Text
СТРОИТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
ч -»1 rrtl'U s - д
В.И. Теличенко, О.М. Терентьев, А.А. Лапидус
ТЕХНОЛОГИЯ строительных ПРОЦЕССОВ
^ля
СТРОИТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
В.И. Теличенко, О.М. Терентьев, А.А. Лапидус
ТЕХНОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ
часть I
Издание второе, исправленное и дополненное
Допущено
Министерством образования Российской Федерации в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности «Промышленное и гражданское строительство» направления «Строительство»
Москва «Высшая школа» 2005
УДК 624.05
ББК 38.6
Т 31
Рецензенты:
кафедра «Технология строительного производства» Южно-Уральского государственного университета (зав. кафедрой — д-р техн, наук, член-корр. РААСН, проф. С. Г. Головнев); д-р техн, наук Е.П Матвеев (генеральный директор строительно-промышленной компании «Мосэнергострой»)
Теличенко, В. И.
Т 31 Технология строительных процессов: В 2 ч. Ч. 1.: Учеб, для строит, вузов / В. И. Теличенко, О. М. Терентьев., А. А. Лапидус -2-е изд., испр. и доп. - М.: Высш, шк., 2005. - 392 с.: ил.
ISBN 5-06-004284-7
В учебнике приведены теоретические основы и способы выполнения основных производственных процессов при строительстве зданий и сооружений. Рассмотрены современные технические средства строительных процессов, эффективные строительные и отделочные материалы, конструкции, изложена прогрессивная организация труда.
Для студентов строительных специальностей вузов. Может быть использован студентами средних специальных учебных заведений, а также специалистами в данной области.
УДК 624.05
ББК 38.6
Учебное издание
Теличенко Валерий Иванович, Терентьев Олег Мефодиевич, Лапидус Азарий Абрамович
ТЕХНОЛОГИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ
ЧАСТЬ I
Редакторы Т. Ф. Мельникова, Е.Н. Рожкова. Художник А.Ю. Войткевич. Художественный редактор Ю.Э. Иванова. Технические редакторы Л. А. Маркова, И. В. Быкова. Корректор НЕ. Жданова.
Оператор С. Н. Жигунова. Компьютерная верстка А.В. Болотников, О. М. Чернова
Лицензия ИД № 06236 от 09.11.01. Изд. № СТР-185. Подл, в печать 07.10.04.
Формат 60х88’/16. Бум. офсетн. Гарнитура «Таймс». Печать офсетная.
Объем 24,01 усл. печ. л., 24,01 усл. кр.-отт. 24,42 уч.-изд. л.
Тираж 3000 экз. Заказ Э-804.
ФГУП «Издательство «Высшая школа», 127994, Москва, ГСП-4, Неглинная ул., 29/14.
Тел.: (095) 200-04-56 http://www.v-shkrtla.ru E-mail: info@v-shkola.ru
Отдел реализации- (095) 200-07-69, 200-59-39, факс: (095) 200-03-01.
E-mail: sales@v-shkola.ru
Набрано на персональных компьютерах издательства.
Отпечатано в типографии ГУП ПИК «Идел-Пресс».
420066, г. Казань, ул. Декабристов, 2.
ISBN 5-06-004284-7 © ФГУП «Издательство «Высшая школа», 2005
Оригинал-макет данного издания является собственностью издательства «Высшая школа», и его репродуцирование (воспроизведение) любым способом без согласия издательства запрещается.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Учебник «Технология строительных процессов» является вторым, дополнительным изданием учебника под рубрикой «Строительные технологии». Первое издание учебника выпущено издательством «Высшая школа» в 2002 г.
При подготовке книги авторы преследовали несколько целей. Во-первых, обеспечить соответствие содержания учебника утвержденной учебной программе курса «Технология строительных процессов», во-вторых, включить нововведения последних лет, новые строительные технологии и методы, а также организационные формы, которые характерны для сегодняшнего строительного производства в связи со значительными изменениями в строительной отрасли; в-третьих, учитывая, что курс «Технология строительных процессов» является основной технологической дисциплиной, с которой сталкивается студент, дать материал как можно шире. Авторы считают, что студенты старших курсов уже пользуются не только знаниями, полученными из учебника, но и собственным практическим опытом, приобретенным на производственных практиках и в реальной жизни.
В этой связи было решено выпустить данный учебник в двух частях. Первая часть охватывает материал, изучаемый в первом семестре курса, соответственно вторая часть - во втором семестре. Такая структура, по мнению авторов, будет удобна и студентам при пользовании учебником.
Структура и последовательность изложения материала соответствуют программе учебного курса для высших учебных заведений по специальности «Промышленное и гражданское строительство».
В учебнике рассмотрены основные понятия и положения технологии строительных процессов, проектирование технологий, инженерная подготовка строительной площадки, транспортирование строительных грузов, технология разработки грунта и устройства фундаментов, технология каменной кладки. Изложение ведущего строительного процесса монтажа разделено на две самостоятельные главы - основные прин-
3
цнпы технологии монтажа и монтаж конструкций производственных и гражданских зданий.
Учебник написан авторским коллективом Московского государственного строительного университета в составе: член-корр. Российской Академии архитектуры и строительных наук, д-р техн, наук, проф. В. И. Теличенко, заслуженный строитель РФ д-р техн, наук, проф. А.А.Лапидус, канд. техн, наук, проф. О.М.Терентьев.
Авторы выражают благодарность коллективу кафедры технологии строительного производства Южно-Уральского государственного университета (зав. кафедрой - д-р техн, наук, проф. С. Г. Головнев) и д-ру техн.наук Е. П. Матвееву за оказанную помощь при рецензировании рукописи.
Авторы
ВВЕДЕНИЕ
Строительство является одной из основных форм созидательной деятельности человека.
Строительство - это отрасль материального производства, в которой создаются основные фонды производственного (промышленные предприятия, энергетические комплексы, дороги, магистральные трубопроводы и др.) и непроизводственного (жилые дома, общественные здания, гостиничные комплексы и др.) назначения
Строительство означает также производственный процесс возведения этих зданий и сооружений, включая их последующий ремонт, реконструкцию, перепрофилирование, гарантийную эксплуатацию.
Капитальное строительство - обобщающий термин, включает новое строительство, реконструкцию и расширение с техническим перевооружением, капитальный и текущий ремонт зданий и сооружений.
В целом строительство является одной из стабильно развивающихся отраслей, обеспечивающей создание комфортной среды жизнедеятельности человека, создающее большое количество рабочих мест, влекущее за собой развитие целого ряда смежных отраслей материального производства.
Строительное производство - совокупность работ на строительной площадке в подготовительный и основной периоды строительства, включая работы по возведению подземной и надземной частей здания, все отделочные работы и инженерное санитарно- и электротехническое оборудование, лифты и др.
Строительное производство как научно-производственное направление объединяет технологию и организацию строительного производства, при этом каждая наука имеет как ярко выраженную сущность, так и научные основы.
5
Технология в общем понимании - совокупность методов изготовления или обработки материалов или полуфабрикатов, осуществляемых в процессе получения необходимой продукции. Задача технологии - на базе современных научных достижений и производственного опыта разработать и внедрить новые, эффективные и экономически целесообразные технологические процессы.
Технология строительного производства как прикладная наука имеет очень широкий охват рассматриваемых явлений, процессов, работ, является объединением двух последовательных подсистем: технологии строительных процессов и технологии возведения зданий и сооружений.
Технология строительных процессов рассматривает теоретические основы, способы и методы выполнения строительных процессов, обеспечивающих обработку строительных материалов, полуфабрикатов и конструкций с качественным изменением их состояния, физико-механических свойств, геометрических размеров с целью получения продукции требуемого качества. Понятие «метод», включенное в это определение, определяет принципы выполнения строительных процессов, базирующихся на различных способах воздействия (физических, химических и др.) на предмет труда (строительные материалы, полуфабрикаты, конструкции и др.) с использованием средств труда (строительные машины, средства малой механизации, монтажная оснастка, оборудование, аппараты, ручной и механизированный инструмент, различные приспособления).
Технология возведения зданий и сооружений определяет теоретические основы и принципы практической реализации отдельных видов строительных, монтажных и специальных работ, рассматриваемых самостоятельно или во взаимоувязке в пространстве и времени с другими работами с целью получения продукции в виде законченных строительством зданий и сооружений.
Строительное производство в нашей стране развивается на индустриальной основе, базирующейся на широком применении конструкций, деталей и строительных материалов заводского производства. Научно-технический прогресс способствует Значительному снижению затрат ручного труда, приобретению строителями новых высокопроизводительных машин и механизмов, эффективного механизированного инструмента. В настоящее время интенсивное развитие получает монолитное и сборно-монолитное домостроение на базе имеющихся теоретических исследований, новых материалов, передовых опалубок и опалубочных систем.
6
Основные принципы современного строительного производства ориентируются на существенном повышении производительности труда, улучшении охраны труда рабочих, большем внимании к экологии и охране окружающей среды.
Изложение курса «Технология строительных процессов» базируется на взаимосвязи и последовательности изучения фундаментальных общеобразовательных и специальных инженерно-технических дисциплин. Построение курса предусматривает предварительное или одновременное изучение курсов геодезии, строительных материалов, архитектуры промышленных и гражданских зданий, строительных машин и строительных конструкций - железобетонных и каменных, металлических и конструкций из дерева и пластмасс.
ГЛАВА 1
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. Основные принципы современного строительного производства
Современный научно-технологический уровень развития общества с одной стороны диктует новые, как правило, повышенные требования к строительному производству, с другой стороны, раскрывает новые возможности в его совершенствовании и обновлении.
Принципами, которые в настоящее время закладываются в основу строительного производства, являются: системность; безопасность; гибкость; ресурсосбережение; качество; эффективность.
Системность означает рассмотрение производственного процесса строительства объекта как единой строительной системы, имеющей сложную иерархическую структуру, состоящую из большого количества элементов, связанных друг с другом и внешней средой конструктивными, технологическими, организационными и экономическими связями.
Безопасность представляет собой принцип, обеспечивающий соответствие объемно-планировочных, конструктивных, организационно-технологических решений, принимаемых при строительстве и эксплуатации объекта, условиям окружающей природной и социальной среды и гарантирующее устойчивость объекта, в том числе в случае возникновения чрезвычайных и экстремальных ситуаций.
Гибкость означает способность произволе! венного процесса возведения объекта адаптироваться к часто меняющимся условиям производства работ на площадке, реагировать на изменение организационных, технологических и ресурсных параметров в широком диапазоне и при этом достигать конечного результата с сохранением проектных показателей.
Ресурсосбережение представляет собой принцип, направленный на оптимизацию и экономию расходования материальных, энергетических, трудовых, финансовых ресурсов на всех этапах создания строительного объекта.
8
Качество означает соответствие всех параметров строительных процессов проектным значениям, а также действующим нормам, стандартам, регламентам, на основе системы непрерывного контроля на всех этапах строительства и эксплуатации объекта.
Эффективность представляет собой количественную оценку величины соответствия запроектированных параметров строительства объекта конечным или промежуточным показателям, определяющих стоимость, сроки, качество, расход ресурсов при создании строительной продукции.
1.2. Структура, состав и особенности строительных технологий
Производственный процесс возведения здания или сооружения представляет собой интеграцию строительных технологий. Строительные технологии составляют сущность строительного производства, их технико-экономический уровень является показателем эффективности и современности строительства.
Под термином строительная технология следует понимать совокупность действий (строительный процесс), способов и средств (технические средства), направленных посредством исполнителей (трудовые ресурсы) на обработку исходных природных и искусственных материалов (материальные элементы) путем изменения их характеристик, состояния и положения в пространстве (конструкция) с целью создания проектной строительной продукции.
Строительная продукция - это: а) законченные в строительстве и введенные в эксплуатацию здания и сооружения за установленный период времени; б) отдельные части зданий и сооружений (очереди, пролеты, секции), определяемые проектными, архитектурно-планировочными, конструктивными, организационно-технологическими решениями; в) объемы работ (м2, м3, шт.), выполненные в определенный период времени.
Производство строительной продукции отличается от промышленного производства. В промышленном производстве составляющие его элементы связаны, как правило, жесткой технологической, например конвейерной, линией, общими производственными площадями, а также единой системой управления. Это является той основой, которая позволяет широко использовать манипуляторы, автоматы, роботы, гибкие производственные системы.
9
В строительном производстве создаваемая строительная продукция неподвижна и стационарна (перемещаются рабочие, орудия и предметы труда), имеет большие размеры и массу, ее производство занимает, как правило, длительное время.
В возведении здания или сооружения даже средней и малой мощности участвую! несколько строительных и производственных организаций и предприятий, десятки бригад рабочих, используется большое количество строительных машин и транспортных средств, множество наименований конструкций, изделий, деталей, материалов, механизмов -все это имеет не одну конструктивную и технологическую характеристику. В ходе производства строительных работ выполняются сотни технологических процессов и операций, характеризующихся разными параметрами и показателями.
Производство строительно-монтажных работ на объекте подвержено воздействию большого числа факторов. Особое значение здесь имеют климатические, погодные и региональные условия, уровень квалификации рабочих и инженерно-управленческого персонала, наличие у исполнителей необходимых материально-технических ресурсов, технических средств и др.
Многие из этих факторов носят вероятностный характер, как правило, подвержены резким и частым изменениям в короткие промежутки времени. Эти факторы и условия трудно прогнозируются, а устранение влияния большинства из них требует дополнительных затрат времени, труда и средств.
Указанные особенности увеличивают свое воздействие в связи с ужесточением требований к строительству с позиций обеспечения комфортности, экологической и инженерной безопасности, энерго-и ресурсосбережения, качества, наконец, творческого содержания труда строителя как инженера, так и рабочего.
1.3. Участники строительства
При создании строительной продукции большое значение имеет система взаимоотношений участников производственного процесса. Существующая в строительстве система может быть представлена в виде цепочки участников, с одной стороны которой находятся капитальные вложения (инвестиции), а с другой - созданная строительная продукция. По характеру инвестиций они подразделяются на государственные (бюджетные) и частные. Распределение бюджетных инвестиций осуществляется через местные уполномоченные организации или Министерства (Государственный комитет) строительства. Привлечение Ю
частных инвестиций осуществляется через заинтересованных в создании конкретной строительной продукции инвесторов. Государственный или частный инвестор является заказчиком, т. е. субъектом гражданских отношений, заказывающим создание строительной продукции. Интересы заказчика при создании строительной продукции - развитие проекта от идеи до сдачи построенного объекта в эксплуатацию представляет заказчик-застройщик — специализированная организация, осуществляющая координацию работ всех участников проекта, включая получение исходно-разрешительной документации на строительство, согласование проектной документации с государственными органами, технический надзор за строительством, сдачу построенного объекта в эксплуатацию. Одной из основных задач, стоящих перед заказчиком-застройщиком, является прединвестиционная подготовка строительства объекта.
Под предынвестиционной подготовкой понимается комплекс мероприятий, в результате которых формируется техническое, организационное, экономическое и правовое обеспечение и обоснование проекта.
Основными участниками, которых выбирает заказчик для непосредственного процесса проектирования и создания строительной продукции, являются генеральный проектировщик и генеральный подрядчик. Компетенцию этих организаций подтверждают имеющиеся государственные лицензии на выполнение определенных видов проектных и строительно-монтажных работ, а также имеющийся опыт строительства подобных объектов.
Как правило, подрядные организации не в состоянии выполнить весь спектр строительных и специальных работ, и тогда они заключают договора со специализированными организациями - субподрядчиками на выполнение санитарно-технических, электромонтажных и других работ.
Последовательность и взаимосвязь работ прединвестиционного этапа может быть представлена в виде замкнутого круга задач (рис. 1.1), поочередно решаемых то одним, то другим участником инвестиционного процесса. В число таких задач входят:
подготовка тендерной документации и объявление подрядных торгов на строительство;
подготовка и представление тендерного предложения;
оценка конкурсных предложений, выбор победителя, проведение переговоров о заключении контракта с подрядчиком;
подготовка к строительству, размещение заказов;
составление проектно-сметной документации, технологические расчеты;
11
Начало рое кт
. .ачало строител bCTBatr
Объявление условий . тендера \-J~l одрядные^^/ '-у торги Р
! Подрядчик
7 /Начало строительства
Заказчик ?
Заключен и /-крнтрактов^Х^4
П роектно-сметнай'Э^ документация
Рис. 1.1. Схема последовательности и взаимосвязи задач прединвестиционной подготовки:
1 — подготовка тендерной документации и объявление торгов на строительство; 2 - подготовка и представление оферта; 3 -оценка конкурсных предложений, выбор победителя; 4 - подготовка к строительству, размещение заказов; 5 - составление проектно-сметной документации; 6 — оценка документации, увязка разногласий; 7 - корректировка проектно-сметной документации
проверка смет и расчетов, выдача замечаний и разногласий;
корректировка и составление калькуляций и платежных документов.
На этапе возведения объекта число участников строительства увеличивается. На схеме, представленной на рис. 1.2, наглядно видны возможные варианты взаимодействия заказчика и основных участников инвестиционно-строительного процесса.
Схема А характерна для строительства сравнительно небольших объектов, в том числе для хозяйственного способа строительства, когда все инвестиционные риски принимает на себя заказчик.
Схемы Б и В применяются, как правило, при возведении типовых объектов (например, жилья, промышленных зданий и др.), когда также все инвестиционные решения обосновывает заказчик.
Схема Г используется для крупных проектов, когда заказчик имеет управление капитального строительства и применяется контрактная форма взаимоотношений участников строительства, в соответствии с которой делятся инвестиционные риски между участниками.
Схема Д соответствует крупномасштабному инвестиционному проекту, где управление проектом осуществляет генеральный подрядчик-застройщик, несущий вместе с заказчиком, с одной стороны, генеральным проектировщиком и генеральным подрядчиком с другой -риски при реализации проекта.
Схема Е на отечественном строительном рынке стала использоваться только в последние годы как один из инструментов управления реализацией крупных инвестиционных проектов, позволяющий кардинально снизить продолжительность возведения объектов и повысить эффективность инвестиционно-строительного процесса.
Общестроительные работы обычно выполняют подрядным или хозяйственным способом. При подрядном способе работы выполняют по-12
A
Архитекторы Проектировщики Специалисты Технологи Подрядчики Поставщики
Б
Архитекторы Проектировщики Специалисты Технологи Подрядчики Поставщики
Рис. 1.2. Варианты взаимодействия заказчика и основных участников проекта
стоянно действующие строительные и монтажные организации по договорам с заказчиками. Такой способ позволяет строительным и монтажным организациям иметь постоянные кадры рабочих, повышать их квалификацию, совершенствовать строительное производство, оснащать его современным парком строительных машин и кранов, передовым механическим и электрофицированным инструментом.
В ряде случаев крупная многопрофильная фирма или организация имеет в своем составе строительно-ремонтное подразделение, которому может быть поручено возведение нового объекта для данной фирмы. Данное строительное подразделение, при необходимости, может
13
для производства работ нанять дополнительно рабочих, арендовать необходимые строительные механизмы и инвентарь, создать или расширить производственную базу. Применение хозяйственного способа строительства, как правило, обусловлено небольшими объемами строительно-монтажных работ, удаленностью объектов от мест деятельности подрядных строительных организаций и в целом имеет ограниченное применение.
1.4. Строительные процессы и работы
Основу строительной технологии составляет строительный (рабочий) процесс. Существо процесса составляет действие. Процесс — есть совокупность действий. Действие неотделимо от движения, которое, в свою очередь, неразрывно связано со временем.
Каждое из действий направлено на переработку исходных предметов труда (материалов, полуфабрикатов, изделий и т.п.), изменение их количественных и качественных характеристик. Действие совершается исполнителем целенаправленно с использованием инструментов, приспособлений, механизмов, машин (технических средств). Оно должно быть обеспечено соответствующими знаниями, навыками, информацией.
Одно или несколько последовательных действий образуют операцию - технологически неделимый элемент процесса. Результатом операции является изменение не менее одного из свойств или характеристик исходного предмета труда или их взаимного расположения.
Несколько операций, ведущих к созданию или формированию конструктивного элемента проектной конструкции здания, образуют простой процесс (например, разработка грунта при устройстве котлована). Простой процесс выполняется определенным составом рабочих и технических средств.
Совокупность простых процессов, в результате выполнения которых создается часть проектной конструкции, будет представлять комплексный технологический процесс (например, устройство котлована с выполнением всего комплекса работ, необходимых для последующего возведения фундаментов здания).
При возведении объекта могут выполняться несколько комплексных процессов, образующих в совокупности сложный процесс, результатом которого является возведение здания или сооружения.
Строительство ряда объектов силами одной строительной организации требует координации и взаимоувязки объектных систем. В этом 14
случае формируется строительный поток, в основе которого лежит совокупность нескольких объектных потоков, образующих межобъект-иый процесс.
Рассмотренное и сформулированное описание строительных процессов представляет собой их вертикальное строение и представлено в табл. 1.1.
Таблица 1.1
Вертикальное расчленение строительного технологического процесса
Ступень строительного процесса Содержание процесса Пример
Рабочее действие Элементарный рабочий прием; подготовка предметов и орудий труда Подача крюка крана к сборному элементу
Операция Технологически неделимый элемент; изменение одной или нескольких количественных н качественных характеристик предметов труда Подъем сборного элемента
Простой процесс Организационный и технологически неделимый элемент; создание части «конструкции» Установка сборного элемента в проектное положение
Комплексный технологический процесс Создание «конструкции» Устройство подземной части здания из сборных элементов
Сложный строительный процесс Создание объекта Возведение одноэтажного промышленного здания
Межобьектный строительный процесс Создание комплекса объектов Одновременное строительство нескольких объектов
Кроме разделения строительных процессов по степени сложности их также можно сгруппировать по следующим признакам:
по степени механизации:
механизированный процесс выполняется при помощи механизмов (отрывка котлована экскаватором, монтаж сборных конструкций краном);
ручной процесс осуществляется при помощи механизированного инструмента (вибратор, краскопульт) или немеханизированного (лопата, топор, пила);
полумеханизированный процесс характеризуется тем, что при его выполнении наряду с машинами используется ручной труд;
по назначению:
основные процессы, при выполнении которых создаются элементы и части зданий и сооружений. Эти процессы обеспечивают получение
15
продукции строительного производства и заключаются в переработке, изменении формы и придании новых качеств материальным элементам строительных процессов;
вспомогательные процессы (подготовительные), необходимые для нормального выполнения основных процессов - устройство подмостей для кирпичной кладки, ограждение стенок траншей, ук-рупнительная сборка конструкций перед монтажом, обустройство •монтируемых конструкций вспомогательными навесными приспособлениями;
заготовительные процессы включают добычу песка, щебня, приготовление раствора, бетона, изготовление элементов опалубки, арматуры и т. д. Они обеспечивают строящийся объект полуфабрикатами, деталями и изделиями. Эти процессы обычно выполняют на карьерах, на специализированных предприятиях: заводах товарного бетона, арматурных и деревообрабатывающих цехах и т.п.;
транспортные процессы, необходимые для доставки требующихся материальных ресурсов и грузов на строительную площадку. Горизонтальный транспорт подразделяют на внешний (по доставке грузов на строительную площадку) и внутренний (по перемещению грузов в пределах площадки). Вертикальный транспорт обеспечивает подачу материалов и конструкций в зону производства работ. Транспортным процессам обычно сопутствуют процессы погрузки-разгрузки и складирования. Можно выделить подгруппу по перемещению грунта с и на строительную площадку (самосвалы, скреперы, бульдозеры);
по характеру выполнения процессов:
непрерывные процессы, позволяющие сразу приступить к осуществлению последующих - кирпичная кладка, монтаж отдельных конструктивных элементов;
прерывные процессы, требующие перед выполнением последующих процессов обязательных технологических перерывов для выдерживания и набора прочности бетона, сушки штукатурки;
по значимости (по приоритетности выполнения):
ведущие процессы, определяющие итоговые сроки возведения здания или сооружения;
совмещаемые процессы, выполняемые только параллельно с ведущими (монтаж и заделка стыков, кирпичная кладка и оштукатуривание, общестроительные и специальные работы). Нельзя допускать, чтобы совмещаемые процессы становились ведущими, влияющими на сроки строительства. С другой стороны, совмещение процессов позволяет значительно сократить продолжительность строительства.
16
Состав выполняемых процессов не является чем-то постоянным и может изменяться в зависимости от конкретных условий — наличия машин и оборудования, времени года, климатических и геологических условий.
При возведении зданий и сооружений выполняются комплексы работ, которые можно объединить в три группы.
Общестроительиые работы по способу их выполнения или применяемых и обрабатываемых материалов подразделяют на земляные, свайные, каменные, монтажные, бетонные, кровельные, отделочные и др.
Специальные работы включают монтаж систем водоснабжения, канализации, отопления, вентиляции, электромонтаж, монтаж технологического оборудования, лифтов, возведение резервуаров, промышленных печей и т. д. Эти работы специфичны, в том числе для каждого строительного объекта своя номенклатура подобных работ, поэтому преимущественно специальные работы выполняют специализированные организации, которые будут являться субподрядчиками к основному исполнителю строительства.
Вспомогательные работы предназначены для обеспечения строительства материалами, полуфабрикатами, деталями и подразделяются на транспортные и погрузочно-разгрузочные.
Комплексы строительных работ могут быть сгруппированы также по периодам или циклам. В подготовительный период осуществляется общая подготовка на строительной площадке к производству работ, включая снос строений, планировку, устройство временных дорог, устройство бытовых помещений для строителей, прокладку временных коммуникаций.
В состав работ по возведению подземной части или нулевого цикла входят: земляные работы (отрывка котлована, траншей под ленточные фундаменты и коммуникации к зданию от основных магистралей, образная засыпка пазух), возведение фундаментов, стен подвала, внутренних перегородок, колонн, перекрытия, бетонной подготовки и т.п. из сборных или монолитных железобетонных конструкций, гидроизоляционные работы (изоляция пола и стен подземной части), ввод в здание необходимых коммуникаций (прокладка к зданию в траншеях трубопроводов коммуникаций с устройством разводки их в подвальной части здания).
На второй стадии строительства (возведении надземной части здания) обычно выполняют: монтаж сборных или возведение монолитных строительных конструкций, панелей наружных и внутренних стен, установку оконных и дверных блоков, кровельные работы, санитар-
17
но-технические работы по устройству вентиляционных систем, прокладке стояков горячей и холодной воды, газоснабжения, прокладке стояков и разводок электроснабжения и т. д.
Третья заключительная стадия называется отделочным циклом, в этот период выполняют все отделочные работы: завершение остекления, плиточные и штукатурные работы, отделка (окраска и отделка стен, потолков, столярных изделий, трубопроводов), устройство всех видов полов, установка санитарно-технических приборов и электротехнической арматуры.
1.5. Материальные элементы строительных технологий
Строительство связано с потреблением большого количества материальных элементов, которые включают в себя:
строительные материалы, изготовляемые на промышленных предприятиях или добываемые в карьерах;
полуфабрикаты (бетонная смесь, растворы), приготовляемые в заводских условиях или непосредственно на строительной площадке;
строительные конструкции, детали и изделия, выпускаемые на предприятиях строительной индустрии;
различного рода изделия, материалы, элементы оборудования зданий и сооружений, поставляемые предприятиями различных отраслей промышленности.
Изготовление полуфабрикатов, деталей и изделий в основном осуществляют на промышленных предприятиях. Но в зависимости от особенностей строительной площадки полуфабрикаты и отдельные изделия могут быть изготовлены непосредственно на площадке, на приобъектном полигоне или в мастерской.
Строительные нормы и правила (СНиП), государственные стандарты (ГОСТ и ОСТ) и технические условия (ТУ) являются регламентирующими документами соответствия поставляемых на строительную площадку материалов и изделий. Доставленные на строительную площадку изделия должны сопровождаться техническим паспортом, гарантирующим соответствующие свойства. Маркировка изделий необходима для дополнительной информации - изготовитель продукции, дата изготовления, название и марка изделия. 18
1.6. Трудовые ресурсы строительных технологий
1.6.1. Профессия и квалификация строительных рабочих
Разнообразие строительных процессов требует для их выполнения привлечения рабочих разных профессий, имеющих необходимые знания и практический опыт.
Профессия рабочих — это их постоянная деятельность, определяемая видом и характером выполняемых ими работ (монтажники, бетонщики, маляры).
Специальность - более узкая специализация по данному виду работ (монтажник-высотник, монтажник железобетонных или металлических конструкций). Для выполнения разнообразных строительных работ и процессов нужны рабочие с разным уровнем подготовки, т. е. разной квалификации.
Квалификация - наличие знаний и навыков для выполнения работы определенной сложности. Показателем квалификации является разряд, устанавливаемый в соответствии с квалификационными характеристиками каждой профессии и разряда.
Единый тарифно-квалификационный справочник ЕТКС работ и профессий в строительстве включает 179 профессий, с учетом 6-раз-рядной сетки, принятой в строительстве. В справочнике приведены требования, предъявляемые к рабочим разных профессий в отношении знаний и умения выполнять ту или иную работу. В соответствии со сложностью выполняемых строительных процессов для рабочих основных профессий установлено шесть квалификационных разрядов:
1 разряд - достаточно иметь трудовые навыки и знание правил охраны труда;
2 разряд — нужны некоторые профессиональные навыки;
3 разряд — необходим определенный профессиональный уровень знаний и навыков;
4 разряд - требуется специальная и теоретическая подготовка и большой профессиональный стаж для выполнения процессов средней сложности;
5 разряд — необходимы высокая квалификация и знания для выполнения сложных процессов, организаторские способности для работы звеньевым или бригадиром;
6 разряд — особо сложные процессы.
Присвоение нового разряда - результат производственного испытания, оформляется протоколом квалификационной комиссии (которая руководствуется квалификационными требованиями к выполняемой работе), приказом по строительной организации и выдачей нового удо-
19
стоверения с записью в трудовой книжке. Кроме необходимых знаний в соответствии с присваиваемым разрядом рабочий должен знать специфику выполняемого процесса, технологию его производства, правила охраны труда, правила внутреннего трудового распорядка, требования к качеству работ по смежным строительным специальностям.
Кадры строительных рабочих готовят в профессионально-технических училищах и колледжах, а также путем обучения и повышения квалификации в учебных пунктах и комбинатах, на строительных площадках.
1.6.2. Техническое и тарифное нормирование
Важным показателем эффективности трудовой деятельности рабочего является производительность труда.
Производительность труда строительных рабочих определяется выработкой и трудоемкостью выполняемых работ. Выработка - количество строительной продукции, выработанной за единицу времени (за час, смену и т. д.); трудоемкость - затраты рабочего времени (чел.-ч, чел.-дн. и т. д.) на единицу строительной продукции (м2 штукатурки, м кирпичной кладки и т. д.). Трудоемкость является одним из основных показателей оценки производительности труда. Чем меньше затраты труда на единицу продукции, тем выше производительность труда. Количественно трудоемкость каждого строительного процесса регламентируется техническим нормированием.
Техническое нормирование - разработка технически обоснованных норм затрат рабочего или машинного времени и расхода материалов на единицу строительной продукции. Такие нормы устанавливаются путем детального изучения строительных процессов и являются основой для оплаты труда рабочих. По этим нормам составляются Единые нормы и расценки на строительные, монтажные, ремонтно-строительные работы (ЕНиР).
Норма выработки (Нвыр.) - количество доброкачественной продукции, которое должен произвести рабочий в единицу времени в условиях правильной организации труда (шт., м, т, м2, м3).
Норма времени (Нвр) - количество рабочего времени, достаточное для изготовления единицы доброкачественной продукции рабочим соответствующей профессии и квалификации в условиях правильной организации труда (чел.-ч, чел.-дн.). Если норма времени установлена на звено, то фактическое время работы определяется делением нормы времени на число исполнителей. При определении нормы времени ис-20
ходят из условия, что нормируемую работу выполняют по современной технологии рабочие соответствующей профессии и квалификации.
Норма машинного времени - количество рабочего времени машины (маш.-ч и маш.-см), необходимое для производства единицы доброкачественной машинной продукции при рациональной организации работы, позволяющей максимально использовать эксплуатационную производительность машины.
Нормы времени и нормы выработки взаимно связаны, позволяют при необходимости определить производительность рабочих и состав звена.
Приведем несколько примеров практического использования описанных выше параметров.
Пример 1. Устройство кирпичной кладки.
Нормативное время Н„р на 1 м3 кладки - 1,6 чел.-ч; часовая выработка Н,ыр = 1/Нвр = = 1/1,6 = 0,6 м’; сменная выработка Н.нр = 8/Нор = 8/1,6 = 5,0 м3; фактическое время — каменщик выкладывает 1 м3 кладки за 1,5 чел.-ч.
г, нормативное время 1,6
Производительность труда =--------------= — = 107 %,
фактическое время 1,5
Пример 2. Определить нормативную продолжительность работ для объема кладки V = 15 м’.
Трудоемкость работ Нвр • V = 1,6 15 = 24 чел.-ч; трудоемкость работ 24 / 8 = 3 чел,- дн.; состав звена — 2 чел., трудоемкость работ - 3 чел.-дн.; нормативная продолжительность работ 3 / 2 = 1,5 дн. (смены).
Пример 3. Определить состав звена монтажников.
Трудоемкость рабочих по установке конструкции составляет 5,5 чел-ч и затраты механизма - 1,1 маш.-ч.
г, 5,5 чел.-ч
Состав звена монтажников: ------= 5 чел.
1,1 маш.-ч
Конструкцию с использованием крана устанавливают 5 чел. за 1,1 ч работы.
Нормы времени бывают нескольких типов. Элементарная норма устанавливает норму времени только на одну производственную операцию, например на подготовку поверхности под облицовку плиткой. Норма, объединяющая ряд операций, составляющих единый производственный процесс, является укрупненной (окраска м2 поверхности, включая подготовку основания, грунтовку, затирку, окраску в несколько слоев и т. д.), а норма времени, охватывающая комплекс производственных процессов (кирпичная кладка м3, включающая саму кладку, укладку перемычек, перестановку подмостей, подачу материалов в зону работ) - комплексной.
Технические нормы используют при разработке документации на производство строительных работ и при оценке эффективности принятых технологических решений.
21
Тарифное нормирование - система определения размера заработной платы в зависимости от количества затраченного труда в соответствии с его количеством, качеством и с учетом квалификации исполнителя. Это создает материальную заинтересованность для каждого рабочего и является важным стимулом повышения производительности труда и соответственно объема выполненной продукции, а также обеспечивает повышение квалификации рабочих, улучшение и совершенствование техники и технологии работ.
В основу тарифного нормирования положена тарифная сетка, по которой устанавливается размер зарплаты в зависимости от разряда рабочего. Каждому разряду соответствует тарифный коэффициент, показывающий соотношение оплаты труда между разрядами.
Строительные разряды и тарифные коэффициенты приведены ниже.
Разряды...... 1 2 3 4 5 6
Коэффициенты.. 1,0 1,08 1,19 1,34 1,54 1,8
На основе норм времени и тарифных ставок устанавливают расценки для оплаты труда строительных рабочих.
При вредных условиях труда и на тяжелых работах вводятся коэффициенты условий работ, составляющие 1,12—1,24. В зимнее время применяют зимние коэффициенты в пределах 1,1—1,6, которые принимаются в зависимости от температурной зоны и фактической температуры производства работ.
В отдельных случаях, когда затруднительно или невозможно рассчитать возможную заработную плату рабочего, вводят тарифные ставки, т. е. размер дневной или месячной оплаты труда в соответствии с квалификацией рабочего и присвоенного ему разряда.
Для определения норм времени и нормативных трудозатрат применяют ЕНиРы, ВНиРы и МНиРы.
ЕНиР - Единые нормы и расценки - 65% норм, 86 сборников;
ВНиР - Ведомственные нормы и расценки - 25% норм;
МНиР - Местные нормы и расценки - 10% всех норм.
1.6.3. Системы оплаты труда
В строительстве применяют несколько систем оплаты труда.
Повременную оплату труда используют при оплате за фактически отработанное время в соответствии с установленной ставкой или тарифным коэффициентом. Эта форма оплаты удобна для работ, которые не поддаются точному нормированию или учету (транспортные 22
рабочие, сторожа, дежурные электрики). Возможна оплата повременно-премиальная для рабочих, занятых на механизмах (бульдозер) или обслуживающих механизмы (компрессор).
Прямая сдельная оплата предусматривает оплату за фактически выполненный объем работ в соответствии с присвоенными разрядами и трудовым участием. Эта форма оплаты более прогрессивная, она способствует повышению производительности и стремлению рабочих к приобретению более высокой квалификации. Ее применение требует систематического учета выработки рабочих и оформления нарядов.
Наряд — это производственное задание на выполнение работ, которое должно выдаваться отдельному рабочему, звену или бригаде рабочих до начала работ. Наряд является основным документом учета объема выполненных работ и расчета с рабочими.
Аккордная оплата (разновидность сдельной оплаты) производится на основании заранее подготовленных калькуляций на определенный комплекс работ (квартира, этаж, секция) или на единицу объема работ (м3 каменной кладки, м2 оштукатуренной поверхности). При грамотно составленных калькуляциях, учитывающих все мелкие и сопутствующие процессы и операции, четко определенных объемах и сроках выполнения заданных строительно-монтажных работ, применение аккордной оплаты позволяет повысить производительность труда и ускорить выполнение работ.
В гражданском строительстве нашел применение расчет с комплексной бригадой за сданный в эксплуатацию объект. Подготавливается наряд-заказ на весь объем строительно-монтажных работ, промежуточные расчеты - авансы оформляются ежемесячно, исходя из объемов выполненных работ. При окончательном расчете дополнительно учитывается: досрочный ввод объекта в эксплуатацию; качество выполненных работ; премирование за снижение себестоимости работ и экономию строительных материалов.
Безнарядная система оплаты - заработная плата начисляется бригадам и звеньям от стоимости выполненных работ, исходя из почасовой оплаты труда и в соответствии с квалификацией работника.
1.6.4. Звенья и бригады рабочих
Успешное выполнение строительных процессов требует разделения труда между рабочими в соответствии с их квалификацией и организации их совместной работы. Большинство строительных процессов при современном уровне техники выполняются группами рабочих.
23
Звено - группа рабочих одной профессии, выполняющих совместно один и тот же вид работ; при разной квалификации членов звена рабочие более высокого разряда выполняют более сложные операции. Численность звена обуславливается рациональной организацией труда; состав обычно колеблется в пределах 2...5 чел.
Бригада - несколько звеньев рабочих, объединенных для совместного производства одного и того же вида работ. Количественный и квалификационный состав звеньев и бригад устанавливается в зависимости от объема работ, сложности выполняемых процессов, планируемых сроков работ, принятых методов производства работ. Наиболее распространены в строительстве специализированные и комплексные бригады.
Специализированная бригада (обычно до 25...30 чел.) состоит из звеньев рабочих одной профессии, выполняющих работы одного вида (малярные, штукатурные, плиточные).
Комплексная бригада (до 40...50 чел.) создается из рабочих разных профессий, занятых выполнением одновременно протекающих строительных процессов, связанных единством конечной продукции (бригада отделочников — штукатуры, маляры и плиточники, бригада бетонщиков - опалубщики, плотники, арматурщики, бетонщики). Такая организация труда позволяет правильно распределить работу между членами бригады, осуществляется совмещение профессий, благодаря чему устраняются возможные простои. Бригадир комплексной бригады назначается из числа наиболее квалифицированных и уважаемых рабочих ведущей специальности или ИТР.
Комплексная бригада «конечной продукции» (до 60...70 чел.) создается для проведения работ, предусматривающих выполнение отдельных законченных комплексных работ (монтаж каркаса здания из сборных элементов, возведение конструктивных элементов здания из монолитного железобетона) или выполнение строительства здания или сооружения в целом. Такая бригада состоит из звеньев рабочих разных профессий и выполняет весь комплекс общестроительных работ по возведению надземной части здания, включая все отделочные работы. В зависимости от организации строительства и наличия фронта работ возможна разбивка бригады на три комплексных, работающих на самостоятельных объектах в едином ритме — одна выполняет работы нулевого цикла, другая возводит соседний корпус, третья отделывает следующий.
Благодаря более высокому профессиональному уровню исполнителей, рациональному использованию средств механизации и повышенной ответственности рабочих, выработка в таких бригадах на 2О...25% выше, чем в обычных производственных бригадах. В результате сокра-24
щаются сроки строительства объектов, снижаются материальные затраты и повышается качество работ.
Формирование бригад и звеньев на основе расчета численности и подбора профессионального и квалификационного состава бригады имеет важнейшее значение для выполнения в срок производственных заданий, повышения производительности труда, обеспечения высокого качества продукции и правильной оплаты труда рабочих. При осуществлении правильного формирования обеспечивается эффективное использование по профессии и квалификации каждого рабочего, одинаковая загруженность всех рабочих, рациональное совмещение профессий и максимальное использование по времени строительных машин.
Организация и обслуживание рабочих мест предусматривают необходимые условия и мероприятия, гарантирующие безопасность работающих. Рабочие места должны быть организованы так, чтобы рабочие, занятые на основных работах, не отвлекались на выполнение вспомогательных работ и процессов, не соответствующих их профессии и квалификации. Производственная работа должна быть обеспечена рациональным набором ручного и механизированного (электрофицированного) инструмента, инвентаря, монтажной оснастки и приспособлений, скомплектованных в соответствии с принятой технологией работ и составом исполнителей.
Условия труда должны способствовать высокой работоспособности рабочих при одновременном сохранении их здоровья. Эти требования обеспечиваются соблюдением рациональных режимов труда и отдыха, проведением мероприятий по снижению отрицательных влияний на организм работающих вредных воздействий (шума, вибрации, запыленности, загазованности), обеспечением рабочих необходимой спецодеждой и обувью, средствами индивидуальной защиты, организацией на строительной площадке необходимого санитарно-бытового обслуживания.
Повышение квалификации рабочих является важнейшим условием для дальнейшего совершенствования технологии строительно-монтажных работ и повышения производительности труда. В этой связи подготовке и переподготовке, повышению квалификации рабочих уделяется первостепенное внимание. Обучение рабочих производится с отрывом и без отрыва от производства. Без отрыва от производства повышает свою квалификацию примерно 75% от всех обучающихся рабочих-строителей.
Основными нормативными и инструктивными документами для организации и выполнения отдельных трудовых операций являются карты трудовых процессов (КТП). В КТП содержатся рекомендации по высокопроизводительным приемам и методам труда, формирова-
25
нию звеньев рабочих, рациональной организации рабочих мест. Карты трудовых процессов включают четыре раздела:
область и эффективность применения карты;
подготовка и условия выполнения процесса;
исполнители, предметы и орудия труда;
технология процесса и организация труда.
В картах устанавливается четкое разграничение обязанностей между членами звена рабочих, даны графики по выполнению отдельных производственных операций с рекомендациями рациональных рабочих движений и приемов.
1.7. Технические средства строительных технологий
Технические средства, используемые при возведении зданий и сооружений, можно подразделить на три основные группы - основные, вспомогательные и транспортные.
Основные технические средства принимают непосредственное участие в строительном процессе - монтаже конструкций, разработке грунта, забивке свай, производстве отделочных работ и т. д. К ним относят строительные машины, механизмы, ручной, механизированный и электрофицированный инструмент.
Вспомогательные технические средства в непосредственном возведении конструкций не задействованы, но способствуют этому (подмости для работы на высоте, лестницы-стремянки, монтажные площадки, траверсы и стропы и др.) В состав вспомогательных технических средств входят различные оснастки, предназначенные обеспечить сохранность при перевозке, хранении на складе и непосредственно на рабочем месте контейнеров, кассет, бункеров, струбцин, баллонов с газом, емкостей с жидкими веществами и др.
Транспортные средства обеспечивают доставку материальных ресурсов и технических средств не только к возводимым зданиям и сооружениям, но и в зону производства работ.
1.8. Экологическая безопасность строительных технологий
Одним из требований, предъявляемых к современному строительству, является обеспечение экологической безопасности. Это означает, что при усовершенствовании существующих и создании новых объектов на всех этапах, включая проектирование, сооружение и экс-26
плуатацию должны учитываться требования и критерии, позволяющие обеспечить максимальную совместимость данного объекта и окружающей природной среды, сохранить экологическое равновесие. Реализация принципа экологической безопасности базируется на системном подходе к анализу воздействий и прогнозу последующих изменений и последствий, которые могут возникнуть в природных экосистемах и биосфере в целом.
Виды воздействий, оказываемых на окружающую среду при производстве строительных работ, можно разделить на следующие основные группы:
воздействия на социальную среду (эстетическое восприятие архитектуры здания или сооружения; возможные негативные изменения ландшафта; вынужденное изменение или сокращение транспортных и пешеходных потоков; нарушение работы линий связи; повышение уровня шума и др.);
землепользование (отчуждение на длительный срок земельных участков под строительные площадки, склады строительных материалов и конструкций, организованных и неорганизованных свалок грунта и отходов и др.);
воздействия на грунтовую среду (нарушение естественного состояния, эрозия и возможные загрязнения почвы и грунтовой среды при переработке грунта, устройстве грунтовых и свайных оснований, создании непроницаемых завес и экранов, производстве взрывных работ и др.);
воздействия на водную среду (загрязнения подземных и поверхностных вод при устройстве водоотводов и дренажей, искусственном понижении уровня грунтовых вод, применении химических добавок в различных строительных растворах и составах, допущении неочищенных стоков со строительных площадок и др.);
воздействия на воздушную среду (запыленность и загазованность воздуха при переработке грунта, складировании и использовании сыпучих материалов, в том числе химически агрессивных, производстве взрывных работ, сжигании строительных материалов и мусора и др.);
воздействия на растительность (уничтожение растительного слоя грунта, зеленых насаждений и т.п.);
влияние на уровень безопасности конструкции (последствия от нарушения технологических регламентов, экстремальные условия производства работ и др.);
влияние на безопасность человека (использование опасных материалов и составов, опасные условия производства работ и др.).
27
Методы строительного производства, применение которых может снизить негативное воздействие на окружающую среду, могут быть сгруппированы по следующим направлениям.
Землепользование: проектирование систем расселения с учетом рационального взаимодействия человека и природы (урбоэкология); уменьшение или исключение отторгаемых, в процессе строительства объекта, земель; возвращение (рекультивация) земель в естественное состояние после окончания срока эксплуатации; уменьшение устройства непроницаемых экранов на поверхности и ниже поверхности земли (бетонные, асфальтовые и другие покрытия); рациональная организация свалок, мест хранения отходов строительной деятельности; очистка сточных вод и др.
Архитектурно-планировочное: использование рельефа и ландшафта; масштабирование зданий и сооружений адекватно местности; использование естественных источников света, солнечной энергии, направления ветра; визуальное восприятие здания, его элементов, цвета, особенностей отделки и др. (видеоэкология); системный подход к озеленению жилых массивов и промышленных зон; сохранение памятников истории, архитектуры и природы и др.
Конструктивное: конструкции экологически чистых зданий (использование тепловой энергии от возобновляемых источников и жизнедеятельности здания, чистые строительные материалы и др.); гибкие конструктивно-технологические решения, позволяющие резко снизить расход ресурсов при изменении назначения здания, его модернизации или ликвидации: биопозитивные конструктивные решения, связанные с рациональным землепользованием и др.
Технологическое: оптимизация размеров строительной площадки; уменьшение объемов переработки грунта при устройстве подземной части зданий и сооружений; сохранение растительного слоя грунта; защита грунтовых вод от загрязнения; уменьшение динамических воздействий на грунт (ударные методы, вибрационное воздействие, взрыв, тяжелое трамбование); ограничение применения технологий, дающих большое количество отходов строительных материалов; развитие безотходных технологий и др.
1.9. Контроль качества строительно-монтажных работ
Качество строительной продукции - один из основных факторов, влияющих на экономичность и рентабельность законченного строительством объекта, обеспечивающий его надежность и долговечность. 28
В обобщенном виде качество объекта определяется качеством проекта, строительных материалов и изделий, а также качеством производства строительно-монтажных работ.
Качество строительно-монтажных работ регламентируется СНиПом (часть 3), устанавливающим состав и порядок осуществления контроля, оформление скрытых работ, правила окончательной приемки готового объекта и т. д.
Скрытые работы - работы, которые после выполнения других последующих работ становятся недоступными для визуальной оценки (подготовка оснований под фундаменты, гидроизоляция стен, арматура монолитных конструкций, закладные детали и т. д.). Скрытые работы оформляются актами за подписью производителя работ и представителя технадзора. Для оформления актов на сложные и ответственные работы создаются специальные комиссии.
Допуски (разрешаемые) - возможные отклонения в размерах деталей, конструкций, помещений и т. д. Они приведены в СНиПах и технических условиях. Отступления от них - брак. Обязанность прораба и представителя технадзора следить за качеством строительно-монтажных работ. Представитель технадзора имеет право заставить переделать некачественно выполненные работы.
Дефекты при производстве работ могут иметь разную причину. Из-за некачественно выполненной заделки стыков стеновых панелей создается непривлекательный вид фасада и нарушается температурно-влажностный режим в помещениях. Интенсивная коррозия закладных деталей приводит здание в аварийное состояние, что влечет за собой выполнение сложных и трудоемких ремонтных работ.
Основными причинами низкого качества строительных работ могут быть использование низкосортных и с просроченным сроком применения материалов, отступления в работе от проектной технологии (невыполнение всех слоев штукатурного намета, отсутствие гидроизоляции, необходимой по проекту и т. д.), применение устаревших машин и несовершенного инструмента, отсутствие должного контроля со стороны ИТР и др.
Иногда дефекты возникают из-за неправильно выполненной разбивки зданий и сооружений в осях и по высоте, неудовлетворительного уплотнения грунта в насыпях и выемках, неправильной установки арматуры (в том числе с заниженным сечением) при выполнении железобетонных работ, неправильного и некачественного ведения сварочных работ и т. д.
Контроль качества работ выполняют визуальным осмотром, натурным измерением линейных размеров, испытанием конструкций разрушающими и неразрушающими методами контроля.
29
Механический или разрушающий метод контроля применяют для определения технического состояния конструкций.
Физический или неразрушающий метод используют для определения основных характеристик физико-механических свойств материалов конструкций. Метод базируется на импульсном и радиационном способах.
Импульсный акустический способ заключается в измерении скорости распространения упругих волн в исследуемом материале и рассеивании энергии этих волн.
Импульсный вибрационный способ базируется на замере затухания собственных колебаний с учетом конструктивных форм исследуемого элемента.
Радиационный способ основан на определении изменения интенсивности потоков у-лучей при просвечивании материала. По показаниям счетчиков, определяющих количество испускаемых, поглощенных и прошедших через исследуемый объект изотопов у-лучей определяют качество и свойства материалов.
Обеспечение качества строительно-монтажных работ достигается систематическим контролем выполнения каждого производственного процесса. С позиций организации контроля он подразделяется на внутренний и внешний.
Внутренний контроль - функция административно-технического персонала строительной организации. Оперативный повседневный контроль ведется в процессе производства строительно-монтажных работ.
Внешний контроль за осуществлением строительства выполняют государственные органы и заказчик. Государственные органы - инспекции архитектурно-строительного надзора (ИГАСН) и административно-технические инспекции (АТИ) осуществляют всесторонний контроль не только за процессом строительства, но и за взаимодействием с окружающей средой (вывоз мусора, обеспечение проездов и др.).
Заказчик осуществляет технический контроль. Контролирующие функции возлагают на специального представителя, который следит за обеспечением качества работ, оформлением надлежащим образом скрытых работ, соблюдением сроков работ, проверяет выполненные объемы.
Авторский надзор осуществляет проектная организация, контролирующая соблюдение строителями проектных решений и качество выполнения строительно-монтажных работ.
Окончательная приемка здания Госкомиссией предусматривает не только визуальную оценку сооружения и всех его помещений, но и на-30
личие всех необходимых и оформленных актов выполнения работ, включая акты на скрытые работы.
1.10. Охрана труда в строительстве
Охрана труда в строительстве представляет собой систему взаимосвязанных мероприятий - организационных, технических, санитарно-гигиенических и законодательных, цель которых обеспечить безопасные условия труда при выполнении всех строительно-монтажных работ.
Организационно-технические мероприятия - обучение безопасным методам труда, разработка безопасных механизмов, средств труда и на базе их безопасных строительных процессов.
Санитарно-гигиенические - направлены на создание нормальных условий труда и отдыха на строительной площадке.
Законодательные мероприятия - регламентируют режим рабочего времени и отдыха, условия труда женщин и подростков, правила приема, перевода и увольнения рабочих, взаимоотношения между рабочими и администрацией.
К работе допускаются лица, прошедшие вводный инструктаж и инструктаж на рабочем месте. Повторный инструктаж производится при переходе на новую работу или при изменении условий труда.
Для выполнения особо опасных и вредных работ (монтаж на высоте, работа с пахучими составами) рабочие допускаются после соответствующего обучения и сдачи экзамена.
Как памятка производителям работ основные мероприятия по охране труда на строительной площадке излагаются в проекте производства работ ППР и технологических картах.
ГЛАВА 2
ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
2.1. Моделирование структуры строительных технологий
Анализируя состав производственных процессов, выполняемых в ходе подготовки строительства и возведения объекта, можно установить их две основные группы: материальные и информационные.
Материальные процессы принято называть строительными процессами, которые охватывают все действия, направленные на материальные элементы строительного производства. Они входят в состав строительных технологий.
Информационные процессы реализуются с помощью информационных технологий — методов расчета, методик, программ и средств информационно-вычислительной техники и направлены на переработку идеальных предметов (информации, чисел, исходных данных, документов) с целью выработки и принятия решений по наиболее эффективному осуществлению строительных технологий.
Информационные технологии применяют к моделям, а не к реальным строительным процессам. Под моделью понимают формализованное отображение реального процесса с помощью структурных схем, математических выражений, словесных определений, описывающих связи между параметрами процесса. В общем виде это упрощение реального процесса, принятие корректных допущений с последующей оценкой достоверности полученных результатов.
Рассмотрим модель структуры строительных технологий, графически представленную на рис. 2.1. Как следует из определения строительной технологии она включает в себя следующие элементы: строительный процесс (обозначим символом {Р}), технические средства {М}, трудовые ресурсы {Q}), материальные элементы {L}, конструкцию {К}.
Для создания проектной конструкции в зависимости от ее параметров, сложности, конфигурации, положения в пространстве должен быть сформирован соответствующий строительный процесс, имеющий
определенную последовательность входящих в него простых процессов и операций. Совокупность параметров, характеризующих строительный процесс, обозначим
{Р}= {Pi,P2,...,Pm}-
Строительный процесс может быть выполнен с помощью технических средств, представляющих собой комплект однотипных или разнотипных машин, механизмов, оборудования, реализующих один или несколько простых процессов или операций. Совокупность параметров, относящихся к техническим средствам, обозначим
Рис. 2.1. Графическое представление модели структуры строительной технологии
{М}= {Mi,M2,...,Mk}.
Целенаправленную последовательность действий, управление техническими средствами, установку оборудования и оснастки осуществляют рабочие, объединенные в звенья и бригады. Обозначим совокупность параметров, характеризующих трудовые ресурсы как
{Q} = {QbQ2,..,Qi}.
Одним из основных элементов строительной технологии являются материальные предметы, из которых формируется проектная конструкция. Совокупность физико-механических, технологических, геометрических и других характеристик и параметров материальных предметов обозначим
{L} = {Lj, L2,..„ L,}.
Проектная конструкция включает в себя части конструкции, которые могут выделяться как по структурному признаку (пролеты, блоки, секции и т.п.), так и по организационному признаку (ярусы, захватки, участки, зоны и т.п.).
Ритмичное осуществление строительного процесса обеспечивается соответствующим выбором пространственных параметров, связанных с разделением объемного пространства возводимого объекта в горизонтальной плоскости на захватки и участки, а по вертикали — на ярусы.
Рабочее место — это участок, где перемещаются участвующие в строительном процессе рабочие и расположены потребные материалы, и технические средства. Рабочее место должно быть удобным для трудового процесса и обеспечивать безопасность труда.
2 Э-804 33
Делянка — участок, отводимый звену для бесперебойной работы в течение смены.
Захватка - типовая, повторяющаяся часть здания в плане с приблизительно равными на данном и последующих за ним участках объемами работ, и предоставленная бригаде для работы на целое число смен. В качестве захватки может быть принят отдельный пролет одноэтажного промышленного здания, секция жилого или многоэтажного промышленного здания.
Фронт работ - обычно это направление и последовательность перехода звена с делянки на делянку, а для бригады - с захватки на захватку.
Ярус — часть здания (сооружения), условно ограниченная по высоте и представляющая собой единое целое в объемно-планировочном, техническом или конструктивном отношении. В жилищном строительстве ярус соответствует этажу здания.
Размеры захваток и делянок, трудоемкость работ на них и принятые составы бригад и звеньев должны быть такими, чтобы избежать непроизводительных затрат времени на переходы на другие участки. Временные параметры строительного процесса определяют его выполнение во времени и общую продолжительность, базируясь на максимальном совмещении, ритмичности и поточности выполнения отдельных операций.
Совокупность параметров и характеристик, определяющих конструкцию, обозначим
{К} = {К,,К2,...,К„}.
Связи между отдельными элементами обусловливают модель структуры строительной технологии (ST), которую представим в виде
mTST -> Р • М • Q • L • К.
Чем правильней определены параметры отдельных элементов строительной технологии, чем выше соответствие одного элемента другому, тем выше показатели эффективности строительного процесса:
{Э} = {ЭьЭ2,...,Э8 },
к числу которых относятся: продолжительность, затраты машинного времени и труда рабочих, стоимостные показатели, параметры качества и др.
Если обратиться к принципам формализации технологий в производствах из смежных отраслей техники (строительная и химическая индустрия, машиностроение, металлургия), то в их структуре можно увидеть общие со строительными технологиями черты. Элементы технологии те же самые, но сила и теснота взаимосвязи между ними не-34
одинакова. В наибольшей степени эта связь проявляется в металлообработке, в машиностроении, где заготовка (материальный предмет) в процессе обработки жестко связана со станком (техническое средство) или процесс сборки ведется на конвейерной линии.
В строительном производстве основная особенность состоит в том, что связи между указанными элементами в большинстве случаев слабы, неопределенны, а иногда и вообще отсутствуют. Это порождает многофакторность исходных данных, вариантность решений.
Строительные технологии выполняются на конкретной строительной площадке, которая может характеризоваться группой параметров и факторов. Главный из них - условия производства работ (климатические, технические, технологические, инженерно-геологические, региональные и др.). Совокупность этих условий обозначим
{R} = {R,,R2j...,Rp}.
Протекание процессов, в том числе строительно-технологического процесса (СТП), неотделимо от движения и времени. Фактор времени позволяет учесть динамику строительной системы, взаимосвязь различных процессов, их взаимодействия между собой и окружающей средой. Совокупность параметров, характеризующих время протекания СТП, обозначим
{Т}= {To,TbT2,...,Tt}.
Рассмотрение технологической структуры СТП в конкретных условиях производства работ на строительном объекте с привязкой к шкале времени позволяет ввести понятие организационно-технологической структуры (ОТС) строительного технологического процесса. Моделью ОТС (SOT) является выражение
mOTS0T -> ST • R • Т.
или с учетом выражения структура строительной технологии может быть представлена в виде
m0T S0T -> Р М Q L К R Т.
Представленная модель имеет значение для понимания совокупности технологических и организационных взаимосвязей между элементами строительных технологий, их различия и общности. Построение организационно-технологической структуры должно производиться на этапах проектирования объекта и подготовки строительного производства в рамках проекта организации строительства (ПОС) и проекта производства работ (ППР), содержание которых приводится в СНиПах и других нормативно-технических документах.
35
2.2. Строительные нормы и правила
Строительные нормы и правила (СНиП) представляют собой систему основных нормативных документов по составлению проектно-сметной документации, осуществлению промышленного, гражданского и других видов строительства, эксплуатации и ремонту зданий, сооружений и отдельных конструкций. Эти нормативы обязательны для всех проектных и строительных организаций.
Часть 1. Организация, управление, экономика. Общие вопросы, терминология, классификация зданий.
Часть 2. Нормы проектирования. Общие требования проектирования, в том числе при расчете фундаментов, строительных конструкций, инженерного оборудования.
Часть 3. Организация, производство и приемка работ. Рекомендации по технологии производства строительно-монтажных работ, в том числе выполняемых при отрицательных температурах, в районах с вечной мерзлотой, на просадочных грунтах, в зонах сейсмических воздействий.
Часть 4. Сметные нормы. Приведены сметные нормы на все основные виды конструкций и работ, даны указания по составлению сметной стоимости материалов, изделий, конструкций и машино-смен работы механизмов.
Часть 5. Нормы затрат материальных и трудовых ресурсов. Районные сметные расценки производства работ.
Правила технологии и организации строительного производства приведены в третьей части Строительных норм и правил, содержащей все необходимые указания и требования к выполнению строительно-монтажных работ, безопасному их ведению и приемке, контролю за качеством строительной продукции.
Производство строительных материалов, изделий и конструкций, методы и средства контроля качества также регламентируются Государственными стандартами (ГОСТ). ГОСТы разрабатывают коллективы ученых, производственников и сотрудников государственных учреждений, отвечающих за выпуск нормативной документации. Утверждают ГОСТы Госстрой и Госстандарт РФ.
Кроме этого в разряд нормативной документации входят Технические условия (ТУ) на изготовление различных материалов и технологии производства работ при их использовании, подготавливаемые различными заводами-изготовителями и строительно-монтажными организациями и согласовываемыми с вышестоящими организациями вплоть до Госстроя РФ.
36
Строительные нормы и правила по мере повышения технического уровня строительства и освоения передового опыта периодически пересматривают и обновляют.
