС-150 и СБШ-160М на тракторе Т-130,
обеспечивающие бурение скважин диаметром 105... 160 мм на
глубину до 25 м при производительности до 150 м скважин в
смену.
Для бурения контурных скважин, а также бурения шпуров и
скважин в стесненных условиях и на косогорах применяют
самоходную гидрофицированную бурильную машину БТС-75, которая
модернизируется с целью оснащения гидроударным рабочим
органом. Машина обеспечивает бурение скважин диаметром 64...
105 мм на глубину до 25 м с производительностью 80...120 м
скважин в смену. При использовании этой машины ручной труд
полностью устраняется.
Для работы бурильных машин на косогорах предварительную
проходку технологических полок производят буровыми станками
и ручными перфораторами.
Заряжение скважин и шпуров выполняют с применением
передвижных транспортно-зарядных установок, работающих по
методу нагнетания водяной смеси ВВ по трубопроводам. Этот
метод постепенно вытесняет ручной труд, обеспечивая
производительность заряжения 50... 100 кг/мин при плотности заряжения
до 1,2 г/см3. При этом производительность труда повышается
на 35 %.
Добыча каменных материалов на карьерах щебеночных
заводов также производится с применением бурильных установок.
Для бурения скважин и шпуров применяют станки 2СБШ-200,
их модифицированный вариант позволяет бурить наклонные
скважины. Диаметр бурения 215 мм, глубина до 32 м,
производительность в грунтах VIII-IX групп — до 50 м/смен. При
диаметре бурения 150 мм применяют буровые станки с погружными
пневмоударниками. На небольших карьерах эти буровые станки
использовать нецелесообразно. Для повышения мобильности и
эффективности механизации буровых работ применяют буровой
станок на базе гидравлического экскаватора ЭО-4124.
На буровзрывных работах важной задачей является
устранение ручного труда при разделке негабаритов. Вместо шпуровых
Или наклонных зарядов целесообразно использовать навесное
оборудование к экскаватору — гидромолоты с энергией
единичного удара 3...5 кДж и производительностью до 200 м3/смен.
Комплект экскаваторов с гидромолотами обеспечит его непрерыв-
нУю работу и повышение безопасности труда.
Бурение скважин в мерзлых грунтах и установку опор и свай
Массой до 3 т производят бурильно-крановыми машинами. Их
'6-721
481
рабочее оборудование смонтировано на поворотной платформе
которая установлена на шасси автомобиля. Бурильное и
крановое оборудование имеет самостоятельный привод от дизеля
Гидравлическая передача осуществляет подъем и опускание бу.
ра, принудительный напор на него при бурении и выдвижении
четырех выносных опор, а также вращение поворотной
платформы с рабочим оборудованием. При перебазировках рабочее
оборудование занимает наклонное положение и опирается на
стойку. Управление бурильным и крановым оборудованием
производят из кабины оператора, расположенной на поворотной
платформе. Рабочий орган — сменный шнековый бур с
пластинками из твердого металла — крепится к квадратной штанге,
которая вращается внутри трубчатой бурильной колонны.
В группе бурильно-крановых машин наиболее
распространенными видами базовых шасси являются грузовые автомобили с
двигателями мощностью 84,6 кВт (ГАЗ-66), 114 кВт (КрАЗ), а
также гусеничные и колесные тракторы небольшой мощности —
до 66 кВт (табл. 32.2).
Таблица 32.2. Техническая характеристика и производительность
бурильных и бурильно-крановых машин
Параметры
Базовая машина
Мощность двигателя,
кВт
Производительность:
опор/ч,
м/ч
Глубина бурения, м
Наибольшая
крепость пород, группа
Диаметр бурения, мм
Бур
Усилие подачи бура,
кН
Грузоподъемность
кранового
оборудования, т
Масса, т
БМ-302Б
ГАЗ-66
84,6
3,61
—
3
IV
360...800
Лопастный
18,6
1,25
5,9
БМК-1501
КрАЗ-250
114
—
15
15
IV
630
Шнековый
98
3
24
БМ-205А
МТЗ-82Л
55,1
4,35
—
2
IV
360...800
Лопастный
24,5
1,25
5,5
БМ-305А
ДТ-75
66
4,47
—
3
IV
360...630
Шнековый
23,5
1,25
8,7
СБШ-160М
Т-130.1
117,6
—
6...8
32
IX
145...200
Шарошеч
ныи
150
—
25
Для небольших по объему работ по устройству ям и
котлованов под опоры линий электропередачи, столбы линий связи,
надолбы и ограждения применяют мобильную бурильную
машину на шасси грузовых автомобилей ГАЗ-66-02. Ее основным ра"
бочим органом служит бур, на нижнем конце которого
укреплены режущие лопасти с зубьями и рыхлительная головка из
твердых износостойких сплавов. При вращении штанги грун
разрыхляется лопастями и заполняет пространство между ними-
Вращающаяся штанга периодически поднимается над поверх
482
ностью и грунт, находящийся под лопастями, разрабатывается
цми в стороны. Машина устраивает ямы диаметром до 0,8 м и
глубиной до 3 м в талых грунтах I...IV категорий.
Бурильным рабочим оборудованием укомплектовываются и
машины многоцелевого назначения, например малогабаритные
погрузчики на колесном ходу. Несмотря на небольшие объемы
работ, машины данного типа весьма эффективны, так как
заменяют тяжелый ручной труд на благоустройстве и
линейно-рассредоточенных объектах. Для бурения скважин диаметром до
0,63 м на глубину до 15 м в мерзлых и талых грунтах до IV
категории включительно при устройстве свайных оснований под
здания и сооружения, строительстве линий электропередачи, опор
мостов и других применяют бурильно-крановую машину БК.М-
1501. Ее буровое оборудование смонтировано на поворотной
платформе шасси грузового автомобиля К.рАЗ-250. Привод
механизмов рабочего оборудования и поворотной платформы
осуществляется от двигателя автомобиля с помощью механической
трансмиссии и гидравлической передачи. Машина оборудована
отдельной кабиной управления процессом бурения. Оптимальный
режим бурения в зависимости от физико-механических свойств
разрабатываемого грунта обеспечивается гидравлическим
приводом с бесступенчатым регулированием частоты вращения и
усилия подачи бурового инструмента (рис. 32.4).
Бурение вертикальных и наклонных скважин под буронабив-
ные сваи и сваи-оболочки диаметром до 1,7 м на глубину до 40 м
производят более мощными машинами. Для образования
скважин глубиной до 20 м на рассредоточенных объектах применяют
бурильные машины на автомобильном ходу МБНА-1 на базе
автомобиля КрАЗ-257. Однако для крупных объектов их
производительность и технологические возможности недостаточны.
Развитием механизации буровых работ в отечественном
машиностроении является переход к новому типу базовой
машины — гусеничному шасси гидравлического экскаватора и
созданию нового комплекса бурильного оборудования, включающего
Рис. 32.4. Бурильно-крановая машина на базе автомобиля:
/ — буровое оборудование; 2 — опорная стойка; 3 — базовый автомобиль; 4 —
гидродвигатель подъема мачты; 5 — поворотная платформа; 6 — кабина
управления; 7 — выносные опоры
Iti*
483
Рис. 32.5. Бурильная машина на базе
гидравлического экскаватора:
/ — обсадное оборудование; 2 - - мачта; 3 -
телескопическая штаига; 4 — лебедка; 5 —
вращатель; 6 - гидроцилиидр подъема мачты; 7 —
гидроцилиндр перемещения вращателя; 8 — рабочий
орган; 9 экскаватор
машины БМ-2002, БМ
3000, БМ-4000. Этот
комплекс обеспечивает
бурение скважин всех
типов под защитой
обсадных труб на
глубину соответственно 20
30, 40 м (рис. 32.5)'
Для бурения скважин
большого диаметра в
скальных грунтах
используют отечественные
и зарубежные станки
и оборудование
реактивно-турбинного
действия.
Описанные
конструкции и принцип
действия машин
представляют различные
группы бурильной техники,
обеспечивающей
механизацию буровых
работ в широком
диапазоне технических и
природных условий:
глубина скважин 3...40 м;
диаметр 0,3...2 м;
грунты I...IX групп и т. д.
Их дальнейшее
развитие и повышение
эффективности
осуществляются путем
унификации базовых
шасси, повышения
надежности, широкого
применения
ударно-шарошечного
оборудования, автоматизации
режимов бурения.
32.3. Оборудование для погружения свай
и шпунта
Вид оборудования зависит от способа погружения свай и
шпунта: забивки, вибропогружения и завинчивания.
Копровые установки (копры) предназначены для забивки
свай при помощи рабочего оборудования — свайных молотов-
В зависимости от проектного положения свай применяют
вертикальные копры (для забивки вертикальных свай), наклонные
484
копры (для забивки
наклонных свай), универсальные
копры (для забивки свай
в любом положении).
Копры выпускают с различным
ходовым оборудованием: на
колесных тележках, на спец-
шасси с пневмоколесным
ходом, а также в виде
сменного оборудования
экскаваторов и гусеничных кранов
(рис. 32.6).
Передвижные
самоходные копровые установки
имеют раму, на которой
смонтированы мачта,
элементы привода и свайный
молот. Подъем молота и
сваи производится
гидродвигателем и канатно-полис-
пастной передачей.
Копровые установки выпускают
с массой ударной части
молота 1.2...3 т для
погружения свай длиной от 7
до 20 м (табл. 32.3).
Свайные молоты
подразделяют по виду привода, по
/////?////////////Ж//////////У////л
Рис. 32.6. Копер на базе гусеничного
экскаватора
способу управления и принципу действия. Они бывают с
механическим приводом, ударная часть этих молотов поднимается
лебедкой, с пневматическим приводом, в них используется энергия
пара или сжатого воздуха (паровоздушные молоты); дизель-
молоты, работают по принципу двигателя внутреннего сгорания.
Таблица 32.3. Технические характеристики копров
Модель
СП-13Б
СП-69
СП-49Б
Полезная
высота,
4,5
16
12
Полная
высота,
6,1
23,7
18
подъемность, т
2x0,5
14
11
Наклон
мачты
вперед назад
1:
1:3
1:3
Масса, т
0,35
26,5
27,8
Инвентарно-
расчетиая
стоимость,
руб.
599
24931
26750
Системы управления свайными молотами бывают рычажные
(у молотов), полуавтоматические и автоматические. По принципу
действия молоты бывают: простого действия, у которых привод
используется только для подъема ударной части, а забивка
свай — ударом свободно падающего молота; двойного действия,
485
у которых привод используется как дЛя
подъема, так и для забивки сваи.
По этому принципу работают
получившие большое распространение дизель-
молоты (рис. 32.7). Они состоят из
ударной части — цилиндра,
поршневого блока, двух направляющих штанг
топливного насоса и системы управления!
При падении цилиндра на поршень
воздух в камере сгорания цилиндра
сжимается. В момент наибольшего
сжатия воздуха в камеру сгорания
впрыскивается жидкое топливо (дизельное
топливо, нефть и т. п.), которое
воспламеняется от высокой температуры,
возникшей в результате сжатия воздуха. В
результате на сваю передается энергия
падающего цилиндра и взрыва топлива.
Образовавшиеся газы воздействуют не
только на головку поршня, усиливая
воздействие на сваю, но и на цилиндр,
подбрасывая его по направляющим
штангам в исходное верхнее положение.
Цикл работы молота повторяется до тех
пор, пока в камеру сгорания подается
жидкое топливо. Масса ударной части
дизель-молотов 0,5...3,5 т, частота
ударов 50...60 в минуту, а энергия удара
7,50...60 Дж (табл. 32.4).
Вибропогружатели. Принцип
вибропогружения состоит в возбуждении
колебаний высокой частоты и малой
амплитуды на свае и стыке свая — грунт.
При этом структурные связи между частицами грунта1
ослабевают, уменьшается сопротивление грунта и для погружения сваи
требуются меньшие усилия, чем при забивке.
Для погружения тяжелых свай сплошного и полого сечения,
а также свай-оболочек применяют вибропогружатель с жестким
креплением основных узлов. Вибропогружатель имеет
электрический привод. Вращение от вала электродвигателя передается
через зубчатую передачу на электромеханический вибрационный
механизм. Последний имеет грузовые валы, на которых
установлены дебалансы, создающие при вращении колебания
неуравновешенных масс. Для установки вибропогружателя на сваю
надевается металлический наголовник. В строительстве применяют
вибропогружатели с электродвигателями мощностью 22...310 кВт,
вынуждающей силой 2500 кН и частотой вибрирования 400...
1500 ударов в минуту.
Вибромолоты. Их принцип действия основан на сочетании
Рис. 32.7. Дизель-молот:
/ — нижняя опора (шабот);
2 — топливный насос; 3 —
рычаг насоса; 4 — шланг;
5 - топливный бак; 6 —
масляный резервуар; 7 —
поршень; 8 - цилиндр; 9 —
выхлопные патрубки; 10 —
сферическая головка
486
Таблица 32.4. Технические характеристики свайных дизель-молотов
Модель
Масса
ударной
части,
кг
Наибольшая
энергия
удара,
Дж
Частота
ударов,
мин
Расход
топлива,
л/ч
Масса
сваи, т
Инвен-
тарно-
эасчетная
стоимость,
руб.
Себестоимость
машино-часа,
руб/(маш-ч).
в том числе
зарплата,
руб.
Дизельные молоты трубчатые
СП-75
СП-76
СП-77
СП-78
СП-60
СП-65
1250
1800
2500
3500
240
2500
40
56
43,5
61
42
42
42...60
42...60
12
12
16
1,2...3
1,8...5
2,5...6,5
3.5...8
Дизельные молоты штанговые
1,75
60
55...80
50...55
1,3
12,5
0,25
1.2...5
1744
2461
3948
5136
781
2290
6,86/1,54
6,05/1,32
7,59/1,58
12,1/2,24
5,64/1,51
7,59/1,58
Примечание. Себестоимость машино-часа рассчитана на использование дизель-
молотов иа базе трактора мощностью 79 кВт.
вибрации с ударами по погружаемым сваям, металлическому
шпунту или трубам. Распространен вибромолот, состоящий из
ударной части с ударником и наголовника с наковальней,
который надевают на сваю. Эти основные части вибромолота
соединены пружинами. В ударную часть вмонтированы два
электродвигателя, на валах которых укреплены грузы — дебалансы,
вращающиеся в противоположные стороны. При синхронном и
синфазном вращении дебалансов в разные стороны возникают
разнонаправленные центробежные силы. Горизонтальные
составляющие этих сил взаимно уравновешиваются, а вертикальные
составляющие складываются, заставляя ударную часть
вибромолота совершать колебания на пружинах. При верхнем положении
дебалансов ударная часть поднята, а при нижнем ударник
совершает удар по наковальне наголовника сваи, так как зазор
между ударником и наковальней
делают меньше амплитуды колебаний
ударной части. Таким образом
вибрация ударной части сочетается с
ударами по свае, что способствует ее
более быстрому погружению
(рис. 32.8).
Особенно эффективен такой
принцип действия в тяжелых
грунтах с каменными включениями.
Вибромолоты выпускают трех
видов: легкие, средние, тяжелые.
Вибромолоты легкого типа массой до _, „„-,„-
, - Рис. 32.8. Вибромолот:
1 т применяют для забивки в грунт
стального шпунта и труб на глуби- iz™^™1-^™™^:
ну до 20 м. Молоты среднего типа торы
487
массой до 4 т предназначены для забивки свай и свай-оболочек
диаметром до 0,5 м на глубину до 30 м. Более тяжелые молоты
массой до 12 т погружают в железобетонные сваи длиной д0
18 м на глубину до 40 м. Вибромолоты позволяют также
выдергивать погруженные в грунт сваи и шпунт.
Для безопасной работы сваебойного оборудования
необходимо соблюдать следующие основные требования.
Все операции с молотом, подготовкой свай к погружению и
передвижке копровых установок разрешается производить
только по сигналу машиниста.
Машинистам запрещается работать на копровых установках,
прочность и устойчивость которых не проверена и не обеспечена.
Во время работы копровой установки запрещается находиться
под молотом или сваей, а также проводить технические
обслуживание механизмов. При кратковременном перерыве в работе не
разрешается держать молот на подъемном канате, а при
длительном перерыве молот должен быть уложен на деревянный
брус.
Основным направлением в развитии конструкции
вибромолотов и вибропогружателей является повышение надежности
работы (в первую очередь электродвигателей), уменьшение
потребления электроэнергии, расширение области применения. Этим
требованиям удовлетворяют вибропогружатели третьего поколения
ВРП с регулируемыми на ходу параметрами частоты
статистического момента эксцентриков. Вибропогружатели ВРП по
сравнению с обычными обеспечивают при той же номинальной
мощности повышение погружающей способности на 40...70 %,
производительности до 30 %, в 2...2,5 раза снижается мощность
источников питания.
32.4. Механизация работ в районах
с холодным климатом
Главной задачей машинных парков в труднодоступных
неосвоенных районах Западной и Восточной Сибири является ускоренное
сооружение объектов. Высокие темпы строительства (как
необходимое условие в данном районе) могут быть обеспечены при
вахтовом методе организации труда, круглогодичной
непрерывной работе по скользящему графику без выходных дней с
применением мощной техники и развитой сети технической
эксплуатации.
Климатический режим работы машин: среднегодовая
температура — 5... + Э °С, минимальная отрицательная температур3
— 57 °С, число дней со снежными метелями 70...80, повышенная
снегозаносимость. Из-за большой льдонасыщенности грунтов
наблюдаются значительные деформации естественных склонов и
откосов насыпей, термоэрозионные и солифлюкционные процессы-
Грунты состоят в основном из твердомерзлых песков с
большим содержанием льда. Глубина сезонного оттаивания не превЫ-
488
W
шает 1 м. По физико-механическим свойствам грунты
соответствуют V и VI категориям по СНиПУ и имеют прочность на срез
около 3 МПа. Разработка песчаных карьеров на глубину более
2 м нецелесообразна из-за чрезмерной льдонасыщенности
нижележащих слоев.
При производстве земляных работ по устройству площадок
для поселков, а также при сооружении земляного полотна
железных и автодорог, в этих грунтах применяют сложные
технологические способы возведения насыпей из мелких пылеватых песков.
Сухомерзлые пески, имеющие естественную влажность до 6 %,
применяются для отсыпки насыпей без ограничений. Их
уплотнение выброкатками обеспечивает плотность 0,95...1,05 от
максимальной, определенной методом стандартного уплотнения.
Твердомерзлые грунты, имеющие влажность до 22 %,
применяют для отсыпки нижних слоев насыпи с использованием двух-
этапной технологии. Зимой отсыпают бунты и нижние слои
насыпи до 2 м. Летом производят гидротермическую мелиорацию
грунтов в бунтах, перемещение их послойно в верхнюю часть
насыпей, уплотнение, планировочные и укрепительные работы. При
этом число технологических переделов грунта возрастает по
сравнению с обычными условиями в 5 раз.
Все более сложной становится конструкция насыпей.
Укреплению подлежат не только основания и откосная часть, но и вся
конструкция насыпей. Для этой цели применяют нетканые
синтетические материалы и пенопласт. Указанные климатические и
грунтовые условия, сложная конструкция земляных сооружений,
увеличение объемов работ, технологических способов и сжатые
сроки в совокупности и формируют технологические требования
к машинам.
Опыт разработки твердомерзлых грунтов показал, что их
предварительное рыхление возможно небольшими слоями (10...
25 см) бульдозерами с тяговым усилием свыше 350 кН.
Применение на твердомерзлых грунтах бульдозеров с меньшим тяговым
усилием показало, что их производительность уменьшается на
30...40 % по сравнению с производительностью на сухомерзлых
грунтах, резко возрастает износ ходовой части и режущих
органов.
Для определения наиболее эффективной структуры парка
машин целесообразно проводить систематический анализ
фактических показателей работы и параметров технической
эксплуатации экскаваторов, бульдозеров различных марок и
транспортных средств отечественного и импортного производства. В
результате такого анализа были установлены коэффициенты
использования парка бульдозеров 0,4...0,59 и основные причины
отказов. В районах с холодным климатом примерное время
простоя бульдозера в среднем составляет 2,5 ч на 1 моточас, в том
числе простои из-за отказов силовой установки составляют 23 %,
гидропривода — 20, агрегатов бульдозера — 50, трансмиссии —
5, электрооборудования — 2 %. Таков же уровень использования
489
экскаваторов. Основные причины их неисправности — отказ
гидросистемы в связи с ненадежностью стенок корпусов и
появлением трещин.
Все эти отказы явились следствием того, что при
производстве работ в сухомерзлых и твердомерзлых песках на рабочие
органы и ходовое оборудование машин совместно влияние
оказывают два фактора: песчаные грунты и запыленность воздуха;
мерзлые грунты и низкие температуры. В результате их действия
и происходит повышенный износ, особенно гусениц, катков,
рыхлителя, двигателей. Межремонтный период ходового
оборудования сокращается до 6...8 мес.
Разработка мерзлых грунтов машинами в обычном
исполнении допускается при температуре окружающего воздуха до
— 40...—45 СС, причем отдельные узлы, например система
автоматизации, могут работать при температуре до — 10 СС.
Для разработки мерзлых грунтов созданы специальные
машины и рабочее оборудование, реализующие способы: 1) рыхления
(рыхлители на базе тракторов; гидромолоты и зубья-рыхлители
одноковшовых экскаваторов, специальные режущие органы
многоковшовых экскаваторов); 2) резания (баровые, фрезерные
машины).
Разработка мерзлых грунтов в районах с холодным климатом
выполняется рассмотренными выше отдельными типами
землеройных и землеройно-транспортных машин, специально
предназначенных для эксплуатации в условиях низких температур.
Машины в северном исполнении (исполнение ХЛ) сохраняют
работоспособность при температуре окружающего воздуха до
— 60 СС с учетом воздействия факторов жесткости погоды
(повышенной скорости ветра, снежности, метелей и др.).
Выполнение значительных — свыше 30 млн. м3 в год —
объемов земляных работ в обводненной местности и на озерах при
сооружении земляного полотна железных и автомобильных
дорог, обустройстве нефтяных и газовых месторождений, речных
портов возможно при интенсивной эксплуатации средств
гидромеханизации.
Эффективное использование земснарядов в крайне
неблагоприятных условиях связано с необходимостью их модернизации и
совершенствования организации работы. Для интенсификации
забора грунта и соответствующего повышения
производительности земснарядов используют гидрорыхлители в эжектирующие
устройства. Дальнейшим направлением модернизации является
оснащение земснарядов погружными грунтовыми насосами.
Расположение насосов непосредственно на раме грунтозаборного
устройства и совершенствование конструкции привода позволило
повысить производительность земснарядов, снизить износ
рабочих органов и удельный расход электроэнергии.
Совершенствование технологии и качества укладки грунта в
насыпь достигается применением пульпораспределителей, быст-
роразъемных соединений, устройством водосборных колодцев из
490
труб большего диаметра. Здесь также эффективным является
повышение универсальности машин, в частности применение
бульдозеров-трубоукладчиков для устройства карт намыва
насыпей.
Для увеличения годового фонда рабочего времени при
отрицательных температурах применяют потокообразователи,
предотвращающие льдообразование вокруг земснарядов. Их
интенсивная круглосуточная, без выходных эксплуатация обеспечивает
работу бригад в четыре смены по скользящему графику. Это
позволяет достичь высокой выработки бригад — 1 млн. м3 грунта
и более за сезон.
Условия Сибири предъявляют дополнительные требования и к
организации эксплуатации машинного парка. При трехсменной
непрерывной работе колонн (а по многолетнему опыту этот
метод эффективен в заполярной тундре) необходима их
комплектация только надежной техникой, а для технической
эксплуатации машин — передвижными мастерскими в северном
исполнении. Хорошую экономию расхода дизельного топлива дает
применение электрооборудования для подогрева двигателей
вместо работы их на холостых оборотах при технологических
перерывах и замене рабочих смен машинистов в зимнее время.
Возникают проблемы и с перебазированием бригад
механизаторов. Для технического оснащения производства работ
применяют автомобили повышенной проходимости для
перебазирования рабочих вахт на объекты. В тундре протяженность
автозимников составляет более 150 км в год. Для их содержания
необходима только мощная техника — тяжелые автогрейдеры, а
для перебазирования тяжелых бульдозеров мощностью до
450 кВт — трейлеры грузоподъемностью 80 т.
Более того, в период паводка проезд в заболоченной
местности практически невозможен. Механизированные колонны
организуют полностью автономные прорабские участки,
обеспеченные нормальными бытовыми условиями, горючесмазочными
материалами и др. на 5...6 мес; применяют для доставки вахт на
участки авиацию. В состав комплексных хозрасчетных бригад
входят специализированные участки буровзрывных работ,
оснащенные бурильными агрегатами для бурения сезонной и вечной
мерзлоты на глубину до 6 м.
Экономическое обоснование размещения баз механизации и
опорных пунктов технического обслуживания и агрегатного
ремонта машин имеет важное значение для организации их
технической эксплуатации в сложных природных условиях.
Необходимо обеспечить выполнение плановых и аварийных ТО и ремонтов
парка строительных машин при минимальных затратах на
ремонтное производство, доставку машин на базы, опорные
пункты и заводы и вместе с тем стремиться к минимальным срокам
отвлечения машин из основного строительного производства.
Раздел двенадцатый
ГРУЗОПОДЪЕМНЫЕ И ПОГРУЗОЧНО-
РАЗГРУЗОЧНЫЕ МАШИНЫ
Глава 33
СТРОИТЕЛЬНЫЕ ЛЕБЕДКИ И ПОДЪЕМНИКИ
33.1. Область применения
и разновидности лебедок
В строительстве лебедки применяют для горизонтального и
вертикального перемещения различных грузов автономно, а также в
качестве агрегатов, установленных на машинах с механическим
приводом — экскаваторах, бульдозерах, прицепных канатных
скреперах, на кранах, подъемниках и др.
Автономно применяемые лебедки разделяют на ручные и
приводные (с электродвигателем). Последние являются
реверсивными, т. е. имеют прямой и обратный ход. Лебедки могут
иметь до трех барабанов с зубчатой передачей от
электродвигателя.
Ручные лебедки грузоподъемностью 0,3...1 т используют при
ремонте фасадов и кровли зданий для подъема на леса и кровлю
мелких порций соответствующих материалов, для подъема и
опускания подвесных люлек, а также для горизонтального
перемещения оборудования в стесненных условиях, где крупные
машины неэффективно или невозможно использовать. Высота
подъема груза или длина его перемещения зависят от канатоем-
кости барабана лебедки, которая составляет у различных
моделей ручных лебедок от 50 до 200 м. Их применение обеспечивает
снижение затрат ручного труда рабочих по перемещению
строительных грузов.
Подъем, опускание или горизонтальное перемещение груза с
использованием ручных лебедок осуществляется вращением
рукоятки, которое через пару шестерен передается на барабан.
Перед выполнением работы лебедку укрепляют на
горизонтальной поверхности каким-либо грузом, размещая ее так, чтобы ось
барабана была перпендикулярна направлению грузового каната.
Разновидностью ручных лебедок являются безбарабанные
рычажные лебедки, которые поворотом рычага перемещаются по
натянутому канату и перемещают площадку (люльку и др.), к
которым они прикреплены.
Приводные лебедки используются (при наличии
электроэнергии) в той же области применения, что и ручные, а также
для перемещения более тяжелых грузов массой до 50 т и при
выполнении монтажных работ в условиях невозможности
применения кранов. Канатоемкость барабана у таких лебедок
достигает 250 м с соответствующим увеличением мощности двигателя
и массы лебедки.
492
Лебедки, являющиеся агрегатами строительных машин,
конструктивно выполнены применительно к разновидностям этих
машин и имеют механический привод от вала отбора мощности (на
тракторах), зубчатую передачу от двигателя (на стреловых
кранах, одноковшовых экскаваторах и др.) или электрический
привод (на башенных кранах, подъемниках и др.). Тяговое усилие
лебедок, канатоемкость их барабана, масса, необходимость
реверсирования также зависят от требований, предъявляемых к
машинам, на которых они установлены.
Если на бульдозере с канатным приводом нереверсивная
лебедка служит только для подъема отвала при длине выбираемого
троса не более 4 м, то на башенном кране с 80-метровой высотой
подъема крюка на многократном полиспасте канатоемкость
барабана реверсивной грузовой лебедки доходит до 350 м с
соответствующим увеличением габаритов, массы и сложности ее
конструкции (возможность реверсирования, управляемого изменения
числа оборотов барабана и др.).
33.2. Строительные подъемники
Строительные подъемники
классифицируют по двум признакам: по
назначению (грузовые и
грузопассажирские) и по способу установки
(свободно стоящие и приставные,
закрепляемые к несущим
конструкциям возводимого здания).
Свободно стоящие подъемники
включают две группы: передвижные
на рельсовом или пневматическом
ходу (рис. 33.1).