2.3. Проектирование производства строительно-монтажных работ
Для успешного строительства зданий и сооружений разрабатываются проектные материалы по организации строительства и производству работ в виде ПОС, ППР и технологических карт (ТК), в которых приводятся решения по основным вопросам организации и технологии строительного производства.
Основная проектная организация разрабатывает проект организации строительства (ПОС) на начальной стадии разработки проекта. ПОС является первичным документом по обоснованию стоимости строительства, его продолжительности, дает рекомендации по технологии и организации строительства.
Проект производства работ (ППР) является документом, более детально прорабатывающим основные решения, предложенные в ПОС. Проект производства работ определяет наиболее эффективные методы выполнения строительно-монтажных работ, способствующие снижению их себестоимости и трудоемкости, сокращению продолжительности строительства, улучшению качества строительно-монтажных работ. Осуществление строительства без проекта производства работ запрещено. ППР разрабатывает осуществляющая строительство строительно-монтажная организация или специализированная, типа треста Оргтехстрой.
ППР предусматривает передовые методы производства работ и служит исходным материалом для оперативного планирования, контроля и учета строительного производства.
В состав проекта производства работ входят:
календарный план производства работ с увязкой работ отдельных исполнителей по срокам;
строительный генеральный план, на который нанесены строящийся объект, бытовые помещения, склады, механизмы, временные дороги, временные и постоянные сети водопровода, канализации и т.д.;
графики ежедневной потребности в рабочих кадрах, механизмах, строительных материалах и конструкциях;
технологические карты в составе ППР разрабатывают на сложные и осваиваемые по новой технологии работы (процессы). В
37
карте указывают принятые способы производства работ, разбивку на захватки, размещение механизмов и пути движения транспорта, последовательность и продолжительность процессов, трудовые и материальные ресурсы на процессы, включенные в карту.
В строительстве различают три вида технологических карт: 1) типовые, не привязанные к строящемуся объекту и местным условиям строительства; 2) типовые, привязанные к возводимому зданию или сооружению, но не привязанные к местным условиям; 3) рабочие, привязанные к строящемуся объекту и местным условиям строительства.
Технологические карты разрабатывают по единой схеме, в них должны найти отражение вопросы технологии и организации строительного процесса, указаны потребности в материалах, полуфабрикатах, конструкциях и инструментах, технологические схемы, приведены калькуляция трудовых затрат, требования к качеству, выполнению пооперационного контроля качества работ, технико-экономические показатели.
Состав технологической карты:
область применения - условия выполнения строительного процесса (в том числе климатические); характеристики конструктивных элементов, частей зданий и сооружений; состав рассматриваемого строительного процесса, номенклатура необходимых материальных элементов;
материально-технические ресурсы - данные о потребности в материалах, полуфабрикатах и конструкциях на предусмотренный объем работ, инструменте, инвентаре и приспособлениях;
калькуляция трудовых затрат - перечень выполняемых операций и процессов с указанием объемов работ; нормы рабочего и машинного времени и расценки; нормативные затраты труда рабочих (чел.-ч), времени работы машин (маш.-ч) и заработная плата (руб);
почасовой или посменный график производства работ - графическое выражение последовательности и продолжительности выполнения операций и процессов на основании определенных в калькуляции затрат труда и времени работы машин. При расчете табличной части графика необходимо учитывать возможность перевыполнения норм за счет повышения производительности труда;
технология и организация производства работ - требования к завершенности предшествующего или подготовительных процессов; состав используемых машин, оборудования и механизмов
38
с указанием их технических характеристик, типов, марок и количества; перечень и технологическая последовательность выполнения операций и простых процессов; схемы их выполнения для получения конечной продукции; схемы расположения механизмов, машин и размещения приспособлений; состав звеньев или бригад рабочих; схемы складирования материалов и конструкций;
операционный контроль качества работ - перечень операций или процессов, подлежащих контролю; виды и способы контроля; используемые приборы и оборудование; указания по осуществлению контроля и оценке качества выполняемых процессов;
охрана труда - мероприятия и правила безопасного выполнения процессов, в том числе конкретные требования для рассматриваемого объекта или вида работ;
технико-экономические показатели - затраты труда рабочих (чел.-ч); затраты времени работы машин (маш.-ч); заработная плата рабочих (руб.); продолжительность выполнения процесса (смены) в соответствии с графиком производства работ; выработка на одного рабочего в смену в натуральных измерителях; затраты на механизацию и др.
Важным документом, представляющим графически организационно-технологическую структуру строительных процессов, является календарный график (для представления взаимосвязи во времени совокупности строительных процессов) или календарный план (для представления взаимосвязи крупных комплексов работ) на объекте.
Основными временными параметрами строительного процесса являются сроки выполнения процесса, сменность работ, длительность выполнения отдельных операций. Принятые решения оформляются в виде календарного графика выполнения процесса (графика производства работ). Такой график состоит из двух частей: расчетной и графической. В расчетной части приводится описание выполняемых строительных процессов, единицы измерения и объемы, необходимые для выполнения работ, рассчитанные на эти объемы трудозатраты рабочих и машин, принятые или рассчитанные сменность работ, состав звена или бригады, полученная в результате расчетов продолжительность работ (в часах, сменах, днях) по каждому процессу и в совокупности для всего объема работ.
В графической части в линейной форме отражаются принятые решения по выполнению отдельных процессов в масштабе времени, а также взаимоувязка и совмещение их выполнения. Начало и конец каждого процесса на графике в целом есть продолжительность выпол-39
а) линейное выполнение
в) синхронное параллельное выполнение
нения этого процесса. Временная разность между началом выполнения первого процесса (операции) и окончанием последнего процесса определяет общую продолжительность комплекса строительных процессов, включенных в график работ или сроки выполнения работ на данной делянке (захватке, секции, этаже, здании).
Могут быть выделены три типа таких взаимосвязей (рис. 2.2):
два процесса однозначно связаны между собой и следуют друг за другом, образуя линейную последовательность (рис. 2.2,я);
два процесса имеют общее исходное событие и общее окончание, но в заданном интервале однозначно не связаны между собой и внутри интервала выполняются параллельно (рис. 2.2,6);
два процесса имеют общее исходное событие и общее окончание, в заданном интервале связаны между собой, координируя друг друга, и образуют синхронную параллельную связь (рис. 2.2,в).
В основе современной концепции строительства лежат принципы максимально возможного совмещения процессов и комплексов работ. Выполнение параллельно протекающих процессов достигается за счет их координации. При этом возможна комбинация линейной последовательности отдельных процессов-фрагментов и параллельного выполнения частных процессов внутри фрагментов, что наиболее соответствует схеме организации работ в реальном строительном проекте.
40
2.4. Методы производства строительно-монтажных работ
В соответствии с увязкой строительных процессов или комплексов строительно-монтажных работ строительство может быть осуществлено по одному из трех существующих методов: последовательному, параллельному и поточному.
Последовательный метод предусматривает возведение каждого следующего здания после окончания предыдущего. Общая продолжительность строительства равна времени строительства одного дома, умноженному на их количество, для производства работ требуется относительно малое количество рабочих.
Параллельный метод предполагает одновременную постройку всех зданий. Общая продолжительность строительства всех зданий равна продолжительности возведения одного здания, но при этом в т раз (т — количество строящихся зданий) возрастает потребность в рабочих для одновременной работы.
Поточный метод сочетает достоинства вышеописанных и исключает недостатки. При поточном методе продолжительность строительства будет меньше, чем при последовательном, но и интенсивность потребления ресурсов окажется меньше, чем при параллельном методе. Специфика метода в том, что возведение здания разбивается на несколько составляющих циклов, имеющих одинаковую продолжительность работ, которые могут выполняться в разное время на каждом здании, что позволит последовательно осуществлять однородные процессы и параллельно разнородные.
2.5. Информационная среда строительных технологий
Интеграция материальной и информационной сфер строительного производства, структура и четкость прямых и обратных связей между ними является одним из главных принципов использования современной вычислительной техники в проектировании и управлении реальными производственными процессами. Этот принцип находит свое практическое воплощение в создании и использовании интегрированных систем управления (ПАСУ) производством, объединяющих в едином комплексе решение задач автоматизации проектирования (САПР), управления производством (АСУП), подготовки производства (АСТПП), управления технологическими процессами (АСУТП), мате-
41
риальными потоками, организационно-административной деятельностью, контролем качества.
Каждый строительный объект имеет свой жизненный цикл, который в общепринятом понимании включает в себя этапы проектирования,- подготовки строительного производства, возведения объекта, его последующей эксплуатации, одной или нескольких модернизаций и возможной ликвидации объекта, исчерпавшего свой потенциал. При этом каждый из этапов может быть разделен на отдельные стадии, фазы и другие периоды, имеющие количественные и качественные параметры и характеристики.
В последние годы данная методология, базирующаяся на принципах системного подхода, получает новое развитие на основе расширения представления о составе процессов создания строительного объекта в целом. В структуру процессов жизненного цикла объекта, как уже говорилось выше, входят информационные процессы, включающие в себя такие составляющие, как процессы изучения рынка, процессы принятия решений в ходе тендеров и конкурсов, накопления и переработки информации, процессы коммуникации, процессы управления качеством, процессы обеспечения инженерной и экологической безопасности. Появилось новое название группы процессов, относящихся к информационной сфере производства - бизнес-процессы, что характеризует строительную систему создания объекта как совокупность материальных и информационных элементов с учетом воздействия на нее технологических и экономических факторов внешней среды.
Организация информационного пространства объекта, которое поэтапно формируется в процессе его жизненного цикла, требует сегодня значительных затрат, подчас сопоставимых со стоимостью материальных ресурсов на строительство самого объекта.
Средствами реализации данной стратегии являются CALS-техноло-гии, представляющие собой интегрированные информационные модели самого жизненного цикла объекта и выполняемых в ходе его реализации бизнес-процессов. Возможность интегрального использования информации обеспечивается применением компьютерных сетей и стандартизацией форматов данных, обеспечивающей их корректную интерпретацию.
Аббревиатура CALS понимается как Continuous Acquisition and Life Cycle Support - непрерывная информационная поддержка жизненного цикла изделия, продукта или целого объекта.
Процессы проектирования и возведения объекта при современной концепции строительства, как правило, выполняются параллельно, что определяет необходимость интенсивного обмена результатами работы между проектными и строительными организациями, включая гене-42
рального подрядчика, субподрядчиков, поставщиков и других участников проекта, зачастую географически удаленных друг от друга и использующих несовместимые компьютерные и программные средства.
Совместное взаимодействие участников при проектировании и производстве строительных работ может быть эффективным в случае, если оно базируется на единой информационной модели объекта. Длительность жизни такой структуры определяется временем выполнения заказа на изыскательские, проектные и строительные работы, составляющие значительную часть жизненного цикла создаваемого строительного объекта.
В терминах CALS такая структура называется виртуальным строительным объектом, виртуальной стройкой или виртуальным строительным предприятием. Виртуальное предприятие не является юридическим лицом, но характеризуется единым информационным пространством, обеспечивающим при условии соблюдения соответствующих стандартов совместное использование информации.
Созданная однажды модель строительного объекта используется многократно. В нее вносятся дополнения и изменения, она служит отправной точкой при реконструкции и модернизации строительного объекта. Соблюдение стандарта обеспечивает корректную интерпретацию хранимой информации.
Использование стандартного способа представления конструкторско-технологических данных позволяет решить проблему обмена информацией между различными подразделениями виртуального строительного предприятия, а также субподрядчиками, участвующими в кооперации, оснащенными разнородными системами проектирования. Стандартизация формата данных обеспечивает возможность оперативной передачи функций одного подрядчика другому, который, в свою очередь, имеет возможность воспользоваться результатами уже проделанной работы. Такая возможность важна для строительных объектов, имеющих длительный жизненный цикл, когда необходимо обеспечить преемственность информационной поддержки строительства, независимо от складывающейся рыночной, политической или финансовой ситуации. Решение данной проблемы имеет особое значение для международных проектов, выполняемых проектными и строительными фирмами, находящимися в разных городах или странах.
ГЛАВА 3
ИНЖЕНЕРНАЯ ПОДГОТОВКА СТРОИТЕЛЬНОЙ ПЛОЩАДКИ
3.1. Общие положения
Одним из важных этапов строительства зданий и сооружений, в течение которого осуществляется подготовка строительного производства, является подготовительный период. На этом этапе закладывается основа планомерного развертывания строительно-монтажных работ и взаимоувязанной деятельности всех участников строительства объекта, создание и обеспечение необходимых условий качественного возведения зданий и сооружений в установленные сроки.
В этот период решаются вопросы обеспечения строительства проектно-сметной документацией, отвод и закрепление площадки под строительство, обеспечение объекта подъездными путями, водой и электроэнергией, анализ рынка и проведение подготовительных переговоров с поставщиками конструкций, материалов и оборудования, заключение договоров подряда и субподряда, оформление разрешений и допусков на производство работ.
В каждом конкретном случае состав подготовительных работ регламентируется природно-климатическими условиями, особенностями строительной площадки, спецификой возводимых зданий и сооружений, особенностями объекта - новое строительство, расширение, реконструкция, капитальный ремонт.
Работы по подготовке объекта к строительству бывают внеплоща-дочные и внутриплощадочные.
Внеплощадочные подготовительные работы включают: прокладку подъездных путей к объекту строительства, линий электропередачи и телефонизации, сетей водоснабжения, канализации и ливневого водостока, при необходимости - жилых поселков для строителей и производственной базы строительных и монтажных организаций.
44
Внутриплощадочные подготовительные работы включают: изучение инженерно-геологических свойств грунтов на площадке; создание геодезической разбивочной основы; освобождение площадки для производства на ней строительных работ - расчистку территории, снос строений; планировку территории; отвод поверхностных и грунтовых вод, при необходимости искусственное понижение уровня грунтовых вод; перекладку существующих и прокладку новых инженерных сетей; устройство постоянных и временных дорог; обеспечение строительной площадки электроэнергией (в частности освещением); временное ограждение; обеспечение строительства противопожарным водоснабжением и инвентарем.
Площадку строительства оборудуют раздевалками-бытовками, столовой, помещениями производителей работ и другого технического персонала, душевыми, санузлами, складами для хранения строительных материалов, инструмента, временными мастерскими, навесами и т. д. Под эти сооружения можно использовать часть сносимых зданий, если они не попадают в габариты возводимого сооружения и, не будут мешать нормальному осуществлению строительных работ. Временные здания на строительной площадке обычно бывают инвентарными блочного или вагонного типа.
В подготовительный период прокладывают линии временного водоснабжения (включая противопожарный водопровод) и электроснабжения с подводкой энергии ко всем бытовкам и другим помещениям, а также к местам установки электрических механизмов. Помещение начальника строительства и прорабская должны быть обеспечены телефонной и другими современными средствами связи с персоналом внутри площадки и сторонними организациями.
На строительной площадке должно быть оборудовано место для временной стоянки строительных машин (землеройных, самоходных кранов, самосвалов), предусмотрена возможность их ремонта. Площадка должна быть ограждена, иметь закрывающиеся ворота, охрану; объект оборудуют и обозначают соответствующими знаками и надписями.
3.2. Инженерно-геологические изыскания
Для правильного выбора конструктивной схемы фундаментов и всего здания в целом, выбора оптимальных материалов и изделий, необходимо иметь всеобъемлющую информацию о физико-механических свойствах грунтов, уровне поверхностных вод и т. д.
Инженерно-геологические изыскания на строительной площадке включают в себя:
45
инженерную оценку грунтов и их несущей способности;
определение уровня грунтовых вод на территории строительной площадки.
Инженерная оценка грунтов выполняется заблаговременно, перед началом проектирования объекта и представляет собой оценку строительных и физико-механических свойств грунтов - их гранулометрический состав, плотность, влажность, разрыхляемость и т. д. Для этих целей специализированные организации осуществляют отбор образцов посредством глубинного или поверхностного бурения в зависимости от поставленной в техническом задании задачи. На основании этих данных в процессе проектирования принимают необходимые решения по методам подготовки, усиления, целесообразной механизации их разработки, в некоторых случаях и конструктивных особенностей возводимого здания.
Определение уровня грунтовых вод позволяет при проектировании производства работ разработать мероприятия по понижению уровня вод в процессе строительства и, если это необходимо, дать предложения по понижению уровня вод на период эксплуатации объекта.
3.3. Создание опорной геодезической основы
Геодезическая разбивка строительной площадки и будущих сооружений на этой площадке является основой геодезического обеспечения производства земляных и всех последующих строительных работ и включает в себя:
создание опорной геодезической сети, разбивку площадки на квадраты с закреплением вершин реперами, поверочное нивелирование территории;
разбивку зданий и сооружений на местности, привязку зданий к опорной геодезической сети или к существующим соседним зданиям;
устройство обноски вокруг здания, закрепление осей.
Необходимые геодезические измерения выполняют нивелирами, теодолитами, зенит-приборами, лазерными построителями и электронными тахеометрами.
Нивелир - геодезический прибор для определения относительной высоты точек, переноса отметок от геодезических знаков на строительную площадку, определение поэтажного монтажного горизонта и оценка взаимного положения основных точек на плане этажа. 46
Теодолит — оптический прибор для измерения или закрепления в натуре горизонтальных и вертикальных углов. Широко используется для переноса на этажи здания разбивочных осей с уровня земли.
Зенит-прибор предназначен только для переноса осей строго по вертикали. При возведении многоэтажных зданий и сооружений определение положения базовых элементов на каждом этаже находят от перекрестия основных осей здания. Зенит-прибор предназначен только для проецирования на новый монтажный горизонт с помощью оптического луча прохождения основных осей.
Благодаря внедрению современных лазерных технологий в строительство появился совершенно новый вид инструментов — лазерные построители плоскости, которые нашли широкое применение в диапазоне от планировки строительной площадки до обеспечения качества отделочных работ. Лазерные нивелиры применимы для планировочных работ, для эффективной работы они снабжены компенсатором -устройством, автоматически устанавливающим вращающийся лазерный луч в горизонтальной плоскости. При плохой видимости луча или при работах на больших расстояниях используются специальные датчики, улавливающие луч даже в тех случаях, когда визуально определить его положение невозможно. Датчики с двух сторон снабжены жидкокристаллическими экранами, фиксирующими попадание на них лазерного луча; закрепляются они с помощью кронштейна на обычных нивелирных линейках.
Лазерные построители, выпускаемые промышленностью, одновременно являются нивелиром и теодолитом. При вертикальном проецировании используется построитель в роли лазерного отвеса, видимый луч наглядно показывает вертикальность устанавливаемых конструкций и плоскостей, при этом геодезисту нет необходимости находиться рядом с прибором. При прокладке инженерных коммуникаций лазерному построителю можно задать необходимый уклон и также без оператора обеспечивать качественную прокладку трубопроводов. Работа с лазерными построителями крайне проста, питание инструментов осуществляется от встроенных аккумуляторов или обычных электрических батареек.
Все шире в строительной практике используются электронные тахеометры (рис. 3.1) - инструменты, объединяющие в себе дальномер, цифровой теодолит с электронным измерением углов и модуль памяти для сохранения результатов измерений. Они обеспечивают высокую точность угловых и линейных измерений, освобождают от визуального снятия отсчетов, заметно повышают эффективность полевых работ за счет скорости измерений. Угломерные отсчеты производятся автоматически с помощью специальных датчиков, что положительно сказы-
47
Рис. 3.1. Электронные тахеометры
вается на точности и скорости измерений. Расстояния до 200 м измеряются прибором с точностью в пределах 2...5 мм.
Управление рабочими режимами и настройка тахеометра осуществляется с помощью клавиатуры и экрана, способного отображать большой объем информации. Благодаря экрану процесс полевых измерений стал более удобным и наглядным, работа по перестановке реек и отражателей - более простой. Некоторые типы тахеометров имеют специальные створоуказательные системы. Световая система указателя створного направления дает возможность быстрее выносить точки в натуру.
Тахеометры нового типа способны измерять расстояния без использования призменных отражателей непосредственным наведением прибора на поверхность наблюдаемой цели. Точность измерения расстояний также в этом случае достаточно высокая, при дальности до 1000 м точность измерений составляет порядка 1...20 см. Внутренняя память инструмента рассчитана на хранение данных для 5000 точек. С использованием мощных лазерных излучателей в безотражатель-ных тахеометрах стало возможным увеличение диапазона измерений до 6000 м.
Автофокусные тахеометры автоматически фокусируют аппарат на объект, для этого достаточно визир навести на установленный отражатель и нажать кнопку автофокусировки.
Тахеометры поставляются с батареями питания на период работы до 10 ч и несколькими прикладными программами, позволяющими быстро и просто решать различные геодезические задачи. Все современные тахеометры совместимы с персональными компьютерами, что позволяет не только расширить объем его памяти, но и резко увеличить возможности тахеометра для обработки и расчетов в процессе полевых работ и упростить вынесение расчетных точек на местность.
48
На стадии подготовки площадки к строительству должна быть создана опорная геодезическая разбивочная основа, главное назначение которой - привязать продольные и поперечные оси здания на местности. Эта основа служит геодезическому обеспечению на всех стадиях строительства и после его завершения и позволяет элементарно находить необходимые отметки как в плане, так и по вертикали. Исходными материалами для разбивки служат стройгенплан, рабочие чертежи сооружения и разбивочные чертежи. Геодезическая разбивка земляных сооружений осуществляется по геодезическому плану строительной площадки, составленному в том же масштабе, что и стройгенплан. На плане дана привязка к Государственной триангуляционной сети, а также к существующим зданиям и сооружениям. В соответствии с геодезическим планом определяют положение сооружения на местности, его привязку в горизонтальном и высотном отношениях.
Геодезическую разбивочную основу для определения -положения объектов строительства в плане создают преимущественно в виде:
строительной сетки - продольных и поперечных осей, определяющих расположение на местности основных зданий и сооружений и их габаритов (рис. 3.2). Строительная сетка применима для разбивки значительных строительных площадок при строительстве крупного предприятия с рядом самостоятельных объектов или жилого микрорайона со всеми возводимыми зданиями (включая школу, детский сад, магазины, центральный тепловой пункт и т. д.);
красных линий (или других линий регулирования застройки) -продольных и поперечных осей, определяющих положение на местности и габариты здания; данная разбивочная основа приме-
Р и с. 3.2. Строительная сетка:
° - местоположение пунктов сетки; б - вынос на местность строительной сетки; I - вершины основных фигур сетки; 2 - вершины дополнительных фигур сетки; 3 - основные оси здания
49
нима для строительства отдельных зданий в городах и поселках, внутри уже сложившейся застройки.
Строительную сетку выполняют в виде квадратов и прямоугольников, которые подразделяют на основные и дополнительные. Длина сторон основных фигур сетки 100...200 м, а дополнительных - 20...40 м. При геодезической съемке и оформлении на местности строительной сетки должны быть обеспечены следующие условия:
основные здания и сооружения должны оказаться внутри фигур сетки;
линии сетки должны проходить параллельно основным осям возводимых зданий и по возможности ближе к ним;
должны быть преодолены препятствия, мешающие непосредственным линейным измерениям.
Разбивку строительной сетки на местности начинают с выноса в натуру исходного направления, для чего используют имеющуюся в пределах строительной площадки (или вблизи от нее) геодезическую сеть. Осуществляется привязка к этой Государственной геодезической сети в горизонтальной плоскости (полярные координаты) и в высотной (для переноса вертикальных отметок на строительную площадку). Затем на исходных направлениях на всей площадке разбивают строительную сетку и закрепляют ее в местах пересечений знаками (постоянными и временными). В зависимости от размеров строительной площадки на ней могут быть постоянные знаки, выполняемые из забетонированных в грунт обрезков труб, рельсов, других металлических элементов (рис. 3.3). Основание знака (низ или опора) должно располагаться ниже границы промерзания грунта минимум на 1 м. Такой знак Государственной триангуляционной сети со своей высотной отметкой для привязки к ней строящихся зданий необходим на каждой
Рис. 3.3. Постоянные геодезические знаки:
а - из забетонированных обрезков труб; б -из стального штыря с забетонированным оголовком, в - из обрезков рельсов; / - плановая точка; 2 - стальная труба с крестообразным анкером; 3 - бетонный оголовок, 4 — стальная труба; 5 - граница промерзания
50
крупной строительной площадке. Кроме постоянных знаков в строительной сетке применяют строительные реперы или временные знаки иа пересечениях осей сетки. Назначение этих знаков - перенесение на местность строительной сетки, верхний уровень каждого репера должен быть на уровне планировки для данной точки местности.
Аналогично строительной сетке осуществляют перенос на местность красных линий застройки. В этом случае постоянных знаков разбивки в большинстве случаев не требуется, достаточно привязки к уже существующим, ранее построенным зданиям (рис. 3.4).
Разбивка зданий и сооружений на местности. Разбивку котлованов под фундаменты зданий производят по рабочим разбивочным чертежам, где за оси координат принято пересечение взаимно-перпендикулярных осей здания.
Вертикальную привязку здания производят к геодезическому реперу Государственной сети. Отметку репера переносят на строительную площадку с помощью нивелира и закрепляют на ближайшем существующем здании или на металлической трубе, прочно закрепленной в 'грунте.
Производство земляных работ на строительной площадке разрешается только после выполнения геодезических работ по разбивке земляных сооружений и установке соответствующих разбивочных знаков. Разбивку производят с помощью геодезических инструментов - теодолитов и нивелиров.
Устройство обноски, закрепление осей. Для детальной разбивки осей зданий, обозначения контура котлованов и закрепления их на местности служит строительная обноска. Она может быть сплошной по всему периметру здания и прерывной. Прерывная обноска удобнее, так как не затрудняет передвижения строительных машин и транспорта на объекте. Устанавливается обноска с использованием геодезических инструментов параллельно основным осям, образующим внешний контур
Рис.3.4. Способы переноса на местность основных осей здания:
° - на основе строительной сетки; б - не основе красной линии застройки; / - здание. 2 - строительная сетка; 3 — оси условной координатной сетки; 4 - красная линия
51
здания на расстоянии, обеспечивающем неизменяемость ее положения в процессе строительства.
Все данные с разбивочного чертежа выносятся на обноску. На обноске, в частности, отмечают основные оси здания и закрепляют их гвоздями; сами оси, продольные и поперечные, реализуются с помощью туго натянутой проволоки или шнура, которые закрепляются на этих гвоздях. Для легкого нахождения знака закрепления оси при производстве работ обычно устанавливают штыри — контрольные знаки закрепления осевых линий. Обычно это арматурные стержни, забиваемые в грунт и выступающие над поверхностью земли на 2...6 см на расстоянии 5... 10 м от обноски.
3.4. Расчистка и планировка территории
В комплекс работ по расчистке территории входят:
пересадка или защита зеленых насаждений;
расчистка площадки от ненужных деревьев, кустарника, корчевка пней;
снятие плодородного слоя почвы;
снос или разборка ненужных строений;
отсоединение или перенос с площадки существующих инженерных сетей.
Пересадка зеленых насаждений. Законодательство об охране окружающей среды требует от строителей бережного отношения к природе, сохранения древесной растительности. Ценные деревья и кустарники, мешающие производству строительных работ, выкапывают и пересаживают на новое место или в охранную зону на территории строительной площадки.
Зеленые насаждения, не подлежащие вырубке или пересадке, обносят оградой, а стволы отдельно стоящих деревьев предохраняют от возможных повреждений защитой отходами пиломатериалов.
Расчистка от ненужных деревьев производится с помощью механических или электрических пил, тракторами. Трактора с трелевочно-корчевальными лебедками или бульдозеры с высоко поднятыми отвалами валят деревья с корнями и корчуют пни. Для корчевки отдельных пней диаметром до 50 см применяют те же трактора с лебедками, бульдозеры, специальные корчеватели-собиратели. Для корчевки пней с сильно развитой корневой системой или находящихся в мерзлых грунтах, допускается применять взрывной способ.
52
Кусторезом, являющимся навесным и сменным оборудованием на гусеничном тракторе, расчищают территорию от кустарника. Кусторез имеет раму с отвалами и ножи, с помощью которых срезают кусты и мелкий лес диаметром не более 20 см на уровне земли. Для этой же операции применяют бульдозеры с зубьями-рыхлителями на отвале и корчеватели-собиратели.
Сразу после уборки территории от пней и стволов деревьев выбираются обрывки корней из растительного слоя параллельными проходками корчевателей. Изъятые корни и остатки от разделки деревьев удаляют с расчищенной территории для последующего сжигания или вывоза.
Со строительной площадки должны быть убраны валуны. Они грузятся в транспортные средства, если умещаются в ковше экскаватора, более крупные перемещаются бульдозерами за пределы зоны работ. Валуны могут быть раздроблены на месте взрывным способом с помощью наружных или шпуровых зарядов.
Плодородный слой почвы, подлежащий снятию с застраиваемых площадей, срезают и перемещают бульдозерами или автогрейдерами в специально выделенные места, где складируют для последующего использования. Иногда его отвозят на другие площадки для озеленения. При работе с плодородным слоем следует предохранять его от смешивания с нижележащим слоем, от загрязнения, размыва и выветривания. В зимних условиях допускается снимать природный слой лишь при наличии соответствующего обоснования в проекте.
Снос зданий, сооружений и их фундаментов или разборку ненужных строений выполняют путем их членения на части (для последующего демонтажа) или обрушением. Деревянные строения разбирают, отбирая здоровые и целые элементы для последующего их использования.
Монолитные железобетонные и металлические строения разбирают по разработанной схеме сноса, обеспечивающей устойчивость строения в целом. Членение на блоки разборки начинают со вскрытия арматуры, далее блок раскрепляют, обрезают вскрытую арматуру и обламывают блок. Металлические элементы срезают после раскрепления. Наибольшая масса железобетонного блока разборки или элемента металлической конструкции не должна превышать половины допустимой при наибольшем вылете стрелы грузоподъемности монтажного механизма, участвующего при разборке.
Сборные железобетонные строения разбирают по схеме сноса, обратной схеме монтажа. Первоначально элемент разборки должен быть освобожден от всех наличных связей, включая сварку. Если от-
53
дельные сборные конструкции невозможно или затруднительно разбирать поэлементно, их расчленяют как монолитные конструкции. При разборке сборных элементов каркаса здания каждый отделяемый элемент должен предварительно раскрепляться и занимать устойчивое положение.
Снос зданий и сооружений, в том числе всех каменных, осуществляют обрушением гидравлическими молотами, отбойными молотками, в отдельных случаях экскаваторами с различным навесным оборудованием (шар- или клин-молотами). Обломки зданий сдвигают в сторону бульдозерами или загружают в транспортные средства. Вертикальные части строений для предотвращения разброса обломков по площади следует обрушивать внутрь разбираемого строения. В отдельных случаях обрушение разрешают осуществлять взрывным способом.
Для разрушения и сноса зданий и сооружений разработано и специальное оборудование. Выпускаются отбойные молотки с клапаном сохранения энергии, которая добавляется к следующему удару молота и продолжает увеличивать силу последующих ударов, пока материал не будет разбит. Разработано и применяется специализированное оборудование для разрезания металлического лома, разбивания бетона, утилизации крупных элементов и обломков от разборки зданий. Производится комплексное навесное оборудование - комбинация отбойного молотка и ножниц с мощными челюстями, которое позволяет легко разрушать бетон и резать арматуру. Применяются челюстные дробилки, предназначенные для конкретных задач - разбивания конструкции, регенерации, резки арматуры и измельчения.
Для сноса строений и размельчения железобетона нашли применение полноповоротные бетоноизмельчители с шириной захвата 620 мм и раскрытием зева более 1 м на базе экскаватора. Это оборудование полностью освобождает арматуру от бетона и перекусывает арматуру диаметром до 50 мм на стадии обрушения. Бетоноизмель-читель позволяет производить измельчение бетонного лома до необходимой кондиции непосредственно на месте сноса строения. Конструктивное решение механизма дает возможность осуществлять работы в стесненных условиях, не нанося ущерба близлежащим объектам или элементам конструкций. В процессе работы механизм создает минимальный уровень шума и не оказывает вибрационных воздействий.
Отсоединение или перенос с площадки существующих инженерных сетей является важным и обязательным элементом подготовки строительной площадки. В отдельных случаях на подготавливаемой строительной площадке могут быть расположены не только локаль-54
ные, но и магистральные сети электроснабжения, водопровода, фекальной и ливневой канализации, газопровода, теплосети, телефонизации и телевидения. В этих случаях до начала строительства вышеназванные сети должны быть вынесены с территории застройки и проложены за пределами площадки, чтобы обеспечить бесперебойное функционирование магистральных сетей.
Перенос линий связи и электропередачи, подземных коммуникаций и других сооружений, обеспечивающих жизнедеятельность существующей застройки, но находящихся на территории осваиваемой строительной площадки и мешающих производству работ, осуществляют при подготовке территории строительной площадки. Такой перенос первоначально согласовывается и включается в проектную документацию. Осуществляется прокладка коммуникаций в обход строительной площадки с необходимым подключением потребителей, после чего мешающие строительству инженерные сети отключаются и удаляются. В процессе работ перенос осуществляется под наблюдением соответствующих организаций.
3.5. Отвод поверхностных и грунтовых вод
Работы данного цикла включают в себя:
устройство нагорных и водоотводных канав, обваловывание;
открытый и закрытый дренаж;
планировку поверхности складских и монтажных площадок.
Поверхностные и грунтовые воды образуются из атмосферных осадков (ливневые и талые воды). Различают поверхностные воды «чужие», поступающие с повышенных соседних участков, и «свои», образующиеся непосредственно на строительной площадке. В зависимости от конкретных гидрогеологических условий производство работ по отводу поверхностных вод и осушению грунтов можно выполнять следующими способами: открытым водоотливом, открытым и закрытым Дренажем и глубинным водопонижением.
Нагорные и водоотводные канавы или обваловывание устраивают вдоль границ строительной площадки с нагорной стороны для предохранения от поверхностных вод. Территория площадки должна быть защищена от поступления «чужих» поверхностных вод, для чего их Перехватывают и отводят за пределы площадки. Для перехвата вод Устраивают в повышенной ее части нагорные и водоотводные канавы (рис. 3.5). Водоотводные канавы должны обеспечивать пропуск ливневых и талых вод в пониженные точки местности за пределы строи-
55
102,5
100,5
100,0
Рис. 3.5. Защита строительной площадки от поступления поверхностных вод: 1 - зона стока воды, 2 - нагорная канава. 3 — строительная площадка
тельной площадки. В зависимости от планируемого дебита воды, водоотводные канавы устраивают глубиной не менее 0,5 м, шириной 0,5...0,6 м, с высотой бровки над расчетным уровнем воды не менее 0,1...0,2 м. Для предохранения лотка канавы от размыва скорость движения воды не должна превышать для песка 0,5...0,6 м/с, для суглинка -1,2...1,4 м/с. Канаву устраивают на расстоянии не менее 5 м от постоянной выемки и 3 м - от временной. Для предохранения от возможного заиливания продольный профиль водоотводной канавы делают не менее 0,002. Стенки и дно канавы защищают дерном, камнями, фашинами.
«Свои» поверхностные воды отводят путем придания соответствующего уклона при вертикальной планировке площадки и устройства сети открытого или закрытого водостока, а также принудительным сбросом через водоотводные трубопроводы посредством электрических насосов.
Дренажные системы открытого и закрытого типов используют при сильном обводнении площадки грунтовыми водами с высоким уровнем горизонта. Дренажные системы предназначены для улучшения общесанитарных и строительных условий и предусматривают понижение уровня грунтовых вод.
Открытый дренаж применяют в грунтах с малым коэффициентом фильтрации при необходимости понижения уровня грунтовых вод на небольшую глубину - порядка 0,3...0,4 м. Дренаж устраивают в виде канав глубиной 0,5...0,7 м, на дно которых укладывают слой крупнозернистого песка, гравия или щебня толщиной 10...15 см.
Закрытый дренаж - это обычно траншеи глубокого заложения (рис. 3.6) с устройством колодцев для ревизии системы и с уклоном в сторону сброса воды, заполняемые дренируемым материалом (щебень, гравий, крупный песок). Поверху дренажную канаву закрывают местным грунтом.
При устройстве более эффективных дренажей на дно такой траншеи укладывают перфорированные в боковых поверхностях трубы -56
Рис. 3.6. Закрытый, пристенный и опоясывающий дренаж:
а - общее решение дренажа; б - пристенный дренаж; в - кольцевой ограждающий дренаж; 1 — местный грунт; 2 — мелкозернистый песок; 3 - крупнозернистый песок; 4 - гравий; 5 - дренажная дырчатая труба; 6 — уплотненный слой местного грунта; 7 - дно котлована; 8 - дренажная прорезь; 9 — трубчатый дренаж; 10 - сооружение; 11 -подпорная стенка; 12 - бетонное основание
керамические, бетонные, асбестоцементные диаметром 125...300 мм, иногда просто лотки. Зазоры труб не заделывают, трубы сверху засыпают хорошо дренирующим материалом. Глубина дренажной канавы -1,5—2,0 м, ширина поверху - 0,8... 1,0 м. Снизу под трубой часто укладывают щебеночное основание толщиной до 0,3 м. Рекомендуемое распределение слоев грунта: 1) дренажная труба, укладываемая в слой гравия; 2) слой крупнозернистого песка; 3) слой средне- или мелкозернистого песка, все слои не менее 40 см; 4) местный грунт толщиной до 30 см.
Такие дренажи собирают воду из прилегающих слоев грунта и отводят воду лучше, так как скорость движения воды в трубах выше, чем в дренирующем материале. Закрытые дренажи устраивают ниже уровня промерзания грунта, они должны иметь продольный уклон не менее 0,5%. Устройство дренажа необходимо выполнять до начала возведения зданий и сооружений.
Для трубчатых дренажей в последние годы широко используют трубофильтры из пористого бетона и керамзитостекла. Применение трубофильтров значительно снижает трудозатраты и стоимость работ. Они представляют собой трубы диаметром 100 и 150 мм с большим количеством сквозных отверстий (пор) в стенке, по которым вода просачивается внутрь трубопровода и отводится. Конструкция труб позволяет их укладку по предварительно разровненному основанию трубоукладчиками.
57
3.6. Подготовка площадки к строительству, ее обустройство
Подготовка и обустройство строительной площадки включают:
сооружение временных дорог и подъездов к строительной площадке;
прокладку временных коммуникаций;
устройство площадок для стоянки строительных машин;
ограждение строительной площадки;
подготовку временных бытовых помещений.
Устройство временных дорог является составной частью инженерного обеспечения строительной площадки. Для транспортирования грузов на строительную площадку и с нее необходимо максимально использовать существующую дорожную сеть и только по необходимости предусматривать устройство временных дорог, которые следует устраивать для двустороннего движения-, однополосные дороги допускаются при организации кольцевого движения. Ширина проезжей части землевозной дороги при двустороннем движении транспорта должна быть 6 м, при одностороннем — 3,5 м, ширина обочин - не менее 1 м. В стесненных условиях строительной площадки ширина обочины может быть уменьшена до 0,5 м. Обочины не предусматриваются на дорогах без покрытия.
Минимальный радиус дорог на строительных площадках допускается 15 м, а наибольший уклон - 8%. При прокладке дорог в выемке необходимо устраивать кюветы для обеспечения стока вод с уклоном не менее 3%.
В подготовительный период прокладывают сети временных коммуникаций. Сюда входят линии временного водоснабжения, включая противопожарный водопровод, теплоснабжения, электроснабжения с подводкой электроэнергии ко всем бытовкам, другим помещениям и зданиям, местам установки электрических механизмов. Прорабская должна быть обеспечена телефонной и диспетчерской связью. В случае невозможности подключения к магистральным канализационным сетям устраивают септик.
На строительной площадке оборудуют площадку для стоянки и ремонта машин (землеройных и автомобилей). Площадку обязательно ограждают и обозначают соответствующими знаками и надписями.
На площадке строительства устраивают временные здания. К ним относятся раздевалки-бытовки, столовая, душевые, контора производителя работ, санузлы, склады для хранения строительных материалов 58
и инструмента, навесы и т. д. Площадка под временными зданиями предварительно планируется для обеспечения стока поверхностных вод. Под эти времянки целесообразно использовать часть сносимых зданий, если они не попадают в габариты возводимого сооружения, и не будут мешать нормальному осуществлению строительных работ, а также инвентарные здания вагонного или блочного типа.
Первоначальная планировка строительной площадки производится для выравнивания территории после производства всех выше перечисленных подготовительных работ и предшествует работам по подготовке и освоению площадки под котлованом.
ГЛАВА 4
ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ И ПОГРУЗКА-РАЗГРУЗКА СТРОИТЕЛЬНЫХ ГРУЗОВ
4.1. Классификация строительных грузов и видов транспорта
При возведении любого здания или сооружения выполняют определенные транспортные и погрузочно-разгрузочные работы, связанные с доставкой от мест изготовления на строительную площадку материалов, полуфабрикатов и изделий. Доставка этих материалов является комплексным процессом, включающим погрузку, транспортировку, разгрузку и складирование. Для возведения конструкций одноэтажного промышленного здания доставляют до 150 кг конструкций на 1 м3 объема здания, для жилого полносборного - 250 кг, кирпичного - 500 кг. В стоимости некоторых строительных материалов транспортные расходы иногда превышают затраты по добыче или изготовлению Стоимость транспортировки 1 т горного песка в 5 раз превышает затраты на разработку.
Доставляемые для возведения сооружения элементы именуют строительными грузами. Многообразные строительные грузы классифицируют по их физическим и геометрическим характеристикам на 9 видов:
сыпучие - песок, щебень, гравий, грунты, строительный мусор; порошкообразные — цемент, известь, гипс, мел;
тестообразные — бетонная смесь, раствор, известковое тесто;
мелкоштучные - кирпич, мелкие блоки, бутовый камень, асфальт в плитках, бидоны с краской, грузы в ящиках и мешках;
штучные — оконные и дверные блоки, железобетонные панели и плиты;
длинномерные - железобетонные и стальные колонны, фермы, трубы, лесоматериалы;
крупнообъемные — санитарно-технические кабины, блок-комнаты, блоки лифтовых шахт, крупногабаритные контейнеры;
60
жидкие - бензин, керосин, смазочные материалы;
тяжеловесные — железобетонные элементы значительной массы, технологическое оборудование, строительные машины, доставляемые на строительную площадку на транспортных средствах.
Исходя из разнообразия строительных грузов, их геометрических параметров и физических характеристик в строительстве, нашли применение самые разнообразные средства транспортирования разнородных грузов, разработаны соответствующие средства их погрузки и разгрузки.
4.2. Транспортирование строительных грузов
Доставку грузов осуществляют различными видами транспорта. Транспортными называют процессы по перемещению строительных материалов, полуфабрикатов и готовых изделий от места их добычи, изготовления или погрузки до объектов строительства, выполняемые с помощью различных средств транспорта. Транспортировку строительных грузов осуществляют вертикальным и горизонтальным транспортом. Вертикальный транспорт предназначен для выполнения погрузочных работ на заводах-поставщиках строительных конструкций, разгрузочных работах при приемке поступивших на строительную площадку материалов и изделий, при транспортировании грузов по вертикали с земли к месту производства работ. Горизонтальным транспортом строительные грузы перевозят от места их получения до объектов строительства и непосредственно на самих объектах, если возводят не отдельное здание, а целый строительный комплекс.
По отношению к строительной площадке горизонтальный транспорт подразделяют на внешний и объектный. Внешним транспортом строительные конструкции, материалы, технологическое оборудование поступает на строительную площадку с заводов-поставщиков, карьеров, центральных складов или со своих производственных предприятий к строящимся объектам. Объектный транспорт предназначен для перемещения строительных грузов в пределах строительной площадки.
В строительстве перевозку грузов осуществляют всеми видами современного транспорта.
Автомобильным транспортом осуществляют около 80% всех перевозок строительных грузов. Достоинства автомобилей - большая скорость, высокая маневренность, способность передвигаться по кривым
61
участкам с малым радиусом закругления, преодолевать крутые подъемы дорог, возможность доставлять разнообразные грузы непосредственно к объекту строительства. Этот вид транспорта получил наиболее широкое применение в условиях жилищного строительства.
Тракторный транспорт используют для перемещения, в основном, тяжелых грузов по плохим дорогам и в условиях бездорожья. Недостатки - ограниченная возможность использования в городских условиях и при значительных расстояниях перевозки вследствие малых скоростей передвижения.
Железнодорожный транспорт обслуживает 13... 18% общего количества перевозок строительных грузов и является в основном внешним транспортом для перевозки на большие расстояния. Железнодорожный транспорт требует больших первоначальных затрат, однако при крупных объемах строительно-монтажных работ и при поступлении основных грузов по рельсовым путям эти затраты в процессе эксплуатации быстро окупаются.
Водный транспорт - наиболее дешевый вид транспорта, особенно при перевозках на значительные расстояния и обслуживает до 5% перевозок грузов на строительные площадки. Один из главных недостатков - сезонность использования.
Воздушный транспорт используют для доставки грузов в труднодоступные места большегрузными самолетами и монтажа отдельных конструкций и даже сооружений вертолетами и специальными дирижаблями.
Специальный транспорт - подвесные канатные дороги, трубопроводный транспорт, пневмотранспорт, гидротранспорт, транспорт с помощью звеньевых ленточных транспортеров. Эти виды транспорта применяют, в основном, при сильно пересеченной местности и при наличии водных преград.
К специальным видам транспорта можно отнести транспортные средства технологического назначения, в которых совмещены процессы транспортирования с технологической переработкой этого строительного груза. К таким транспортным средствам относят автобетоносмесители, в которых одновременно выполняются процессы приготовления и транспортирования на строительную площадку бетонной смеси, автобетононасосы - совмещают транспортировку смеси на значительное расстояние и ее укладку, автобетоновозы - перемещение и перемешивание смеси. Транспортные средства технологического назначения перспективны и в современном строительстве уже играют существенную роль.
62
4.3. Обоснование выбора средств транспорта
Значительный удельный вес транспортных процессов при огромной номенклатуре доставляемых строительных грузов требует выбора оптимальных транспортных средств, направления грузопотоков, комплексной механизации погрузки и разгрузки, сокращения и ликвидации перегрузок, сокращения дальности перевозок. Выбор транспортных средств зависит от многих факторов:
вида перевозимого груза - штучные, сыпучие или жидкие материалы;
размеров и массы конструкций и деталей — длинномерные, плоские, тонкостенные элементы;
способа транспортирования - в горизонтальном, вертикальном или наклонном положении;
габаритов пространственных элементов;
дальности транспортирования груза;
допустимой скорости транспортирования груза;
способа разгрузки привезенного груза;
вида дороги, ее состояния и величины продольного уклона; температуры перевозимого материала и наружного воздуха; условий транспортирования - открытым или закрытым способом. Если исходя из этих факторов, рассматривать автомобильный транспорт, то выбирают тип автомобиля, тягача, прицепа или полуприцепа.
В общем виде обоснование выбора транспортирования грузов включает первоначальное определение типа транспорта для наиболее эффективной доставки на данную строительную площадку с учетом расположения основных поставщиков, а на втором этапе из этого типа выбирают самые целесообразные виды транспорта.
Основные критерии, по которым оценивают транспортные средства в строительстве, можно разделить на три группы:
технические — грузоподъемность, проходимость, маневренность, габариты, осевые нагрузки, приспособленность к погрузочно-разгрузочным операциям;
технологические — обеспечение сохранности грузов, сторона разгрузки;
экономические - себестоимость доставки.
Автомобильный транспорт целесообразно использовать при доставке всех грузов на расстояниях до 200 км (за рубежом используют и при транспортировке на большие расстояния), в труднодоступных Районах, при наличии грузов, негабаритных для железнодорожного
63
транспорта. В сельской местности автомобильный транспорт и тракторы доставляют грузы практически на любые расстояния. Железнодорожный транспорт рационален при тяжелых грузах и оборудовании, при сосредоточенном строительстве крупных объектов. Речной транспорт удобен для использования при сосредоточенном строительстве в районах, непосредственно примыкающих к акватории рек и имеющих специальное портовое оборудование.
Воздушный транспорт используют в исключительных случаях для транспортировки и монтажа отдельных уникальных конструкций, если доставка и использование другого монтажного оборудования неэффективны по экономическим и временным факторам В основном этот вид транспорта применим в труднодоступных районах Сибири и Крайнего Севера для объектов, не имеющих собственной производственной базы, водных и наземных путей коммуникаций, или в периоды, когда другие виды транспорта невозможно использовать по климатическим условиям.
Смешанные способы доставки грузов применяют, когда в определенных регионах технически невозможно организовать движение некоторых видов транспорта из-за отсутствия железных или автомобильных дорог, наличия водных преград или если доставка смешанным способом даже с учетом дополнительных перегрузок грузов оказывается экономически выгодной.
4.4. Безрельсовый транспорт. Подвижной состав автомобильного транспорта
Основными видами безрельсового транспорта являются автомобильный и тракторный. Достоинства безрельсового транспорта - относительно небольшие капитальные вложения, незначительные расходы на погрузочно-разгрузочных работах, возможность доставлять строительные грузы к местам их использования и в необходимое время. Автомобили могут перемещаться по дорогам с большими продольными уклонами и малыми радиусами поворота.
Существуют два вида автомобильного транспорта. В первом - двигатель совмещен с бункером перемещения груза - кузовом, во втором -двигатель отделен от кузова, в результате получаются тягачи с прицепами и полуприцепами. По второму принципу устроен и тракторный транспорт.
Автомобильный транспорт, используемый для перевозки строительных грузов (рис. 4.1), можно классифицировать следующим образом.
64
Рис. 4.1. Автотранспортные средства для доставки строительных грузов: а - автосамосвал; б - автопоезд с самосвальными прицепами; в - автомобиль с увеличенной вместимостью кузова; г — авторастворовоз; д - автобетоновоз; е - битумовоз; ж - бортовой автомобиль для доставки кирпича; з — плитовоз; и - балковоз; к - панелевоз; л - фермовоз; м - сантех-кабиновоз
Автомобили бортовые или общего назначения применяют для перевозки разнообразных строительных грузов - кирпича, сборных железобетонных конструкций, пакетированных материалов, продукции деревообрабатывающих предприятий. Для более полного использования тяговой мощности двигателя часто применяют дополнительно прицепы одноосные, двухосные, полуприцепы и автопоезда, состоящие из седельного тягача и навешиваемых на его седельно-сцепное устройство специализированных полуприцепов. Находят широкое распространение бортовые автомобили повышенной проходимости, имеющие две или три ведущие оси.
Автомобили — самосвалы используют для перевозки сыпучих строительных грузов, грунтов, строительного мусора. Достоинства самосвалов - механическая разгрузка перевозимого груза. Самосвалы по типу кузова подразделяют на универсальные и специальные, предназначенные для перевозки только одного вида груза. По направлению разгрузки самосвалы бывают трех типов - с разгрузкой назад, боковой на одну или две стороны, с разгрузкой на три стороны. Нашли применение автопоезда с самосвальными прицепами и землевозы. Материалы, имеющие малую плотность подобно керамзиту, в целях полного ис-з Э-804 65
пользования грузоподъемности транспортируют на специальных автомобилях с увеличенной вместимостью кузова до 40 м3. Только в исключительных случаях раствор и бетонную смесь транспортируют автосамосвалами, что неэффективно из-за возможного расслоения смеси, подверженности перевозимого груза внешним атмосферным воздействиям и потерям в пути цементного (известкового) молока, вытекающего из заднего борта.
За последние годы парк самосвалов полностью обновился. Кременчугский автозавод выпускает трехосные самосвалы КрАЗ-6510 с 8-кубовым кузовом с задней разгрузкой грузоподъемностью 13,5 т, КрАЗ-65055 с 10-кубовым кузовом на 16 т, КрАЗ-65032 полноприводной модификации грузоподъемностью 15 т. Минский автозавод также освоил трехосные самосвалы. Модель МАЗ-5516 перевозит 16 т в кузове ковшового типа объемом 10,5 м3. Полноприводной самосвал МАЗ-55165 в состоянии перевозить 15 т груза, а самосвальный автопоезд МАЗ-5552 совместно с прицепом перевозит 31,6 т груза и имеет возможность разгрузки с трех сторон. В Белоруссии освоено производство самосвала МЗКТ-6525 Волат, это единственный в своем классе полноприводной самосвал с односкатной ошиновкой всех колес, способный перевозить 21 т груза.
КамАЗ до последнего времени выпускал только строительные самосвалы КамАЗ-55111 грузоподъемностью 13 т. В настоящее время освоен выпуск тяжелого самосвала КамАЗ-6520 грузоподъемностью 20 т, 15-тонный КамАЗ-65115-04 и полноприводной трехосный КамАЗ-65111 грузоподъемностью 14 т. Московский ЗИЛ освоил производство 10-тонного самосвала ЗИЛ-4514 на шасси семейства трехосных автомобилей. Совместное российско-итальянское предприятие ИВЕ-КО-УралАЗ освоило выпуск 20-тонного самосвала Урал-ИВЕКО-6329, изначально предназначенного для эксплуатации в тяжелых дорожных и климатических условиях.
Чешская Татра разработала специально для России самосвал Татра 815-24 под названием «Ямал», в кузове ковшового типа которого объемом 13 м3 можно перевозить до 22 т груза в условиях бездорожья. Фирма Даймлер специально для Нового Уренгоя выпускает самосвал Мерседес-Бенц грузоподъемностью 20 т с объемом кузова 12,5 м3.
Автомобили специального назначения предназначены для перевозки в сохранном состоянии группы однородных грузов - панелевозы, лесовозы, или одного вида - цистерны для цемента. Часто используют специализированные прицепы и полуприцепы в сцепе с тягачем для перевозки сборных железобетонных конструкций - ферм, балок, панелей или тяжелых неделимых грузов. Нашли широкое применение специальные полуприцепы — цементовозы, известковозы, растворово-66
зы. Все шире начинают применять автомобили, выполняющие одновременно с перемещением грузов и их технологическую обработку -автобетоносмесители, автогудронаторы, авторастворовозы.
Организацию доставки разнообразных строительных грузов можно осуществлять по нескольким основным схемам.
При маятниковой схеме автотранспортные средства - самосвал, бортовая автомашина, тягач с неотцепляемым прицепом грузов определенное время простаивают под погрузкой и разгрузкой этого груза. Маятниковая схема автотранспортных перевозок эффективна при наличии приобъектных складов или при сосредоточенном строительстве сооружений из однотипных конструктивных элементов. В этом случае в транспортном цикле бывают задействованы специализированные автопоезда, когда отдельный поезд или группа автопоездов перевозят изделия определенной номенклатуры с их разгрузкой по частям у строящихся однотипных объектов.
Маятниково-челночную схему характеризуют значительно меньшие простои транспортного средства. С помощью тягача на стройплощадку привозят прицеп с грузом, отцепляют его, прицепляют свободный, возвращаются с ним к месту погрузки на завод, отцепляют прицеп, оставляя его под загрузку, прицепляют ранее загруженный прицеп и отвозят его к месту назначения. За транспортным средством фактически оказываются закрепленными три прицепа — один находится под разгрузкой, другой - под погрузкой, третий в это время транспортируется.
Существует и третья, челночно-кольцевая схема доставки грузов с помощью панелевоза и нескольких прицепов. Прибыв на объект и отцепив прицеп, панелевоз уезжает на второй объект, где отцепляет другой прицеп, или разгружается. Возможна разгрузка на третьем объекте, откуда панелевоз со свободными прицепами направляется на завод за очередной партией груза. Достоинства схемы - более полное использование грузоподъемности транспортного средства и сокращение простоев. В то же время возрастает продолжительность маневрирования, установки прицепа под разгрузку, так как маневренность автомашины с одним-двумя прицепами, особенно в стесненных условиях проездов и строительных площадок резко затрудняется.
4.5. Конструкции автомобильных дорог
При любом строительстве необходимо первоначально выполнить инженерную подготовку строительной площадки, в соответствии с генпланом проложить постоянные автомобильные дороги и проезды.
67
С целью экономии ресурсов эти дороги устраивают без верхнего асфальтового покрытия с тем, чтобы при завершении строительства выполнить необходимый ремонт основания и устроить верхнее покрытие. Часто генплан и стройгенплан не совпадают, поэтому необходимо прокладывать временные подъездные пути, соединяющие строительные площадки с общей сетью автомобильных дорог и внутрипостроечные дороги, которые прокладывают до начала возведения основных объектов и по которым перевозят грузы внутри строительной площадки.
В зависимости от класса и эксплуатационных свойств автомобильные дороги в строительстве классифицируют:
улучшенные (постоянные), устраиваемые на прочном основании с верхним покрытием из асфальтобетона или железобетона;
из бетонных и железобетонных плит, укладываемых на песчано-гравийное основание;
профилированные грунтовые, укрепленные песком, щебнем, гравием;
временные из железобетонных плит, устраиваемые по естественному основанию.
Выбор типа конструкции дорожных одежд зависит от назначения дороги, климатических условий, уровня грунтовых вод, вида грунта земляного полотна и характеристики подстилающего слоя.
Дороги на строительных площадках могут быть тупиковыми и кольцевыми, должны быть предусмотрены разворотные площадки и разъезды. Ширина дорожного покрытия автомобильной дороги при однополосном движении должна быть не менее 3,5 м, а при двухполосном с уширением для стоянки машин при разгрузке -6 м. При использовании тяжелых машин и автопоездов, доставке длинномерных грузов ширину проезжей части увеличивают до 8... 12 м. Обычно минимальный радиус закругления дорог принимают 12 м, но при этом увеличивают ширину проезжей части на закруглении. Так при ширине дороги 3,5 м на закруглении ширина ее возрастает до 5,0 м.
Основные составные части автомобильной дороги внегородского типа:
полоса отвода - участок по ширине, отводимый для строительства дороги;
проезжая часть дороги - средняя часть полосы отвода, по которой происходит движение транспорта;
обочины — полосы с обеих сторон проезжей части, служащие упорами для ее одежды и предназначенные для стоянки транспорта;
дорожное полотно - проезжая часть вместе с обочинами;
68
кюветы — водосточные канавы треугольной или трапецеидальной формы для отвода воды с поверхности полотна дороги с минимальным уклоном 3%, устраиваемые непосредственно за обочинами;
обрезы — участки земли, располагаемые за кюветами до самых границ отвода, служащие для объездов и складирования материалов во время ремонта дороги;
виражи - односкатные участки на закруглениях дороги с уклоном в сторону центра закругления и уширением дороги в этом месте на 1...2 м.
Для предохранения земляного полотна от намокания проезжей части придают серповидный двускатный поперечный профиль с уклоном 3...5% для грунтовых дорог и 1,5...2% - для улучшенных; обочины имеют уклоны 5—6%.
Автомобильные дороги состоят из земляного полотна, дорожной одежды и инженерных сооружений - мостов, труб и т. д. Земляное полотно - спрофилированная поверхность грунта в насыпи или выемке (рис. 4.2). Оно должно отвечать требованиям устойчивости дорожной одежды при любом изменении температурного и водного режимов. Дорожная одежда покрывает земляное полотно и передает на него нагрузку от транспортных средств. Дорожное покрытие устраивают в зависимости от капитальности самой дороги. Основание часто состоит из двух слоев. Верхний слой, выполненный из бетона, железобетона, щебня и гравия, воспринимает основные эксплуатационные нагрузки. Нижний слой, обладающий необходимой несущей способностью, должен хорошо дренировать воду и его обычно устраивают из щебня, гравия и песка.
В качестве железобетонных дорожных плит применяют плиты прямоугольной и клиновидной формы в плане. Покрытия из прямоугольных дорожных плит (длиной 2,5—3 м, шириной 1 — 1,5 м, толщиной 0,14—0,22 м и массой 0,63—1,8 т) просты в устройстве, могут воспринимать повышенные нагрузки, пригодны для эксплуатации сразу после укладки в любое время года, при любой погоде. Дороги часто устраи-
а)
2 3 i=2...3%>
4
Рис. 4.2. Детали автомобильной дороги:
° - поперечный разрез; б - разрез дорожной одежды; I - кювет; 2 - обочина; 3 - дорожная одежда, 4 - земляное полотно, 5 - покрытие, 6 — основание; 7 - подстилающий слой
69
вают колейными - одно- и двухпутными с разъездами. Клиновидные плиты позволяют устраивать покрытие проезжей части сразу на всю ширину дороги и с любым радиусом на поворотах (без укладки монолитного бетона). На прямых участках покрытие монтируют чередованием широкой и узкой сторон.
4.6. Рельсовый транспорт. Подвижной состав железных дорог
Железнодорожный транспорт занимает важное место в перевозках строительных грузов и выполняет внешние, внутрикарьерные и прочие виды перевозок. Достоинства железнодорожного транспорта -сравнительно низкая стоимость перевозок, возможность благодаря большой грузоподъемности единиц подвижного состава использовать небольшое количество транспортных средств для доставки значительных грузов, независимость от погодных условий. Эти достоинства особенно полно реализуются при транспортировании грузов на расстояния, превышающие 200 км. При малых расстояниях перевозок значительно возрастает время под погрузкой и разгрузкой и связанные с ними простои, а значит резко увеличивается себестоимость перевозки грузов.
Основными тяговыми средствами железнодорожного транспорта являются мотовозы с двигателями внутреннего сгорания, тепловозы с более мощными двигателями (не требующие большого количества воды, как паровозы), электровозы, имеющие более высокий КПД по сравнению с тепловозами, большую мощность, а значит и общую массу перевозимых грузов.