Область применения всех
подъемников — подача мелкоштучных,
рулонных и листовых материалов,
небольших контейнеров и пакетов,
санитарно-технического,
электромонтажного и другого оборудования
на этажи строящегося здания в
оконные проемы или на кровлю.
Грузопассажирские подъемники
кроме грузов служат для подъема
и опускания людей.
Грузоподъемность наиболее
распространенных моделей
подъемников колеблется в пределах от 0,3 т
до 1 т. Потребность в
грузоподъемности зависит от конструктивных
и объемно-планировочных решений
возводимых зданий. При монтаже
Рис. 33.1. Подъемник грузовой ■
ТП-ЗА:
/ — ходовые колеса; 2 — опорная
рама; 3 — пульт управления; 4 —
мачта; 5 — блок грузового каната;
6 — грузовая платформа
493
Рис. 33.2. Подъемник грузовой ТП-14:
/ — опорная рама; 2 — барабан-кабелеукладчик; 3 — скоба для
подвесного кабеля; 4 мачта; 5 — грузовая каретка; 6— пульт
управления; 7 — грузовая лебедка; 8 — настенная опора; 9 —
грузовой канат; 10— головной блок; // — грузовая платформа
перекрытий в ходе возведения несущих и ограждающих
конструкций тяжелые элементы оборудования (кондиционеры,
механизмы лифтов и др.) устанавливаются на перекрытие монтажным
краном (башенным или стреловым). В этом случае подъемники
используются только для подачи относительно легких грузов,
масса которых в контейнере, пакете, порции, необходимой для
выполнения послемонтажных работ в секции, на этаже здания,
как правило, не превышает 0,5 т, а грузопассажирские — ДлЯ
подъема и опускания 10 человек одновременно.
494
Если же несущие
конструкции многоэтажного здания
представляют собой стальную
пространственную решетку и
устройство перекрытий
(например, монолитных)
осуществляется после ее монтажа и
перебазировки крана на другой
объект, то тяжелые элементы
оборудования приходится
подавать на этажи подъемником,
что обусловливает потребность
в увеличении его
грузоподъемности до 10 т. В отечественной
практике такие конструктивные
решения зданий встречаются
весьма редко.
Свободно стоящие
подъемники вследствие их
недостаточной устойчивости имеют
небольшую высоту подъема грузовой
платформы, как правило, до
9 м, грузоподъемность до 0,3 т
и используются при
малоэтажном строительстве жилых и
общественных зданий.
Приставные подъемники
(рис. 33.2) имеют высоту
подъема грузовой площадки
до 50 м, а кабины (у
грузопассажирских подъемников) —
до 150 м (рис. 33.3) и
используются при выполнении после-
монтажных работ по
возведению и высотных зданий, а также
при их капитальном ремонте.
Подъемники состоят из
стальной решетчатой мачты,
по которой на тросовой
подвеске перемещается грузовая платформа (или кабина). Мачта
закреплена на опорной раме. На ней же установлены грузовая
лебедка и пульт управления. У свободно стоящих подъемников
опорная рама имеет колеса для передвижения вдоль стены
здания.
У некоторых моделей подъемников грузовая платформа
крепится к каретке, передвигающейся по горизонтальной траверсе,
которая может выдвигаться перпендикулярно направлению
мачты, подавать каретку с грузовой платформой в оконный проем
и опускать ее на перекрытие строящегося (ремонтируемого)
495
Рис. 33.3. Подъемник
грузопассажирский МГП-1000:
/ — опорная рама; 2 — противовес с
резервным барабаном; 3 — головка; 4 —
стрела; 5 — мачта; 6 — кабина; 7 —
ограждение; 8 — крепление к несущим
конструкциям здания; 9 — здание
здания. Такая конструкция исключает необходимость устройства
выносных площадок в оконных проемах, пандуса для спуска на
перекрытие и снижает затраты труда рабочих по устройству
этих приспособлений, а также по разгрузке материалов с
грузовой платформы подъемника и их переноске. Технические пара
метры подъемников изложены в табл. 33.1.
Таблица .33. J. Технические характеристики строительных подъемников
Показатели
Грузовые
Грузоподъемность, т
Высота подъема, м
Перемещение груза по
горизонтали, м
Скорость подъема, м/мин
Установленная мощность
двигателей, кВт
Масса в рабочем
состоянии, т
Оптовая цена, тыс. руб.
Себестоимость (для
усредненных условий жилищно-
гражданского строительства):
машино-часа, руб.
перебазировки, руб.
ТП-ЗА ТП-4 ТП-7 ТП-14
0,32
9
30
3,7
0,86
0,65
1,05
60
0,3
17
2,8
30
1,6
0,86
1,1
135
0,5
27
22
2,2
0,8
1,15
150
0,5
50
3
30
8,5
6
2
1,52
200
Грузопассажирские
ПГС-800-16 МГП-1000
0,8
80
1,75
36,5
16
19,4
10,6
2,9
520
1
150
42
26
36
22
5,2
980
Глава 34
СТРОИТЕЛЬНЫЕ КРАНЫ
34.1. Общая характеристика
и разновидности кранов
Краны применяют на строительно-монтажных работах по
возведению зданий и вертикальных промышленных сооружений,
в подсобных производствах и прочих хозяйствах для выполнения
технологических операций погрузочно-разгрузочных работ,
вертикального и горизонтального транспорта строительных грузов,
монтажа технологического оборудования.
Краны классифицируют по нескольким признакам.
По конструкции краны делятся на шесть групп: стреловые,
башенные, мостовые, мачтовые, портальные и с несущими
канатами.
По возможности перемещения в ходе выполнения
технологических операций: самоходные, самоподъемные, переставные и
стационарные краны.
По конструкции ходового устройства: плавучие, рельсовые,
железнодорожные, гусеничные, пневмоколесные, автомобильные
краны и на специальном шасси автомобильного типа.
496
По типу двигателей: с электрическими двигателями,
двигателями внутреннего сгорания и комбинированными двигателями.
К последним относятся дизель-электрические краны с
собственной силовой установкой. Краны могут быть одно- и
многомоторными. В первом случае все механизмы приводятся в действие
от одного общего двигателя (например, автокран), а во втором
может быть два двигателя — для передвижения крана и
отдельно для привода грузовой лебедки (краны на специальном шасси
автомобильного типа) или многомоторный привод к механизмам
передвижения, поворота башни или оголовка, подъема стрелы,
передвижения каретки (самоходный башенный кран с балочной
стрелой).
Рабочим оборудованием кранов являются основные и
удлиненные (со вставками) стрелы, гуськи, передвижные каретки,
а рабочим органом — крюк, к которому навешиваются различные
грузозахватные устройства: стропы, траверсы, электромагниты,
специальные устройства для захвата стандартных контейнеров.
В отдельных случаях рабочим органом является грейферный
ковш.
В каждой группе краны различаются по своим рабочим
характеристикам: максимальной грузоподъемности, вылету крюка,
т. е. его удалению от вертикальной оси поворота крана, высоте
подъема крюка, скорости подъема и опускания крюка,
передвижения крана (с грузом или без груза), передвижения каретки,
поворота вокруг вертикальной оси.
Почти у всех видов кранов грузоподъемность снижается по
мере увеличения вылета крюка, поскольку при этом
увеличивается грузовой момент, т. е. произведение максимальной массы
груза q, подвешенного к крюку, на расстояние от крюка до
вертикальной оси крана /. За определенным для каждой марки крана
пределом увеличение грузового момента может привести к
опрокидыванию крана. Поэтому у большинства кранов (кроме
мостовых) главным параметром считается грузовой момент: M=ql.
Поскольку грузовой момент башенных кранов не учитывает
высоту подъема крюка, для обобщенной характеристики крана
можно пользоваться показателем грузообъемности,
определяемым произведением площади круга, ограниченной окружностью,
по которой перемещается крюк при повороте крана на 360 с, на
высоту подъема крюка и на грузоподъемность при данном вылете
крюка. Грузовой момент измеряется в кН-м, а грузообъем-
ность — в кН-м3.
Рабочие органы кранов (грузозахватные устройства)
несколько снижают высоту подъема груза по сравнению с высотой
подъема крюка. Обычно эта разница составляет от 2 до 4,5 м, но при
некоторых типах грузозахватных устройств, например для
подъема ферм, многоярусной подвески плит перекрытия, эта разница
увеличивается до 9,5 м, что необходимо учитывать при выборе
той или иной марки крана для конкретных условий возведения
зданий (сооружения).
497
В строительстве наибольшее распространение получили
стреловые краны — 71 % от их общей численности, в том числе
автокраны — 44 %, гусеничные — 11 и пневмоколесные — 10%.
Доля башенных кранов составляет 16 % и остальные виды
кранов — 13 %.
Каждая группа строительных кранов имеет свою систему
индексации, отражающую вид машины, ее основной параметр и
исполнение. В настоящее время не существует единой
индексации строительных машин. Каждое министерство, выпускающее
машины, маркирует их в соответствии с ведомственным
положением об индексации.
В основу действующей в машиностроении системы
индексации стреловых самоходных кранов приняты следующие
признаки: первые две буквы -— КС, т. е. кран стреловой; первая
цифра — размерная группа (1 — максимальная грузоподъемность 4 т;
2—6,3 т; 3—10 т; 4—16 т; 5—25 т; 6—40 т; 7—63 т; 8—100 т;
9—160 т; 10—250 т); вторая цифра — тип ходового устройства
(1 —гусеничное нормальное; 2 — гусеничное уширенное; 3 —
пневомоколесное; 4 — специальное шасси автомобильного типа;
5 — шасси грузового автомобиля; 6 — шасси трактора; 7 —
прицеп) ; третья цифра,— исполнение рабочего оборудования (6 —
с гибкой подвеской; 7 — с жесткой подвеской; 8 —
телескопическое); четвертая цифра — порядковый номер модели; пятая
цифра или буква — очередная модернизация (А, Б, В и т.д.);
шестой знак (буквенный) — климатическое исполнение (ХЛ —
северное; Т — тропическое; ТВ — для важных тропиков).
Таким образом, марка крана КС-4561А означает, что кран
стреловой, четвертой размерной группы (т. е. максимальной
грузоподъемностью 16 т), автомобильный с гибкой подвеской
стрелы, первой модели и первой модернизации.
Марка крана КС-5363ХЛ означает, что кран стреловой, пятой
размерной группы (т. е. максимальной грузоподъемностью 25 т),
пневмоколесный, с гибкой подвеской стрелы, третьей модели в
северном исполнении.
Для башенных кранов принята следующая индексация:
первые две буквы — КБ, т. е. кран башенный; первая цифра —
размерная группа (3 — грузовой момент до 1000 кН-м; 4 — более
1000 до 2000 кН-м; 5 — более 2000 и до 3000 кН-м и 6 — более
3000 до 5000 кН • м); вторая и третья цифры — от 01 до 70 — краны
с поворотной башней и от 71 до 90 — с неповоротной башней;
четвертая цифра — порядковый номер модели.
Так, марка КБ-674А-3 означает, что кран башенный, с
грузовым моментом более 3000 кН-м неповоротной башней (т. е. с
поворотным оголовком), первая модель, третье исполнение.
Применяется и другая индексация кранов: марка МСК-Ю-20
означает: монтажный строительный кран, максимальной
грузоподъемностью Юти вылетом крюка 20 м; МКГ-25БР —
монтажный кран гусеничный, максимальной грузоподъемностью 25 т,
с башенно-стреловым оборудованием.
498
Мостовые краны, передвигающиеся по рельсам,
установленным на стационарных опорах (эстакадах), используются только
на базовых складах для разгрузки поступающих строительных
грузов и их погрузки в транспортные средства для доставки на
объекты строительства. В отдельных случаях, когда эти краны
являются технологическим оборудованием строящихся или
реконструируемых зданий производственного назначения
(металлургии, тяжелого машиностроения и др.), они используются
для монтажа крупногабаритных, тяжелых станков и другого
оборудования.
Более широко используется разновидность мостовых кранов
на передвижных опорах, перемещающихся по рельсам,
установленным на шпалах, козловые краны. Рельсы, по которым
перемещаются опоры, располагаются по обе стороны возводимого
объекта, а мост (ригель) находится над объектом. Вдоль моста
перемещается грузовая тележка (перпендикулярно направлению
рельсовых путей). Эти краны используют при строительстве
наземных сооружений железных дорог, станций метрополитена и
некоторых других объектов. Благодаря высокой устойчивости
(опоры с двух сторон моста) они обладают большой
грузоподъемностью (до 200 т). Однако небольшая высота подъема крюка
(до 12 м) и необходимость в большинстве случаев держать
второй стреловой кран для подачи грузов в зону действия
козлового крана сокращают область его эффективного применения.
Мачтовые краны, являющиеся стационарными, представляют
собой стальную решетчатую мачту, вертикально поставленную
на специальную раму и фундамент и закрепленную четырьмя
тросовыми растяжками (вантами) к якорям. К низу мачты шар-
нирно прикреплена стрела. Грузоподъемность таких кранов
достигает 100 т и более. Однако их применение вызывает большие
затраты труда, времени и средств на устройство якорей,
фундамента, монтаж самого крана. Кроме того, мачтовый кран может
быть использован только при наличии больших свободных
площадей для устройства якорей, поскольку угол наклона тросовых
растяжек не должен превышать 30 с. Так, если высота мачты
составляет 20 м, то необходима свободная площадь минимум
70 X 70м.
Ранее такие краны использовались для монтажа
вертикальных сооружений, главным образом предприятий черной
металлургии и нефтехимии. С появлением мощных стреловых
самоходных кранов грузоподъемностью 60... 160 т и более область
применения мачтовых кранов непрерывно уменьшается.
Портальные рельсовые краны состоят из портала — четырех
опор, связанных общей рамой, на которой закреплено
поворотное устройство. К нему шарнирно прикреплена стрела,
установлены машинное отделение и кабина машиниста. Стрела
маневренная, уравновешенная маятниковым противовесом. В
строительстве такие краны используются для погрузки и разгрузки
строительных материалов в речных и морских портах.
499
Плавучие краны, полноповоротные, грузоподъемностью от 20
до 1,2 тыс. т смонтированы на специальных самоходных
понтонах, используются для строительства .портовых сооружений,
укрепления берегов морей железобетонными конструкциями и
монтажа сооружений для добычи нефти и газа в шельфах
морей.
Краны с несущими канатами — кабельные краны — состоят
из двух решетчатых мачт, закрепленных на фундаментах и
расчаленных Байтовыми растяжками так же, как и мачтовые краны.
Несущий канат закреплен на оголовках мачт. По этому
канату перемещается грузовая тележка с крюковой подвеской. По
тем же причинам, что и мачтовые краны, кабельные краны в
настоящее время применяются весьма редко.
К строительным кранам относятся также тракторные краны
поворотные и неповоротные. Последние называют
трубоукладчиками и используют почти исключительно на монтаже
трубопроводов. Их грузоподъемность составляет от 5 до 60 т. Поворотные
тракторные краны грузоподъемностью до 6,3 т применяют чаще
всего при выполнении работ в условиях бездорожья при
строительстве ЛЭП, в сельском рассредоточенном строительстве.
Переставные краны грузоподъемностью 0,3... 1 т относятся к
средствам малой механизации и используются для вертикального
транспорта мелкоштучных и рулонных строительных материалов
на строящееся или реконструируемое задание при выполнении
отделочных, кровельных работ, санитарно-технических и
электромонтажных работ.
Выбор кранов для выполнения работ по возведению здания
или сооружения осуществляется в два этапа. На первом этапе,
исходя из габаритов возводимого здания (сооружения),
максимальной массы сборного элемента и его расположения в плане
здания, размеров строительной площадки (условий стесненности
производства работ) выбирают краны (стреловой, башенный и
др.), которые по своим техническим характеристикам могут
обеспечить выполнение технологических операций и процессов.
На втором этапе выбирают конкретную модель крана на
основе выполнения расчетов сравнительного экономического эффекта
(см. гл. 22).
Принципиальным отличием всех видов кранов от других
строительных машин цикличного действия является то, что они в
большинстве случаев в течение рабочей смены и даже одного
машино-часа используются для выполнения трех различных
технологических процессов: монтажа сборных элементов,
вертикального транспорта материалов и погрузки или разгрузки различных
материалов и конструкций. Процессы погрузки (разгрузки) и
вертикального транспорта включают технологические операции
зацепления груза (вручную), его горизонтального и
вертикального перемещения (механизированным способом), отцепления грУ
за (вручную) и возврата крюка в первоначальное положение
(механизированным способом), а в процессе монтажа кроме
500
указанных выполняют операции посадки в проектное положение
(одновременно вручную и механизированным способом), выверки
и закрепления конструкции в этом положении (также вручную
и механизированным способом для поддержки конструкции до
ее закрепления).
Продолжительность цикла в каждом из технологических
процессов различна и зависит от объемно-планировочных и
конструктивных решений зданий и сооружений, определяющих виды
грузов, от удобства их зацепления грузозахватными
устройствами, высоты подъема или расстояния горизонтального
перемещения грузов, необходимости поддержки груза (сборного элемента)
в ходе выполнения технологических операций по его выверке и
закреплению в проектном положении и меньше всего от
скоростных характеристик крана (скорость подъема и опускания крюка,
поворота, перемещения крана или грузовой тележки и пр.).
Так, при монтаже 12-этажных крупнопанельных зданий
продолжительность выполнения полностью механизированных
операций в среднем составляет 15...20% продолжительности
монтажного цикла. При монтаже колонн и большепролетных ферм
одноэтажных промышленных зданий продолжительность
выполнения этих операций не превышает 10% монтажного цикла.
Только при монтаже многоэтажных зданий (выше 12-го этажа)
увеличение скорости подъема и опускания крюка начинает
влиять на продолжительность монтажного цикла и цикла
вертикального транспорта строительных грузов. Именно поэтому у кранов
с большой высотой подъема крюка имеется повышенная скорость
его опускания.
При выполнении технологических процессов погрузки
(разгрузки) строительных грузов скоростные характеристики кранов
практически не оказывают влияния на время цикла в связи с его
малой продолжительностью (в среднем 1,5...2 мин) и
невозможностью увеличения скорости поворота крюка, так как это
неизбежно приведет к увеличению раскачки груза, увеличению
затрат времени на его «успокоение» и тем самым к увеличению
продолжительности цикла погрузки (разгрузки) и снижению
производительности крана.
В этой связи техническая производительность кранов
определяется по каждому их виду в зависимости от области
применения, для которой они предназначены, имея в виду, что
автомобильные краны преимущественно заняты на погрузке и разгрузке
строительных грузов — в среднем 70...90 % рабочего времени (в
зависимости от их грузоподъемности), а остальное время — на
монтаже и вертикальном транспорте строительных грузов.
Гусеничные и пневмоколесные краны заняты на монтаже
конструкций 65...80 % рабочего времени, около 10% на вертикальном
транспорте грузов, а остальное время на выполнении погрузки и
разгрузки строительных грузов. Башенные краны в зависимости
от грузоподъемности и высоты подъема крюка, определяющих
область их применения, от 30 до 70 % заняты на монтаже кон-
I
501
струкций, 25...35 % — на вертикальном транспорте грузов и от
5 до 35 % — на погрузке и разгрузке строительных грузов.
Поэтому техническая производительность кранов
определяется как средневзвешенная величина с учетом средней
продолжительности цикла монтажа, вертикального транспорта, погрузки
(разгрузки), их доли и средней массы груза, т/ч:
Пг=~^Мг, (34.1)
2 tniyi
где 60 — число минут непрерывной работы; tni — средняя
продолжительность рабочего цикла при выполнении
технологического процесса г-го вида, мин; у, — доля занятости крана на
выполнении технологического процесса г-го вида (в долях единицы);
Мт — средняя масса груза за один цикл, т.
Величина tnt определяется с учетом объемно-планировочных
и конструктивных решений возводимого здания (сооружения):
ki = К— + К,"— + КГ— +
V п ^ о V пос
+ Wv— + /С— + /£"— + Груч, (15.2)
V т ик V нов
где Кс — коэффициенты совмещения рабочих движений крана,
отличающиеся по величине для различных рабочих движений
(у башенных кранов не более трех рабочих движений, у
остальных — не более двух; г'руч — продолжительность операций,
выполняемых вручную; /п; /0; /пос", /т; 4; 4ов — среднее расстояние
перемещения груза соответственно при подъеме, опускании, посадке
груза, передвижении грузовой тележки или подъеме стрелы,
перемещении крана и повороте стрелы, м; v„; vD; vnoc; vT; vK; t/n0B —
соответствующие скорости выполнения указанных рабочих
движений, м/мин.
В связи с большой разновесомостью строительных грузов (от
0,1 т до Ют для жилых и общественных зданий и до 100... 120 т
при крупноблочном монтаже промышленных зданий и
сооружений) Мг в среднем не превышает 20 % максимальной
грузоподъемности крана. При этом чем выше грузоподъемность крана, тем
меньше средняя масса поднимаемого груза.
Эксплуатационную среднечасовую производительность
выпускаемых кранов, для которых разработаны производственные
нормы времени, и новых моделей, по которым отсутствуют такие
нормы, определяют по формулам, изложенным в девятом разделе.
Пути повышения производительности кранов состоят в
уменьшении продолжительности цикла и увеличении средней массы
грузов, перемещаемых за цикл. С этой целью в проектах здании
необходимо предусматривать выравнивание масс монтируемых
элементов, применять укрупненную сборку легких элементов,
контейнеры и пакеты. Продолжительность ручных операций г'руч
снижают за счет применения автоматических захватов и
прогрессивных технологических схем принудительного монтажа.
502
34.2. Стреловые самоходные краны
В эту группу входят автомобильные краны, краны на
специальном шасси автомобильного типа длинно- и короткобазовые,
гусеничные, пневмоколесные и железнодорожные. Название каждого
из указанных типов кранов определяет базовую машину или
шасси, на которых они смонтированы.
Преимуществом стреловых кранов по сравнению с башенными
является их высокая мобильность, кроме гусеничных кранов
большой грузоподъемности (100 т и более), которые при
перебазировке необходимо демонтировать на отдельные узлы.
Общим недостатком всех стреловых кранов является быстрое
снижение грузоподъемности при увеличении вылета крюка и
неполное использование подстрелового пространства, поскольку
стрелы этих кранов в рабочем состоянии всегда наклонены под
углом от 85...86е к горизонту при минимальном вылете крюка и
соответственно максимальной высоте его подъема, до 23...25е при
максимальном вылете крюка. Это снижает возможности
применения стреловых кранов на монтаже крупногабаритных
конструкций. Это же обстоятельство требует увеличения рабочей
площадки при использовании таких кранов на монтаже зданий.
Частично этот недостаток компенсируется применением
гуськов и башенно-стрелового оборудования у пневмоколесных,
гусеничных и железнодорожных кранов, более мощных и устойчивых,
чем автомобильные. Однако применение такого оборудования
снижает грузоподъемность кранов.
Автомобильные краны (автокраны) смонтированы на шасси
грузовых автомобилей и предназначены для выполнения
относительно небольших объемов погрузочно-разгрузочных, монтажных
работ, вертикального транспорта грузов и быстрого перемещения
с одного объекта строительства на другой, используя
транспортную скорость базового автомобиля (рис. 34.1, 34.2). Эти краны
полноповоротные. Однако их рабочая зона в плане составляет
не более 270е, так как над кабиной водителя подъем и опускание
грузов недопустимы.
Для ограничения нагрузок на шасси и обеспечения
устойчивости при работе крановой установки в конструкцию шасси
введена дополнительная рама с выдвижными опорами
(аутригерами) домкратного типа винтовыми и с гидроприводом.
Максимальная грузоподъемность автокранов, выпускаемых
промышленностью на шасси грузовых автомобилей ГАЗ, ЗиЛ, МАЗ,
КрАЗ составляет 4; 6,3; 10 и 16 т.
Автокраны современных конструкций могут работать без
установки на аутригеры и перемещаться по строительной
площадке с грузом на крюке. Однако при этом их грузоподъемность
уменьшается на 60...80 % от максимальной.
Автокраны оборудованы решетчатыми стрелами (основными и
удлиненными) на канатной подвеске и телескопическими
стрелами на жесткой подвеске. Применение последних обеспечило су-
503
Рис. 34.1. Автомобильный кран КС-2561Е и его грузовые характеристики для
стрелы длиной 8 м без установки на аутригеры (о); для той же стрелы при
установке на аутригеры (б); для стрелы 12 м (в); для стрелы 12 м с гуськом
1,5 м (г)
щественное увеличение вылета и высоты подъема крюка, а также
удобство работы в случае необходимости в течение смены подачи
строительных материалов и конструкций на различную высоту и
расстояние. Кроме того, наличие телескопической стрелы
обеспечивает снижение продольного габарита автокрана, что повышает
его маневренность и скорость переезда от одного объекта к
другому. Угол подъема стрел автокранов не превышает 75е.
Привод к ходовому и крановому механизмам осуществляется
от двигателя внутреннего сгорания (бензинового или дизельного)
через систему механических или гидравлических передач.
Отдельные модели автокранов (например, КС-4561А) имеют
комбинированный дизель-электрический привод с исполнительными
электромоторами для подъема груза, поворота стрелы и
гидронасоса для выдвижения аутригеров.
Основные технико-экономические характеристики автокранов
приведены в табл. 34.1.
Таблица 34.1. Основные характеристики автомобильных кранов
Показатели
Грузоподъемность, т:
при наименьшем
вылете крюка
Марки кранов
КС-1562 А
4
КС-2561Е
6,3
КС-3562А
10
КХ-4561А
16
Продолжение табл. 34.1
Показатели
при наибольшем
вылете крюка
Длина основной стрелы, м
Вылет крюка основной
стрелы, м:
наименьший
наибольший
Высота подъема, м:
при наименьшем вылете
крюка
при наибольшем
вылете крюка
Скорость подъема груза,
м/мин
Скорость передвижения,
км/ч:
рабочая (с грузом)
транспортная
Мощность двигателя, кВт
Масса крана в рабочем
состоянии, т
Оптовая цена, тыс. руб.
Себестоимость
машино-часа (для усредненных
условий эксплуатации), руб.
КС-1562А
1,2
6
3,5
8,5
6,2
3,8
0,6—21
5
75
77
7,1
7,5
3,5
Марки
КС-2561Е
1,5
8
3,3
7
8
5,5
1.6...21.8
5
85
ПО
8,7
10
3,93
кранов
КС-3562А
1,6
10
4
10
10
5
0.3...16.7
5
77
132
14,3
15
4,7
КС-4561А
2,1
10
3,75
10
10
4,5
4,5...12
5
50
177
22,7
26
5,86
Краны на специальном шасси автомобильного типа длинно-
и короткобазовые являются развитием автокранов, обладают
теми же преимуществами и используются для выполнения тех же
технологических операций и процессов (табл. 34.2). Их типораз-
мерный ряд включает краны грузоподъемностью 25; 40; 63; 100 и
160 т. За рубежом выпускают такие краны грузоподъемностью
до 1000 т.
Эти краны оборудованы телескопическими стрелами (2-, 3- и
4-секционными) на жесткой подвеске, имеют дизельный
двигатель хода и двигатель, приводящий в действие гидронасос для
подъема крюка, подъема и поворота стрелы, выдвижения
аутригеров.
Многоосное шасси длиннобазовых кранов с ведущими и
управляемыми осями (рис. 34.3), имеющими балансирную
подвеску, обеспечивает движение этих кранов по дорогам различной
категории со скоростью до 60 км/ч. Габаритные размеры и
высокие мобильные свойства позволяют таким кранам двигаться в
составе транспортных потоков.
Короткобазовые краны имеют транспортную скорость до
40 км/ч, жесткую подвеску двух- и трехосного шасси и
благодаря малому радиусу поворота (около 5 м) весьма удобны для ра-
505
■* о
S»
7,2
41,5
Ю
0,25..
« [Со 2
—
coco ^
. — го
СМ
со
о"
«S
« I И02
LO
00
LO 0
—Tlo
LO t-^ t-^ О
CONCOtD
CO — CO
cooo°i ^"l
CO —i LO CM 00
— — CO
iqo
L00 CO CM CO О LO
_Tlo й ет f- fc o>
—' "J CM — cO CM —
cqo>
со
o"
L00
cm"lO
I4- I ■* CO CO
я
о.
fe ra
£ с
Й s
xo
U О
S X
u 4
u s
5 °
* E
^ m
2 ,,
О Гг <N 00
CM m
[-- , OOcO
-* [-- —
'—' см '—'
a t
f-. :
о
С
РЗ
йс,
Я
РЗ
«
Н
cu о.
йс,
t-
«
ш
^
о
га
га
. 33 5
ш ш
э в
л л
1 5
ш о
s ю
я к
со га
я -
ш з
я е-
i-S-я
: с £
ез
s s S
t В га
I = ^
ю Эь
„ •" ш
к ш 5
о- 5
с •"
и
_ га
к к £
а а £
Я е; О
Ш о С
к к 2
и
ш
: Е
; О
Г °
CJ
с
о
CJ
<" к
s a. о
gM £.