Современный парк бункеров для перевозки грузов характеризуется многообразием типов и конструкций, вызванных необходимостью учета различных требований: сохранности перевозимого груза, механизации разгрузки, взвешивания, дозирования грузов и т. д. Основные типы бункеров перемещения (подвижного состава) (рис. 4.3) следующие:
крытые вагоны, выпускаемые с боковыми люками, дверными проемами и раздвижной крышей, что обеспечивает перевозку широкой номенклатуры строительных грузов;
полувагоны для перевозки различных сыпучих, длинномерных и других строительных грузов и могут иметь люки в полу, боковых и торцевых стенках, одно- или двухскатный пол;
70
Рис. 4.3. Подвижной состав железнодорожного транспорта: а — крытый вагой; б — платформа; в — цистерна; г — полувагон; д - вагон-хоппер; е — думпкар
платформы для перевозки различных железобетонных изделий, лесоматериалов, оборудования;
крытые вагоны-хопперы для транспортирования цемента, извести и других порошкообразных грузов, требующих защиты от атмосферных осадков. В крыше таких вагонов имеются продольные и круглые загрузочные люки, а внизу кузова - люки со специальными пневматическими разгрузочными механизмами. Вагоны-хопперы выпускают различных модификаций, отличающихся формами, количеством колесных пар и объемами перевозимых грузов;
цистерны для перевозки цемента, других сыпучих и наливных грузов. Кузовом является емкость цилиндрической формы, оборудованная верхним загрузочным и нижним разгрузочным сливами;
вагоны-самосвалы (думпкары) для транспортировки щебня, гравия, песка, глины, других сыпучих грузов и пород, разрабатываемых при производстве вскрышных работ. Они могут разгружаться в сторону за счет поднимающихся и откидывающихся продольных бортов или опрокидыванием самого вагона;
вагоны специализированного назначения для перевозки определенного груза в тяжелых условиях; они имеют усиленные ходовые части из-за увеличенных нагрузок на них.
Для разгрузки железнодорожных бункеров используют вагоноопро-кидыватели, мостовые, железнодорожные и гусеничные краны, оборудованные крюком, грейфером, электромагнитом и другими грузозахватными приспособлениями. Вагоны часто разгружают автопогрузчиками, цистерны с нижним сливом - приборами пневморазгрузки, с верхним сливом - с помощью насосов. Для ускорения процесса разгрузки специально оборудуют площадки вагоноопрокидывателями, эстакадами, повышенными путями с приемными устройствами или площадками с одной или двух сторон железнодорожных путей, приемными бункерами, расположенными между рельсами.
71
4.7. Конструкции железных дорог
Рельсовые пути в зависимости от требований, предъявляемых к ним в процессе проектирования, строительства и эксплуатации, подразделяют:
дороги общей сети страны;
железные дороги промышленных предприятий; они не включены в общероссийскую сеть и предназначены для перевозки рабочих и грузов промышленных предприятий;
железные дороги строительных площадок, которые в свою очередь классифицируют на подъездные пути, соединяющие строительные площадки с общей сетью железных дорог, пристанями, сырьевыми базами, и внутриплощадочные пути, обслуживающие перевозки в пределах строительной площадки.
Железные дороги строительной площадки устраивают широкой колеи, если железнодорожный транспорт предусмотрен в проекте строящегося предприятия* или при большом объеме доставляемых им грузов на строительную площадку (более 1 млн. т в год). Узкоколейные дороги используют при перевозках грузов из карьеров на строительную площадку, если по каким-то причинам нельзя задействовать более эффективные виды транспорта - автомобили, троллейвозы, транспортеры большой протяженности.
Дороги широкой колеи возводят шириной 1520 мм, узкой колеи -750 мм, ширина дорог за рубежом в большинстве случаев 1435 мм. Ширина дорог - расстояние между внутренними гранями головок рельсов.
Железные дороги по сроку службы, а значит, капитальности и качества их устройства, подразделяют на постоянные и временные. Постоянные пути устраивают для эксплуатации строящегося промышленного предприятия и используют их на период строительства для перевозки грузов и пассажиров. Временные пути прокладывают в местах производства работ и переносят по мере продвижения строительных работ с участка на участок; они предназначены для перемещения железнодорожных кранов или подвозки строительных материалов к месту производства работ.
Железнодорожный путь состоит из следующих основных частей: верхнего и нижнего строений, инженерных сооружений - мостов, труб, туннелей.
Верхнее строение пути (рис. 4.4) - рельсы, которые соединяют на накладках и подкладках к шпалам и балласт. Рельсы выпускают следующих марок Р-75; Р-65; Р-50; Р-43, цифра обозначает массу 1 п. м пути. Чем тяжелее рельсы, тем капитальнее путь. Длина рельсов 12,5 и 72
Рис. 4.4. Поперечный разрез верхнего строения железнодорожного пути (в скобках приведены значения для дорог узкой колеи): / рельсы; 2 - шпалы; 3 - балластный слой; 4 — земляное полотно
1520(750)
Т
2700(1500)
3150(1700)
5000(3200)
2 3 4
25 м, в настоящее время в связи с изменением марок стали появилась возможность рельсы сваривать плетями до 800 м и устраивать так называемый «бархатный путь». Чем меньше стыков рельсов, тем меньше износ их и колесных пар.
Шпалы служат для крепления стальных рельсов и передачи давления от рельса на балласт. Они могут быть деревянными, пропитанными для долговечности креозотом, металлическими и железобетонными. На 1 км пути укладывают от 1440 до 2000 шт. шпал; чем их больше, тем лучше и капитальнее железнодорожный путь. Размеры стандартных деревянных шпал - высота 12,6 см, ширина 21,5 см, длина 2,7 м, шпалы из других материалов имеют меньшее сечение.
Балласт - песчаная или гравелистая призма высотой 15...30 см, в которую втапливают шпалы. Балластный слой укладывают из хорошо дренирующего материала (песок, шлак, гравий, щебень), обеспечивающего пропуск атмосферных вод с последующим направленным их стоком в кюветы. Чем лучше и прочнее балласт, тем большие скорости можно допускать, тем меньше износ шеек у бандажей колес, так как на них оседает меньше пыли и грязи. Тип рельсов, шпал и толщину балластного слоя принимают в зависимости от капитальности дорог и нагрузки, приходящейся на ось подвижного состава. К верхнему строению пути также относят поворотные круги с креплениями и стрелочные переводы.
К нижнему строению относят земляное полотно, которое является одним из главнейших элементов железнодорожного пути, от состояния которого зависит исправность верхнего строения. Основные требования к земляному полотну - прочность и устойчивость во времени. Ширину полотна определяют необходимостью размещения на нем балластного слоя и устройства обочин шириной 0,25...0,4 м. Для стока атмосферных вод верхняя площадка земляного полотна однопутных Дорог имеет сливную призму высотой 0,15 м. Земляное полотно устраивают в виде насыпей и выемок по типовым поперечным профилям.
Железнодорожное полотно с прилегающими участками местности включает в себя следующие элементы:
73
полосу отчуждения — участок земли, отводимый для строительства железной дороги; она, как правило, проходит по границам лесопосадок или снегозащиты и служит для возможного расширения дороги в будущем;
сливную призму, предназначенную для организации стока воды с полотна дороги; ширина ее зависит от количества принятых путей;
откосы, зависящие от категории грунта, заложение их может быть от 1: 1,25 до 1: 1,5;
кюветы, устраиваемые с двух сторон полотна, служат для отвода воды; их глубина 30 см, продольный уклон от 0,005 до 0,01;
нагорную канаву, предназначенную для недопущения воды к месту строительства дороги и в период ее эксплуатации;
резервы - выемки, устраиваемые с обеих сторон дороги, грунт которых используют для устройства железнодорожной насыпи;
кавальеры — места, куда перемещают излишний грунт при устройстве железнодорожного пути в выемке. Они расположены справа и слева от пути и объем их равен объему выемок;
банкет — насыпь, служащая для ограждения сооружения от воды; их устраивают с одной или двух сторон от железнодорожного полотна;
банкетные канавы, предназначенные для ограждения банкетов от размывания.
Важной характеристикой железнодорожного пути является его продольный уклон, который обычно определяют в тысячных долях процента, например 15°/сх, или 0,0015. Уклон участка пути измеряют отношением разности отметок конечных точек участка с однообразным уклоном к длине горизонтальной проекции этого участка, т. е. тангенсом угла наклона.
Продольный уклон, тип рельсов, количество шпал на 1 км пути, возможные закругления и другие факторы оказывают важное влияние на основные эксплуатационные показатели участков железной дороги -пропускную и провозную способность. Пропускная способность -наибольшее количество поездов, которое можно пропустить по участку пути за единицу времени (час, смену, сутки). Провозная способность - наибольшее количество грузов, которое можно перевезти подвижным составом на определенном участке пути за единицу времени (т/сут). Зависимость провозной и пропускной возможностей участка пути, например, между двумя станциями, выражают графиками движения, которые являются документами, характеризующими фактическую работу транспорта во времени.
74
4.8. Специальные виды горизонтального транспорта
Эта группа транспорта очень многочисленна. К ней относят как специализированные виды автомобильного и железнодорожного транспорта, так и применяемые в особых условиях строительства -при транспортировании материалов через овраги, реки, по крутым склонам гор.
Автобетоносмесители предназначены для транспортирования и доставки потребителю отдозированных компонентов бетонной смеси, готовой бетонной смеси, приготовления бетонной смеси (подвижной и малоподвижной) в пути следования или по прибытию на строительную площадку. С технологической точки зрения автобетоносмесители являются наиболее совершенным видом специализированного транспорта для перевозки бетонной смеси, особенно для объектов, удаленных от районного бетонного завода на расстояния, превышающие технологически допустимые для товарных бетонов, в случаях невозможности или неэффективности сооружения приобъектных бетоносмесительных установок.
Авторастворовозы используют для перевозки и порционной выдачи строительного раствора на объектах. Технологическое оборудование включает цистерну, покрытую теплоизоляционным материалом и снаружи облицованную листовой сталью; она позволяет использовать авторастворовоз при температурах до - 5°С. В верхней части цистерны имеют откидные двустворчатые крышки для залива раствора, а в нижней задней части - выгрузочное отверстие с затвором-отсекателем, позволяющим выливать раствор порциями. Внутри цистерны имеют лопастной вал для перемешивания и перемещения раствора к выгрузочному отверстию.
Автобитумовозы и автогудронаторы предназначены для транспортировки битумных материалов с температурой до 200°С от нефтеперерабатывающих заводов к месту производства работ. Конструкция автобитумовозов представляет собой теплоизолированную цистерну с наружной облицовкой. Внутри цистерны имеются две перегородки Для придания большей жесткости и гашения гидравлических ударов и две трубы системы подогрева битума. Имеется загрузочное отверстие и фланец для присоединения сливного трубопровода. Конструкция автобитумовоза позволяет сохранять температуру битума в цистерне при транспортировании без его подогрева и подогревать битум при необходимости до рабочей температуры.
75
Автоцементовозы используют для бестарной перевозки порошкообразных и пылевидных строительных грузов. Их выпускают двух типов: с пневматической разгрузкой и пневматической самозагрузкой и разгрузкой. Первый тип предназначен для перевозки цемента с заводов или элеваторов на стройки, второй тип - для вакуумной самозагрузки со складов или железнодорожных вагонов и пневматической разгрузкой в склады потребителя. Автоцементовозы представляют собой цилиндрические цистерны-полуприцепы на седельном тягаче и имеют уклон 7...9° в сторону разгрузки. Цистерна снабжена разгрузочным патрубком; давление обеспечивается от компрессора, смонтированного на шасси тягача.
Для перевозки кирпича в контейнерах и пакетах на поддонах нашли применение специализированные бортовые автопоезда. Штучные строительные грузы - трубы, сваи, лесоматериалы перевозят на бортовых машинах и машинах со специальным кузовом (удлиненным, без бортов, с устройствами для саморазгрузки).
Подвесные канатные дороги применяют для доставки песка, щебня, гравия, известняка с карьера на предприятие строительной индустрии или в водные и рельсовые виды транспорта. Подвесные канатные дороги используют одноканатные и двухканатные. Бункеры перемещения, в основном вагонетки, поддерживают и транспортируют с помощью одного каната, который является несущим и одновременно тяговым; канат огибает на конечных пунктах шкивы и является замкнутым. Один шкив предназначен для натяжения каната, другой связан с электромотором и является ведущим. Таким образом, по одной нитке каната движутся груженые, по второй - возвращаются порожние вагонетки.
4.9. Погрузка-разгрузка строительных грузов
Транспортировка строительных грузов включает погрузку на месте отправления и разгрузку на месте прибытия. Процессы погрузки-разгрузки в настоящее время полностью механизированы, для этих целей используют машины и механизмы общего и специального назначения.
По принципу работы все механизмы для погрузочно-разгрузочных работ подразделяют на две группы: работающие независимо от транспортных средств и механизмы, являющиеся частью конструкции транспортных средств. К первой группе механизмов относят все типы кранов, погрузчики цикличного и непрерывного действия, механические лопаты, передвижные ленточные конвейеры, пневматические раз-76
грузчики и др. Во вторую группу входят автомобили-самосвалы, транспортные средства с саморазгружающимися платформами, автономные средства для саморазгрузки и погрузки и т. п.
Краны стреловые автомобильные, на пневмоколесном и гусеничном ходу, башенные, козловые, мостовые, кран-балки широко используют при погрузке и разгрузке железобетонных и металлических конструкций, оборудования, материалов, перевозимых в пакетах, контейнерах и т.п. Краны, оборудованные специальными захватными приспособлениями и грейферами, применяют при погрузке и разгрузке лесоматериалов, щебня, гравия, песка и других сыпучих и мелкокусковых материалов. Для подачи к месту производства работ бетонной смеси используют краны, оборудованные специальными бункерами-бадьями.
Погрузчики (рис. 4.5) нашли широкое распространение в строительстве. С их помощью выполняют значительный объем погрузочно-разгрузочных работ благодаря их высокой мобильности и универсальности. Наиболее широко в строительстве используют универсальные одноковшовые погрузчики, многоковшовые погрузчики и автопогрузчики.
Одноковшовые самоходные погрузчики оборудованы ковшом для погрузки и выгрузки сыпучих и кусковых материалов. В качестве навесного и сменного оборудования они могут быть снабжены вилочными подхватами, челюстным захватом, бульдозерным отвалом, рыхлителем, экскаваторным ковшом обратной лопаты. Одноковшовые погрузчики выпускают с передней разгрузкой ковша, разгрузкой на сторону и разгрузкой назад. На строительных площадках погрузчики
Рис. 4.5. Погрузчики разного назначения:
° - одноковшовый с задней разгрузкой (в момент загрузки и выгрузки); б - одноковшовый фронтальный с опрокидным ковшом; в - то же, с челюстным ковшом; г - многоковшовый; д - автопогрузчик с вилочным подхватом; 1 — шнек-питатель; 2 — ковшовый элеватор; 3 — рама; 4 — загрузочный лоток; 3 — вилочный подхват; б - телескопический подъемник
77
используют для выгрузки и перемещения грузов на небольшие расстояния, перемещения их к подъемно-транспортным механизмам, для загрузки приемных бункеров растворных и бетонных узлов, для различных вспомогательных работ.
Многоковшовые погрузчики (механизмы непрерывного действия) предназначены для погрузки сыпучих и мелкокусковых материалов в автосамосвалы и другие транспортные средства. Это самоходная машина, на раме которой укреплены черпающий механизм - питатель и элеватор или конвейер. Такие машины выпускают нескольких типов, они отличаются конструкцией питателя - подгребающие винты, зачерпывающая шаровая головка, загребающие лапы и др.
Автопогрузчики в качестве рабочего органа имеют телескопический подъемник с вилочным захватом; в качестве сменного оборудования используют крановую стрелу, ковш, зажимы для штучных грузов и другие приспособления.
Находят широкое применение погрузчики с телескопической стрелой, которые можно назвать универсальными, так как они способны грузить сыпучие строительные материалы, контейнеры, могут использоваться и как подъемники с платформой для рабочих. Поднимаемые грузы достигают (у разных производителей) 3,2...4,5 м, высота подъема-до 13 м. Конструктивное решение универсальной тележки на пневмоколесном ходу позволяет легко и быстро менять и присоединять навесное оборудование, в том числе укосину, удлиняющую стрелу, разнообразные ковши, крановый крюк, бадьи для бетона. Скорость перемещения погрузчиков достигает 25 км/ч. Привод на два или четыре колеса, гидростатическая трансмиссия и поворот задней оси на 90° обеспечивают высокую мощность и маневренность. Достоинством такого типа погрузчиков является полный подъем и опускание стрелы в пределах 10 с, выдвижение и втягивание — соответственно до 14 с. Телескопический погрузчик может быть использован благодаря этому как управляемый ленточный конвейер для перемещения грузов через проемы в помещения и из него. Когда погрузчик работает с подъемной платформой, все функции управления механизмом и стрелой можно переключить на платформу.
К саморазгружающимся транспортным средствам помимо самосвалов и цементовозов относят автомобили с устройствами для бес-крановой саморазгрузки длинномерных конструкций или автономные крановые устройства (рис. 4.6 и 4.7).
Массовое применение на строительных площадкаж мелкоштучных материалов и изделий привело к пакетированию (рис. 4.8) - формированию и скреплению в укрупненную единицу таких грузов, обеспечи-78
Р и с. 4.6. Саморазгружаюшиеся автотранспортные средства:
а - схема процесса саморазгрузки: б - самосвальный лесовоз; / - тягач, 2 — подвижная каретка; 3 - инвентарная подставка; 4 - полуприцеп; 5 - опрокидная площадка; 6 - откидная стойка;
7 - домкрат
Рис. 4.7. Автомобили с автономными средствами разгрузки: а - автомобили с консольными крановыми установками; б - автомобили с порталами; в -автомобиль с монорельсом и тельфером; г -автомобиль со съемным кузовом-контейнером
в)
Рис. 4.8. Примеры пакетирования строительных грузов: а - рулонных материалов, б - цилиндрических грузов; 1 - поддон
Рис.4 9. Контейнеры для транспортирования строительных грузов:
а - универсальные; б - специальный для перевозки рулонных материалов; в - для отделочной плитки; г - для линолеума; д - для битумной мастики; е - для элементов мусоропровода
вающих при доставке в установленных условиях их целостность, сохранность и позволяющих механизировать погрузочно-разгрузочные и складские работы. Применяют специальные технические средства -пакеты, контейнеры универсальные и специальные (рис. 4.9), предназначенные для перевозки определенного вида грузов.
ГЛАВА 5
ТЕХНОЛОГИЯ РАЗРАБОТКИ ГРУНТА
5.1. Общие положения
Производство строительно-монтажных работ и, в первую очередь, возведение подземной части зданий и сооружений, сопряжено с выполнением значительных объемов земляных работ. Земляные работы относят к наиболее тяжелым и трудоемким видам строительных работ, выполняемым в сложных условиях и в значительной степени зависящих от природно-климатических факторов. Поэтому одной из задач, стоящих перед проектировщиками, технологами, строителями является разработка и реализация методов и технологий, способствующих сокращению объемов земляных работ на строительной площадке.
К их числу относятся: совершенствование конструкций земляных сооружений, применение свайных фундаментов, рациональное использование рельефа местности, устройство котлованов и траншей с вертикальными стенками, минимизация объемов перевалок и перегрузок грунта, бестраншейная прокладка коммуникаций, повышение строительных свойств грунта (закрепление, армирование, применение гео-синтетических материалов и др.). Этим целям служит также совершенствование средств механизации земляных работ, применение машин и сменного рабочего оборудования, позволяющих обеспечить проектную геометрию земляного сооружения.
Все перечисленные факторы соответствуют реализации одного из принципов современного строительства - гибкости, когда каждая из применяемых технологий адаптирована к конкретным условиям строительной площадки.
Земляные работы относятся к комплексу работ нулевого цикла, в состав которого входят: отрывка котлованов и траншей, устройство Дренажей, усиление и подготовка оснований под здание, возведение Фундаментов и стен, перекрытий, туннелей, выполнение обратной засыпки грунта в пазухи между фундаментами и откосами котлованов и Др. Работы нулевого цикла считают завершенными после устройства
81
подземной части здания со всеми коммуникациями и элементами подземных сооружений.
Земляные работы относят к наиболее тяжелым и трудоемким видам строительных работ. Их выполняют различными методами, выделяемыми в четыре группы: механический, гидравлический, взрывной и ручной. Кроме этого в ряде случаев для повышения несущей способности грунта его вытрамбовывают, разрабатывают методом бурения.
5.2. Виды земляных сооружений
Результатом разработки грунта является земляное сооружение, представляющее собой инженерное сооружение, устраиваемое из грунта в грунтовом массиве или возводимое на поверхности грунта. Земляные сооружения разделяют:
по отношению к поверхности грунта - выемки, насыпи, подземные выработки, обратные засыпки;
по сроку службы — постоянные и временные;
по функциональному назначению - котлованы, траншеи, ямы, скважины, отвалы, плотины, дамбы, дорожные полотна, туннели, планировочные площадки, выработки;
по геометрическим параметрам и пространственной форме — глубокие, мелкие, протяженные, сосредоточенные, простые, сложные и т.п.
Наиболее характерные типы земляных сооружений представлены на рис. 5.1.
К постоянным относят сооружения, предназначенные для долгосрочной эксплуатации - земляные плотины, каналы, полотно рельсовых и безрельсовых дорог, выемки и насыпи, возводимые при планировке. К временным земляным сооружениям относят выемки, отрываемые при возведении фундаментов жилых и промышленных зданий, мостов, плотин, траншеи для прокладки водопроводных, канализационных, газовых и других сетей, насыпи для временных дорог и запруд. Каждое земляное сооружение должно быть устойчивым, прочным и защищенным от размыва водой.
Выемки шириной более 3 м называют котлованами, более узкие выемки для ленточных фундаментов или сетей коммуникаций - траншеями, выемки под отдельно стоящие фундаменты или столбы - ямами. Эти сооружения имеют дно и боковые поверхности, наклонные откосы или вертикальные стенки. Выемки, разрабатываемые для добычи недостающего для строительства грунта, называют резервами', насыпи, в которые осуществляют отсыпку излишнего грунта, — кавальерами 82
Р и с. 5.1. Виды земляных сооружений:
/ — поперечный профиль выемок: а — траншея прямоугольного профиля; б — котлован (траншея) трапецеидальной формы; в - профиль постоянной выемки; 1 - бровка откоса; 2 - откос; 3 - берма; 4 - основание откоса; 5 - дно откоса; 6 - банкет; 7 - нагорная канава; И - сечеиия подземных выработок: г - круглое; д - прямоугольное; 111 - профили насыпи: е - временной насыпи; ж -постоянной; IV - обратная засыпка: з - пазух котлована; и - траншей
или отвалами. Места для отсыпки строительного и другого мусора называют свалками, а места, где осуществляют разработку песка, щебня и других строительных материалов - карьерами. Выемки, закрытые с поверхности земли и устраиваемые для прокладки транспортных и коммуникационных туннелей называют подземными выработками. Выемки имеют дно и наклонные откосы, после устройства подземных сооружений (или подземной части сооружений) выполняется обратная засыпка пазух — заполнение грунтом пространства между сооружением и откосами котлована.
5.3. Состав технологического процесса разработки грунта
Производство земляных работ на объекте связано с переработкой грунта, который в полном объеме или частично разрабатывается, перемещается, укладывается, планируется, уплотняется, подвергается другим видам воздействий, в том числе взрыву, размыву водой, трамбованию, бурению, термообработке и т.п.
Процессы, осуществляемые в ходе переработки грунта, могут быть Разделены на три группы: основные, подготовительные и вспомогательные.
83
Основными процессами переработки грунта, в результате которых создаются земляные сооружения заданных параметров, являются: разработка грунта в выемках, укладка грунта в насыпи, погрузка и его перемещение в пределах строительной площадки, транспортировка грунта за ее пределы, послойное разравнивание и уплотнение грунта, рыхление мерзлых и трудноразрабатываемых грунтов, обратная засыпка пазух земляного сооружения.
Этим основным процессам сопутствуют подготовительные и вспомогательные процессы, при этом подготовительные процессы осуществляют до начала разработки грунта, а вспомогательные — до или в процессе возведения земляных сооружений. К ним соответственно можно отнести: понижение уровня грунтовых вод, устройство про-тивофильтрационных завес и экранов, укрепление грунтов, разбивку земляных сооружений на местности, временное крепление стенок котлованов и траншей, срезку недоборов грунта, прокладку и содержание подъездных дорог, укладку геотекстильных материалов, контроль качества работ и др.
Для выполнения значительных объемов земляных работ используют разнообразную строительную технику - экскаваторы, бульдозеры, скреперы, средства гидромеханизации, взрывную технику. Механовооруженность земляных работ достигла 98%, в отдельных случаях без использования механизмов приходится осуществлять зачистку дна котлованов, откосов, отрывку отдельных ям, траншей и т. д. Производительность ручного труда даже с привлечением специализированного инструмента и средств малой механизации ниже механизированного в 20...30 раз.
5.4. Строительные свойства грунтов
Грунт представляет собой естественную среду, в которой размещается подземная часть зданий и сооружений. Грунтами в строительстве называют породы, залегающие в верхних слоях земной коры и представляющие собой главным образом рыхлые и скальные породы. Различают следующие основные виды грунтов: песок, супесь, суглинок, глина, лессовый грунт, торф, гравий, растительный грунт, различные скальные и уплотненные грунты. От строительных свойств грунтов зависит прочность и устойчивость возводимых сооружений, методы производства, трудоемкость и стоимость работ.
При выборе методов производства земляных работ необходимо учитывать следующие основные характеристики грунтов: плотность, влажность, липкость, разрыхленность, сцепление, угол естественного 84
откоса, сложность (трудоемкость) разработки. В зависимости от этих характеристик грунты в строительстве рассматривают с точки зрения:
пригодности в качестве оснований различных зданий и сооружений и размера допускаемой на них нагрузки;
возможности их использования в качестве постоянных сооружений, т. е. как материала для устройства насыпей и выемок;
целесообразности или возможности применения того или иного метода разработки грунтов.
Песчаные грунты — сыпучие в сухом состоянии, не обладают свойством пластичности. Они водопроницаемы, при определенной скорости течения воды размываются, с изменением влажности меняется и объем песка. Наибольший объем имеет песок во влажном состоянии (все пространство между частицами заполнено водой), наименьший объем имеет песок насыщенный водой (более тяжелый песок осел на дно, вода выдавила из пор воздух и сама поднялась в верхние слои), промежуточное положение занимает песок в сухом состоянии (свободное пространство между частицами заполнено воздухом).
Глинистые грунты — связные и обладающие свойством пластичности. Глины сильно впитывают воду и при этом сильно разбухают. При замерзании вода увеличивается в объеме до 9%, благодаря чему глинистые грунты сильно пучатся, при высыхании грунты, наоборот, с трудом отдают влагу, уменьшаются в объеме и трескаются. Во влажном состоянии глина пластична и почти водонепроницаема, с увеличением влажности сцепление частиц глины уменьшается, и глина легко размывается проточной водой.
Суглинок имеет свойства глины, супесь — песка, но в значительно меньшей степени. В глинистых грунтах особо выделены лессовидные грунты. В сухом состоянии лесс обладает значительными прочностью и твердостью, но при соприкосновении с водой легко ее впитывает, при этом расплывается, сильно уменьшается в объеме, резко теряет несущую способность, становится просадочным.
Гранулометрический состав грунта. В зависимости от среднего размера частиц, мм, составляющих грунт, их подразделяют на:
глинистые-< 0,005; пылеватые-0,005...0,05; пески-0,03...3;
гравий-3...40; галька, щебень-40...200; камни, валуны->200
Пески, в свою очередь, подразделяют на: мелкий - более 50% объема составляют частицы размером 0,1...0,25 мм; средний - то же, частицы 0,25 ...0,5; крупный - 0.5...3 мм.
Важным компонентом большинства грунтов является наличие в них глинистых частиц. Грунты, в зависимости от содержания в их объеме глинистых частиц подразделяются: пески - < 3%; супеси -
85
3...10%; суглинки - 10...30%; песчаные глины - 30...60%; тяжелые глины - > 60%.
Влажность грунта характеризуют степенью насыщения грунта водой и определяют отношением массы воды в грунте к массе твердых частиц грунта. В зависимости от влажности, грунты подразделяют на маловлажные (до 5%), влажные (до 30%), насыщенные водой (> 30%). Воду, находящуюся в порах влажных и насыщенных водой грунтов, называют грунтовой.
Коэффициент фильтрации грунта. Скорость движения грунтовых вод зависит от пористости грунта; она различна для разных грунтов и пород и поэтому характеризует водопроницаемость этих грунтов. Скорость движения грунтовой воды, (м/сут) называют коэффициентам фильтрации грунта. Чем меньше размер частиц грунта, тем меньше и поры между этими частицами, а значит и скорость фильтра ции воды между ними и наоборот. Коэффициенты фильтрации для различных грунтов, м/сут: глина - 0; суглинок - < 0,05; мелкозернистый песок - 1...5; гравий - 50...150.
Плотность грунта - это масса 1 м3 грунта в естественном состоянии, т. е. в плотном теле. От плотности и силы сцепления частиц грунта между собой зависит производительность строительных машин. Плотность различных видов грунта изменяется в значительных пределах. Так, плотность илистых грунтов в среднем составляет 0,6 т/м3, песчаных грунтов - 1,6... 1,7 т/м, скальных грунтов - 2,6...3,3 т/м3.
Сцепление грунта характеризуют начальным сопротивлением сдвигу, оно зависит от вида грунта и его влажности. Так, сила сцепления для песчаных грунтов составляет 0,03...0,05 МПа, для глинистых -0,05...0,3 МПа.
Разрыхляемость. При разработке грунт разрыхляется и его объем по сравнению с первоначальным увеличивается. По этой причине различают объем грунта в естественном и разрыхленном состоянии. Увеличение объема грунта при разрыхлении сильно отличается для различных грунтов и называется первоначальным разрыхлением. Со временем этот разрыхленный грунт под воздействием нагрузки от вышележащих слоев, под влиянием атмосферных осадков или механического воздействия постепенно уплотняется. Однако грунт не занимает того объема, который он занимал до разработки. Степень разрыхлен-ности грунта после его осадки и уплотнения называют остаточным разрыхлением. Величины первоначального и остаточного разрыхления выражают в % по отношению к объему грунта в плотном состоянии. Коэффициенты, учитывающие эти приращения объема грунта, называют коэффициентами первоначального и остаточного разрыхления (табл. 5.1).
86
Таблица 5.1
Коэффициенты разрыхления для различных грунтов
Наименование грунтов Коэффициенты разрыхления
первоначального остаточного
Глина 1Д6...1.32 1,04-1,09
Суглинок 1,14—1,28 1,02-1,05
Торф 1Д..13 1,03-1,04
Песок и супесь 1,08—1,17 1,01-1,03
Для ускорения уплотнения грунтов, отсыпанных в насыпь, применяют искусственное уплотнение катками, трамбованием, вибрацией, а для песчаных грунтов удобнее активный пролив водой.
Липкость - способность грунта при определенной его влажности прилипать к поверхности различных предметов. Большая прилипае-мость грунта усложняет выгрузку грунта из ковша механизма или кузова, условия работы транспорта и др. Липкость определяют усилием, необходимым для отрыва прилипшего предмета от грунта (для глин липкость достигает 0,05 МПа).
Классификация грунтов по трудности их разработки (удельное сопротивление резанию). Классификация приводится в ЕНиР 2-1-1 «Земляные работы». Она учитывает свойства различных грунтов и конструктивные особенности землеройных и землеройно-транспортных машин, которые применяют для разработки грунтов. Для одноковшовых экскаваторов грунты подразделяют на 6 групп, для многоковшовых экскаваторов и скреперов - на 2 группы, для бульдозеров и грейдеров - на 3 группы.
Для разработки грунта вручную принято 7 групп, а именно: песок, супесок, суглинок, глина, лесс - группы 1...4; крупнообломочные грунты - группа 5; скальные грунты — группы 6 и 7.
Грунты 1...4 групп легко разрабатываются ручным и механизированным способами, последующие группы - грунты требуют предварительного рыхления, в том числе и взрывным способом.
Крутизна откосов. По условиям техники безопасности рытье котлованов и траншей с вертикальными стенками без их крепления допускается только в грунтах естественной влажности на глубину, не превышающую следующих значений: в насыпных, песчаных и гравелистых грунтах - 1 м; в супесях - 1,25 м; в суглинках и глинах - 1,5 м; в особо плотных нескальных грунтах - 2,0 м.
Допускается рытье траншей глубиной до 3 м без креплений в особо плотных нескальных породах при условии, что они будут разрабатываться с помощью механизмов и без спуска рабочих в эти траншеи.
При глубине больше указанной котлованы и траншеи разрабатыва-107 с откосами или с креплением стенок.
87
Допустимая крутизна откосов в грунтах естественной влажности из условий безопасного производства работ зависит от глубины разрабатываемой выемки или высоты насыпи и принимается по табл. 5.2.
Таблица 5.2
Допустимая крутизна откосов
Грунты Крутизна откосов при глубине выемки, м
ДО 1.5 от 1,5 до 3 от 3 до 5
Насыпной, естественной влажности 1: 0,25 1: 1 1: 1,25
Песчаный и гравелистый влажный 1:0,5 1: 1 1: 1
Супесь 1:0,25 1: 0,67 1: 0,85
Суглинок 1:0 1:0,5 1:0,75
Глина 1:0 1: 0,25 1: 0,5
Лессовый грунт сухой 1: 0 1:0,5 1:0,5
Крутизна откоса зависит от угла естественного откоса, при котором грунт находится в состоянии предельного равновесия, определяющими факторами которого являются угол внутреннего трения грунта, силы внутреннего сцепления и давление вышележащих слоев грунта.
5.5. Подготовительные процессы при производстве земляных работ
5.5.1. Разбивка земляных сооружений
Разбивка сооружений состоит в установлении и закреплении их положения на местности. Разбивку осуществляют с помощью геодезических инструментов и различных измерительных приспособлений.
Разбивку котлованов начинают с выноса и закрепления на местности в соответствии с проектом строительства основных рабочих осей, за которые обычно принимают главные оси здания. После этого вокруг будущего котлована на расстоянии 2...3 м от его бровки параллельно основным разбивочным осям устраивают обноску.
Обноска разового использования состоит из забитых в грунт металлических стоек или вкопанных деревянных столбов и прикрепленных к ним досок. Доска толщиной не менее 40 мм должна иметь обрезную грань, обращенную кверху, и прикрепляться не менее чем на три столба строго горизонтально. Более совершенной является инвентарная металлическая обноска. Для пропуска транспортных средств в обноске устраивают разрывы. При значительном уклоне местности обноску делают уступами. 88
На обноску переносят основные разбивочные оси и, начиная от них, размечают все основные оси здания. Все оси закрепляют на обноске гвоздями или пропилами и нумеруют. На металлической обноске разметку осей осуществляют краской. Размеры котлована поверху, а после его отрывки и понизу, а также другие характерные точки отмечают хорошо видимыми колышками или вехами. После возведения подземной части здания основные разбивочные оси переносят на его цоколь.
Для линейно протяженных сооружений (траншей) устраивают только поперечные обноски, которые располагают на прямых участках трассы через 50 м, на закруглениях - через 20 м. Обноску устраивают также на всех пикетах и точках перелома профиля трассы.
5.5.2. Водоотлив и понижение уровня грунтовых вод
При устройстве выемок, расположенных ниже уровня грунтовых вод, необходимо осушать водонасыщенный грунт и обеспечивать его разработку в нормальных условиях. Кроме этого необходимо предотвращать попадание грунтовой воды в котлованы, траншеи и выработки в период производства в них работ.
Эффективным технологическим приемом решения таких задач является откачка грунтовой воды. Котлованы и траншеи при небольшом притоке грунтовых вод разрабатывают с применением открытого водоотлива, а если приток воды значителен и большая толщина водонасыщенного слоя, подлежащая разработке, то до начала производства работ уровень грунтовых вод искусственно понижают с использованием различных способов закрытого водоотлива, называемого водопонижением.
Открытый водоотлив применяют для откачки протекающей воды непосредственно из котлованов или траншей насосами. При открытом водоотливе грунтовые воды просачиваются через откосы и дно котлована и направляются по прорытым водосборным канавам или лоткам к специально устроенным в пониженной части котлована приямкам, называемым зумпфами, откуда вода выкачивается диафрагмовыми или центробежными насосами соответствующей производительности. Насосы подбирают в зависимости от дебита (притока) вод, а сам дебит рассчитывают по формулам установившегося движения грунтовых вод.
Водосборные канавы устраивают шириной по дну 0,3...0,6 м и глубиной 1...2 м с уклоном 0,01—0,02 м в сторону приямков. Сами приям-
89
ки в устойчивых грунтах крепят в виде деревянного сруба без дна, а в оплывающих грунтах еще шпунтовой стенкой.
Открытый водоотлив является простым и доступным способом борьбы с грунтовыми водами, но имеет серьезный технологический недостаток. Восходящие потоки грунтовой воды, протекающей через стенки и дно котлованов и траншей, разжижают грунт и выносят из него на поверхность мелкие частицы. В результате такого вымывания этот способ имеет ряд существенных недостатков:
снижается естественная прочность основания выемки за счет размыва его проточной водой;
наличие воды на дне выемки затрудняет разработку грунта;
требуется крепление стенок выемок, так как движение воды к зумпфам приводит в движение и грунты;
подток воды к водосборной канаве может вызвать ослабление оснований зданий и сооружений, расположенных рядом со строящимся объектом.
В тех случаях, когда водоотлив оказывается нецелесообразным, применяют искусственное понижение уровня грунтовых вод (водопонижение).
Водопонижение обеспечивает снижение уровня грунтовых вод (УГВ) ниже дна будущей выемки. Понижение уровня грунтовых вод состоит в откачке грунтовых вод глубинными насосами из шахтных колодцев (рис. 5.2) или буровых водопонижающих скважин, расположенных в непосредственной близости от будущего котлована или траншеи. При этом УГВ резко понижается, ранее насыщенный водой грунт и теперь обезвоженный, разрабатывается как грунт естественной влажности. При водопонижении появляется возможность сохранять в целостности откосы выемок и предотвращать вынос частиц грунта из-под фундаментов ближайших зданий.
Для искусственного водопонижения разработано несколько других эффективных способов, основными из которых являются иглофильтровой, вакуумный и электроосмотический.
ffi.
^^77
.4
Рис. 5.2. Схема скважины-колодца:
/ - привод насоса; 2 обсыпка; 3 — фильтровая колонна, 4 - водоподъемная труба, 5 - насос
90
Иглофильтровый способ искусственного понижения УГВ основан на использовании иглофильтровых установок, состоящих из стальных труб с фильтрующим звеном в нижней части (иглофильтр), водосборного коллектора на поверхности земли и самовсасывающего вихревого насоса с электродвигателем. Стальные трубы погружают в обводненный грунт по периметру котлована (рис. 5.3) или вдоль траншеи.
Иглофильтр состоит из двух частей: фильтрующего звена и надфильтровой трубы (диаметр иглофильтра 40...50 мм). Фильтрующее звено в свою очередь состоит из внутренней глухой и наружной перфорированной труб. Эта труба с наружной стороны обмотана проволокой, усилена фильтрационной и защитной сетками; снизу труба заканчивается фрезерным наконечником, внутри которого размещены шаровой и кольцевой клапаны (рис. 5.4, а).
Для опускания иглофильтра в рабочее положение при сложных грунтах применяют пробуривание скважин, в которые и опускаются иглофильтры (при глубинах до 6...9 м). В песках и супесчаных грунтах иглофильтры погружают гидравлическим способом (рис. 5.4, б), путем подмыва грунта под фрезерным наконечником водой с напором до 0,3 МПа. Поступая в верхнюю часть наконечника, вода опускает шаровой
Рис. 5.3. Иглофильтровый способ водопонижения:
а - общая схема водопонижения; б — площадка, подготовленная для водопонижения; 1 - иглофильтр; 2 — котлован; 3 - магистральная сеть водопонижения; 4 — депрессионная кривая понижения уровня грунтовых вод; 3 — насосная станция
91
клапан, поступает под давлением к низу наконечника, размывает окружающий грунт, в том числе и по периметру трубы. Под действием собственной массы иглофильтр погружается в грунт, кольцевой клапан в процессе погружения трубы закрывает пространство между наружной и внутренней трубами. После погружения иглофильтра на рабочую глубину полое пространство вокруг трубы частично заполняется просевшим грунтом, частично засыпается крупнозернистым песком или гравием.
При включении всей системы на режим откачки воды (рис. 5.4, в), шаровые клапаны иглофильтров вследствие ползучести и под влиянием вакуума поднимаются вверх и закрывают отверстие, одновременно кольцевой клапан опускается, открывая путь грунтовой воде через ячейки сеток в пространство между трубами и далее во внутреннюю трубу.
Иглофильтры позволяют при одноярусном расположении понизить уровень грунтовых вод на 4...5 м, при двухъярусном - на 7...9 м. Иглофильтры располагают на расстоянии 0,5 м от бровки котлована или траншеи. Узкие траншеи глубиной до 4,5 м и шириной до 4 м осушают одним рядом иглофильтров, при большей ширине и глубине - двумя рядами.
Рис. 5.4. Схема работы иглофильтровой установки:
а - общий вид; б - период погружения иглофильтрового звена в грунт; в - период водопонижения; г — эжекторный иглофильтр; 1 — гибкий шланг; 2 — надфильтровая труба; 3 — иглофильтровое звено; 4 - внутренняя труба; 5 - наружная перфорированная труба; 6 - спиральная фильтрующая обмотка; 7 - кольцевой клапан; 8 — седло; 9 - шаровой клапан; 10 - ограничитель; 11 - зубчатый наконечник; 12 - суженный участок трубы; 13 - зона разрежения; 14 - наружная труба эжектора;
75 - насадка эжектора
92
Расстояние в ряду между иглофильтрами назначают в зависимости от свойств грунта и глубины понижения уровня грунтовых вод. Для среднезернистых грунтов при коэффициенте фильтрации 2...60 м/сут расстояние принимают в пределах 1—1,5 м, в сильно фильтрующих крупнопесчаных и песчаногравелистых грунтах расстояние сокращают до 0,75 м.
Иглофильтровая установка состоит из ряда иглофильтров, погружаемых в грунт по периметру будущего котлована, по одной или двум сторонам траншеи. На поверхности земли иглофильтры присоединяют водосборным коллектором к насосной установке. При работе насосов в режиме откачки воды благодаря дренирующим свойствам грунта уровень воды в иглофильтре и окружающих грунтовых слоях понижается, что приводит к образованию нового УГВ, который называется депрессионной кривой.
Вакуумный способ водопонижения основан на использовании эжекторных водопонизительных установок. Эти установки используют для понижения уровня грунтовых вод в мелкозернистых грунтах (мелкозернистые и пылеватые пески, супеси, илистые и лессовые грунты с коэффициентом фильтрации 0,02... 1 м/сут), в которых применять легкие иглофильтровые установки нецелесообразно. При работе вакуумных водопонизительных установок вакуум возникает в зоне эжекторного иглофильтра (рис. 5.4, г).
Эжекторная установка применима для понижения уровня грунтовых вод одним ярусом до глубины 15...20 м; оптимальные условия для работы эжектора - 8...18 м. Фильтровое звено эжектора решено по принципу легкого иглофильтра, а надфильтровое звено состоит из наружной и внутренних труб с эжекторной насадкой. Погружение в грунт колонки надфильтровых труб осуществляется, как и у иглофильтра, гидравлическим способом, грунт размывается, труба опускается под действием силы тяжести. Когда колонка опустилась до необходимого уровня во внутрь ее опускают внутреннюю трубу с эжектором.
В рабочий период к насадке эжектора подается рабочая вода с поверхности под давлением 0,75—0,8 МПа в кольцевое пространство ме-жду внутренними и наружными трубами. Выходя из эжекторной насадки, струя этой воды создает разряжение в окружающем кольцевом пространстве и подсасывает воду из основной рабочей трубы. В результате резкого изменения скорости движения рабочей воды в насадке создается разрежение и тем самым обеспечивается подсос Грунтовой воды. Грунтовая вода, смешиваясь с рабочей, поступает по трубе наверх под действием всасывающего насоса в циркуляционный
93
резервуар. Откаченная из грунта вода отводится из водосборного резервуара самотечным трубопроводом за пределы котлована или строительной площадки.
Явление электроосмоса используют для расширения области применения иглофильтровых установок в грунтах с коэффициентом фильтрации менее 0,05 м/суи. В этом случае наряду с иглофильтрами в грунт на расстоянии 0,5... 1 м от иглофильтров со стороны котлована погружают стальные трубы или стержни на глубину, идентичную погружению иглофильтров. Иглофильтры подключают к отрицательному (катод), а трубы или стержни - к положительному полюсу источника постоянного тока (анод) (рис. 5.5, б).
Электроды размещают относительно друг друга в шахматном порядке. Шаг, или расстояние анодов и катодов в своем ряду принимают одинаковым в пределах 0,75...1,5 м. В качестве источника электропитания применяют сварочные аппараты или передвижные преобразователи электрического тока. Мощность генератора постоянного тока определяют из необходимой силы тока 0.5...1 А на 1 м2 площади электроосмотической завесы при напряжении в цепи 30...60 В. Под действием силы электрического тока вода, содержащаяся в порах грунта, освобождается и перемещается по направлению к иглофильтрам. Благодаря электроосмосу коэффициент фильтрации грунта возрастает в 5...25 раз.
Применение каждого из описанных методов понижения уровня грунтовых вод зависит от мощности водоносного слоя, коэффициента фильтрации грунта, параметров земляного сооружения и строительной площадки. Решение о выборе метода должно быть также обосновано
Рис. 5.5. Схемы иглофильтровых установок с вакуумным (а) и электроосмотическим (б) водопонижением:
I - вакуум-насос; 2 - депрессионная кривая после понижения уровня воды иглофильтром; 3 — фильтрующее звено; 4 - центробежный насос; 5 — стальная труба (анод); 6 - иглофильтр (катод);
7 - депрессионная кривая после электроосушения
94
4
и с позиций охраны окружающей среды и экологической безопасности возводимого объекта.
Использование установок для искусственного водопонижения вызывает необходимость решения задач экологического характера. В первую очередь - это необходимость применения экологически чистых технологий, которые не допускали бы загрязнения подземных вод, попадания в них вредных примесей.
Нередко при интенсивной откачке грунтовых вод в районе строительства нарушаются гидрогеологические условия, взаимосвязь подземных вод с поверхностными, в результате чего могут произойти нарушения действующих водозаборных систем, осушение родников и т. д. Продолжительные откачки грунтовых вод особо опасны на застроенных городских территориях, так как они могут вызвать оседание земной поверхности, деформации зданий и сооружений, смещение осей инженерных сетей. Поэтому выбор способов защиты земляных сооружений от воздействия подземных вод должен сопровождаться анализом и разработкой соответствующих природоохранных мероприятий.
5.5.3. Создание искусственных противофильтрационных завес и экранов
Для ограждения котлованов, траншей, подземных выработок и защиты проводимых в них строительных работ от поступления грунтовых вод в зависимости от физико-механических свойств грунта, его состояния, мощности водоносных слоев существуют следующие способы закрепления грунта: замораживание, инъецирование в грунт растворов-отвердителей, создание тиксотропных противофильтрационных экранов и завес, устройство шпунтовых ограждений.
В сильно водонасыщенных грунтах (плывунах) при разработке глубоких выемок, подземных сооружений создаются противофильтраци-онные завесы при помощи естественного или искусственного замораживания грунтов.
Естественное замораживание применяют в районах с низкими температурами. В летнее время выкапывают котлован до уровня грунтовых вод, а затем в период наступления морозов допускают промерзание грунта на откосах и дне выемки на глубину 20...30 см. После этого послойно (10... 15 см) снимают грунт, давая каждый раз промерзнуть грунту вглубь на 30 см. Таким образом, возникает
95
льдогрунтовая оболочка, защищающая выемку от проникания в нее грунтовых вод.
Искусственное замораживание грунтов применяют при высоком уровне грунтовых вод (в сильно водонасыщенных грунтах и плывунах) при строительстве шахт, туннелей, при разработке котлованов (глубоких выемок) в песчаных, супесчаных и суглинистых грунтах. Цель замораживания - создание льдогрунтовой оболочки вокруг сооружения, под защитой которой будет осуществляться разработка выемки (рис. 5.6).
По периметру разрабатываемого котлована погружают замораживающие колонки из труб, соединенных между собой сетью из двух трубопроводов, которые подключены к холодильной камере. Замораживающая колонка (охлаждающая игла) состоит из двух труб — наружной диаметром ПО мм с замкнутым и заостренным нижним концом и внутренней трубы диаметром порядка 35 мм, при этом внутренняя труба не замкнутая и она не доходит до низа наружной. К верху наружной трубы приварена крышка, через нее пропущена внутренняя труба, по которой подается замораживающий раствор, и сбоку в верхней части наружной трубы приварена отводящая труба, по которой уже использованный охлаждающий раствор подается снова в холодильную камеру; на этих отводящих трубах закреплены термометры для контроля за температурой рассола.
Для замораживания грунтов используют холодильную установку, подающую хлористый кальций или другой охлаждающий раствор - рассол (растворы солей с низкой температурой замерзания) в погруженные в грунт замораживающие колонки. Раствор хлористого кальция в холодильнике охлаждается до температуры -2О...-25°С под действием хладоагентов - углекислоты (диоксид углерода) или аммиака и под давлением подается во внутреннюю питательную трубу и из нее выливается, попадая в замкнутую наружную трубу, соприкасающуюся с грунтом. Перемещаясь по этой трубе снизу вверх под действием давления, раствор нагревается за счет поглощения тепла от грунта через стенку наружной трубы, одновременно охлаждая грунт, возвращается в холодильник с остаточной температурой около -5 °C, где снова охлаждается и вновь поступает в систему труб.
Вокруг охлаждающей колонки, по которой проходит рассол, со временем образуется цилиндр замороженного грунта, диаметр которого со временем увеличивается и максимально может доходить до 3 м. Через некоторое время после начала замораживания (часы, но 96
б)
Рис. 5.6. Принципиальная схема искусственного замораживания грунтов:
а — площадка в процессе замораживания грунта; б — схема замораживающей колонки; 1 — колонки; 2 — льдогрунтовые цилиндры; 3 — котлован; 4 — холодильная установка; 5 — замораживающая колонка; 6 - труба для подачи замораживающего раствора; 7 - труба для отвода использованного раствора в холодильную установку; 8 — замороженный цилиндр грунта; Р — водонепроницаемый пласт грунта
чаще сутки), соседние цилиндры замороженного грунта сливаются (смерзаются) в сплошную стенку мерзлого грунта, которая препятствует проникновению грунтовой воды в котлован, т. е. выполняет функцию конструкции ограждения временной выемки. Замороженная стенка должна быть заглублена до водонепроницаемого пласта грунта для предотвращения доступа воды во внутреннюю полость снизу.
Расстояние между колонками зависит от гидрогеологических и температурных условий производства работ, глубины предполагаемой выемки и в большинстве случаев оказывается в пределах 1,5...3 м.
Устройство тиксотропных противофильтрационных экранов толщиной 0,15...0,25 м производят с применением механизмов ударного, режущего, вибрационного и водовоздушного действия. В качестве машины ударного действия используют копровый агрегат, который вплотную друг к другу погружает в грунт несколько стальных шпун-тин или пустотелых свай. Затем первый погруженный элемент извлекают гидравлическим трактором, а в образовавшуюся полость подают глиноцементный или глинистый раствор, обладающий тиксотропными свойствами. Тиксотропную суспензию приготовляют из бентонитовой глины, способной абсорбировать, т. е. поглощать воду в количестве, до
4 мм 97
7 раз большем собственной массы, а после водонасыщения загустевать, приобретая гидрофобные (водоотталкивающие) свойства.
Извлеченный элемент погружают в месте, расположенном от последнего погружения на расстоянии не более чем ширина стороны поперечного сечения погруженного элемента. Процесс повторяется до тех пор, пока не будет сформирована противофильтрационная завеса. Погружение и извлечение пустотообразующих элементов можно выполнять с использованием вибрационного оборудования. В массиве грунта бурится скважина глубиной до 10 м и диаметром 0,5 м. В момент, когда бур начинает извлекаться из скважины, через его полный вал под давлением подается цемент и перемешивается с разрыхленным грунтом. В грунте образуется цементно-грунтовая свая. Затем на расстоянии, меньшем диаметра сваи, бурится новая скважина, в которой также устраивается цементная колонна. Между двумя колоннами снова бурят скважину, при этом частично захватывая материал двух соседних свай. В результате образуется стенка из сомкнутого рада свай, обладающая противофильтрационными свойствами. Оборудование позволяет устраивать не только вертикальные, но и наклонные сваи (до 15° во всех направлениях).
В последние годы в практике зарубежного строительства получил распространение вертикальный дренаж, устраиваемый при помощи дренирующих свай и дренирующих стен. Вначале производят бурение скважины диаметром около 90 см и глубиной до 6 м в обсадной трубе. В готовую скважину помещают арматурный каркас, внутри которого закреплена труба, в нижней части имеющая ряд отверстий для поступления в нее грунтовой воды. В полость между обсадной и внутренней дренажной трубами опускают бетонолитную трубу и далее ведут бетонирование сваи методом вертикально перемещающейся трубы (ВПТ). В основание сваи подают фильтр-бетон и одновременно начинают подъем обсадной трубы. Затем бетонируют сваю обычным бетоном.
Рыхление грунта производят для скальных, мерзлых и других плотных и трудных для разработки грунтов. Для этой цели применяют навесное оборудование на экскаваторах - шар- и клин-молоты, на тракторы и бульдозеры навешивают прицепные рыхлители и плуги. Для рыхления особо плотных пород применяют взрывные работы. В результате разрыхления грунты переходят в более низкую группу, разработка их упрощается.
5.6. Вспомогательные процессы при производстве земляных работ
5.6.1. Временное укрепление стенок выемок
При возведении подземной части зданий и сооружений особые требования предъявляются к откосам и стенкам выемок. Необходимость их крепления, а также конструкции крепления зависят от гидрогеологических условий и конструкции подземной части возводимого сооружения.
Вертикальные стенки в грунтах естественной влажности при отсутствии грунтовых вод допускаются без крепления: при глубине выемок в песчаных и крупнообломочных грунтах не более 1 м, в супесях — 1,25 м, в суглинках и глинах - 1,5 м, в особо плотных грунтах -2 м.
При больших глубинах для предотвращения обвалов и оползней стенок выемок устраивают откосы, параметры которых определяются и регламентируются СНиПом. Необходимость устройства откосов ведет к значительному увеличению габаритов земляного сооружения и соответственно объемов разработки грунта, повышению материальных и трудовых затрат.
Для уменьшения объемов земляных работ, а также в случаях, когда разработка выемок с откосами невозможна из-за стесненности площадки или наличия грунтовых вод, устраивают выемки с вертикальными стенками.
Временное крепление стенок земляного сооружения может быть выполнено в виде деревянного или металлического шпунта, деревянных щитов с опорными стойками при подкосном креплении стенок (рис. 5.7).
Шпунтовое ограждение является наиболее надежным, но и самым дорогим из существующих способов. Применяют шпунт при разработке выемок в водонасыщенных грунтах вблизи существующих зданий и сооружений. Шпунт, металлический или деревянный, забивают в грунт на глубину, превышающую глубину будущего котлована на 2...3 м (величина расчетная), чем обеспечивают устойчивое и естественное состояние грунта за пределами выемки. В качестве металлических стоек используют прокатные профили (швеллер, двутавр, трубы) или специально выпускаемый прокат (рис. 5.7, д').
Шпунт может быть сплошным в виде единой стенки, если шпунт прерывистый, то между стойками по мере отрывки котлована забивает деревянную забирку - щиты, отдельные доски, брусья.
99
ж)
Рис. 5.7. Способы крепления стенок
выемок;
а - подкосное; б - анкерное; в - консольное; г - консольное из буронабивных свай или «стены в грунте»; д — из различных типов стальных шпунтов; е — распорное с горизонтальными щитами и прозорамн; ж - инвентарная трубчатая распорная рама; з - инвентарные щиты ограждений (за-бирка); 1 - щит забирки сплошной; 2 - полость, засыпаемая землей; 3 - стойка деревянная; 4 -распорка; 5 - подкос; 6 - клин-анкер; 7 - дно котлована; 8 — анкерная тяга; 9 - щит забирки с прозорамн; 10 - трубчатая распорная рама; 11 - типы стального шпунта; 12 - спашзл муфта; 13 -шпунтовая стенка; 14 — буронабивные сваи; 15 - то же, в обсадной трубе; 16 - металлическая распорка; 17 — стойка распорной рамы; 18, 19 — наружная и внутренняя трубы распорки
Распорное крепление применимо для узких траншей (рис. 5.7, ж) глубиной 2...4 м в сухих и маловлажных грунтах и состоит из вертикальных стоек, горизонтальных досок, дощатых (сплошных или несплошных) щитов и распорок, прижимающих стойки и щиты к стенкам траншеи. Стойки, как и распорки, устанавливают по длине траншеи через 1,5...1,7 м одна от другой и по высоте - через 0,6...0,7 м. При связных грунтах естественной влажности и глубине до 3 м горизонтальную забирку устраивают из досок толщиной 5 см с прозорамн на ширину доски, при большей глубине забирку делают сплошной из щитов. Распорное крепление трудоемко и затрудняет производство работ в траншее, особенно при прокладке коммуникаций, если позволяют условия, то применяют другие виды креплений.
Вместо деревянных стоек и раскосов используют стальные трубчатые стойки и телескопические распорки, длина которых изменяется за счет вращения винтовых муфт. Эти инвентарные распорные рамы эффективны ввиду их малой массы, легкого монтажа и демонтажа. Металлические трубчатые стойки по высоте имеют отверстия для крепления распорок. Распорка телескопического типа (рис. 5.7, з) состоит из наружной и внутренних труб, поворотной муфты и опорных частей. В зависимости от ширины траншеи расстояние между стойками устанавливают путем выдвижения внутренней трубы из наружной, которое фиксируется болтом-стопором, вставляемым в совмещенное отверстие труб. Полное прижатие щитов к стенкам выемки осуществляют поворотом до упора муфты с винтовой нарезкой.
Анкерное крепление. Для восприятия опрокидывающих моментов, возникающих от действия грунта на шпунтовые, свайные и другие ограждения выемок, применяют анкерные устройства (грунтовые анкеры). Анкеры устраивают в одном или нескольких уровнях по высоте откоса под углом к горизонту до 25°.
Основная деталь анкера - растягиваемый элемент (тяга) выполняется из металла. Анкерную тягу одним концом крепят к конструкции стенки, а другим — в грунтовой массив за пределы возможной призмы обрушения и закрепляют там при помощи инъецируемого в грунт раствора (рис. 5.7, б). Грунтовой анкер устраивают следующим образом. После разработки котлована до определенной отметки под углом к горизонту забуривают скважину диаметром 20...30 см и глубиной 8...20 м, часто применяя при этом обсадные трубы. Тягу заводят в скважину, После чего в нее инъецируют раствор, замоноличивая анкер по всей Длине или только в нижней его части. Когда раствор затвердеет, анкер натягивают. Грунтовые анкеры располагают через 3...5 м.
101
Конструкции анкеров отличаются материалом, из которого изготовлена тяга, несущей способностью и способом закрепления в грунте.
Наиболее простое и часто встречаемое анкерное крепление выполняется следующим образом. На уровне дна котлована или траншеи вдоль стенок забивают с шагом 1,5...2,0 м (в зависимости от глубины котлована и влажности грунта) стойки на глубину 0,5... 1,0 м ниже уровня дна котлована. Эти стойки на уровне верха котлована оттягивают анкерными тягами в виде двух пластин, на расстояние, превышающее угол естественного откоса и прикрепляют эти пластины к наклонно забитому анкеру. За установленными и закрепленными стойками укладывают щиты или дощатую забирку. Анкерные тяги несколько заглубляют в грунт, чтобы они не мешали передвижению людей по бровке котлована.
Подкосное крепление обычно устраивают при отрывке широких котлованов с расположением внутри котлована. Крепление состоит из щитов или досок, прижатых к грунту стойками, раскрепленными подкосами с защемлением с помощью упоров. Вертикальные стойки приобретают устойчивость за счет наклонных подкосов и горизонтальных распорок, при этом получившийся треугольник устойчив от скольжения благодаря забиваемым наклонным анкерам в угле соединения распорки и подкоса. Дощатые щиты устанавливают между стенками котлована и стойками, свободное расстояние между ними засыпают землей для создания цельной единой конструкции, которая всегда будет устойчивой. Подобное крепление используют ограниченно, так как подкосы и упоры, расположенные в котловане, усложняют производство основных работ.
По мере выполнения или окончания работ крепление котлованов и траншей разбирают снизу вверх.
5.6.2. Искусственное закрепление грунтов
Закрепление грунтов представляет собой совокупность и многообразие существующих методов, в результате применения которых повышаются прочность грунта, он становится неразмываемым, при использовании отдельных методов грунт дополнительно становится водонепроницаемым, повышается его противодействие агрессивным грунтовым водам.
Закрепление грунтов применяют при создании вокруг разрабатываемых выемок водонепроницаемых завес или повышения несущей способности грунтовых оснований. В зависимости от физико-механических свойств грунта и требуемых прочностных характеристик, на-102
значения закрепления и других свойств укрепленного грунта применяют цементацию, силикатизацию, битумизацию, термический, химический, электрохимический и другие способы искусственного закрепления грунта.