^£ I
5 К о
К ч й
ш з S
ш ш
С а О.
пас
В е-
О X О
а я а
И
к
1=3
Ш
к га
га t-
я к
н га
, о. <
■ о
I С Л _
' о S- S
i ~ ej о
ggra
и&ЭЭ
о
о
S-
о
О
о
К
га £
° S
га сГ
з- га
• s-
2 га
я >,
S 1=3
ш >i га а
_ я- о. г д
н ° •
о ю о «в
со га з -^ к
=" ^ £ g
о " « I 5
gSSg^
5 я d н х
С Си _ CJ За
о х к о я
га „ га *° я
Си
SO
506
2 3 Ь 5 6 7 8 9 10 11 12 13 ft 15 16 Л 18 19 20
Вылет крюка ,м
Рис. 34.2. Автомобильный кран КС-3571 с жестко подвешенной
телескопической стрелой и его грузовая характеристика для стрел длиной
8 м без установки на аутригеры (а); для стрелы длиной 14 м с гуськом
6 м под углом к оси стрелы 126° (б) и под углом 180° (в); для стрел
длиной 14 м (г); 12 м (д)\ 10 м (е) и 8 м (ж)
боты в стесненных условиях строительных площадок, при
реконструкции цехов действующих предприятий, их техническом
перевооружении.
На телескопической стреле у отдельных моделей кранов на
специальном шасси автомобильного типа можно устанавливать
удлинитель в виде дополнительной решетчатой стрелы или
управляемый гусек. Угол подъема стрелы этих кранов достигает 85е.
В связи со значительно меньшей серийностью выпуска
специальных шасси по сравнению с грузовыми автомобилями и
большей их сложностью оптовые цены кранов на специальном шасси
автомобильного типа на единицу их максимальной
грузоподъемности в среднем в 2,5 раза выше, чем у автокранов, что
снижает экономическую эффективность их применения.
Гусеничные краны применяют для выполнения больших
объемов монтажных работ, главным образом на строительстве од-
507
О 2 k 6 8 10 12 1Ь 16 18 20 22 24 26
Вылет крюка, м
Рис. 34.3. Кран на специальном шасси автомобильного типа КС-6471
и его грузовые характеристики: при вдвинутом телескопе, т. е. длине
стрелы 11 м на аутригерах (о); то же, без аутригеров (б); при
выдвинутом телескопе на 27 м и гуське 8,5 м (в); то же, при
вспомогательном крюке (г)
ноэтажных промышленных зданий и вертикальных сооружений,
где используются строительные конструкции и технологическое
оборудование большой массы, в том числе сблокированное в виде
строительных, строительно-технологических и технологических
блоков (комплектно-блочный монтаж, монтаж блоков покрытий)-
Типоразмерный ряд включает краны 16; 25; 40; 63 и 100 т.
Они имеют основные и дополнительные решетчатые стрелы на
гибкой подвеске, управляемые и неуправляемые гуськи, башен-
но-стреловое оборудование (рис. 34.4). Кроме основного крюка
на гуське может использоваться вспомогательный. Гусеничный
ход и большая конструктивная масса крана обеспечивают их
устойчивость, возможность работы без аутригеров и перемеше-
508
100
90
80
ъ-70
Щ60
ho
lie
^30
го
ю
6-
I
I
б
1\
"V
>-
\
\
а
^•*
>г•
N.
6
<В
\
~°-
\
\
\
1
|
0 U 8 12 16 20 24 28 32
Вылет крюка, м
Рис. 34.4. Гусеничный кран КС-8161 и его грузовые
характеристики с дополнительным противовесом 13,2 т; для стрел
длиной 12 м (о): 15,7 м (б); для стрелы 36 м с гуськом
длиной 29 м (в)
ние с грузом, масса которого составляет до 90 % от
максимальной грузоподъемности.
Перебазировка гусеничных кранов с одного объекта на
другой осуществляется на большегрузных прицепах (трайлерах) в
большинстве случаев без их разборки. Отстыковывается только
стрела у кранов грузоподъемностью 40 т и более. Краны
грузоподъемностью 100 т перевозятся в демонтированном состоянии.
Все гусеничные краны имеют дизельный или
дизель-электрический привод с возможностью питания электроэнергией от
внешней сети.
В качестве гусеничных кранов могут использоваться
универсальные одноковшовые экскаваторы с механическим приводом и
крановым оборудованием. Однако свободный спуск груза у этих
машин, скорость которого регулируется только тормозом,
усложняет и повышает опасность посадочных операций. Применяются
только гусеничные краны на базе одноковшовых экскаваторов с
ковшом вместимостью 1,25 и 2,5 м3. Их максимальная
грузоподъемность соответственно 20 и 60 т.
Основные технико-экономические показатели гусеничных
кранов изложены в табл. 34.3.
509
се
с
I
a
з-
з
ч
vo
a
E-.
CO
P-
та
Ьй
о.
сз
й
3
с
t-
п
с
с
с
с
о
CD
Г-1
*:
и
о —
кг-ю
С-816
и^
<
со
и
о
1Л
с
м
й
й
X
:>
*
о *л
■ ' —,
О <х>
«S
О 00
to •*
га"
крю
о „,
и- ш о
о £ ь
Я Ш Ш
ш ч ч
мность осно
меньшем вь
большем вы
щ s s
t° га га
g Я Я
о
о
а тел
L~
с;
мность вспо
о
!"
о
esse
О О. Q- О
со с С со
о. о.
t-
U
00 О "-Ч
— СО СО СО
<м
то со оо
— см ~
Щ Ю Ю tjh
' ' ' ' "■*
^S -2
ю сп
Ю CN ■* _Г
<Чо ■* о
S S
овной стрелы
овного крюка,
ьший
ьший
г, х х ч
° о гй
ка, т
лина
ылет
наи
наи
2Цт
о.
О 00
СОЮ
Ю "5
— сп
СУЗ 00
CN t~-
О СО
S
оюка
*
о s- s-
с- Ш о
Очи
ъема основн
меньшем вы
большем вы
с я я
ысота
при
при
и
со
ю
со
о
ю
83...5
о
СО
00
со
о
0,4...8,
о
5...1
со
00
00
со
2
о.
о
подъема осно
корос
ин
S
00 — СО ч- оо
4.CN О СО о
0,48
ПО
132,5
195
9,2
t-_ о <м -а- м
- — 1^ <М ^
" — оо —
оо „^.со --
©"со gin <o
Ю Ю (М
г~- со оэ - -
со Л ю <м <м
: to ю оо •*
6 н
га t ^ со
о. Ш -
'— йй Я со
ана
еля,
ояни
(бе
п. <- Г> га
йй га о °
_ я ° з-ю
к J3^ 5 . ■ >,
передвижени
ортная), км/
основного д
на в рабочее
ена, тыс. руб
ость машино
азировку), р
„ В £ 5 =f г^
о £- я га ш 5 я
о. н а " о ш ш
йй £ J3 я ш =
со со
3" О.
510
Рис. 34.5. Пневмоколесный кран КС-4361А и его грузовые характеристики на
аутригерах для стрел длиной 10,5 м (о); 15,5 м (б); 20,5 м (в); 25,5 м (г):
/ — ограничитель подъема стрелы; 2 — стрела; 3 — оттяжка; 4 — стреловой
полиспаст; 5 — крюковая подвеска основного крюка; 6 — гусек; 7 - крюковая подвеска
вспомогательного крюка
Пневмоколесные краны (рис. 34.5) используют, так же как и
гусеничные, в основном на выполнении монтажных работ. Пнев-
моколесное шасси с жесткой подвеской обеспечивает их большую
мобильность. В пределах 3...5 км такие краны перемещаются
собственным ходом со скоростью 10... 18 км/ч. На большие
расстояния и на территории городов пневмоколесные краны
буксируют автотягачом.
Рабочим оборудованием являются решетчатые стрелы на
гибкой подвеске, основные и удлиненные с помощью вставных
секций, а также гуськи. Типоразмерный ряд включает краны
грузоподъемностью 16; 25; 40; 63 и 100 т.
Эти краны имеют винтовые и гидравлические аутригеры, но
могут работать и без них со снижением максимальной
грузоподъемности на 50%. Крановый двигатель — дизельный или дизель-
электрический. Основные технико-экономические характеристики
пневмоколесных кранов изложены в табл. 34.4.
В практике строительства возникают задачи по выбору
взаимозаменяемых кранов, конструктивные параметры которых
(грузоподъемность, высота подъема и вылет крюка и др.)
соответствуют конкретным условиям производства работ, но
различаются по производительности или мобильности.
511
Таблица 34.4. Основные характеристики пневмоколесных кранов
Показатели
Грузоподъемность
основного крюка (на
опорах) при
наименьшем вылете, т
То же, при
наибольшем вылете крюка, т
Грузоподъемность
вспомогательного
крюка (на опорах)
наибольшая, т
Вылет основного
крюка (при основной
стреле), м:
наименьший
наибольший
Высота подъема
основного крюка при
наименьшем его
вылете, м
Скорость подъема
основного крюка,
м/мин
Скорость
передвижения крана, км/ч:
рабочая
транспортная
Мощность
основного двигателя, кВт
Масса крана в
рабочем состоянии, т
Оптовая цена,
тыс. руб.
Себестоимость
машино-часа (без
затрат на перебазиров
ку), руб.
КС-4362
16
3,4
2
3,8
10
12,1
3,5...12
2
15
59
23
29
4,68
Марки кранов
КС-5363
25
3,5
2
4,5
13,8
14
0,5... 10
1,7
16
132
33
40,4
5,5
КС-6362
40
6,4
11
4,5
14
14,5
0,34...8,3
2
18
132
48
66
7,2
КС-7362
63
5
18,5
5
14
14,1
0.41...8.3
1
14
132
75
162
8,6
КС-8362
100
9
32
5,2
18
18
0.67...5
1
14
132
114
170
9,5
Область эффективного применения взаимозаменяемых кранов
определяют по критерию минимума удельных приведенных
затрат Зу.
Пример определения области эффективного применения гусеничного и пнев-
моколесного кранов грузоподъемностью 40 т на монтаже несущих конструкции
одноэтажных промышленных зданий (табл. 34.5).
При одинаковой среднечасовой эксплуатационной производительности этих
кранов фактором, определяющим области их применения, является различная
их мобильность. Перебазировка гусеничного крана с одного объекта
строительства на другой осуществляется на большегрузном прицепе (трайлере) с
предварительной распасовкой стрелового и грузового канатов и расстыковкой стрелы, а
пневмоколесного на буксире тягача без указанной частичной разборки и
последующей сборки на новом объекте. Следовательно, в данном случае
различные затраты времени на перебазировку должны найти отражение при определе-
512
Таблица 34.5. Исходные данные для сравнения кранов
Показатели
Количество машино-часов работы в год
при двухсменной работе
Себестоимость эксплуатации кранов без
затрат на перебазировки, руб/(маш-ч)
Капитальные вложения (балансовая
стоимость кранов), руб.
Себестоимость перебазировки кранов,
руб.
Краны
гусеничный
2723
6,1
57 770
268
пневмоколесный
2865
7,2
71 940
52
нии количества машино-часов работы каждого в течение года, а последние
отразятся на сумме амортизационных отчислений, приходящихся на 1 маш-ч работы,
и на удельных капитальных вложениях.
Различные затраты средств на перебазировку обоих кранов обозначим Б' и
£", а сумму себестоимости 1 маш-ч эксплуатации кранов (без затрат на
перебазировку) и удельных капитальных вложений, приходящихся на I маш-ч,
обозначим соответственно И' и И". Величина X в данном случае является количеством
машино-часов работы на одном объекте. Поскольку среднечасовая производи
тельность рассматриваемых кранов одинакова, количество машино-часов
отражает объем монтажных работ, при котором применение этих кранов равновыгодно:
И'+ Б'/Х= И" + Б" IX.
Определим экономические показатели сравниваемых способов монтажа.
Удельные капитальные вложения: по гусеничному крану 57 770/2723 =
= 21,22 руб/(маш-ч); по пневмоколесному крану 71 940/2865=25,11 руб/(маш-ч).
Удельные приведенные затраты: по гусеничному крану И' = 6,1 -4- 0,15-21,22=
=9,28 руб/(маш-ч); по пневмоколесному крану И" = 7,2 -4- 0,15-25,11 =
= 10,97 руб/(маш-ч).
Определение границы эффективного применения кранов:
v (Б"-Б') (52-268) 100
Х = (И' - И") = (9,28-10,97) = 128 МаШ"4-
Таким образом, более высокая мобильность пневмоколесного крана
обусловливает область его эффективного применения при объеме монтажа несущих
конструкций одноэтажного здания, который можно выполнить не более чем за
127 маш-ч. При продолжительности работы, равной 128 маш-ч, применение этих
кранов равновыгодно, а при большей продолжительности эффективнее
гусеничный кран вследствие менее высокой его балансовой стоимости и себестоимости
машино-часа.
34.3. Башенные краны
Башенные краны выпускают самоходными на рельсовом ходу,
самоподъемными и приставными. Самоходные башенные краны
подразделяют на группы: с поворотной башней (рис. 34.6), с
поворотным оголовком и неповоротной башней (рис. 34.7). Первые
более мобильны, так как при перебазировке с одного объекта
строительства на другой перевозятся без разборки на отдельные
Узлы. Их конструкция обеспечивает возможность складывания:
стрела опускается вдоль башни, а последняя, закрепленная шар-
17—721
513
Рис. 34.6. Башенный кран КБ-100. ОАС-1 с поворотной башней и его грузовая
характеристика:'
/ крюк; 2—стреловой каиат; 3 — грузовой каиат; 4—стрела; 5- кабина; 6 —
башня; 7— электрооборудование; 8 — рама ходовая; 9—платформа поворотная;
10 — противовес; 11 — стойка монтажная; 12 — обойма иижияя; 13 — обойма
верхняя
нирно на несущей раме, опускается оголовком на кузов тягача.
Под несущую раму подводится транспортная ось с колесами на
пневматиках («подкатная ось») и кран готов к перевозке.
Снимается с крана только балласт, выполненный в виде бетонных
блоков, расположенных на несущей раме.
Самоходные башенные краны с поворотным оголовком менее
мобильны. При их перебазировке необходимо распасовать
грузовой канат, отстыковать и снять стрелу и противовесную консоль с
контргрузом, расстыковать секции башни и ее основание,
опорную ходовую раму, снять балласт (железобетонные блоки,
закрепленные на ходовой раме). Перевозится такой кран с одного
объекта на другой отдельными узлами с последующей их
сборкой на новом объекте, что обусловливает большую трудоемкость,
стоимость и продолжительность перебазировки, чем у кранов с
поворотной башней. Преимуществом башенных кранов с
поворотным оголовком является большая грузоподъемность.
Башенные краны оснащаются подъемными или балочными
стрелами. Первые имеют на конце стрелы головной блок, через
который проходит грузовой канат с подвешенным к нему крюком.
514
Рис. 34.7. Башенный кран КБ-674 с поворотным оголовком:
1—кабина управления; 2—поворотный оголовок; 3—основание
башни; 4 — рама ходовая; 5 — тележка ходовая; 6 —балласт;
7 — монтажная мачта; 8 — лебедка грузовая
Для изменения положения крюка и соответственно груза (в
плане) и его подачи к месту укладки необходимо или поднять стрелу
и тем самым уменьшить вылет крюка, или переместить кран по
рельсам с одновременным поворотом башни или оголовка.
При балочной стреле крюк подвешен к грузовой тележке,
перемещающейся вдоль стрелы. Для изменения положения груза
(в плане) достаточно переместить грузовую тележку с
одновременным поворотом башни или оголовка, на что тратится меньше
времени и электроэнергии, чем при подъемной стреле. К тому же
раскачка груза, подвешенного на гибкой нити (грузовом тросе),
во втором случае меньше и тем самым меньше затрат времени
на «остановку» раскачивающегося, как маятник, груза и его
посадку в проектное положение. Это особенно важно при монтаже
сборных элементов здания (сооружения).
Существенным преимуществом башенных кранов по
сравнению со стреловыми является почти полное использование под-
стрелового пространства. Поскольку башня стоит вертикально,
параллельно стене строящегося здания, полезный вылет крюка,
т. е. зона, в которой можно поднимать или опускать строительные
17*
515
грузы, меньше расстояния от вертикальной оси крана до
максимального удаления крюка только на половину ширины
подкранового рельсового пути плюс 0,5 м от конца шпалы до стены
здания. Тем самым снижается потребность в свободной территории
строительной площадки, что особенно важно в условиях городской
застройки и при реконструкции действующих предприятий.
Другим, весьма важным преимуществом башенных кранов
является неизменность или незначительное снижение
грузоподъемности при увеличении вылета крюка. Это достигается
специальным устройством балласта, расположенного на ходовой раме,
или перемещением контргруза на противовесной консоли.
К ходовым рамам самоходных башенных кранов крепятся
поворотные на вертикальных осях устройства («флажки») и
ходовые тележки, благодаря чему кран может перемещаться по
криволинейным рельсовым путям при монтаже здания сложной
конфигурации в плане или вокруг вертикального сооружения.
Минимальный радиус кривизны по внутреннему рельсу (ближнему к
зданию) составляет 3,5 м, а у большинства таких кранов —
6...7 м.
Кабины машинистов всех башенных кранов расположены у
оголовка башни, что обеспечивает хороший обзор рабочей зоны и
исключает необходимость в рабочем-сигнальщике.
У последних моделей башенных кранов с кабиной,
расположенной на высоте 50 м и более (например, у крана КБ-674), в
неповоротной башне встроен пассажирский подъемник для
машиниста и рабочих, выполняющих техническое обслуживание
крана.
Все башенные краны имеют многомоторный электропривод.
Характеристики самоходных башенных кранов приведены в
табл. 34.6.
Таблица 34.6. Характеристики некоторых современных
самоходных башенных кранов
Показатели
-100.3
308
401Б
Парки кранов
405.1
674А
о
674А
676
676-1
на
Максимальный грузовой
момент, кН-М 1000 1000 1250 1800 4000 2500 3200 4000
Вылет крюка, м:
наибольший 25 25 25 25 35 66 50 35
наименьший 12,5 12,5 13 18 4 3,5 3,5 4
Стрела («п» — подъемная;
«б» — балочная) ппппббб6
Грузоподъемность, т:
при наибольшем вылете
крюка 4 3,2 5 7 10 3,8 6,4 П.5
516
Продолжение табл. 34.6
Показатели
Марки кранов
на
из
на
при наименьшем вылете
крюка
Высота подъема, м:
при наибольшем вылете
крюка
при наименьшем вылете
крюка
Скорость, м/мин:
подъема крюка
опускания крюка
посадки груза
передвижения крана
передвижения грузовой
тележки
поворота башни или
оголовка, об/мин
Ширина колеи (расстояние
между осями рельс), м
Установленная мощность
двигателей, кВт
Масса конструктивная без
балласта и контргруза, т
Масса крана в рабочем
состоянии , т
Оптовая цена, тыс. руб.
Себестоимость (для
усредненных условий
эксплуатации), руб.:
машино-часа
перебазировки
10
25 12,5 12,5
4,3 4,4 4,55 5,8 8,2
1100 1150 1280 1530 6000
из
25
33
48
23
46
4
48
—
0,7
4,5
41,5
32
84,4
31
32,5
42
30
90
4
30
—
0,6
6
75
38
84
29,5
46,1
60,5
36
63
8
30
—
0,6
6
58,6
48
78
32
46
57,8
33
108
7,5
30
—
0,6
6
57
58,7
115
57
46
46
29,1
167
1,25
21
8; 61
0,6
7,5
157
115
209
121
47
47
58
167
4
21
8; 61
0,6
7,5
157
126
227
125
83
83
58
167
4
21
8; 61
0,6
7,5
137,2
137
231
129
82
82
29,1
167
2
21
8; 61
0,6
7,5
137,2
135
229
129
8,4 9,0 9,0
6000 6500 6500
Самоподъемные башенные краны (рис. 34.8) состоят из
башни с поворотным оголовком и платформой, на которой
закреплены стрела, противовесная консоль, кабина машиниста, грузовая
и стреловая лебедки, и подъемной обоймы. Обойма опирается на
балки, которые прикрепляются болтами или хомутами к
стальным конструкциям каркаса здания в двух уровнях (этажах).
Внутри башни установлена лебедка, при помощи которой через
систему полиспастов осуществляется выдвижение башни и
перемещение обоймы.
Самоподъемный башенный кран устанавливают в середине
здания. Такое местоположение обеспечивает возможность подачи
груза в любую точку здания при относительно короткой стреле
(до 30 м) и вылете крюка до 27,5 м. Все высотные здания
Москвы были смонтированы с применением самоподъемных башенных
517
Рис. 34.8. Самоподъемный башенный кран УБК-15-49:
/ — лебедка подъема краиа; 2 — грузовая лебедка; 3 — лебедка
поворота оголовка со стрелой и противовесной коисолью; 4 —
лебедка передвижения грузовой тележки; 5, 6 — опорные балки
кранов. В последние десятилетия они не использовались в связи с
прекращением строительства высотных зданий (более 70 м) и
ограничением применения стального каркаса. Однако при
возобновлении такого строительства самоподъемные башенные краны,
сконструированные на современном техническом уровне, найдут
широкое применение.
Разновидностью самоподъемных башенных кранов являются
так называемые ползучие краны, используемые для монтажа
стальных радиомачт и телевизионных башен. Грузоподъемность
таких кранов составляет 1,5...4 т при вылете крюка 1...1.5 м. При
помощи хомутов кран прикрепляется к смонтированным
стальным конструкциям мачты и по мере ее наращивания с помощью
собственной лебедки «ползет» вверх на необходимую высоту.
Приставные башенные краны отличаются от самоходных
отсутствием ходовой части. Их устанавливают на фундамент рядом
со строящимся зданием и прикрепляют к несущим элементам
стены здания. Благодаря жесткому закреплению башни крана
появляется возможность ее наращивания до 75...80 м и
увеличения длины балочной стрелы до 40 м. Такие краны эффективны
для возведения 22...26-этажных зданий башенного типа.
518
Глава 35
ПОГРУЗЧИКИ
35.1. Общая характеристика. Автопогрузчики
В строительстве применяют два вида погрузчиков:
автопогрузчики и одноковшовые погрузчики. Автопогрузчики получили свое
название в связи с тем, что в их конструкции широко применены
детали и агрегаты грузовых автомобилей (двигатель, коробка
передач, шасси). Одноковшовые погрузчики выпускают на базе
пневмоколесных шасси.
Преимуществом автопогрузчиков и одноковшовых
погрузчиков на пневмоколесном шасси является большая маневренность
и скорость хода, благодаря чему они получили широкое
распространение на объектах строительства, складах, в карьерах. Парк
погрузчиков в строительстве значителен — свыше 15 тыс.
автопогрузчиков и более 25 тыс. одноковшовых погрузчиков на
пневмоколесном шасси. Увеличивается область применения
малогабаритной универсальной машины на пневмошинах, в комплекте
рабочих органов которой одним из основных видов является
погрузочный ковш и вилочный подхват. Такая мобильная машина
обеспечивает сокращение затрат ручного труда на погрузочно-
разгрузочных работах в стесненных условиях.
В настоящее время наибольшее применение получили
автопогрузчики грузоподъемностью 3, 4 и 10 т. Автопогрузчики имеют
три вида сменных рабочих органов: вилы, ковш и крюк на
подвижной консоли. Рабочие органы закрепляются на каретке,
передвигающейся по П-образной вертикальной раме, которая шар-
нирно.соединена с ходовой рамой и может отклоняться от
вертикального положения на 10...15°.
Вилочный подхват используется для погрузки на транспорт,
разгрузки с транспорта и перемещения на строительной
площадке или территории склада поддонов, контейнеров пакетов и
других тарных грузов. Крюк используется на тех же операциях с
длинномерными грузами, а ковш — для сыпучих материалов. В
нем же транспортируются от склада к подъемникам банки и
фляги с краской, бочки с битумом и другие грузы.
35.2. Одноковшовые погрузчики
Одноковшовые погрузчики подразделяют по типу ходового
механизма (гусеничные и пневмоколесные), по способу разгрузки
(фронтальные — ковш разгружается вперед; с задней
разгрузкой — путем переноса и опрокидывания ковша через кабину:
неполноповоротные — с разгрузкой ковша сбоку путем его
поворота на 90°).
Разновидностью фронтальных одноковшовых погрузчиков
являются двучелюстные, у которых нижняя челюсть усилена,
конструктивно похожа на отвал бульдозера и служит для набора
519
грунта или сыпучих материалов
а верхняя служит для наращивания
емкости и работает по типу
грейферного ковша, благодаря чему за
один цикл можно набрать и
погрузить в 1,2..Л,5 раза больше грунта
или сыпучего материала.
Типоразмерный ряд включает
одноковшовые погрузчики
грузоподъемностью 1; 2; 4; 6; 10 и 15 т.
Наибольшее распространение
получили фонтальные пневмоколесные
погрузчики грузоподъемностью 1...
...4 т (рис. 35.1), применяемые в
основном для погрузки сыпучих
Рис. 35.1. Одноковшовый по- материалов — песка, шлака, керам-
грузчик то-30 зита> гравиЯ) щебня. На разработке
грунта они применяются редко в
связи с недостаточным напорным усилием для заполнения ковша
грунтом. Они разрабатывают грунты до II группы без
разрыхления, а грунты III...VI групп — после рыхления.
Продолжительность технологической операции погрузки у
одноковшовых погрузчиков в 3...4 раза больше, чем у
одноковшовых экскаваторов. Однако за один цикл погрузчик набирает в
ковш больший объем материала (грунта) и может перевозить его
на относительно короткие расстояния (до 300...400 м), что
обусловливает его большую эффективность, чем применение
одноковшового экскаватора с 2...3 автосамосвалами для перевозки
материала на указанное расстояние.
Одноковшовые погрузчики имеют дизельный двигатель,
гидромеханическую трансмиссию, два ведущих моста и независимый
отбор мощности к гидравлическому приводу рабочего
оборудования. Современные погрузчики имеют шарнирно-сочлененную
раму, что обеспечивает их большую маневренность за счет
уменьшения радиуса поворота. Это особенно важно при погрузке
материалов в автосамосвалы, так как обеспечивает снижение
продолжительности цикла погрузки на 15...20%.
Технические характеристики одноковшовых погрузчиков даны
в табл. 35.1.
Таблица 35.1. Технические характеристики фронтальных
одноковшовых погрузчиков
Грузоподъемность, т
Вместимость ковша, м3
Высота разгрузки, м
ТО-39
2,0
1,1
2,7
Марки погрузчиков
ТО-25
3
1,5
2,76
ТО-10А
4
2
3,2
ТО-31*
0,5
0,2
2,2
520
Продолжение табл. 35.1
Показатели
Мощность двигателя, кВт
Скорость перемещения (максимальная),
км/ч
Масса, т
Оптовая цена, тыс. руб.
Себестоимость машино-часа, руб.
Марки погрузчиков
ТО-39
55
35
7,5
19
2,8
ТО-25
122
30,4
10,1
18,5
2,94
ТО-10А
118
10,1
22,5
21,1
3
ТО-31*
18
10,5
2,46
15,4
2,5
* Малогабаритная универсальная машина
Раздеп тринадцатый
АВТОМАТИЗАЦИЯ
СТРОИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Глава 36
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
36.1. Роль автоматизации в строительстве
Повышение объемов и эффективности общественного
производства при минимальных затратах материальных и трудовых
ресурсов может быть достигнуто за счет роста научно-технического
прогресса, совершенствования организации и управления
строительного производства, использования новейших достижений
науки, применения прогрессивной технологии и совершенствования
оборудования. При этом особое значение имеют автоматизация и
роботизация строительного производства — мощный фактор
развития производительных сил в строительстве.
История развития автоматики и средств управления
неразрывно связана с тем вкладом, который внесли в нее ученые и
изобретатели России. Еще в конце XVII в. и в первой половине
XVIII в. появились механизмы и приборы, в которые были
заложены элементы автоматики. Например, в 1839 г. Б. С. Якоби
изобрел прототип одного из весьма распространенных элементов
современной аппаратуры автоматического контроля —
электрический регистрирующий прибор, который широко применяется
для контроля качества железобетонных изделий.
Большое значение для развития теории автоматических
регуляторов, которые широко используются в системах
автоматизации строительных машин, имеют опубликованные в 1877 г.
работы основоположника классической теории автоматического
регулирования И. А. Вышнеградского.
521
В нашей стране продолжается процесс создания и внедрения
средств автоматизации строительства, в том числе и
строительных машин. На земляных работах используют
автоматизированные автогрейдеры, скреперы, экскаваторы. Применяют также
автоматизированные асфальтоукладчики,
строительно-монтажные краны и мобильные бетоносмесительные установки. Средства
автоматизации, которыми оснащаются строительные машины,
предназначены в основном для автоматического управления
рабочим органом, что позволяет эффективно использовать
строительные машины на планировочных земляных работах большого
объема и значительной протяженности.
В настоящее время новое качественное развитие автоматика
получила у нас в стране и за рубежом в связи с быстрым
внедрением микропроцессорной техники.
В настоящее время основным назначением
микропроцессорных средств является диагностирование повреждений основных
узлов машины, обеспечение контрольно-измерительной
информации о выполнении технологических строительных операций и
оптимизации режимов работы агрегатов машин, например
гидронасосов. Кроме того, оптимизация режимов работы машин по
критериям минимального потребления топлива и наименьших
механических нагрузок на основные рабочие узлы приобретает
все большую актуальность в связи с ресурсосберегающей
направленностью развития экономики народного хозяйства.
Другим примером эффективного использования
микропроцессоров являются автоматические ограничители грузоподъемности
самоходных строительных кранов с телескопической стрелой,
которые обеспечивают надежность и универсальность их работы.
Автоматизация и роботизация имеют не только
экономическое, но и огромное социальное значение. Они освобождают
человека от тяжелых и трудоемких работ, создают условия для
сокращения продолжительности рабочего дня и ликвидации
существенных различий между умственным и физическим трудом.
Степень автоматизации технологических процессов в
строительстве характеризуется долей участия человека в управлении
производственным процессом или оборудованием. Она
оценивается коэффициентом автоматизации
Ка = 1 + h/ts'
где 4 — среднее время выполнения неавтоматизированных
операций управления; 4 — среднее время, затрачиваемое на
автоматическое выполнение операций.
При /Са ^ 0,98 уровень автоматизации весьма высок.
Технологический процесс при этом автоматический, так как доля ручного
труда сведена к минимуму, а он сам характеризуется работой
оператора за пультом управления. При 0,98 > Кг> 0,50
достигается средний уровень автоматизации технологического
процесса, который называется автоматизированным. При К„ < 0,50
522
технологическому процессу присущ низкий уровень
автоматизации.
Эффективность автоматизации и роботизации строительного
производства определяется следующими факторами:
повышением эксплуатационной производительности машин и
оборудования за счет сокращения времени простоев и повышения
технической производительности машин при оптимизации их
загрузки;
снижением трудовых затрат за счет уменьшения количества
рабочих, обслуживающих машины и технологические процессы;
улучшением условий труда рабочих и обеспечением их
безопасности за счет выполнения тяжелых и опасных операций
средствами автоматизации и роботизации, автоматического контроля
хода технологического процесса и состояния строительных
машин;
повышением качества строительно-монтажных работ за счет
выполнения требуемых параметров и режимов технологического
процесса;
увеличением срока службы и межремонтных циклов машин и
оборудования за счет создания оптимальных условий их работы;
сокращением расхода энергии и материалов на единицу
продукции за счет улучшения их использования.
При автоматизации человек освобожден от непрерывного
обслуживания машины, так как она самостоятельно регулирует
свою работу. При этом производительность такой машины не
ограничивается физическими возможностями человека.
Уровень автоматизации любого технологического процесса
определяются в первую очередь экономической эффективностью,
за исключением тех производств, за ходом которых человек не в
состоянии следить, и там, где пребывание человека опасно.
Машины, механизмы и оборудование, участвующие в
производственном процессе, могут при помощи автоматических
управляющих устройств связываться между собой так, чтобы
выполнять поставленную перед ними технологическую задачу без
участия человека. Такое объединение машин и управляющих устройств
представляет собой автоматическую систему.
Системы управления подразделяют на автоматические и
автоматизированные. Первые работают без участия человека в
процессе управления, а у вторых часть функций управления
выполняет человек — оператор.
Автоматические системы классифицируют по ряду признаков:
назначению, степени автоматизации, характеру алгоритма
управления, используемому носителю информации (электрические,
пневматические и др.), применяемой элементной базе (релейно-
контактная, бесконтактная на интегральных микросистемах и
микропроцессорная).
По назначению автоматические системы разделяют на
автоматические системы управления, регулирования, контроля
сигнализации, защиты и блокировки.
523
36.2. Датчики систем автоматизации
строительства
Автоматический контроль параметров — одна из основных
функций автоматических систем в строительном производстве.
Значение первичных преобразователей (датчиков) при построении
систем автоматического управления, контроля и регулирования
очень велико.
'Автоматический контроль и регулирование технологических
процессов в строительстве невозможны без применения датчиков
технологической информации, представляющих собой устройства
для преобразования величин технологических параметров в
электрический сигнал. Степень автоматизации технологических
операций тем выше, чем выше их оснащенность
контрольно-измерительными датчиками.
Известно, что надежная и эффективная работа средств
автоматизации технологических процессов в строительстве в боль-
. шинстве случаев зависит от эффективности работы датчиковой
| аппаратуры.
Датчиком называется первичный преобразователь
контролируемой или регулируемой величины в выходной сигнал, удобный
для дистанционной передачи и дальнейшего использования
(табл. 36.1). Он характеризуется входными и выходными
величинами, чувствительностью, погрешностью и инерционностью.
Датчики представляют собой чувствительные элементы,
предназначенные для измерения физических неэлектрических входных
величин (уровня, влажности, скорости, температуры и др.) и
преобразования их в электрические выходные величины,
передаваемые на расстояние для воздействия на исполнительный
механизм.
По назначению различают датчики перемещения, усилий,
частоты вращения, температуры и др.
По принципу действия датчики могут быть электрические,
механические, акустические, оптические, тепловые,
радиоактивные.
По способу преобразования неэлектрической величины в
электрическую датчики подразделяют на следующие типы:
активного сопротивления (потенциометрические, тензометрические,
угольные термосопротивления); индуктивные, емкостные,
индукционные, термоэлектрические, фотоэлектрические,
пьезоэлектрические, радиоактивные.
Датчики бывают контактными и бесконтактными.
Чувствительный элемент в контактных датчиках непосредственно
соприкасается с контролируемым веществом, а в бесконтактных
датчиках не соприкасается. К бесконтактным относятся
радиоактивные, ультразвуковые и фотоэлектрические датчики. Для
параметрических датчиков необходим электрический источник
питания. В генераторных датчиках под действием измеряемой
величины вырабатывается электрическая энергия
524
в
I1!
It! з I
Величина, воспринимаемая и контролируемая датчиком,
называется входной — х, а величина, преобразованная датчиком
или вырабатываемая им, — выходной — у. Изменение выходной
величины в зависимости от изменения входной величины
называется чувствительностью датчика.
Статическая характеристика преобразователя — это
функциональная зависимость между выходной и входной величинами в
установившемся режиме у = f(x). Характеристика
преобразователя может быть линейной или нелинейной.
При линейной характеристике преобразователя чувствитель-
ность его 6 = -г*- = -j- есть величина постоянная во всем
диапазоне значений входной величины. При нелинейной
характеристике величина чувствительности датчика изменяется в широких
пределах.
Порогом чувствительности называют наименьшее (по
абсолютному значению) значение выходного сигнала, которое
вызывает изменение выходного сигнала.
Погрешность — это изменение выходного сигнала,
возникающего в результате изменения внутренних свойств датчика или
изменения внешних условий его работы (изменение температуры
окружающей среды, колебание напряжения и др.).
Переходной функцией называется реакция датчика на
входной сигнал в виде единичной ступенчатой функции. Она
позволяет с помощью постоянной времени Т оценить инерционные
свойства датчика. Чем выше Т, тем менее инерционный датчик, тем
выше его динамические качества. Инерционность
характеризуется отставанием изменений выходной величины Y от изменений
входной величины X.
В строительстве наибольшее распространение получили
механические датчики перемещения. Рассмотрим их разновидности.
Потенциометрические датчики служат для преобразования
линейного или углового перемещения в электрический сигнал.
Они выполнены в виде переменного сопротивления, например
реостата (рис. 36.1, а), подвижный контакт которого
механически связан с преобразуемым элементом.
Характеристика потенциометрического датчика (рис. 36.1, б)
представляет собой зависимость изменения сопротивления
соответственно выходного напряжения от непрерывного изменения
регулируемого параметра (перемещения). Выходное напряжение
потенциометрического датчика в режиме холостого хода, когда
нагрузка не подключена
ивъш = /Rx = и„-^-,
где / — ток, протекающий по датчику, A; Rx — сопротивление
активной (рабочей) части датчика, Ом; U„ — напряжение
питания датчика, В; R — полное сопротивление датчика, Ом.
Из рис. 36.1 видно, что сопротивление Rx зависит от величины
526
4
R-Rx
К исполни/летному
механизму отдала
^бульдозера или
—\ крана
а
%
Рис. 36.1. Потенциометрические датчики перемещения:
а — схема включения; б — статическая характеристика
перемещения движка 1Х, который связан с исполнительным
механизмом машины.
Из этого следует, что статическая характеристика
потенциометрического датчика представляет собой линейную зависимость
между выходным напряжением датчика UBm и перемещением его
ползунка X.
Тензодатчик (тензорезистор) предназначен для измерения
статических или динамических диформаций в строительных
конструкциях и узлах строительных машин и преобразования этих
деформаций в изменение активного сопротивления. В основу
работы тензодатчиков положено свойство материалов изменять
свое электрическое сопротивление под действием силы,
приложенной к ним.
Проволочные тензодатчики представляют собой отрезок
проволоки (рис. 36.2) диаметром 0,02...0,5 мм. При растяжении или
сжатии конструкции происходит соответственно растяжение или
сжатие проволоки датчика, что приводит к изменению длины /,
площади поперечного -сечения S и удельного сопротивления р
проволоки. Если до растяжения электрическое сопротивление
«J
*J
ш ек
ф
3 %
Рис. 36.2. Проволочные тензометрические преобразователи:
а — иа сжатие; б — иа растяжение, / — корпус; 2 — проволока;
3 — выводные клеммы; в — статическая характеристика
527
константановой или нихромовой проволоки было равно R = р-,
то при растяжении оно стало R -f- Л#- Относительное изменение
сопротивления тензодатчика прямо пропорционально усилию,
приложенному к нему (рис. 17.2): AR/R = f(P).
Значение коэффициента чувствительности проволочного
тензодатчика зависит от материала проволоки и находится в
пределах 1,8...2,5. Сопротивление проволочного тензодатчика равно от
50 до 400 Ом. Номинальный рабочий ток (допустимый)
составляет примерно 30 мА. Максимальная допустимая относительная
деформация не превышает 0,3 %. При измерениях тензодатчики
включают, как правило, по мостовой схеме. Они имеют
небольшие габариты и низкую стоимость.
Параметрические датчики реактивного сопротивления
питаются от источника переменного тока. К ним относятся
индуктивные и емкостные датчики.
Индуктивные датчики основаны на изменении индуктивного
сопротивления электромагнитного дросселя при перемещении
одной из подвижных его деталей, обычно якоря. Они широко
применяются для измерения малых угловых и линейных
механических перемещений, деформаций, а также для управления
следящими системами.
Индуктивный датчик представляет собой электромагнитный
дроссель с переменным воздушным зазором 6, обмотка 1
которого включена последовательно с сопротивлением нагрузки Z„
(рис. 36.3). Магнитопровод 2 и якорь 3 обычно выполнены из
магнитомягкого материала. При изменении воздушного зазора
6 (входная величина) меняется индуктивность обмотки дросселя
LRp, а также сопротивление обмотки ZRP.
Индуктивность обмотки дросселя
, _ ir2S„M.o
устройству
строительной машины
Рис, 36.3. Индуктивные датчики:
а — схема включения индуктивного датчика дроссельного типа; б — поворотно-
трансформаторный датчик
528
где W — число витков обмотки дросселя; SB — площадь сечения
воздушного зазора, мм2; \i0 — магнитная проницаемость
вакуума, Гн/м; 6 — длина воздушного зазора, мм.
Полное сопротивление обмотки дросселя
2др = -\jrap -f- (coLJip) ,
где гдр — активное сопротивление обмотки дросселя, Ом; со —
угловая частота источника переменного тока, Гц.
При включении активно-индуктивной нагрузки ток в'
измерительной цепи, А:
где ZH — полное сопротивление нагрузки, куда составной частью
входит индуктивное сопротивление дросселя, Ом.
При увеличении длины зазора 6 индуктивность обмотки
дросселя уменьшается, а это, в свою очередь, приводит за счет
уменьшения Zap к увеличению тока в нагрузке.
К достоинствам нереверсивного индуктивного датчика следует
отнести; высокую чувствительность, надежность и долговечность,
отсутствие контактных устройств, значительную величину
выходной мощности (до сотен вольт-ампер), простоту конструкции и
удобство эксплуатации. Реверсивные датчики имеют
чувствительность в 2 раза выше.
Принцип действия поворотно-трансформаторного датчика
основан на изменении взаимной индукции потокосцепления и
значения ЭДС в обмотках датчика при перемещении
ферромагнитного сердечника с обмоткой WB. На обмотку возбуждения
WB, расположенную на среднем стержне, подается напряжение
питания (Увх, а с обмоток W\, которые расположены на крайних
стержнях, снимается выходное напряжение с7Вых:
t/вых = (Увх-^г-sina,
где since — угол между осями двух перпендикулярных обмоток
ротора We и статора W\.
При симметричном положении ротора ЭДС в обмотках W\
равны между собой. В этом случае напряжение (7Вых = 0. При
смещении ротора от симметричного положения в обмотках W\
создаются разные по значению ЭДС, в результате этого
происходит изменение напряжения (7Вых от 0 до максимального (а =
= 90°).
В общем случае емкостный датчик (рис. 36.4) представляет
собой конденсатор, в котором емкостное сопротивление
изменяется при изменении измеряемой (регулируемой) неэлектрической
величины.
Известно, что емкость плоского конденсатора, пФ:
С = 0,088-^-,
18—721
529
о)
/С ycmpoucmby нонтро-
я прогиба ленты
хонбейера или к
d .^У п тросу дат-
-н *т-*- +г чит уровня
41
к
г
ц+йп
-d2(-x)
Рис. 36.4. Емкостные датчики:
а — схема емкостного дифференциального датчика; б —
характеристика изменения емкости
где е — относительная диэлектрическая проницаемость среды,
пФ/см (для воздуха е= 1); S — активная площадь пластин
(обкладов) конденсатора, см2; d — расстояние между
пластинами (обкладками), см.
Реактивное емкостное сопротивление Х^
ыС
-. На рис. 36.4, а
показан емкостный датчик, в котором измеряемая
(регулируемая) величина вызывает изменение расстояния й между
пластинами. При перемещении подвижной пластины на расстояние ±Х
значение d увеличивается, что приводит к уменьшению емкости
датчика (рис. 36.4, б) и к снижению реактивного и
соответственно полного сопротивлений.
Основными достоинствами емкостных датчиков являются:
высокая чувствительность, отсутствие подвижных трущихся
деталей, простота конструкции, малые размеры, масса и
инерционность.
К тахометрическим датчикам относятся тахогенераторы,
которые представляют собой маломощные электрические машины,
преобразующие механическое вращение в электрический сигнал.
Тахогенераторы на выходе дают напряжение, пропорциональное
частоте вращения, и применяются в качестве электрических
датчиков угловой и линейной скорости (лента конвейера). В
зависимости от вида выходного напряжения и конструкции они
делятся на тахогенераторы постоянного и переменного тока.
Тахогенераторы постоянного тока конструктивно
представляют собой электрические генераторы постоянного тока и
выполнены с возбуждением от постоянных магнитов (рис. 36.5). При
вращении якоря тахогенератора с частотой п с его щеток
снимается ЭДС, значение которой, В:
где Де — коэффициент, зависящий от конструкции и схемы якоря;
Ф — магнитный поток, Вб.
530
я)
т Q
'дых
\ К ленте
транспортного кондейера
, К долу строитель-
ной машины
Рис. 36.5. Тахогенераторы постоянного тока:
а — схема тахогенератора с возбуждением от постоянных магнитов; б — схема
тахогенератора с независимым электромагнитным возбуждением; в — выходная
характеристика
Для данного типа тахогенератора магнитный поток Ф
является величиной постоянной, так как он создается постоянными
магнитами и ЭДС зависит только от частоты вращения якоря п.
С увеличением частоты вращения тахогенератора до
определенного момента его выходное напряжение £/Bb,x растет
пропорционально и только при большой частоте линейность
характеристики нарушается (рис. 36.5, в).
В тахогенераторах постоянного тока с независимым
электромагнитным возбуждением (рис. 36.5, б) магнитный поток
возбуждения Фв создается специальной обмоткой ОВ, которая
располагается на полюсах статора. В этом случае магнитный поток
Фв = Кф1е, где Кф — коэффициент пропорциональности.
36.3. Мостовые измерительные схемы
Этот метод относится к числу самых распространенных и
совершенных методов измерения температуры, усилий, деформаций,
перемещений и других величин.
Различают два метода измерения и соответственно два типа
мостовых схем: нулевой метод (уравновешенный мост) и метод
непосредственного отчета по прибору (неуравновешенный мост).
Нулевой метод заключается в том, что мост уравновешивают
с помощью сопротивления Ry так, чтобы /пр измерительной
диагонали был равен нулю, т. е. разности потенциалов точек в — г
были равны (рис. 36.6).
18*
531
lib,
При этом /я=/; l2= /3, кроме того
/д=^д=/2/?2; I\R\ = hRz.
После преобразований получим
искомое сопротивление датчика, Ом:
Я1
/?2
Яз
Яд = Я.
Рис. 36.6. Мостовая схема
измерения неэлектрических
Такой метод измерения достаточно
точен (ошибка может быть меньше
0,5 %). Мосты подобного типа
называются равновесными или балансными,
так как они основаны на нулевом
методе измерения.
При методе непосредственного
отсчета измеряемая величина
определяется по показанию прибора, включенного в измерительную
диагональ. Ток, протекающий через прибор, /пр = К(Р2 — /?д).
Одновременно этот сигнал может передаваться в систему
автоматического регулирования (САР). Если уровень выходного
сигнала мостовой схемы недостаточен, то он для передачи в САР
может быть усилен с помощью усилителя до необходимого
значения. Сигналы измерительного моста могут быть
преобразованы в цифровые коды и поданы для обработки на ЭВМ.
Главв 37
СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ
37.1. Классификация систем управления
Системы управления технологическими процессами
осуществляют управляющие воздействия на ход технологического процесса,
которые выбираются из многих на основе получаемой
информации о ходе процесса и направлены на поддержание заданных
режимов работы. Они дают рекомендации персоналу по
проведению технологического процесса, координации работы участков и
машин, направленных на выполнение суточных и сменных
заданий, а также оказывают помощь в принятии решений в ходе
процесса.
При автоматизации сложного производства создают
централизованную систему, получающую сигналы о состоянии
технологического процесса от локальных подсистем, которые принимают
информацию непосредственно с датчиков и управляют процессом
с помощью регулирующих органов. Среди этих систем основными
являются САУ и САР.
Централизованная система построена на базе мини- или
микро-ЭВМ, в памяти которой находятся программы реализации
алгоритмов координации работы локальных подсистем и других
532
функций. Так как система в целом является автоматизированной,
то в ней предусмотрен пульт оператора для связи с человеком.
Пульт оператора включает мнемосхему технологического
процесса, дисплей, цифровые и другие индикаторы параметров
технологического процесса, устройства регистрации и контроля этих
параметров.
Автоматический контроль — это контроль с помощью
датчиков различных параметров и характеристик управляемого
объекта или процесса с целью анализа качества его структуры и
функционирования.
По своим функциональным задачам различают подсистемы
сигнализации, измерения, регистрации, защиты и сортировки.
Автоматическое управление — это осуществление
совокупности воздействий, направленных на поддержание или улучшение
функционирования управляемого объекта или процесса в
соответствии с заданным алгоритмом управления.
Автоматическое регулирование — это поддержание
постоянной или изменение по заданному закону некоторой выходной
величины, характеризующей процесс. Различают следующие
системы автоматического регулирования:
стабилизирующая — поддерживает значение управляемой
величины постоянным (система автоматической стабилизации
толщины срезаемой стружки грунта путем регулирования
скорости напорного механизма одноковшового экскаватора,
стабилизации тягового усилия скрепера и др.);
логико-программная, которая изменяет состояние
управляемого объекта в соответствии с требуемой последовательностью
рабочих операций по заданной программе (автоматизация
поточно-транспортных систем, состоящих из ряда ленточных или
винтовых конвейеров);
следящая система, у которой алгоритм функционирования
содержит предписание изменять управляемую выходную
величину в зависимости от изменения заранее неизвестной величины
на входе (универсальные следящие системы контроля
строительной машины в пространстве по тросу и лазерному лучу);
самонастраивающая (адаптивная) система путем
автоматического поиска определяет такое значение регулируемой
величины, которое обеспечивает наивыгоднейший режим работы
регулируемого объекта. Такая система сама автоматически
приспосабливается к меняющимся условиям работы.
Под элементом системы автоматического управления (САУ)
подразумевается конструктивно обособленная часть системы,
выполняющая определенные самостоятельные функции. На
рис. 37.1 показана ее схема применительно к автоматизации
процессов копания и защиты экскаватора от перегрузок и
аварийных режимов работы.
Чувствительный элемент ЧЭ (реостатный датчик контроля усилия резания)
или измерительное устройство измеряет действительное значение управляемой
533
Рис. 37.1. Структурная схема системы автоматического регулирования:
ЭЗ задающий элемент; ЭС - элемент сравнения; ЧЭ - чувствительный
элемент; ПЭ — преобразующий элемент; УЭ - усилительный элемент; ИЭ —
исполнительный элемент; РО — регулируемый объект; ОУ — объект
управления; КУ — местная обратная связь; ОС — главная обратная связь
величины y(t) и преобразует его в однозначно соответствующую величину yi(t),
удобную для сравнения с задающей величиной gi(/)-
Задающий элемент ЭЗ (переключатель пульта управления) формирует
задающее воздействие gi(t), которое определяет необходимое значение
управляемой величины и преобразует его в однозначно соответствующую величину
gi(t), удобную для сравнения с величиной yi(t). В качестве задающего элемента
могут использоваться потенциометры, перфокарты, магнитные пленки,
профильные кулачки и т. п.
Элемент сравнения СЭ измеряет разность сигналов (ошибку) x(t) ==
— 8>(t) —yiU)- В сравнивающем элементе может происходить и суммирование
сигналов. В качестве сравнивающих элементов могут использоваться сельсинные
пары в трансформаторном режиме для сравнения угловых перемещений,
устройства на резисторах для сравнения и суммирования электрических напряжений,
токов и т. п.
Преобразующий элемент ПЭ (мостовая измерительная схема) служит для
преобразования сигналов в удобный вид.
Усилительный элемент УЭ усиливает сигнал рассогласования х\ (t) до
величины х2(0, достаточной для приведения в действие исполнительного элемента ИЭ.
В усилительном элементе происходит увеличение сигнала за счет получения
энергии извне. В системах автоматического управления чаще всего используют
электрические электронные, релейные, электромагнитные, магнитные,
полупроводниковые и другие усилители.
Исполнительный элемент вырабатывает и подает на регулирующий орган РО
(механизм подъема ковша) объекта управления ОУ управляющее воздействие
u(t) относительно толщины стружки среза грунта в забое. Объектами
управления могут быть различные технические устройства (затворы, задвижки, краны
и др.).
Корректирующий элемент КЭ или местная обратная связь — это специальные
устройства, вводимые в систему для улучшения качества управления.
Обратная связь ОС - это связь между выходом системы и входом,
образующая замкнутый контур управления.
На объект управления кроме управляющих входных
воздействий u(t) влияют и различные внешние возмущающие
воздействия f(t), вызывающие изменения выходной управляемой или
регулируемой величины у(t) (толщина среза стружки).
Измерения во времени входных воздействий и выходных
величин характеризуют состояние объекта. Для устранения
возмущений объект снабжается регулирующим органом РО, воздействуя
на который автоматически можно изменять управляющую вели-
534
чину и компенсировать возмущения. Следовательно, основная
задача автоматического регулирования заключается в
формировании такого закона изменения управляющих входных
воздействий u(t), при котором желаемое поведение объекта достигается
с заданной точностью независимо от изменения поступающих
на него возмущений f(t).
Существует большое разнообразие автоматических систем
управления, которые классифицируются по различным
признакам. По своему назначению различают автоматические системы
сигнализации, защиты, контроля, регулирования и управления,
которые применяются в строительстве.
При разработке автоматизированных систем управления
применяют различные приборы и средства автоматизации,
соединяемые с объектом управления и между собой. В зависимости от
используемых приборов и средств, а также линий связи,
входящих в состав системы автоматизации, в проектах выполняют
различные схемы, которые делят на структурные,
функциональные, принципиальные и монтажные.
Для уяснения принципа действия различных элементов,
входящих в автоматизированные системы управления, пользуются
способами их графического изображения с помощью структурных
схем. Структурная схема отражает укрупненную структуру
системы управления и взаимосвязи между пунктами контроля и
управления объектом (рис. 37.1).
Функциональная схема представляет собой чертеж, на
котором схематически условными обозначениями изображены
технологическое оборудование, коммуникации, органы управления и
средства автоматизации (приборы, регуляторы, датчики) с
указанием связей между технологическим оборудованием и
элементами автоматики.
Чтение функциональной схемы позволяет определить
параметры технологического процесса, подлежащие автоматическому
контролю и регулированию, наличие защиты и аварийной
сигнализации, организацию пунктов контроля и управления,
технические средства, с помощью которых решается тот или иной
функциональный узел контроля, сигнализации, автоматического
регулирования и управления.
37.2. МикроЭВМ и микропроцессоры
в автоматизированных системах
Внедрение в практику автоматизации строительных и дорожных
машин и строительных процессов микропроцессорной техники
позволило значительно повысить общий технический уровень
строительного производства.
Учитывая необычайно широкие возможности современной
микровычислительной техники для автоматизации машин, в
частности наличие компактных запоминающих устройств,
обладающих большой емкостью и позволяющих хранить в них довольно
535
сложные программы управления, можно создать с помощью
микропроцессорной техники машины с очень высоким уровнем
автоматизации.
Микропроцессорная техника придает системам
автоматического управления приготовлением бетонных смесей и растворов
новую технологическую, функциональную, эксплуатационную
гибкость и универсальность, простоту программирования и
перепрограммирования при изменении состава технологического
оборудования и самого процесса, сравнительную дешевизну и
надежность работы систем управления. Новые средства
автоматизации технологических процессов в строительстве имеют ряд
преимуществ по сравнению с традиционными, как в части их
построения, так и функциональных возможностей:
простота перестройки системы с пульта управления за счет
изменения программы при замене технологического
оборудования и изменении условий производства (схемные решения
заменяются программными); диагностика работы строительных
машин, оборудования и тестирования отдельных элементов самих
систем управления; широкая информация о технологическом
процессе, контроле и учете горючесмазочных материалов;
оптимизация технологических процессов в целях уменьшения расхода
сырья, топлива, энергии, снижения брака и др.; формирование и
регистрация объективной технико-экономической информации
(учет производительности, простоев, брака, расхода топлива
и др.); высокая надежность и резкое сокращение нестандартного
оборудования; появляется возможность постепенного вытеснения
разнотипных традиционных средств локальной автоматики.
Глава 38
АВТОМАТИЗАЦИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ
И ДОРОЖНЫХ МАШИН
38.1. Основные положения
Для выполнения основных видов строительных работ
применяется комплекс машин, механизмов и технологического
оборудования, которые являются объектами автоматизации.
Сложные машины и оборудование, состоящие из рабочих
органов с исполнительными механизмами, ходового
оборудования для перемещения агрегатов, приводов различных узлов
машин, могут рассматриваться как объекты управления с
регулируемыми параметрами. Например, основными параметрами
технологических операций при производстве земляных работ
являются координаты рабочего органа и машины в плоскости ее
движения и максимальные динамические нагрузки на отдельные
узлы машины (рис. 38.1, 38.2).
Выполнение технологических операций в большинстве случаев
связано с перемещением машины и рабочего органа, при этом на
536
Рис. 38.1. Установка аппаратуры «Профиль-20» на автогрейдере:
/ — аккумулятор; 2 — пульт управления; 3 — блок дистанционного
управления; 4 — гидрораспределители ЗСУ-8; 5 — датчик углового положения
отвала (ДКБ); 6 — датчик щуповой (ДШБ); 7— подъемное устройство;
8 — электродвигатель
ходовую часть машины и рабочие органы действуют внешние
возмущающие воздействия, которые являются случайными
величинами. Установлено, что машинист экскаватора делает около
2000 манипуляций в час рычагами и педалями управления, а
бульдозера — около 1000. Из этого следует, что
производительность и качество работ в значительной степени определяются
квалификацией машиниста. Автоматизация землеройных машин
позволяет освободить его от части операций по управлению
машиной, что облегчает труд машиниста, повышает
производительность труда и качество
работ (табл. 38.1). Машины,
у которых часть функций
управления выполняют
автоматические устройства,
называются автоматизированными
машинами.