Цементация осуществляется для закрепления крупно- и среднезернистых песков и трещиноватых скальных пород и выполняется путем нагнетания в грунт цементного раствора через инъекторы. Инъектор (рис. 5.8) состоит из отдельных звеньев гладких и перфорированных труб длиной 1,5 м и внутренним диаметром 19...38 мм; внизу он имеет острый наконечник, а в верхней части - наголовник, к которому присоединяется шланг для подачи раствора под давлением. На глубину до 15 м инъекторы погружаются забивкой пневматическими молотами,
Рис. 5.8. Цементация оснований:
° - погружение инвестора; 6 - нагнетание раствора; « - последовательность нагнетания раствора при устройстве протявофильтрационной завесы; г - схема цементации нисходящими зонами; д -схема цементации восходящими зонами; 1 - отбойный молоток; 2 — оголовок; 3 - труба-удлини-Тель. 4 — перфорированная часть с острием; 6 - домкраты; 7 - растворопровод; 8 - зоны цементации; 9 - скважины; 1-я, 2-я и 3-я - эоны цементации по высоте
103
вибропогружателями, при больших глубинах погружения предварительно пробуривают скважины, в которые трубы и опускают.
В зависимости от выявленных характеристик закрепляемых грунтов, расчетных прочностных величин грунта через инъекторы подается цементный раствор состава от 1: 1 до 1: 10 по массе (цемент: вода); оптимальное давление обычно соответствует 1 атм на I пог. м трубы инъектора. Радиус закрепления в трещиноватых скальных породах достигает 1,2...1,5 м, в крупнозернистых песках - 0,5...0,75 м, в песках средней крупности - 0,3...0,5 м. Прочность укрепленных грунтов может достигать 3,5 МПа. Нагнетание раствора в скважину прекращают при достижении заданного поглощения или когда при заданном давлении резко снижается расход раствора (за 20 мин в скважину попадает менее 10 л раствора).
Силикатизация (химический способ) - последовательное нагнетание в грунт водного раствора силиката натрия (жидкого стекла) и ускорителя твердения (раствора соли хлора, обычно хлористого кальция). Часто этот способ называют двухрастворным закреплением. Применима силикатизация в песках, плывунах, лессовидных грунтах, она позволяет повысить прочность, водонепроницаемость и общую устойчивость грунта. Метод может применяться как в сухих, так и насыщенных водой грунтах, даже при высоких коэффициентах фильтрации - от 2 до 80 м/сут. В грунт последовательно нагнетают при давлении до 15 атм (1,5 МПа) раствор жидкого стекла и хлористого кальция, которые в результате химической реакции образуют нерастворимое вещество (гель кремниевой кислоты), прочно соединяющее в единый монолит примыкающий естественный грунт (рис. 5.9).
Как и при цементации, инъекторы изготовляют из стальных цельнотянутых труб с внутренним диаметром 19...38 мм и толщиной стенки не менее 5 мм. Нижняя перфорированная часть инъектора имеет длину 0,5—1,5 м. Насосы для нагнетания подбирают с расчетом подачи раствора в каждый установленный инъектор от 1 до 5 л/мин.
При мелких пылеватых песках удобнее нагнетать в грунт под давлением до 5 атм (0,5 МПа) раствор фосфорной кислоты и жидкого стекла, в результате реакции также получается нерастворимый гель (кремниевой кислоты и фосфорнокислого натрия).
Однорастворное закрепление из смеси силиката натрия и отвердителя применяют для слабодренирующих грунтов с коэффициентом фильтрации менее 0,3 м/сут. Прочность закрепленного грунта находится в пределах 0,3—0,6 МПа.
104
Рис. 5.9. Химическое закрепление грунтов:
а - точечное закрепление; б - закрепление массива; / - инъектор; 2 - зона закрепления, 3 - перфорированная часть инъектора
В лессовидные грунты нагнетают при давлении до 5 атм (0,5 МПа) только раствор жидкого стекла, который вступает в реакцию с содержащимися в этих грунтах солями кальция, также в итоге получается нерастворимый гель (кремниевая кислота + гидрат оксида кальция + сернокислый натрий).
Таблица 5.3
Прочность н радиус закрепления прн силикатизации
Грунты Прочность, МПа Радиус закрепления, м
Пески крупнозернистые 3,0-3,5 1,3-2,5
Пески мелкозернистые 1,5...2,0 0,8-1,0
Плывуны 0,4-0,5 0,3...1,0
Лессовидные грунты 0,6...0,8 0,3-1,0
Способом силикатизации укрепляли основание Большого театра, Кремлевской стены, этот метод широко используется при проходке шахт и туннелей при строительстве метрополитенов.
Битумизация применяется для закрепления песчаных и сильно трещиноватых грунтов, но что более важно - прекращение через них фильтрации воды. Горячий битум нагнетают в грунт через инъекторы, установленные в ранее пробуренных скважинах. К инъекторам, обогреваемым электрическим током, горячий битум подается из котлов насосом по трубам при давлении, достигающем 50,..80 атм (5...8 МПа). Инъектор состоит из двух труб, внутренняя с отверстиями для выхода битума, опускается в грунт ниже наружной, защитной трубы. Нагнета-105
ние битума осуществляется в несколько приемов. После первого нагнетания под давлением 2...3 атм (0,2...0,3 МПа) битуму дают возможность растечься по всем заполняемым полостям и начать затвердевать, уменьшаясь в объеме. Перед последующими нагнетаниями битум в скважине разогревают электронагревателями инъектора. Песчаные грунты можно закреплять холодной битумной эмульсией.
Термическое укрепление грунтов заключается в обжиге лессовидных и пористых суглинистых грунтов раскаленными газами через пробуренные в грунте скважины диаметром 10...20 см. Скважины пробуривают в шахматном порядке на расстоянии друг от друга 2...3 м и на глубину до 15 м, сверху устье скважины заканчивается бетонным оголовком, в котором размещается форсунка для сжигания топлива. К этой форсунке по самостоятельным шлангам подается топливо и сжатый воздух. Топливо может применяться жидкое (нефть, мазут, соляровое масло) или газообразное (природный или генераторный газ). Сжатый воздух подается под избыточным давлением, превышающим на 0,15...0,5 атм (15...50 кПа) давление в трубопроводе с топливом, благодаря этому избыточное давление позволяет отрывать пламя от форсунки и распространять его на всю глубину скважины.
В процессе обжига в скважине поддерживается температура 600...1100°С. За счет такой высокой температуры происходит процесс расплавления и последующего спекания грунта. Обжиг может продолжаться 5...10 сут., в результате образуется керамическая свая диаметром 2...3 м. Расход топлива за весь период обжига составляет до 100 кг/пог.м скважины. Прочность грунта в среднем 1,0... 1,2 МПа, но может доходить до 10 МПа.
Электрическим способом закрепляют влажные глинистые грунты. Способ основан на использовании эффекта электроосмоса, для -чего через грунт пропускают постоянный электрический ток с напряженностью поля 0,5... 1 В/см2 и плотностью 1...5 А/м2. В результате действия тока глина осушается, сильно уплотняется и теряет способность к пучению.
Электрохимическое закрепление грунтов. Это способ применяют для глинистых и илистых грунтов. В грунт параллельными рядами через 0,6... 1,0 м забивают металлические стержни или трубы, по которым пропускают постоянный электрический ток напряжением 30... 100 В и силой тока 0,5...7 А на 1 м2 вертикального сечения закрепляемого грунта.
Специфика электрохимического способа заключается в том, что при погружении в грунт чередуют через ряд металлические стержни (аноды) и трубы (катоды), через которые в грунт подается раствор хлористого кальция, силиката натрия, хлорного железа и других хими-106
ческих добавок, увеличивающих проходимость тока, а значит и интенсивность процесса закрепления грунта.
Методы применимы при малых коэффициентах фильтрации грунта -0,2...2 м/сут. В результате насыщения грунта раствором хлористого кальция и пропускания затем по этому грунту электрического тока в грунте происходят необратимые изменения, в частности они перестают пучиниться, увеличиваются их прочностные характеристики.
5.7. Механизированные способы разработки грунта
Основным способом выполнения земляных работ является механизированная переработка грунта. Грунт разрабатывается, перемещается, укладывается, разравнивается, уплотняется с помощью землеройных и землеройно-транспортных машин, оснащенных соответствующим рабочим оборудованием. Выбор количества, типов и марок машин зависит от пространственной формы и геометрических параметров земляных сооружений, грунтовых и гидрологических условий строительной площадки, проектных сроков производства работ.
Производство земляных работ в общем случае состоит из трех процессов: разработка выемки, транспортирование грунта, отсыпка иасыпи, при этом ведущим является процесс разработки грунта. Разработка выемок производится тремя основными способами: резанием, размывом струей и взрывным способом. При механическом способе разработки действуют усилия резания или скалывания грунта рабочими органами различных машин. В результате определенные порции грунта отделяются от массива и могут быть перемещены. При разработке способом резания применяют землеройные, землеройно-транспортные и землеройно-планировочные машины.
Землеройные машины - экскаваторы, канавокопатели отрывают грунт ножом ковша, отсыпают его в отвал или бункеры транспорта, располагаемые в непосредственной близости от землеройной машины.
Землеройно-транспортные машины - скреперы и бульдозеры предназначены для разработки грунта в выемке, транспортирования его и отсыпки в насыпи. Эти машины обеспечивают полную механизацию всего комплексного процесса производства земляных работ.
Землеройно-планировочные машины - прицепные и самоходные грейдеры и бульдозеры предназначены для разработки, перемещения и планирования грунта.
107
Для разработки грунта размывом струей воды и перемещения разжиженного грунта по трубам применяются гидромониторы, землесосные установки.
Эффективной формой механизированного способа производства земляных работ является комплексная механизация. Основной принцип комплексной механизации заключается в том, что все машины, занятые на выполнении процессов и операций, должны соответствовать друг другу своими технико-экономическими и технологическими параметрами. В этом случае вводится понятие комплекта (системы) машин, а весь производственный процесс называют комплексно-механизированным технологическим процессом производства земляных работ.
В зависимости от выполняемых технологических процессов машины для земляных работ можно разделить на следующие группы:
экскаваторы;
землеройно-транспортные машины;
погрузчики;
машины для уплотнения грунта;
машины и оборудование для разработки мерзлых грунтов;
машины и оборудование для подготовительных работ;
машины и оборудование для бурения скважин;
машины для гидромеханической разработки грунта;
машины для транспортировки грунта.
5.7.1. Разработка грунта одноковшовыми экскаваторами
Одноковшовые строительные экскаваторы (ЭО) относятся к машинам циклического действия. Главный параметр ЭО - вместимость ковша, м3. Основные технологические параметры: глубина (высота) копания, максимальный радиус копания, высота погрузки. В различных отраслях промышленности (угольная, горнодобывающая) применяют одноковшовые экскаваторы с вместимостью ковша до 100 м3. В строительстве работают экскаваторы восьми размерных групп, имеющие вместимость ковша 0,15...4,0 м3. Наибольшее распространение находят экскаваторы 4-й и 5-й групп (вместимость ковша 0,65 и 1 м3) (рис. 5.10). На ряде моделей устанавливаются устройства, автоматизирующие отдельные операции рабочего процесса экскаватора. При помощи традиционного оборудования (прямая лопата, обратная лопата, драглайн, грейфер) одноковшовый экскаватор может быть использован на механизации следующих процессов переработки грунта, входящих в состав комплексного технологического процесса: разработка и ук-108
Рис. 5.10. Типы современных экскаваторов
падка грунта в земляных сооружениях различных типов; погрузка грунта; перемещение грунта в пределах земляного сооружения.
Большинство одноковшовых строительных экскаваторов - это универсальные машины, которые могут быть оснащены различными видами сменного рабочего оборудования. В последние годы в связи с широким распространением гидропривода универсальность одноковшового экскаватора еще более возросла. Современный гидравлический экскаватор может быть оснащен более чем десятью видами рабочего оборудования, которые значительно расширяют его технологические возможности.
Использование сменного рабочего оборудования дает возможность механизировать такие процессы, как: зачистка дна выемок; дробление и удаление негабаритов и валунов; отделка поверхности откосов земляного сооружения, дна выемок; послойное уплотнение грунта в стесненных условиях, при устройстве обратных засыпок; рыхление мерзлого и трудноразрабатываемого грунта.
Строительные экскаваторы выпускают на гусеничном и пневмоко-лесном ходу. Наиболее распространенными видами рабочего оборудования являются прямая, обратная лопаты, драглайн и грейфер (рис. 5.11).
Для погрузки ранее разработанного грунта, снятия верхнего слоя и для планировочных работ применяют погрузочное оборудование. Проведение земляных работ, например, при разработке траншей под инженерные коммуникации, часто сопровождается сопутствующими работами, связанными с подачей оборудования, материалов, грузов. В этом случае используется крановое оборудование.
Повышению качества, сокращению ручного труда при выполнении зачистных и планировочных работ способствует использование планировочного оборудования, в том числе в сочетании с телескопической стрелой.
Для разработок выемок различных очертаний и габаритов могут применяться профильные ковши. Для реализации технологии производства земляных работ методом «стена в грунте» служит специальна
Рис. 5.11. Схемы работы гидравлических экскаваторов:
я - с прямой лопатой; б - с обратной лопатой; в - с грейферным оборудованием; г - с оборудованием «драглайн»
ное штанговое оборудование. Расширению области применения экскаваторов, в том числе при разработке трудноразрабатываемых и мерзлых грунтов, способствует установка рыхлительного оборудования: зуба-рыхлителя и гидромолота. Этим же целям служит и захватно-клещевое оборудование, устанавливаемое на гидравлическом экскаваторе. При помощи захватно-клещевого устройства можно также захватывать, грузить в транспорт или удалять в сторону крупные камни, негабариты, встречающиеся на площадке, где ведутся земляные работы.
Применению экскаваторов в условиях реконструкции объектов, работе в цехах, вблизи стен и фундаментов служит оборудование для работы в стесненных условиях. Шарнирное сочленение основных элементов рабочего оборудования как в вертикальной, так и горизонтальной плоскости позволяет приспосабливаться к конкретным условиям производства работ.
НО
Предполагается, что и в дальнейшем развитие одноковшовых экскаваторов будет связано с совершенствованием их технологических характеристик, разработкой рабочих органов, позволяющих гибко реагировать на изменяющиеся условия производства работ. Это позволит в полной мере использовать потенциальные возможности гидравлических машин, представляющих собой пример современных манипуляторов.
Одноковшовый экскаватор - машина цикличного действия, процесс разработки грунта при любом виде рабочего оборудования складывается из чередующихся в определенной последовательности операций отдельного цикла:
резание грунта и заполнение ковша;
подъем ковша с грунтом;
поворот экскаватора вокруг оси к месту выгрузки;
выгрузка грунта из ковша;
обратный поворот экскаватора;
опускание ковша на грунт и подача его для резания грунта.
Основное назначение экскаваторов - разработка выемок, резервов, карьеров, траншей, котлованов с разгрузкой грунта в отвал или погрузкой в транспортные средства. Предельные размеры выемок, которые могут быть разработаны одноковшовым экскаватором с одной стоянки, зависят от его рабочих параметров.
Рабочими параметрами одноковшовых экскаваторов при разработке выемок являются:
максимально возможная высота копания + Н (для экскаватора прямая лопата) - знак + показывает, что экскаватор копает выше своей стоянки;
глубина копания (резания) - Н (для других типов экскаваторов);
наибольший и наименьший радиусы копания на уровне стоянки Экскаватора И ^minj
радиус выгрузки R/,;
высота выгрузки Hh.
Разработку грунта одноковшовыми экскаваторами ведут позиционно. Рабочая площадка экскаватора называется забоем.
Забой — рабочая зона экскаватора, включающая площадку, где расположен экскаватор; часть разрабатываемого массива грунта; места установки транспортных средств; площадку для укладки разрабатываемого грунта (при работе в отвал).
По окончании разработки грунта в данном забое экскаватор перемещается на новую позицию.
Ill
Экскаватор и транспортные средства должны быть расположены в забое таким образом, чтобы среднее значение угла поворота экскаватора от места заполнения ковша до места его выгрузки было минимальным, так как поворот стрелы осуществляется дважды - с грузом до транспортного средства и после выгрузки, то время поворота в среднем составляет до 70% рабочего времени одного цикла экскаватора.
В зависимости от условий строительной площадки выбор экскаватора начинают с определения наиболее целесообразных вместимости ковша и типа экскаватора, а также требуемых параметров — длины стрелы, радиуса резания, выгрузки и др. Выбор сменного оборудования экскаватора зависит от уровня грунтовых вод и характера разрабатываемой выемки (траншея, узкий или широкий котлован).
Экскаватор «прямая лопата» используют для разработки грунтов, расположенных выше уровня стоянки экскаватора, преимущественно с погрузкой на транспорт. Его широко применяют в карьерах, в строительстве используют для погрузки в транспортные средства ранее собранного в кучи (сгуртованного) грунта или для отрывки котлованов, при этом устраивается самим экскаватором пандус - съезд в котлован с уклоном 10—15% для экскаватора и транспортных средств.
Прямая лопата (см. рис. 5.11 ,а) представляет собой открытый сверху ковш с режущим передним краем. Ковш шарнирно соединен с рукоятью, которая, в свою очередь, шарнирно соединена со стрелой машины и выдвигается вперед при помощи напорного механизма. Конструкция экскаватора позволяет ему копать ниже уровня своей стоянки не более чем на 10...20 см, нормативная производительность может быть достигнута при высоте забоя не менее 1,5 м. Опорожняется ковш путем открытия его днища. Такая конструкция прямой лопаты обеспечивает ей наибольшую производительность за счет наполнения ковша «с шапкой».
При разработке грунтов 1-й и 2-й групп экскаватор может быть снабжен ковшом увеличенного объема. Экскаватор применяется в основном при необходимости погрузки грунта в транспортные средства. Нецелесообразно использование экскаватора, если уровень грунтовых вод выше подошвы выемки, так как движение экскаватора и транспортных средств по мокрому грунту затруднено.
Разработку грунта экскаватором «прямая лопата» производят лобовым и боковым забоями. Лобовой забой применяют при разработке экскаватором грунта впереди себя и отгрузке его на транспортные средства, которые подаются к экскаватору по дну забоя или сбоку по естественной поверхности земли. В первом случае автомобили под-112
ходят задним ходом попеременно то с одной, то с другой стороны забоя, размер которого понизу не должен быть менее 7 м. При таких условиях работы угол поворота экскаватора достигает 140... 180°, что значительно снижает его производительность. По этим причинам лобовой забой принимают крайне редко, в основном при устройстве въездного пандуса в котлован или при разработке первой (пионерской) проходки.
Ширина забоя поверху может быть (рис. 5.12):
до 1,5 Лрез - при узком забое;
Р и с. 5.12. Схема работы экскаватора прямая лопата:
° - при узком лобовом забое; б - при забое нормальной ширины; в - при уширенном лобовом Забое при схеме «зигзаг»; г - то же, при перемещении экскаватора поперек выемки; / — самосвал;
2 — экскаватор
113
1,5...1,9 Rpa - при нормальном забое и подаче транспортных средств с двух сторон от экскаватора;
до 2,5 Кре, - при уширенном забое и движении экскаватора по зигзагу (зигзаг не превышает радиуса резания и на зигзаге две остановки по концам);
до 3,5 Лрез - при уширенном забое с трехступенчатым перемещением (длина зигзага может достигать двух радиусов резания).
При узких забоях самосвалы подают под загрузку с одной стороны сзади экскаватора, а при нормальных — с обеих сторон от экскаватора попеременно, что исключает простои экскаватора при смене под загрузкой транспортных средств. При данных забоях экскаватор переме вдается в котловане прямолинейно по оси забоя.
В некоторых случаях разработку грунта предпочтительнее вести уширенным забоем с перемещением экскаватора по зигзагу. В таких забоях сокращаются холостые проходки экскаватора и облегчаются условия для маневрирования и установки под погрузку самосвалов.
Ширину лобовой прямолинейной проходки В можно определить по формуле
В = (5.1)
и для зигзагообразной
В = 2^ -/п2 + 2/?с, (5-2)
где Ro — оптимальный радиус резания экскаватора; /„ - длина рабочей передвижки экскаватора (разность между максимальным и минимальным радиусом резания); Rc - радиус резания на уровне стоянки.
Разработка выемок способом лобового забоя затруднительна для перемещения и установки под погрузку самосвалов. Средний угол поворота экскаватора для погрузки грунта в транспортные средства, особенно при работе в узких забоях может достигать 180°, что значительно увеличивает время рабочего цикла экскаватора и снижает его производительность. Кроме этого для спуска экскаватора в забой с дневной поверхности ему необходимо выкопать пандус - наклонную аппарель со значительным объемом грунта, который также необходимо переместить от котлована. По этим причинам применение лобового забоя ограничено.
Более эффективным является разработка грунта боковым забоем, когда заполнение ковша грунтом осуществляется преимущественно с одной стороны движения экскаватора и частично впереди себя. По этой схеме транспорт подается под загрузку сбоку выработки, чем достигается значительное уменьшение угла поворота стрелы экскаватора (в пре-114
[делах 70...900) при погрузке грунта в транспортные средства (рис. 5.13). В боковых забоях транспортные пути проходят параллельно оси перемещения экскаватора и, как правило, на уровне его стоянки.
Ширина боковой проходки
В =2д/7?02 -/2 +0,7Яс; (5-3)
Выемки, глубина которых превышает максимальную высоту забоя для данного типа экскаватора, разрабатывают в несколько ярусов.
Число автомобилей или автопоездов, необходимых для обеспече-ния бесперебойной работы экскаватора:
N = Тц/1„огр,
_ 60L . 60 L
^погр + +^разгр +
^груж ^пор
(5-4)
(5-5)
где N- необходимое количество самосвалов или автопоездов; Тц -продолжительность одного полного цикла работы, мин; /погр, tp^ и tM -соответственно продолжительность погрузки самосвала, его разгрузки и маневрирования перед загрузкой и разгрузкой, мин; гуру» и гьор - скорость самосвала в груженом и порожнем состоянии; L - дальность возки грунта, км.
Продолжительность загрузки автосамосвала колеблется в широких пределах в зависимости от числа ковшей с грунтом, загружаемых в ку-
а)
Рис. 5.13. Работа экскаватора «прямая лопата» при боковом забое:
° - схема работы; б — схема подачи самосвалов под погрузку; 1 - центр тяжести забоя; 2 - ось Проходки экскаватора; 3 - ось предыдущей проходки; 4 - вешка; 5 - ось движения автосамосвала;
6 — стоянки экскаватора; 7 - средний угол поворота стрелы
115
зов, рода грунта и его плотности, среднего угла поворота машины при загрузке и типа экскаватора.
Строительные экскаваторы «прямая лопата» применяют с ковшом вместимостью 0,15...2,5 м3.
Экскаватор «драглайн» (см. рис. 5.11, г) используют для разработки грунтов, расположенных ниже уровня стоянки экскаватора: для отрывки глубоких котлованов, широких траншей, возведения насыпей, разработки грунта из-под воды и т. п. Драглайн применяют также при планировке площадей и зачистке откосов. Достоинство экскаватора -радиус действия до 10 м и глубина копания до 12 м. Глубина копания у экскаватора практически неограничена, конструкция машины позволяет располагать транспортные средства на дневной поверхности и на дне котлована, т. е. уровень грунтовых вод не оказывает влияния на работу экскаватора. Эффективно разрабатывать экскаватором мягкие и плотные грунты, в том числе обводненные.
Ковш экскаватора навешивается на канатах на удлиненную стрелу кранового типа. Забрасывая ковш в выемку на расстояние, несколько превышающее длину стрелы, ковш заполняют грунтом путем подтягивания по поверхности земли к стреле. Затем ковш поднимают в горизонтальное положение и поворотом машины перемещают к месту разгрузки. Опорожняется ковш при ослаблении натяжения тягового каната.
Применимы разработки грунта лобовой и боковой проходками с отгрузкой грунта в транспорт и отвал. Драглайн обычно передвигается между очередными стоянками на 'Д длины стрелы. В зависимости от ширины выемки, способа разгрузки грунта (в отвал или в транспортные средства) и особенностей земляного сооружения, в практике нашли применение челночные способы разработки грунта, так как конструктивное решение экскаватора позволяет применять такие схемы.
Поперечно-челночная схема jysers возможность набирать грунт поочередно с каждой боковой стороны самосвала, подаваемого под погрузку по дну выемки, не прекращая поворота стрелы в момент выгрузки грунта. При продольно-челночной схеме грунт набирают перед задней стенкой кузова и, подняв ковш, разгружают его над кузовом. В цикле работы экскаватора повороты занимают основное время, в этом плане челночные схемы с минимальным углом поворота для погрузки и выгрузки являются оптимальными. Благодаря уменьшению высоты подъема ковша и сокращению угла поворота экскаватора (при продольно-челночной схеме около 0°, а при поперечно-челночной 9...200) производительность экскаватора увеличивается в 1,5—2 раза. Строительные экскаваторы «драглайн» применяют с ковшом вместимостью 0,25...2,5 м3.
116
Грейфер (рис. 5.11, в) используют в сугубо специфических случаях для отрывки узких глубоких котлованов, траншей, колодцев, при разработке грунта ниже уровня грунтовых вод. Он представляет собой ковш с двумя или более лопастями и канатным или в последнее время стоечным приводом, принудительно смыкающим лопасти. Грейфер навешивается на стрелу и разрабатывает выемки с вертикальными стенками. При повороте стрелы ковш перемещается к месту разгрузки и опорожняется при принудительном раскрытии лопастей. Погружение в грунт осуществляется только за счет собственной массы и принудительного опускания стойки, поэтому можно разрабатывать грунты малой и высокой плотности, в том числе и находящиеся под водой. Строительные экскаваторы «грейфер» применяют с ковшом вместимостью 0,35...2,5 м3.
Экскаватор «обратная лопата» (см. рис. 5.11, б) применяют при разработке грунтов ниже уровня стоянки экскаватора, в основном при отрывке котлованов глубиной до 6 м и траншей при глубине до 7,6 м. Затраты времени на один цикл экскаватора с обратной лопатой на Ю...15% больше, чем у прямой лопаты. Поярусная разработка выемок при этом виде оборудования не практикуется.
Обратная лопата - это открытый снизу ковш с режущим передним краем, шарнирно соединенный с рукоятью, которая, в свою очередь, шарнирно соединена со стрелой. По мере протягивания назад ковш заполняется грунтом. Затем при вертикальном положении рукояти ковш переводят к месту выгрузки и разгружают путем подъема с одновременным опрокидыванием.
Разработку грунта экскаватором «обратная лопата» производят боковым и лобовым забоями с погрузкой грунта в транспорт или в отвал (рис. 5.14). При боковом забое экскаватор разрабатывает выемки сбоку, ширина выемки ограничена радиусом резания (оптимально 0,8 Ярсз), разработка грунта осуществляется поперек гусеничной ленты, т. е. при наименее устойчивом положении экскаватора. При лобовом забое черпание грунта производят при постепенном движении экскаватора задним ходом, разгрузку выполняют в транспортные средства, которые подаются к экскаватору по дну забоя или сбоку по естественной поверхности земли (рис. 5.15). Ширина забоя ограничивается только требованием нормальной производительности механизма и составляет 1,5... 1,6 7?рез. При лобовом забое экскаватор опускает стрелу с рукоятью в самое нижнее положение между гусеницами, поэтому глубина Разработки узких траншей больше, чем широких.
Наименьшую глубину забоя определяют из условия наполнения ковша с верхом (с «шапкой»), которая составляет для несвязных грунтов 1 — 1,7 м, а для связных - 1,5...2,3 м. Ширина проходки зависит от
117
наибольшего радиуса разработки; ее принимают равной 1,2...1,5 7?о при погрузке в транспорт и 0,5...0,8 Ro - при укладке грунта в отвал.
Отрывку котлованов шириной до 14 м обычно осуществляют лобовой проходкой при перемещении экскаватора по зигзагу, а при большей ширине - поперечно-торцевой или продольно-торцевой.
В соответствии с’действующим ГОСТ «Экскаваторы универсальные полноповоротные» основным рабочим оборудованием для экскаваторов в настоящее время является обратная лопата. Экскаватор может комплектоваться оборудованием прямая лопата, жесткий грейфер, гидромолот, зуб-рыхлитель, а также сменными ковшами различной вместимости и назначения.
Гидравлические экскаваторы имеют следующие основные преимущества:
существенное увеличение производительности новых машин по сравнению с машинами, имеющими механический (канатный) привод;
снижение удельной материалоемкости и удельной энергоемкости машин;
расширение универсальности гидравлических экскаваторов за счет сменного оборудования и рабочих органов до 40 наименований;
118
б)
Рис. 5.15. Схема подачи машин под экскаватор «обратная лопата»: а - по дну котлована; б — по дневной поверхности
автоматизация рабочего процесса;
коренное усовершенствование систем управления и создание комфортных условий для работы машиниста;
улучшение эстетического вида машин;
кардинальное повышение ходовых качеств гусеничных машин.
Среди всех типов универсальных экскаваторов гусеничные машины занимают ведущее место, так как не имеют ограничения по массе по сравнению с колесными экскаваторами. Наибольшее распространение в большинстве стран получили гусеничные гидравлические экскаваторы массой 10...50 т, которые выполняют основной объем земляных работ в гражданском и промышленном строительстве.
Для производства земляных работ применяют современные экскаваторы обратная лопата Ковровского, Воронежского и Тверского экскаваторных заводов. Нашли широкое распространение экскаваторы фирм «Вольво», «Либхер», «Катерпиллер», «Комачу», «Хитачи», «Ко-велко», «Кайс-Портлейн» и др. Фирмы-производители гидравлических экскаваторов постоянно ведут работы по усовершенствованию основного рабочего оборудования - обратной лопаты. Рабочие параметры (вместимость ковша, глубина копания и высота выгрузки) непосредственно связаны с эксплуатационной массой экскаваторов, поэтому при проектировании новых машин массой до 50 т эти параметры отлича-1°тся очень незначительно.
Основное внимание фирм сосредоточено на совершенствовании и увеличении числа видов сменного оборудования и рабочих органов для всего ряда одноковшовых экскаваторов. Это прежде всего Разработка ковшей различных видов, удлиненных рукоятей, дополнительных рукоятей, удлиненных стрел, рабочего оборудования со смещенной осью копания, ковши для планировки откосов, ковши
119
с эжекторной разгрузкой. Большое внимание уделяется совершенствованию ходовых устройств, но наибольшее распространение имеет гусеничный ход как с номинальными, так и с увеличенными размерами гусеничных лент по ширине и длине. Это повышает проходимость и устойчивость машины и создает условия для их оснащения ковшами большой вместимости.
В последние годы существенно расширены области применения гидравлических экскаваторов за счет установки новых видов рабочего оборудования и рабочих органов. Это позволило широко эксплуатировать их при демонтаже зданий, для прокладки туннелей. К экскаваторам предъявляются повышенные требования в части охраны окружающей среды, по обеспечению низкого уровня внешнего шума и по регулированию состава отработавших газов двигателей.
Отметим основные технические характеристики российских и зарубежных гусеничных экскаваторов:
масса экскаватора - от 23,5 до 41,0 т;
вместимость основного ковша - от 0,9 до 2,4 м3;
глубина копания - от 5,24 до 8,24 м;
высота выгрузки - от 4,9 до 7,54 м;
мощность двигателя - от ПО до 216 кВт;
скорость передвижения - от 3,4 до 7,0 км/ч;
давление на грунт - от 0,048 до 0,080 МПа.
Мини-экскаваторы находят в последнее время все более широкое применение, особенно там, где необходимо проводить работы в стесненных условиях, или требуется высокая точность выполнения землеройных работ (рис. 5.16). Мини-экскаваторы имеют четыре размерные группы по массе (соответственно) 1,5; 2,5; 3,5 и 5 т. Для постоянного сохранения высокой устойчивости экскаваторы оснащаются по возможности длинными и широкими гусеницами и прочным бульдозерным отвалом, который выполняет функцию выносной опоры. Эти особенности экскаватора позволяют при опущенном на землю отвале
Рис.5.16. Мини-экскаваторы 120
иметь глубину копания в зависимости от размерной группы 2,3-.3,7 м и соответственно высоты разгрузки 2,6...3,7 м.
Для мини-экскаваторов предусмотрен широкий набор сменных рабочих органов. Стандартные ковши выпускают различной ширины и специального назначения: ковши для глинистых грунтов, эжекторные, острые, ковши для зачистки траншей шириной 800 и 1000 мм, а кроме этого с гидромолотом или шнековым буром.
Отличаясь компактностью и высокой маневренностью, такие экскаваторы могут работать в местах, недоступных для крупной землеройной техники. Мини-экскаваторы применяют внутри зданий, для разработки котлованов под фундаменты вплотную к стенам сооружений, отрывки траншей для прокладки кабелей и трубопроводов, строительства дорог, отрывки ям для установки опорных столбов заборов, посадки деревьев и других работ по благоустройству территории, производству демонтажных работ с использованием гидромолота.
Специфика одноковшовых экскаваторов. При планировании эксплуатационной производительности экскаваторов необходимо учитывать следующие факторы:
коэффициент наполнения ковша изменяется в пределах 0,75... 1,1;
использование экскаватора с учетом потерь времени на передвижки по забою, К = 0,92—0,98;
использование экскаватора с учетом потерь по времени при нахождении без груза К = 0,74—0,94;
коэффициент разрыхления грунта изменяется в широких пределах: для легких грунтов - 0,88; для средних грунтов - 0,8; для тяжелых грунтов - 0,75 и для скальных пород - 0,67.
Эффективно применять экскаваторы на объектах при месячной прои зводительности:
Вместимость ковша, м3............ 0,5 1,0 2,0
Производительность, тыс м3....... 0,8...1,2 1,2 2,0 2,0. 3,3
В отдельных случаях одноковшовыми экскаваторами (особенно экскаваторами старых марок, в том числе с канатным управлением) отрывают котлованы и траншеи на глубину, несколько меньшую проектной, оставляя так называемый недобор слоем 5... 10 см для того, чтобы избежать повреждение основания и не допустить переборов грунта. Для повышения эффективности работы экскаваторов в таких случаях можно применять скребковый нож, насаживаемый на ковш экскаватора. Это приспособление позволяет механизировать операцию по зачистке дна котлованов и траншей и вести их с точностью ±2 см, что исключает необходимость ручных доработок.
121
5.7.2. Разработка грунта многоковшовыми экскаваторами
Многоковшовые экскаваторы непрерывного действия нашли широкое применение во всех отраслях строительства. Рабочим органом многоковшового экскаватора являются ковши, насаженные через равные интервалы на беспрерывно движущуюся цепь (цепные экскаваторы) или ротор (колесо) - роторные экскаваторы (рис. 5.17, 5.18). Ковшовые экскаваторы обеспечивают разработку траншей глубиной до 3,0 м в основном с вертикальными стенками, роторные могут разрабатывать траншеи с откосами при установке на роторе откосников. По характеру взаимного положения машины и рабочего механизма в процессе разработки грунта экскаваторы различают продольного и поперечного черпания. Ковши наполняются грунтом при движении их вверх по наклонной или криволинейной поверхности разрабатываемой выемки. Опорожняются ковши в момент достижения наивысшей точки их траектории, где они и опрокидываются. Высыпавшийся грунт попадает на ленточный конвейер, а с него на транспортные средства или в отвал.
Как средство комплексной механизации технологических процессов производства земляных работ в строительстве наибольшее распространение получили экскаваторы продольного копания. К ним относятся многоковшовые цепные и роторные траншеекопатели, цепные скребковые, роторные бесковшовые (фрезерные), экскаваторы-дрено-укладчики, экскаваторы-каналокопатели. Эти машины менее универсальны, чем одноковшовые экскаваторы. Значительное влияние на возможность использовать многоковшовые экскаваторы оказывают стесненность условий и группа разрабатываемого грунта. Главный параметр экскаваторов - глубина копания. Основные технологические параметры: ширина разрабатываемой траншеи поверху и понизу. При
Р и с. 5.17. Схемы устройства многоковшовых экскаваторов продольного копания:
/ тягач: 2 - домкратное устройство, 3 - цепь; 4 - ковши; 5 - поперечный транспортер; б ротор
122
А
Рис. 5.18. Технологическая схема разработки грунта многоковшовым экскаватором
помощи многоковшовых экскаваторов могут быть механизированы следующие процессы: разработка грунта в земляных сооружениях типа «траншея», «канал»; нарезание щелей в массиве грунта для взрывных работ при разработке мерзлого грунта; отделка дна, откосов, верха постоянных земляных сооружений экскаваторами поперечного копания.
Экскаваторами продольного черпания разрабатывают траншеи обычно прямоугольного сечения. Отрывку начинают с наиболее низких мест профиля, что обеспечивает сток грунтовых и атмосферных вод в зоны уже отрытой траншеи. На отдельных марках экскаваторов непрерывного действия устанавливают автоматические устройства, позволяющие регулировать положение рабочего органа для создания траншеи с заданным уклоном дна, согласовывать рабочие скорости движения машины и рабочего органа.
Возможна автоматизация процесса отрывки траншей при помощи инфракрасных лучей или лазера. Луч направляется параллельно углу наклона низа траншеи и через приемное устройство на экскаваторе корректируется движение (подъем или опускание) рабочего органа экскаватора.
Датчиком сигнала для выдерживания заданного уклона, для траншей служит копирная проволока, правильность положения которой проверяют нивелиром. Вдоль проволоки перемещается щуп, подающий сигнал на подъем или опускание рамы рабочего органа экскаватора. Предусмотрена возможность смещения рамы рабочего органа в сторону от оси экскаватора, что позволяет производить отрывку траншей вдоль дорог, заборов, у стен зданий. Автоматизация управле
123
ния рабочим процессом экскаваторов непрерывного действия значительно повышает производительность и качество работ, эффективность комплексного технологического процесса.
При расчете эксплуатационной производительности необходимо учитывать коэффициент наполнения ковша (0,7...0,9), коэффициент использования рабочего времени (0,6—0,8), коэффициент разрыхления грунта (0,6...0,9), скорость движения цепи, на которую влияют плотность грунта и насыщенность его влагой.
Основные характеристики цепных и роторных экскаваторов:
вместимость ковша, л... .... ....... 20 30
глубина копания, м............................. до 7 до 9
производительность, м’/ч.... .................. 35 55
Разновидностью рассмотренных экскаваторов являются траншеекопатели, предназначенные для водо- и газопроводов, электрокабелей, канализации, телефонных линий. Современные траншеекопатели представляют собой полностью гидростатическую машину на пневмоколес-ном ходу, имеющий высокую мощность для работы в тяжелых условиях с максимальной глубиной копания до 1,8 м. Машина оснащается дополнительным оборудованием в виде плуга, ковша, режущего диска, держателя кабельного барабана, отвала и буровой установки. Дополнительно универсальность придают четыре блокирующих дифференциала, которые равномерно распределяют крутящий момент на все четыре колеса механизма.
5.7.3. Разработка грунта землеройно-транспортными машинами
К землеройно-транспортным машинам относят погрузчики, скреперы, бульдозеры, грейдеры и грейдер-элеваторы. Несмотря на ряд ограничений по их применению, связанных с геометрическими размерами и пространственной формой земляного сооружения, дальностью транспортировки грунта, узкой специализацией отдельных типов машин, при помощи землеройно-транспортных машин можно выполнять большинство основных, вспомогательных, подготовительных процессов при различных условиях производства работ. Бульдозеры и скреперы за один цикл разрабатывают грунт, перемещают его, разгружают на насыпи и возвращаются в забой порожняком. Стоимость работ, выполняемых этими машинами, в 3...4 раза меньше стоимости работ, выполняемых одноковшовыми экскаваторами.
124
Бульдозеры выполняют значительные объемы земляных работ в строительстве. Основные технические параметры — мощность базовой машины и масса. Технологические параметры - длина отвала бульдозера. В настоящее время находят применение бульдозеры с мощностью базового трактора свыше 600 кВт.
Расширению технологических возможностей бульдозера способствует установка на базовый трактор вместе с бульдозерным оборудованием дополнительного сменного оборудования, такого, как рыхлитель, откосник, кусторез, окрылок, удлинитель, упоры (для использования бульдозера в качестве толкачей для скреперов) и др. Широкое применение гидропривода позволило улучшить систему управления отвала в плане и его поперечный перекос. Повышение эффективности работы бульдозера достигается за счет установки на них автоматизированной системы, обеспечивающей автоматизированное управление рабочим органом бульдозера и повышение качества планировочных работ. На рис. 5.19 показана схема современного бульдозера.
Использование бульдозера в составе комплексного технологического процесса позволяет обеспечить механизацию большого числа вспомогательных, подготовительных и основных процессов:
корчевку пней и кустарника;
снятие и перемещение растительного слоя грунта;
устройство и содержание съездов и землевозных дорог;
Р и с. 5.19. Принципиальная схема бульдозера
125
планирование, зачистку и отделку элементов земляного сооружения;
устройство дренажных канав;
устройство въездов;
разработку и укладку грунта в земляных сооружениях различных типов;
перемещение грунта в пределах строительной площадки;
послойное разравнивание укладываемого грунта;
рыхление мерзлых и трудноразрабатываемых грунтов;
обратную засыпку выемок и пазух.
Бульдозеры используют для перемещения грунта из выемки в насыпь на расстояние до 100 м, при мощных тракторах дальность может быть увеличена. Бульдозеры применяют для обратной засыпки пазух траншей и котлованов грунтом, лежащем на бровке, зачистки дна котлованов после их разработки другими механизмами, для разравнивания и планировки грунта, для рытья небольших и неглубоких котлованов. При перемещении грунта на значительные расстояния отвалы бульдозеров могут быть оборудованы по бокам окрылками.
По трудности разработки грунтов для бульдозера их подразделяют на три группы. Грунты третьей группы предварительно разрыхляются рыхлителями.
Цикл работы бульдозера состоит из резания и набора грунта путем снятия стружки, перемещения грунта с надвижкой его отвалом бульдозера и разгрузки грунта с последующим возвратом бульдозера к месту набора грунта, обычно задним ходом. Набор грунта производится на ровных участках, желательно при движении под уклон 10...20%, что позволяет срезать стружку грунта оптимальной (наибольшей) толщины. Работа на склоне повышает производительность в 1,5...2,5 раза. При перемещении грунта под уклон можно передвигаться на более скоростной третьей передаче.
При планировке площадок могут быть использованы два основных способа работ - траншейный и послойный (рис. 5.20). При траншейном способе выемку разбивают на ярусы высотой 0,4...0,5 м. Каждый участок на ширину отвала бульдозера разрабатывают за 2...3 проходки по нему. Между соседними участками оставляют полосу неразработанного грунта шириной до 0,6 м. Этот грунт служит стенками траншеи при их разработке, способствуя более полному заполнению отвала-Эти полосы разрабатывают в последнюю очередь перед окончательной планировкой площадки. Данный способ исключает значительные потери грунта при его перемещении и поэтому более производителен.
126
Рис. 5.20. Схема резания и перемещения грунта бульдозером:
о - продольная при резании под уклон; б - то же, при горизонтальном участке; в - то же, траншейным способом; г - то же, послойным способом; / - участок резания: 2 - то же, перемещения, 3 - то же, разгрузки; 4 - насыпь, 5 - выемка
Послойный способ применим при небольших глубинах срезки и сложном очертании площадки работ. Выемки разрабатывают слоями на толщину снимаемой стружки за один проход бульдозера последовательно по всей площади выемки.
Если дальность перемещения грунта превышает 40 м, применяют разработку с промежуточными валами, используя спаренную работу двух бульдозеров или работу бульдозера с окрылками. При этом промежуточные валики необходимо образовывать через 20...30 м.
Отсыпка грунта в насыпь начинается с наиболее удаленных участков послойно с одновременным уплотнением или грудами без уплотнения. Возвращение в забой происходит обычно задним ходом без разворота с опущенным отвалом, что способствует разравниванию и промежуточному уплотнению грунта. Особо плотные грунты перед разработкой их бульдозерами следует рыхлить. При этом используют рых-лительное оборудование в виде одного, двух или трех зубьев-рыхлителей, которым оснащается бульдозер (рис. 5.21).
При резании грунта применяют прямоугольную и гребенчатые схемы.
Отвал с ножом бывает жестко закрепленным, поворачивающимся в горизонтальной и вертикальной плоскостях.
Обратная засыпка пазух земляных сооружений. При засыпке па-3Ух применяют различные механизмы. Для бульдозеров наиболее час-То используют две основные схемы (рис. 5.22). При схеме прямой разработки бульдозер, двигаясь параллельно траншее, производит постоянно набор грунта и сдвигает его в сторону, осуществляя засыпку тРаншеи небольшими порциями грунта. Возвращение в исходное положение осуществляется задним ходом. Следующая проходка параллель-
127
Р и с. 5.21. Бульдозер с зубьями-рыхлителями
на предыдущей, но со смещением в сторону траншеи на 0,3...0,5 м. Такая схема предпочтительна при засыпке траншей длиной 10...30 м из отвалов, расположенных на бровке и при отрывке небольших выемок.
Схема боковой разработки подразумевает движение бульдозера перпендикулярно или под углом к траншее. Набирается грунт, осуществляется движение вперед, перемещение грунта в траншею, разгрузка, дви-
Рис. 5.22. Засыпка грунта в откосы бульдозером:
о-в траншеи поперечными и косопоперечными проходками; б — в пазухи траншеи подземного коллектора по челночной схеме; в — в пазухи котлована при движении бульдозера с наклонным отвалом; 1 — отвал грунта; 2 — зона засыпки грунта вручную; 3 — направления движения бульдоз®" ра; 4 - электро- или пневмотрамбовка
128
кение назад в исходное положение задним ходом, смещение в сторону на ширину отвала, снова движение вперед с перемещением новой порции грунта.
При устройстве подземных частей зданий и сооружений в комплекс земляных работ входит обратная засыпка фундаментов, коллекторов, туннелей, пазух котлованов и траншей. Выполнение обратной засыпки в ряде случаев усложняется стесненными условиями производства работ. Если расстояние между фундаментами позволяет проезд автомобиля-самосвала, то отсыпку осуществляют полосами вдоль цролета с дальней точки котлована «на себя». При этом самосвалы пе-редвигаютс по основанию, на которое укладывается слой грунта. Если расстояние между фундаментами недостаточно для перемещения
Рис. 5.23. Технологическая схема обратной засыпки пазух:
Д2 - экскаваторы; 3, 4 - бульдозеры; 5 - виброплита; 6 - самосвал; 7 - трамбовка; 8 -подземная часть сооружения
5 3-804 129
самосвалов, грунт транспортируют и разравнивают малогабаритными бульдозерами и погрузчиками. При ширине просвета между фундаментами и другими конструкциями подземной части менее 0,9 м грунт разравнивают вручную.
Обратная засыпка грунтом узких и глубоких пазух (рис. 5.23) производится следующим образом. Грунт доставляют к месту укладки автосамосвалами, а затем небольшими порциями сталкивают бульдозерами с бровки и разравнивают в нижней части экскаватором; послойное уплотнение выполняется последовательными проходками трамбовки. В верхней части пазухи при достаточной ее ширине грунт разравнивают бульдозером и уплотняют самоходными катками.
Скреперы - высокопроизводительные землеройно-транспортные машины цикличного действия, выполняющие самостоятельную разработку грунта, его транспортировку из выемок в насыпи с частичным уплотнением (рис. 5.24). Эксплуатационные характеристики скреперов позволяют их использовать при необходимости для отрывки котлованов и планировке поверхностей.
Рабочий орган скрепера - ковш с ножевым устройством, который осуществляет послойное резание грунта с одновременным набором его в ковш. Переход в транспортное состояние осуществляется подъемом
Рис. 5.24. Схемы работы скреперов:
а - общий вид скрепера; б — забор грунта; в — транспортирование; г — послойная выгрузка с разравниванием; 1 - задняя подвижная стенка механизма; 2 — ковш скрепера; 3 - процесс резания грунта и заполнения ковша; 4 - тягач; 5 — ковш скрепера с закрытой передней стенкой и заполненный грунтом; б — ножевое устройство в положении транспортирования; 7 - подвижная стенка механизма в момент полной разгрузки ковша; 8 - отсыпка грунта слоем заданной толщины; 9 -слой отсыпки
130
ковша с одновременным его закрытием. Выгрузка производится в процессе движения скрепера послойно путем наклона ковша скрепера или перемещения задней стенки ковша - свободной или принудительной разгрузкой.
Скреперы подразделяют на прицепные, полуприцепные, самоходные. Главный параметр - вместимость ковша, м3. Основные технологические параметры: грузоподъемность, ширина и глубина резания, толщина отсыпаемого слоя. В настоящее время в строительстве применяют скреперы с вместимостью ковша 3...15 м3. В мировой практике производства земляных работ используют скреперы, имеющие вместимость ковша до 60 м3.
Ширина резания скреперов с вместимостью ковша 4...25 м3 колеблется в пределах 2200...2800 мм. Максимальная глубина резания для этих машин составляет 250...400 мм. Для более точного выполнения процессов планировки грунта и разработки грунта в земляных сооружениях типа «планировочная площадь» может применяться система автоматического управления положением ковша скрепера в зависимости от рельефа местности.
Грунты при разработке их скреперами разбиты на IV группы, последняя группа предполагает тяжелые глинистые грунты и включение в них валунов и камней размером не более 300 мм, грунты предварительно необходимо рыхлить. При разработке супесей и суглинков ковши скреперов могут загружаться с «шапкой». Легкие грунты без валунов можно разрабатывать сразу, более плотные грунты предварительно необходимо рыхлить. При разработке сухих сыпучих грунтов скреперный ковш загружается обычно не более чем на 60...70%. Особые трудности возникают при разработке липких и переувлажненных грунтов вследствие их налипания на ковш.
Для полного и быстрого заполнения грунтом-ковша скреперов традиционной конструкции используют тракторы-толкачи, которые позволяют увеличить усилие резания грунта кромкой ковша и повысить коэффициент его наполнения. В целях повышения производительности скреперов, уменьшения времени рабочего цикла разработаны конструкции скреперов с принудительной (экскаваторной) загрузкой ковша, двухмоторных скреперов, скреперных поездов. Это позволяет в ряде случаев работать без толкачей и снизить стоимость разработки грунта.
При помощи скрепера могут быть механизированы следующие лроцессы производства земляных работ: разработка и укладка грунта в земляные сооружения различных типов; перемещение грунта на рас
131
стояние от 100 до 5000 м; снятие и перемещение растительного слоя-послойное разравнивание грунта.
Оптимальная дальность перемещения грунта скреперами приведена ниже.
Вместимость ковша, м3 3 6 10 15 50
Дальность перемещения, м до 300 До 500 до 700 до 1000 до 3...5 км
Работа скрепера осуществляется по следующей схеме: набор грунта ковшом скрепера, перемещение нагруженного скрепера в насыпь, разгрузка ковша с разравниванием и частичным уплотнением, возвращение порожним ходом к выемке и повторение цикла. В зависимости от конкретных условий — протяженности фронта работ и объемов перемещаемых земляных масс, взаимного расположения насыпей и выемок, уклона планируемой территории - схемы движения скреперов могут быть различными.
В зависимости от взаимного расположения мест разработки и укладки грунта и от условий производства работ используют несколько рабочих схем (рис. 5.25).
Рис. 5.25. Схемы движения (/) и резания грунта скрепером (II):
а - по эллипсу; б — по восьмерке; в — спиральная схема; г - зигзагообразная схема; 1 и 2 — соответственно места погрузки и разгрузки скрепера; 3 — путь движения скрепера; 4 — возводимая Я*' сыпь; д — клиновидная стружка; в — гребенчатая стружка; ж — тонкая стружка постоянное
ТОЛЩИНЫ
132
Эллиптическая схема применяется особенно часто при планировочных работах в промышленном и гражданском строительстве. Она наиболее эффективна при разработке выемок и возведении невысоких насыпей на линейно-протяженных участках 50...100 м при высоте разработки грунта до 2 м, когда не требуются съезды и выезды на площадке планировки. Схему используют при планировочных работах, при разработке неглубоких выемок и укладке грунта в резервы. В каждом цикле присутствует один набор грунта, два поворота на 180° в одном и том же направлении (один спуск и один подъем), одна разгрузка.
Спиральная (кольцевая) схема является разновидностью эллиптической, она наиболее подходит при возведении широких насыпей высотой 2—2,5 м из двухсторонних резервов или при разработке широких выемок глубиной до 2,6 м. Схему часто применяют для устройства насыпей шириной, равной или большей длины пути разгрузки ковша. При этом не требуются съезды и выезды с площадки, основное движение скреперов перпендикулярно оси возводимого сооружения, уменьшается дальность транспортировки, повышается производительность.
Восьмерка является также разновидностью эллиптической схемы. Восьмерку применяют при большом объеме работ, возведении насыпей высотой 4...6 м из боковых резервов, при разработке протяженных выемок и планировке площадок, особенно на площадках со сложным рельефом, при наличии, например, двух зон выемки грунта и одной насыпи или наоборот. За один цикл скрепер дважды набирает и разгружает грунт, поэтому имеется возможность чередовать при движении левые и правые повороты, что улучшает технико-экономические показатели, сокращается время цикла работы.
Зигзаг используют при возведении протяженных насыпей (дорог, плотин) высотой до 6 м из рядом расположенных выемок при протяженности рабочих участков не менее 200 м. При этой схеме Уменьшается число поворотов, сокращается продолжительность одного Цикла, возрастает производительность по сравнению с эллиптической схемой на 15—20%.
Челночно-поперечная схема применяется при возведении насыпей из двухсторонних выемок, а также при разработке выемок на глубину до 1,5 м с перемещением грунта в двусторонние отвалы. Набор грунта осуществляется перпендикулярно оси выемки при Движении скрепера как в одну, так и в другую сторону. Схема сокращает число поворотов скрепера, длину пути груженого и порожнего *ода.
133
Челночно - продольная схема движения скреперов используется при возведении высоких насыпей (4...6 м) с откосами не более 45° с транспортировкой грунта из двусторонних резервов или русла будущего канала. Схема позволяет сократить до минимума длину' порожнего хода, произвести за один цикл две отсыпки и сократить число поворотов.
При вертикальной планировке строительных площадок применяют эллиптическую и спиральную схемы, возможно в ряде случаев использование челночно-поперечной схемы. Грунты, разработка которых затруднена, предварительно рыхлят на толщину разрабатываемого слоя, для этого применяют навесные рыхлители на тракторах.
Скрепер срезает ковшом стружку грунта толщиной 0,12...0,35 м и шириной (для разных типов машин 1,65—2,75 м). Наибольшая толщина отсыпаемого слоя 0,35—0,5 м. Для равномерной толщины отсыпаемого слоя грунта разгрузку осуществляют только в процессе движения скрепера. Скреперы заполняют ковш на пути длиной 12...20 м, длина пути разгрузки меньше и находится в пределах 9—15 м. Для увеличения толщины стружки, сокращения времени и более полного наполнения ковша грунтом применяют тракторы-толкачи (один толкач на 2—6 скреперов).
Применяют следующие схемы резания грунта скрепером в зависимости от вида и сцепления грунта (рис. 5.25):
тонкой стружкой при постоянной глубине резания, при любых связных грунтах;
клиновидной стружкой (переменной ее толщиной) при заглублении ножа до максимальной глубины и последующем постоянном его подъеме — при разработке легких связных грунтов на горизонтальных участках местности;
гребенчатой стружкой (с попеременным заглублением и подъемом ковша) с постоянно затухающей амплитудой - при разработке сухих суглинистых и глинистых грунтов.
Скреперы - мощные и устойчивые мяптины. В груженом состоянии они могут преодолевать подъем до 18% и в порожнем - до 40%; скрепер может спускаться под уклон до 45%, двигаться при поперечном уклоне до 30%.
Одноковшовые погрузчики (рис. 5.26) получили большое распространение при производстве земляных работ в строительстве. Это связано с тем, что современные модели этих машин своей мобильностью, маневренностью, простотой конструкции, особенно пневмоколесные фронтальные похрузчики, превосходят одноковшовые экскаваторы-134
Вместе с тем погрузчики имеют целый ряд ограничении по условиям производства работ, типу и параметрам земляного сооружения. Применение погрузчиков позволяет механизировать следующие процессы и операции комплексного технологического процесса: снятие и перемещение растительного слоя грунта; подготовку забоя; содержание и ремонт землевозных работ; зачистку дна выемок; срезку грунта в земляных сооружениях; разработку и транспортировку грунта при устройстве подземных сооружений; погрузку грунта; перемещение
Рис. 5.27. Номенклатура навесного оборудования погрузчиков
135
грунта на расстояние до 200 м; послойное разравнивание грунта; планировку грунта; обратную засыпку выемок и пазух. Главный параметр одноковшовых погрузчиков - грузоподъемность.
Основные технические параметры — вместимость ковша, мощность двигателя, масса. Основные технологические параметры - высота разгрузки, длительность цикла, наименьшее расстояние от рабочей кромки ковша при разгрузке до борта транспортного средства. Применяют одноковшовые погрузчики грузоподъемностью 2; 3; 4 и 6 т. Создан погрузчик грузоподъемностью 15 т с вместимостью ковша 7,5 м3.
Широкое распространение в строительстве получили многоцелевые малогабаритные погрузчики. Погрузчик может быть оснащен различными видами сменного оборудования, что значительно расширяет область их применения на строительной площадке (рис. 5.27).
Одним из основных процессов при разработке грунта является транспортировка грунта. Механизация процесса транспортировки осуществляется при помощи землеройно-транспортных машин и специальных транспортных средств - автомобилей-самосвалов и земле-возов. Главный параметр транспортного средства - грузоподъемность.
Наибольшее применение в строительстве для перевозки грунта при производстве земляных работ находят автомобили-самосвалы марок ЗИЛ, МАЗ, КамАЗ, КрАЗ грузоподъемностью 4,5... 12 т. Происходит постоянное совершенствование конструкции этих машин, растет производительность за счет увеличения объема кузова, применения разных схем разгрузки, включая донную и боковые, снижения времени подъема и опускания кузова.
Находят большое распространение землевозы. Землевозы грузоподъемностью 23 и 40 т показаны на рис. 5.28.
б)
Рис.5.28. Самосвалы-землевозы грузоподъемностью 23 т (а) и 40 т (б)
136
5.8. Уплотнение и вытрамбовывание грунта
5.8.1. Уплотнение грунта
Для создания устойчивых, надежных и прочных земляных сооружений укладываемый грунт необходимо уплотнять. Укладку и уплотнение грунтов выполняют при планировочных работах, возведении различных насыпей, обратных засыпках траншей и пазух котлованов. Уплотняют грунт обычно послойно, по мере его поступления.
Насыпи возводят горизонтальными слоями с последующим уплотнением. Нижние слои могут отсыпаться из плотных глин, а верхние только из дренирующих песчаных грунтов. При возведении всего основания насыпи из водонепроницаемых глинистых грунтов требуется устройство тонких дренирующих прослоек толщиной 10...15 см, но недопустимо производить укладку тех и других слоев вперемешку и наклонными слоями. Отсыпку следует вести от краев насыпи к середине для лучшего уплотнения грунта, ограниченного краевыми участками насыпи. Для отсыпки насыпи не рекомендуется применять супеси, жирные глины, торф, грунты с органическими включениями.
Коэффициент уплотнения грунта 0,95...0,98 является оптимальным и обеспечивает достаточную прочность всего сооружения, при этом возможная со временем осадка грунта будет незначительной. В этой связи оптимальная влажность укладываемого песчаного грунта должна быть в пределах 8... 12%, а глинистых грунтов - 19...23%; такая влажность обеспечивает хороший эффект при уплотнении грунтов. В сухую, жаркую погоду грунты перед уплотнением целесообразно пролить водой.
Различают следующие способы уплотнения грунтов: укатывание, трамбование, вибрация. Для уплотнения связных и малосвязных грунтов (суглинков, супесей) применяется способ укатки. Несвязные грунты (песчаные, гравелистые, галечные) рекомендуется уплотнять трамбованием и вибрацией. Машины для уплотнения грунтов подразделяет на следующие группы: катки статического действия с гладкими, кулачковыми и вибровальцами, с пневматическими шинами; трамбующие машины с вальцами, с падающим грузом, с трамбующими плитами, с виброплитами.
На выбор уплотняющих механизмов оказывает влияние степень тРебуемого уплотнения, свойства грунта, объемы выполняемых работ, сРоки и темпы производства работ, погодные условия.
137
Наибольшее распространение получило уплотнение грунта катками статического действия: гладкими, кулачковыми, катками на пневмошинах. Это обусловлено простотой и надежностью механизмов, высокой производительностью и сравнительно низкой стоимостью. Однако в построечных условиях используют и машины динамического действия - катки с вибрационными механизмами.
На уплотняемость грунта влияют многие факторы: гранулометрический состав, связность, начальная плотность, влажность, толщина укладываемых и уплотняемых слоев, принятые способы уплотнения, характеристики применяемых машин, число проходок уплотняющим механизмом по одному месту.
Процессу уплотнения грунта в планировочной насыпи предшествуют его доставка и разравнивание, которое осуществляют бульдозерами и реже грейдерами. Разравнивание производят горизонтальными слоями при продольном перемещении бульдозера по площадке. Оптимальная толщина слоев укладываемого и разравниваемого грунта в рыхлом состоянии 0,2...0,4 м. Последовательность и число проходок бульдозера устанавливают в зависимости от свойств грунта и ширины насыпи. Разравнивание производят от краев насыпи с перекрытием предыдущей проходки на 0,3...0,4 м.
Уплотнение грунта на насыпи ведут в той же последовательности, что и его отсыпку. Грунт уплотняют путем последовательных круговых проходок катка по всей площади насыпи, причем каждая последующая проходка должна перекрывать предыдущую на 0,2...0,3 м. После завершения цикла укатки грунта на всей насыпи, в такой же последовательности выполняют укатку и в последующих циклах.
Катки гладкие и с ребристыми вальцами уплотняют грунт на глубину до 10 см. Кулачковые катки применяют для уплотнения суглинистых и глинистых грунтов на глубину до 30 см, в песчаных грунтах уплотнение захватывает грунт на глубину 35...50 см. Масса таких катков различна — от 5 до 30 т.
На рис. 5.29 показана схема катка статического действия с пневматическими шинами и рабочим органом с гладкими (рис. 5.29, а) и кулачковыми (рис. 5.29, б) вальцами.
Главный параметр грунтоуплотняющих машин - масса вместе с балластом. Основные технологические параметры: ширина полосы уплотнения, толщина уплотняемого слоя. Катки на пневматических шинах выпускают массой вместе с балластом от 10 до 100 т. Самоходные вибрационные катки имеют массу до 8 т. Катками с гладкими вальцами на пневмоколесном ходу можно уплотнять грунты слоями по 138
Рис. 5.29. Катки для уплотнения грунта:
б - гладкий каток; б - кулачковый каток, в - тандемный шарнирно-сочлененный каток
0,4 м. Число проходов катков по одному месту при уплотнении связных грунтов колеблется от 8 до 12.
Грунтоуплотняющие машины способны выполнять лишь одну операцию в составе комплексного процесса - послойное уплотнение укладываемого грунта. Для уплотнения грунта в стесненных условиях используют различного рода трамбовки, а также подвешенное к стреле экскаватора оборудование для уплотнения (рис. 5.30).
Окончательное уплотнение насыпей выполняют при 6...8 проходках по одному месту самоходными и прицепными катками с гладкой поверхностью, ребристыми, кулачковыми, в пазухах котлованов и траншей - вибраторами ручными, вибро- и пневмоплощадками на глубину до 40 см.
В последнее время находят применение тандемные шарнирно-сочлененные катки, оснащенные вибрационными вальцами (рис.5.29,в). Особенностью таких механизмов является хорошо сбалансированное распределение массы машины между передним и задним катками, благодаря чему практически исключено появление следов сопряжения на Уплотненном покрытии. Наличие шарнирно-поворотной системы Управления позволяет смещать задний валец до 50 см по отношению к переднему. Низкая амплитуда вибраций в сочетании с оптимальной Массой и значением частоты вибраций в пределах 52...70 Гц делает эти Машины приспособленными к уплотнению тонких слоев смесей с большим содержанием заполнителя. Опасность чрезмерного уплотнения и раздробления заполнителя сводится к минимуму, исключается Риск появления раковин на уплотняемой поверхности. Ширина уплот-139
Рис. 5 30. Уплотнение грунта тяжелыми трамбовками:
I — рабочий механизм; 2 — трамбовка; 3 — отметка дна котлована до вытрамбовывания; 4 — проектная отметка; 5 — уплотненный грунт; 6 — направление движения механизма; 7 — стоянки крана, 8 — полоса грунта, уплотненная с одной стоянки
няемой полосы может достигать 1,7 м, скорость передвижения - 12 км/ч, машины способны преодолевать уклон при работе без вибрации до 50%, при работе с вибрацией - до 30%.
5.8.2. Вытрамбовывание грунта
Метод применяют при просадочных грунтах, грунтах с малой плотностью и прочностными характеристиками. К таким грунтам относят глинистые и песчаные, в том числе водонасыщенные. Вытрамбовывание осуществляется путем передачи на грунт ударной нагрузки, путем сбрасывания на него с высоты 3...8 м трамбовки массой 2... 10 т. В результате вытрамбовывания в зоне котлована и Вокруг него образуется уплотненная зона грунта, в пределах которой ликвидируются просадочные свойства грунта, повышаются его плотность и прочностные характеристики (рис. 5.31).
Трамбование грунта в пределах заданной зоны приводит к образованию котлована необходимой глубины, на уплотненный грунт появ-140
Рис. 5.31. Вытрамбовывание грунта:
а - виды пространственной формы котлованов при применении прямоугольного, призматического и конусного штампа; б — технологическая последовательность (7, П, Ш) устройства котлована с уширенным основанием; 1 — котлован; 2 — уплотненная зона; 3 - уширенное основание; 4 — трамбовка; 5 - каретка; 6 — направляющая штанга; 7 — малоуплотняемый материал; 8 - клин-молот
ляется возможность передачи значительных вертикальных и горизонтальных нагрузок. Несущую способность уплотняемого грунта можно повысить путем втрамбовывания в него на заключительной стадии работ жесткого материала - щебня, песчано-гравийной смеси, крупного песка и т. д.
В зависимости от формы трамбовки или штампа можно получать вытрамбованные выемки различной конфигурации. В плане трамбовки могут иметь форму квадрата, прямоугольника, шестиугольника или круга - ширина понизу 0,4...1,4 м, поверху 0,7...2,0 м. Высота трамбовки обычно 1...3.5 м с конусностью боковых стенок от 1: 20 до 1: 5, масса 2... 10 т.
Основной эффект при вытрамбовывании оказывают масса трамбовки, высота ее сбрасывания и в итоге энергия удара трамбовки по поверхности грунта. Применение этого метода наиболее эффективно в просадочных грунтах. В последние годы область применения метода расширяется на глинистые и песчаные грунты, в том числе водонасы-Щенные. Для вытрамбовывания используют краны-экскаваторы, автокраны, тракторы с навесным оборудованием.
При определенных условиях метод вытрамбовывания по сравне-8Ию с традиционными методами разработки грунта позволяет в 3...5 Раз сократить объем работ, снизить стоимость работ в 1,5...3 раза и трудоемкость в 1,8...2,5 раза.
141
5.9. Гидромеханическая разработка грунта
Гидромеханический способ разработки и транспортировки грунта основан на способности водяной струи при большой скорости движения размывать грунт и нести его частицы до тех пор, пока скорость не уменьшится, в результате чего частицы оседают. Гидромеханизация позволяет весь процесс - разработку грунта, транспортирование и укладку в насыпь осуществлять одновременно одним потоком воды. Применение этого метода целесообразно при больших объемах работ, необходимости устройства насыпей с минимальной осадкой, при наличии достаточных ресурсов воды и электроэнергии. Технологический процесс гидромеханизации включает в себя разработку грунта в забое, где он, перемешиваясь с водой, переходит в полужидкую массу (пульпу), транспортирование этой пульпы с укладкой (намывом) в сооружение или в отвал.
По способу разработки грунтов методами гидромеханизации различают гидромониторный (размыв грунта струей воды) и землесосный (засасывание грунта из-под воды).
• Гидромониторный способ - размыв сухого забоя мощной струей воды с последующим транспортированием разжиженного грунта (пульпы). Применяется при вскрышных работах (разработка верхних слоев грунта для свободного доступа к полезным ископаемым с последующей разработкой их открытым способом), разработке выемок песка, суглинка, глины и т. д.
Землесосный способ выполняется посредством разработки, всасывания и транспортирования по трубам разжиженного грунта из-под воды. Способ нашел применение при устройстве каналов, намывке дамб, плотин, насыпей, планировке территорий, устройстве морских и речных сооружений.
Гидромеханическая разработка грунта - наиболее удобный и экономичный способ, при нем отпадает необходимость в строительстве автомобильных дорог, железнодорожных путей, и в транспортных средствах для перевозки грунта. Увлажнение, разравнивание и уплотнение грунта, неизбежные при сухом способе производства работ, здесь отпадают, так как эту работу выполняет вода. Стоимость разработки грунта на 30...40% ниже по сравнению с экскаваторной; выработка также возрастает в 1,5...2 раза. Если взять стоимость всего цикла производства земляных работ, то стоимость при гидромеханизации ниже остальных способов в 10...18 раз.
Разработка грунта гидромониторами. В надводных забоях сухой грунт размывают гидромониторным способом. Основным технологическим средством такой разработки является гидромонитор, ко-142
L-орый представляет собой стальной ствол с насадкой диаметром 50—175 мм и шарнирными сочленениями, обеспечивающими вращение ствола в вертикальной и горизонтальной плоскостях для направления водяной струи в нужном направлении (рис. 5.32). Вода поступает к гидромонитору по трубопроводу под большим напором. Необходимый напор воды определяется напором воды для размыва грунта (для песка 25...50 м, для глины - до 80 м) и напором, учитывающим потери в сети водопровода, сочленениях и т. д. Скорость струи воды, вылетающей из насадки гидромонитора, зависит от размываемого грунта и находится в пределах 10...40 м/с. В результате ударного действия струи воды на грунт существующий монолит грунта разрушается на более мелкие составляющие, которые в смеси с водой образуют пульпу. Разжижение грунта (состав пульпы) осуществляется в пропорции от 1: 8 до 1: 15, т. е. на 1 м3 разрабатываемого грунта приходится от 8 до 15 м3 воды.
Размыв грунта гидромониторами производится снизу вверх и сверху вниз. При размыве снизу вверх (встречный забой) гидромонитор устанавливается на подошве забоя, струя воды подмывает нижнюю часть забоя, под действием собственной массы верхняя часть .регулярно обрушается. Обрушенный грунт легко размывается, образуя пульпу, которая по специально подготовленным лоткам легко перемещается под уклон к отстойнику или месту укладки. При наличии отстойника грунт из него насосом по трубопроводам перемещается к месту укладки в насыпи.
Способ встречного забоя является наиболее производительным способом. Высокая производительность гидромонитора обеспечивается за счет периодических обвалов грунта, нависающего над зоной подмыва. Этот эффект достигается путем смачивания верхних слоев грунта впереди забоя, что приводит его к преждевременному обрушению или путем взрывания грунта по фронту забоя. Для того чтобы гидромонитор не оказался среди потоков пульпы, необходимо периодически контролировать направление ее в обход с двух сторон работающей установки.
Рис.5.32. Гидромониторный способ разработки грунта:
а — схема гидромонитора; 6 — встречный забой; в — попутный забой; 1 — водовод; 2 — рычаг Управления; 3 — ствол; 4 — насадка; 5 — салазки; 6 — фронт забоя; 7 — скважина с водой для размягчения грунта; 8 — направление движения пульпы к отстойнику
143
При размыве грунта сверху вниз (попутный забой) гидромонитор устанавливается в верхней части забоя. В этом случая вначале размывается траншея для стока пульпы, а затем действием струи на боковые стенки траншеи, разрабатывается и весь забой. Этот способ обеспечивает лучшие условия труда рабочих, однако энергия напора воды используется не полностью. При попутных забоях производительность гидромонитора оказывается значительно ниже, но механизм перемещается по сухому грунту, а поток пульпы, приобретая от водяной струи достаточную начальную скорость, обеспечивает ей интенсивный сток.
В обоих случаях оптимальный горизонтальный угол разработки грунта находится в пределах 90...1200.
Для экономичного производства работ подбирают насос необходимой подачи, для которого по каталогам определяют форсунку с оптимальным диаметром выходящего сопла. От форсунки зависит расход воды, от насоса - необходимый напор.
Пульпа от забоя по лоткам стекает в отстойник (зумпф), который обычно располагается на расстоянии 10...50 м от забоя. Из зумпфа пульпа откачивается насосом к месту укладки закрытым способом по трубам под давлением. При соответствующем уклоне местности пульпа без зумпфов по лоткам, имеющим уклон не менее 1/100 стекает к месту распределения (укладки) грунта.
В подводных забоях грунт разрабатывают землесосным способом с использованием земснарядов. В процессе разработки грунта производится всасывание грунтовой массы из-под воды с помощью всасывающей трубы землесоса, как с предварительным рыхлением для плотных глинистых грунтов, так и без него для песчаных и илистых грунтов. Труба землесоса (рис. 5.33) подвешена к специальной стреле, соединенной с мачтой и установленной на барже (земснаряде). При разработке плотных грунтов всасывающую трубу снабжают специальной вращающейся рыхлительной головкой или вибрационным рыхлителем. Земснаряд соединяют с магистральным пульпопроводом, проложенным по бе-
Р и с. 5.33. Землесосный способ разработки грунта:
а - схема работы земснаряда; 6 - схема намыва насыпей; 1 - сосун (устройство для забора грунта); 2 - земснаряд, 3 - землесос; 4 - напорный пульпопровод; 5 - плавучий пульпопровод; 6 -береговой пульпопровод; 7 - карта отстоя пульпы; 8 — карта намыва грунта; 9 - карта обваловывания; 10 — валы грунта
144
регу. Благодаря плавучему пульпопроводу, смонтированному на специальных поплавках (плашкоутах), осуществляют его передвижение вслед за перемещающимся по забою земснарядом. Разработку грунта начинают с заглубления всасывающей трубы с наконечником (или рыхлителем) на глубину снимаемого за одну проходку слоя грунта.
Глубина разработки грунта определяется величиной опускания всасывающего устройства земснаряда. Пульпа засасывается и подается по трубопроводам под давлением 20...80 м вод. ст. (200...800 Па), производительность (масса перемещаемой пульпы по трубопроводу) изменяется в пределах 0,4... 12 тыс. м^ч.
Рабочим органом землесосного снаряда является засасывающее устройство. В зависимости от связности грунта к этому устройству перед его зевом прикрепляют в легких грунтах раструбы, а в глинистых и суглинистых грунтах - фрезерные разрыхлители. Под действием центробежного насоса в засасывающем устройстве образуется вакуум, под влиянием которого вода с грунтом (пульпа) поступает во всасывающую трубу, затем нагнетается в напорные пульповоды, которые уже перемещают пульпу к месту укладки.
Намыв насыпей. Укладка (намыв) грунта происходит в результате оседания частиц грунта из пульпы, когда скорость движения ее становится ниже критической.
Первоначально обваловывают площадь (с помощью бульдозера создают валы грунта заданной высоты по периметру этой территории), на которую будет поступать пульпа, так называемую карту намыва. Ширину карты намыва назначают равной ширине основания возводимой насыпи, а длина карты принимается в пределах 100...200 м. Оптимальными отношениями ширины карты намыва к длине считаются соотношения от 1: 3 до 1: 8. В этой связи длина карты часто подгоняется под эти отношения, т. е. уменьшается или увеличивается.
Одновременно в работе должно находиться не менее трех карт-захваток: на одной - отстой пульпы, на второй - подача пульпы, на третьей - обваловывание. На этих картах поочередно выполняют намыв грунта, отстой (обезвоживание) и подготовительные работы к намыву следующего слоя. По контуру каждой карты бульдозером возводят земляной вал на высоту намываемого слоя пульпы и наращивают Установленный ранее в пределах этой карты дренажный (водосборный) колодец с выпускаемой за пределы карты трубой.
Из существующих способов намыва и транспортирования пульпы чаще других применяются эстакадный и безэстакадный (рис. 5.34).
Эстакадный способ намыва грунта состоит в том, что магистральный пульповод располагают по продольной оси насыпи на инвентарных эстакадах, которые превышают по высоте возводимую насыпь.
145
2
6
б) /2
Рис. 5.34. Намыв грунта:
а - эстакадным способом; б - шокоэстакадным способом; 1 — обваловывание; 2 - пульповод; 3 -водосборный колодец (дренаж); 4 - водоотводящая труба; 5 - слои намываемого грунта; 6 - переносная опора пульповода
Из пульповода пульпа поочередно направляется на карты или участки намыва. Применяют этот способ для намыва широких насыпей. Возможны два способа намыва - низкоэстакадный намыв, производимый из торца пульпопровода и высокоэстакадный намыв, осуществляемый через боковые отверстия последнего звена пульпопровода. При эстакадном способе намыва средняя часть насыпи оказывается более прочной, так как здесь оседают наиболее крупные и прочные составляющие части пульпы.
Безэстакадный способ отличается тем, что магистральные пульпопроводы располагаются вне насыпи, т. е. их укладывают у подошвы будущей насыпи с двух сторон карты намыва и через каждые 10...20 м к пульпопроводу присоединяют патрубки, к которым в свою очередь подсоединены горизонтальные трубы с отверстиями, из которых пульпа растекается по намываемой плоскости. Этот способ более прогрессивен, так как позволяет экономить около 1000 кубометров лесоматериалов, необходимых для устройства эстакад на каждый миллион кубометров намыва грунта. Более крупные частицы грунта при этом способе оседают вдоль боковых частей насыпи, что делает их более прочными, а значит и более устойчивыми при сооружении дамб, плотин и других сооружений, противостоящих подпору воды.
Земляные валы вокруг насыпей устраивают высотой 1,0... 1,5 м для одной очереди намыва, сам же намыв выполняют слоями от 20 до 100 см высотой в зависимости от способности укладываемого грунта к дренированию. Для ускорения удаления воды с намываемой насыпи устраивают сбросные колодцы, из которых осветленная вода (освободившаяся от намываемого грунта) отводится за пределы насыпи. По мере намыва слоев грунта на карте колодцы наращиваются по высоте. 146
Возведение насыпей методом намыва обеспечивает значительную плотность грунта, в связи с чем не требуется его искусственного уплотнения, а насыпи придают небольшой запас по высоте (1,5% для суглинистых и супесчаных и 0,75% для песчаных грунтов) на последующую естественную усадку.
5.10. Подземные способы производства земляных работ
Подземные способы производства земляных работ применяют при необходимости прокладки трубопроводов при пересечении с транспортной магистралью с интенсивным движением, которое невозможно прервать даже на небольшой срок. В таких условиях прокладку трубопроводов, коллекторов, подземных переходов, транспортных туннелей осуществляют бестраншейным (закрытым) способом разработки грунта. Бестраншейный способ предусматривает устройство подземных выработок без вскрытия грунта с поверхности земли, т. е. прокладку коммуникаций непосредственно в толще земли. Существует несколько способов подземной разработки грунтов — продавливание, прокалывание, горизонтальное бурение и др.
Продавливание применяют для прокладки стальных труб диаметром 700... 1800 мм и длиной до 80 м. Установка для продавливания труб (рис. 5.35) состоит из рамы с одним или несколькими гидравлическими домкратами; которые передают усилие на торец трубы через надеваемый на него нажимной фланец. Противоположный конец трубы снабжен ножевым кольцом, приваренным к концу трубы для уменьшения сопротивления грунта, так как диаметр ножевого кольца больше диаметра трубы. Для упора домкратов служит специальная стенка, состоящая из свай или двух рядов деревянных брусьев.
После первого продавливания трубы на длину штока домкрата и его возвратного движения в исходное положение, между нажимным фланцем и торцом трубы устанавливают нажимной патрубок, равный длине штока домкрата, и повторяют цикл продавливания. Патрубки бывают равными длине штока и двойной длине штока домкрата. Когда в результате продавливания задний конец трубы достигнет приямка, к трубе приваривают дополнительное (очередное) звено трубы. Грунт из трубы удаляют совком, имеющим канатный привод от лебедки, или размывают водой.
147
г
Рис.5.35. Разработка грунта продавливанием на длину штока домкрата (а) и с использованием патрубков длиной L и 2Z:
1 - опорная стенка; 2 - насос; 3 — домкрат, 4 - нажимной фланец; 5 - труба; 6 - приямок; 7 -нажимные патрубки; 8 - ножевое кольцо; 9 — шток домкрата
Прокладываемые продавливанием трубы используют в основном для размещения в них рабочих трубопроводов, они служат в качестве футляров для этих труб. Скорость продавливания составляет 1,5—3 м в смену.
Учитывая малую скорость продавливания, необходимость постоянно менять нажимные патрубки и наращивать отрезки труб (их длина не должна превышать тройную длину штока домкрата или 3 м), грунт из трубы регулярно удаляют небольшими порциями, но пребывание рабочих внутри трубы при работе домкратов запрещена. Насосы гидравлических домкратов располагают на дневной поверхности земли, суммарное усилие домкратов обычно не превышает 500 т. Большее усилие при наличии сопротивления в грунте продвижению трубы может привести к деформации и искривлению трассы трубопровода.
Прокалывание (рис. 5.36) - метод образования отверстий в грунте за счет радиального его уплотнения при вдавливании трубы с коническим наконечником. Такой метод, без удаления грунта из трубы, применяют при прокладке труб диаметром 100...400 мм на глубине не более 3 м в хорошо сжимаемых грунтах и при длине проходки до 60 м. Установка для прокалывания состоит из гидравлического домкрата с ходом поршня в пределах 150—500 мм, шомпола, вставленного в трубу, который передает усилие от домкрата на трубу через штырь 148
Рис. 5.36. Разработка грунта прокалыванием:
а — продавливание на длину штока домкрата, б — то же, при пересгановке штыря в новые отверстия шомпола; 1 — опорная стенка; 2 — насос; 3 - домкрат; 4 - фланец крепления штока и шомпола; 5 - отверстия в шомполе (с шагом Z); 6 — труба; 7 - наконечник трубы; 8 - шток домкрата; 9 — штырь
и стального конусообразного наконечника, приваренного к торцу трубы. Шомпол жестко прикрепляют к штоку домкрата.
После включения домкрата труба перемещается на длину штока домкрата, затем домкрат переключают на возвращение штока в исходное положение, вместе с ним смещается назад и шомпол, жестко соединенный со штоком домкрата, у которого по его длине имеется ряд сквозных отверстий, просверленных в соответствии с длиной штока применяемого домкрата. Металлический штырь вынимают из одного и вставляют в соседнее отверстие шомпола и снова включают домкрат. По окончании вдавливания первого звена трубы на полную длину, приваривают новое звено такой же длины и процесс повторяется. Способ применим в грунтах без камней и гравия, скорость проходки Может достигать 1,5 м/ч.
Глубина котлована в исходной точке на линии трассы зависит от расположения трубы и конструкции направляющих устройств. Упорную стенку для гидравлического домкрата устраивают из брусьев, железобетонных плит или стального упора. Для уменьшения силы трения трубы о грунт диаметр наконечника делают больше диаметра трубы Прокола, продвижение трубы в грунт осуществляется за счет уплотнения грунта конусообразным наконечником. Насосы гидравлических Домкратов располагают на поверхности земли.
149
В малосжимаемых грунтах (песок, супесь) для обеспечения нормального перемещения трубы необходимо дополнительно к горизонтальному усилию от домкрата добавить поперечное и вибрационное воздействие.
В настоящее время все большее применение находят более передовые методы бестраншейной технологии. Общая сущность этих методов состоит в том, что первоначально в грунте изготавливают скважину, а затем в ней прокладывают коммуникации. Для изготовления в грунте скважины используют три основных вида оборудования: установки горизонтального, наклонного и направленного бурения, пневмопробойники и микрощиты.
Горизонтальное бурение (рис. 5.37) применяют для прокладки в глинистых грунтах трубопроводов диаметром 800...1000 мм на длину 80...100 м. Конец трубы снабжают режущей коронкой увеличенного диаметра, труба приводится во вращение от двигателя, установленного на поверхности земли у бровки котлована. Поступательное движение трубы обеспечивается реечным домкратом с упором в заднюю стенку котлована, усиленную двумя рядами брусьев. Удаление грунта из трубы аналогично рассмотренным выше способам. Производительность проходки 4...5 м/ч.
Горизонтальное бурение можно осуществлять и управляемыми бурильными машинами с разработкой скважины механическим способом. Установки снабжены ударным механизмом для разработки разнообразных грунтов с различными почвенно-механическими препятствиями. Перед началом бурения должен быть проведен тщательный анализ по уже имеющимся проложенным в грунте линиям в запланированной зоне прохода трассы. В этой связи, после окончательного выбора направлений и высоты прокладки трассы, в начальной стадии бурения происходит фиксация трассы по вертикали и горизонтали, вносятся необходимые коррективы, так как по положению наклонной пластины бурильной установки возможно управление ею по разным направлениям.
Рис. 5.37. Способ прокладки трубопроводов методом горизонтального бурения:
1 - крепление передней стенки котлована; 2 - упорное крепление на задней стенке котлована; 3 -труба; 4 - приямок для наращивания трубы; 5 - привод; 6 - реечный домкрат; 7 - вращающийся шпиндель; 8 - режущая коронка; 9 - лоток в приямок для пульпы
150
я
В зависимости от почв, включая каменистые, возможны различные комбинации использования метода, включая применение бурильной суспензии, использование крутящего момента, тяговой силы, применение ударного механизма, что делает возможным мягкое, но и одновременно мощное бурение. Ударный механизм может производить до 100 ударов/мин, число ударов может быть приспособлено к особенностям Iй разрабатываемого грунта. После окончания бурения пику заменяют буровой головкой, при необходимости объемного бурения отверстие пилотного бурения может быть расширено. Сначала осуществляется пилотное бурение после этого производится расширение скважины (или в нее сразу затягивается труба. В этом случае сзади буровой головки устанавливают буровые штанги. Как и при бурении пилотной скважины буровой раствор проходит через расширитель и смешивается с буровой мелочью. Расширитель имеет несколько больший диаметр по сравнению с трубопроводом, что позволяет свободно выжимать раствор из скважины.
После бурения пилотной скважины снимается буровая колонка, устанавливают расширитель обратного действия, который протягивается с одновременным вращением, расширяя пилотную скважину. Одновременно вслед за расширителем протягивается трубопровод сквозь подготовленную скважину. Расширитель соединяется с трубой или кабелем соответствующего размера и типа шарнирной серьгой.
Пневмопробойники применяют для проходки в грунте скважин диаметром 50...400 мм. Практика показывает, что при встрече пневмопробойника с твердыми включениями (гравием, щебнем, строительным мусором и др.) или при проходке скважин в грунтах с прослойками различной плотности он отклоняется от проектной оси скважины, и возвратить его обратно на дневную поверхность часто оказывается невозможным. Поэтому пневмопробойники можно эффективно использовать для проходки скважин только в однородных грунтах и на расстояние не более 50 м. Главным преимуществом пневмопробойников является их широкая область применения. Их используют не только для пробивки скважин, но также и для забивки горизонтальных труб открытым концом под автомобильными и железными дорогами, с последующим извлечением грунта из трубы сжатым воздухом или Желонкой (совком на приводе). Самый мощный пневмопробойник диаметром 400 мм может забить трубу диаметром до 2 м на расстояние 30...40 м.
Пневмопробойники широко применяют для разрушения изношенных трубопроводов и одновременного затягивания в их полость новых трубопроводов, а также для забивки шпунта и свай, устройства набивных свай, глубинного уплотнения грунта и др.
151
Микрощиты (рис. 5.38) используют для проходки в грунте скважин диаметром до 300 мм. Отличительной особенностью микрощитов является возможность выполнять скважины практически во всех грунтах и необходимой длины. Микрощиты снабжены компьютерной лазерной системой наведения, которая обеспечивает достижение высокой точности проходки скважины. Микрощит комплектуется находящимся на поверхности оборудованием для приготовления и подачи бентонитового раствора в забой и удаления шлама из скважины.
Установки наклонного (горизонтального) направленного бурения (рис. 5.39) нашли применение при проходке скважин диаметром 50... 1420 мм на длину до 0,5 км. Отличительной особенностью этих установок является то, что они позволяют изготавливать скважины по криволинейной трассе, обходя препятствия, и одновременно затягивать в них любые виды коммуникаций, в том числе и по дну (под дном) водных преград. Сущность данной технологии состоит в следующем. На первом этапе работ на запланированной трассе при помощи компьютерной системы контроля пробуривается пилотная скважина буровой головкой или резцом диаметром 60..Л 50 мм, смонтированной на приводной полой штанге. При выходе буровой головки на поверхность в заданной точке ее снимают и к приводной штанге присоединяют расширитель диаметром от 200 до 1420 мм (в зависимости от диаметра затягиваемой в скважину коммуникации), к которому с помощью вертлюга (серьги) присоединяют трубопровод или кабель. Затем при вытягивании с вращением штанги производят расширение пилотной скважины и одновременное затягивание в расширенную скважину коммуникации.
В процессе бурения пилотной скважины по полым приводным штангам к буровой головке подается под высоким давлением (до 800 атм) бентонитовый раствор. Аналогично, при возвратном движении к расширителю также подается такой же раствор, который предотвра-
а) б)
Рис. 5.38. Общий вид (а) и принципиальная схема (б) работы микрощита
152
Рис.5.39. Схема проходки скважин установкой направленного бурения под водоемом:
а — общий вид установки; б — проходка пилотной скважины; в — обратное протягивание; 1 — промывочная труба; 2 — резец промывочной трубы; 3 — навигационное оборудование; 4 — резец пилотной скважины; 5 — буровая труба; б — расширитель; 7 — серьга; 8 — трубопровод
щает обрушение стенок скважины и облегчает затягивание в скважину прокладываемую коммуникацию.
Управление движением буровой головки по заданной траектории при образовании пилотной скважины осуществляется с помощью локационной системы, включающей зонд, вмонтированный внутри буровой головки и подсоединенный кабелем к компьютерной системе, установленной в кабине оператора. Высокочастотные компьютерные системы контроля передают на дисплей оператора необходимую информацию о траектории движения буровой головки и о месте ее нахождения в данный момент. Если движение начинает отклоняться от проектной траектории, то оператор приостанавливает вращение приводных штанг и осуществляет их задавливание без вращения, чем добивается возвращения буровой колонки к нужному направлению.
Для бестраншейной проходки используют раскатчик грунта -одну из лучших установок направленного горизонтального бурения. В отличие от бурового инструмента, который выбирает грунт и извлекает его из скважины, раскатчик ввинчивается в породу, уплотняет и раздвигает его в радиальном направлении. Стенки скважины уплотняются настолько, что их нет необходимости укреплять бентонитовым раствором, после прохождения раскатчика грунт вокруг коммуникаций не проседает, в том числе и в период эксплуатации проложенной трубы, что значительно повышает срок ее службы. Важное отличие рас
153
катчика от бурового инструмента в значительно меньшем залавливающим усилии для его перемещения в грунте за счет того, что раскатчик является самозавинчивающимся механизмом. Поэтому для раскатчика требуется насосная станция значительно меньшей мощности. Кроме этого при монтаже привода раскатчика для восприятия осевых залавливающих усилий требуются менее мощные анкерные устройства по сравнению с буровым инструментом. Освоено производство раскатчиков скважин диаметром 80, 140, 200, 260 и 370 мм.
Раскатчики могут быть использованы для устройства набивных свай, анкеров, стены в грунте, для зондирования и глубинного уплотнения грунтов. С помощью раскатчика можно ремонтировать и трубопроводы: раскатчик ввинчивается в старую трубу, разрушает ее и одновременно затягивает внутрь новую трубу.
Бестраншейный ремонт подземных коммуникаций (рис. 5.40) получил два варианта решения. При первом решении после очистки поверхности изношенного трубопровода в него протягивается высокопрочная полиэтиленовая труба, находящаяся в сплющенном состоянии, которая под давлением пара принимает свою первоначальную форму, плотно прилегая к внутренней поверхности изношенного трубопровода. Полиэтиленовая сплющенная труба, называемая лайнером, поступает на стройку в намотанном на барабан виде, втягивается в изношенный трубопровод с помощью лебедки, трос которой заранее протягивается через старый трубопровод.
Рис. 5.40. Схема установки для бестраншейного ремонта подземных коммуникаций: а - очищенная труба перед санированием; б - помещенная в трубу сплющенная полиэтиленовая труба-лайнер; в — труба с закрепленным лайнером; г — общий вид протягивания полиэтиленовой трубы
154
При втором варианте после очистки внутренней поверхности изношенного трубопровода в него протягивается тканево-полиэтилено-вый рукав (лайнер) с помощью специального оборудования. Рукав расчетной длины (на длину ремонтируемого отрезка трубы) перед вводом в трубопровод пропитывается дозированным количеством эпоксидного клея по всей длине рукава путем прокатки через вальцевой аппарат. После этого рукав сворачивают в рулон и помещают в подающий бункер, снабженный выпускным патрубком, на котором закрепляется начальный конец рукава. Конец рукава раскрывается и выворачивается для закрепления на подающем патрубке. В подающий бункер нагнетается воздух и под его давлением рукав начинает выворачиваться и выходить из бункера. Вытесняемый рукав оператором направляется к открытому изношенному трубопроводу и соосно с ним ориентируется. Далее под действием внутреннего давления оболочка вдувается в санируемый трубопровод вплоть до выхода на другом его конце. Затем санируемый трубопровод пропаривают изнутри в течение 3...4 ч для полного отвердения клея. Преимуществом этого метода является сохранение внутреннего диаметра изношенного трубопровода, гарантированный срок службы усиленной таким образом трубы не менее 50 лет.
Технология «Трактотехник» может быть применена для ремонта и усиления изношенных труб. Из стартового котлована (минимальный размер длина 2,2 м и ширина 0,6 м) с помощью малогабаритной установки Грундобурст производят разрушение старого трубопровода и одновременно затягивание в эту полость нового. Установка состоит из лафета с гидроцилиндрами, гидравлической станции, набора штанг особой конструкции, включая замки для быстрого соединения, буровой пики, а также набора различных расширителей для затягивания новых труб. Расширители имеют модификации для затягивания как коротких, так и длинных труб диаметром от 100 до 200 мм. Установка позволяет осуществлять затягивание пластиковых трубопроводов прямо с барабана.
5.11. Производство земляных работ в зимних условиях
Значительная часть территории России расположена в зонах с продолжительной и суровой зимой. Однако строительство осуществляется круглогодично, в этой связи около 15% общего объема земляных работ приходится выполнять в зимних условиях и при мерзлом СОСТОЯНИИ грунта. Особенность разработки грунта в мерзлом состоянии за-155
ключается в том, что при замерзании грунта механическая прочность его возрастает, а разработка затрудняется. Зимой значительно возрастает трудоемкость разработки грунта (ручных работ в 4...7 раз, механизированных в 3...5 раз), ограничивается применение некоторых механизмов - экскаваторов, бульдозеров, скреперов, грейдеров, в то же время выемки зимой можно выполнять без откосов. Вода, с которой много неприятностей в теплое время года, в замерзшем состоянии становится союзником строителей. Иногда отпадает необходимость в шпунтовых ограждениях, практически всегда в водоотливе. В зависимости от конкретных местных условий используют следующие методы разработки грунта:
предохранение грунта от промерзания с последующей разработкой обычными методами;
оттаивание грунта с разработкой его в талом состоянии;
разработка грунта в мерзлом состоянии с предварительным рыхлением;
непосредственная разработка мерзлого грунта.
5.11.1. Предохранение грунта от промерзания
Этот метод основан на искусственном создании на поверхности участка, намеченного к разработке в зимнее время, термоизоляционного покрова с разработкой грунта в талом состоянии. Предохранение проводится до наступления устойчивых отрицательных температур, с заблаговременным отводом с утепляемого участка поверхностных вод. Применяют следующие способы устройства термоизоляционного покрытия: предварительное рыхление грунта, вспахивание и боронование грунта, перекрестное рыхление, укрытие поверхности грунта утеплителями и др.
Предварительное рыхление грунта, а также вспахивание и боронование осуществляется накануне наступления зимнего периода на участке, предназначенном для разработки в зимних условиях. При рыхлении поверхности грунта верхний слой приобретает рыхлую структуру с заполненными воздухом замкнутыми пустотами, обладающими достаточными теплоизоляционными свойствами. Вспашку производят тракторными плугами или рыхлителями на глубину 30...35 см с последующим боронованием на глубину 15...20 см. Такая обработка в сочетании с естественно образующимся снеговым покровом отдаляют начало промерзания грунта на 1,5 мес, а на последующий период уменьшают общую глубину промерзания примерно на V3. Снеговой покров может быть увеличен перемещением снега на участок бульдозерами или автогрейдерами или установкой перпендикулярно направлению 156
г
господствующих ветров нескольких рядов снегозащитных заборов из решетчатых щитов размером 2 X 2 м на расстоянии 20...30 м ряд от ряда.
Глубинное рыхление производят экскаваторами на глубину 13... 13 м путем перекидки разрабатываемого грунта на участке, где в последующем будет располагаться земляное сооружение.
Перекрестное рыхление поверхности на глубину 30...40 см, второй слой которого располагается под углом 60...900, а каждая последующая проходка выполняется с нахлесткой на 20 см. Такая обработка, включая снежный покров, отодвигает начало замерзания грунта на 2,5...3,5 мес., резко снижается общая глубина промерзания.
Предварительная обработка поверхности грунта механическим рыхлением особенно эффективна при утеплении этих участков земли.
Укрытие поверхности грунта утеплителями. Для этого используют дешевые местные материалы - древесные листья, сухой мох, торфяная мелочь, соломенные маты, стружки, опилки, снег. Наиболее простой способ - укладка этих утеплителей толщиной слоя 20...40 см непосредственно по грунту. Такое поверхностное утепление применяют в основном для небольших по площади выемок.
Укрытие с воздушной прослойкой. Более эффективным является использование местных материалов в сочетании с воздушной прослойкой. Для этого на поверхности грунта раскладывают лежни толщиной 8...10 см, на них горбыли или другой подручный материал - ветки, прутья, камыши; по ним сверху насыпают слой опилок или древесных стружек толщиной 15...20 см с предохранением их от сдувания ветром. Такое укрытие чрезвычайно эффективно в условиях срединной России, оно фактически предохраняет грунт от промерзания в течение всей зимы. Целесообразно площадь укрытия (утепления) увеличивать с каждой стороны на 2...3 м, что предохранит грунт от промерзания нс только сверху, но и сбоку.
С началом разработки грунта вести его надо быстрыми темпами, сразу на всю необходимую глубину и небольшими участками. Утепляющий слой при этом нужно снимать только на разрабатываемой площади, в противном случае при сильных морозах будет быстро образовываться мерзлая корка грунта, затрудняющая производство работ.
5.11.2. Метод оттаивания грунта с разработкой его в талом состоянии
Оттаивание происходит за счет теплового воздействия и характеризуется значительной трудоемкостью и энергетическими затратами. Применяется в редких случаях, когда другие методы недопустимы или 157
неприемлемы - вблизи действующих коммуникаций и кабелей, в стесненных условиях, при аварийных и ремонтных работах.
Способы оттаивания классифицируются по направлению распространения теплоты в грунте и по применяемому теплоносителю (сжигание топлива, пар, горячая вода, электричество). По направлению опаивания все способы делятся на три группы.
Оттаивание грунта сверху вниз. Теплота распространяется в вертикальном направлении от дневной поверхности вглубь грунта. Способ наиболее прост, практически не требует подготовительных работ, наиболее часто применим на практике, хотя с точки зрения экономного расхода энергии наиболее несовершенен, так как источник теплоты размещается в зоне холодного воздуха, поэтому неизбежны значительные потери энергии в окружающее пространство.
Оттаивание грунта снизу вверх. Теплота распространяется от нижней границы мерзлого грунта к дневной поверхности. Способ наиболее экономичный, так как опаивание происходит под защитой мерзлой корки грунта и теплопотери в пространство практически исключены. Потребная тепловая энергия может быть частично сэкономлена за счет оставления верхней корки грунта в промерзшем состоянии. Она имеет наиболее низкую температуру, поэтому требует больших затрат энергии на опаивание. Но этот тонкий слой грунта в 10... 15 см будет беспрепятственно разработан экскаватором, для этого вполне хватит мощности машины. Главный недостаток этого способа в необходимости выполнения трудоемких подготовительных операций, что ограничивает область его применения.
Радиальное оттаивание грунта занимает промежуточное положение между двумя предыдущими способами по расходу тепловой энергии. Теплота распространяется в грунте радиально от вертикально установленных прогревных элементов, но для того, чтобы их установить и подключить к работе требуются значительные подготовительные работы.
Для выполнения оттаивания грунта по любому из этих трех способов необходимо участок предварительно очистить от снега, чтобы не тратить тепловую энергию на его оттаивание и недопустимо переувлажнять грунт.
В зависимости от применяемого теплоносителя существует несколько методов опаивания.
Оттаивание непосредственным сжиганием топлива. Если в зимнее время необходимо выкопать 1...2 ямы, самое простое решение - обойтись простым костром. Поддерживание костра в течение смены приведет к оттаиванию грунта под ним на 30...40 см. Погасив костер и хорошо утеплив место прогрева опилками, опаивание грунта внутрь будет продолжаться за счет аккумулированной энергии и за 158
смену может достигнуть общей глубины до 1 м. При необходимости можно снова расжечь костер или разработать талый грунт и на дне ямы развести костер. Применяют способ крайне редко, так как только незначительная часть тепловой энергии расходуется продуктивно.
Огневой способ применим для отрывки небольших траншей, используется звеньевая конструкция (рис. 5.41) из ряда металлических коробов усеченного типа, из которых легко собирается галерея необходимой длины, в первом из них устраивают камеру сгорания твердого или жидкого топлива (костер из дров, жидкое и газообразное топливо с сжиганием через форсунку). Тепловая энергия перемещается к вытяжной трубе последнего короба, создающей необходимую тягу, благодаря которой горячие газы проходят вдоль всей галереи и грунт под коробами прогревается по всей длине. Сверху короба желательно утеплить, часто утеплителем используют талый грунт. После смены агрегат убирают, полосу оттаявшего грунта засыпают опилками, дальнейшее оттаивание продолжается за счет аккумулированного в грунте тепла.
Электропрогрев. Сущность данного метода состоит в пропускании электрического тока через грунт, в результате чего он приобретает положительную температуру. Используют горизонтальные и вертикальные электроды в виде стержней или полосовой стали. Для первоначального движения электрического тока между стержнями необходимо создать токопроводящую среду. Такой средой может быть талый грунт, если электроды забить в грунт до талого грунта, или на поверхности грунта, очищенного от снега, насыпать слой опилок толщиной 15...20 см, смоченных солевым раствором с концентрацией 0,2...0,5%. Вначале смоченные опилки являются токопроводящим элементом. Под воздействием теплоты, генерируемой в слое опилок, верхний слой грунта нагревается, оттаивает и сам становится проводником тока от одного электрода к другому. Под воздействием теплоты происходит оттаивание нижележащих слоев грунта. В последующем распространение тепловой энергии осуществляется в основном в толще грунта, опилочный слой только защищает обогреваемый участок от потерь теплоты в атмосферу, для чего слой опилок целесообразно накрыть рулонными материалами или щитами. Этот способ достаточно эффективен
Рис. 5.41. Установка для оттаивания грунта жидким топливом: а — общий вид; б — схема утепления короба; 1 - форсунка; 2 - утеплитель (обсыпка талым грунтом); 3 - короба; 4 - вытяжная труба; 5 — полость оттаявшего грунта
а) б)
159
при глубине промерзания или оттаивания грунта до 0,7 м. Расход электроэнергии на отогрев 1 м3 грунта колеблется в пределах 150...300 кВт.ч, температура нагретых опилок не превышает 80...90 °C.
Оттаивание грунта полосовыми электродами, укладываемыми на поверхность грунта, очищенной от снега и мусора, по возможности выровненной. Концы полосового железа отгибают кверху на 15...20 см для подключения к электропроводам. Поверхность отогреваемого участка покрывают слоем опилок толщиной 15...20 см, смоченных раствором хлористого натрия или кальция консистенции 0,2...0,5%. Так как грунт в промороженном состоянии не является проводником, то на первой стадии ток движется по смоченным раствором опилкам. Далее отогревается верхний слой грунта и оттаявшая вода начинает проводить электрический ток, процесс со временем идет вглубь грунта, опилки начинают выполнять роль теплозащиты отогреваемого участка от теплопотерь в атмосферу. Опилки сверху обычно покрывают толем, пергамином, щитами, другими защитными материалами. Способ применим при глубине отогрева до 0,6...0,7 м, так как при больших глубинах напряжение падает, грунты менее интенсивно включаются в работу, значительно медленнее нагреваются. К тому же они достаточно пропитаны с осени водой, которая требует больше энергии для перехода в талое состояние. Расход энергии колеблется в пределах 50...85 кВт.ч на 1 м3 грунта.
Оттаивание грунта стержневыми электродами (рис. 5.42). Данный метод осуществляют сверху вниз, снизу вверх и комбинированным способами. При оттаивании грунта вертикальными электродами стержни из арматурного железа с заостренным нижним концом забиваются в грунт в шахматном порядке, обычно используя рамку 4x4 м с крестообразно натянутыми проволоками; расстояние между элек-
Рис.'5.42. Оттаивание грунта глубинными электродами:
а — снизу вверх; б — сверху вниз; 1 — талый грунт; 2 — мерзлый грунт; 3 — электрический провод; 4 - электрод, 5 - слой гидроизоляционного материала; 6 - слой опилок; I-IV - слои оттаивания
160
При прогреве сверху вниз предварительно очищают от снега и наледи поверхность, стержни забивают в грунт на 20...25 см, укладывают слой опилок, пропитанных раствором солей. По мере прогрева грунта электроды забивают глубже в грунт. Оптимальной будет глубина прогрева в пределах 0,7... 1,5 м. Продолжительность оттаивания грунта воздействием электрического тока примерно 1,5...2,0 сут, после этого увеличение глубины оттаивания будет происходить за счет аккумулированной теплоты еще в течение 1...2 сут. Расстояние между электродами 40...80 см, расход энергии по сравнению с полосовыми электродами сокращается на 15...20% и составляет 40...75 кВт-ч на 1 м3 грунта.
При прогреве снизу вверх пробуривают скважины и вставляют электроды на глубину, превышающую глубину промерзшего грунта на 15...20 см. Ток между электродами идет по талому грунту ниже уровня промерзания, при нагреве грунт отогревает вышележащие слои, которые также включаются в работу. При этом методе применять слой опилок не требуется. Расход энергии составляет 15.„40 кВт • ч на 1 м3 грунта.
Третий, комбинированный способ, будет иметь место при заглублении электродов в подстилающий талый грунт и устройстве на дневной поверхности опилочной засыпки, пропитанной солевым раствором. Электрическая цепь замкнется наверху и внизу, оттаивание грунта будет происходить сверху вниз и снизу вверх одновременно. Так как трудоемкость подготовительных работ при этом способе самая высокая, то его применение может быть оправдано лишь в исключительных случаях, когда требуется ускоренное оттаивание грунта.
Оттаивание токами высокой частоты. Этот метод позволяет резко сократить подготовительные работы, так как промерзший грунт сохраняет проводимость к токам высокой частоты, поэтому отпадает надобность в большом заглублении электродов в грунт и в устройстве опилочной засыпки. Расстояние между электродами может быть увеличено до 1,2 м, т. е. сокращено их количество почти в два раза. Процесс оттаивания грунта протекает относительно быстро. Ограниченное использование способа связано с недостаточным выпуском генераторов токов высокой частоты.
Одним из методов, которые в настоящее время утратили свою эффективность и вытеснены более современными, является оттаивание грунта паровыми или водяными иглами. JlfiA этого необходимо наличие источников горячей воды и пара, при малой, до 0,8 м глубине промерзания грунта. Паровые иглы представляют собой металлическую трубу длиной до 2 м и диаметром 25...50 мм. На нижнюю часть трубы насажен наконечник с отверстиями диаметром 6 Э-804 1 61
2...3 мм. Иглы соединяют с паропроводом гибкими резиновыми шлангами при наличии на них кранов. Иглы заглубляют в скважины, предварительно пробуриваемые на глубину, приблизительно равную 70% глубины оттаивания. Скважины закрывают защитными колпаками, снабженные сальниками для пропуска паровой иглы. Пар подают под давлением 0,06...0,07 МПа. После установки аккумулированных колпаков прогреваемую поверхность покрывают слоем термоизоляционного материала, чаще всего опилок. Иглы располагают в шахматном порядке с расстоянием между центрами 1...1.5 м. Расход пара на 1 м3 грунта составляет 50...100 кг. За счет выделения паром в грунте скрытой теплоты парообразования прогрев грунта проходит особенно интенсивно. Этот метод требует расхода тепловой энергии примерно в 2 раза больше, чем метод вертикальных электродов.
Оттаивание грунта теплоэлектронагревателями. Данный метод основан на передаче теплоты мерзлому грунту контактным способом. В качестве основных технических средств применяются электро-маты, изготавливаемые из специального теплопроводящего материала, через который пропускают электрический ток. Прямоугольные маты, размеры которых могут закрывать поверхность от 4...8 м2, укладываются на оттаиваемый участок и подсоединяются к источнику электричества напряжением 220 В. При этом образующееся тепло эффективно распространяется сверху вниз в толщу мерзлого грунта, что приводит к его оттаиванию. Время, необходимое для оттаивания, зависит от температуры окружающего воздуха и от глубины промерзания грунта и в среднем составляет 15-20 ч.
5.11.3. Разработка грунта в мерзлом состоянии с предварительным рыхлением
Рыхление мерзлого грунта с последующей разработкой землеройными и землеройно-транспортными машинами осуществляют механическим или взрывным методом.
Механическое рыхление мерзлого грунта с использованием современных строительных машин повышенной мощности приобретает все большее распространение. В соответствии с требованиями экологии, перед зимней разработкой грунта необходимо в осенний период снять бульдозером слой растительного грунта с намеченного для разработки участка. Механическое рыхление базируется на резании, раскалываний или сколе мерзлого грунта статическим (рис. 5.43) или динамическим воздействием.
162
Рис. 5.43. Рыхление мерзлого грунта статическим воздействием:
а - бульдозером с активными зубьями; б - экскаватором-рыхлителем; 1 - направление хода рыхления
При динамическом воздействии на грунт осуществляется его раскалывание или сколы молотами свободного падения и направленного действия (рис. 5.44). Этим способом разрыхление грунта производят молотами свободного падения (шар- и клин-молотами), подвешенными на канатах на стрелы экскаваторов, либо молотами направленного действия, когда рыхление осуществляется сколом грунта. Рыхление механическим способом позволяет осуществлять его разработку землеройными и землеройно-транспортными машинами. Молоты массой до 5 т сбрасывают с высоты 5...8 м: молот в форме шара рекомендуется применять при рыхлении песчаных и супесчаных грунтов, клин-молоты - для глинистых (при глубине промерзания 0,5...0,7 м). В качестве молота направленного действия широко применяют дизель-молоты на экскаваторах или тракторах; они позволяют разрушать промороженный грунт на глубину До 1,3 м (рис. 5.45).
Статическое воздействие основано на непрерывном режущем Усилии в мерзлом грунте специального рабочего органа - зуба-рыхлителя, который может быть рабочим оборудованием гидравлического экскаватора «обратная лопата» или быть навесным оборудованием на Мощных тракторах.
Рыхление статическими рыхлителями на базе трактора подразумевает в качестве навесного оборудования специального ножа (зуба), режущее усилие которого создается за счет тягового усилия 163
Рис. 5.44. Рыхление мерзлого грунта динамическим воздействием:
о — схема рыхления молотом свободного падения; б — то же, дизель-молотом; в — то же, вибромолотом; г - то же, при глубине промерзания до 1,5 м; д - то же, при глубине промерзания более 1,5 м; 1 — молот; 2 — экскаватор; 3 — мерзлый слой грунта; 4 - направляющая штанга; 5 - дизель-молот; б - вибромолот
трактора. Машины этого типа рассчитаны на послойное рыхление грунта на глубину 0,3...0,4 м. Число зубьев зависит от мощности трактора, при минимальной мощности трактора 250 л.с. используется один зуб. Разрыхление грунта осуществляют параллельными послойными проходками через 0,5 м с последующими поперечными проходками под углом 60...90° к предыдущим. Перемещение разрыхленного грунта в отвал осуществляют бульдозерами. Целесообразно навесное оборудование крепить непосредственно на бульдозер и использовать его для самостоятельного перемещения разрыхленного грунта (см. рис. 5.21). Производительность рыхлителя 15...20 м3/ч.
Способность статических рыхлителей послойно разрабатывать мерзлый грунт дает возможность использовать их независимо от глубины промерзания грунта. Современные рыхлители на базе тракторов с бульдозерным оборудованием благодаря своим широким технологическим возможностям находят широкое применение в строительстве. Это обусловлено их высокой экономичностью. Так, стоимость разработки грунта с применением рыхлителей по сравнению с взрывным 164
1-1
Рис. 5.45. Схема совместной работы дизель-молота и экскаватора «прямая лопата»
способом рыхления в 2...3 раза ниже. Глубина рыхления этими машинами составляет 700...1400 мм.
Рыхление мерзлых грунтов взрывом эффективно при значительных объемах разработки мерзлого грунта. Метод применяют преимущественно на незастроенных участках, и ограниченно застроенных - с использованием укрытий и локализаторов взрыва (тяжелых пригрузоч-ных плит).
В зависимости от глубины промерзания грунта взрывные работы выполняют (рис. 5.46):
методом шпуровых и щелевых зарядов при глубине промерзания грунта до 2 м;
методом скважинных и щелевых зарядов при глубине промерзания свыше 2 м.
Шпуры просверливают диаметром 22...50 мм, скважины -900... 1100 мм, расстояние между рядами принимается от 1 до 1,5 м. Щели на расстоянии 0,9...1,2 м одна от другой нарезают щеленарез-Ными машинами фрезерного типа или баровыми машинами. Из трех соседних щелей взрывчатое вещество помещается только в среднюю, крайние и промежуточные щели служат для компенсации сдвига мерзлого грунта во время взрыва и для снижения сейсмического эффекта. Заряжают щели удлиненными или сосредоточенны-165
д)
1
Рис. 5.46. Методы рыхления мерзлого грунта взрывом: а — шпуровыми зарядами; б — то же, гагмжинш.]-ми; в - то же, котловыми; г - то же, малокамерными; д, е - то же, камерными; ж - то же, щелевыми; 1 — заряд ВВ; 2 - забойка; 3 - грудь забоя; 4 - рукав; 5 - шурф; б - штольня; 7 - рабочая щель; 8 — компенсационная щель
ми зарядами, после чего их сверху засыпают талым песком. При качественном выполнении подготовительных работ в процессе взрывания мерзлый грунт полностью дробится, не повреждая стенок котлована или траншеи.
Разрыхленный взрывами грунт разрабатывается экскаваторами или землеройно-транспортными машинами.
5.11.4. Непосредственная разработка мерзлого грунта
Разработка (без предварительного рыхления) может осуществляется двумя методами - блочным и механическим.
Блочный метод разработки применим для больших площадей и основан на том, что монолитность мерзлого грунта нарушается за счет разрезки его на блоки. С помощью навесного оборудования на тракторе - баровой машины грунт разрезают при взаимно-перпендикулярных проходках на блоки шириной 0,6...1,0 м (рис. 5.47). При малой глубине промерзания (до 0,6 м) достаточно сделать только продольные разрезы.
Баровые машины, осуществляющие нарезку щелей, имеют одну, две или три врубовые цепи, навешенные на тракторы или траншейные экскаваторы. Баровые машины позволяют прорезать в мерзлом грунте щели глубиной 1,2...2,5 м. Используют стальные зубья с режущей кромкой из прочного сплава, что продлевает срок их служ-бы, а при износе или истирании позволяет быстро их заменить. Рас-166
6)
Рис.5.47. Схема блочной разработки грунта:
а — нарезка щелей баровой машиной; б — то же, с извлечением блоков трактором; в — разработка котлована с извлечением блоков мерзлого грунта при помощи крана; 1 - слой мерзлого грунта; 2 — режущие цепи (бары); 3 — экскаватор; 4 — щели в мерзлом грунте; 5 — нарезанные блоки грунта; 6 - перемещаемые с площадки блоки; 7 — стоянки крана; 8 - транспортное средство; 9 — клещевой захват; 10 — строительный кран; 11 — трактор
стояние между барами принимается в зависимости от грунта через 60... 100 см. Разработку производят экскаваторами «обратная лопата» с ковшом большой вместимости или глыбы грунта волоком перемещают с разрабатываемой площадки в отвал бульдозерами или тракторами.
Механический метод основан на силовом, а чаще в сочетании с ударным или вибрационном воздействии на массив мерзлого грунта. Реализуется метод применением обычных землеройных и землерой-До-транспортных машин и машин со специально разработанными для Зимних условий рабочими органами (рис. 5.48).
Обычные серийные машины применяют в начальный период зимы, Когда глубина промерзания грунта незначительна. Прямая и обратная лопата могут разрабатывать грунт при глубине промерзания 0,25...0,3 м; с ковшом вместимостью более 0,65 м3-0,4 м; экскаватор драглайн - до 0,15 м; бульдозеры и скреперы в состоянии разрабатывать промерзший грунт на глубину до 15 см.
167
б)
Рис. 5.48. Механический способ непосредственной разработки грунта:
а - ковш экскаватора с активными зубьями; б - разработка грунта экскаватором «обратная лопата» и захватно-клещевым устройством; в — землеройно-фрезерная машина; 1 — ковш; 2 — зуб ковша; 3 — ударник; 4 - вибратор; 5 - захватно-клещевое устройство; б - отвал бульдозера; 7 — гидроцилиндр для подъема и опускания рабочего органа; 8 — рабочий орган (фреза)
Для зимних условий разработано специальное оборудование для одноковшовых экскаваторов - ковши с виброударными активными зубьями и ковши с захватно-клещевым устройством. Затраты энергии на резание грунта примерно в 10 раз больше, чем на скалывание. Вмонтирование в режущий край ковша экскаватора виброударных механизмов, аналогичных по работе отбойному молотку, приносят хорошие результаты. За счет избыточного режущего усилия такие одноковшовые экскаваторы могут послойно разрабатывать массив мерзлого грунта. Процесс рыхления и экскавации грунта оказывается единым.
Разработку грунта осуществляют и многоковшовыми экскаваторами, специально разработанными для проходки траншей в мерзлом грунте. Для этой цели служит специальный режущий инструмент в виде клыков, зубьев или коронок со вставками из твердого металла, укрепляемых на ковшах. На рис. 5.48, а показан рабочий орган многоковшового экскаватора с активными зубьями для разработки скальных и мерзлых грунтов.
Послойную разработку грунта можно осуществлять специализированной землеройно-фрезерной машиной, снимающей стружку глубиной до 0,3 м и шириной 2,6 м. Перемещение разработанного мерзлого грунта производят бульдозерным оборудованием, входящим в комплект машины. 168
5.12. Контроль качества земляных работ
Процессы возведения земляных сооружений систематически контролируют, проверяя:
положение выемок и насыпей в пространстве (в плане и высотное);
геометрические размеры земляных сооружений;
свойства грунтов, залегающих в основании сооружений;
свойства грунтов, используемых для устройства насыпных сооружений;
качество укладки грунта в насыпи и обратные засыпки (характеристики уложенных и уплотненных грунтов).
Постоянный контроль за качеством производства работ осуществляют инженерно-технические работники, операционный контроль производят с привлечением представителей геодезической службы и строительной лаборатории.
При контроле положения в пространстве и размеров сооружений проверяют: расположение на плане земляных сооружений и их размеры; отметки бровок и дна выемок; отметки верха насыпей с учетом запаса на осадку; отметки спланированных поверхностей; уклоны откосов выемок и насыпей. Данный контроль осуществляют с помощью геодезических приборов, а также простейших инструментов и приспособлений - строительных уровней, рулеток, метров, отвесов, шаблонов, откосников, мерных реек, наборов визирок и вешек.
Оценку свойств грунтов в основаниях сооружений, карьерах (резервах), насыпях и обратных засыпках проводят для установления соответствия их ранее принятым в процессе проектирования сооружений и оснований под ними. Для этого определяют основные характеристики - плотность и влажность, являющиеся критериями качества. Для отдельных сооружений при необходимости контролируют гранулометрический состав, коэффициент сдвига, фильтрационные свойства грунтов. Оценку основных свойств проводят, как правило, на пробах, взятых из массивов грунтов естественного залегания или уложенных и уплотненных.
Отбор образцов для оценки качества грунта в основаниях, карьерах и резервах производят из шурфов на глубине 0,5 м и более. Отбор выполняют по сетке: при однородных грунтах - с каждого угла всех Квадратов со стороной 50... 100 м, а при неоднородных - дополнительно со всех участков с различными грунтами. В насыпях и обратных за
169
сыпках отбор проб производят методом режущих колец (в связанных и песчаных грунтах без крупных включений), а при гравелисто-песчаных и мелкозернистых грунтах с включением крупных фракций - методом лунок. На насыпях вертикальной планировки контрольные пробы грунта отбирают в шахматном порядке через 20...40 м, а в обратных засыпках пазух возле граней сооружений - на расстоянии не более 0,3 м от них.
При отборе проб методом режущих колец (рис. 5.49, а) структура и плотность грунта сохраняются и в образцах. Отбор производят грун-тоотборником, состоящим из режущего кольца, приспособлений для отбора проб и ударника с подвижным грузом. Для взятия пробы на выровненную поверхность ставят грунтоотборник и ударником погружают режущее кольцо до тех пор, пока поверхность грунта не окажется на 3...5 мм выше края кольца. Затем кольцо вынимают и срезают выступающий из него грунт.
При методе лунок (рис. 5.49, б) грунт отбирают из шурфов диаметром 20...30 см и глубиной 15...20 см. В образовавшуюся лунку дозированно засыпают сухой песок, по количеству которого судят об объеме извлеченного грунта. Методы режущих колец и лунок не по-
Р и с. 5.49. Определение характеристик и качества уплотнения грунта:
а - отбор проб методом колец (схема грунтосборника); б - то же, методом лунок; в - определение плотности грунта методом пенетрации (схема прибора); г - ординарная схема определения платности и влажности грунта радиоизотопным методом; д - то же, двойная схема; 1 — подвижной груз; 2 - съемное кольцо; 3 - режущее кольцо; 4 - поддон; 5 - лунка; 6 — наковальня; 7 -зонд с конусным наконечником; в - измерительный пульт; 9 - детектор; 10 - источник питания
170
зволяют определить плотность скелета грунта непосредственно в процессе работ и тем самым оперативно реагировать на изменение условий уплотнения грунта. Поэтому на практике применяют менее точные, но достаточные для принятия первоначального решения различные экспрессные методы: пенетрации, радиоизотопный и др.