Автоматические устройства,
устанавливаемые на машинах
(рис. 38.1), позволяют при
выполнении функций управления
стабилизировать положение
рабочего органа в
пространстве или перемещение его по
заданной программе,
обеспечивать максимальную
производительность машины и
движение ее по заданному курсу,
защищать от перегрузок
различные узлы, обеспечивать
охрану труда машиниста,
контролировать работу
отдельных узлов и вести учет
производительности машины.
Рис. 38.2. Блок-схема автоматической
стабилизации рабочего органа в
поперечной плоскости автогрейдера,
бульдозера и скрепера:
1 — рабочий орган; 2 — гидроцилиндр; 3-
электроуправляемый гидрораспределитель
(исполнительный механизм);
4—усилитель; 5 — задатчик; 6 — блок управления
автономных систем; 7 — сравнивающее
устройство; 8 — датчик углового
положения рабочего органа
537
55-
s
I
©
©
©
©
©
©
©
©
©
©
©
целевое
©
©
©
многоцеле -
Вое
УпраВление
рабочими
органами
©
©
©
©
©
©
©
©
©
диагностирование :
двигателя
©
©
©
гидросис -
темы
©
©
©
©
других
агрегатоВ
Контроль
параметров
работы
©
©
©
контроль грузовых
характеристик
©
©
©
©
©
©
отключение при
опасном состоянии
©
©
©
&а
|а*
& ^э S?
За"*»
5? S -о
Q
Q
Q
Q
Q
учет
производительности
©
©
©
©
©
©
©
©
%■§§
3|sg
§5§S§
Учет
(измерение)
параметров
Ф
©
©
Ф
Ф
©
Ф
1
"1
I
s u =
§ =
11
II
r
538
Основным назначением микропроцессорных систем помимо
осуществления различных функций по диагностированию
повреждений и управлению выводом контрольно-измерительной
информации является оптимизация режимов работы первичных
двигателей подвижных строительных машин, а также ™иеторых
агрегатов самих машин, например гидронасосов. Алгоритм
управления этими объектами может обеспечивать различные
критерии оптимизации, но наиболее распространенным является
минимизация расходования топлива двигателем и нагрузок на основ-
ные узлы машины. „„„„
Минимизация нагрузок приводит к значительному
увеличению срока службы машины и предотвращению поломок и аварии.
Этому способствует и диагностированная система,
контролирующая состояние основных параметров работы дизеля и
гидросистемы и сигнализирующая об опасных величинах этих пара-
Такой подход к использованию микропроцессорной техники
на строительных машинах представляется целесообразным для
строительного производства. Экономия топлива является
актуальной для нашей страны, а повышение *™™™%1^™я
тельных машин равносильно увеличению их выпуска. Учитывая
размеры парка Строительных машин, оба эти фактора имеют
ПТк^Г^
могут осуществлять оптимизацию параметров работы
строительных машин и по другим критериям, например по максимальной
производительности.
38.2. Автоматизация бульдозеров
В связи с резко возросшими требованиями к качеству
планировочных работ все больше применяют бульдозеры, оборудованные
автоматическими системами управления.
Основные этапы автоматизации бульдозера: стабилизация
углового положения толкающей рамы для повышения
планирующих свойств- управление подъемом отвала для предупреждения
Грегрузки даигателя; управление скоростью для реализации
располагаемой мощности, стабилизация углового положения
отвала в поперечной плоскости (для
бульдозеров-планировщиков); групповое управление машинами по лазерной направляю-
ШеИВ настоящее время разработаны системы автоматизации для
бульдозеров с гидравлическим управлением рабочим органом:
«Автоплан-10», «Копир-Автоплан-10», «Комбиплан-ЮЛП».
Системы содержат следующие приборы и схемные элементы.
П датчики: автономный датчик ДКБ для контроля углового
положения рабочего органа автоматизированной машины
относительно гравитационной вертикали, заменяющей датчик ДУП
первого поколения; шуповой датчик ДЩБ, которые« предназна^
чен для контроля положения рабочего органа или рамы машины
по отношению к реперу (проволоке, бордюру и т. п.); 2)
бесконтактный высокочастотный аналоговый индуктивный
преобразователь линейных и угловых перемещений в электрический сигнал;
3) электронный блок сравнения; 4) усилитель для систем трех-
позиционного регулирования; 5) электронный регулятор для
систем управления с аналоговыми исполнительными механизмами;
6) электронный стабилизатор напряжения; 7) электронное
устройство защиты аппаратуры от короткого замыкания.
Комплект «АКА-Дормаш» обеспечивает построение систем
для частичной и комплексной автоматизации управления
рабочим органом различных машин при выполнении работ по
заданным отметкам, уклону и направлению.
Комплект аппаратуры позволяет строить: автономные системы
управления, у которых контроль положения рабочего органа
осуществляется с помощью маятникового датчика,
установленного на борту машины;
копирные системы с контролем положения по внешнему
копиру (проволоке, бордюру и т. п.);
комбинированные системы, у которых для контроля углового
положения служит автономный датчик, а для определения по
высоте используется копир.
Наиболее совершенной системой автоматизации бульдозеров
является система «Комбиплан-ЮЛП» (рис. 38.3). Она позволяет
стабилизировать положение отвала в продольной плоскости,
изменять положение отвала в поперечной плоскости и защищать
двигатель от перегрузок.
Система стабилизирует угловое положение отвала 1
бульдозера в поперечной плоскости. Система имеет датчик 2
(маятникового типа) углового положения отвала, установленный на обратной
стороне отвала. Информация, получаемая от датчика 2,
преобразуется в управляющие сигналы, которые отрабатываются
исполнительным механизмом 3 перекоса отвала. Кроме того, система
стабилизирует угловое положение отвала в продольной плоскос-
ки. Она имеет также датчик 5 маятникового типа, установленный
на толкающем брусе бульдозера. Сигналы от датчика 5
преобразуются в управляющие сигналы, которые отрабатываются
исполнительным механизмом 4 подъема отвала.
Рис. 38.3. Размещение аппаратуры системы «Комбиплан-
ЮЛП» на бульдозере
540
Система стабилизирует положение отвала бульдозера по
высоте в копирном режиме работы (по лучу лазера). В нее
входит лазерный излучатель ЛИ, фотоприемное устройство ФПУ,
контролирующее положение отвала относительно лазерного луча
и установленное на специальной штанге 6 на обратной стороне
отвала 1. Отклонение АНз, получаемое с ФПУ, передается через
сравнивающее устройство и усилитель блока управления <§,
находящегося в кабине, на исполнительный механизм 4.
Глубина резания в продольной плоскости в копирном режиме
задается дистанционно из кабины машины, путем установки
ФПУ на необходимую высоту Но. При отклонении положения
ФПУ от заданного в системе появляется сигнал АНо, который
отрабатывается механизмом перемещения.
Система защищает ходовой двигатель машины от перегрузок.
При работе бульдозера, скрепера или автогрейдера в отдельных
случаях усилия резания грунта резко возрастают и превышают
максимально допустимые. Это приводит к снижению частоты
вращения выходного вала ходового двигателя и к падению
мощности машины, а в некоторых случаях возникает аварийная
ситуация. Для того чтобы повысить частоту вращения валодви-
гателя до заданного значения, необходимо выглубить (поднять)
рабочий орган (отвал, ковш) машины и тем самым уменьшить
усилия резания грунта. Это условие положено в основу работы
автоматической защиты двигателя от перегрузок, которая
работает следующим образом. Тахогенератор 7, связанный с валом
двигателя, вырабатывает напряжение, пропорциональное частоте
вращения валодвигателя. Этот сигнал в блоке управления с
помощью устройства сравнивается с заданным и результат
рассогласования подается на усилитель. Усиленный сигнал
поступает на исполнительный механизм 4, что приводит к выглубле-
нию рабочего органа, а вместе с этим и к уменьшению сил
резания грунта.
38.3. Автоматизация автогрейдеров
и скреперов
Автогрейдер — землеройно-транспортная машина с ножевым
рабочим органом для профилировочных и точных планировочных
земляных работ. Установленный на постоянной высоте отвал при
движении автогрейдера срезает встречающиеся на пути выступы
и этим грунтом засыпает углубления на поверхности. Возросшие
требования к качеству планировочных работ и необходимость
облегчить труд машиниста привели к разработке и внедрению
автоматических систем управления рабочими органами
автогрейдера. Наиболее совершенной из этих систем является система
«Профиль-20» (рис. 38.4).
Система автоматики «Профиль-30» аналогична системе
«Профиль-20», но обеспечивается лазерным устройством навигации.
541
CD CD
2^£
\l
Рис. 38.4. Управление автогрейдером на базе
аппаратуры системы «Профиль-20»
Система автоматики стабилизирует положение отвала 1
автогрейдера в поперечной плоскости. Для этого используется
маятниковый датчик 2, информация от которого преобразуется в
управляющие сигналы, которые отрабатываются
соответствующей гидросистемой машины. Кроме того, система стабилизирует
положение отвала по высоте в продольной плоскости. При этом
используются копирный трос и щуповый датчик 3. В системе
предусмотрена возможность устанавливать при необходимости
два датчика: левый и правый по курсу движения автогрейдера.
Сигналы от датчиков преобразуются в управляющие сигналы,
которые отрабатываются другой гидросистемой машины. Переход
от одного режима на другой осуществляется переключателем
в блоке управления 4 системы.
Система автоматики стабилизирует движение автогрейдера
по курсу, используя щуповый датчик 5 и датчик угла поворота 6.
Управляемым параметром в подсистеме является расстояние от
оси машины до копирного троса, которое контролируется
датчиком 5. Одновременно с этим датчик 6 контролирует положение
колес автогрейдера. Полученная информация от датчиков
передается в блок управления 4 системы, в котором на ее основе
вырабатываются управляющие сигналы для передачи их на
отработку соответствующей гидросистемы машины.
Применение автоматического управления позволяет повысить
не только качество отделки, но и производительность машины за
счет повышения скорости ее движения.
Автоматизация скреперов. Технология работы прицепного
скрепера на планировочных работах показала, что при послойной
разработке грунта или планировке под заданную отметку
машинист должен управлять одновременно высотным положением
ковша, перемещением задней ее стенки и выглублением ковша (при
перегрузках двигателя тягача). Такие задачи решает система
автоматизации «Копир-Стабилоплан-10» (рис. 38.5). Она
стабилизирует положение режущей кромки ковша скрепера при
использовании датчика 1 в бескопирном режиме и в копирном
режиме, когда опорная плоскость задается лучом лазера, а в
542
Рис. 38.5. Управление скрепером с применением аппаратуры системы
«Стабилоплан-10»
качестве датчика используется ФПУ. Датчик углового
положения 2 устанавливается на буфере ковша скрепера. Фотоприемное
устройство с помощью специальной штанги 4 крепится на ковш
скрепера.
Одновременно с процессом стабилизации положения режущей
кромки ковша скрепера система обеспечивает управление задней
стенкой ковша 3 и защиту ходового двигателя 7.
' Пульт управления системой и блок защиты двигателя от
перегрузок находится в кабине трактора-тягача, образуя блок
управления системой 5. Глубина резания устанавливается
дистанционно за датчиками из кабины трактора.
Система стабилизирует угловое положение ковша скрепера в
продольной плоскости. При этом используется датчик 2,
информация от которого передается в блок управления системой 5 для
i включения исполнительного механизма (гидроцилиндр).
Кроме того, система обеспечивает стабилизацию ковша
скрепера по высоте Z по лучу лазера в копирном режиме управления.
Переход с автономного на копирный режим управления
производится переключателем в блоке управления. Дистанционное
задание положения ФПУ по высоте производится задатчиком, а
контроль осуществляет датчик 8. В качестве датчика при защите
двигателя тягача от перегрузок используется тахогенератор 6,
напряжение которого после сравнения и усиления передается на
усилители, а затем отрабатывается исполнительным механизмом,
который изменяет координату заглубления Z ковша.
Система управляет выталкиванием грунта задней стенкой
ковша скрепера, состоит из датчиков 9, сравнивающего
устройства, усилителя, исполнительного механизма 2 (гидроцилиндра
задней стенки) и концевых выключателей 10. Система
обеспечивает автоматическое выдвижение задней стенки 3 ковша
скрепера при положении режущей кромки ножа выше уровня передних
колес и возврате ее в исходное положение при опускании
режущей кромки. Взаимное положение режущей кромки ножа и
уровня передних колес контролируется двумя дискретными
датчиками 9 (один — датчик выдвижения, другой — датчик возврата),
установленными на раме скрепера. Для работы датчиков на
ковше скрепера устанавливаются металлические флажки, которые
543
входят в пазы датчиков. При подъеме ковша скрепера на 3...5 см
выше уровня передних колес один из флажков входит в паз
датчика КВД1, что приводит к выталкиванию задней стенкой
грунта, находящегося в ковше скрепера. При резании стружки грунта
толщиной более 1 см другой флажок входит в паз датчика КВД21,
что приводит к набору грунта в ковш (задняя стенка ковша
движется в противоположную сторону). Движение стенки
ограничено конечными выключателями 10, которые устанавливаются
дополнительно.
38.4. Автоматизация многоковшовых
экскаваторов
Цепной многоковшовый экскаватор — это землеройная машина,
рабочим органом которой является ковшовая цепь, движущаяся
в вертикальной плоскости, совпадающей с направлением
перемещения машины. -Грунт, отделенный от массива, поднимается в
зону разгрузки у верхнего конца ковшовой цепи и при помощи
обычного ленточного конвейера укладывается по краям траншеи.
Рабочий процесс цепного экскаватора автоматизирован в
части поддержания заданного наклона дна траншеи и
оптимизации режима грунтозабора.
В копирных системах заданный уклон дна траншеи
достигается с помощью связи следящего устройства системы,
установленного на движущейся машине, с базовой линией в виде
светового луча или троса, проведенной параллельно будущему дну
траншеи.
Работа экскаватора с копирной системой управления
осуществляется следующим образом. После разбивки трассы
определяется базовая линия и машина устанавливается в створ будущей
траншеи. Затем в режиме ручного управления рабочий орган
машины заглубляется на проектную отметку, после чего
следящее устройство системы настраивается для работы в
автоматическом режиме.
При. работе системы с базовой линией в виде копирного
троса / (рис. 38.6, а) в качестве датчиков положения рабочего
органа используются два контактных датчика перемещения 2,
механически связанных с рамой ковшовой цепи, между которыми
проходит копирный трос /. Касание троса любым из двух
датчиков приводит к замыканию соответствующего контакта датчика 2.
Если трос не касается ни одного из датчиков, то дно траншеи
находится на проектной отметке.
В системе предусмотрены два режима работы: ручной и
автоматический (рис. 38.6, б). Необходимый режим устанавливается
переключателем SA.
При ручном управлении (SA установлен в положение Р) для
поднятия рабочего органа необходимо нажать кнопку SB1, для
заглубления — кнопку SB2, что приводит к срабатыванию реле
Kl (K2). В результате электрозолотниковое устройство V откры-
544
/1 горизонта
Питание
Предохранитель
Управление
поОъемом
рабочего
органа
Управление
заглублением
рабочего органа
Реле
Времени
Электро-
залотники
Рис. 38.6. Система управления многоковшовым экскаватором:
а — структурная схема управления с применением копирного троса; б — электрическая
схема управления с применением копирного троса; в — схема лазерной установки
вает доступ рабочей жидкости в одну из полостей гидроцилиндра
3, соответственно перемещается рама 4 ковшовой цепи, а вместе
с ней и рабочий орган машины. При отпускании кнопки SB1
(SB2) отключаются перечисленные элементы схемы и рабочий
орган останавливается.
Ручной режим управления применяют при скорости движения
машины до 200 м/ч или при настройке системы для работы в
автоматическом режиме.
При автоматическом режиме переключатель SA
устанавливают в положение А и система работает следующим образом.
При отклонении дна траншеи от заданной отметки копирный
трос касается одного из датчиков, что приводит к замыканию
соответствующего контакта датчика 2. Реле Kl (K2) своими
контактами 1КЦ1К2) включает электрозолотниковое устройство V.
Заглубление или подъем рабочего органа осуществляется
прерывисто. Величина шага определяется выдержкой времени
реле КТ, включаемого контактами 2К1 (2К2). Контакты 1КТ
(2КТ) с установленной выдержкой времени размыкаются и
размыкают цепь питания реле Kl (K2), что приводит к отключению
электрозолотника V и к остановке рабочего органа машины.
Если за установленную выдержку времени рабочий орган
машины не находится в заданной зоне (один из контактов SQ
замкнут), то реле Kl (K2) не отключится и движение рабочего
органа будет продолжаться.
Сигнальные лампы HL1 (HL2), установленные на пульте
управления, позволяют машинисту следить за направлением
движения рабочего органа. Если в качестве базовой линии
используется луч, то применяют лазерную установку (рис. 38.6, в).
Она состоит из лазерного излучателя ЛИ, устанавливаемого
на штативе 4 и фотоприемного устройства ФПУ с механизмом
перемещения МП (электродвигатель с редуктором),
размещаемых на рабочей машине. Лазерный излучатель имеет лазер с
коллиматором /, вращающуюся призму 2, электродвигатель с
редуктором 3, уровень и микрометрические винты для задания
угла наклона базовой линии, который может задаваться от 0 до
3е. Луч лазера диаметром 1...1.5 мм с углом расходимости 7...8'
подается на коллиматор, который уменьшает расходимость луча
до 30" и увеличивает его диаметр до 3 см. Из коллиматора луч
подается на вращающуюся призму 2, где он преломляется на
90° и выходит в пространство на высоте Яз, сканируя плоскость.
Питается лазерный излучатель от аккумулятора 6.
Фотоприемное устройство (ФПУ) состоит из трех световодов,
расположенных один над другим и разделенных между собой
экранами. Каждый световод оканчивается фотодиодом,
подключенным к схеме усилителя. Световоды имеют возможность
принимать сигнал (луч) из любой точки горизонта в диапазоне 360°.
Световоды вырабатывают сигнал отклонения координаты
рабочего органа машины от заданной, который после усиления подается
в блок управления рабочим органов машины, а затем на испол-
546
нительный механизм (гидроцилиндр), перемещающий рабочий
орган машины в требуемом направлении. При поступлении
сигнала от центрального световода система формирует команду
«Норма», при которой электрозолотник V находится в нейтральном
состоянии. При поступлении сигнала от нижнего световода
формируется команда «Заглубить», от верхнего — «Поднять»
рабочий орган. Верхний и нижний световоды подвижны. Они могут
быть смещены относительно центрального, что позволяет
регулировать точность работы системы (зону нечувствительности
устройства).
Для согласования координат положения режущей кромки
рабочего органа машины с координатами опорной плоскости
ФПУ соединено с механизмом перемещения телескопической
штангой. Это позволяет дистанционно из кабины машины с
помощью блока управления устанавливать ФПУ на необходимую
высоту.
Производительность роторного экскаватора зависит от
прочности грунта и скорости передвижения. Изменение сопротивления
резанию, удельной массы грунта, неровности почвы, состояние
I режущих элементов вызывают значительное колебание загрузки
основных механизмов (роторного колеса, конвейеров) и
снижение производительности экскаватора. Для обеспечения его
максимальной производительности следует добиться полной загрузки
двигателей. Необходимость контроля загрузки обоих двигателей
обусловливается тем, что при разработке твердых грунтов
больше перегружается двигатель роторного колеса, а при разработке
мягких грунтов — двигатель конвейера, так как при этом
увеличивается количество транспортируемого материала.
Контроль загрузки двигателя РД роторного колеса
осуществляется с помощью трансформатора тока ТТ, вторичная обмотка
которого подключена к трансформатору напряжения ТН2
(рис. 38.7).
От вторичной обмотки трансформатора напряжения питается
выпрямительный мост В2. Выпрямленное напряжение U2,
снимаемое с моста, будет пропорционально загрузке роторного колеса.
Контроль загрузки ленточного транспортера осуществляется
посредством индукционного датчика ИД, якорь которого связан
с пружинящим роликом, расположенным под лентой
транспортера. С изменением загрузки ленточного транспортера якорь
индуктивного датчика перемещается. Это сказывается на
величине индуктивного сопротивления датчика, а следовательно, на
величине напряжения, подаваемого на первичную обмотку
трансформатора ТН,. Выпрямленное напряжение Uu снимаемое
с выпрямителя В,, будет определять загрузку транспортера.
Напряжения Uy или Иг подаются на обмотку НО
электромашинного усилителя ЭМУ.
Параметры схемы подбираются таким образом, что при
разработке нормальных грунтов напряжения U\ и U2 были бы
одинаковы.
547
JMo>
■^380
®
Щ
Ш
< >
)Гц J*1 II
< i liajj—
- 220B,
50Гц
Ш
Рис. 38.7. Схема автоматического регулирования
производительности роторного экскаватора
При разработке твердых грунтов £/i>£/2, поэтому
выпрямитель В) оказывается запертым. Система автоматического
регулирования работает с контролем загрузки двигателя роторного
колеса.
При разработке мягких грунтов Ui>U2 и выпрямитель В2
заперт. В этом случае система автоматического регулирования
работает с контролем загрузки ленточного транспортера.
Двигатель Д подачи экскаватора получает питание от
генератора Г, обмотка возбуждения которого ОВГ подключена к якорю
электромашинного усилителя ЭМУ. Последний имеет две
обмотки — задающую ЗО и обмотку напряжения НО. Магнитный
поток обмотки напряжения направлен навстречу магнитному
потоку задающей обмотки.
Если производительность экскаватора ниже допустимой, то
размагничивающее действие обмотки НО уменьшается, что
вызывает увеличение возбуждения ЭМУ и, как следствие, повышение
напряжения на двигатели подачи. Возрастание скорости
двигателя подачи приводит к увеличению толщины снимаемой стружки
и повышению производительности экскаватора.
Внедрение этой системы автоматического регулирования
привело к значительному увеличению производительности
экскаватора (на 10...20%).
38.5. Контроль качества уплотнения грунта
При послойном уплотнении грунта машинами динамического
действия контроль качества уплотнения производится при
помощи динамического индикатора. Это устройство предназначено
548
Рис. 38.8. Схема расположения
устройства автоматического непрерывного
контроля качества уплотнения грунта
на машине
для автоматического
непрерывного контроля качества
уплотнения грунта непосредственно в
процессе трамбования или
вибрирования.
Устройство (рис. 38.8)
состоит из индукционного
вибродатчика 2 и прибора 3,
регистрирующего сигнал датчика. Датчик 2
монтируется на рабочем органе —
трамбующей плите 1 машины.
Прибор 3 со шкалой
устанавливается на рабочем месте машиниста и соединяется с датчиком
кабелем 4.
До начала работ выполняют тарировку — определяют такое
показание индикатора, которое соответствует проектной
плотности грунта при слое заданной толщины. Тарировку выполняют
в процессе пробного уплотнения.
При работе машин динамического действия степень
уплотнения грунта обратно пропорциональна скорости движения машин,
поэтому задача машиниста сводится к поддержанию скорости,
при которой показания индикатора будут соответствовать
показаниям, полученным при тарировке. Применение динамических
индикаторов плотности позволяет повысить качество уплотнения
грунта и увеличить производительность грунтоуплотнительных
машин.
38.6. Автоматизация подъемно-транспортных машин
Системы автоматизации на башенных кранах применяются в
устройствах, обеспечивающих безопасную работу крана; к ним
относятся ограничители конечных положений механизмов,
ограничитель грузоподъемности, указатели вылета, анемометры,
тупиковые упоры на крановом пути, рельсовые захваты, звуковые
сигналы и различные таблоуказатели крайних положений
рабочих органов. Ограничитель представляет собой систему,
состоящую из конечного выключателя и воздействующего на него
устройства. На башенном кране устанавливают следующие
ограничители:
передвижения — для автоматической остановки механизма
передвижения перед подходом крана к тупиковым упорам;
поворота — для автоматической остановки механизма
поворота после совершения краном с бескольцевым моноприемником
определенного числа оборотов;
угла наклона стрелы — для автоматической остановки
стреловой лебедки;
высоты подъема — для автоматического отключения грузовой
лебедки перед подходом крюковой подвески к стреле;
грузоподъемности — для автоматического отключения
грузовой и стреловой лебедок при подъеме груза, масса которого на
549
10 % превышает номинальную грузоподъемность крана на
данном вылете.
Размещение устройств и приборов безопасности на башенном
кране показано на рис. 38.9. Для защиты кранов от перегрузки
при подъеме груза, превышающего допустимый для данного
вылета, используют электромеханические ограничители
грузоподъемности ОГП-1. Датчик усилия является динамометром,
преобразующим посредством рычажной системы и потенциометра
усилие динамометрического кольца в пропорциональный
электрический сигнал.
Датчик угла является потенциометром, преобразующим
посредством кулачка рычажной системы и ползуна угол подъема
стрелы в пропорциональный электрический сигнал.
Релейный блок предназначен для сравнения электрического
сигнала от датчика усилия с сигналом от датчика угла и выдачи
соответствующих команд приборам панели сигнализации и
исполнительным органам крана. На передней панели блока
расположены переключатель характеристик, предохранитель и
тумблер. Внутри релейного блока размещены реле, конденсаторы,
постоянные резисторы и настроечные потенциометры.
Панель сигнализации является индикаторным устройством,
Рис. 38.9. Схема размещения автоматических устройств
контроля на башенном кране:
/ - датчик анемометра; 2 — датчик усилия; 3 — ограничитель
высоты подъема крюка; 4 — датчик угла; 5 — исполнительное
устройство; 6 — ограничитель высоты подъема башни; 7 -
ограничитель поворота; 8 — ограничитель передвижения; 9 —
исполнительное устройство анемометра; 10 — блок управления
ограничителем грузоподъемности
550
позволяющим наблюдать по шкале миллиамперметра степень
загрузки крана, а по сигнальным лампам — включенное состояние
исполнительного устройства.
Релейный блок и панель сигнализации помещены в щитах
закрытого исполнения и установлены в кабине управления.
Работа ограничителя ОГП-1 основана на сравнении
электрического сигнала датчика усилия, пропорционального усилию в
стреловом расчете, с величиной электрического сигнала,
задаваемого датчиком угла и определяющего допустимую величину
усилия. Ограничитель рассматриваемой модификации имеет
шесть различных характеристик, переключаемых в зависимости
от ветрового района и высоты крана. Характеристики
устанавливаются с помощью переключателя на релейном блоке и
кондукторного фланца на датчике угла.
При переключении характеристик следует строго соблюдать
последовательность работы, величины высот и ветровых
нагрузок.
Ограничитель ОГП-1 питается постоянным током
напряжением 12 В от блока питания, для чего включают тумблер ТВ на
релейном блоке. При отсутствии груза на крюке или при работе
с допустимым по массе грузом поляризованное реле нагрузки
РП, включенное в диагональ моста, находится под током и его
замыкающий контакт закрыт. На реле времени РВ-01 подано
питание. Реле времени РВ-02 обесточено, так как контакт РВ-01
в цепи его катушки разомкнут. На реле ТБ питание не подано и
его размыкающий контакт закрыт, что обеспечивает нормальную
работу цепи управления крана. На панели сигнализации горит
зеленая лампа ЛЗ.
При перегрузке крана или при опускании стрелы с грузом,
превысившим грузоподъемность на данном вылете, появление
недопустимого усилия в датчике усилия сопровождается
изменением сопротивления датчика ДУС и обесточиванием реле РП.
Замыкающий контакт РП отключает катушку реле времени
РВ-01 и срабатывает реле времени РВ-02 (рис. 38.10).
Замыкающий контакт реле РВ-02 с выдержкой времени 1,3...
1,5 с собирает цепь на включение катушки реле РБ. Контакт реле
РБ в цепи линейного контактора крана размыкается, запрещая
подъем груза и опускание стрелы. Замыкающий контакт РБ
включает аварийную красную лампу ЛК на панели
сигнализации. При опускании груза или стрелы усилие в стреловом расча-
ле уменьшается и схема прибора возвращается в исходное
состояние.
Ограничители грузоподъемности имеют несколько
модификаций, различающихся числом характеристик и способом их
переключения (вручную или автоматически, способом установки
датчиков).
На современном этапе автоматизация башенных кранов
совершенствуется и улучшается. Сейчас башенный кран
обслуживает один машинист, который управляет краном и контролирует
551
+, 12В.-
npTBj J_
ДУС
ДУГ •
ь*
РП ■•
Ш:
ПРР
PBD1
PBD2-
У.
PBOi
РБ
РБ
РБ
1S~
PBD1,
ПРР
о-
РВ0 2
-Q-
РБ
пз
ж
Предохранитель
Датчик
усилий
Реле поля-
ризованное
Указатель
положения
Датчик угла
поборота
Добадочные
сопротивления
Реле
отсчета
времени
Реле блокироб
ки роботы
механизма крана
6 схему отключения
исполнитепьного
механизма крана
Рис. 38.10. Электрическая схема ограничителя
грузоподъемности
его работу. В будущем все процессы управления и контроля по
режиму работы крана будут автоматизированы по программе на
производство работ. В таком случае один человек может
управлять работой нескольких кранов.