Метод пенетрации (рис. 5.49, в) основан на измерении погружения в уплотненный грунт зонда с конусным наконечником в зависимости от количества ударов груза фиксированной массы, падающего с определенной высоты. Радиоизотопный метод (рис. 5.49, г, д) базируется на различной интенсивности проникновения гамма-излучения в зависимости от плотности и влажности грунта при фиксированном расстоянии между источником и приемником излучения. Плотность и влажность грунта определяют по градуированным графикам, выражающим зависимость показаний приборов от характеристики грунта.
Работники полевой лаборатории на строительстве земляных сооружений выполняют следующие обязанности: следят за соответствием грунта проекту, толщиной укладываемого слоя и технологии работ по укладке и уплотнению грунта, установленной проектом производства работ, отсутствием в отсыпаемом грунте растительных остатков и вкраплений из некачественного грунта, числом проходов (ударов) грунтоуплотняющих машин по одному следу; проверяют подготовку поверхности ранее уплотненного слоя для отсыпки на него последующего слоя и влажность грунта в слое перед уплотнением; выполняют своевременный и в необходимом количестве отбор проб и образцов грунта из основания сооружения, карьеров или тела насыпи; определяют плотность скелета грунта в каждом слое в процессе его уплотнения, а на участке пробного уплотнения - рациональный режим грунтоуплотняющих механизмов, оптимальную толщину и необходимую влажность уплотняемого слоя грунта.
Информацию о полученных результатах лабораторных испытаний и контрольных измерений, а также о фактах несоответствия проекту и установленной технологии работ регулярно докладывают инженерно-техническому персоналу строительства.
ГЛАВА 6
ТЕХНОЛОГИЯ УСТРОЙСТВА ФУНДАМЕНТОВ
6.1. Общие положения
Промышленные здания и сооружения передают нагрузку от своей массы, включая полезную нагрузку, через фундаменты на грунтовое основание. Исходя из несущей способности основания и действующей на него нагрузки, конструктивное решение фундаментов может быть различным.
Для большинства малоэтажных гражданских и промышленных зданий подходят ленточные фундаменты. Ленточные фундаменты относятся к фундаментам мелкого заложения, передающим нагрузку на грунты основания, преимущественно через подошву. Такие фундаменты возводят в открытых котлованах. По условиям изготовления их подразделяют на монолитные, сооружаемые непосредственно в котловане, и сборные, монтируемые из элементов заводского изготовления.
Ленточные фундаменты используют для передачи нагрузки на основание от стен зданий или ряда колонн. В плане они могут состоять из одинарных и перекрестных лент; первые обычно устраивают под стены, а перекрестные - под сетку колонн. Для одноэтажных зданий, включая промышленные, вместо сплошных фундаментов часто применяют столбчатые, которые через колонны (стойки) воспринимают нагрузку от каркаса здания и через ранд-балки (обвязочные балки) - нагрузки от стенового ограждения.
Значительное заглубление ленточных фундаментов, близкое взаимное расположение несущих стен вынуждают разрабатывать котлованы под всей площадью здания. Обычно разрабатываемый грунт нужно увозить с площадки в отвал и привозить грунт для обратной засыпки пазух.
В грунтах со слабой несущей способностью глубина заложения фундаментов значительно увеличивается, а это заставляет устраивать ленточные фундаменты с развитой опорной частью, что приводит к резкому увеличению расхода бетона.
172
Переход к строительству многоэтажных зданий привел к увеличению нагрузок на основания, что потребовало найти новое конструктивное решение фундаментов, способных воспринимать повышенные нагрузки или использовать свайные фундаменты. Сваи применяют для устройства фундаментов под различные здания и сооружения, повышения несущей способности слабых грунтов, шпунтовые сваи - для укрепления стенок котлованов от обрушения.
Применение свайных фундаментов вместо сборных ленточных фундаментов позволяет резко сократить объем земляных работ, уменьшить объем монолитного или сборного железобетона на устройство фундаментов и стен подвала, сократить сроки работ и стоимость устройства фундаментов. Свайные фундаменты, в отличие от ленточных, характеризуются меньшими по величине и более равномерными осадками.
Для зданий повышенной этажности, при ослабленных грунтах, разной несущей способности основания под различными частями возводимого сооружения и других техногенных факторах в качестве фундамента устраивают монолитную плиту (сплошной фундамент) под всем сооружением. Фундаментные плиты разрезаются в плане только осадочными швами, плиты обеспечивают жесткость здания и совместную работу фундамента и надземной части сооружения. Сплошные фундаменты резко снижают неравномерность осадки отдельных частей сооружения.
6.2. Технология устройства ленточных фундаментов
Монолитные ленточные фундаменты. Ленточные фундаменты под стены устраивают в основном монолитными или из сборных блоков. Монолитные железобетонные ленточные фундаменты выполняют в виде нижней армированной ленты и неармированной или мало армированной фундаментной стены, выше которой устраивают стены Здания.
Процесс возведения фундаментов и стен из монолитного железобетона включает разбивку осей фундаментов, устройство опалубки, сборку и установку арматуры и бетонирование. Выбор технологии возведения фундаментов зависит от конструктивных решений фундаментов и самих зданий, а также от имеющегося технологического оборудования и механизмов.
173
На выбор типа опалубки влияет вид бетонируемых конструкций и их повторяемость. Выбирают опалубку на основе технико-экономических расчетов по возможным вариантам. Определяющие показатели - затраты материалов и труда, себестоимость одного оборота опалубки.
При большой повторяемости фундаментов небольшого объема и простой формы применяют инвентарные металлические блок-формы, устанавливаемые на место краном. Блок-формы могут изготавляться неразъемными, разъемными, и трансформируемыми; последние изменяют свои размеры и форму путем раздвижки с последующей фиксацией элементов специальными устройствами. В отдельных случаях может применяться стальная инвентарная опалубка из пространственных блоков или крупных щитов, несъемная опалубка из плоских или пространственных железобетонных элементов, мелко- и крупнощитовая опалубка с палубой из водостойкой фанеры.
Монтаж арматуры выполняют укрупненными элементами в виде сеток и пространственных каркасов. Нижнюю арматурную сетку фундамента устанавливают до монтажа опалубки. Для создания защитного слоя бетона устанавливают фиксаторы в шахматном порядке с шагом 1 м. Далее устанавливают арматурные каркасы и закрепляют их с помощью фиксаторов. Временные крепления с каркасов снимают после их приварки к сетке подошвы фундамента. Отдельные стержни сеток и каркасов на месте их установки необходимо соединить на сварке. По завершении опалубочных работ на захватке приступают к установке опалубки.
Опалубку ленточных фундаментов постоянного поперечного сечения собирают в зависимости от высоты фундамента. При высоте 2...2,5 м щиты устанавливают последовательно вертикально, соединяя их между собой на замках, временно раскрепляют инвентарными подкосами. К ним присоединяют схватки, а затем опалубочные плоскости соединяют стяжками. Щиты второго яруса закрепляют на нижних после рихтовки установленной опалубки и располагают их горизонтально. При высоте ленточного фундамента более 2,5 м конструктивное решение опалубки должно быть предложено в технологической карте.
Щитовая опалубка ленточных фундаментов переменного поперечного сечения может сначала собираться для нижней части фундамента в виде плиты, верхняя часть опалубки может быть установлена до и после бетонирования нижней части фундамента.
Перед укладкой бетонной смеси необходимо тщательно подготовить грунтовое основание. Рыхлые, органические и подобные грунты должны быть удалены, места перекопки грунта следует заполнить уплотненным песком или щебнем.
174
Для достижения монолитности железобетонных фундаментов бетонирование необходимо вести непрерывно, не допуская образования швов. Бетонную смесь укладывают слоями толщиной 20...50 см, каждый последующий слой укладывают после уплотнения предыдущего и, как правило, до начала его схватывания.
Ленточные фундаменты бетонируют в зависимости от конструктивных особенностей в один, два и три этапа (рис. 6.1). Одноэтапное послойное бетонирование применяется при устройстве ленточных фундаментов прямоугольного сечения в распор или переменного сечения при площади поперечного сечения менее 3 м2. Ленточные фундаменты со ступенями при площади поперечного сечения более 3 м2 бетонируют в два этапа: сначала ступени, затем стену. В три этапа бетонируют ленточные фундаменты с подколенниками, применяемые в каркасных зданиях.
Особенности бетонирования стен подземной части здания зависят от толщины и высоты стен, а также от вида опалубки. Разборно-переставную щитовую опалубку устанавливают в два приема: вначале с одной стороны на всю высоту стены, а после установки арматуры -с другой. При большой высоте и толщине стены опалубку второй стороны устанавливают поярусно в процессе бетонирования. Если опалубку устанавливают на всю высоту стены, то в опалубке предусматривают отверстия для подачи бетонной смеси. Опалубку стен толщиной более 0,5 м можно возводить на всю высоту стены с подачей бетонной смеси сверху с помощью хоботов.
Технология бетонирования стен зависит от конструкции опалубки. Может быть предусмотрена поярусная укладка бетонной смеси на высоту 400...600 мм при высоте яруса наращиваемой опалубки в тех же
Р и с. 6.1. Бетонирование ленточных фундаментов:
° - столбчатого при непрерывной подаче бетонной смеси; б — то же, бетонируемого ступенями; в -ступенчатого, бетонируемого с использованием виброхобота; г - конструктивное решение фунла-Мента, 1 - опалубка фундамента; 2 - бадья с бетонной смесью; 3 - рабочая площадка; 4 - вибратор; 5 - бетон; б - звеньевой хобот; 7 - продольное армирование; 8 - поперечная арматура; 9 — бетонная подготовка; 10 - уплотненный грунт; 11 - оклеенная гидроизоляция
175
пределах. При бетонировании стен в разборно-переставной опалубке высота участков, выполняемых без перерыва, не должна превышать 3 м. При большей высоте участков стен, бетонируемых без рабочих швов, необходимо устанавливать перерывы в бетонировании продолжительностью 40... 120 мин для осадки бетонной смеси и предупреждения образования осадочных трещин.
При длине стены более 20 м ее делят на участки по 7... 10 м и на границе участков устанавливают разделительную перегородку.
Ведущим процессом при устройстве фундаментов является бетонирование, поэтому количество рабочих в каждом потоке (установка опалубки, укладка арматуры, бетонирование, разборка опалубки) определяется по ведущему потоку. Необходимо, чтобы работа во всех потоках шла в одном ритме. Для организации поточной работы фундаменты и стены разбивают на захватки, в качестве которых может быть пролет, часть пролета или фундаменты на одной оси.
Сборные ленточные фундаменты состоят из сборных фундаментных подушек, армированных по расчету, выше которых устанавливают блоки стен. Железобетонные фундаментные плиты-подушки и бетонные стеновые блоки унифицированы, номенклатура предусматривает их разделение на четыре группы, каждая из которых отличается воспринимаемой нагрузкой. Для повышения жесткости сооружения, для выравнивания осадок при строительстве на слабых грунтах и в качестве антисейсмических мероприятий сборные фундаменты усиливают армированными швами или железобетонными поясами, устраиваемыми поверх фундаментных подушек или последнего ряда стеновых фундаментных блоков по всему периметру здания на одном уровне.
При песчаных грунтах фундаментные блоки укладывают непосредственно на выровненное основание, при других грунтах - на песчаную подушку толщиной 10 см. Под подошвой фундаментов нельзя оставлять насыпной или разрыхленный грунт, его необходимо удалить и вместо него засыпать песок или щебень. Углубления в грунтовом основании высотой более 10 см заполняют монолитным бетоном. Ширину и длину песчаного основания делают на 20...30 см больше размеров фундамента, чтобы блоки не свисали с песчаной подушки.
Фундаментные блоки укладывают по схеме их раскладки в соответствии с проектом (рис. 6.2), чтобы обеспечить разрывы для прокладки труб водоснабжения, канализации и других вводов.
Монтаж начинают с установки маячных блоков по углам и в местах пересечения стен. Фундаментный блок подается краном к месту укладки, наводится и опускается на основание, незначительные отклонения от проектного положения устраняют, перемещая блок монтажным ломиком при натянутых стропах. При этом поверхность основа-176
Р и с. 6.2. Монтаж сборных ленточных фундаментов:
/ - фундаментная подушка; 2 - стеновой блок, 3 - песчаная подготовка; 4 - арматурный пояс, 5 - постель из раствора; 6 - заделка стыка монолитным бетоном; 7 - строповка блока
ния не должна быть нарушена. Стропы снимают после того, как блок займет правильное положение в плане и по высоте. Разрывы между блоками ленточного фундамента и боковыми пазухами в процессе монтажа заполняют песком или песчаным грунтом и уплотняют.
При монтаже фундаментов под колонны тщательно контролируют положение устанавливаемых блоков относительно основных осей. С помощью нивелиров контролируют положение блоков по высоте, у блоков стаканного типа проверяют отметку дна стакана, у других -верхней плоскости блока.
Монтаж стен подвала (стеновых блоков) начинают после проверки положения уложенных фундаментных блоков (подушек) и устройства гидроизоляции. Если в проекте отсутствуют особые указания, то в качестве изоляции расстилают слой раствора толщиной 2...3 см по очищенной поверхности фундаментов; раствор одновременно служит выравнивающим слоем.
В соответствии с монтажной схемой на фундаментах размечают положение стеновых блоков первого (нижнего ряда), отмечая места вертикальных швов. Монтаж начинают с установки маячных блоков в углах и местах пересечения стен на расстоянии 20...30 м друг от друга. После установки маячных блоков на уровне их верха натягивают шнур - причалку, по которому устанавливают рядовые блоки.
Последующие ряды блоков монтируют в той же последовательности, размечая раскладку блоков на нижележащем ряду. Первые два Ряда блоков устанавливают с уложенных фундаментных блоков, последующие — с инвентарных подмостей. Марка раствора, на котором Должны монтироваться блоки, указывается в проекте.
Монтажный кран можно располагать на бровке котлована, тогда в пределах захватки сначала монтируют все фундаментные блоки, а затем блоки стен подвала. Если кран находится в котловане, то фундаменты и стены подвала устанавливают отдельными участками, исхо-177
дя из того, что монтажный кран не сможет вторично войти в зону, где уже уложены блоки выше уровня земли.
6.3. Технология устройства монолитной плиты
Сплошные фундаменты (монолитная плита) изготовляют из монолитного железобетона, по конструктивному решению они могут быть выполнены в виде гладкой плиты (с устанавливаемыми по необходимости сборными стаканами под колонны), гладкой плиты с монолитными стаканами (рис. 6.3), ребристой плиты и плиты коробчатого сечения.
Фундаментные плиты, днища резервуаров, туннелей и т. д. имеют большие площади и характеризуются насыщенным армированием Толщина таких плит колеблется от 0,2 до 2 м. Способы их бетонирования выбирают с учетом размеров в плане, толщины, степени армирования, имеющейся механизации производства работ, реальных объе мов поставки бетонной смеси.
Фундаментные плиты армируют сварными сетками в два слоя и более. Арматурные каркасы могут быть образованы разными способами: укладывают горизонтальные сетки и устанавливают поддерживающие каркасы или предварительно объединяют плоские горизонтальные сетки и поддерживающие каркасы в пространственный самонесущий армоблок. Армоблоки устанавливают с зазорами, которые перекрывают одним или двумя рядами плоских горизонтальных сеток, опирающихся на армоблоки.
Массивные фундаментные плиты бетонируют с использованием несъемной железобетонной опалубки, разборно-переставной из унифицированных элементов. Опалубочные панели большой площади, а также арматурные каркасные блоки монтируют с помощью монтажных кранов. Крепление опалубки и каркасов должно быть надежным и выдерживать технологические нагрузки от бетонной смеси, механизмов,
Рис.6.3. Схема устройства фундаментной плиты:
/ - границы фундаментной плиты по высоте, 2 - продольная арматура; 3 - то же, поперечная; 4 — оклеенная гидроизоляция; 5 -бетонная подготовка, 6 - уплотненный
грунт
178
| машин, рабочих и инвентарных приспособлений. Приготовленная к производству работ опалубка должна быть сдана по акту.
При большой площади плит их разбивают на блоки бетонирования или карты. По краям карт устанавливают деревянную или сетчатую опалубку без разрезки арматуры на границах карт. В качестве наружной и внутренней опалубок наиболее целесообразно использовать стальную сетку из проволоки диаметром 0,7 мм с ячейкой 5x5 см. Такую сетку крепят к арматуре плиты вязальной проволокой или зажимами.
Ширину блоков принимают с учетом условий непрерывности бетонирования и темпа подачи бетонной смеси. В каждом блоке бетонирования необходимо обеспечить зоны работ: приемки и предварительного разравнивания и уплотнения. Необходимая скорость бетонирования определяется из условия, что ранее уложенная порция бетонной смеси перекрывается последующей с соответствующим виброуплотнением до начала схватывания бетона в обеих зонах. Принимаемая скорость бетонирования должна быть обеспечена наличием в достаточном количестве средств уплотнения бетонной смеси.
Если толщина плиты меньше 0,5 м, разбивку плиты на карты и бетонирование ведут так же, как и бетонной подготовки под полы, т. е. бетонируют картами шириной по 3...4 м. При большей толщине плиты разбивают на параллельные карты шириной 5... 10 м, при этом между ними оставляют разделительные полосы шириной 1...1,5 м.
Фронт бетонирования в пределах карты должен быть минимальным. Карты бетонируют подряд, т. е. одну за другой; для уменьшения суммарной усадки бетон в разделительные полосы укладывают в рас-пор с затвердевшим бетоном готовых карт после снятия опалубки на их границах.
Бетонную смесь с осадкой конуса 2...6 см подают на карты бетононасосами, с помощью бетоноукладчиков, эстакад, а также в бадьях с помощью кранов. В отдельных случаях бетонирование может осуществляться пневмотранспортом, с помощью виброхоботов, ленточными конвейерами и непосредственно из транспортных средств. Подавать смесь необходимо в направлении к ранее уложенному бетону, как бы прижимая новые порции бетона к ранее уложенным. При сосредоточенных объемах работ в массиве и темпе бетонирования 50... 100 м3/смену могут быть использованы стационарные бетононасосы.
Плиты даже предельной толщины бетонируют в один слой. При этом несколько затрудняется виброуплотнение, поскольку внутренние вибраторы требуется погружать в смесь на глубину, в 1,5...2 раза превышающую длину рабочей части. Для виброуплотнения таких конструкций целесообразно применять навесные вибраторы и вибропакеты.
179
Бетонирование необходимо организовать так, чтобы избежать устройства рабочих швов в пределах одной карты бетонирования. Выравнивают бетон плит по маякам, поверхность заглаживают гладилками. В местах примыкания стен, опирания колонн и столбов поверхность бетона оставляют шероховатой.
Работы по устройству монолитных фундаментных плит целесообразно выполнять по поточной организации работ с разбивкой на три ведущих потока: армирование фундаментов, установка опалубки, включая сетчатую на границе зон бетонирования, и непосредственное бетонирование. Работы должны выполняться в одном ритме. Ведущим потоком является бетонирование, поэтому число рабочих в каждом потоке рассчитывают, исходя из обеспечения непрерывной работы бетонщиков.
6.4. Конструкции забивных свай и шпунта
Сваи подразделяют по целому ряду признаков на несколько групп (рис. 6.4):
по материалу — деревянные, металлические, бетонные и железобетонные, комбинированные, грунтовые;
по конструкции — квадратные, трубчатые, прямоугольные и многоугольные, с уширением и без него, цельные и составные, призматические и конические, сплошного сечения и пустотелые, винтовые и сваи-колонны;
по способу устройства — забивные, изготовляемые на заводе или на самой площадке и погружаемые в грунт, и набивные, устраиваемые непосредственно в грунте (в заранее пробуренной скважине);
по характеру работы (по способу передачи нагрузки на основание) - сваи-стойки, которые передают нагрузку от здания своими концами на скальный или практически несжимаемый грунт, и висячие сваи, передающие нагрузку за счет трения грунта по боковой поверхности сваи;
по виду воспринимаемой нагрузки - центральная, вертикально действующая нагрузка, нагрузка с эксцентриситетом, и усилия выдергивания;
по виду армирования железобетонных свай - с напрягаемой и не-напрягаемой продольной арматурой, с поперечным армированием и без него.
Свайный куст — несколько рядом расположенных свай, совместно воспринимающих общую нагрузку; ростверк - конструкция, объединяющая сверху сваи для их совместной работы. 180
Деревянные сваи изготовляют из древесины сосны, ели, лиственницы, кедра, пихты, дуба. Длина свай 4... 12 м, диаметр в тонком конце 18...34 см. В нижнем конце свая заострена на 3...4 грани, острие должно совпадать с осью сваи, отклоненное от оси острие может увести сваю при забивке от проектного положения. При забивке в плотные грунты и предохранения острия от разрушения на него надевают металлический башмак - наконечник, а на верхнюю часть — железное Кольцо-бугель, предохраняющий голову сваи от разрушения (размочаливания) при забивке.
181
Когда требуются длинные сваи (> 12 м), их сплачивают из нескольких бревен - в торец, вполдерева или накладками. Для предохранения сваи от гниения их пропитывают антисептиками или погружают так, чтобы вся свая располагалась ниже самого низкого уровня грунтовых вод.
Деревянные шпунты изготовляют из брусьев, на одной грани устраивают гребень, на другой - паз, преимущественно прямоугольного сечения. Перед забивкой шпунтины соединяют по 2...3 шт. в пакет, делают общий скос на острие и надевают общий бугель. Обычно толщина шпунтин 5... 14 см, но может доходить до 26 см.
Металлические сваи применяют в портовом, мостовом, энергетическом и промышленном строительстве, при возведении высотных сооружений (радиомачт, телебашен). Используют стальные трубы диаметром 25...100 см, рельсы, двутавры, винтовые сваи со специальным наконечником, завинчиваемые в грунт.
Сваи-оболочки - металлические трубчатые сваи диаметром 1,2...2 м и более, длиной до 14 м, при необходимости их наращивают и соединяют на сварке. Сваи с открытым нижним торцом по мере заглубления заполняют грунтом, который, уплотняясь, увеличивает несущую способность сваи. Сваи-оболочки с закрытым нижним торцом в виде съемного наконечника забивают в грунт. Металлический наконечник всегда остается в грунте, сама свая может быть оставлена и заполнена бетонной смесью для повышения несущей способности или извлечена. В процессе извлечения сваи-оболочки ее полость заполняется бетонной смесью.
Стальной шпунт применяют для устройства водонепроницаемых стенок котлованов, подпорных стенок, пирсов, набережных. Для шпунта выпускают специальные профили - плоские, корытообразные, зет-образные длиной до 30 м, в отдельных случаях используют обычный стальной прокат.
Железобетонные сваи выпускают сечением от 20 х 20 до 60 х 60 см и длиной от 3 до 16 м с обычной и предварительно напряженной арматурой. Предварительное напряжение позволяет сократить расход бетона на 15...20%, металла до 50...60% по сравнению с обычным армированием. Армирование необходимо для транспортирования и забивки свай, для нормальной работы на сжатие достаточно косвенного армирования. Предварительное напряжение при забивке препятствует возникновению деформаций, трещин, стягивает имеющиеся трещины.
Полые сваи квадратного и трубчатого сечения длиной 2...6 м применяют в плотных грунтах и малых нагрузках от строящегося сооружения, наружный диаметр может доходить до 80 см. 182
Устройство свайных фундаментов является комплексным процессом, включающим на примере метода забивки:
подготовку территории для ведения работ;
геодезическую разбивку с выносом в натуру положения каждой сваи;
доставку на стройплощадку, монтаж, наладку и опробование оборудования для погружения свай;
транспортировку готовых свай от места их изготовления к месту их погружения;
забивку свай;
срезку готовых свай по заданной отметке;
вывоз со строительной площадки срезанных остатков свай;
устройство монолитного или сборного ростверка;
демонтаж оборудования.
Анализ грунтов, их несущей способности показывает, что для большей части территории России плотные грунты залегают на сравнительно небольшой глубине, что позволяет использовать сваи длиной 3...7 м.
6.5. Технология погружения свай
С предприятий стройиндустрии сваи доставляют в готовом для погружения в грунт виде. В зависимости от характеристик грунта существует ряд методов устройства свай, в том числе ударный, вибрационный, вдавливанием, завинчиванием, с использованием подмыва и электроосмоса, а также различными комбинациями этих методов.
Ударный метод основан на использовании энергии удара (воздействия ударной нагрузки), под действием которой свая своей нижней заостренной частью внедряется в грунт. По мере погружения она смещает частицы грунта в стороны, частично вниз или наверх. В результате погружения свая вытесняет объем грунта, практически равный объему ее погруженной части. Меньшая часть этого грунта оказывается на дневной поверхности, большая - смешивается с окружающим грунтом и значительно уплотняет грунтовое основание. Зона заметного уплотнения грунта вокруг сваи составляет 2...3 диаметра сваи.
Ударную нагрузку на оголовок сваи создают специальные механизмы:
паровоздушные молоты, которые приводятся в действие силой сжатого воздуха или пара, непосредственно воздействующих на ударную часть молота;
183
дизель-молоты, работа которых основана на передаче энергии сгорающих газов ударной части молота;
вибропогружатели - передача колебательных движений рабочего органа на сваю (использование вибрации);
вибромолоты - сочетание вибрации и ударного воздействия на сваю.
Вибропогружатели и вибромолоты чаще используют при погружении трубчатых свай-оболочек большого диаметра, при погружении в грунт и извлечении шпунтовых свай.
Рабочий цикл молотов всех типов состоит из двух тактов: холостого хода, в течение которого происходит подъем ударной части на определенную высоту, и рабочего хода, в течение которого ударная часть с большой скоростью движется вниз до момента удара по свае. В ряде свайных молотов рабочий ход происходит только под действием массы ударной части, такие молоты называются молотами одиночного действия.
В молотах двойного действия в точке максимального подъема ударная часть получает дополнительную энергию, на сваю действуют эта энергия и масса ударной части молота. В процессе работы молота корпус его остается неподвижным на голове погружаемой сваи, ударная часть молота движется внутри корпуса. Энергия сгорания не только поднимает ударную часть молота на предельную высоту, но и воздействует на нее ударом, когда она под действием силы тяжести падает вниз. Подача топлива и его возгорание в зависимости от положения ударной части выполняются автоматически.
Дизель-молоты, по сравнению с паровоздушными, отличаются более высокой производительностью, простотой в эксплуатации, автономностью действия и более низкой стоимостью. Автономность обеспечивается путем подъема за счет рабочего хода двухтактного дизельного двигателя.
На строительных площадках применяют штанговые и трубчатые дизель-молоты (рис. 6.5). Ударная часть штанговых дизель-молотов -подвижный цилиндр, открытый снизу и перемещающийся в направляющих штангах. При падении цилиндра на неподвижный поршень в камере сгорания воспламеняется смесь воздуха и топлива. Образовавшиеся в результате сгорания смеси газы подбрасывают цилиндр вверх, после чего происходит новый удар и цикл повторяется.
В трубчатых дизель-молотах неподвижный цилиндр, имеющий пяту, является направляющей всей конструкции. Ударная часть -подвижный поршень с головкой. Воспламенение смеси происходит при ударе головки поршня по поверхности сферической впадины цилиндра.
184
Рис.6.5. Схемы дизель-молотов: а - штангового; б - трубчатого; 1 - подвижный цилиндр; 2 — направляющие штанги; 3 -поршень; 4 — подвижный поршень; 5 — головка; 6 — неподвижный цилиндр; 7 - опорная часть
Главное преимущество дизель-молота трубчатого типа над штанговым в том, что при одинаковой массе ударной части они обладают значительно большей (в 2...3 раза) энергией удара. Рекомендуется следующее отношение массы ударной части молота к массе сваи: для штанговых молотов 1,25; для трубчатых - 0,5...0,7. Для молотов одиночного действия количество ударов в 1 минуту составляет 45...100, масса ударной части до 2500 кг. Аналогично для молотов двойного действия количество ударов в 1 минуту до 300, масса ударной части до 1200 кг.
В комплект молота входит наголовник, необходимый для закрепления сваи в направляющих сваебойной установки, предохранения головы сваи от разрушения ударами молота и равномерного распределения удара по площади сваи. В этой связи внутренняя полость наголовника должна соответствовать очертанию и размерам головы сваи и жестко на ней быть закрепленной.
Для подъема и установки сваи в заданное положение и для забивки свай с обеспечением передачи усилия от молота сваи строго в вертикальном положении применяют специальные устройства -копры (рис. 6.6). Основная рабочая часть копра - его стрела, вдоль которой устанавливают перед погружением молот, опускают и поднимают его по мере забивки сваи. Наклонные сваи погружают в грунт копрами с наклонной стрелой. Копры бывают на рельсовом ходу (универсальные металлические копры башенного типа) и самоходные - на базе кранов, тракторов, экскаваторов и автомашин со стрелой длиной 9...18 м.
Универсальные копры имеют значительную собственную массу до 20 т. Монтаж и демонтаж таких копров, устройство для них подкрано-
185
Рис. 6.6. Сваебойные копровые установки:
б — мостовая; б — рельсовая универсальная; в - на базе экскаватора; г-на тракторе; д - на автомобиле; 1 - кабина, 2 - копровая мачта; 3 - мост, 4 - рельсовый путь; 5 - свая; 6 - оголовник с блоками; 7 - ходовая тележка; 8 - поворотная платформа; 9 - молот; 10 - базовая машина; // -стрела; 12 - распорка; 13 — гидроцилиндр; 14 - выдвижной механизм; 15 - гидроцилиндр подъема и наклона стрелы; 16 — механизм подъема сваи; 17 - подвижная рама
вых путей — достаточно трудоемкие процессы, поэтому универсальные копры применяют для забивки свай длиной более 12 м при большом объеме свайных работ на объекте.
Наиболее распространены в промышленном и гражданском строительстве сваи длиной 6... 10 м, которые забивают с помощью самоход-
186
ных сваебойных установок. Такие установки маневренны и имеют механические устройства для подтаскивания и подъема на необходимую высоту сваи, закрепления головы сваи в наголовнике, в вертикальном выравнивании стрелы со сваей перед забивкой.
Забивка свай состоит из трех основных повторяющихся операций:
передвижка и установка копра на место забивки сваи;
подъем и установка сваи в позицию для забивки;
забивка сваи.
Центр тяжести свайного молота должен совпадать с направлением забивки сваи. Свайный молот поднимают на высоту, достаточную для установки сваи, с некоторым запасом на ход молота и в таком положении закрепляют. При забивке стальных и железобетонных свай молотами одиночного действия обязательно применение наголовников для смягчения удара и предохранения головы сваи от разрушения.
В процесс забивки свай входят установка сваи в проектное положение, надевание наголовника, опускание молота и первые удары по свае с высоты 0,2...0,4 м, после погружения сваи на глубину 1м- переход к режиму нормальной забивки. От каждого удара свая погружается на определенную глубину, которая уменьшается по мере заглубления сваи. В дальнейшем наступает момент, когда глубина забивки сваи практически незаметна. Практически свая погружается в грунт на одну и ту же малую величину, называемую отказом.
Отказ — глубина погружения сваи за определенное количество ударов обычно молота одиночного действия или за единицу времени для молотов двойного действия. Величина отказа — среднее от 10 или серии ударов в единицу времени.
Залог — серия ударов, выполняемых для замера средней величины отказа: для паровоздушных молотов в залоге 20...30 ударов; для ди-зель-молотов одиночного действия в залоге 10 ударов; для дизель-мо-лотов двойного действия отказ определяют за 1 мин. забивки.
Замеры проводят с точностью до 1 мм, забивку прекращают при получении заданного по проекту отказа (расчетного). Если средний отказ в трех последовательных залогах не превышает расчетного, то процесс забивки сваи считается законченным.
Если при погружении свая не дошла до проектной отметки, но уже получен заданный отказ, то этот отказ может оказаться ложным, вследствие возможного перенапряжения в грунте от забивки предыдущих свай. Через 3...4 дня свая может быть погружена до проектной отметки.
Погружение свай вибрированием осуществляют с использованием вибрационных механизмов, оказывающих на сваю динамические воз-187
действия, которые позволяют преодолеть сопротивление трения на боковых поверхностях сваи, лобовое сопротивление грунта, возникающее под острием сваи, и погрузить сваю на проектную глубину (рис. 6.7). На скорость погружения и амплитуду колебаний влияют масса вибрирующих частей сваи и вибратора, его эксцентриситет, плотность грунта, участвующего в колебаниях, частота колебаний вибропогружателя. Благодаря вибрации для погружения свай в грунт требуется усилия иногда в десятки раз меньшие, чем при забивке. При этом происходит частичное виброуплотнение грунта, в том числе и под головкой сваи. Зона уплотнения для разных грунтов составляет 1,5...3 диаметра сваи.
Для погружения свай в грунт вибрированием используют вибропогружатели, которые подвешивают к мачте сваепогружающей установки и жестко соединяют с наголовником сваи. Действие вибропогружателя основано на принципе, при котором вызываемые дис-
Р и с. 6.7. Вибропогружение свай:
а - свае погружающая установка; б — вибропогружатель с подрессоренной пригрузкой; в - вибромолот; 1 - вибропогружатель; 2 — экскаватор; 3 - свая; 4 — электродвигатель, 5 - пригрузочные плиты; 6 - вибратор; 7 - дебалансы; 8 - наголовник; 9 - пружины; 10 - ударная часть с электродвигателем; 11 - боек; 12 — наковальня
188
балансами вибратора горизонтальные центробежные силы взаимно ликвидируются, в то время как вертикальные силы суммируются. Амплитуда виброколебаний и масса вибросистемы, в которую входят свая, наголовники и вибропогружатель, должны обеспечить вибрацию примыкающим слоям грунта, включение их в эту систему, в результате происходит раздвижка зерен грунта под контуром погруженной части сваи.
Способ наиболее приемлем в песчаных грунтах, водонасыщенных мелких и пылеватых грунтах, где скорость погружения может достигать 3,5...7 м/мин. Этим методом погружают сплошные и полые железобетонные сваи, сваи-оболочки, металлический шпунт.
При глинистых и тяжелых суглинистых грунтах под острием сваи может возникнуть глинистая подушка, которая снижает несущую способность сваи до 40%. Поэтому на заключительной стадии погружения, на последние 15...30 см свая погружается в грунт ударным способом.
При выборе низкочастотных погружателей (до 420 кол/мин), применяемых при погружении тяжелых железобетонных свай и трубчатых свай диаметром 1000 мм и более, необходимо, чтобы момент эксцентриков превышал массу вибросистемы не менее чем в 7 раз для легких грунтов и в 11 раз для средних и тяжелых грунтов.
Для погружения легких свай массой до 3 т и металлического шпунта в грунты, не оказывающие большого лобового сопротивления под острием сваи, применяют высокочастотные (от 1500 кол/мин) вибропогружатели с подрессорной пригрузкой, состоящие из самого вибратора и присоединенного к нему с помощью системы пружин дополнительного пригруза с расположенным на нем электродвигателем.
Вибрационный метод наиболее эффективен при несвязных водонасыщенных грунтах. Применение метода для погружения свай в маловлажные плотные грунты возможно лишь при устройстве лидирующих скважин, т. е. при предварительном пробуривании скважин.
Более универсальным является виброударный способ погружения свай с помощью вибромолотов. При работе вибромолота наряду с вибрационным воздействием на сваю периодически опускается ударник, оказывая и динамическое воздействие на голову сваи.
Наиболее распространены пружинные вибромолоты. В них при ^вращении валов с дебалансами в противоположных направлениях создаются постоянные колебания. Когда зазор между ударником и наковальней сваи оказывается меньше амплитуды колебаний, ударник периодически ударяет через наковальню по свае. Вибромолоты могут самонастраиваться, т. е. увеличивать энергию удара с повышением сопротивления грунта погружению сваи. Масса ударной части вибромо-
189
лота применительно к погружению железобетонных свай должна быть не менее 50% от массы сваи и составлять 650... 1350 кг.
Виброударный способ применим в связанных плотных грунтах, и позволяет в 3...8 раз быстрее при одинаковой мощности с вибрационным способом осуществлять погружение свай в грунт за счет одновременной вибрации и забивки. При этом должно быть обеспечено жесткое соединение вибропогружателя со сваей.
Метод вибровдавливания основан на комбинации вибрационного или виброударного воздействия на сваю и статического пригруза. Вибровдавливающая установка состоит из двух рам. На задней раме находятся электрогенератор, работающий от тракторного двигателя, и двухбарабанная лебедка, на передней раме размещены направляющая стрела с вибропогружателем и блоки, через которые проходит к вибропогружателю вдавливающий канат от лебедки. В рабочем положении вибропогружатель, расположенный над местом погружения сваи, поднимает сваю и устанавливает ее вместе с закрепленным наголовником на место ее забивки. При включении вибропогружателя и лебедки свая погружается за счет собственной массы, массы вибропогружателя и части массы трактора, передаваемой вдавливающим канатом через вибропогружатель на сваю. Одновременно на сваю действует вибрация, создаваемая низкочастотным погружателем с подрессоренной плитой.
Метод вибровдавливания не требует устройства путей для передвижки рабочего агрегата, исключает повреждение и разрушение свай. Особенно эффективен при погружении свай длиной до 6 м.
Погружение свай вдавливанием применяют для коротких свай сплошного и трубчатого сечения (3...5 м). Статическое вдавливание осуществляется в такой последовательности: сваю устанавливают в вертикальное положение в направляющей стреле агрегата. Далее на голову сваи опускают и закрепляют оголовник, передающий давление от базовой машины (трактора, экскаватора) через систему блоков и полиспастов непосредственно на сваю, которая благодаря этому давлению постепенно погружается в грунт. После достижения сваей проектной отметки погружение прекращают, снимают наголовник, агрегат переезжает на новую позицию. Применимо статическое вдавливание с использованием одновременно задействованных двух механизмов (рис. 6.8).
Погружение свай завинчиванием основано на завинчивании стальных и железобетонных свай со стальным наконечником с помощью мобильных установок, смонтированных на базе автомобилей или других самоходных средств. Метод применяют чаще всего при устрой-190
10
Рис. 6.8. Схема погружения сваи статическим вдавливанием-
/ - лебедка н тяговый канат для опускания опорной плиты н подъема наголовника, 2 - растяжки стрелы; 3 - блоки; 4 рама стрелы, 3 - наголовник с блоками, б - вдавливающий канат, 7 -вдавливающая лебедка; 8 - опорная плита; 9 - отводной блок вдавливающего каната, 10 свая;
// - рама; 12 - трактор
Р и с. 6 9. Схема процесса завинчивания свай
° - конструкция наконечника при погружении в слабые грунты; б - то же, в плотные грунты; в схема погружения сван; 1 - редуктор наклона рабочего органа, 2 - рабочий орган (кабестан); 3 -свая 4 - наконечник сваи 5 - выносные опоры
стве фундаментов под мачты линий электропередачи, радиосвязи и других сооружений, где в достаточной мере могут быть использованы несущая способность винтовых свай и их сопротивление выдергиванию (рис. 6.9).
Установка для завинчивания состоит из рабочего органа, приводов вращения и наклона рабочего органа, гидросистемы, пульта управления, четырех гидравлических выносных опор и вспомогательного оборудования. Рабочий орган кабестан - механизм, состоящий из двух пар захватов и электродвигателя. Захваты обжимают сваю и передаю; ей вращение от электродвигателя. В зависимости от назначения (передачи нагрузки на большую площадь или заглубления в плотные грунты) винтовые лопасти наконечников могут иметь в диаметре до 3 м, минимальный диаметр лопастей составляет 30 см; длина свай может превышать 20 м.
Конструкция рабочего органа позволяет выполнять следующие операции: втягивать винтовую сваю внутрь трубы рабочего органа (предварительно на сваю надевают инвентарную металлическую оболочку), обеспечивать заданный угол погружения сваи в пределах 0...450 от вертикали, погружать сваю в грунт путем вращения с одновременным использованием осевого усилия. Это усилие при необходимости можно использовать при вывертывании сваи из грунта. Вращение рабочего органа осуществляют от коробки отбора мощности через соответствующие редукторы.
Рабочие операции при погружении сваи методом завинчивания аналогичны операциям, выполняемым при погружении свай методами забивки или вибропогружения. Только вместо установки и снятия наголовника при этом методе одевают и снимают металлическую оболочку.
После завинчивания винтовой сваи (диаметр труб достигает 1 м), ее внутренняя полость заполняется бетоном. Скорость погружения винтовых свай зависит от диаметра лопасти и характеристик грунта и находится в пределах 0,2...0,6 м/мин.
Достоинства винтовых свай в их высокой несущей способности, возможности плавного погружения в грунт, восприятии отрицательных усилий.
Погружение свай подмывом грунта применяют в несвязных и малосвязных грунтах - песчаных и супесчаных. Целесообразно подмыв использовать для свай большого поперечного сечения и большой длины, но недопустимо для висячих свай. Способ заключается в том, что под действием воды, вытекающей под напором у острия сваи из одной или нескольких труб, закрепленных на свае, грунт разрыхляется и частично вымывается (рис. 6.10). При этом сопротивление грунта 192
у острия сваи снижается, а поднимающаяся вдоль сваи вода размывает прилегающий грунт, уменьшая тем самым трение по боковым поверхностям сваи. В результате свая погружается в грунт под действием собственной массы и массы установленного на ней молота.
Расположение трубок для подмыва грунта диаметром 38...62 мм может быть боковым, когда две или четыре трубки с наконечниками находятся по бокам сваи, и центральным, когда одно- или многоструйный наконечник размещен в центре пустотелой забиваемой сваи. При боковом подмыве, по сравнению с центральным подмывом, создаются более благоприятные условия для уменьшения сил трения по боковой поверхности свай. При боковом расположении подмывные трубки крепят таким образом, чтобы наконечники находились у свай на 30...40 см выше острия.
Для подмыва грунта воду в трубки подают под давлением не менее 0,5 МПа. При подмыве нарушается сцепление между частицами грунта под подошвой и частично по боковой поверхности свай, что может в последующем привести к снижению несущей способности сваи. Учитывая, что свая должна будет в дальнейшем воспринимать нагрузку, погружение с подмывом осуществляют только до заданного уровня, а затем с помощью сваебойной установки ее забивают до проектной глубины (на 0,5...2,0 м). При этом способе погружения производительность возрастает на 30...40% по сравнению с чистой забивкой, экономится горючее. После прекращения подачи воды и стабилизации уровня грунтовых вод, грунт уплотняется и плотно обжимает сваю.
Р и с. 6.10. Подмыв грунта для погружения свай:
о - погружение квадратных свай с подмывом грунта: / - молот; 2 - трос, поддерживающий подмывные трубки; 3 - напорный шланг; 4 - подмывные трубки; 5 - свая; б -расположение подмывных трубок; в - наконечник подмывной трубы
193
7 Э-804
Применение метода подмыва не допускается, если имеется угроза просадки близлежащих сооружений, а также в целом на просадочных грунтах.
Погружение свай с использованием электроосмоса применяют в водонасыщенных плотных глинистых грунтах, в моренных суглинках и глинах. Для практической реализации метода уже погруженную в грунт сваю присоединяют к положительному полюсу (аноду) электрической сети постоянного тока, а соседнюю с ней, подготовленную для погружения в грунт - к отрицательному полюсу (катоду). При включении тока вокруг сваи с положительным полюсом резко снижается влажность грунта, а у соседней с отрицательным полюсом она наоборот резко увеличивается. В более влажной среде свая быстрее погружается в грунт, что позволяет применять сваебойное оборудование меньшей мощности.
После окончания забивки и отсоединения свай от источника тока в грунте быстро восстанавливается былая стабилизация грунта и его влажностного состояния. Благодаря этому, только за счет уменьшения влажности вокруг забитой сваи ее несущая способность значительно возрастает.
Если железобетонные сваи при методе осмоса дополнительно оснастить металлическими полосами, которые будут занимать 20...25% боковой поверхности свай, и также, уже забитую сваю подсоединить к аноду, а погружаемую с металлическими полосами к катоду, то только это позволит на 20...30% сократить трудозатраты и продолжительность погружения по сравнению с чистым методом электроосмоса. По сравнению с забивкой свай, использование дополнительно особенностей электроосмоса позволяет на 25—40% ускорить процесс погружения свай в грунт.
Последовательность погружения свай. Порядок погружения свай зависит от их расположения в свайном поле и параметров сваепогружающего оборудования. Последовательность забивки свай определяется техкартой или проектом производства работ, она зависит от размеров свайного поля и свойств грунтов. Применимы три схемы - рядовая, когда последовательно забиваются все сваи в одном ряду; спиральная, при забивке свай от центра к сваям внешних рядов и секционная, когда все поле делят на отдельные секции по ширине здания, в которых забивка осуществляется по рядовой схеме (рис. 6.11).
Спиральная схема предусматривает погружение свай концентрическими кругами от центра к краям свайного поля, что позволяет получить минимальную протяженность пути сваепогружающей установки. 194
Р и с. 6.11. Схема рядовой системы по-гружения свай:
а - при прямолинейном расположении свай отдельными рядами; 6 - при расположении свай кустами; 1.15- последовательность забивки свай
п)
б)
Кроме этого при погружении свай вокруг нее грунт дополнительно уплотняется. При спиральной схеме вновь забиваемые сваи находятся всегда по внешнему контуру свайного поля, поэтому напряженность уже забитого поля оказывает минимальное воздействие.
При больших расстояниях между отдельными сваями последовательность погружения может определяться в основном технологическими соображениями, прежде всего используемым оборудованием. У некоторых копров башенного типа мачты опираются на выдвижные рамы, смещающиеся примерно на 1 м. Такими копрами можно забивать сразу сваи двух рядов с одной стоянки, что значительно снижает трассу движения копра и время на его передвижки. При сооружении подземной части жилых зданий нашли применение краны, оснащенные навесным копровым оборудованием, перемещающиеся по рельсовому пути вдоль бровки котлована здания.
При устройстве свайных фундаментов зданий большой протяженности рационально применять мостовую сваебойную установку (рис. 6.12), представляющую собой передвижной мост, по которому перемещается тележка с копром. Сваи длиной 8...12 м забивают дизель-моло-том. Достоинством мостовой сваебойной установки является возможность точной установки свай в месте забивки, предварительная раскладка свай в зоне работ значительно сокращает операции по подтаскиванию и закреплению сваи на копре, что значительно повышает производительность и качество работ.
При погружении свай основными факторами, определяющими выбор метода и сваепогружающего оборудования, являются физико-механические свойства грунта, объем свайных работ, вид свай, глубина их погружения, производительность применяемых сваебойных установок и свайных погружателей.
Объемы предстоящих работ измеряют числом свай, которые необходимо забить, или суммарной длиной погружаемой в грунт части 195
Р и с. 6.12. Схема погружения свай мостовой сваебойной установкой:
1 головка с блоками; 2 - дизель-молот; 3 — свая; 4 - копер; 5 - рельсы; б — передвижной мост, 7 - кран для подачи сван
свай. От этих объемов, специфики грунтовых условий и заданных сроков работ зависит выбор оборудования для погружения свай и количество сваепогружающих установок.
6.6. Технология устройства набивных свай
Набивные сваи устраивают на месте их будущего положения путем заполнения скважины (полости) бетонной смесью или песком. В настоящее время применяют большое количество вариантов решения таких свай. Их основные преимущества:
возможность изготовления любой длины;
отсутствие значительных динамических воздействий при устройстве свай;
применимость в стесненных условиях;
применимость при усилении существующих фундаментов.
Набивные сваи изготовляют бетонными, железобетонными и грунтовыми, причем имеется возможность устройства свай с уширенной пятой. Способ устройства свай прост — в предварительно пробуренные скважины подается для заполнения бетонная смесь или грунты, в основном песчаные.
196
Применяют следующие разновидности набивных свай - сваи А.Э. Страуса, буронабивные, пневмонабивные, вибротрамбованные, частотрамбо-ванные, вибронабивные, песчаные и грунтобетонные. Длина свай достигает 20...30 м при диаметре 50—150 см. Сваи, изготовляемые с применением установок фирм Като, Беното, Либхер могут иметь диаметр до 3,5 м, глубину до 60 м, несущую способность до 500 т.
I Буронабивные сваи. Характерной особенностью устройства буронабивных свай является предварительное бурение скважин до заданной глубины.
Самими первыми в нашей стране, на основе которых применяются все существующие разновидности буронабивных свай, являются сваи А.Э. Страуса, которые были предложены в 1899 г. Изготовление свай включает следующие операции:
пробуривание скважины;
опускание в скважину обсадной трубы;
извлечение из скважины осыпавшегося грунта;
заполнение скважины бетоном отдельными порциями;
трамбование бетона этими порциями;
постепенное извлечение обсадной трубы.
В пробуренную до проектной отметки (5... 12 м) скважину осторожно опускают трубу диаметром 25...40 см и далее загружают бетонной смесью. После заполнения скважины на глубину около 1 м бетонную смесь трамбуют и медленно поднимают вверх обсадную трубу до тех пор, пока высота смеси в трубе не уменьшится до 0,3—0,4 м. Снова загружается бетонная смесь и процесс повторяется. Учитывая, что диаметр скважины больше диаметра обсадной трубы и поверхность пробуренного грунта оказывается неровной, шероховатой, при наполнении бетонной смесью обсадной трубы, ее подъеме и уплотнении смеси, бетон заполнит весь свободный объем, включая и зазор между стенками скважины и обсадной трубой. Часть бетона и цементного молока проникнет в грунт, повысив его прочность.
Недостатки способа — невозможность контролировать плотность и монолитность бетона по всей высоте сваи, возможность размыва не-схватившейся бетонной смеси грунтовыми водами.
Армирование свай производят только в верхней части, где на глубину 1,5...2,0 м в свежеуложенный бетон устанавливают металлические стержни для их последующей связи с ростверком.
В зависимости от грунтовых условий буронабивные сваи устраивают одним из следующих способов - сухим способом (без крепления стенок скважин), с применением глинистого раствора (для предотвращения обрушения стенок скважины) и с креплением скважины обсадной трубой.
197
Сухой способ применим в устойчивых грунтах (просадочные и глинистые твердой полутвердой и тугопластичной консистенции), которые могут держать стенки скважины (рис. 6.13). Скважина необходимого диаметра разбуривается методом вращательного бурения в грунте на заданную глубину. После приемки скважины в установленном порядке при необходимости в ней монтируют арматурный каркас и бетонируют методом вертикально перемещающейся трубы.
Используемые в строительстве бетонолитные трубы, как правило, состоят из отдельных секций и имеют стыки, позволяющие быстро и надежно соединить трубы. Секции бетонолитных труб длиной 2,4...6 м в стыках скрепляют болтами или замковыми соединениями, у первой секции крепится приемный бункер, через который бетонная смесь подается в трубу. В скважину опускается бетонолитная труба до самого низа, в приемную воронку подается бетонная смесь из автобетоносмесителя или с помощью специального загрузочного бункера, на этой же
Р и с. 6.13. Технологическая схема устройства буронабивных свай сухим способом: а - бурение скважины; б - разбуривание уширенной полости; в - установка арматурного каркаса, & - установка бетонолитной трубы с вибробункером; д - бетонирование скважины методом верти-кально перемещаемой трубы (ВПТ); е - подъем бетонолитной трубы; 1 - буровая установка; 2 -привод; 3 - шнековый рабочий орган; 4 - скважина, 5 - расширитель; 6 - уширенная полость; 7 - арматурный каркас; 8 стреловой кран; 9 кондуктор-патрубок; 10 вибробункер; II - бетонолитная труба; 12 - бадья с бетонной смесью; 13 - уширенная пята сваи
198
воронке закреплены вибраторы, которые уплотняют укладываемую бетонную смесь. По мере укладки смеси бетонолитная труба извлекается из скважины. По окончании бетонирования скважины голову сваи формуют в специальном инвентарном кондукторе, в зимнее время дополнительно надежно защищают. Сухим способом по рассмотренной технологии изготовляют буронабивные сваи диаметром от 400 до 1200 мм, длина свай достигает 30 м.
Применение глинистого раствора. Устройство буронабивных свай в слабых водонасыщенных грунтах требует повышенных трудозатрат, что обусловлено необходимостью крепления стенок скважины для предохранения их от обрушения (рис. 6.14). В таких неустойчивых грунтах для предотвращения обрушения стенок скважин применяют насыщенный глинистый раствор бентонитовых глин плотностью 1,15—1,3 г/см3, который оказывает гидростатическое давление на стенки, хорошо временно скрепляет отдельные грунты, особенно обводненные и неустойчивые, при этом хорошо удерживает стенки скважин от обрушения. Этому же способствует образование на стенках скважины глинистой корки вследствие проникновения раствора в грунт.
Р и с. 6.14. Технологическая схема устройства буронабивных свай под глинистым раствором'
а - бурение скважины; б - устройство расширенной полости, в - установка арматурного каркаса;
’ - установка вибробункера с бетонолитной трубой; д - бетонирование скважины методом ВПТ; / скважина, 2 буровая установка; 3 - насос, 4 глиносмеситель, 5 приямок для глинистого раствора 6 расширитель, 7 - штанга, 8 - стреловой кран, 9 — арматурный каркас; 10 бетонолитная труба. // вибробункер
199
Скважины бурят вращательным способом. Глинистый раствор готовят на месте выполнения работ и по мере бурения подают в скважину по пустотелой буровой штанге под давлением. По мере бурения находящийся под гидростатическим давлением раствор от места забуривания, встречая сопротивление грунта, начинает подниматься вверх вдоль стенок скважины, вынося разрушенные бурами грунты, и выходя на поверхность, попадает в отстойник-зумпф, откуда снова насосом подается в скважину для дальнейшей циркуляции.
Глинистый раствор, находящийся в скважине под давлением, цементирует грунт стенок, тем самым препятствуя проникновению воды, что позволяет исключить применение обсадных труб. После завершения проходки скважины в нее при необходимости устанавливается арматурный каркас, бетонная смесь из вибробункера по бетонолитной трубе попадает на дно скважины, поднимаясь вверх, бетонная смесь вытесняет глинистый раствор. По мере заполнения скважины бетонной смесью производят подъем бетоновода.
В настоящее время проходит успешное испытание специальный полимерный концентрат на основе полиакриламида, который в процессе гидратации образует коллоидный буровой раствор, создающий защитную пленку на стенках скважины, что в сочетании с избыточным гидростатическим давлением предотвращает их осыпание. Бурение в сложных геологических условиях без применения обсадных труб показало целостность буронабивной сваи по всей глубине после закачивания в нее бетона и отсутствие каких-либо наплывов или впадин бетона на боковой поверхности сваи. Использование коллоидного раствора позволяет существенно увеличить производительность буровых работ, снизить их себестоимость и трудоемкость, резко сократить потребность в обсадных трубах без снижения качества работ.
Крепление скважин обсадными трубами. Устройство свай этим методом возможно в любых гидрогеологических условиях; обсадные трубы могут быть оставлены в скважине или извлечены из нее в процессе изготовления сваи (рис. 6.15). Обсадные трубы соединяют между собой при помощи замков специальной конструкции (если это инвентарные трубы) или на сварке. Пробуривают скважины вращательным или ударным способом. Погружение обсадных труб в грунт в процессе бурения скважины осуществляют гидродомкратами.
После зачистки забоя и установки арматурного каркаса скважину бетонируют методом вертикально перемещаемой трубы. По мере заполнения скважины бетонной смесью могут производить извлечение и инвентарной обсадной трубы. Специальная система домкратов, смонтированных на установке, сообщает трубе возвратно-поступательное движение, за счет чего бетонная смесь дополнительно уплотняет-200
Рис.6.15. Технологическая схема устройства буронабивных свай с применением обсадных труб:
а — установка кондуктора и забуривание скважины; б — погружение обсадной трубы; в — проходка скважины; г — наращивание следующего звена обсадной трубы; д — зачистка забоя скважины; е — установка арматурного каркаса; ж - заполнение скважины бетонной смесью и извлечение обсадной трубы; 1 — рабочий орган для бурения скважины; 2 — скважина; 3 - кондуктор; 4 - буровая установка; 5 — обсадная труба; б — арматурный каркас; 7 — бетонолитная труба; 8 — вибробункер
ся. По завершении бетонирования скважины осуществляют формирование головы сваи. Находят применение установки по изготовлению набивных свай с использованием обсадных труб с извлечением грунта из трубы виброгрейфером (рис. 6.16).
Буронабивные сваи с уширенной пятой. Диаметр таких свай 0,6...2,0 м, длина 14...50 м. Существуют три способа устройства уширений свай. Первый способ - распирание грунта усиленным трамбованием бетонной смеси в нижней части скважины, когда невозможно оценить качество работ, форму (какой стала пята уширения), насколько бетон перемешался с грунтом и какова его несущая способность.
При втором способе скважину пробуривают станком, имеющим на буровой колонке специальное устройство в виде раскрывающегося ножа, Для образования уширения скважины диаметром до 3 м (рис. 6.17). Нож раскрывается гидравлическим механизмом, управляемым с поверхности земли. При вращении штанги ножи срезают грунт, который попадает в бадью, расположенную над расширителем. За несколько операций срезания ножами грунта и извлечения его на поверхность в грунте образуется уширенная полость. В скважину подают глинистый раствор из бенто-
201
Рис. 6.16. Технологическая схема изготовления набивных свай с выемкой грунта под защитой обсадных труб:
а ~ погружение обсадной трубы виброустановкой; б — извлечение грунта из обсадной трубы виб-рогрейфсром; в — бетонирование сваи; г — извлечение обсадной трубы виброустановкой; 1 — обсадная труба; 2 — виброустановка; 3 — виброгрейфер; 4 — арматурный каркас; 5 — бадья с бетонной смесью
нитовых глин, который непрерывно циркулирует и обеспечивает устойчивость стенок скважины. При устройстве уширений разбуривание полости осуществляют одновременно с подачей в скважину свежего глинистого раствора до полной замены раствора, загрязненного грунтом. После завершения бурения скважины на проектную глубину буровую колонку с уширителем извлекают, в скважину устанавливают арматурный каркас. Бетонирование ведут методом вертикально перемещающейся трубы, когда одновременно в трубу подают бетонную смесь и поднимают ее. Бетонная смесь, соприкасаясь с вязким глинистым раствором, не снижает своей прочности, цементное вяжущее из смеси не вымывается. Бетонная смесь выжимает глинистый раствор вверх по трубе и через зазор между трубой и скважиной. Нижний конец бетонолитной трубы должен быть постоянно заглублен в бетонную смесь на глубину порядка 2 м; бетонирование осуществляют непрерывно, чтобы не возникали прослойки глинистого раствора в бетоне.
Взрывной способ устройства уширений (рис. 6.18). В пробуренную скважину устанавливают обсадную трубу. На дно скважины опускают заряд взрывчатого вещества расчетной массы и выводят провода от детонатора к взрывной машинке, находящейся на поверх-202
ности. Скважину заполняют бетонной смесью на 1,5...2,0 м, поднимают на 0,5 м обсадную трубу и производят взрыв. Энергия взрыва уплотняет грунт и создает сферическую полость, которая заполняется бетонной смесью из обсадной трубы. После этого порциями и с необходимым уплотнением заполняют обсадную трубу бетонной смесью доверху.
Буронабивная свая с башмаком. Особенность метода в том, что в пробуренную скважину опускают обсадную трубу, имеющую на конце свободно опертый чугунный башмак, оставляемый в грунте после погружения обсадной трубы на требуемую глубину. Порционно загружая бетонную смесь, регулярно ее уплотняя и постепенно извлекая трубу из скважины, получают готовую набивную бетон
Рис. 6.17. Разбуривание полости в грунте уширителем:
а — положение уширителя во время разбуривания скважины; б - то же, в процессе разбуривания полости; 1 — грунто-сборник; 2 - режущие ножи, 3 - скважина; 4 - штанга; 5 - уширенная полость
ную сваю.
Рис. 6.18. Технологическая схема устройства свай с камуфлетным уширением:
а - опускание заряда ВВ и заполнение скважины бетонной смесью; б - подъем бетоно-литной трубы и образование уширенной пяты взрывом; в — готовая набивная свая с камуфлетным уширением; 1 - заряд ВВ; 2 - провод к подрывной машине; 3 — обсадная труба, 4 - приемная воронка; 5 - бетонная смесь; 6 — бадья с бетонной смесью; 7 — уширенная пята; 8 - арматурный каркас
203
Трубобетонные сваи. Принципиальное отличие метода в том, что обсадная труба длиной до 40...50 м имеет в нижней части жестко закрепленный башмак. После достижения дна скважины труба остается там, не извлекается, а заполняется бетонной смесью.
Подводное бетонирование применяют для предохранения бетонной смеси от размыва при высоком уровне малоподвижных грунтовых вод. Бетонную смесь подают в обсадную трубу не по лотку, а под давлением по трубопроводу, погруженному до самого низа скважины. Благодаря давлению смесь выдавливается из трубы, заполняет снизу пространство скважины и начинает подниматься вверх, оттесняя наверх и находящуюся в скважине воду. В процессе заполнения бетонной смесью скважины необходимо следить, чтобы бетонолитная труба поднималась с одной скоростью с обсадной трубой, низ трубы постоянно был ниже верха уложенной бетонной смеси на 30...40 см. После полного заполнения скважины верхний слой бетонной смеси толщиной 10...20 см, находившийся в контакте с водой, срезают.
В обводненных грунтах может быть использовано напорное бетонирование набивных свай, которое заключается в непрерывном нагнетании бетонной смеси на всю высоту скважины под воздействием гидростатического давления, создаваемого бетононасосами. Напорное бетонирование исключает смешивание бетонной смеси с водой, глинистым раствором или шлаком (материалами разбуривания). Скорость нагнетания устанавливается исходя из условий непрерывности процесса бетонирования сваи и беспрепятственного извлечения обсадной трубы после заполнения скважины бетоном до начала схватывания. Подвижность нагнетаемых бетонных смесей должна быть в пределах 18...24 см.