В настоящее время в ЦНИИОМТП создан
микропроцессорный ограничитель грузоподъемности для самоходных
автомобильных кранов с телескопической стрелой. Основной частью
устройства является электронный анализатор, задачей которого
является обработка информации, поступающей с датчиков
давления в гидроцилиндре, угла наклона стрелы крана и длины
вылета стрелы крана. Эти датчики преобразуют перечисленные
физические величины в постоянное напряжение, которое
поступает в микропроцессорную часть системы.
Устройство защиты телескопического крана выдает
информацию о состоянии машины на пульт оператора и вырабатывает
552
сигнал в аварийных ситуациях. На пульте управления имеется
различная световая индикация показаний параметров
телескопического крана и установлены ряд тумблеров, с помощью которых
оператор задает в систему определенные данные в двоичном
коде. Данные содержат сведения о таких параметрах, как
толщина троса, режим работы крана, вес упаковки (тары), давление
в гидроцилиндре, угол наклона и длина вылета стрелы крана.
Устройство обеспечивает информацию о перегрузках и
аварийных ситуациях.
38.7. Микропроцессорная система управления
бетоносмесительной установкой
В последние годы интенсивно ведутся работы по созданию и
серийному освоению систем управления бетоносмесительными
установками с применением микропроцессорных средств и тензо-
метрических дозаторов.
В настоящее время разработана новая автоматизированная
бетоносмесительная установка СБ-145 производительностью
30 м3/ч в зимнем исполнении с применением весодозировочного
оборудования на тензодатчиках и микропроцессорных средствах
управления (рис. 38.11). Установка имеет блочно-модульное
исполнение. Для повышения эффективности способа подогрева
заполнителей она оснащена средствами автоматического
контроля температуры и учета расходуемой теплоты.
Современные требования к качеству бетонных смесей и
экономии дефицитного цемента предъявляют свои требования и к весо-
дозировочному оборудованию, работа которого основывается на
механических рычажных способах измерения массы. Для
экономии цемента и повышения качества смеси требуется точная
дозировка, чего механические весы не обеспечивают.
Прогрессивные безрычажные системы взвешивания с
применением электрических силоизмерительных устройств (тензодатчи-
ков) в настоящее время осваиваются отечественной
промышленностью. Так как трущихся механических деталей в тензометри-
ческих дозаторах нет, то обеспечивается высокоточное и
эффективное дозирование. По экспериментальным данным весовая
система, подвешенная на электрические тензодатчики,
обеспечивает точность взвешивания 0,1...0,5 %.
Значительное повышение уровня автоматизации выпуска
бетонных смесей и растворов обеспечивает применение
микропроцессорных средств.
Применение специализированной микропроцессорной системы
управления с использованием тензодатчиков для автоматизации
бетоносмесительной установки СБ-145 производительностью
30 м3/ч (рис. 38.12) является значительным шагом повышения
уровня автоматизации приготовления бетонных смесей и
растворов. Такая система обеспечивает повышение производительности
технологического оборудования, оптимизацию технологических
553
Рис. 38.11. Технологическая схема автоматизированной бетоносмеситель-
ной установки СКБ-145:
/ - силос цемента; 2 — датчик контроля уровня цемента; 3 — питатель винтовой;
4 — дозатор цемента; 5 — бойлер горячей воды; 6 датчик контроля
температуры воды; 7— дозатор воды; 8—бетоносмеситель; 9 — пульт управления; 10 —
конвейер наклонный; //—дозатор жидких химических добавок; 12—блок
бункеров заполнителей; 13 — датчик контроля температуры заполнителей; 14
датчик контроля влажности песка; 15 — ленточный питатель;
16—взвешивающее устройство тензометрическое; 17 горизонтальный разгрузочный конвейер
.заполнителя; 18 — емкости для жидких химических добавок; 29—насос подачи
добавок; 20 — тензодатчнк; 21 — датчик контроля верхнего уровня
заполнителей; 22 — автопогрузчик
процессов в целях экономии сырья, энергии, снижение брака,
диагностику работы технологического оборудования и элементов
систем управления, широкую информацию о контроле и учете
исходных материалов и выдаче смеси в транспортные средства,
имеет возможность учитывать изменения характеристик
инертных материалов.
Система управления приготовлением бетонных смесей
выполняет функции по управлению самим технологическим процессом.
К ним относятся: задание доз компонентов бетонной смеси в
соответствии с рецептурой, автоматическое дозирование
составляющих материалов с помощью управления электромагнитными
клапанами, определение времени смешивания и разгрузки
смесителя и др.
Автоматическое управление следит за ходом технологического
процесса с одновременной подачей сигналов на пульт оператора-
технолога с помощью сигнальных ламп на мнемосхеме и выводом
информации на дисплей, что позволяет оператору иметь полную
информацию о состоянии технологического процесса.
554
С помощью управляющей
клавиатуры в память микро-
ЭВМ программируются
используемые рецепты.
Количество используемых рецептов
определяется для каждого
заказа индивидуально. Выбор
номера рецепта, изменение
объема массы и содержание
какого-либо рецепта
высвечиваются на дисплее. Если при
дозировке происходит сбой, то и
процесс дозирования
прекращается. Это фиксируется на
дисплее ЭВМ и на
печатающем устройстве.
Одновременно микроЭВМ регистрирует
расход составляющих
материалов, изготовленный объем
бетонной смеси по рецептам
и накладные по каждой
машине. Эти данные 'необходимы
при расчетах финансовых
расходов и при определении
потребности в материалах.
Бетоносмесительная
установка СБ-145 оснащена комплектом дозаторов с
микропроцессорной системой управления.
В состав системы входит пульт управления БМУ-2,
управляющий вычислительный комплекс УВКС на базе микроЭВМ СМ
1810, тензометрические дозаторы заполнителей ДТП-2500,
цемента ДТЦ-500, воды ДТЖ-200 и химических добавок ДТЖ-ЮО.
Источниками сигналов являются бесконтактные конечные
выключатели, устанавливаемые на технологическом оборудовании, и
блок-контакты магнитных пускателей электроприводов. Конечные
выключатели фиксируют положение пневматических
исполнительных механизмов. Сигналы подаются на пульт управления
БМУ-2. На пульт управления подаются также аналоговые
сигналы от усилителей тензодатчиков и влагомера песка ВПС-205М,
дискретные сигналы «предварительный пуск» и «машина под
загрузку установлена». Выходные сигналы пульта подаются на
УВКС, где происходит их обработка. Управляющие сигналы
УВКС подаются на пульт для их усиления до мощности,
необходимой для управления исполнительными механизмами.
Пульт БМУ-2 состоит из функциональных блоков,
выполненных в виде самостоятельных узлов: блока индикации БИН, блока
дистанционного управления БДУ, блока преобразующих
устройств БПУ, блока питания БП.
Блок дистанционного управления БДУ включает панель уп-
Рис. 38.12. Структурная схема
микропроцессорной системы управления
автоматизированной бетоносмесительной
установкой СБ-145 производительностью 30 м3
в 1 ч:
/ — алфавитно-цифровой дисплей ВТА-2000.20:
2—микроЭВМ СМ1810; 3 — устройство
ввода — вывода дискретных сигналов УВД; 4 -
устройство ввода — вывода аналоговых
сигналов УВА; 5 — накопитель на магнитной ленте
РК1; 6 — блок питания; 7 — печатающее
устройство; 8 — пульт оператора-технолога; 9 -
комплект согласующих устройств КСУ; 10 -
технологическое оборудование БСУ; 11 —
согласующее устройство дискретных
сигналов; 12 — блок силового оборудования
555
равления с расположенными на ней коммутационными
элементами, необходимыми для включения механизмов в автоматическом
и дистанционном режимах работы установки.
В состав УВКС входят также дисплейный модуль, алфавитно-
цифропечатающее устройство, устройство связи с объектом
управления УСО.
Включение системы начинается с предварительного диалога,
который включает в себя запросы с экрана дисплея и получение
на них ответов с помошью клавиатуры дисплея. К числу таких
запросов относятся: текущее время и дата, режим работы
(зимний или летний). Предусматривается два вида пользователя:
оператор и лаборант. При вводе кода лаборанта на экране
дисплея высвечивается перечень возможных команд: рецепт и
модификация рецепта (изменение рецептуры), ввод параметров по
фактическим характеристикам исходного сырья (влажность
щебня, модуль крупности песка, взаимная засоренность
заполнителей, тонкость помола цемента). При вводе кода оператора
перечень возможных команд, отображенных на дисплее, составляет:
просмотр рецепта, прием заказа на исполнение, снятие заказа,
команда на выполнение заказа в автоматическом режиме, печать
отчета о конкретном заказе.
Таким образом, лаборант в отличие от оператора имеет
возможность корректировки рецептов, хранящихся в
энергонезависимом ПЗУ, но не может управлять процессом приготовления
смеси, что является функцией оператора. Наиболее
существенной является команда «выполнение заказа в автоматическом
режиме». Выполняются задачи управления технологическим
процессом и задача индикации состояния объекта управления.
Первая задача включает в себя управление последовательностью
технологических операций, контроль состояния управляемых
механизмов, опрос измерительных систем дозаторов, управление
загрузкой и разгрузкой дозаторов, отсчет времени
перемешивания и управления разгрузкой смесителя, проверка исправности
управляемых механизмов, линий связи измерительных систем
дозаторов.
При выполнении задачи «индикация состояния объекта
управления» на экране высвечивается мнемосхема БСУ, данные о
выполняемом заказе (номер рецепта, заданные дозы
компонентов, дата и текущее время, объем заказа) и данные о ходе
выполнения заказа (текущая масса доз компонентов, количество
выданной смеси в данном заказе, объем перемешиваемой смеси,
фактически отдозированная масса компонентов), сигнализация
об аварийных ситуациях. Система реагирует на следующие
аварийные ситуации и индицирует их на экране дисплея: отсутствует
сигнал «предварительный пуск» (низкое давление воздуха в
пневмосети, не включен смеситель или наклонный конвейер),
неисправность конкретного управляемого механизма
(выявляется при несоответствии фактического состояния управляемого
механизма заданному значению в течение интервала времени
556
более допустимого, при этом для механизмов с пневмоприводом
производятся попытки восстановления нормального хода
технологического процесса путем выработки воздействий,
имитирующих действия оператора при дистанционном управлении);
неисправность датчика положения; неисправность системы измерения
массы; нет подачи материала в дозатор при включенном
питателе (при этом осуществляется попытка восстановления нормаль-
го хода технологического процесса); неполная разгрузка
дозатора (остаточная масса больше допустимого значения и при этом
производится попытка извлечения налипшего на стенки весового
бункера материала путем встряхивания); отклонение от заданной
дозы выше допустимого; сбой в памяти рецептур.
При возникновении аварийных ситуаций дозирование
прекращается, а на экране дисплея высвечивается сообщение о причине
остановки. При этом во всех ситуациях оператору предлагается
перейти на дистанционный режим работы.
Глава 39
ПРИМЕНЕНИЕ МАНИПУЛЯТОРОВ
И РОБОТОВ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
39.1. Классификация строительных манипуляторов
Манипулятор — это управляемое устройство или машина для
выполнения двигательных функций, аналогичных функциям руки
человека при перемещении объектов в пространстве, оснащенное
рабочим органом.
Робот — это автоматическая машина, стационарная или
передвижная, состоящая из исполнительного устройства в виде
манипулятора, имеющего несколько степеней подвижности, и
перепрограммируемого устройства программного управления для
выполнения в производственном процессе двигательных и
управляющих функций.
Под определением «строительные манипуляторы» и «роботы»
следует понимать как самостоятельные разработки, так и новое
поколение строительных машин, дополненных манипуляторами.
Одним из основных резервов резкого сокращения ручного
труда в строительстве, повышения качества производства работ
является комплексная механизация и автоматизация
производственных процессов с помощью манипуляторов и роботов.
Замена физически тяжелого, вредного, опасного и
монотонного труда путем использования нового типа машин позволит
осуществить качественный скачок производительности. Средства
роботизации найдут применение на большинстве технологических
строительных процессов. При этом роботизация берет на себя в
первую очередь наиболее слабо механизированные участки.
Появление манипуляторов и роботов в строительстве повлечет
изменение технологии производства работ, потребует изменения
конструктивных решений зданий и сооружений.
557
Роботизация процессов в строительстве сейчас находится в
начальной стадии. Но уже сегодня можно реально говорить о
перспективах и необходимости применения манипуляторов и
роботов, создания на их базе новых высокопроизводительных
технологий. Имеющийся опыт первого использования средств
роботизации показывает реальность резкого повышения
производительности труда и качества выполняемых строительно-монтажных
работ.
Работы по созданию строительных манипуляторов ведутся по
трем направлениям: проведению базовых исследований,
разработка новых средств робототехники и внедрение серийных
манипуляторов и роботов в строительстве.
Приведенные научно-исследовательские работы по созданию
и внедрению в строительство манипуляторов и роботов
определили технико-экономическую эффективность роботизации свыше 80
технологических процессов и операций. К ним относятся
устройство инженерных коммуникаций, конструкций из монолитного
железобетона, устройство сборных полов и кровли, отделочные
работы, возведение и монтаж перегородок, монтаж
технологического оборудования, разработка строительных конструкций и по-
грузочно-разгрузочные работы.
Основным направлением в создании средств робототехники
является унификация, типизация и на ее базе реализация
принципов агрегатно-модульного построения манипуляторов и
роботов.
Комплекс работ по унификации включает разработку
унифицированных типоразмерных рядов, типажей, унификацию
составных частей роботов и манипуляторов, а также унификацию
множества значений технических показателей.
Агрегатно-модульное построение способствует увеличению
серийности изготовления роботов и манипуляторов, сокращению
сроков их разработки и внедрения, снижению себестоимости,
ликвидации избыточных узлов, упрощению эксплуатации и ремонта.
В настоящее время исследования направлены на комплексное
решение задачи в части разработки новых технологий
строительно-монтажных работ, имеющих возможность оснащения их
роботами с промышленным зрением, с органами очувствления
зажима объекта манипулирования и многопроцессорностью
операций. Последнее подразумевает, например, возможность робота
при монтаже конструкций самостоятельно взять строительную
деталь, установить ее в выверенное положение, закрепить и
перейти к следующей операции. Такой подход позволит в
дальнейшем перейти на АСУ ТП в строительстве.
Важнейшая проблема роботизации — это технологическая
подготовка производства, вызывающая, как правило,
необходимость пересмотра самого технологического процесса и особенно
оснащение его высокопроизводительным технологическим оборУ"
дованием.
Объектами роботизации могут являться технологические пр°~
558
цессы и их части, транспортные и вспомогательные операции.
Выбор объектов роботизации должен осуществляться по
совокупности технических, экономических и социальных факторов.
Манипуляторы и роботы могут работать как самостоятельно,
так и в составе технологического оборудования. Одним из
главных отличительных особенностей манипулятора и робота
является их подвижность. Сумма движений относительно основания
манипулятора или робота определяет подвижность последних и
называется числом степеней подвижности.
В зависимости от направлений перемещений и вращений
манипуляторы и роботы могут работать в следующих системах
координат:
в прямоугольной, когда объект манипулирования
перемещается по трем (или двум) взаимно перпендикулярным осям (рис.
39.1, а);
в цилиндрической, которая характеризуется перемещением
объекта манипулирования в основной координатной плоскости
по радиусу под различными углами (рис. 39.1, б);
в угловой, когда перемещение объекта манипулирования
осуществляется за счет угловых поворотов рабочего органа
манипулятора.
При этом пространство, в котором рабочий орган выполняет
свои функции в соответствии с назначением и установленными
параметрами характеристик, называется рабочей зоной
обслуживания.
Манипулятор с ручным управлением — это устройство,
управляемое оператором, которое может осуществляться дистанционно
или непосредственно за счет перемещения рабочего органа, а
также в сочетании дистанционного и непосредственного
управления.
Программное управление манипуляторами и роботами произ-
Рис. 39.1. Система координатных перемещений манипуляторов:
а — прямоугольная (монтаж элементов перегородок); б- цилиндрическая
(антикоррозионное покрытие поверхности цилиндрического резервуара)
559
водится с автоматическим изменением программы в функции от
контролируемых параметров.
Модуль — это функционально и конструктивно независимая
единица, которая может использоваться индивидуально и в
различных комбинациях с другими модулями. Модули строительных
манипуляторов и роботов состоят из четырех основных
элементов: привода, исполнительного механизма, датчиков точного
позиционирования и энергетических соединителей.
Одной из главных частей исполнительного устройства
является рабочий орган манипулятора, в качестве которого
применяются инструменты и захватные устройства. К рабочим
инструментам манипулятора для выполнения различных строительных
операций относятся: окрасочный пистолет, шлифовальные и затироч-
ные машины, сварочные клещи, сборочный инструмент,
устройство для набрызга бетона, клинья, сверлильные машины и др.
39.2. Применение средств робототехники
в строительстве
Захватные устройства различны, так как применяются для
различных операций и отличаются между собой по конструкции,
приводу, способу работы. Одна и та же модель манипулятора
может иметь несколько захватов, которые при необходимости
легко и быстро заменяются.
По способу удержания груза применяемые захватные
устройства подразделяют на поддерживающие, зажимные,
притягивающие (контактные) и зачерпывающие для сыпучих грузов.
Приводы манипуляторов и роботов в значительной степени
определяют их динамические характеристики — ускорение,
скорость движения рабочего органа, точность позиционирования и
т. д. Приводы бывают пневматические, гидравлические и
электрические.
Устройства управления манипуляторами и роботами
предназначены для формирования и выдачи управляющих воздействий
исполнительному устройству.
Создание средств робототехники осуществляется по двум
основным направлениям. В первую очередь разрабатываются
специальные и многофункциональные манипуляторы:
манипуляторы для монтажа перегородок, устройства коммуникаций,
бетонных, отделочных, погрузочно-разгрузочных и других видов работ.
Следующим направлением является совершенствование
строительных машин путем оснащения их манипулятора. К таким
разработкам относятся краны-манипуляторы и
погрузчики-манипуляторы.
Технические показатели манипуляторов определяются
областью их применения и условиями производства, для которых
предназначается манипулятор или робот. Они включают
показатели признаков классификации, массы, габаритов, рабочей зоны,
560
Рис. 39.2. Многофункциональный манипулятор МЭО-3341
на базе экскаватора третьей размерной группы
погрешности позиционирования, скоростные и силовые
характеристики.
В основной массе строительных манипуляторов и роботов
нашел применение шарнирный рабочий орган.
Так, многофункциональный и бортовой манипуляторы имеют
шарнирно-сочлененный двухсекционный рабочий орган. У
первого на конце органа установлен позиционер, а у второго —
оголовок для захвата.
Наиболее распространенный многофункциональный
манипулятор создан на базе экскаватора третьей размерной группы
(рис. 39.2). Многофункциональный манипулятор МЭО-331
предназначен для монтажа коммуникаций, разборки конструкций,
уплотнения грунта, бетонных, арматурных, опалубочных и других
строительно-монтажных работ. Конструкция манипулятора
основывается на базе экскаватора третьей размерной группы.
Манипулятор имеет семь степеней подвижности, может
манипулировать грузом массой до 2 т с максимальным вылетом рабочего
органа 7 м. Рабочий орган манипулятора представляет собой
шарнирно-сочлененную двухсекционную стрелу. Вторая секция
соединена с позиционером, который позволяет осуществлять
поворотные движения. Крепление захватов и рабочих органов
производится через универсальный оголовок. Захваты и рабочие
19—721 561
органы можно заменять непосредственно из кабины машиниста
без разгерметизации гидросистемы. Трехнасосная система,
гидропривод и система управления позволяют осуществлять
необходимое совмещение движений и регулирование скоростей движения
элементов рабочего оборудования в достаточно широком
диапазоне. Манипулятор имеет две параллельные системы управления:
внутреннюю с рукоятками управления и выносную, позволяющую
управлять манипулятором вне кабины. Наличие универсального
оголовка позволяет разрабатывать и применять разнообразные
захваты от необходимости механизации тех или иных операций.
Для примера на рис. 20.2 показан технологический процесс
монтажа коммуникаций с применением многофункционального
манипулятора. При этом он производит операции по отрывке
траншеи, устройству выкружки, укладке и сборке трубопровода,
установке ограждения и лотков, засыпке траншеи с трамбовкой
грунта. Манипулятор выпускается серийно и найдет широкое
применение на бетонных, арматурных, опалубочных работах, а
также при проведении работ по реконструкции зданий и
сооружений.
В настоящее время разработан строительно-монтажный
манипулятор с шарнирно-сочлененной стрелой, предназначенный для
монтажа строительных элементов зданий высотой до трех
этажей.
Манипулятор состоит из механизма передвижения на
пневматическом ходу, ходовых тележек и рамы, опорно-поворотного
круга, поворотной платформы с установленными на ней
противовесами и двухзвенной шарнирно-сочлененной стрелой,
приводимой в движение двумя гидроцилиндрами и имеющий на оголовке
кабину оператора и грузозахватное устройство.
Создание такого манипулятора взамен башенного крана
вызвано технологическими требованиями повышенной зоны
обслуживания, улучшения маневренности с грузом и
приближением машиниста к зоне монтажа.
Для наружных отделочных работ создан манипулятор с
телескопическими звеньями исполнительного оборудования. На шасси
устанавливается шарнирно-сочлененная стрела с
телескопическими звеньями (по аналогии со стреловым краном), на конечном
звене которого закрепляется рабочий орган с площадкой,
которая предназначена для оператора при производстве особо точных
работ и при наладке автоматизированной системы робота при
производстве работ. Создание роботов с разветвленной сенсорной
системой управления является основным направлением развития
роботизации. Строительные роботы новых поколений займут
места маляров, штукатуров, монтажников и рабочих многих
других строительных профессий.
К технологическим операциям, выполненным при
производстве бетонных работ и подлежащим роботизации, следует отнести:
укладку бетонной смеси, уплотнение бетонной смеси с помощью
вибраторов с электродвигателями, монтаж арматурных плоских
562
и пространственных элементов, монтаж и демонтаж опалубочных
элементов, смазку и очистку щитов опалубки, резание и
сверление бетонных и железобетонных конструкций алмазным кругом
и алмазными кольцевыми сверлами и разрушение бетонных и
железобетонных конструкций гидравлическими
расклинивающими устройствами.
Манипулятор, подающий нужное количество бетонной смеси
в требуемое место, имеет стыковочное устройство для
присоединения к бункеру со смесью.
Функции манипулятора при устройстве сборных полов из
естественных или искусственных камней сводятся к следующим
операциям: захват плиты в месте складирования, перенос плиты
к месту укладки, ориентация плиты относительно ранее
уложенной или относительно строительных конструкций, укладка плиты
на раствор.
Применение манипулятора при устройстве сборных полов
позволит исключить тяжелую монотонную ручную работу по
переноске, укладке и выверке плит, повысить производительность
труда в среднем в 2 раза, улучшить качество укладки плит,
высвободить одного человека.
Функции манипулятора при выполнении штукатурных работ
заключаются в удержании и равномерном перемещении рабочего
органа (насадки) в процессе набрызга раствора, в удержании
и перемещении рабочего органа при разравнивании. В последней
операции манипулятор выполняет заглаживание малых
неровностей и получение ровной и гладкой поверхности.
Применение манипулятора при набрызге штукатурных
составов позволяет исключить монотонную операцию ручного
управления соплом распылителя, повысить производительность труда
и качество работ. Манипулятор для разравнивания штукатурных
составов дает возможность механизировать тяжелый ручной
труд, высвободить рабочего и повысить производительность
труда.
К перспективной роботизированной технологии относятся
кровельные работы. Возможность шарнирно-расчлененных
манипуляторов подать рабочий орган в любую точку кровли
позволяет устраивать мастичные кровли. Манипулятор, удерживая
форсунку на высоте 0,8 м от основания, движениями влево и
вправо наносит мастику на поверхность основания ровным
слоем.
Важной и трудоемкой операцией при возведении зданий и
сооружений является монтаж строительных перегорок, в том
числе из асбестоцементных экструзионных панелей (ПАЭ) длиной
3 и 6 м, шириной 0,3 и 0,6 м, массой от 2 до 219 кг и фосфогипсо-
вых плит.
Для монтажа перегородок разработан манипулятор (рис. 39.3),
который выполняет операции захвата панели, ее подъема,
перемещения, установки в проектное положение и удержания ее в
этом положении до закрепления.
19*
563
Рис. 39.3. Манипулятор для монтажа перегородок:
/ - панель из фосфогипса; 2 - захват; 3 — стрела; 4 — щит управления;
5 — механизмы поворота; 6 — шасси; 7 — аутригеры
Применение манипулятора в процессе монтажа перегородок
позволяет исключить тяжелый ручной труд, повысить в 1,5 раза
производительность труда и высвободить одного рабочего.
Значительную долю трудоемкости на механомонтажных
работах (около 30 %) составляют подъемно-транспортные и
установочные операции: подъем и удержание в определенной
ориентации узлов технологического оборудования, трубопроводов и
металлоконструкций; подъем, транспортировка в пределах
монтажной площадки и установка в проектное положение оборудования
и конструкций. Проведенный анализ показал, что наибольшее
повышение производительности труда на этих операциях может
дать применение монтажных манипуляторов и
кранов-манипуляторов.
Для перечисленных типов оборудования необходим
специальный захват, который позволяет монтировать это оборудование.
Для выполнения работ при реконструкции промышленных
предприятий разработано новое средство механизации на основе
принципов манипуляционной техники на базе экскаватора 5-й
размерной группы.
39.3. Автоматические захватные устройства
строительных манипуляторов
Одной из главных составных частей исполнительного устройства
является рабочий орган манипулятора. В качестве рабочего
органа применяются инструменты и автоматические захватные
устройства. К рабочим инструментам относятся: окрасочный
пистолет, шлифовальные и затирочные машины, сварочные
клещи, сборочный инструмент, устройство для набрызга бетона,
клинья, сверлильные машины и другие инструменты, с которыми
564
манипулятор производит различные строительные операции.
Наиболее часто используют в качестве рабочего органа захватные
устройства (рис. 39.4). Они различны по конструкции, приводу,
способу работы. Многообразие захватных устройств
определяется различными строительными операциями.
Объекты манипулирования отличаются между собой по
прочности, массе, габаритам, конфигурации, шероховатости
поверхности и др. Монтируемые предметы изготовляются из различных
строительных материалов. Это может быть и технологическое
оборудование, трубопроводы, колонны, железобетонные блоки,
стальные и асбестоцементные листы, кирпич, фосфогипсовые
перегородки и т. д. Один и тот же манипулятор может выполнять
различные операции, поэтому часто для каждой модели
манипулятора создается множество различных захватов, которые при
необходимости легко и быстро заменяются.
По способу удержания груза захватные устройства
подразделяют на поддерживающие, зажимные, притягивающие
(контактные) и зачерпывающие для сыпучих грузов.
В поддерживающих захватах груз опирается на его элементы
и поддерживается ими. В процессе соединения захватного
устройства с грузом последний захватывается его элементами (ла-
Рис. 39.4. Автоматические захваты для строительных манипуляторов
а — рычажно-клещевые; б, в, г — притягивающие
565
пами, вилами и т. д.) или закрепляется крюками, скобами и
петлями.
Наибольшее применение получили рычажно-клешевые, ры-
чажно-фрикционные, эксцентриковые, клиновые (цанговые), а
также комбинированные захватные устройства, сочетающие в
себе элементы различных типов.
В захватных устройствах применяют пружинные пальцы с
закрепленными на них сменными накладками. Закрепление груза
осуществляется за счет упругости пружин, а раскрепление —
пневмо- или гидроприводом. Гибкие мягкие надувные пальцы
с эластичной оболочкой при подаче в них воздуха изгибаются
в соответствии с конфигурацией поверхности захватываемого
груза.
В притягивающих (контактных) захватах груз удерживается
за счет электромагнитного или вакуумного взаимодействия
между ними. Электромагнитные захваты используются только в
работе с магнитными материалами. Вакуумные захваты имеют
возможность быстрого захватывания и освобождения от
перегружаемых изделий.
Кинематические схемы механических захватных устройств
манипуляторов могут быть самые разнообразные. Выбор
конструкции зажимного механизма определяется рядом факторов:
параметры и свойства груза, характер операций с грузом,
точность ориентирования и позиционирования, скорость и радиус
манипулирования, необходимый ход захвата.
Для получения информации о правильной установке грузов,
скорости их перемещения, об усилии сжатия груза, о положении
устройств относительно груза находят применение сенсорные
датчики, устанавливаемые на захватных органах.
Для увеличения срока службы захватных устройств,
предназначенных для подъемно-транспортных работ в условиях
интенсивного износа, губки пальцев изготовляют из быстросъемных
пластин.
Вакуумные грузозахватные устройства применяют
преимущественно при работе с ровными поверхностями. Эти захваты
отличают простота конструкции и небольшая масса. Одним из
основных элементов вакуумного захвата является резиновая
или пластмассовая чашка-присоска. Откачивание воздуха из-под
присоска производится воздушным насосом или с помощью
эжектора.
Многообразие захватных устройств позволяет создать
манипуляторы со специализированными рабочими органами,
максимально отвечающими требованиям эксплуатации и
способствующие повышению производительности, качества, удобства
обслуживания манипуляторов.
Особое внимание уделяется развитию захватных устройств
в связи с тенденцией к универсальности манипуляторов,
модульности, агрегатности и быстроте переналадки.
При создании захватных устройств строительных манипуля-
566
торов учитывается, что они работают в самых разнообразных
условиях, применяются на различных операциях и
взаимодействуют с различными объектами манипулирования, которые
могут быть единичными, в пакетах, в контейнерах, таре и т. д.
Монтируемые строительные конструкции и изделия могут быть
изготовлены из железобетона, различных металлов, стекла,
пластмасс и т. д. Это могут быть пространственные фермы,
железобетонные плиты и блоки, объемные готовые элементы зданий,
колонны, технологическое оборудование, трубопроводы, стальные
и асбестоцементные листы, мелкоштучные строительные изделия,
стеклоблоки и т. д.
39.4. Экономическая эффективность автоматизации
строительных машин и манипуляторов
Экономический эффект от автоматизации и роботизации как
одного из важнейших направлений технического прогресса в
строительстве обеспечивает:
повышение эксплуатационной производительности машин и
оборудования за счет сокращения простоев и оптимизации их
загрузки;
снижение трудовых затрат за счет уменьшения количества
рабочих, обслуживающих машины;
улучшение и оздоровление условий труда рабочих в
обеспечении его безопасности за счет выполнения тяжелых и опасных
операций приборами, лучшего контроля хода процесса и
состояния машин;
повышение качества строительно-монтажных работ за счет
обеспечения его контроля и соблюдения требуемых параметров
и режимов процесса;
увеличение срока службы и межремонтных циклов машин за
счет создания оптимальных условий их работы;
сокращение материальных затрат (энергии электрической и
тепловой, цемента, металла и др.) за счет лучшего
использования в заданных количествах.
Основные показатели экономической эффективности
автоматизации, как и любой другой новой техники, — это себестоимость
единицы продукции, капитальные вложения, трудовые затраты
на единицу продукции.
Автоматизация технологического процесса требует
дополнительных капитальных вложений в приборы и оборудование.
Автоматизированный процесс (новая техника) сравнивается с
базовым по приведенным затратам на автоматизацию и
экономическому эффекту, определяемому на годовой объем продукции,
получаемой в результате внедрения автоматизации.
При оценке экономической эффективности были проведены
для примера сравнительные испытания работы автогрейдера в
автоматическом и ручном режиме с целью выявления изменения
567
производительности и качества работ, а также физической
нагрузки водителя в рабочем процессе.
В результате анализа качества выполняемых
автоматизированной машиной планировочных работ заданный продольный и
поперечный профили земляного полотна выдерживаются
значительно точнее и при этом число планировочных проходов
сокращается на 51 %. Установлено, что в автоматическом режиме
улучшается качество планировки и повышается
производительность машины в среднем на 67% (табл. 39.1). На основании
этого установлено, что каждая землеройно-планировочная
машина типа автогрейдера может дополнительно за год спланировать
площадь, равную 86 940 тыс. м2. Это позволит ежегодно
высвобождать около 130 единиц автогрейдеров с ручным управлением.
Кроме этого, определено влияние режима работы автогрейдера на
величину физической загрузки водителя в части изменения
интенсивности переключения рычагов и педалей управления
рабочим органом машины, величины динамической работы и
энергозатрат. При этом интенсивность работы в автоматическом
режиме управления сократилась в 5 раз, что обеспечивает снижение
величины динамической работы и энергозатрат автогрейдериста
на 80 %, а удельная величина физической работы водителя,
отнесенная к единице спланированной площади, снижается на
89 %. В автоматическом режиме значительно облегчается режим
работы водителя автогрейдера.
Таблица 39.1. Показатели режимов управления
Параметр
Отклонение поперечного уклона
поверхности дорожного полотна от заданного
значения, %
Отклонение поверхности дорожного
полотна от высотных отметок (продольный
профиль, мм)
Сокращение числа проходов при
окончательной отделке и профилировании, %
Сокращение расхода щебня на 1 км
дорожного покрытия при ширине полосы 7 м, м3
Режим управления
ручной
автоматический с
Системой «Профиль-20»
1,5
30
50
0,4
15
75
300,0
Одновременно себестоимость единицы работ снижается на
25 % при работе землеройно-планировочных машин в
автоматическом режиме.
Для примера рассмотрим экономическую эффективность
внедрения манипулятора (рис. 39.3) для перемещения и
установки в проектное положение фосфогипсовых плит при устройстве
перегородок в общественных и промышленных зданиях (табл. 39.2,
39.3).
568
Таблица 39.2. Сравнительные показатели монтажа
Наименование показателей
Годовой объем работ, м2
Затраты на механизацию на 1 м2, руб.
Удельные капитальные вложения
Монтаж перегородок
ручная строповка
8419
0,48
манипулятор
10 262
0,44
0,127
Таблица 39.3. Сравнение сроков выполнения операций
Наименование технологической
операции
Установкка элементов крепления плит
к конструкциям
Нанесение клея на плиту
Захват плиты
Перемещение плиты к месту монтажа
Установка плиты в проектное положение
Отделка стыков
Перемещение оснастки на следующую
захватку
Время выполнения технологической
операции, мин
БТ
0,3
1,0
0,05
0,25
1,5
0,6
0,3
НТ
0,3
0,75
0,1
0,27
0,15
0,6
0,3
К захвату манипулятора, который монтируется на шасси,
крепится стрела и электропривод, обеспечивающий вертикальное
перемещение стрелы. Блок тиристорного управления
обеспечивает плавное регулирование скорости вертикального перемещения.
К стреле, выполненной в виде пантографа, крепится захват с
рукояткой управления. Угол отклонения рукоятки управления от
горизонтальной оси пропорционален скорости подъема и
опускания груза. Балансировка стрелы выполнена в виде пружинного
уравновешивающего устройства, что позволяет оператору
перемещать груз в горизонтальной плоскости, прилагая усилие
30...50 Н.
При помощи клещевого схвата плита фиксируется в
захватном устройстве манипулятора. Затем за счет движения стрелы
манипулятора плита перемещается в зону монтажа и
устанавливается в проектное положение. Затем панель освобождается от
захватного устройства и стрела перемещается к приему
следующей плиты.
Экономический эффект от внедрения одного манипулятора
составляет 215,5 руб. и образуется за счет увеличения
производительности монтажа ввиду сокращения времени установки плиты
в проектное положение.
569
Глава ДО
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ АВТОМАТИЗАЦИИ
СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИН
Тенденция к автоматизации строительных машин на основе
средств электроники и вычислительной техники наметилась в
мировой практике и в нашей стране. Она является одним из
важных направлений повышения эффективности строительного
производства за счет автоматизации строительных машин.
Учитывая широкие возможности современной
микровычислительной техники для автоматизации строительных машин, в
частности, наличие компактных запоминаюших устройств с большой
памятью для хранения программ управления, разрабатывают с
помощью микропроцессорных средств в настоящее время
устройства управления строительных машин с очень высоким уровнем
автоматизации.
Вопрос повышения качества строительства необходимо
решать и с помощью средств оперативного контроля. Поэтому
создание и внедрение средств оперативного контроля
(информационные системы) работы машины можно рассматривать как
первоочередную задачу. Одной из основных причин
неиспользования автоматизированной техники в строительстве является
отсутствие жестких требований к качеству и приборов контроля
качества строительства. Зарубежный опыт автоматизации
строительных машин показывает, что строительные машины
оснащаются различными информационными компьютерами, которые
следят за выполнением технологических операций в строительстве
и своевременно сигнализируют о появлении повышенного износа
и дефектов в узлах, что позволяет сократить стоимость ремонта
и время простоя, отключает привод механизма при
критических изменениях контролируемых параметров и т. д.
Известно, что автоматизированные системы управления на
строительных и дорожных машинах не высвобождают машиниста
из процесса производства сроительных работ, то целесообразнее
внедрять оперативные информационные системы, разработкой
которых занимается ЦНИЙОМТП (глубиномер, работомер,
плотномер и т. д.), так как они намного дешевле, просты в
эксплуатации и облегчают работу машиниста, функции которого
сводятся к введению корректировки в работу машин при
отклонении от заданных технологических параметров. При этом
годовой экономический эффект от выполнения строительных
процессов автоматизированной машиной составляет 2,5...3 тыс. руб.
Микропроцессорная элементная база позволяет синтезировать
систему контроля и диагностирования на борту практически
всех мобильных машин.
Системы информации о состоянии параметров машины с
применением микропроцессорных наборов будут синтезироваться
в виде унифицированных компьютерных блоков.
Все системы управления для автоматизации мобильных и
570
стационарных строительных и дорожных машин выполнены
модульными: алгоритмы управления реализованы программно,
а все силовые блоки регуляторов реализованы аппаратно.
Одна из главных задач автоматизации строительных машин
с использованием микропроцессорных средств — это разработка
датчиков, исполнительных механизмов и бортового компьютера,
которые можно было бы эксплуатировать в условиях
производства строительных работ в течение такого же времени, как и
основное оборудование.
Важное значение для создания и эффективного внедрения
средств автоматизации строительных машин является
правильное технологическое и технико-экономическое обоснование
разрабатываемых автоматических систем, так как ввиду отсутствия
предварительной технологической проработки и обоснованного
выбора рациональных областей применения разрабатываемого
устройства, нередко автоматические системы управления
строительными машинами, даже удачные с технической точки зрения,
не находят широкого внедрения в строительстве.
Перспективной задачей автоматизацции строительных машин
I является создание средств автоматического сбора информации,
т. е. сведений о состоянии одного или нескольких параметров,
характеризующих технологический процесс строительства.
"72_В информационных системах автоматического контроля
конечный результат должен выражаться в виде регистрации или
сигнализации об основных параметрах, характеризующих работу
двигателя и гдиропривода: выдача сигналов о приближении i
фактических (контролируемых) параметров к предельным значе- I
ниям, получением прогнозирующей информации о работе систем,
а также контроль технологических параметров при работе ,
машин. '
Контроль качества строительства необходимо решать с
помощью средств автоматического оперативного контроля.
Первостепенными задачами автоматизации являются также
и системы безопасной работы обслуживающего персонала и
строительных машин, и при этом любой уровень автоматизации
может быть оправдан.
Функции, оставляемые за машинистом в автоматизированной
машине, могут при достаточно высоком уровне автоматизации
управления свести к минимуму. Примером может служить
предполагаемая автоматизация виброкатков для уплотнения грунтов,
вибропогружателей свай и т. п. Поэтому рациональнее иметь
информацию о выполнении технологических операций (глубина,
степень уплотнения, выработка и т. п.) на основании которой
машинист вводит коррективы в свою работу.
Оценка работы экскаваторов, оснащенных информационными
системами, по данным зарубежных специалистов, повышает
производительность на 8... 10 % при одновременном снижении
расхода топлива на 5...7 %. Такие системы при выходе из строя
не влияют на работоспособность строительных машин.
571
Для повышения эффективности создания и внедрения в
строительстве средств автоматизации строительных и дорожных
машин необходимо, чтобы разрабатывали исходные технические
требования на эти средства автоматизации только строительные
организации, которые должны определять направление работ
и уровень автоматизации на строительных и дорожных
машинах.
Автоматизация машин отрасли обеспечивает решение
социальных проблем: культуру труда, технику безопасности,
престижность труда всех операторов.
Автоматизация выдвигает проблему разработки отраслевых
интегральных экономических показателей для оценки
эффективности всех управляемых машин, начиная от комфортности и,
кончая показателями долговечности.
Только интегральные показатели качества и долговечности
позволяют экономически обосновать создание высокоточных
автоматических систем управления.
Для эффективного внедрения средств автоматизации
строительных машин машиностроительной отрасли необходимо
разработать и освоить серийный выпуск строительных и дорожных
машин с электрогидравлическими распределителями, которые и
должны быть автоматизированы в первую очередь без
существенных капитальных затрат и конструктивных переделок.
Только в этом случае система автоматики может органично
вписываться в систему гидропривода и управления. В этом
случае ручное управление будет производиться средствами
автоматики в ручном режиме управления.
Микропроцессорная система автоматического управления
строительной машиной — это минимальный набор аппаратных
средств и небольших по объему программ, которые
разрабатываются в процессе, как правило, на машинном языке
микропроцессора. Наиболее часто языком программирования
микропроцессора является АССЕМБЛЕР или язык высокого уровня
БЕЙСИК.
В перспективе важнейшим направлением рационального
развития средств автоматизации строительных и дорожных машин
является унификация этих систем на основе применения модулей
средств автоматизации, используемых для модулей агрегатов и
модулей машин.
Применение модульного принципа унифицированных устройств
автоматизации строительных машин позволяет: сократить сроки
освоения новых и модернизации выпускаемых систем
автоматизации, повысить надежность и ремонтопригодность.
Модуль преобразования входного сигнала осуществляет
преобразование сигналов напряжения от датчиков в уровни для
питания микросхем.
Модуль интерфейса преобразует информацию из
параллельной формы в последующую и обратное преобразование в режиме
связи.
572
Модуль центрального процессора обеспечивает ввод
информации от датчиков, цифровую обработку информации, выдачу
управляющих воздействий на исполнительные устройства в
соответствии с управляющей программой, обмен информации с
пультом управления.
Модуль памяти хранит программу, преобразует команды
языка программирования в коды команд микропроцессора,
обеспечивает хранение тест-программ проверки работоспособности
модулей (в ППЗУ) и оперативное запоминание служебной
информации (ОЗУ). Модуль энергозависимого запоминающего
устройства обеспечивает хранение рабочих программ
управления.
Модуль преобразования выходного сигнала осуществляет
гальваническое разделение цепей, усиление сигналов и
коммутацию нагрузок и защиту коммутационных элементов от коротких
замыканий.
В модуль комбинированной аппаратуры входят пульт
управления (ввод, визуальное отображение режимов работы
микропроцессора) . Модуль управления организует обмен информацией
между процессором и пультом управления и вывод на
индикацию отображения информации.
Одним из существенных преимуществ эксплуатации
строительных машин с системами управления на базе
микропроцессорных средств, построенных по модульному принципу, является
возможность установки непосредственно на машину вне
заводских условий систему управления в целом или функциональные
блоки (модули) в зависимости от вида работ.
Устройства отображения информации (УОИ) выполнены на
микропроцессорной базе и ими должны быть оснащены более
50 % всех экскаваторов и погрузчиков. Устройство
предназначено для информации машиниста о критических состояниях
машины по следующим параметрам:- температуры, давлению, зарядке
аккумулятора.
К 1995 г. на строительных машинах ожидается широкое
применение микропроцессорной техники, кроме
микропроцессорного УОИ для экскаваторов и погрузчиков должны появиться
системы автоматики на бульдозерах, скреперах, автогрейдерах,
вибрационных самоходных катках.
Все стреловые самоходные краны с телескопической стрелой
должны быть оснащены микропроцессорной системой защиты,
включая приближение к ЛЭП.
Проведены испытания микропроцессорного глубиномера и
прибора учета производительности одноковшового экскаватора.
В настоящее время в ЦНИИОМТП создан
микропроцессорный ограничитель грузоподъемности для самоходных
автомобильных кранов с телескопической стрелой. Основной частью
устройства является обработка информации, поступающей с
датчиков давления в гидроцилиндре, угла наклона стрелы крана.
Эти датчики преобразуют перечисленные физические величины
573
в постоянное напряжение, которое поступает в
микропроцессорный блок системы.
Устройство защиты телескопического крана выдает
информацию о состоянии машины на пульт оператора и вырабатывает
сигнал в аварийных ситуациях.
Прогрессивные средства механизации и автоматизации
контроля уплотнения грунта обеспечивают существенное повышение
качества и темпов строительства, рост производительности
труда, экономию материальных и энергетических ресурсов.
Уплотнение представляет собой важную составную часть
технологии строительства зданий и сооружений. От того, как
запроектированы и реализованы работы по уплотнению, зависят
надежность, качество и долговечность строительного объекта.
Правильно выполненное уплотнение позволяет существенно
повысить несущую способность и устойчивость сооружаемой
насыпи, увеличить ее непроницаемость и в большинстве случаев
практически исключить вероятность осадки.
Целью любого уплотнения является увеличение стабильности
слоя, грунта с тем, чтобы придать ему достаточную несущую
способность. Для этого необходимо удовлетворить
минимальные требования объемной плотности или несущей способности
уплотненных слоев.
Для проверки этих характеристик используются способы
контроля, основанные, как правило, на двух методах измерений:
определение несущей способности; определение удельного веса.
Одним из наиболее прогрессивных направлений, позволяющих
резко повысить эффективность автоматического контроля
является создание контрольно-измерительных микропроцессорных
устройств (систем), обеспечивающих контроль степени плотности
грунтов в процессе работы грунтоуплотняющей машины с
применением приборов, устанавливаемых непосредственно на
машинах, таких как вибротрамбовки и виброкатки.
Вибротрамбовки, как и виброкатки, относятся к машинам
с вибродинамическим характером воздействия на грунт. За
рубежом электронными приборами контроля качества
уплотнения грунта оснащаются вибрационные катки. Такими приборами
оснащают катки фирм «Дунарас» (Швеция), «Bomag» (ФРГ),
«Case Vibromax» (ФРГ), «Vorst -•• Liezen» (Австрия).
В общем случае в состав всех измерительных приборов
входят следующие элементы: измеритель ускорения, который
монтируется на неподрессоренную часть трамбующей машины;
анализатор, обрабатывающий результаты измерения ускорения;
индикатор.
В основном, во всех зарубежных приборах используется
принцип измерения амплитуд второй гармоники ускорения
вибровальца. Вторая гармоника наиболее четко определяется
плотностью грунта, имеет меньше искажающих наводок от
посторонних факторов и может быть принята за основной
показатель плотности.
574
Этот же принцип может быть применен и при контроле
качества уплотнения грунта вибротрамбовкой. Следует вести
измерение амплитуды второй гармоники ускорения рабочей плиты
вибротрамбовки.
Датчик-измеритель ускорения устанавливается на днище
рабочей плиты. В качестве датчика используется преобразователь
виброизмерительный пьезоэлектрический ДНЗ.
Установленный на рабочей плите вибротрамбовки
акселерометр воспринимает вертикальную составляющую вибрации.
В случае мягкого (неуплотненного) грунта воздействие
последнего на рабочую плиту минимально и выходной сигнал датчика
имеет форму, близкую к синусоидальной (т. е. присутствует в
основном первая гармоника частоты ударов рабочей плиты).
По мере уплотнения грунта усиливается воздействие на рабочую
плиту, выходной сигнал датчика искажается, форма сигнала
перестает быть синусоидальной, т. е. в спектре сигнала
появляются гармоники, кратные основной частоте удара. В устройстве
выделяются из входного сигнала основная частота и вторая
гармоника этой частоты. После детектирования этих сигналов
вычисляется отношение второй гармоники к первой. Это
отношение и характеризует степень плотности грунта.
Если частота ударов не постоянна, а меняется в процессе
работы, то в связи с тем, что с изменением частоты меняется и
реакция грунта на рабочую плиту, возникает необходимость
корректировки показаний устройства в зависимости от частоты
ударов. Таким образом, достигается независимость показаний
устройства (при одной и той же плотности грунта) от частоты.
Работа устройства непрерывного контроля качества
уплотнения грунта заключается в следующем:
установить датчик ДН-3, предварительно помещенный в
корпус, на плиту трамбовки;
подключить кабель питания ( + 12 В) и кабель выхода от
датчика к прибору;
включить питание (тумблер в верхней левой части прибора)
и нажать на кнопку «сброс», после чего должен высветиться
красный светодиод;
приступить к пробному трамбованию.
В процессе трамбования зеленый и желтый светодиоды
должны поочередно высвечиваться, что свидетельствует о том, что
процесс трамбовки не окончен;
При достижении плотности грунта, порог которой
устанавливается нижним подстроечным резистором (на передней панели
прибора), должен загореться зеленый светодиод.
Верхний подстроечный резистор необходим для начальной
регулировки прибора относительно трамбуемого грунта.
Контроль качества трамбования осуществляется следующим
образом: для этого необходимо остановить процесс трамбования
и проверить качество уплотнения грунта.
Если качество уплотнения удовлетворительное, то приступить
575
к рабочему трамбованию. Если качество уплотнения не удовлет/
ворительное, необходимо отрегулировать порог достигнутой
плотности нижним подстроечным резистором. /
Устройство непрерывного и автоматического контроля
качества работ, выполняемых вибротрамбовками, регистрирует
несущую способность грунта. Одним из главных преимуществ
применения этого прибора является возможность быстрого проведения
измерений в отличие от локального контроля при традиционных
способах контроля плотности.
Проведенные отделом автоматизации и роботизации
технологических процессов в строительстве ЦНЙИОМТП испытания
экспериментального образца, разработанного устройства
показали правильность выбора датчика-измерителя, элементной базы и
реализации функциональной схемы.
Устройство позволяет проводить настройку на различные
виды грунтов (песок, глина, суглинок и т. п.), а также
возможность регулировки порога срабатывания в зависимости от
частоты удара.
В настоящее время практически нет ни одной отрасли
промышленности, где не применялась бы микроэлектронная техника.
Особенно большое распространение получили микро-ЭВМ и их
основная составляющая часть — микропроцессор. Естественно,
что этот процесс не мог не затронуть и строительное
производство, в том числе и для автоматизации бетоносмесительных
установок.
Развитие автоматизации бетоносмесительных установок на
основное применение средств электроники и вычислительной
техники, которое наметилось в мировой практике, в СССР
является одним из важнейших направлений повышения
эффективности приготовления бетонных смесей для больших объемов
строительства.
Учитывая широкие возможности современной
микровычислительной техники для автоматизации бетоносмесительных
установок, в частности, наличие компактных запоминающих устройств
с большой памятью для хранения программ управления, будут
разрабатываться с применением микропроцессорных средств
устройств управления с очень высоким уровнем автоматизации.
При этом схемные решения заменяются программными.
Микропроцессорная техника придает системам
автоматического управления приготовлением бетонных смесей и растворов
новую технологическую, функциональную, эксплуатационную
гибкость и универсальность, простоту программирования и
перепрограммирования при изменении состава технологического
оборудования и самого процесса, сравнительную дешевизну и
надежность работы систем управления. Новые средства
автоматизации технологических процессов приготовления бетонных
смесей имеют ряд преимуществ по сравнению с традиционными,
как в части их построения, так и функциональных
возможностей:
576
простота перестройки системы с пульта управления за счет
изменения программы при замене технологического
оборудования и изменении условий производства (схемные решения
заменяются программными);
диагностика работы технологического бетоноприготовительного
оборудования и тестирование отдельных элементов самих систем
управления;
широкая информация о технологическом процессе, контроле
и учете материалов, выдачи бетонной смеси и работе с
потребителем;
оптимизация технологических процессов в целях уменьшения
расхода сырья и особенно цемента, энергии, снижения брака
за счет точности дозирования и др.;
формирование и регистрация объективной
технико-экономической информации (учет производительности, простоев брака,
расхода компонентов и др.);
высокая надежность и резкое сокращение нестандартного
оборудования;
появляется возможность постепенного вытеснения
разнотипных традиционных средств локальной автоматики, большого
числа узкоориентированных средств автоматизации,
рассчитанных на управление каким-либо одним механизмом или
технологическим процессом;
использование унифицированных блоков, серийно
выпускаемых промышленностью, позволяет подготовить
квалифицированный обслуживающий персонал и улучшить техническое
обслуживание и ремонт.
В последние годы интенсивно ведутся работы по созданию
и серийному освоению системы управления бетоносмесительными
установками с применением микропроцессорных средств и тен-
зометрических дозаторов.
В настоящее время НПО ВНИИстройдормаш и ЦНЙИОМТП
разработали новую автоматизированную бетоносмесительную
установку СБ-145 производительностью 40 м3/ч в зимнем
исполнении с применением весодозировочного оборудования на тен-
зодатчиках и микропроцессорных средств управления. Установка
имеет блочно-модульное исполнение. Для повышения
эффективности способа подогрева заполнителей она оснащена средствами
автоматического контроля температуры и учета расходуемого
тепла.
Современные требования к качеству бетонных смесей и
экономии дефицитного цемента предъявляют свои требования и к
весодозировочному оборудованию, работа которого основывается
на механических рычажных способах измерения массы. Острый
дефицит цемента и повышение качества смеси требует точной
дозировки, чего устаревшие механические весы не обеспечивают.
Используемое в настоящее время весодозировочное
оборудование на большинстве бетоносмесительных установках основано на
применении рычажной весоизмерительной механической системы.
577
Вследствие больших нагрузок на рычажную систему появляется
значительный износ основных ее частей (призмы, подушки), в
результате чего снижается точность дозирования компонентов
бетонных смесей и растворов. /
Прогрессивные безрычажные системы взвешивания с
применением электрических силоизмерительных устройств (тензодатчи-
ков) в настоящее время осваиваются отечественной
промышленностью. Поскольку трущихся механических деталей в тензометри-
ческих дозаторах нет, то обеспечивается высокоточное и
эффективное дозирование. По экспериментальным данным весовая
система, подвешенная на электрические тензодатчики,
обеспечивает точность взвешивания 0,1...0,5 %.
Значительное повышение уровня автоматизации бетонных
смесей и растворов обеспечивает применение микропроцессорных
средств. При планировании степени автоматизации следует
учитывать затраты на ее внедрение и полученную от этого
экономическую эффективность.
Применение специализированной микропроцессорной системы
управления с использованием тензодатчиков для автоматизации
бетоносмесительной установки СБ-145 является значительным
шагом повышения уровня автоматизации приготовления бетонных
смесей и растворов. Такая система обеспечивает повышение
производительности технологического оборудования,
оптимизацию технологических процессов в целях экономии сырья, энергии,
снижение брака и др., диагностику работы технологического
оборудования и элементов системы управления, широкую
информацию о контроле и учете исходных материалов и выдаче смеси
в транспортные средства, имеет возможность учитывать
изменения характеристик инертных материалов.
В дальнейшем комплекс КД-1500-1 будет базовым для
построения систем управления установками производительностью
60 м3/ч.
Система управления приготовлением бетонных смесей
выполняет функции по управлению самим технологическим процессом.
К ним относятся: задание доз компонентов бетонной смеси в
соответствии с рецептурой, автоматическое дозирование
составляющих материалов с помощью управления электромагнитными
клапанами, определение времени смешивания и разгрузку
смесителя.
Автоматическое управление следит за ходом технологического
процесса с одновременной подачей сигналов на пульт операто-
технолога с помощью сигнальных ламп на мнемосхеме и выводом
информации на дисплей, что позволяет оператору иметь полную
информацию о состоянии технологического процесса.
С помощью управляющей клавиатуры в память микроЭВМ
программируются используемые рецепты. Количество
используемых рецептов определяется для каждого заказа индивидуально.
Выбор номера рецепта, изменение объема массы и содержание
какого-либо рецепта высвечивается на дисплее. Если при дози-
578
ровке происходит сбой, то и процесс дозирования прекращается.
Это фиксируется на дисплее ЭВМ и на печатающем устройстве.
Одновременно микроЭВМ регистрирует расход составляющих
материалов, изготовленную кубатуру бетонной смеси по рецептам
и накладные по каждой машине. Эти данные необходимы при
расчетах финансовых расходов и при определении потребности
в материалах.
Бетоносмесительная установка СБ-145 оснащена комплектом
дозаторов с микропроцессорной системой управления, входящих
в комплекс технических средств КД-1500-1.
В состав комплекта КД-1500-1 входит пульт управления
БМУ-2, управляющий вычислительный комплекс (УВКС) на базе
микроЭВМ СМ 1810, тензометрические дозаторы заполнителей
ДТИ-2500, цемента ДТЦ-500, воды ДТЖ-200 и химических
добавок ДТЖ-Ю0. Источниками квитирующих сигналов
являются бесконтактные конечные выключатели ПИЩ 6-1,
устанавливаемые на технологическом оборудовании и блок-контакты
магнитных пускателей электроприводов. Конечные выключатели
фиксируют положение пневматических исполнительных механизмов,
показанных на схеме в виде блока «БЭВК». Квитирующие
сигналы подаются на пульт управления БМУ-2, где они гальванически
развязываются. На пульт управления подаются также
аналоговые сигналы от усилителей тензодатчиков и влагомера песка
ВПС-205М и дискретные сигналы «предварительный пуск» (от
схемы ШСА) и «машина под загрузку установлена». Выходные
сигналы пульта подаются на УВКС, где происходит их
обработка. Управляющие сигналы УВКС подаются на пульт для их
усиления до мощности, необходимой для управления
исполнительными механизмами.