Пневмотрамбованные сваи. Сваи применяют при устройстве фундаментов в насыщенных водой грунтах с большим коэффициентом фильтрации. В этом случае бетонную смесь укладывают в полость обсадной трубы при постоянном повышенном давлении воздуха (0,25...0,3 МПа), который подается от компрессора через ресивер, служащий для сглаживания колебаний давления. Бетонную смесь подают небольшими порциями через специальное устройство — шлюзовую камеру, действующую по принципу пневмонагнетательных установок, применяемых для транспортирования бетонной смеси. Шлюзовая камера закрывается специальными клапанами. Подача бетонной смеси в камеру осуществляется при закрытом нижнем клапане и открытом верхнем; при заполнении камеры смесью верхний клапан закрывается, нижний, наоборот, открывается, смесь выжимается в скважину.
Набивные сваи любого типа следует бетонировать без перерывов. При расположении свай одна от другой менее чем на 1,5 м их выполняют через одну, чтобы не повредить только что забетонированные. 204
Пропущенные скважины бетонируют при второй проходке бетонолитной установки, после набора ранее забетонированными сваями достаточной прочности и несущей способности. Такая последовательность работ предусматривает предохранение как готовых скважин, так и све-жезабетонированных свай от повреждения.
Буронабивные сваи обладают рядом недостатков, которые сдерживают их более широкое применение. К таким недостаткам можно отнести небольшую удельную несущую способность, высокую трудоемкость буровых работ, необходимость крепления скважин в неустойчивых грунтах, сложность бетонирования свай в водонасыщенных грунтах и трудность контроля качества выполненных работ.
Устройство свай в продавленных скважинах достаточно эффективно в сухих грунтах. При устройстве таких свай в грунте создается уплотненная зона, повышается прочность грунта и снижается его де-формативность. Устройство набивных свай в уплотненных скважинах производят методами продавливания без извлечения грунта на поверхность.
Данная технология работ базируется на образовании скважины путем многократного сбрасывания с высоты чугунного конуса, в результате чего пробивается скважина. Затем скважину порционно заполняют бетонной смесью, щебнем или песком и уплотняют до образования уширенной части в основании сваи. В верхней части при укладке бетонной смеси ее уплотняют вибрированием. Разработано много модификаций этого метода. Образование скважин и полостей в грунте без его выемки осуществляют: пробивкой сердечниками и обсадными трубами с помощью молотов, продавливанием вибропогружателями и вибромолотами, пробивкой снарядами и трамбовкой, пробивкой пневмопробойниками, расширением гидравлическими уплотнителями, продавливанием с помощью винтовых устройств.
Нашел применение метод выштамповывания с использованием станка ударно-канатного бурения (рис. 6.19). Сначала на глубину до ’/г длины будущей сваи пробуривают скважину-лидер, затем скважину пробивают ударным снарядом на требуемую глубину. Загружают в нижнюю часть скважины жесткую бетонную смесь столбом 1.5...2 м и Ударами трамбовки устраивают в основании сваи уширенную пяту. В (устье скважины устанавливают обсадную трубу, монтируют арматурный каркас и осуществляют бетонирование верхней части сваи.
Метод виброформирования свай характерен наличием виброформо-вателя. Его полый наконечник имеет лопасти в нижней части и соединяется через жесткую штангу с вибропогружателем. Под действием последнего наконечник погружается в грунт и образует скважину, которая по мере погружения наконечника заполняется бетонной смесью 205
Р и с. 6.19. Технологическая схема устройства буронабивных свай с выштампованной пятой:
а - бурение скважины; б установка в скважину обсадной трубы: в - засыпка в скважину жесткой бетонной смеси; г - втрамбовывание бетонной смеси в основание, d - извлечение обсадной трубы и установка арматурного каркаса; е - бетонирование ствола сваи с уплотнением глубинным вибратором; ж - устройство опалубки оголовка сваи; / - буровая машина; 2 - рабочий механизм с навесным оборудованием для устройства уширенной пяты; 3 ~ обсадная труба; 4 - лоток для загрузки жесткой бетонной смеси; 5 - трамбовка; 6 - стреловой кран; 7 - арматурный каркас; 8 -бадья с бетонной смесью; 9 воронка, ГО выштампованная уширенная пята, II - опалубка оголовка
из бункера, установленного над устьем скважины. После пробуривания скважины наконечник немного приподнимают, при этом его лопасти раскрываются, сквозь полость наконечника бетонная смесь попадает на дно скважины. Вместо самораскрывающихся створок может быть использован теряемый чугунный башмак.
Вытрамбованные сваи используют в сухих связанных грунтах. В пробуренную скважину с помощью вибропогружателя, закрепленного на экскаваторе, погружают до проектной отметки стальную обсадную трубу, имеющую на конце съемный железобетонный башмак. Полость трубы заполняют на 0,8...1,0 м бетонной смесью, уплотняют ее с помощью специальной трамбующей штанги, подвешенной к вибропогружателю (рис. 6.20). В результате башмак вместе с бетонной смесью вдавливается в грунт, при этом образуется уширенная пята. Обсадная труба заполняется бетонной смесью порциями с постоянным уплотнением. По мере заполнения скважины бетонной смесью осуществляется подъем обсадной трубы экскаватором при работающем вибропогружателе, который значительно снижает адгезию трубы с бетоном в процессе ее извлечения.
Частотрамбованные сваи устраивают путем забивки обсадной трубы в пробуренную скважину вместе с надетым на конце чугунным башмаком, который остается в грунте (рис. 6.21). Загружение бетон-206
Рис. 6.20. Технологическая схема устройства вытрамбованных свай:
а - образование скважины, б - укладка первой порции бетонной смеси; в - уплотнение бетонной смеси трамбующей штангой, жестко соединенной с вибропогружателем; г — укладка и уплотнение последующих слоев бетонной смеси; д — извлечение обсадной трубы и установка арматурного каркаса в голове сваи
ной смеси в обсадную трубу осуществляют порциями за 2...3 приема. Сечение сваи формируется и обсадная труба извлекается из скважины с помощью молота двойного действия, передающего усилия через обсадную трубу.
Обсадную трубу с чугунным башмаком под действием ударов молота погружают в грунт до проектной отметки. Погружаясь, труба раздвигает частицы грунта и уплотняет его. Когда труба достигает нижней точки в ее полость опускают арматурный каркас (при необходимости), далее через воронку из вибробадьи подают в полость обсадной трубы жесткую бетонную смесь с осадкой конуса 8... 10 см.
После заполнения обсадной трубы на высоту 1 м ее начинают поднимать, при этом башмак соскальзывает под действием давящей на него бетонной смеси, которая начинает заполнять скважину. Молот двойного действия, соединенный с обсадной трубой при этом производит частые парные удары, направленные попеременно вверх и вниз. От ударов, направленных вверх за 1 мин труба извлекается из грунта на 4...5 см, а от ударов, направленных вниз, труба осаживается на 2...3 см. Трамбование бетонной смеси, поступающей в скважину под действием собственной массы, осуществляется за счет ударов нижней кромки обсадной трубы и трения бетона о стенки трубы в результате вибрационного воздействия молота, в связи с чем вся бетонная смесь по-207
Р и с. 6.21. Технологическая схема устройства частотрамбованных свай:
а - погружение обсадной трубы; б - установка арматурного каркаса; в - подача бетонной смеси в полость трубы; г — извлечение обсадной трубы с одновременным уплотнением бетонной смеси;
1 — обсадная труба; 2 — копер; 3 — молот двойного действия; 4 — арматурный каркас; 5 — бадья с бетонной смесью; б - приемная воронка; 7 - чугунный башмак
стоянно находится в процессе вибрации и в итоге оказывается хорошо уплотненной. В результате уплотняется грунт в нижней части скважины, часть бетонной смеси впрессовывается в стенки скважины, повышая их прочность.
Такое трамбование бетона в обсадной трубе продолжают до полного извлечения трубы из грунта. При необходимости на извлекаемую обсадную трубу закрепляют наружные вибраторы, которые позволяют более качественно уплотнить верхние слои бетонной смеси. Частот-рамбованные сваи можно изготовлять армированными. Армирование осуществляется по расчету, но в большинстве случаев арматурный каркас применяют только в верхней части сваи для соединения с армированием монолитного ростверка. Если армирование предусмотрено на всю высоту сваи, то арматурный каркас опускают в обсадную трубу до начала бетонирования.
Песчаные набивные сваи — наиболее дешевый способ уплотнения слабых грунтов. Стальная обсадная труба с башмаком погружается в грунт с помощью вибропогружателя (рис. 6.22). Достигнув проектной отметки, она частично заполняется песком, при подъеме обсадной трубы за счет массы песка она отделяется от башмака, и с помощью вибропогружателя извлекается на поверхность, при этом грунт от вибросотрясений уплотняется. Дополнительное и эффективное уплотнение 208
Рис. 6.22. Схема устройства песчаных (грунтовых) набивных свай: а - погружение обсадной трубы; б - извлечение трубы; в - раскрывающийся наконечник; 1 - вибропогружатель; 2 - обсадная труба; 3 - шарнир; 4 - створка наконечника; 5 -кольцо
в)
может быть достигнуто проливом скважины водой. Применяют трубы диаметром 32...50 см; при извлечении в трубе всегда должен находиться слой песка высотой 1,0—1,25 м. Способ применим для скважин глубиной до 7 м.
Грунтобетонные сваи. Нашли применение грунтобетонные сваи, которые устраивают с помощью бурильных установок с пустотелой буровой штангой, имеющей на конце смесительный бур со специальными режущими и одновременно перемешивающими смесь лопастями. После пробуривания скважины в слабых песчаных грунтах до нужной отметки в пустотелую штангу под давлением из растворосмесительной установки подают водоцементную суспензию (раствор). Буровая штанга медленно при обратном вращении начинает подниматься вверх, грунт насыщается цементным раствором и дополнительно уплотняется буром. В результате получается цементно-песчаная свая, изготовленная на месте без выемки грунта.
Бурозавинчивающиеся сваи. Нередко котлованы под заглубленные сооружения приходится устраивать вблизи существующих зданий. Забивка свай и шпунта может привести к их деформациям из-за возникающих динамических воздействий. При устройстве буронабивных свай, где погружение обсадной трубы происходит с опережающей выборкой грунта из полости трубы, возможна Утечка грунтового массива из-под рядом стоящих фундаментов, что также может привести к деформациям существующих строений. Использование методов «стена в грунте» или применение глинистого раствора для погружения труб приводит к удорожанию Проекта.
209
-5
6
Рис. 6.23. Схема бурозавинчивающейся сваи:
1 - металлическая труба, 2 - сварка навивки с трубой; 3 - навивка из арматуры диаметром 10 16 мм с шагом 200.400 мм; 4 - крестообразный глухой или теряемый наконечник; 5 - крестовина, 6 - диск из металла
При этих методах происходит нарушение естественной подземной среды и ее равновесия, которое может привести к нежелательным результатам или к серьезному удорожанию строительства.
В случаях плотной застройки целесообразно применять метод бурозавинчивающихся свай. Сущность метода в том, что металлическая труба не забивается в грунт, а завинчивается (рис. 6.23). На трубу в заводских условиях навивается узкий шнек из арматуры диаметром 10... 16 мм с шагом 200...500 мм. В зависимости от грунтовых условий труба может быть оснащена заглушкой с рыхлителями, глухими или теряемыми, позво
ляющими при необходимости не допустить воду в тело трубы. При завинчивании трубы окружающий грунт частично уплотняется, около 15...25% его выдавливается наружу.
Если труба в нижней части глухая, то после завинчивания до проектной отметки в нее вставляется арматурный каркас и она заполняется бетонной смесью. Для труб с теряемым наконечником в нее вставляется арматурный каркас, труба заполняется бетоном, в процессе схватывания бетона труба вывинчивается, в грунте остается башмак, на который опирается железобетонная буронабивная свая. При особо плотных грунтах возможно предварительное пробуривание скважины на несколько меньшую глубину (до 1 м) и диаметр скважины должен быть меньше диаметра трубы. Диаметр завинчиваемых труб 300...500 мм, длина от 4 до 20 м. Важно, что технология позволяет выполнять работы вблизи существующих зданий при высоте в 5 этажей на расстоянии около 40 см, при большей высоте — около 70 см.
В последние годы получили широкое распространение фундаменты в виде мощных опор глубокого заложения с большой несущей способностью. сооружаемых с помощью специальных станков (рис. 6.24). Разработка грунта осуществляется с помощью грейферного ковша внутри опускаемой обсадной трубы. Во время разработки грунта нижний конец трубы должен быть ниже забоя скважины. Зачистка забоя производится грейферным ковшом. После установки в скважину арма-210
Р и с. 6.24. Технологическая схема устройства буронабивных свай диаметром 2...3,5 м: а - установка бурового станка; б — проходка скважины; в - зачистка забоя; г — установка арматурного каркаса; д - установка бетонолитной трубы; е — бетонирование сваи, I - буровая установка;
2 - обсадная труба; 3 - грейферный ковш; 4 - арматурный каркас, 5 - бетоиолитная труба
турного каркаса осуществляется бетонирование методом вертикально перемещаемой трубы; заглубление бетонолитной трубы в бетонную смесь должно быть не менее 1 м.
6.7. Технология устройства ростверков
Конструкцию ростверка и технологию его устройства принимают в зависимости от типа свай. Ростверки объединяют группу свай в одну конструкцию и распределяют на них нагрузки от сооружения. Они чаще всего представляют собой непрерывную ленту по всему контуру здания в плане, включая внутренние стены. При использовании железобетонных свай ростверки могут быть выполнены из монолитного и сборного железобетона (рис. 6.25). В зависимости от типа здания или сооружения ростверки разделяют на высокие и низкие. При забивных сваях, головы которых после забивки могут оказаться на разных отметках, перед устройством ростверка необходимо выполнить трудоемкие операции по выравниванию голов свай. Для этого необходимо под определенный уровень срубить (срезать) бетон свай, обрезать или заснуть их арматуру.
211
Рис. 6.25. Соединение сваи с ростверком:
а - свободное опирание; б - жесткое опирание; / - свая; 2 - ростверк; 3 - арматурная сетка; 4 песчаная подготовка, 5 - выпуск арматуры из сваи
Срезка свай. Деревянные сваи и шпунт срезают механическими или электрическими пилами, стальные сваи - автогеном или бензорезом, в железобетонных сваях бетон оголовков разрушают обычно с помощью пневматических отбойных молотков. Более эффективно для этих целей применять пуансоны - установки для срезания голов свай (рис. 6.26), состоящие из жесткой замкнутой станины, опускаемой и зажимаемой на свае, подвижной рамы, съемных зубьев и гидродомкрата с поршнем. В комплект установки входит несколько пар пуансонов для свай с различными размерами поперечного сечения. Максимальное рабочее усилие 200 т, рабочий ход от 10 до 50 см, производительность установки — обрезка голов 15...20 свай в час.
Сваи при погружении иногда отклоняются в плане, при многорядном или кустовом расположении свай эти отклонения не вызывают осложнений при устройстве ростверков. Если же имеется однорядное расположение свай и часть сечения отдельных свай выходит за границы будущего ростверка, то в этом случае необходимо устраивать монолитный ростверк и специальные выступы в ростверке для включения в него этих свай.
Р и с. 6 26. Схема установки для срезки голов свай:
1 - свая; 2 - зубья; 3 - рама установки; 4 - поршень; 5 - гидродомкрат; 6 - станина
212
При подготовке голов набивных свай к устройству сборных ростверков проверяют верхнюю поверхность по нивелиру и при необходи-I мости выравнивают опорную поверхность свай с помощью бетонной I смеси или цементного раствора. Сами же балки железобетонного ростверка устанавливают на выравнивающую подсыпку из песка или шла-I ка, начиная от угла здания, и выполняют монтажные работы строго по I захваткам. Элементы сборного ростверка соединяют со сборными ко-роткими сваями на сварке с омоноличиванием стыков.
6.8. Устройство набивных свай в вечномерзлых грунтах
Грунты, подвергающиеся воздействию отрицательных температур I можно подразделить на три категории. Сезоннопромерзающие грунты можно отнести к мерзлым грунтам, твердомерзлые и пластичномерз-I лые — к вечномерзлым.
(Забивка свай в сезоннопромерзающие грунты при глубине промерзания до 0,7 м при использовании мощных молотов и вибромолотов отличается от забивки в летних условиях только некоторым снижени-I ем производительности установок. При большей глубине промерзания и при менее мощных механизмах для забивки свай используют тот же арсенал мероприятий, что и для разработки грунта в зимних условиях.
Если имеется возможность, то предотвращают или уменьшают глу-бину промерзания мерзлых грунтов за счет заблаговременного утепле-ния мест забивки свай подручными материалами (опилками, соломой, ветками, листвой и т.п.). Допустимо разрушение мерзлого грунта в месте забивки механическими методами, нарезанием прорезей до глу-бины промерзания грунта с помощью буровых машин с последующим оттаскиванием блоков с места забивки. Применимо устройство в грунте лидирующих скважин бурильными машинами и виброударными установками, применяют и другие методы.
Для вечномерзлых грунтов имеются некоторые особенности погружения свай. Эти грунты в естественном состоянии и с ненарушенной структурой имеют высокую несущую способность. Поэтому при погружении свай в такие грунты необходимо максимально сохранить вечномерзлые грунты в естественном состоянии. На участках, где эта структура нарушена в результате забивки, следует восстановить первоначальные свойства данных грунтов. Это достигается вмерзанием свай Или смерзанием сваи по поверхности с грунтом, что приводит к тому, Что они начинают составлять одно целое, совместно приобретают высокую несущую способность.
213
Метод вмерзания широко применяется для твердомерзлых грунтов, у которых среднегодовая температура на глубине 5... 10 м составляет -0,6... 1,5°С. Погружают сваи в твердомерзлые грунты в основном двумя методами: в оттаявший грунт или в пробуренные скважины, диаметр которых превышает наибольший размер поперечного сечения сваи. При погружении сваи в оттаявший грунт первоначально нужно этот грунт оттаять (рис. 6.27), затем погрузить сваи в образовавшуюся в мерзлом грунте полость разжиженного грунта. Грунт оттаивают с помощью паровой иглы, перфорированной в нижнем сечении. Под действием пара при давлении 0,4...0,8 МПа, в зоне перфорированной части иглы происходит разжижение грунта до текучего состояния; в такой грунт и осуществляют погружение готовой сваи до проектной глубины.
В грунтах с небольшим количеством льда можно получить полость нужных размеров в короткое время (за 1...3 ч). В грунтах с большим насыщением льдом процесс получения полости растягивается на 6...8 ч. Скорость погружения иглы в грунт определяют с таким расчетом, чтобы диаметр растаявшей полости превышал наибольший размер сваи в поперечном сечении в 2...3 раза. После погружения сваи на проектную глубину в грунте начинает восстанавливаться состояние вечномерзлости, свая оказывается вмерзшей в грунт, заделанной в толщу вечномерзлого грунта, приобретает необходимую несущую способность.
Для оттаивания мерзлого грунта при погружении свай с использованием стержневых электронагревателей (рис. 6.28) район забивки
Р и с. 6.27. Схемы процесса погружения свай в мерзлый грунт методом оттаивания а - оттаивание грунта; б - погружение сваи, в - паровая игла; 1 - поддерживающие козлы; 2 -мерзлый грунт; 3 - разжиженный грунт; 4 - сваепогружающая установка; 5 - вибропогружатель;
б - свая; 7 - паропровод; 8 - головная заглушка; 9 - патрубок, 10 - острие иглы
214
Рис. 6.28. Схема последовательности погружения свай при отогреве грунта стержневыми электронагревателями.
I - участок с электронагревателями; 2 - то же, с отогретыми скважинами; 3 - то же, с погруженными сваями; 4 - кабель; 5 - провода
1
2
3
свай разбивают на три захватки. На первой захватке пробуривают скважины, на второй — скважины уже пробурены и осуществляется их утепление и отогрев, на третьей захватке производят погружение свай в скважины. Интервал между отогревом скважины и погружением в нее сваи не должен превышать одной смены.
Метод погружения сваи в пробуренные скважины (рис. 6.29) включает в себя ряд последовательно выполняемых операций:
бурение скважины до необходимой глубины;
заполнение скважины песчано-глинистым раствором на '/з—'/г высоты;
погружение сваи в этот раствор с частичным выжиманием его из устья скважины;
извлечение обсадной трубы.
В результате вмерзания раствора в естественный грунт, а сваи в этот раствор, свая приобретает необходимую несущую способность.
Рис. 6.29. Схема процесса погружения сваи в пробуренную скважину: о бурение скважины, б - заполнение скважины песчано-глиняным раствором; в - погружение сваи; г - извлечение обсадной трубы; / - буровая установка, 2 подсыпка; 3 - деятельный слой грунта, 4 - мерзлый грунт; 5 - обсадная труба; б - песчано-глинистый раствор; 7 - свая
215
В пластичномерзлые высокотемпературные грунты со среднегодовой температурой выше -1°С готовые сваи погружают забивным или бурозабивным методом. Методы погружения в оттаявший грунт или в пробуренные скважины, приемлемые для твердомерзлых грунтов, здесь не подходят из-за относительно высокой температуры грунтов и медленного процесса вмерзания в них свай.
Забивку свай выполняют в песчаные, супесчаные грунты, пылеватые суглинки и только в период сезонного оттаивания, так как зимой грунты деятельного слоя охлаждаются до -5...10°С и становятся твердомерзлыми.
Бурозабивным методом сваи погружают в два этапа. Первоначально пробуривают лидирующую скважину, диаметр которой принимают на 1 ..2 см меньше максимального размера сваи. Далее сваю погружают в эту скважину с помощью вибромолота или дизель-молота. В процессе забивки происходит некоторое деформирование грунта и благодаря тепловой энергии от работающего молота - выжимание и перераспределение грунта по периметру сваи. После окончания забивки свая быстро вмерзает в грунт. Применение лидирующих скважин позволяет повысить точность установки свай, обеспечить погружение ее на проектную глубину, исключить поломки свай от попадания под острие камней, валунов и др.
6.9. Особенности технологии свайных работ в условиях реконструкции
Специфика производства свайных работ. При реконструкции и техническом перевооружении предприятий нередко возникает необходимость усиления фундаментов или повышения их несущей способности В этих условиях применяют различные способы подведения дополнительных свай, метод «стена в грунте», модифицированный метод опускного колодца.
Подведение дополнительных свай. При данном способе обычно применяют буронабивные и вдавливаемые многосекционные сваи, погружаемые по углам фундамента и воспринимающие нагрузку через устраиваемую по его периметру железобетонную обойму — ростверк. Однако более эффективным решением является устройство свай из укрепленного грунта или набивных свай непосредственно под подошвой существующего фундамента с использованием «струйной технологии»-Эта технология устройства свай включает следующие основные процессы: 216
бурение до грунтового основания скважин диаметром 100... 150 мм через нижнюю ступень фундамента по его углам, а при необходимости и между углами;
опускание через пробуренное отверстие в фундаменте струйного монитора и последующая проходка скважины небольшого диаметра в грунте на проектную глубину посредством разрушения грунта высоконапорной струей от монитора;
расширение скважины до проектного сечения путем постепенного подъема монитора, через сопло которого поступает размывающая струя воды или укрепляющий грунт раствор, в результате чего образуется свая из укрепленного грунта.
Возможна установка в скважину арматурного каркаса, выходящего в существующий фундамент, последующее заполнение скважины бетонной смесью при недостаточной несущей способности грунтовых свай.
При подведении грунтовых свай под фундаменты по струйной технологии возможны три ее варианта: одно-, двух- и трехкомпонентная, отличающиеся числом составляющих, составом оборудования и несущей способностью получаемых грунтовых свай.
Однокомпонентная технология предусматривает размыв грунта одной или двумя противоположно направленными струями укрепляющего раствора. Раствор можно приготовить заранее (цементно-песчаный или цементно-глинистый), или получить необходимый состав путем раздельной подачи к соплам его составляющих. Смешение будет происходить непосредственно при выходе из сопла (жидкое стекло и отвердитель, цементно-песчаный раствор и химические добавки-ускорители твердения и др.). При однокомпонентной струйной технологии грунт размывается в радиусе 200...350 мм от сопла, диаметр столба грунтовой сваи составляет 0,5...0,7 м.
Двухкомпонентная струйная технология осуществляется одновременной подачей струи укрепляющего раствора и концентричной ей кольцевой струи воздуха. Размыв грунта растворно-воздушной струей происходит в радиусе 1,0... 1,5 м, а диаметр грунтовой сваи достигает 2...3 м. В трехкомпонентной технологии дополнительно в грунт подаются добавки, ускоряющие процесс формирования сваи.
При струйной технологии можно получать сваи различного сечения; винтовые, корневидные, с поперечными дисками-диафрагмами и др. За счет развитой боковой поверхности несущая способность свай выше в 1,5...1,8 раза, чем у свай круглого поперечного сечения.
Винтовые сваи устраивают путем подъема монитора, имеющего одно или несколько боковых сопл, расположенных одно над другим с одновременным разворотом вокруг его вертикальной оси. Число вин-217
товых лопастей на таких сваях соответствует числу сопл на мониторе, шаг винтовых лопастей определяется скоростью подъема монитора.
Вдавливание многосекционных свай. Многосекционные сваи обычно состоят из трех и более сборных коротких элементов-секций Эти секции последовательно стыкуют по мере вдавливания их в грунт домкратами или другими механизмами до положения, при котором обеспечивается проектная несущая способность. Домкрат устанавливают под подошву существующего фундамента, под специальную балку или инвентарное упорное устройство, анкеруемое за неподвижные конструкции и соседние здания. Для устройства многосекционных свай используют стальные трубы диаметром 245...400 мм с башмаком или заваренным нижним концом. Секции свай длиной около 1 м по мере вдавливания стыкуются сваркой. После вдавливания полость сваи заполняют бетонной смесью. Применяют железобетонные секции свай сечением 30 х 30 и длиной 60, 90 и 120 см со штыревым стыком секций.
Достоинства многосекционных свай в том, что вдавливание производится в режиме статического испытания свай, отсутствуют динамические воздействия при погружении свай, обеспечивается высокая надежность усиления конструкций и постоянный контроль несущей способности сваи в процессе погружения.
Модифицированный метод опускного колодца. Этот метод позволяет повысить несущую способность массива грунта под существующим фундаментом за счет заключения грунта в железобетонную оболочку, где грунт может воспринимать большие давления, так как находится в замкнутом объеме опускного колодца и подвергается трехосному напряженному состоянию. Модифицированный метод опускного колодца отличается от традиционного тем, что грунт разрабатывается снаружи, а не внутри опускного колодца. После выемки грунта до уровня нижней ступени фундамента устраивают оболочку колодца (сборную или монолитную), опускают ее с разработкой грунта по наружному контуру, и далее стенки оболочки наращивают. Работы выполняют последовательно до погружения оболочки на проектную отметку.
6.10. Приемка свайных работ. Контроль качества
Приемка свайных работ сопровождается освидетельствованием свайного основания, проверкой соответствия выполненных работ проекту, инструментальной проверкой правильности положения свай или шпунта, контрольными испытаниями свай. Отклонение положения 218
свай от проектного не должно превышать в ростверке ленточного типа одного диаметра сваи, в свайных полях двойных размеров сваи.
При осуществлении контроля качества в процессе и при окончании устройства свайных фундаментов руководствуются следующими критериями:
от качества выполнения свайных работ зависит несущая способность свайных фундаментов, что имеет важнейшее значение для всего здания или сооружения;
устройство свай относится к скрытым работам, требующим пооперационного контроля качества в процессе их устройства.
В общем случае контролируют:
соответствие поступающих на строительную площадку изделий и материалов проекту;
соблюдение утвержденной технологии погружения забивных или устройства набивных свай;
несущую способность свай;
соответствие положения свай в плане геодезической разбивке.
Основным контролируемым параметром является обеспечение несущей способности свай. Несущую способность погруженных свай определяют статическим и динамическим методами, а набивных - только статическим.
Определение несущей способности сваи. Для свай-стоек, опирающихся на прочный грунт, главным фактором является прочность материала сваи, так как их забивают в плотные грунты до проектной отметки. Для висячих свай их несущую способность определяют способами пробных нагрузок и динамическим (рис. 6.30).
Статическим методом несущую способность определяют после окончания работ по забивке всех свай. Для этого на сваю сверху воздействуют гидравлическими домкратами до момента смещения ее относительно окружающего грунта. При этом способе пробных нагрузок на сваю передают нагрузку, возрастающую ступенями в '/ю—'/в предельной расчетной нагрузки, измеряют осадки и строят график зависимости между ними. За предельно допустимую нагрузку принимают ступень, предшествующую нагрузке, в результате которой свая погрузилась в грунт на величину, более чем в 5 раз превышающую предыдущее погружение. Этот способ надежен, но весьма трудоемок и для оценки прочностных характеристик свайного поля требуется большой промежуток времени (4... 12 сут).
Динамический метод основан на косвенной оценке несущей способности забиваемой сваи по значению отказа, поэтому для погружаемых свай этот метод вполне заменяет статический.
219
Рис. 6.30. Определение несущей способности свай:
а схема испытаний свай статическими грузами; б - то же, гидравлическими домкратами; 1 - испытуемая свая; 2 - платформа для грузов, 3 - грузы (железобетон или металл); 4 - направляющие и удерживающие рычаги; 5 — опорные сваи; 6 — хомуты; 7 — поперечная балка; 8 - домкрат; в -кривая испытаний свай динамической нагрузкой; г - схема автоматического суммирующего отка зомера; д - замер отказа при помощи натянутой проволоки; 1 - свая; 2 - хомут; 3 - шарнир, 4 храповая линейка; 5 - направляющая, 6 - указатель упругого отказа; 7 - мерная линейка для измерения упругого отказа; 8 - хомут опоры; 9 - подкладка; 10 - опора; 11 - шарнир; 12 - указатель остаточного отказа; 13 - мерная линейка для измерения остаточного отказа; 14 - направляющая; 15 - колышки; 16 - натянутая проволока
Динамический способ основан на равенстве работы, совершаемой молотом при падении, и сваей на пути ее погружения. За основу принимают контрольный отказ, назначаемый проектной организацией. Отказы замеряют отказомерами, которые можно ставить на грунт или подвешивать на сваю с помощью хомута. Отказомер представляет собой мерную линейку, вдоль которой перемещаются указатели отказов. При погружении сваи в грунт один из указателей движется вниз и показывает на мерной линейке суммарное значение остаточного отказа. При наличии обратного движения сваи вверх за счет упругой реакции грунта второй указатель также перемещается вверх и показывает на мерной линейке суммарное значение упругого отказа. При отсутствии отказомеров величину отказа сваи при забивке за расчетный отрезок времени можно определить нивелиром, гидравлическим уровнем, натянутой над уровнем земли проволокой.
Учитывая, что в процессе забивки сваи грунт находится в напряженном состоянии, следует иметь в виду, что несущая способность сваи оказывается завышенной. Проверку несущей способности сваи производят после отдыха свай и стабилизации грунта, а именно: в су-220
песях - через 5...8 сут, в суглинках - через 15...25 сут и в глинистых грунтах - через 30...35 сут.
При контроле положения сваи в плане следят, чтобы не были превышены допустимые отклонения: - 0,2d для забивных свай при их однорядном расположении и 0,3d при расположении свай в два и три ряда в лентах или кустах свай (d - диаметр круглой или максимальный размер прямоугольной сваи). Приемка готовых свайных фундаментов оформляется актом с приложением следующих документов:
паспорта на сваи и сборный ростверк заводов-изготовителей;
паспорта на бетон набивных свай и монолитных ростверков;
приемка арматурных каркасов набивных свай и монолитных ростверков;
акты сдачи свайного поля и готового ростверка;
результаты динамических или статических испытаний свай.
ГЛАВА 7
ТЕХНОЛОГИЯ КАМЕННОЙ КЛАДКИ
7.1. Назначение каменных работ. Общие положения
Большое распространение в природе естественных каменных материалов и обилие сырья для изготовления искусственных материалов, а также такие важные свойС|ва, как прочность и долговечность, огнестойкость, способствуют широкому распространению каменных материалов в строительстве.
Назначение каменных работ - возведение фундаментов, несущих и ограждающих конструкций зданий, декоративная отделка.
Каменные конструкции состоят из отдельных камней, соединенных в одно целое раствором, при затвердевании которого образуется монолитный массив.
Недостатки каменной кладки - большая относительная масса конструкций, малая производительность труда, высокие материальные затраты, невозможность механизировать процесс кладки.
В зависимости от вида применяемых материалов каменную кладку подразделяют на кладку из искусственных и природных камней. В свою очередь для кладки из искусственных камней широко используют кирпич сплошной и пустотелый, сплошные и пустотелые прямоугольные камни (блоки).
Виды кладки в зависимости от применяемых камней:
кирпичная - из глиняного и силикатного сплошного и пустотелого кирпича;
кирпичная с облицовкой — из искусственных и естественных камней и блоков;
мелкоблочная — из природных (ракушечники, пористые туфы) или искусственных, бетонных и керамических камней, укладываемых вручную;
тесовая - из природных обработанных камней правильной формы, укладываемых вручную или краном;
222
бутовая — из природных камней неправильной формы; бутобетонная - из бута и бетонной смеси, обычно в опалубке.
7.1.1. Элементы каменной кладки
Кирпичи и камни правильной формы ограничены шестью гранями. Нижнюю и верхнюю называют постелями, две боковые большего размера - ложками, две боковые меньшего размера - тычками (рис. 7.1).
Постели - поверхности камней, воспринимающие и передающие усилия на нижележащие слои кладки.
Ложок — камень, уложенный длинной стороной вдоль стены.
Тычок — камень, уложенный короткой стороной вдоль стены.
Швы - пространство между камнями в продольном и поперечном направлениях, заполненное раствором.
Версты - наружные ряды кирпича при кладке. Существуют наружная и внутренняя верста, заполнение между верстами - забутка.
Ложковый ряд - способ укладки, когда наружная верста состоит из ложков.
Р и с. 7 I. Элементы кирпичной кладки:
° - кирпич; б - камень; в - кирпичная кладка; / - тычок; 2 — постель; J - ложок; 4 - наружная верста, 5 внутренняя верста, 6 - забутка; 7 - ложковый ряд; 8 тычковый ряд; 9 - горизонтальный шов (растворная постель); 10 - вертикальный продольный шов, // - вертикальный поперечный шов; 12 - наружная верста кладки
223
Рис. 7.2. Виды отделки швов кладки:
а - впустошовку; б - с заполнением шва (вподрезку); в — выпуклый шов; г - вогнутый шов
Тычковый ряд - наружная верста укладывается из тычков.
Существуют целый камень, половинка, трехчетвертка и четвертка.
Кладку называют впустпошовку, если наружные швы на глубину 1—1,5 см не заполняют раствором, что приводит к лучшей связи кладки и раствора при последующем оштукатуривании.
Кладку называют под расшивку, если наружная стена будет иметь естественный вид и швы кладки заполняют полностью, придавая им различную форму - выпуклую, вогнутую, треугольную, прямоугольную и др. (рис. 7.2).
Вподрезку называют кладку, если раствор заполняет швы заподлицо с наружной поверхности стены.
7.1.2. Материалы для каменной кладки
К искусственным каменным материалам относят кирпичи керамический и силикатный полнотелые и пустотелые, керамические и силикатные камни пустотелые и камни бетонные и гипсовые стеновые.
Полнотелый глиняный кирпич имеет размеры 250 х 120 х 65 мм и модульный (утолщенный) — 250 х 120 х 88 мм, масса кирпича 3,6...5 кг. Плотность 1,6—1,8 т/м3, марки кирпича 75, 100, 150, 200, 250 и 300, водопоглощение до 8%. Кирпич изготовляют пластическим прессованием с последующим обжигом. Основной недостаток - высокая теплопроводность.
Пустотелый, пористый и дырчатый кирпичи имеют при тех же размерах в плане высоту 65, 88, 103 и 138 мм (в 1,25, 1,5 и 2 раза большую высоту по сравнению с полнотелым кирпичом), меньшую плотность — 1,35—1,45 т/ м3. Марки кирпича — 75, 100 и 150. Применение этой разновидности кирпичей позволяет уменьшить массу стеновых изделий до 30%.
Силикатный кирпич применяют для стен с относительной влажностью не более 75%, марки кирпича - 75, 100 и 150. Кирпич изготовляют посредством автоклавной обработки.
224
Керамические и силикатные пустотелые камни имеют размеры: •обычные - 250 х 120 х 138 мм, укрупненные - 250 х 250 х 138 мм и модульные - 288 х 138 х 138 мм. Толщина камня соответствует двум кирпичам, уложенным на постель, с учетом толщины шва между ними. Поверхность камней бывает гладкой и рифленой.
Камни бетонные и гипсовые стеновые выпускают сплошными и пустотелыми. Их изготовляют из тяжелых, облегченных и легких бетонов и гипсобетона с размерами 400 х 200 х 200 мм 400 х 200 х 90 мм и массой до 35 кг.
Пустотелые и силикатные кирпичи нельзя применять для кладки стен ниже гидроизоляционного слоя, для кладки цоколей, стен мокрых помещений.
7.1.3. Растворы для каменной кладки
Растворы, применяемые для устройства каменных конструкций, называют кладочными. Растворы связывают отдельные камни в единый монолит, с их помощью выравнивают постели камней, в результате чего обеспечивается равномерная передача действующего усилия от одного камня другому; раствор заполняет промежутки между камнями и препятствует проникновению в кладку воздуха и воды. Таким образом, растворы обеспечивают равномерную передачу усилий, предохраняют кладку от продувания, проникновения воды, повышают морозостойкость зданий.
Классификация растворов по виду заполнителей:
тяжелые или холодные - растворы на кварцевом или естественном песке из плотных горных пород с плотностью более 1500 кг/м3;
легкие или теплые - растворы на шлаковом, пемзовом или туфовом песке, золе ТЭЦ, доменных гранулированных или топливных шлаках с плотностью менее 1500 кг/м3.
Размер зерен песка для всех видов раствора не должен превышать 2,5 мм, подвижность раствора для каменной кладки - 9... 13 см. Широко используют пластифицирующие добавки; органические - сульфитный щелок и мылонафт и неорганические - известь и глина.
Классификация растворов по типу вяжущего:
цементные растворы — применяют для конструкций ниже поверхности земли, в сильно загруженных столбах, простенках, в армированной кладке. Состав от 1: 2,5 до 1: 6, марки раствора от 100 до 300. Минимальный расход цемента на 1 м3 песка - для подземной части зданий не менее 75 кг, для надземной части - 125 кг. Портландцемент *1 шлакопортландцемент применяют только в растворах высоких марок 8 э-804 225
для ответственных конструкций, в армированной кладке, в кладке подземных конструкций, в грунтах, насыщенных водой, или при зимних кладках, выполняемых методом замораживания;
известковые растворы используют в сухих местах и при небольшой нагрузке. Они обладают большой подвижностью, пластичностью, обеспечивают наибольшую производительность труда. Применяют составы от 1: 4 до 1: 8 и марки 4, 10 и 25;
смешанные или сложные растворы - цементно-известковые и цементно-глиняные состава от 1: 0,1: 3 до 1: 2: 15, марки растворов 10, 25, 50, 75 и 100. Такие растворы применяют для кладки большинства строительных конструкций. Второе вяжущее отодвигает начало схватывания, улучшает удобоукладываемость и пластичность, но значительно снижает прочность раствора. В объемной дозировке смешанных растворов первая цифра обозначает расход цемента, вторая - известкового или глиняного теста, третья — песка.
Скорость нарастания прочности раствора зависит от свойств вяжущих и условий твердения. При температуре 15°С прочность простого раствора будет нарастать следующим образом: через 3 сут - 25% марочной прочности, через 7 сут - 50%, через 14 сут - 75% и через 28 сут - 100%. С повышением температуры твердеющего раствора его прочность нарастает быстрее, при понижении - медленнее.
Удобоукладываемость приготовленного раствора зависит от степени его подвижности и водоудерживающей способности, предохраняющей раствор от расслоения - быстрого отделения воды и оседания песка. Степень подвижности растворов определяют в зависимости от погружения в него стандартного конуса массой 0,3 кг.
Растворы для каменной кладки должны быть не только прочными, но и пластичными, т. е. они должны позволять укладывать их в кладке тонким однородным слоем. Такой удобоукладываемый раствор хорошо заполняет все неровности основания и равномерно сцепляется со всей его поверхностью. Кроме этого такой удобный в работе раствор способствует повышению производительности труда каменщиков и улучшению качества кладки.
Водоудерживающая способность раствора, препятствующая отделению воды и оседанию осадка, особенно важна при укладке раствора на пористые основания и для предохранения раствора от расслаивания при его транспортировании на большие расстояния, при подаче к месту работ по трубопроводам. Обычно водоудерживающую способность раствора повышают путем введения поверхностно-активных органических добавок или тонкодисперсных минеральных веществ (извести, глины). 226
7.1.4. Правила разрезки каменной кладки
Каменная кладка, выполняемая из отдельных кирпичей, соединяемых раствором в единое целое, должна представлять собой монолит, в котором уложенные камни не смещались бы под влиянием действующих на кладку нагрузок. Действующим на кладку силам противостоит в основном камень (раствор значительно менее прочен). Поэтому необходимо, чтобы камень воспринимал только сжимающие усилия и в основном - постелью. Чтобы смещение камней не происходило, их укладывают с соблюдением определенных условий, называемых правилами разрезки каменной кладки (рис. 7.3).
Правило первое. Кладку выполняют плоскими рядами, перпендикулярными действующей силе, т. е. правило устанавливает максимально допустимый угол наклона силы, действующей на горизонтальный ряд кладки. Допустимое отклонение усилия по вертикали не более 15... 17°, оно зависит от силы трения камня по поверхности раствора.
Правило второе. Продольные и поперечные вертикальные швы в кладке не должны быть сквозными по высоте конструкции, кладка окажется расчлененной на отдельные столбики. Правило регламентирует расположение вертикальных плоскостей разрезки кладки относительно постели. По отношению к лицевой поверхности стены швы должны быть перпендикулярны или параллельны ей. Невыполнение этого правила может привести к расклиниванию рядов кладки.
Правило третье. Плоскости вертикальной разрезки кладки соседних рядов должны быть сдвинуты, т. е под каждым вертикальным швом данного ряда кладки должны быть расположены камни, а не швы. Правило определяет взаимное расположение вертикальных продольных и поперечных швов в смежных рядах кладки. Камни вышележащего ряда необходимо укладывать на нижележащий ряд так, чтобы они перекрывали вертикальные швы между камнями в продольном и поперечном направлениях, кладку следует вести с перевязкой швов
Рис. 7.3. Правила разрезки каменной кладки:
° - воздействие на кладку наклонной силы; б - правильное, взаимно-перпендикулярное расположение вертикальных плоскостей разрезки кладки: в - то же, неправильное, г — кладка с правильной перевязкой вертикальных швов
227
в смежных рядах. Такая перевязка швов устраняет опасность расслоения кладки на отдельные столбики, которые, работая самостоятельно, не в состоянии воспринимать усилия, которым может противостоять монолитная кладка.
При использовании в кладках прочных цементно-песчаных растворов возможны некоторые отклонения от этих правил. Допускается не перевязывать вертикальные продольные швы в пяти смежных рядах или вертикальные поперечные швы в трех смежных рядах кладки.
7.2. Системы перевязки и типы кладки
7.2.1. Системы перевязки швов
Раскладку кирпичей и камней в слоях кладки и чередование слоев производят в определенной последовательности, которую называют системой перевязки швов кладки. Слои кладки из камней правильной формы называют рядами кладки.
Горизонтальные швы имеют среднюю толщину 12 мм для кирпича и 15 мм для природных камней, а вертикальные швы должны иметь толщину 10 мм для кирпича и 15 мм для природных'камней. Допускаемая толщина отдельных швов от 8 до 15 мм.
Толщину стен и столбов принимают кратными половине или целому кирпичу или камню, исключение составляют армированные перегородки в ‘/4 кирпича. В большинстве случаев кирпич в кладке укладывают плашмя, т. е. на постель, в отдельных случаях, например при кладке карнизов, кирпич укладывают на ребро - боковую ложковую грань.
Толщину сплошной кирпичной кладки назначают кратной 0,5 кирпича, поэтому стены могут иметь следующую толщину: полкирпича -12 см; кирпич - 25 см; полтора кирпича - 38 см; два кирпича - 51 см; два с половиной - 64 см; три кирпича - 77 см.
Высота рядов кладки складывается из высоты кирпича или камней и толщины горизонтальных швов раствора. При средней толщине слоя раствора 12 мм и кирпича 65 мм высота ряда кладки составит 77 мм, при толщине утолщенного кирпича 88 мм - соответственно 100 мм. Таким образом, при кирпиче толщиной 65 мм на 1 м кладки по высоте размещается 13 рядов, при кирпиче толщиной 88 мм - 10 рядов.
Прямоугольность формы и изготовление камней и кирпичей в соответствии со стандартами позволили установить определенный порядок и взаимосвязь их расположения в конструкциях, обеспечивающих 228
целостность и монолитность кладки. Достигают этого за счет укладки камней по так называемым системам перевязки кладки.
Все разработанные и применяемые на практике системы перевязки соответствуют правилам разрезки кладки. Для каменной кладки различают перевязку вертикальных, продольных и поперечных швов. Перевязка продольных швов необходима для того, чтобы кладка не расслаивалась вдоль стены на более тонкие составляющие и чтобы возникающие от приложенной нагрузки напряжения в кладке распределялись равномерно по всей ширине стены. Перевязка поперечных швов необходима для продольной связи между отдельными кирпичами, обеспечивающей перераспределение нагрузки на соседние участки кладки и сохранение монолитности стены при возможных неравномерных осадках, температурных деформациях и т. п. Перевязку поперечных швов выполняют ложковыми и тычковыми рядами, а продольных - только тычковыми. Основные применяемые системы перевязки: однорядная, многорядная и четырехрядная.
Цепная однорядная кладка применима при кладке стен из всех видов кирпича и камней. Кладку выполняют чередованием через один тычковых и ложковых рядов, при этом каждый вертикальный шов между кирпичами или камнями нижерасположенного ряда перекрывают кирпичами или камнями следующего ряда (рис. 7.4, а). Вертикальные поперечные швы при такой системе перевязки перекрывают на % кир-лича за счет применения кирпичей четверток и трехчетверток и осу-цествляя перевязку для продольных швов в полкирпича.
Многорядная шестирядная кладка, в которой поперечные верти-сальные швы перекрывают в каждом ряду, а продольные вертикальные - только через 5 горизонтальных рядов, т. е. система перевязки предусматривает чередование в наружных верстах шести рядов кирпи-
Р и с. 7.4. Системы перевязки швов при кладке стен толщиной в два кирпича: о - однорядная (цепная), б - многорядная; 1 - тычковые ряды; 2... 6 - ложковые ряды; 7 - забутка
229
ча - одного тычкового и пяти ложковых (рис. 7.4, б). При такой кладке поперечные швы в смежных ложковых рядах сдвинуты на ’/г кирпича, а продольные перекрывают лишь кирпичом 6-го ряда. Особенность кладки в том, что пять рядов подряд укладывают одними ложками вдоль стены, в этом значительное преимущество кладки по отношению к однорядной, так как укладка кирпичей в забутку значительно проще, чем верстовых камней.
Прочность у многорядной кладки меньше на 2... 5%, чем у однорядной, но она имеет ряд преимуществ:
проще и быстрее выполнение работ;
для работы не требуются кирпичи-трехчетвертки;
в наружные версты укладывают в 1,3 раза меньше целого кирпича;
объем забутки у однорядной кладки 25%, а у многорядной -42%;
используют любой бой кирпича для забутки.
Как недостаток системы перевязки можно отметить значительное усложнение выполнения кладки в зимних условиях при отрицательных температурах. Это обусловлено тем, что замерзание раствора в продольных вертикальных швах может вызвать выпучивание наружных или внутренних верст кладки толщиной в V2 кирпича, которые не имеют поперечной перевязки на высоту пяти рядов.
Четырехрядную кладку применяют для кладки столбов и узких простенков длиной до 1 м. Допускается совпадение поперечных вертикальных швов в трех смежных рядах кладки. Столбы и простенки следует выкладывать только из целого отборного кирпича.
Кладку из кирпича начинают и заканчивают тычковыми рядами. Их располагают в местах опирания балок, прогонов, ферм, плит перекрытий и покрытий, в выступающих рядах кладки - карнизах, поясках, независимо от последовательности кладки рядов принятой системы перевязки. Тычковыми рядами также связывают верстовые ряды с забуткой, поэтому они всегда должны выполняться из целого кирпича.
7.2.2. Типы кладки
Кладку стен с облицовкой применяют для придания фасадам лучшего внешнего вида и повышения сопротивляемости наружных поверхностей стен атмосферным воздействиям. Используют лицевой кирпич, плиты керамические и из естественного камня с обязательной перевязкой всей кладки по талу однорядной или многорядной кладки (рис. 7.5).
230
Рис. 7.5. Облицовка стен из кирпича и керамических камней:
а — при многорядной перевязке; б - то же, при однорядной; в — стена из керамических камней с облицовкой из кирпича; г - то же, с облицовкой керамическими камнями; д - кладка без перевязки вертикальных швов наружной версты, е - то же, с перевязкой вертикальных швов в пределах трех рядов кладки
Кладку стен с облицовкой кирпичами и камнями правильной формы применяют для оформления фасадов уникальных зданий и объектов массового строительства, для внутренних стен вестибюлей, лестничных клеток, подземных переходов, для замены трудоемкой штукатурки. Облицовку ведут одновременно с кладкой стен или со сдвигом по времени специальным лицевым кирпичом и керамическими камнями различной обработки и расцветки. Наиболее часто применяют следующие размеры камней и кирпичей: обычного лицевого кирпича -250 х 120 х 65 или 88 мм, камней - 250 х 120 х 140 мм, трехчетверток -188 х 120 х 140 мм.
Облицовку стен кирпичом и керамическими камнями одновременно с кирпичной кладкой выполняют путем укладки ее ложковыми рядами и перевязкой с основной кладкой путем укладки тычковых рядов с заделкой кирпичей на */2 длины в монолит основной кладки. Допускают связывание облицовочной кладки с основной с помощью штырей из нержавеющей стали. Применяют различные варианты перевязки облицовочного слоя с кладкой массива стены, но они должны быть обязательно увязаны, и составлять единое целое с основной кладкой, выполняемой по одно- или многорядной системе перевязки.
При однорядной системе перевязки облицовку фасадной плоскости Производят чередованием ложкового и тычкового рядов. Лицевой кир-231
пич значительно дороже обыкновенного, по этой причине способ оказывается наименее экономичным, так как половина рядов из лицевого кирпича выполняют тычковыми.
При возведении стен по многорядной системе перевязки с фасадной стороны пять ложковых рядов перекрывают одним тычковым. Дорогой лицевой кирпич используют более рационально.
Облицовку стен из керамических камней выполняют заведением в массив двух тычковых рядов через пять ложковых, а при использовании облицовочных камней - тычковый ряд чередуют тремя ложковыми. Для придания облицовочному слою большей архитектурной выразительности перевязку швов допускается выполнять с отступлениями от общих требований: вертикальные поперечные швы можно не перевязывать по всей высоте здания или в пределах 3...5 рядов кладки.
Кладку стен облегченной конструкции используют для уменьшения расхода кирпичей и общего снижения собственной массы кладки. Кладка состоит из двух параллельных ложковых стенок с перевязкой тычками через 3...5 рядов, иногда и более. Образовавшуюся полость заполняют теплоизоляционной засыпкой, легким бетоном, блоками или плитами утеплителей. Для большей жесткости конструкции при стенах в два и менее кирпичей тычковые ряды устраивают в разных уровнях в шахматном порядке. Применение облегченных кладок позволяет снизить расход кирпича на 30...40%, значительно сократить трудоемкость и стоимость работ.
Армированная каменная кладка - специфика ее в том, что для повышения прочности в швы укладывают арматурные сетки или отдельные стержни (рис. 7.6). Для поперечного армирования применяют прямоугольные проволочные сетки или сетки «зигзаг». Расстояние между стержнями сетки при их диаметрах 3...8 мм должно быть в пределах 30... 120 мм. Сетки «зигзаг» целесообразно располагать в двух смежных рядах так, чтобы расположение прутков в них было взаимно перпендикулярным. Сетки по вертикали укладывают по проекту, но не реже чем через 5 рядов кладки. Обычно прямоугольные сетки имеют диаметр стержней до 5 мм, «зигзаг» - от 5 до 8 мм. Для обеспечения защитного слоя раствора необходимо, чтобы толщина швов кладки превышала диаметр проволоки не менее чем на 4 мм.
Для продольного армирования диаметр сжатой арматуры должен быть не менее 3 мм, а растянутой - 8 мм. Армирование осуществляют стержнями или сетками, размещенными как в самой кладке, так и рядом с ней с наружной стороны, крепление с кладкой во втором случае осуществляют хомутами, заделанными в кладку. Для предохранения армирования от коррозии в сухих условиях эксплуатации марка раствора должна быть не менее 25, во влажных условиях - не менее 50. 232
б)
Рис. 7.6. Армирование кирпичных столбов и простенков:
а - прямоугольными сетками; б - зигзагообразными сетками; 1 - выступающие концы прутков сеток
Кладка из керамических, бетонных и природных камней правильной формы. Из керамических камней с поперечными щелевыми пустотами стены, простенки и столбы выкладывают по однорядной системе перевязки. Камни укладывают пустотами вверх на растворах с подвижностью, исключающей затекание раствора в пустоты камней. Толщина вертикальных и горизонтальных швов должна соответствовать швам каменной кладки. При кладке из бетонных и природных камней применяют многорядную систему перевязки, но с укладкой поперечных тычковых рядов не реже, чем в каждом третьем ряду.
В связи с новыми требованиями по теплозащите зданий в конструкции наружных кирпичных стен должны быть внесены значительные конструктивные изменения: увеличена их толщина до 4...5 кирпичей при использовании только кирпича или для уменьшения толщины в кладку должен быть введен дополнительный, теплоизоляционный слой.
В этой связи наружные стены выполняют в виде трех основных конструктивных схем: массив, массив с утеплителем внутри или на поверхностях стены (рис. 7.7). Массив - наиболее распространенная 233
Рис.7.7. Конструктивные схемы наружных кирпичных стен: 1 — кирпичная кладка; 2 — утеплитель; 3 — штукатурка; 4 — гипсокартон
форма, но по последним нормативным требованиям для обеспечения требуемой теплозащиты толщина стены для климатического пояса Москвы должна быть более 100 см. Это приводит к значительному увеличению расхода кирпича и возрастанию массы стены. Сейчас широко внедряют вторую и третью схемы. При укладке утеплителя в теле стены первоначально ведут кладку основной части стены на высоту яруса (в 1,5—2 кирпича). В процессе работ в швы через два ряда кирпичей с шагом 50 см укладывают штыри из нержавеющей стали диаметром 5...8 мм. Выступающий за кладку конец должен на 3...5 см превышать толщину утеплителя. После выполнения кладки на высоту яруса на стержни нанизывают плиточный утеплитель (пенополистирол, роквул), далее на высоту яруса с учетом выступающих стержней выкладывают внутреннюю часть кладки (0,5—1 кирпич).
Третья схема предусматривает установку утеплителя с наружной или внутренней сторон кладки. Снаружи, как элемент отделки фасада (технологии «Алсеко» и «Тексколор») устанавливают плитный утеплитель, сверху закрепляют отделочную сетку, по ней устраивают защитный слой и окрашивают. Утеплитель может оказаться внутри конструкции стены при оштукатуривании по кирпичу наружной версты кладки или отделке фасада декоративными панелями, витражами, искусственным или естественным камнем. При установке внутри помещения утеплитель облицовывают гипсокартонными панелями по металлическому каркасу или, что реже, оштукатуривают по сетке, далее поверхность грунтуют и окрашивают.
7.2.3. Бутовая и бутобетонная кладка
Естественные каменные материалы подразделяют на камень бутовый и блоки из природного камня.
Бутовой называют кладку из природных камней (кусков камней) неправильной формы максимальным размером не более 500 мм, свЯ' 234
занных между собой строительным раствором. Для кладки применяют камни массой не более 50 кг разной конфигурации и размеров, а именно, рваный камень неправильной формы, постпелистый, у которого две примерно параллельные плоскости, и булыжник, имеющий округлую форму.
Блоки из природного камня вырезают или выпиливают из известняка, ракушечника, туфа, песчаника и т. д. Блоки применяют для наружных и внутренних стен, а также для фундаментов и стен подвалов. В настоящее время в строительстве в основном используют искусственный камень, природный применяют в случае экономической целесообразности - при строительстве в районе его массового залегания, при невозможности доставки других материалов и т. д.
Из бута возводят фундаменты, стены подвалов, подпорные стены и другие конструкции, а в районах с большими запасами постелистого камня - стены малоэтажных зданий. Бутовую кладку желательно вести с перевязкой швов, чередуя тычковые и ложковые камни. В местах примыканий и пересечениях нужно укладывать более крупные камни постелистой формы.
Первый ряд бутовой кладки выкладывают из постелистых камней насухо, тщательно заполняют пустоты щебнем, утрамбовывают и заливают жидким раствором. Последующие ряды кладки выполняют одним из двух способов - «под залив» или «под лопатку» (рис. 7.8, а).
Кладка «под залив» - каждый ряд камней высотой 15...20 см выкладывают насухо в распор со стенками траншеи или опалубки, пустоты заполняют щебнем и заливают жидким раствором подвижности 13... 15 см. Раствор не заполняет все отверстия, кладка получается с пустотами, что снижает ее прочность. Камни укладывают без строгой перевязки швов и устройства верстовых рядов; это менее трудоемко и не требует высокой квалификации каменщиков. Поэтому на таких фундаментах и при такой системе кладки разрешают возводить здания высотой не более двух этажей.
Рис. 7.8. Кладка из природных камней неправильной формы:
° ~ бутовая кладка, б - бутобетонная кладка, I - верстовые камни; 2 - раствор; 3 — постелистые камни; 4 - бетонная смесь
I
235
Кладку «под лопатку» выполняют горизонтальными рядами из подобранных по высоте камней с перевязкой швов по однорядной системе перевязки. Начинают кладку с укладки наружной и внутренней верст на растворе с высотой ряда до 30 см. В промежутки между верстами набрасывают раствор подвижностью 4...Б см и укладывают камни забутки. Образовавшиеся промежутки между камнями расщебенивают. Кладка получается достаточно прочной, способом «под лопатку» выкладывают фундаменты, стены и столбы.
Для придания кладке большей прочности ее можно вести с облицовкой наружной стороны кирпичом по многорядной системе с перевязкой через 4...6 рядов.
Камень и раствор всегда располагают вне траншеи, часто каменщик находится в самой траншее, а подсобник, находясь на бровке, подает в зону работ необходимые материалы.
Бутобетонная кладка отличается тем, что камни утапливают в уложенную бетонную смесь горизонтальными рядами с последующим вибрированием (рис. 7.8, б). Кладку ведут в распор со стенками траншеи или опалубкой. Бетонную смесь укладывают слоями по 20 см, камни утапливают на половину их высоты с зазорами между ними в 4...б см. Максимальный размер камней не должен превышать Л/3 толщины возводимой конструкции. Кладку вибрируют при подвижности бетонной смеси 5...7 см или уплотняют трамбовками при подвижности смеси в пределах 8... 12 см. Эта кладка прочна, менее трудоемка, чем бутовая, но она требует большего расхода древесины для устройства опалубки и очень значительного расхода цемента, так как объем камня от общего объема кладки составляет немного более 50%.
7.3. Организация рабочего места и обеспечение материалами каменщика
7.3.1. Рабочее место каменщика
Рабочее место каменщика или звена включает участок возводимой стены, пространство, где размещаются рабочие, необходимые материалы, инструмент и приспособления. Рабочее место может находиться на земле, на междуэтажных перекрытиях, на рабочих подмостях и на лесах.
При выполнении каменной кладки производительность труда каменщиков зависит от организации рабочего места (рис. 7.9), исключающей не относящиеся к процессу движения рабочих, и обеспечи-236 •
Р и с. 7-9. Организация рабочих мест при каменной кладке:
а - глухих стен; б - стен с проемами; в — столба; г — угла; 1 - участок возводимой стены; 2 — подмости; 3 - ящик с раствором; 4 - поддон с кирпичом; 5 - проем в стене; 6 — простенок; 7 -возводимый столб; 8 - местоположение каменщика на подмостях; 9 - ограждение подмостей
вающей минимальные расстояния перемещения кирпича и раствора от места складирования к месту укладки.
Рабочее место должно находиться в зоне действия монтажного крана. Практика подсказала, что общая ширина рабочего места должна быть 2,5...2,6 м, в том числе:
рабочая зона - шириной 0,6...0,7 м между стеной и материалами;
зона складирования материалов - полоса шириной м для
размещения поддонов с кирпичом и ящиков с раствором;
транспортная зона при подаче материалов краном - 0,6...0,75 м, может доходить до 1,25 м для передвижения рабочих, занятых доставкой и размещением материалов в пределах рабочей зоны.
Поддоны с кирпичом и ящики для раствора устанавливают длинной стороной перпендикулярно к оси возводимой стены, что сокращает затраты труда при наборе материалов. Число поддонов с кирпичом и ящиков с раствором и чередование их зависит от толщины возводимой стены, наличия проемов на данном участке кладки, сложности архитектурного оформления.
При кладке глухих стен расстояние между ящиками с раствором принимают 3,6 м, между ними устанавливают четыре поддона с кирпичом, шлакобетонными или керамическими блоками или камнями, 237
расстояние между поддонами принимают 0,25...0,4 м. При кладке стен с проемами кирпич размещают против простенков на двух поддонах, а раствор - напротив проемов. Раствор на рабочее место подают в ящиках вместимостью до 0,27 м3, ящики устанавливают обычно напротив проемов, среднее расстояние между ними в пределах 2,0...2,5 м.