Все элементы комплекса будут изготавливаться на одном
заводе, что позволит исключить разработку локальных систем
управления дозаторами и тем самым существенно упростить
аппаратурную реализацию системы.
Дозаторы построены по однотипной гибридной схеме с
передачей усилия на тензометрический датчик. Каждый дозатор
имеет встроенный усилитель сигнала от тензодатчика, что позволяет
уменьшить помехи и использовать обычные электрические трассы
для передачи сигнала.
Управление всеми механизмами установки в пусконаладочном
режиме и автоматическом режиме осуществляется с пульта
управления. При этом компрессоры, смесители и
передаточный транспорт не включаются от УВКС в автоматическом
режиме.
На пульте установлен ключ выбора режимов работы
(автоматического или дистанционного). Все коммутационные
аппараты (кнопки, ключи, тумблеры и т. д.) расположены в блоке
дистанционного управления (БДУ), внутри которого расположены
тиристорные ключи с гальваническим разделением управляющих
и силовых сигналов. Тиристорные ключи управляются от УВКС
579
и служат для включения силовых устройств системы (пускателей,
электропневматических клапанов).
На блоке пневмосхемы (МС) расположены светодиодные'
индикаторы. В этом же блоке размещены платы электронных
устройств контроля сигналов тензодатчиков, гальванической
развязки дискретных сигналов, энергозависимой памяти рецептур
смеси. На передней панели блока индикации пульта расположены
цифровые отсчетные устройства дозаторов. Цифровой выход этих
устройств используется для связи с УВКС, что позволяет в
составе устройства связи с объектом (УСО) исключить аналого-
цифровые преобразователи. Для уменьшения количества
дискретных входов УСО цифровые сигналы передаются от отсчетных
устройств к дискретным входам УСО через преобразователь
16-разрядного выходного параллельного кода отсчетных
устройств в последовательную двухбайтную посылку.
В нижней части пульта расположен блок питания,
вырабатывающий стабилизированное напряжение, подаваемое на
датчики квитирующих сигналов, электронные стыковочные устройства,
дискретные входы и выходы УСО и УВКС.
Функции диагностики УВКС включает вывод на экран
дисплея сообщений: о неисправности конкретного исполнительного
механизма; о прекращении поступления любого компонента; о
выходе из работы измерительной системы дозаторов и линий
связи.
Включение системы начинается с предварительного диалога,
который включает в себя запросы с экрана дисплея и полученные
на них ответов с помощью клавиатуры дисплея. К числу таких
запросов относятся: текущее время и дата, режим работы
(зимний или летний). Предусматривается два вида пользователя:
оператор и лаборант. Каждый из пользователей имеет свой
кодовый ключ, что предотвращает доступ к управлению
посторонних лиц. При вводе кода лаборанта на экране дисплея
высвечивается перечень возможных команд: рецепт и модификация
рецепта (изменение рецептуры), ввод параметров по
фактическим характеристикам исходного сырья (влажность щебня,
моДуль крупности песка, взаимная засоренность заполнителей,
тонкость помола цемента). При вводе кода оператор перечень
возможных команд, индицируемый на дисплее, составляет:
просмотр рецепта, прием заказа в автоматическом режиме,
печать отчета о конкретном заказе.
Таким образом, лаборант в отличие от оператора имеет
возможность корректировки рецептов, хранящихся в
энергонезависимом ПЗУ, но не может управлять процессом приготовления
смеси, что является функцией оператора. Наиболее
существенной является команда «выполнение заказа в автоматическом
режиме». Выполняются задачи управления технологическим
процессом и задача индикации состояния объекта управления.
Первая задача включает в себя управление последовательностью
технологических операций, контроль состояния управляемых ме-
580
ханизмов, опрос измерительных систем дозаторов, управление
загрузкой и разгрузкой дозаторов, отсчет времени
перемешивания и управления разгрузкой смесителя, проверка исправности
управляемых механизмов, линий связи измерительных систем
дозаторов.
При выполнении задачи «индикация состояния объекта
управления» на экране высвечивается мнемосхема БСУ, данные
о выполняемом заказе (номер рецепта, заданные дозы
компонентов, дата и текущее время, объем заказа) и данные о ходе
выполнения заказа (текущая масса доз компонентов, количество
выданной смеси в данном заказе, объем перемешиваемой смеси,
фактически отдозированная масса компонентов), сигнализация
об аварийных ситуациях. Система реагирует на следующие
аварийные ситуации и индицирует их на экране дисплея:
отсутствует сигнал «предварительный пуск» (низкое давление воздуха
в пневмосети, не включен смеситель или наклонный конвейер),
неисправность конкретного управляемого механизма заданному
значению в течение интервала времени более допустимого; при
этом для механизмов с пневмоприводом производятся попытки
восстановления нормального хода технологического процесса
путем выработки воздействий, имитирующих действия оператора
при дистанционном управлении); неисправность датчика
положения; неисправность системы измерения массы (попаданию
измеряемых значений в допустимый диапазон); нет подачи материала
в дозатор при включенном питателе (при этом осуществляется
попытка восстановления нормального хода технологического
процесса); неполная разгрузка дозатора (остаточная масса
больше допустимого значения и при этом производится попытка
извлечения налипшего на стенки весового бункера материала
путем встряхивания); отклонение от заданной дозы выше
допустимого, сбой в памяти рецептур.
При возникновении аварийных ситуаций дозирование
прекращается, а на экране дисплея высвечивается сообщение о причине
остановки. При этом во всех ситуациях оператору предлагается
перейти на дистанционный режим работы.
В режиме документирования производственной деятельности
по запросу выдаются распечатанные бланки заказа и итоговой
деятельности. Бланк выполненного заказа содержит код
заказчика, данные об объеме выданного заказа, номер рецепта смеси,
марку смеси и данные о ее подвижности, число и время выдачи
заказа. Бланк итоговой деятельности содержит сведения о
количестве израсходованного материала по каждому материалу
компоненту, количество выданной смеси по рецептам, число и
время распечатки бланка.
Использование комплекса КД-1500-1 позволяет на 5...7 %
уменьшить расход цемента, на 3...7 % — выход бракованной
смеси. С увеличением производительности бетоносмесительных
установок повышается экономический эффект, так как стоимость
системы управления практически остается постоянной.
581
Дальнейшее повышение эффективности применения
комплекса связано с использованием микропроцессорной системы
управления для решения следующих задач:
получение заданной подвижности бетонной смеси в процессе
ее приготовления в смесителе; при этом отпадает необходимость
применения влагомеров песка и щебня (регулирование по
возмущению заменяется регулированием по отклонению);
оптимальное управление процессом получения смеси заданной
температуры в зимнем режиме работы с целью уменьшения
расхода теплоносителя;
определение степени перемешивания (гомогенизация смеси в
процессе ее приготовления для повышения производительности;
увеличения диагностических возможностей системы за счет
введения режима предупредительной диагностики
технологического оборудования (смесителей, питателей, шнеков,
транспортеров и др.).
Бетоносмесительная установка по условиям окружающей
среды предъявляет большие требования к надежности работы
микропроцессорной системы управления. В процессе работы на
строительной площадке имеют место факторы, отрицательно
влияющие на надежность работы микропроцессорных средств
автоматизации. К ним относятся колебания температуры,
запыленность воздуха, высокая влажность и особенно при использовании
открытого пара, электрические помехи ввиду больших мощностей
и часто повторяющихся пусков.
Основные научно-технические направления автоматизации
строительных машин сводятся к следующим:
создание контрольно-информационных систем автоматизации
строительных машин для контроля качества выполняемых
технологических операций, повышения надежности машин и
безопасности работ;
создание автоматических систем управления рабочими
органами строительных машин для увеличения их
производительности;
создание на базе автоматизированных машин вавтоматизи-
рованных технологий.
Важнейшими условиями разработки и эффективного
внедрения средств автоматизации в строительстве является
тщательное изучение и объективный анализ мирового опыта,
современный учет важнейших научно-технических проблем в области
механизации и автоматизации технологии строительного
производства и строительных машин.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Прогрессивная технология и новая техника в сочетании с
методами экономического обоснования направлений развития
механизации характеризуют в совокупности технический уровень
582
строительного производства. Предусмотренное учебником
комплексное изучение технических и экономических вопросов
современного производства формируют необходимые знания для
инженерной подготовки и наиболее эффективного выполнения
технологических процессов. Одновременно закладываются основы
решения важнейших задач капитального строительства:
технического перевооружения строительных трестов, повышение
отдачи активной части их основных фондов, организации
производства.
Для того чтобы созданный мощный технический потенциал
строительной отрасли устойчиво соответствовал постоянно
меняющейся структуре производственной программы, современный
специалист должен уметь своевременно формировать
производственно-технологические и экономические требования к новой
технике и вместе с тем совершенствовать технологию для
интенсивного ее использования. Техническое перевооружение
строительного производства позволит решить главную задачу
перспективного развития — повысить производительность труда за счет
организации мощных машинных парков и систем машин,
интенсификации процессов, мобильности машин и их автоматизации,
повышения надежности, универсальности и других
эксплуатационных характеристик.
Актуальная задача современного строительства — повышение
технологической гибкости производства, разработка и внедрение
гибких технологических систем особенно в северных и восточных
районах со сложными инженерно-геологическими условиями
работ. И для ее решения также необходим конгломерат
экономических и технических знаний в области научно-технического
прогресса. Создание мощных универсальных машин и систем
автоматизированного управления строительным процессом на
базе микропроцессоров направлено не только на облегчение и
оздоровление труда механизаторов, но и на повышение качества
работ, оптимизацию эксплуатационных режимов и адаптации
машин к их изменению.
В связи с тем что с каждым годом в стране усиливаются
экономические стимулы к обновлению производственного
оборудования и технологии, ожидается значительное увеличение
масштабов строительно-монтажных работ, связанных с
реконструкцией зданий. Это, в свою очередь, потребует создания
специальных методов производства и средств механовооружения,
рассчитанных на эффективное использование в специфических
условиях, характерных для реконструкции зданий.
Важно учитывать необходимость пропорционального развития
не только машинных парков, но и эксплуатационной базы.
Повышение надежности новой техники, ускорение обновления парков
не снимает проблему систематического технического
обслуживания и ремонта машин, обеспечения их горючим и запасными
частями. Более того, режим экономии топливно-энергетических
583
ресурсов ужесточает требования как к конструкции машины, так
и сфере ее эксплуатации.
И наконец, важно постоянно видеть перспективу развития
техники и технологии. Она зарождается в строительных
организациях, научных институтах, конструкторских бюро и
машиностроительных заводах. Несмотря на различное содержание
каждой конкретной задачи, все они объединяются в комплексную
целевую программу преемственностью результатов и общей
целью — обеспечить ускорение сроков, повышение эффективности
строительства, соответствие его технического потенциала
мировому уровню.
ЛИТЕРАТУРА
Артоболевский С. И. Теория механизмов и машин М., 1965.
Атаев С. С, Канторер С. Е. Технология и механизация строительного
производства. М., 1983.
Гальперин М. И., Домбровский И. Г. Строительные машины. М., 1980.
Евдокимов В. А. Механизация и автоматизация строительного производства.
Л., 1985.
Епифанов С. П., Казаринов В. М., Малолетков Е. К. Строительные машины.
М., 1981.
Карпунин М. Г., Майданчик Б. И. Функционально-стоимостной анализ в
отраслевом управлении эффективностью. М., 1983.
Коноваленко В. Г. Оценка технологичности и унификации машин. М., 1986.
Луцкий С. И-, Адашев И. С. Развитие и эффективность механизации
транспортного строительства. М., 1988.
Фальцман В. К- Потенциал инвестиционного машиностроения СССР. М., 1981.
Фиделев А. С, Чубук Ю. Ф. Сроительные машины. Киев, 1979.
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
Автобетоновозы 414
Автобетоносмесители 416
Автогрейдеры 438
Автоматизация 537
— автогрейдеров 553
— бетоносмесительной установки 553
— бульдозеров 539
— грунтоуплотняющей машины 548
— подъемно-транспортных машин 549
— скреперов 541
— экономическая эффективность 567
— экскаваторов 545
Автомобили 392
— грузовые 392
— производительность 394
— самосвалы 393
Авторастворовозы 414
Агрегат 308
Агрегатирование 308
Адгезия бетона 37
Базовые машины 396
Бетононасосы 406
— с гидравлическим приводом 407
— с механическим приводом 406
Бетонирование 113
— литьевая технология 112
— набрызг-бетон 112
— напорное 112
— раздельное 111
Бетоносмеситель 97
— непрерывного действия 97
Бульдозеры 428
Вакуумирование бетона 107
— вакуум-маты 107
— вакуум-насос 107
— вакуум-опалубка 108
Вибраторы 108
— глубинный 107
— вибропакет 107
— вибратор поверхностный 107
— виброрейка 107
Вибромолоты 486
Вибропогружатели 486
Гидродвигатель 31 1
Гидромолот 475
Гидромонитор 476
Гидромуфта 311
Гидротрансформатор 311
Грейдер-элеваторы 438
Датчики 524
— параметрические 528
— потенциалометрические 526
— тахометрические 530
— тензодатчики 527
Добавки к бетонной смеси 97
Затраты 354
— годовые 362
— единовременные 362
— приведенные 348
— текущие 354
Захваты 566
Землесосные снаряды 477
Зимние условия бетонирования
— термосное выдерживание 118
— электродный прогрев бетона 120
— обогрев 121
инфракрасный 122
— — контактный 121
— — паровой 123
Износостойкость машин 295
Капитальные вложения в средства
механизации 351
Классификация машин 297
Классификация опалубочных систем 74
Комплект машин 13, 291
Конвейеры
— ленточные 402
— винтовые 404
Контроль качества бетона 126
Копры 484
Краны
— автомобильные 503
— башенные 513
— гусеничные 507
— на спецшасси 505
— пневмоколесные 511
— стреловые 503
Кусторезы 423
Лебедки 492
585
Манипуляторы 411, 557
Математическая модель 368
Машинный парк
— возрастная структура 376
— моральный износ 377
— обновление 387
— типоразмерный состав 376
— физический износ 383
Машины
— бурильно-крановые 483
— бурильные 479
грузоподъемные 492
дискофрезерные 426
— для гидромеханизации 475
— для подготовительных работ 422
— для уплотнения грунта 442
— — вибрационные 444
— — статистического действия 443
— — трамбовочные 445
— землеройные-транспортные 428
— погрузочно-разгрузочные 492
Механизация строительства
— комплексная 299
— частичная 290
Механизмы
— вращения 323
— изменения положения стрелы 324
— передвижения 322
Микропроцессоры 535
Модернизация машин 383
Области эффективного применения
— машин 361
Опалубка
— блочная 79
— блок-форма 79
— катучая 83
— несъемная 74
— опалубка-механизм 84
— пневматическая 83
— скользящая 82
Оштукатуривание откосов проемов
— типовая технология 253
— литьевая технология 254
Передача
— зубчатая 316
— - канатная 320
— ременная 320
— цепная 319
— червячная 318
Перекачивание бетонной смеси
— на пористых заполнителях 101
— удобоперекачиваемость 101
Перемешивание бетонной смеси
— гравитационное 97
— принудительное 97
— турбулентное 97
Пневмотранспортирование бетонной
смеси
— жесткие смеси 102
— пневмотранспортные установки 102
Подъемники 492
Погрузчики
— на базе автомобилей 519
— одноковшовые 519
Полы
— — покрытие 277
— — монолитное 277
— — деревянное 280
— — синтетическое 283
— — плиточное 287
— стяжка 272
— — сборная 275
— — монолитная 272
— теплоизоляция 270
Потребность в машинах 389
Потребность в ремонтах 331
Привод
- гидравлический 310
— механический 309
— пневматический 312
— электрический 309
Прицепы 396
Производительность машин
— автогрейдеров 439
— бульдозеров 431
— грейдер-элеваторов 440
— кранов 502
— рыхлителей 425
— скреперов 436
— техническая 336
— экскаваторов 453
— эксплуатационная 338
Растворонасос 412
586
Редуктор 318
Ремонт 330
Роботизация 558
Роботы 558
Сервоприводы 327
Силовое оборудование 313
Система 327
— автоматического регулирования 533
— автоматического управления 532
— машин 292
— управления 327
Скреперы
— прицепные 435
— самоходные 437
Соединение деталей 305
Средства механизации штукатурных
работ 251
Сроки замены машин 383
Стандартизация 308
Сроительная машина 303
— производительность 335
— структура 303
— технические требования 292
Сухая штукатурная смесь 254
Теплостойкость деталей 295
Техническое обслуживание 328
Тормоза 391
Тракторы 396
— гусеничные 397
— колесные 398
Трансмиссия 316
Транспортные средства 391
Трубопроводный транспорт 100
Штукатурка
— обычная 248
— специальная 254
Унификация деталей 295
Фонд рабочего времени машины 345
Экономическая эффективность 347
— автоматизации 567
— механизации 347
Экономичность машин 295
Экскаваторы 446
— непрерывного действия 461
— с гибкой подвеской рабочего
органа 453
— с жесткой подвеской рабочего
органа 449
— драглайны 454
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие 3
ЧАСТЬ I. ТЕХНОЛОГИЯ СТРОИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА 5
Раздел первый. Основы индустриальной технологии строительного
производства
6
Глава 1. Основные положения . 6
1.1. Строительные работы и организация труда строительных
рабочих 6
1.2. Нормирование строительно-монтажных работ и оплата труда 9
1.3. Строительные нормы и правила, качество строительной
продукции Ю
1.4. Индустриализация строительного производства 11
1.5. Технологическое проектирование в строительном производстве 16
Глава 2. Технология транспортирования строительных грузов 17
2.1. Строительные грузы и виды перевозок 17
2.2. Технология и организация автомобильного и
железнодорожного транспорта . ... 20
2.3. Контейнеризация грузов, механизация погрузочно-разгрузоч-
ных работ . 22
Раздел второй. Технология устройства земляных и заглубленных в грунт
сооружений ...... 27
Глава 3. Подготовительные и вспомогательные процессы ... ... 27
3.1. Виды земляных сооружений и технологические свойства
грунтов 27
3.2. Подготовка строительной площадки к производству работ 31
3.3. Временное крепление стенок выемок, защита откосов и
уплотнение грунтов 37
Глава 4. Технология разработки перемещения и укладки грунта . 38
4.1. Подсчет объемов работ 38
4.2. Технология разработки грунтов экскаваторами и землеройно-
транспортными машинами ... . 42
4.3. Гидромеханизация и закрытые способы разработки грунтов 47
4.4. Особенности технологии возведения земляных сооружений в
зимних условиях 51
4.5. Охрана труда . 53
Глава 5. Бурение и разработка грунтов взрывным способом 54
5.1. Бурение грунтов 54
5.2. Разработка грунта взрывным способом 56
Глава 6. Технология устройства свайных оснований и заглубленных
сооружений
6.1. Технология устройства свайных оснований .
6.2. Технология возведения заглубленных сооружений .
60
60
68
Раздел третий. Возведение бетонных и железобетонных конструкций . 70
Глава 7. Технология опалубочных и арматурных работ 70
7.1. Состав бетонных работ .... 70
7.2. Опалубка монолитных конструкций 73
7.3. Заготовка и монтаж арматуры . 86
Глава 8. Технология бетонирования монолитных конструкций . 94
94
8.1. Приготовление бетонных смесей
588
8.2. Транспортирование и распределение бетонных смесей . 98
8.3. Укладка и уплотнение бетонных смесей . 103
8.4. Специальные способы бетонирования 108
8.5. Технология бетонирования наиболее распространенных
конструкций ....... 113
8.6. Производство бетонных работ в неблагоприятных
климатических условиях 117
8.7. Контроль качества и охрана труда 126
Раздел четвертый. Технология монтажа строительных конструкций . 127
Глава 9. Основные положения . , р7
9.1. Состав монтажных процессов 127
9.2. Методы монтажа 128
9.3. Проектирование производства монтажных работ 133
Глава 10. Монтаж строительных конструкций . jop
10.1. Доставка, складирование и укрупнение строительных
конструкций 136
10.2. Строповка конструкций . . .139
10.3. Монтаж промышленных и общественных зданий с
железобетонным каркасом 142
10.4. Монтаж крупнопанельных и объемно-элементных зданий 154
10.5. Заделка стыков железобетонных конструкций . 159
10.6. Монтаж металлических конструкций . ... 162
10.7. Монтаж деревянных конструкций и возведение мягких
оболочек ... 174
10.8. Охрана труда 177
Глава 11. Особенности производства строительно-монтажных работ в
условиях реконструкции -179
11.1. Демонтаж и монтаж конструкций в стесненных условиях 179
11.2. Технология усиления строительных конструкций . . 181
11.3. Охрана труда при реконструкции зданий и сооружений . 184
Раздел пятый. Возведение каменных конструкций . 185
Глава 12. Технология каменной кладки ... 185
12.1. Материалы для каменных работ . . . 185
12.2. Элементы и правила разрезки кладки . 187
12.3. Виды каменной кладки . . 189
Глава 13. Производство каменных работ . 198
13.1. Транспортирование материалов для каменной кладки 198
13.2. Инструмент и приспособления для каменных работ 199
13.3. Ведение каменной кладки 202
13.4. Производство каменных работ в зимних условиях . 205
13.5. Организация процесса каменной кладки и труда каменщиков 209
i
Раздел шестой. Устройство кровель и изоляционных покрытий 212
Глава 14. Устройство кровель . 212
14.1. Назначение и виды кровель . 212
14.2. Устройство кровель из рулонных материалов . 214
14.3. Устройство мастичных кровель . . 219
14.4. Устройство плоских кровель функционального назначения 221
14.5. Устройство кровель с применением сборных плит повышенной
заводской готовности 223
14.6. Устройство кровель из асбестоцементных и стеклопластиковых
волнистых листов . . . . 224
14.7. Устройство кровель из черепицы и асбестоцементных плиток
и стальных листов 225
589
14.8. Особенности производства кровельных работ в зимних
условиях .... 229
14.9. Контроль качества и охрана труда при производстве
кровельных работ . 230
Глава 15. Устройство изоляционных покрытий 232
15.1. Устройство гидро- и теплоизоляции 232
15.2. Устройство антикоррозионных защитных покрытий .... 237
15.3. Особенности производства работ в зимних условиях и кон
троль качества изоляции . . 239
15.4. Охрана труда при производстве изоляционных работ 240
Раздел седьмой. Отделка зданий 241
Глава 16. Подготовительные и стекольные работы . 241
16.1. Подготовка зданий под отделку . . 241
16.2. Технология стекольных работ 243
Глава 17. Оштукатуривание и облицовка поверхностей 247
17.1. Штукатурные работы . . 247
17.2. Облицовка поверхностей . 256
Глава 18. Окраска и отделка поверхностей рулонными материалами . 260
18.1. Окраска 260
18.2. Отделка поверхностей рулонными материалами 264
Глава 19. Устройство полов
Раздел восьмой. Общие сведения о механизации строительства
266
Часть II. МЕХАНИЗАЦИЯ И АВТОМАТИЗАЦИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА 289
290
Глава 20. Назначение машин в строительстве . . 290
20.1. Понятие о частичной и комплексной механизации . . 290
20.2. Производственно-технологические и экономические требова
ния к строительным машинам .... 292
20.3. Классификация машин и оборудования 297
20.4. Комплексная механизация и экономия ресурсов в строитель-
стве ....
Глава 21. Устройство строительных машин . 303
21.1. Структура машин . 303
21.2. Привод строительных машин . 309
21.3. Требования к силовому оборудованию 313
21.4. Назначение и устройство механических передач 316
21.5. Механизмы строительных машин . 321
21.6. Системы управления машинами 327
21.7. Организация технической эксплуатации машин . 328
21.8. Охрана труда при эксплуатации строительных и дорожных
машин Зоо
335
Раздел девятый. Эффективность применения машин, комплектов и
машинных парков в строительстве
Глава 22. Сущность и методы определения эффективности механизации 335
22.1. Производительность строительных машин 335
22.2. Использование машин во времени . . . 341
22.3. Основы расчетов эффективности средств механизации . . 347
22.4. Определение капитальных вложений в средства механизации 351
22.5. Определение текущих затрат при оценке вариантов
механизации
22.6. Определение областей эффективного применения машин и их
комплектов
354
361
590
Глава 23. Выбор оптимальных решений в области механизации
строительства ... . . - • ■ 364
23.1. Постановка и общая схема выбора оптимальных решений 364
| 23.2. Оптимальное распределение парка машин по объектам
строительства . ... 366
23.3. Выбор оптимального распределения парка монтажных кранов
с учетом заданной последовательности и сроков монтажа
зданий . . 372
Глава 24. Машинные парки в строительстве 376
24.1. Типоразмерный состав и возрастная структура машинного
парка 376
24.2. Экономически целесообразные сроки замены и модернизации
машин . 383
24.3. Эффективность обновления машинных парков 386
I Раздел десятый. Транспортные средства . 391
Глава 25. Транспортные и базовые машины . 391
25.1. Общие сведения 391
25.2. Грузовые автомобили . . 392
25.3. Базовые машины и прицепы 396
' Глава 26. Машины для непрерывного транспорта 400
26.1. Область применения . 400
26.2. Конвейеры 402
26.3. Пневмотранспортное оборудованиен 405
Глава 27. Машины и оборудование для внутрипостроечного транспорта
бетонных смесей и растворов . . .... 406
27.1. Общие сведения. Бетононасосы и манипуляторы для рас
[ пределения бетона . . 406
' 27.2. Растворонасосы. Технико-экономические показатели . 412
Глава 28. Автобетоновозы и автобетоносмесители 414
28.1. Общие сведения. Автобетоновозы . .... 414
28.2. Автобетоносмесители. Способы транспортирования смеси 415
I
Раздел одиннадцатый. Машины для земляных работ . 419
Глава 29. Общие сведения . . 419
29.1. Общая характеристика и разновидности машин и
оборудования для земляных работ . . 419
) 29.2. Машины для подготовительных работ . .421
I Глава 30. Землеройно-транспортные машины 428
30.1. Бульдозеры 428
' 30.2. Скреперы 433
30.3. Автогрейдеры и грейдер-элеваторы 438
30.4. Машины для уплотнения грунта . 442
Глава 31. Строительные экскаваторы . . 446
31.1. Назначение и классификация 446
31.2. Одноковшовые экскаваторы . . 449
31.3. Экскаваторы непрерывного действия 461
31.4. Область эффективного применения землеройных и земле-
ройно-транспортных машин . 465
31.5. Оптимальное распределение машиноресурсов экскаваторных и
v скреперных комплектов 471
591
Глава 32. Специальные машины и оборудование для земляных работ 475
32.1. Оборудование гидромеханизации земляных работ 475
32.2. Бурильные машины .... 479
32.3. Оборудование для погружения свай и шпунта . 484
32.4. Механизация работ в районах с холодным климатом 488
Раздел двенадцатый. Грузоподъемные и погрузочно-разгрузочные машины 492
Глава 33. Строительные лебедки и подъемники . 492
33.1. Область применения и разновидности лебедок . 492
33.2. Строительные подъемники . 493
Глава 34. Строительные краны . 496
34.1. Общая характеристика и разновидности кранов . 496
34.2. Стреловые самоходные краны 503
34.3. Башенные краны . 513
Глава 35. Погрузчики . . 519
35.1. Общая характеристика. Автопогрузчики 519
35.2. Одноковшовые погрузчики . 519
Раздел тринадцатый. Автоматизация строительного производства 521
Глава 36. Основные положения 521
36.1. Роль автоматизации в строительстве . 521
36.2. Датчики систем автоматизации.строительства 524
36.3. Мостовые измерительные схемы . .... 531
Глава 37. Системы автоматического управления технологическими про
цессами . . 532
37.1. Классификация систем управления ." . 532
37.2. МикроЭВМ и микропроцессоры в .автоматизированных
системах . 535
Глава 38. Автоматизация строительных и дорожных машин 536
38.1. Основные положения . ""°
38.2. Автоматизация бульдозеров 539
38.3. Автоматизация автогрейдеров и скреперов . 541
38.4. Автоматизация многоковшовых экскаваторов . 544
38.5. Контроль качества уплотнения грунта 548
38.6. Автоматизация подъемно-транспортных машин . ... 549
38.7. Микропроцессорная система управления бетоносмесительной
установкой . - ^5о
Глава 39. Применение манипуляторов и роботов в строительстве . 557
39.1. Классификация строительных манипуляторов . 557
39.2. Применение средств робототехники в строительстве . 560
39.3. Автоматические захватные устройства строительных
манипуляторов .... . . 564
39.4. Экономическая эффективность автоматизации строительных
машин и манипуляторов . . 567
Глава 40. Перспективы развития автоматизации строительных машин 570
Заключение . . . 582
Литература .... 584
Предметный указатель . .... 585