7.3.2. Транспортирование кирпича
Кирпич перевозят пакетным способом на поддонах или контейнерным.
Пакетный способ практически исключает ручной труд при транспортировании кирпича с завода до рабочего места каменщика. Основным приспособлением при этом способе является поддон-щит из досок, обшитый с торцов стальными уголками с приваренными крюками. Кирпич после обжига со специальных тележек перегружают на поддоны, которые кранами устанавливают на автомобили. На рабочее место каменщиков кирпич подают с помощью металлических футляров, которые надевают сверху на поддоны и скрепляют с крюками. Кирпич на поддоны лучше укладывать «в елочку», в этом случае получают надежно связанный пакет, для которого не требуются ограждающие конструкции. На один поддон размером 0,52 х 1,03 м укладывают до 200 шт. кирпичей. Поддоны с треугольными опорными брусками по торцам щита используют при укладке кирпича «в елочку», с упорными пластинами по торцам - для транспортирования керамических блоков (рис. 7.10).
а)
Рис.7.10. Способы укладки кирпича и камней на поддоны:
а - укладка керамических камней с перекрестной перевязкой на поддон с крючьями; б - укладка кирпича с перекрестной перевязкой на поддон с крючьями; в - укладка кирпича «в елочку» на поддон с крючьями; г - то же, на поддон с опорными брусьями
238
Р и с. 7.11. Инвентарь для каменной кладки:
а - установка для приема и выдачи раствора; б - бункер с челюстным затвором, в - растворный ящик; г - подхват-футляр; д - самозатягивающийся захват, / - емкость для перемешивания раствора; 2 - моторный отсек; 3 - крышка; 4 - затвор для выдачи раствора; 5 - штурвал; 6 - петли для строповки; 7 - поддон с поперечными брусками; 8 - г-образный полуфутляр; 9 - рама захвата; 10 - захватное устройство
При контейнерном способе на заводе кирпич укладывают в универсальный контейнер с деревометаллическим поддоном, на котором размещают от 100 до 180 шт кирпича или полуторных блоков (рис. 7.11, г, д). Футляр контейнера после доставки кирпича к месту работ складывают и возвращают на завод.
При пакетном способе транспортирования по сравнению с контейнерным стоимость сокращается на 10%, а трудоемкость до 20%.
7.3.3. Транспортирование раствора
Изготовление раствора производят на заводах или централизованных растворных узлах. На приобъектных растворосмесительных установках приготовление раствора допускается при малой потребности.
Обычно раствор перевозят самосвалами, авторастворовозами и в бункерах-раздатчиках. Доставленный на объект раствор выгружают в устройство для механического перемешивания и подают на рабочее Место в бункерах, бадьях (рис. 7.11, б, в) или растворонасосами. Про-239
мышленность выпускает широкую номенклатуру растворонасосов максимальной производительности до 6 м3/ч. Механизмы применяют при большом объеме кирпичной кладки и быстрых темпах'работ.
Растворонасосы позволяют обеспечить подачу раствора по горизонтали до 200 м или по вертикали до 40 м, при рабочем давлении в системе до 150 Па. Подачу раствора чаще всего осуществляют при двух стояках, второй стояк используют для обратного возвращения неиспользованного раствора в бункер; в качестве добавки-пластификатора обычно используют глину.
Подачу раствора на рабочее место можно осуществлять с помощью раздаточного бункера, перемещаемого краном. Из бункера на рабочих местах каменщиков заполняют растворные ящики, в которых оптимально подобранный угол между торцевой стенкой и днищем ящика позволяет набирать раствор с наименьшими затратами труда.
Кирпич и камни на поддонах необходимо подавать на рабочее место заблаговременно, желательно накануне, запас материалов должен соответствовать потребности в кирпиче на 2...4 ч работы. Раствор подают на рабочее место перед началом работы и периодически добавляют по мере его расходования; раствора на рабочем месте должно быть на 40...45 мин работы.
При незначительных объемах работ применяют доставку на строительную площадку сухих смесей в бумажных мешках или в бункерах.
7.4. Организация труда каменщиков
Выполнение кирпичной кладки обычно организовывают по одному из двух методов - поточно-расчлененному и поточно-кольцевому (конвейерному).
Поточно-расчлененный метод характеризуется тем, что захватку разбивают на делянки, закрепленные за звеньями, причем звенья в зависимости от специфики кладки бывают «двойка», «тройка», «четверка» и «пятерка». Количество делянок и их размеры устанавливают в зависимости от трудоемкости кладки и сменной выработки звена. В расчетах исходят из кладки в течение смены участка стены по всей длине делянки на высоту яруса. Высоту яруса принимают для стен толщиной до 2,5 кирпичей в пределах 1,0... 1,2 м, для стен в 3 кирпича -0,8...0,9 м.
Звено «двойка» осуществляет кладку стен с большим количеством проемов при толщине до 1,5 кирпичей. Звено состоит из ведущего каменщика, выполняющего кладку верстовых рядов, и подсобного, раскладывающего материал на стене и производящего забутку. Начинает 240
работу подсобник, который расстилает раствор под наружную версту и раскладывает кирпич на 2...3 м вперед, после этого начинает работать основной каменщик, укладывая наружный верстовой ряд. Дойдя до конца делянки он переходит к кладке внутренней версты, двигаясь в обратном направлении. Дойдя до конца, он переходит на наружную версту следующего ряда, и цикл работ повторяется. При многорядной системе перевязки имеется определенный объем забутки, который выполняет подсобник.
Таблица 7.1
Распределение объема кирпичной кладки в звене
Состав звена Кладка кирпича, % Подача кирпича, % Подача раствора, %
«Двойка» Каменщик Подсобник 85 15 100 100
«Тройка» Каменщик 1-й подсобник 2-й подсобник 75 25 50 50 100
Звено «тройка» целесообразно использовать при стенах простой и средней сложности толщиной в два кирпича, с небольшим количеством проемов, но большим количеством забутки. В таком звене ведущий каменщик выкладывает только наружные версты, один подсобник расстилает весь раствор по стене и раскладывает до 50% кирпича, второй осуществляет забутку и также раскладывает на стене до 50% кирпича для основного каменщика.
Звено «четверка» используют при кладке в два кирпича при большом количестве проемов, при кладке с облицовкой, при простой кладке в 2,5 и более кирпичей. Кладку стен ведут двумя звеньями «двойка», при этом ведущие каменщики выполняют кладку наружных и внутренних верстовых рядов, все вспомогательные работы выполняют два подсобных рабочих.
Звено «пятерка» наиболее эффективно при толщине стен в 2,5 и более кирпичей с малым количеством проемов. Звено разбивается на три самостоятельных потока: наружную версту выкладывает первый каменщик с подсобным, на расстоянии 2...2,5 м за ним на внутренней версте работает второй каменщик со своим подсобным, и, отставая на такое же расстояние, еще один подсобный укладывает забутку.
При поточно-кольцевом методе кладку ведут непрерывным потоком, каждое звено последовательно выкладывает один ряд кладки. Этот метод целесообразен при возведении зданий с небольшим количеством поперечных стен и проемов, при стенах, отличающихся простотой конфигурации в плане и не имеющих сложных архитектурных
241
оформлений. Кладку осуществляют звеньями «шестерка» и «девятка», т. е. в зависимости от сложности или толщины кладки три «двойки» или «тройки» последовательно перемещаются по всему периметру здания. Организация их работ такая же, как и была рассмотрена ранее.
Состав звена и размер делянок взаимосвязаны и зависят от толщины стен, количества и размеров проемов, сложности кладки, системы перевязки, принятого способа кладки.
Таблица 7.2
Рекомендуемые размеры делииок
Звено Делянка, м, при стенах толщиной в:
1,5 кирпича 2 кирпича 2,5 кирпича 3 кирпича
«Двойка» 17 12 — —
«Тройка» 25 19 14 —
«Пятерка» — 40 34 30
В зданиях с кирпичными стенами каменная кладка является одним из ведущих процессов, она должна выполняться в полном взаимодействии и взаимосвязи с другими смежными и вспомогательными процессами. Транспортные рабочие должны обеспечивать каменщиков материалами в необходимых количествах. Плотники после возведения кладки на делянке на высоту яруса должны установить на этом участке подмости. После выполнения кладки на высоту этажа в зданиях с несущими кирпичными стенами монтажники приступают к монтажу на этом участке лестниц, перегородок и перекрытий.
7.5. Леса и подмости, применяемые при каменной кладке
Высота этажей современных зданий может быть различной, но если говорить о жилищном строительстве, она варьируется от 2,7 до 3,6 м и в среднем составляет 3,0 м.
Для удобства производства работ и обеспечения равномерной производительности каменщиков кладку этажа по высоте разбивают на отдельные участки - ярусы.
Ярусом называют часть высоты сооружения или этажа здания, на котором строительный процесс может выполняться непрерывно, без изменения расположения рабочего места по высоте. Производительность каменщиков начинает падать, если высота яруса превышает 1,2 М, а оптимальной признана высота 0,8...1,0 м. 242
Каменная кладка может выполняться по двух- или трехъярусной [системе. При высоте этажа 3,0 м и трехъярусной организации труда принимают высоту первого яруса 125 см, второго - 95 см и третьего -80 см. При большей высоте этажа несколько увеличивают высоту второго и третьего ярусов.
При зданиях с высотой этажа 2,5...2,7 м более эффективной оказывается кладка в два яруса, когда высота каждого яруса до 1,5 м. В этом случае используют дополнительные подлески высотой 30...60 см, с которых и ведут кладку верхних рядов яруса. Подлески также используют при трехъярусной системе для кладки верхних рядов при большой толщине стен.
Кладку стен на высоту до 1,2 м осуществляют с земли или настила перекрытия, кладка на большую высоту требует устройства подмостей .или установки лесов. В зданиях при высоте этажа до 5 м кладку ведут с внутренних подмостей, при большей высоте - с внутренних или наружных лесов. Обычно леса применяют для кладки стен промышленных и зрелищных зданий, для работ по отделке фасадов зданий. Требования к подмостям и лесам - легкость, прочность, устойчивость, удобство сборки, разборки и транспортирования.
Подмости — временные устройства, устанавливаемые на перекрытии и позволяющие выполнить кладку в пределах высоты этажа. Подмости должны быть удобными при транспортировании, при установке и перестановке, соответствовать ширине рабочего места каменщика, удовлетворять требованиям техники безопасности, быть инвентарными для возможности многократного использования. Наиболее часто применяют следующие конструкции подмостей.
Стоечные подмости конструкции Руффеля состоят из выдвижных прубчатых стоек, деревянных прогонов и щитов настила, располагаемого на высотах 1,2; 2,4; 2,7; 3,2 м, можно выполнять кладку до высоты 4,4 м. Основная часть конструкции - неподвижная труба с отверстиями по высоте. В эту трубу сверху вставляют выдвижную трубу, [тоже с отверстиями, в верхней части этого выдвижного штока устроена вилка для укладки прогонов. На необходимом уровне стойки закрепляют штырями.
Панельные подмости (рис. 7.12) - это пространственная конструкция из металлических ферм высотой 1,0 м. К верхнему поясу на [болтах укреплен деревянный настил, а к нижней части шарнирно прикреплены откидные опоры высотой 1,0 м, которые служат для наращивания подмостей. Подъем подмостей на перекрытие осуществляют за подвески, прикрепленные к откидным опорам. После того как Кладка выложена на высоту 2,1...2,2 м, подмости поднимают за специальные серьги, откидные опоры под действием собственной массы
243
a - инвентарные блочные подмости; б - шарнирно-панельные подмости
опускаются, их закрепляют диагональными связями в вертикальном положении. Подмости не требуют разборки или сборки в процессе эксплуатации.
Шарнирно-панельные подмости состоят из двух сварных ферм-опор треугольного сечения, к которым прикреплены деревянные брусья и настил. При кладке второго яруса подмости опираются на откидные опоры, когда их фермочки соединены в средней части подмостей и площадка настила находится на высоте 115 см. Отсоединив опоры в центре и поднимая подмости краном, откидные опоры за счет собственной массы распрямятся и, закрепив их накидными скобами у рабочего настила, можно увеличить высоту подмостей до 205 см.
Переносные площадки-подмости состоят из металлической опорной части и настила. Их используют при кладке стен лестничных клеток, стенок лоджий, при работе в стесненных условиях.
Стоечные подмости перед перестановкой разбирают, для остальных типов изменение уровня рабочего настила и перестановку на новое место осуществляют с помощью крана. Для контроля за качеством 244
кладки между рабочим настилом подмостей и возводимой стеной оставляют зазор до 5 см.
Трубчатые леса - временные устройства, предназначенные для возведения кладки на всю высоту здания. Кроме выполнения каменной кладки леса используют при возведении одноэтажных промышленных и сельскохозяйственных зданий, оштукатуривании, облицовке и окрашивании стен, выполнении других строительных работ. Наиболее широкое распространение получили леса трубчатые безболтовые, трубчатые болтовые и леса из объемных элементов.
Безболтовые трубчатые леса представляют собой каркас, состоящий из двух рядов трубчатых стоек высотой 2 и 4 м и диаметром 60 мм и ригелей того же диаметра и длиной 2 м с крюками и анкерами для крепления к стенам (рис. 7.13). По верху ригелей укладывают щитовой настил толщиной 50 мм с размерами в плане 2,4 х 1,0 м и ограждают перилами. В каждой стойке с одного конца имеется втулка диаметром 48 мм, в которую при наращивании лесов вставляют нижним концом следующую стойку. Через каждый метр по высоте к стойкам с четырех сторон приварены трубки длиной 150 мм и диаметром 26 мм для крепления ригелей, загнутые концы которых пропускают в эти трубки. Стыки стоек располагают вразбежку, для чего на нижнем первом ярусе чередуют стойки длиной 2 и 4 м, а все последующие ярусы монтируют из стоек длиной 4 м. При установке первого ряда стоек на землю или асфальт укладывают прокладки или подкладки, на них инвентар
Р и с. 7.13. Леса для каменной кладки:
о - трубчатые безболтовые; б - безболтовое соединение; в - болтовое соединение; / - стойка, 2 -ригель; 3 - крюк, приваренный к ригелю, 4 - патрубки, приваренные к стойке ригеля
245
ные башмаки, в отверстие которых вставляют стойки. По ходу каменной кладки стойки трубчатых лесов наращивают, связывают ригелями и перекладывают с нижних ярусов настил. Леса могут иметь высоту до 40 м.
Трубчатые болтовые леса также состоят из стоек и прогонов. Стойки между собой соединяют с помощью втулок, а ригели со стойками - хомутами на болтах, что позволяет укладывать ригели по высоте в любом месте, а также обустраивать лесами выступающие части здания и компенсировать имеющиеся уклоны земли у зданий. Такие леса универсальнее безболтовых, но более трудоемкие при монтаже и демонтаже из-за большого количества элементов и болтовых соединений.
Леса из объемных элементов состоят из вертикальных этажерок и панелей рабочего настила с ограждением. Все элементы лесов монтируют и разбирают с помощью кранов. Такие леса нашли применение для кладки стен одноэтажных промышленных зданий высотой до 14,2 м.
7.6. Возведение каменных конструкций в экстремальных условиях
7.6.1. Возведение каменных конструкций в зимних условиях
Отрицательные температуры оказывают сильное влияние на физико-механические процессы, происходящие в свежевыложенной каменной кладке. Твердение раствора в кладке прекращается из-за перехода воды раствора в лед, а реакция гидратации цемента, начавшаяся с укладкой раствора, по мере снижения температуры раствора затухает и приостанавливается. Раствор при замерзании превращается в прочную механическую смесь цемента (извести), песка и льда. Вода, переходя в лед, увеличивается в объеме, что приводит к увеличению объема раствора, в результате чего он разрыхляется, нарушаются связи между его частицами, прочность резко снижается. На поверхности камней образуется ледяная пленка, а это дополнительно снижает прочность сцепления раствора с камнем. В итоге при раннем замерзании кладки конечная прочность ее в возрасте 28 дн. оказывается значительно ниже прочности нормально твердевшей кладки.
В известковом растворе при замораживании процесс твердения также прекращается, но в отличие от цементного раствора после оттаивания процесс гидратации не возобновляется.
246
Для выполнения каменной кладки в зимних условиях используют способ замораживания. Его отличительные особенности заключаются в следующем:
при положительной температуре после оттаивания кладка будет дальше набирать свою прочность, если раствор к моменту замерзания набрал критическую прочность, которая составляет обычно более 20% марочной прочности;
способ замораживания не применим для внецентренно сжатых конструкций со значительным эксцентриситетом и конструкций, подвергаемых вибрации, а также в бутовой кладке, в стенах из бутобетона, в сводах;
используют только цементные и сложные растворы, так как известковые и известково-глиняные не сохраняют способности к твердению после оттаивания;
транспортные средства, в которых доставляют раствор на строительную площадку, обязательно утепляют, к месту работ подают порцию раствора только на 20...30 мин работы и при температуре раствора не ниже +20°С;
обязателен журнал контроля за выполнением кирпичной кладки и за ее размораживанием, так как из-за неодинаковой плотности раствора при оттаивании возможны неравномерные осадки.
На практике применяют следующие способы кладки в зимних условиях.
Чистый способ замораживания, при котором кладку осуществляют на подогретых составляющих раствора. Воду нагревают в бойлерах или регистрами до 8О...9О°С, песок отогревают до положительной температуры, или разогревают до 60°С. Применяют цементные или цементно-известковые растворы с минимальной температурой в момент укладки не ниже +20°С при температуре окружающего воздуха 0°С. При понижении температуры окружающей среды на несколько градусов, на столько же градусов необходимо повысить температуру применяемого строительного раствора. Кладку ведут на кирпиче, очищенном от снега и наледи Раствор замерзает, не набрав марочной прочности, но, приобретя уже критическую прочность, поэтому при положительной температуре набор прочности будет продолжаться, но марочной прочности кладка обычно не набирает. Для получения марочной прочности используют марку раствора превышающую на 1 или 2 класса проектную.
Кладку ведут на всю ширину стены одновременно. Желательно добиться, чтобы раствор замерз после укладки 5...6 последующих рядов Кладки, что обеспечит лучшее его уплотнение и уменьшит осадку весной. Для повышения прочности кладки устраивают металлические свя-247
Рис. 7.14. Усиление кладки стальными связями в процессе работ:
а - в углах; б - в пересечении стен; в-в местах примыкания колонн к стенам; / - вертикальные анкеры диаметром 10... 12 мм; 2 - горизонтальные связи диаметром 8... 10 мм; 3 - горизонтальный анкер диаметром 8... 10 мм
зи в местах примыканий и пересечений, обычно на уровне перекрытия каждого этажа (рис. 7.14). Сборные элементы монтируют непосредственно после завершения кладки этажа, а плиты перекрытий - с обязательной анкеровкой в швах кладки наружной версты.
Замораживание с применением противоморозных добавок. Цементные и смешанные растворы с противоморозными химическими добавками обеспечивают набор прочности при отрицательной температуре не менее 20% проектной, а при благоприятных погодных условиях за зимние месяцы раствор может приобрести до 70...80% марочной прочности. В результате применения растворов с противоморозными добавками прочность каменной кладки в зимних условиях оказывается не меньше, чем прочность аналогичной кладки, выполненной летом.
Растворы с добавками З...6% хлористого натрия, кальция, аммония позволяют отодвинуть температуру замерзания раствора до -10°С. Для зданий с постоянным пребыванием людей эти растворы применять не разрешается, используют только поташ и 3...6%-ный раствор нитрита натрия.
Кирпич и камень при кладке на растворах с противоморозными добавками очищают от снега и наледи. При морозах до - 15°С кладку ведут на растворах с добавкой нитрита натрия (5... 10% от массы цемента). Удобоукладываемость таких растворов сохраняется на морозе в течение 1,5...3 ч. Растворы с нитритом натрия при температуре ниже - 15°С почти не набирают прочности, но при более высоких температурах растворы вновь «оживают» и их твердение продолжается.
При морозах до - 30°С в кладочные растворы вводят поташ (5... 10% от массы цемента) и замедлитель схватывания раствора сульфитно-дрожжевую бражку. Процесс схватывания раствора замедляется, но остается достаточно интенсивным и поэтому выработать раствор необходимо в течение 1 ч. Добавки поташа способны вызвать коррозию 248
и разрушение силикатов. Растворы с такими добавками не рекомендуется применять при возведении конструкций из силикатного кирпича.
Применение быстротвердеющих растворов состава 1: 3 на смеси глиноземистого цемента (30%) и портландцемента (70%). С учетом подогрева воды затворения раствор быстро набирает критическую прочность.
Электропрогрев кладки применяют при небольших объемах работ для наиболее загруженных простенков и столбов нижних этажей многоэтажных зданий (рис. 7.15). Кладку, подлежащую электропрогреву, выполняют только на цементном растворе. Марки раствора принимают в соответствии с проектом, но не менее 50. Осуществляют электропрогрев с помощью металлических прутьев диаметром 5 и 6 мм, которые укладывают в процессе кладки - в ряду через 15 см друг от друга с выпуском за обрез кладки и повторяют через 2...3 ряда кладки. При выпуске в 4...5 см имеется возможность подсоединить эти прутки к проводам с напряжением 127, 220 и 380 В. Прогрев идет за счет преобразования электрического тока в тепловую энергию при прохождении его через раствор между электродами. В процессе набора раствором прочности сила тока начинает падать, поэтому обычно прогрев прекращают при наборе только критической прочности.
В армированной кладке столбов роль электродов выполняют стальные сетки. Участки кладки между сетками или электродами, подключенными к разным фазам тока, являются сопротивлениями, а сами рас-
Р и с. 7.15. Схемы электропрогрева кладки:
а - кирпичной стены, б кирпичного столба; I - электрическая сеть; 2 - пластинчатые электроды; 3 - отпайки, 4 - провода 5 - стальная сетка
249
творные швы с наличием жидкой фазы - проводниками электрического тока. В результате прохождения электрического тока растворные швы нагреваются до температуры ЗО...35°С, значительно ускоряется процесс твердения раствора. Электропрогрев кладки продолжают до набора раствором прочности не менее 20% марочной прочности.
Армирование кладки с расположением сеток через 1...4 ряда и прутков в сетке через 5—7 см, с заведением сеток в примыкания и сопряжения повышает прочность кладки после оттаивания в 2 раза.
Кладку в тепляках, изолированных от наружного воздуха объемах, в которых при помощи подогретого воздуха создается температура выше +10°С, выполняют редко, обычно для отдельных, изолированных участков кладки.
Отличительные особенности кирпичной кладки в зимних условиях:
сокращают размер делянок, увеличивают число каменщиков, обеспечивают быстрое возведение кладки по высоте с обязательным и одновременным выполнением работ сразу на всей захватке;
при многорядной системе перевязки вертикальные продольные швы перевязывают не реже чем через каждые 3 ряда;
запас раствора на рабочем месте допускается только на 20...30 мин работы, ящик должен быть утеплен и оборудован подогревом;
не разрешается укладывать в конструкцию намокший и обледеневший кирпич, его необходимо просушить;
не допускается при перерывах в работе оставлять раствор на верхнем слое кладки.
Удорожание зимней кладки на обычном цементном растворе при способе замораживания составляет 8...12%; на быстротвердеющих растворах — 10... 15%; при растворах с противоморозными добавками -12...20%; при применении электроподогрева - 15—20%; в тепляках -30% и более.
До начала оттаивания кладки весной принимают меры по разгрузке конструктивных элементов кладки или их усиления. Для разгрузки простенков в проемах враспор устанавливают стойки на клиньях, позволяющих регулировать их положение по мере осадки кладки (рис. 7.16, а). Иногда используют металлические стойки с домкратными опорами. Для уменьшения нагрузки от прогонов под их концы подводят стойки, опираемые также на деревянные клинья. Увеличение несущей способности и обеспечение устойчивости столбов обеспечивается установкой стальных обойм или инвентарных хомутов из металлических уголков, стянутых болтами (рис. 7.16, б, в). Участки внутренних 250
Рис. 7.16. Усиление каменной кладки на период оттаивания:
а — простенков разгрузочными стойками; б - столбов и простенков стальной обоймой; в - то же, инвентарными хомутами; г - отдельно стоящих стен двусторонними подкосами; д - высоких простенков двусторонними сжимами; I - доска; 2 - стойка; 3 - клинья; 4 - деревянная подкладка; 5 - стальной уголок; б - стяжной болт; 7 - хомуты со стяжными болтами; 8 - подкосы, 9 — бревна, 10проволочные скрутки
свободно стоящих стен, высота которых более чем в 5 раз превышает их толщину, временно закрепляют двухсторонними подкосами (рис. 7.16, г); высокие простенки раскрепляют двухсторонними сжимами (рис. 7.16, д').
7.6.2. Возведение кладки в условиях сухого жаркого климата
Особое внимание при выполнении каменной кладки в условиях сухого и жаркого климата уделяют сохранению подвижности раствора до его укладки в конструкцию. С этой целью предохраняют раствор от потерь влаги, расслаивания и разогрева солнечными лучами в процессе транспортирования раствора и самого процесса кладки.
Керамический кирпич перед укладкой в конструкцию необходимо обильно смачивать или погружать в воду на время, необходимое для оптимального увлажнения. При перерывах в каменной кладке нельзя оставлять слой раствора на свежевыложенной кладке, продолжение кладки после перерыва необходимо начинать с обильного смачивания поверхности кладки водой. Для защиты кладки от преждевременного испарения влаги из раствора выложенную часть конструкции накрывают влагоемкими материалами, периодически увлажняют, при возможности дополнительно устраивают солнцезащитные покрытия.
251
7.6.3. Особенности технологии каменной кладки в условиях реконструкции
При реконструкции существующих зданий нередко возникает необходимость повышения общей устойчивости и монолитности кладки, увеличение прочностных характеристик элементов кладки, замена отдельных участков ослабленной кладки.
Повышение монолитности каменной кладки производят при возникновении в ней трещин. Заделывают их путем нагнетания цементного или полимерного раствора через специально подготовленные отверстия. Отверстия в кладке устраивают на вертикальных и наклонных участках - через 0,8... 1,5 м, на горизонтальных участках - через 0,2...0,5 м. Цементный раствор нагнетается растворонасосом, полимерный состав инъецируется в кладку из специального баллона ручным шприцем.
Технологическое выполнение процесса при разных методах одинаково. В конструкции кладки сверлят отверстия диаметром 25...35 мм, в которые вставляют стальные трубки длиной 15...20 см, заделываемые в кладку цементным раствором. Имеющиеся на поверхности трещины заделывают (замазывают) цементно-песчаным раствором. Через сутки приступают к инъецированию, которое ведут горизонтальными ярусами снизу вверх.
Повышение несущей способности каменной кладки осуществляют усилением ее обоймами, которые значительно снижают поперечное расширение кладки и увеличивают сопротивляемость кладки воздействию продольной силы.
Стальную обойму применяют для усиления прямоугольных простенков и столбов (рис. 7.17). Она состоит из вертикальных стальных уголков, устанавливаемых на растворе по углам усиливаемого элемента и хомутов из полосовой или круглой стали, приваренных или прикрепленных к уголкам на болтах. Полученное конструктивное решение тщательно зачеканивается жестким цементно-песчаным раствором, часто по металлической сетке.
Железобетонная обойма включает вертикальные арматурные стержни диаметром 6... 12 мм с поперечными хомутами диаметром 4... 10 мм, расположенными на расстоянии между ними 100... 150 мм; обетонирование - по расчету, но обычно в пределах 60...120 мм.
Армированная растворная обойма аналогична железобетонной, но в ней арматурный каркас покрывается слоем цементно-песчаной штукатурки толщиной 30...40 мм. Этот тип обоймы может быть использован для усиления элементов любого поперечного сечения, когда не 252
Р и с. 7.17. Заделка трещин в стенах:
а - простой замок: б - двусторонняя металлическая накладка на прямом участке стены; в - накладки в месте примыкания внутренней стены; г - то же, в углу здания; / - накладка из полосовой стали; 2 - круглвя сталь с винтовой нарезкой, 3 то же, с нарезкой на двух концах
требуется большая степень усиления. Достоинства растворной обоймы — малая толщина, меньшая трудоемкость и стоимость устройства по сравнению с железобетонной обоймой.
Для местного усиления стен и перегородок применяют прокатные профили. С двух сторон стены устанавливают балки из швеллера или Двутавра и они стягиваются болтами. Оштукатуривание цементно-песчаным раствором осуществляют по металлической сетке.
Замена элементов каменных конструкций производится, когда нецелесообразно применять другие способы усиления. Замена конструкций требует предварительного устройства их временного крепления на Период производства работ, после чего допускается разборка сильно Поврежденной кладки и выполнение новой. Не допускается одновременная разборка рядом стоящих простенков. В процессе кладки гори-253
Р и с. 7.18. Методы усиления оснований и фундаментов:
а - усиление кладки инъекцией; б - усиление основания инъекцией с одной стороны стены; в -двустороннее усиление кладки и основания при сильном износе кладки и снижении несущей способности основания; г - усиление основание инъекцией с двух сторон; д - инъекция в швы кладки для упрочнения связности в кладке
зонтальные швы армируются стальными сетками, работы выполняются на кирпиче и растворе повышенных марок.
Часто под действием агрессивных грунтовых вод разрушению подвергаются фундаменты и стены подвалов. Схемы их усиления приведены на рис. 7.18.
7.7. Контроль качества каменной кладки
При ведении каменной кладки необходимо следить за горизонтальностью и толщиной швов, вертикальностью плоскостей и правильностью углов. Правильность закладки угла проверяют угольником, вертикальность поверхностей отвесом, это делают не реже двух раз на ка-254
ый метр высоты кладки. Горизон-1ьность кладки проверяют уровнем и правилом. Проверку горизонтальности кладки производят также не реже двух раз на каждый метр высоты.
Толщину швов контролируют стальной линейкой или метром через 5...6 рядов кладки. Допустимые отклонения поверхностей и углов (рис. 7.19):
от вертикали на один этаж - 10 мм, на всю высоту здания — не более 30 мм;
от горизонтали на 10 м длины кладки - не более 15 мм.
Кроме этого проверяют качество заполнения швов, толщину швов, правильность кладки и величину опирания на кладку железобетонных элементов. Для зимней кладки ведут журнал работ, в котором фиксируют температуру воз
Р и с. 7.19. Допуски при каменной кЛадке стен:
I - вертикальной поверхности - 10 мм;
2 - поверхностей углов по вертикали на этаж — 15 мм, на всю высоту стены -
30 мм, 3 - отметки обреза - 10 мм; 4 -толщина кладки ±15 мм; 5, 6 - ширина простенков и проемов ±15 мм, 7 - рядов кладки от горизонтали на 10 м длины - 15 мм
духа и раствора в момент его укладки, температуру кладки при искус
ственном прогреве, состояние кладки в период оттаивания.
Перед началом кирпичной кладки на границе делянок, отводимых отдельным звеньям каменщиков, и на углах стен устанавливают рейки-порядовки, разбитые на деления по рядам кладки. Для создания и соблюдения прямолинейности и толщины рядов кладки применяют натянутый шнур-причалку, вертикальное направление кладки проверяют отвесом.
Должны быть четко разграничены обязанности между каменщиком и подсобным. Подсобник раскладывает кирпич на стене и расстилает раствор. Для кладки наружного ряда кирпич раскладывают поближе к внутреннему ряду, для кладки внутреннего ряда - на наружном или ближе к нему. В зависимости от применяемых растворов, используемых пластификаторов, подвижности раствора принимают решение о способе укладки кирпича - вприсык (впустошовку) или вприжим.
Желательно четкое распределение обязанностей в комплексной монтажной бригаде, возводящей кирпичный дом: укладка кирпича, блоков на растворе - каменщики; монтаж сборных конструкций - монтажники; устройство подмостей или лесов - плотники или монтажники; доставка материалов на рабочее место - транспортные рабочие.
Для осуществления контроля качества и производительности рабочих используют основные нормативные данные:
255
расход кирпича на 1 м3 кладки около 400 шт., раствора 0,24 м3;
затраты труда на 1м3 кладки от 0,77 до 2 чел/дн;
средняя выработка на одного рабочего в смену 0,8...1,1 м3.
Фактическая производительность на одного рабочего в смену: рабочий «одиночка» - 300...500 шт. кирпича или 0,7.„1,2 м3 кладки;
рабочий в звене «двойка» - около 1000 шт. кирпича или 2,5 м3;
в звене «пятерка» - 1700...2000 шт. кирпича или 4,2...5,0 м3.
7.8. Охрана труда при каменных работах
При производстве каменной кладки должны быть обеспечены следующие мероприятия по охране труда:
наличие ограждений оконных проемов и проемов дверей балконов и лоджий; проемы в стенах ограждают на высоте 1 м, отверстия в перекрытиях также ограждают (рис. 7.20, б), или закрывают;
в зданиях шириной до 12 м подмости необходимо устраивать по всей площади производства работ. В лестничных клетках работу производить с инвентарных площадок, устраиваемых на внутренних стенах лестничных клеток;
с каждого уровня производить кладку можно на высоту 1,1.„1,2 м, каждый ярус стены нужно выкладывать так, чтобы уровень стены после перемещения рабочего настила был на 2...3 ряда кирпичей выше нового положения настила;
Рис. 7.20. Инвентарные приспособления для безопасной кладки: а — кронштейн для укладки защитных козырьков по периметру здания; б — ограждение проема в перекрытии
256
защитные инвентарные козырьки шириной 1,5 м устраивать по всему периметру здания с наклоном в сторону стены (рис.7.20, а). Первый ряд козырьков располагают на уровне 6 м от земли, второй — через 6...7 м с обязательным переносом через каждые два этажа выложенной кладки;
навесы над входами в здание должны быть в плане не менее 2 х 2 м;
подача всех штучных материалов должна быть обеспечена в контейнерах или в футлярах, а раствора — только в раздаточных бункерах;
кладку можно выполнять с земли, междуэтажных перекрытий, подмостей и лесов. Разрешается работа на стене в три кирпича и более, при надежном закреплении рабочего за неподвижные части здания;
рабочие места систематически очищать от мусора и боя кирпича;
леса и подмости должны удовлетворять соответствующим нагрузкам, обязательно устройство перил ограждения; землю под наружными лесами предварительно планируют и уплотняют. Стойки лесов устанавливают на специальные башмаки, щиты крепят к поперечинам трубчатых лесов, а сами леса - к частям здания. Подъем на леса и подмости осуществляют по стремянкам с перилами и бортовыми досками.
9 Э-804
ГЛАВА 8
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ТЕХНОЛОГИИ МОНТАЖА СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
8.1. Общие положения
8.1.1. Развитие монтажных работ в России
Монтаж - комплексный процесс сборки зданий и сооружений из укрупненных конструкций, деталей и узлов заводского изготовления. Монтаж является ведущим технологическим процессом строительного производства. Этому способствует наличие развитой промышленности по производству сборных конструкций, разнообразных и эффективных средств механизации, современные достижения в области технологии и организации строительного производства, возможность осуществлять монтаж поточными методами.
Изготовление и монтаж конструкций связаны между собой операциями транспортирования сборных элементов от мест изготовления к месту их установки. Перенесение значительной части строительных процессов в заводские условия позволяет облегчить и улучшить условия труда, сократить затраты, снизить стоимость продукции, механизировать на строительной площадке монтажные процессы.
Первые чугунные конструкции на Урале были смонтированы в 1725 г., первый чугунный мост в Петербурге - в 1784 г. Сборные железобетонные конструкции начали применять в России в 20-х годах двадцатого столетия. До середины XX в. в сборном железобетоне изготовляли плиты-вкладыши, колонны небольшой высоты, подкрановые балки для легких кранов.
Монтаж строительных конструкций осуществляют не только при возведении полносборных, но и в других типах зданий. При строительстве здания с кирпичными стенами, например, монтируют сборные фундаментные блоки, элементы каркаса (колонны и ригели), плиты перекрытий и покрытия, лестничные марши и площадки и т. д. 258
Удельный вес монтажных работ в строительстве постоянно увеличивается. Происходит с одной стороны снижение массы отдельных элементов за счет применения более высоких марок цемента для их производства и использования качественных крупных и мелких наполнителей бетона, с другой стороны - укрупнение сборных конструкций, доведение их до максимальной заводской и технологической готовности. Получают распространение методы подъема этажей и перекрытий, конвейерная сборка и блочный монтаж покрытий промышленных зданий, комплектно-блочный монтаж укрупненных конструкций, включая уже смонтированное в них технологическое оборудование, монтаж полностью собранных мачт и башен, надвижка отдельных конструкций, целых зданий и сооружений.
Первые башенные краны имели грузоподъемность до 3 т, сейчас мобильные краны для жилищного строительства выпускают грузоподъемностью 8... 10 т, высота возводимых зданий не лимитируется, но в целом обычно не превышает 40 этажей. Для промышленного строительства производят краны грузоподъемностью до 800... 1000 т. Одновременно с этим применяют бескрановые методы монтажа, основанные на использовании домкратов и электромеханических подъемников. Все шире применяют средства дистанционного управления монтажным процессом на базе теле- и радиосвязи, вступает в промышленное освоение роботизация монтажных операций.
В начале 90-х годов в России крупнопанельные и крупноблочные дома составляли около 45% вводимого жилого фонда, в некоторых городах такие здания составляли до 90% всей жилой площади. В дальнейшем по мере совершенствования и внедрения в строительное производство прогрессивных технологическо-организационных факторов индустриализации будут возрастать объемы и роль монтажа строительных конструкций, обеспечивая сокращение себестоимости и сроков возведения зданий и сооружений.
В настоящее время в жилищном строительстве растут объемы применения монолитного железобетона при возведении зданий с кирпичными наружными стенами и полностью монолитных зданий. Наряду с монолитными конструкциями широкое применение получают облегченные конструкции из дерева и пластмасс, различные системы тентовых и пневматических конструкций.
В общей структуре применения бетона в России сборный железобетон доминирует и в ближайшей перспективе такое положение сохранится. Все большее распространение применение сборного железобетона находит в европейских странах. Существует много объективных Причин для расширения внедрения сборного железобетона. Важным Фактором являются климатические условия, стремление перенести
259
процесс изготовления конструкций в закрытые помещения. В условиях стационарного производства намного легче обеспечить стабильное качество продукции через организацию пооперационного контроля. Современные полимерные материалы, применяемые при изготовлении опалубочных форм, позволяют существенно разнообразить виды изделий и варианты их архитектурной отделки Применение химических добавок при изготовлении сборного железобетона позволяет сократить продолжительность или совсем отказаться от таких приемов как вибрирование бетонной смеси в целях ее уплотнения. Подбор составов бетона и конструкции форм позволяют в настоящее время получать высокоточные изделия с допусками в мм.
Важным фактором является в настоящее время внедрение энергосберегающих технологий производства сборного железобетона, которое базируется на применении нового поколения цементов и химизации бетона - расширение применения добавок многофункционального назначения.
Одним из побудительных факторов может служить и высокая сейсмостойкость железобетонных панельных зданий. Сейчас, когда повышена сейсмическая бальность ряда регионов России, ориентация на строительство панельных зданий может стать определяющей.
8.1.2. Организационные принципы монтажа
Организационные принципы включают:
первостепенное выполнение работ нулевого цикла, включая прокладку коммуникаций к зданию;
поточный метод монтажа при увязанном по производительности комплекте подъемно-транспортных машин;
монтаж конструкций с транспортных средств («с колес»);
предварительное укрупнение на земле конструкций в неизменяемые блоки;
разбивка здания на монтажные участки или захватки с закрепленными на них комплексными бригадами рабочих и монтажными механизмами;
обеспечение ритмичной сдачи отдельных смонтированных участков возводимого сооружения для выполнения последующи* работ;
выбор методов монтажа и механизмов на основе технико-экономического сравнения вариантов.
260
8.1.3. Технологическая структура монтажных процессов
Важным фактором для строителей является технологичность возводимого здания в целом, включая технологичность используемых монтажных элементов, которые подразумевают:
минимальное количество типоразмеров монтируемых элементов, т. е. степень типизации конструкций;
максимальная строительная готовность поставляемых конструкций - степень точности геометрических размеров и положения закладных деталей;
удобство строповки, подъема, установки и выверки всех элементов;
простота и удобство заделки всех стыков и заливки швов;
близкий к 1 показатель монтажной массы, выражающий отношение среднего веса конструкций к максимальному, т. е. их укруп-ненность и равновесность.
Комплексный технологический процесс монтажа сборных строительных конструкций — совокупность процессов и операций, в результате выполнения которых получают каркас, часть здания или сооружения, полностью возведенное сооружение. Вся совокупность процессов, позволяющая получить готовую смонтированную продукцию, состоит из транспортных, подготовительных, основных и вспомогательных процессов.
Транспортные процессы состоят из транспортирования конструкций на центральные и приобъектные склады, погрузки и разгрузки конструкций, сортировки и укладки их на складах, подачи конструкций с укрупнительной сборки или складов на монтаж, транспортирование материалов, полуфабрикатов, деталей и приспособлений в зону монтажа. При складировании конструкций особо контролируют их качество, размеры, маркировку и комплектность. При монтаже зданий с транспортных средств исключаются процессы разгрузки и сортировки, так как конструкции сразу подаются на монтаж.
Подготовительные процессы включают: проверку состояния конструкций, укрупнительную сборку, временное (монтажное) усиление конструкций, подготовку к монтажу и обустройство, подачу конструкций в виде монтажной единицы непосредственно к месту установки. Дополнительно входят процессы по оснастке конструкций приспособлениями для временного их закрепления и безопасного выполнения работ, нанесение установочных рисок на монтируемые элементы, навеска подмостей и лестниц, если это требуется выполнить до подъема конструкций.
261
Вспомогательные процессы включают подготовку опорных поверхностей фундаментов, выверку конструкций, если ее выполняют после их установки, устройство подмостей, переходных площадок, лестниц и ограждений, выполняемых в период установки конструкций.
Основные или монтажные процессы - установка конструкций в проектное положение, т. е. собственно монтаж. В состав монтажных процессов входят:
подготовка мест установки сборных конструкций;
строповка и подъем с необходимым перемещением в пространстве, ориентировании и установке с временным закреплением;
расстроповка;
окончательная выверка и закрепление;
снятие временных креплений;
заделка стыков и швов.
В зависимости от вида конструкций, монтажной оснастки, стыков и условий обеспечения устойчивости, выверку можно осуществлять в процессе установки, когда конструкция удерживается монтажным краном, или после установки при временном ее закреплении.
Приведенная структура процесса монтажа строительных конструкций является обобщающей и в каждом конкретном случае может быть уточнена в сторону увеличения или уменьшения подлежащих выполнению отдельных операций и процессов.
Монтаж строительных конструкций (с точки зрения его организации) может быть осуществлен по двум схемам: монтаж со склада и монтаж с транспортных средств (рис. 8.1).
При осуществлении монтажа со склада все технологические операции, рассмотренные ранее, выполняют непосредственно на строительной площадке.
Рис. 8.1. Принципиальные схемы монтажа со склада и с транспортных средств: а — монтаж со склада; б — то же, с транспортных средств; 1 — возводимое здание; 2 — кран; 3 -склад конструкций; 4 - дорога; 5 - тягач с полуприцепом под разгрузкой; б - полуприцеп после монтажа с него конструкций; 7 — постановка полуприцепа с конструкциями под кран
262
Монтаж «с колес» предполагает выполнение на строительной площадке в основном только собственно монтажных процессов. Полностью изготовленные и подготовленные к монтажу конструкции поставляют на строительную площадку с заводов-изготовителей в точно назначенное время и эти конструкции непосредственно с транспортных средств подают к месту их установки в проектное положение. Та-кая организация строительного процесса должна обеспечивать комплектную и ритмичную доставку только тех конструкций, которые должны быть смонтированы в данный конкретный момент. Этот метод прогрессивен, при нем практически отпадает потребность в приобъектном складе, исключается промежуточная перегрузка сборных элементов, создаются благоприятные условия для производства работ на стесненных строительных площадках, организация труда на строительной площадке начинает напоминать заводскую технологию сборочного процесса, обеспечивается ритмичность, непрерывность строительного процесса.
8.1.4. Способы и средства транспортирования конструкций
Доставка конструкций на строительную площадку может осуществляться всеми видами транспорта, а именно, наземным - автомобильным, железнодорожным, тракторным; водным и воздушным.
Основные факторы, влияющие на выбор строительного транспорта:
месторасположение строительства;
существующие вблизи транспортные коммуникации;
расположение заводов, комплектующих стройку сборными конструкциями;
временные и погодные условия;
масса, габариты конструкций, дальность их транспортирования.
Основной вид транспорта для перевозки сборного железобетона — автомобильный при дальности транспортирования до 200 км.
Отпуск сборных конструкций производят при достижении бетоном 100%-ной прочности в зимнее время и 70%-ной прочности в летнее, при условии, что завод-изготовитель гарантирует набор бетоном марочной прочности к 28-дневному возрасту.
Элементы длиной до 6 м транспортируют на бортовых автомашинах. Более длинные элементы - на автопоездах с прицепами и на безбортовых полуприцепах при массе элементов более 14 т; на прицепах-трайлерах - до 40 т; на панеле-, фермо-, блоковозах — до 35 т.
При транспортировании длинномерных конструкций на фермово-Зах и аналогичных транспортных средствах боковые усилия от прохо-263
ждения кривых участков дороги воспринимаются рамой машины. Скорость движения транспорта назначают из соображения сохранности доставляемых конструкций.
Укладку сборных элементов на транспортные средства производят с учетом следующих требований:
элементы должны находиться в положении, близком к проектному, за исключением колонн, которые перевозят в горизонтальном положении;
необходимо, чтобы элементы опирались на деревянные инвентарные прокладки и подкладки, располагаемые в местах, указанных в рабочих чертежах на изготовление этих элементов. Толщина прокладок и подкладок должна быть не менее 25 мм и не менее высоты петель и других выступающих частей элементов Применение промежуточных прокладок не допускается;
при многоярусной погрузке подкладки и прокладки следует располагать строго по одной вертикали;
элементы необходимо тщательно укреплять с целью предохранения от опрокидывания, продольного и поперечного смещения, а также ударов друг о друга;
офактуренные поверхности элементов должны быть защищены от повреждений.
Горизонтально перевозят элементы, укладываемые в сооружение и работающие в горизонтальном положении: балки, ригели, прогоны, плиты и панели перекрытий, балконные и кровельные плиты, высокие (более 1,5 м) стеновые блоки; а также длинномерные сборные конструкции - колонны и сваи.
Вертикально и наклонно транспортируют стропильные и подстропильные фермы, стеновые панели, панели перегородок.
Объемные элементы - блок-комнаты, блок-квартиры, санитарно-технические кабины перевозят в проектном положении.
Транспортирование по железным дорогам допускается только на особо дальние расстояния. Длинномерные изделия перевозят на двух платформах с шарнирным опиранием, исключающим возникновение изгибающих усилий в перевозимых конструкциях на кривых участках железнодорожного пути.
Металлические конструкции часто доставляют по железной дороге на большие расстояния в виде отдельных составных узлов, мелкие металлические элементы при этом транспортируют пакетами.
Деревянные конструкции из-за их малой жесткости в готовом виде перевозят редко, в основном - в разобранном виде по элементам пакетами.
264
При транспортировании автомобильным и железнодорожным транспортом размер грузов должен вписываться в габариты подвижного состава. Всякие отклонения от этих габаритов по высоте, ширине, длине требуют специального согласования и контролируемых условий перевозки.
Необходимый запас конструкций на складе устанавливают проектом производства работ с учетом календарного графика монтажа и площадей, которые могут быть отведены для раскладки конструкций в зоне действия кранов. Разгрузку доставленных на строительную площадку сборных конструкций обычно производят специальным разгрузочным самоходным краном и реже основным монтажным механизмом. Более экономичным и менее трудоемким является «монтаж с колес».
8.1.5. Приемка сборных конструкций
Монтирующая организация принимает поступающие на строительную площадку конструкции. Приемку сборных конструкций производят по паспортам на эти изделия с учетом допускаемых отклонений в размерах и по комплектовочным ведомостям. При приемке доставленных изделий необходимо проверять:
наличие штампа ОТК завода;
наличие осевых рисок и отметку положения центра тяжести конструкции;
наличие монтажных рисок для односторонне армированных элементов;
отсутствие повреждений, правильность геометрических размеров, расположение и крепление закладных деталей, наличие и проходимость каналов, отверстий и т. д.;
соответствие лицевой поверхности изделия требованиям проекта;
отсутствие деформаций, раковин, трещин, наплывов;
наличие необходимых борозд, ниш, четвертей, выпусков арматуры, защитных покрытий у закладных деталей.
Если изделие оказалось некачественным, его бракуют, оформляют соответствующий рекламационный акт при участии представителей генерального подрядчика, монтирующей организации и предприятия-изготовителя. Изделие подвергается ремонту, если это возможно, или отправляется назад изготовителю. Взамен на строительную площадку Поставляется новое, качественное изделие.
265
8.1.6. Складирование сборных элементов
Трудозатраты на хранение конструкций от общей трудоемкости монтажных работ составляют для металлоконструкций 12...25%, для железобетонных конструкций - 13...27%.
Склады размещают на спланированной площадке, с учетом стока ливневых и талых вод. Склады делят на центральные у путей прибытия грузов и приобъектные.
Величина запаса сборных конструкций зависит от условий доставки и может изменяться от полного объема элементов на здание практически до нуля, когда монтаж здания осуществляют с транспортных средств. Обычный запас конструкций - на 3...7 дней работы монтажных кранов. В отдельных экстремальных случаях запас конструкций доводят до 1 месяца работы.
При хранении конструкций на приобъектном складе необходимо:
раскладывать сборные элементы и размещать штабеля в зоне действия монтажного крана с учетом последовательности монтажа;
конструкции, имеющие большую массу (или парусность), располагать вблизи монтажного крана;
хранить сборные элементы в условиях, исключающих их деформирование и загрязнение;
на территории склада установить указатели проездов и проходов.
Все элементы складируют на деревянных подкладках размером 6 х 6 и 8 х 8 см, при этом должны быть обеспечены соосность укладки элементов, исключены возможности образования трещин и перенапряжений в бетоне конструкций (рис. 8.2).
На складе более тяжелые конструкции располагают ближе к монтажному крану, а более легкие - дальше. С целью сокращения площади склада конструкции обычно хранят в штабелях. Проходы между штабелями необходимо устраивать в продольном направлении через каждые два смежных штабеля, в поперечном - не реже чем через 25 м. Ширина поперечных проходов должна быть не менее 0,7 м, а разрывы между штабелями - не менее 0,2 м. Складирование элементов необходимо организовать так, чтобы иметь доступ к любой конструкции для возможности определения ее маркировки и подготовки к монтажу.
Панели перекрытия, колонны, ригели, надколонные и пролетные плиты должны находиться в штабелях в горизонтальном положений. Оптимальные размеры штабелей: для колонн — 4 ряда, для ригелей и прогонов - 3 ряда, для плит покрытий и перекрытий - до 10... 12 рядов, но максимальная высота штабеля не должна превышать 2,5 м. 266
Р и с. 8 2. Складирование железобетонных (а) и металлических (б) конструкций:
1 - подкладки; 2 - прокладки; 3 - металлические опоры; 4 - кассета
На складе стеновые панели устанавливают вертикально или наклонно в металлических пирамидах или кассетах, крупноразмерные перегородки также складируют в деревянных кассетах, в положении, близком к вертикальному.
Железобетонные и металлические элементы каркаса одноэтажных промышленных зданий укладывают у мест установки: легкие колонны -вершинами к фундаменту, тяжелые - нижним концом к фундаменту 267
1200
(рис. 8.3), подкрановые балки - параллельно ряду колонн на расстоянии от них 40...50 см. Расположение сборных элементов на складе должно быть таким, чтобы при их подъеме для установки в проектное положение вылет стрелы крана не изменялся, т. е. стрела крана при монтаже не поднималась и не опускалась.
8.2. Подготовка элементов конструкций к монтажу
Подготовка элементов к монтажу предусматривает: укрупнитель-ную сборку в плоские или пространственные блоки, временное усиление элементов для обеспечения их устойчивости и неизменяемости при подъеме, обустройство подмостями, лестницами, ограждениями и другими временными приспособлениями для безопасного и удобного ведения работ, закрепление страховочных канатов, расчалок, оттяжек и др.
8.2.1. Укрупнительная сборка
Укрупнительная сборка необходима в тех случаях, когда из-за габаритных размеров или массы элементов их невозможно доставлять на строительную площадку в готовом, собранном виде. Из доставленных сборных железобетонных элементов (отправочных марок) производят укрупнитель-ную сборку ферм длиной 24 м и более, высоких колонн одноэтажных промышленных зданий тяжелого типа. Иногда собирают плоскостные блоки -железобетонные колонны и ригели, создавая рамные системы, фермы по-268
крытии, доставляемые в виде двух половин, панели стен, опускных колодцев и других конструкций. В металлических конструкциях сборку на строительной площадке выполняют для тех же конструкций, а также ферм покрытий с фермами световых и аэрационных фонарей.
Укрупнительную сборку осуществляют преимущественно на складах конструкций или на специальных площадках с устройством стационарных стеллажей. Элементы, подлежащие укрупнению в длину, подают краном со склада и укладывают на опоры стенда или кассет таким образом, чтобы совпали их продольные оси. Затем производят подгонку торцов или выпусков арматуры для достижения соосности элементов или отдельных стержней. После установки дополнительных хомутов и сварки стержней монтируют опалубку и производят бетонирование стыков. Класс бетона, которым бетонируют стык, и прочность его после твердения устанавливается проектом. Обычно класс бетона принимают такой же, как у соединяемых элементов, либо на один класс выше.
В последние годы широко применяют укрупнение конструкций в монтажные и монтажно-технологические блоки. Такое укрупнение существенно сокращает сроки строительства, так как ведется параллельно и даже с опережением возведения здания. Укрупнительную сборку при значительных объемах работ по укрупнению конструкций производят на сборочных площадках, оборудованных стендами или кондукторами, позволяющими закреплять конструкции и осуществлять их выверку и рихтовку в процессе сборки; иногда оборудуют конвейерные линии. Сборные площадки располагают в зоне действия монтажных кранов или вблизи монтируемых объектов, либо вблизи складов, а конвейерные линии — вблизи объектов.
Укрупнение в блоки наиболее часто встречается при монтаже покрытий одноэтажных зданий по металлическим фермам и балкам. Блоки размером на ячейку здания укрупняют из ферм попарно с соединением их связями, прогонами, нередко также на земле укладывают штампованные металлические настилы или готовые щиты из легких материалов. Зачастую такой пространственный блок включает в себя: две подстропильные фермы, три стропильные и фонарные фермы, прогоны по фермам и фонарям, стальной профилированный настил сверху, как элемент покрытия.
Железобетонные фермы и колонны укрупняют на складах строительных конструкций и оттуда подают на монтаж в укрупненном виде. При сложности или даже невозможности транспортировать такой собранный элемент, укрупнение конструкции осуществляют у места установки, т. е. в зоне действия монтажного крана. Однако работа по укрупнению конструкций в зоне монтажных кранов в большинстве случаев непроизводительна. Поэтому, если позволяют условия транспортирования, ее необходимо выполнять на специальных площадках ук-269
рупнительной сборки, оснащенных грузоподъемным оборудованием и сборочно-сварочными приспособлениями. С целью уменьшения транспортных затрат эти площадки следует располагать возможно ближе к монтируемым объектам.
Для обслуживания сборочных площадок рациональнее использовать козловой кран, при котором значительно упрощается складирование, ибо конструкции можно распределить равномерно по всей площади независимо от их массы. Применение козловых кранов для механизации укрупнительно-сборочных операций удешевляет стоимость этих работ, уменьшает потребность в железнодорожных и гусеничных кранах большой грузоподъемности, стоимость эксплуатации которых в 1,5...2 раза выше.
Железобетонные фермы укрупняют в вертикальном положении в специальных стеллажах кассетного типа. Кассеты устанавливают под двумя узлами каждой полуфермы (рис. 8.4). Под опорными узлами их делают глухими, без приспособлений для регулировки, а в пролете -с регулировочными приспособлениями. Положение стыка собираемых элементов регулируют с помощью механических или гидравлических домкратов. Укрупнение железобетонных колонн производят в горизонтальном положении, выверку стыкуемых элементов обеспечивают специальными кондукторами.
Для укрупнительной сборки металлических конструкций устраивают стационарные стеллажи на специальных площадках возле строящихся объектов. Металлические фермы и подкрановые балки, из-за их большой поперечной гибкости укрупняют преимущественно в горизонтальном положении.
Рис. 8.4. Стеллаж для укрупнения железобетонной фермы:
/ - одиночные кассеты; 2 - полуфермы, 3 - парные кассеты; 4 - горизонтальные винты
270
Горизонтально иногда укрупняют фермы длиной 24 м и более, в том числе с фонарями. Уложенные горизонтально части укрупняемых элементов совмещают на стеллаже сборочными отверстиями и закрепляют болтами или пробками. При отсутствии сборочных отверстий правильность совмещения стыкуемых элементов проверяют с помощью фиксаторов, закрепленных на прогонах стеллажа. Конструкция стеллажа позволяет сначала осуществить сварку верхнего и нижнего поясов сверху, затем во избежание потолочной сварки укрупняемый элемент перекантовывают на другую плоскость и проваривают стыки с другой стороны.
Укрупнение элементов в пространственные блоки размером на ячейку обычно осуществляют при значительных объемах работ и выполняют на конвейерных линиях. Эта линия размещается на рельсовых путях, по которым на специальных тележках перемещают укрупняемые блоки. На каждом посту или стоянке конвейера выполняют определенные монтажные или сопутствующие и отделочные процессы. Блоки укрупняют из ферм, объединенных связями и прогонами, сверху устраивают кровлю в виде стального профилированного утепленного настила с покраской металлоконструкций, иногда с устройством мягкой кровли. Каждый пост оснащают необходимыми монтажными механизмами и приспособлениями.
Количество стоянок конвейера колеблется от 4 до 16, для удобства работы отделочные посты оборудуют тепляками, что дает возможность выполнять процессы независимо от погодных условий.
8.2.2. Временное усиление конструкций
Временное усиление осуществляют для восприятия монтажных усилий. Применяют усиление конструкций, когда расчетная схема конструкции и возникающие при подъеме элемента усилия не совпадают, что может привести к потере устойчивости и прочности конструкции или ее отдельных частей и узлов при подъеме. Потребность в таком усилении в большей степени относится к металлическим фермам, пояса которых, при большой нераскрепленной длине, могут оказаться недостаточно устойчивыми и жесткими при подъеме.
В процессе монтажа многие конструкции находятся в условиях, отличающихся от условий их работы при эксплуатации, хотя действующие на них нагрузки обычно меньше эксплуатационных, но приложены они почти всегда в местах, не соответствующих расчетной схеме. Во избежание деформаций конструктивные элементы и блоки конструкций, не обладающие достаточной жесткостью, в процессе транспортирования и подъема усиливают, увеличивая их жесткость, а при 271
необходимости и прочность. Необходимость усиления проверяют расчетом. В проектах производства работ должны быть конкретные рекомендации по усилению конструкций на период транспортирования, подъема или до приобретения конструкцией необходимой прочности.
Наиболее часто усиливают колонны большой высоты, нижние части двухветвевых колонн, стальные и деревянные фермы, арки и рамы больших пролетов, элементы сборных железобетонных оболочек, армоцементных сводов, стальные ци-
Р и с. 8.5. Усиление поясов металлической двутавровой фермы перед подъемом:
/ - ферма; 2 — места закрепления монтажной траверсы; 3 — усиление стенки фермы; 4 - усиление полки
линдрические оболочки, элементы листовых конструкций. Усиление высоких колонн, не обладающих достаточной устойчивостью при изгибе от их массы, производят натяжением пары тросов, прикрепляемым к стальным временным упорам. Натяжение создает изгибающий момент,
противоположный моменту, возникающему от массы колонны.
Металлические фермы обычно поднимают за узлы верхнего пояса. В процессе подъема за узлы в средней части фермы, в нижнем поясе фермы возникают усилия сжатия, при подъеме за узлы в торцах фер
мы появляются нерасчетные усилия в верхнем поясе; все это может привести к потере устойчивости элементом. Если ферма не была рассчитана на монтажные усилия, то для обеспечения устойчивости поясов фермы производят их временное усиление на период подъема и установки. В качестве усиления применяют металлический прокат, трубы, деревянные пластины, которые закрепляют болтами или хомутами к недостаточно прочным и жестким узлам усиливаемой конструкции (рис. 8.5).
Часто приходится усиливать и двухветвевые металлические колонны, подъем которых осуществляется поворотом с шарнирным закреплением одной из ветвей. В этом случае для предотвращения деформаций изгиба усиливают отдельные раскосы решетки.
8.2.3. Обустройство и подготовка конструкций к монтажу
Обустройство подлежащих монтажу конструкций подразумевает их оснащение навесными подмостями, приставными и навесными лестницами, навесными люльками (рис. 8.6). Такое обустройство устраивают 272
Р и с. 8 6. Обустройство конструкций каркаса при монтаже:
а - железобетонных; б - стальных; / - приставная лестница; 2 навесная лестница; 3 - навесные подмости; 4 - страховочный канат, 5 - инвентарные распорки; 6 - навесные люльки
с целью обеспечения безопасных условий труда монтажников на высоте. Инвентарные навесные подмости, площадки и лестницы закрепляют к монтируемым элементам у мест их установки.
Применяемые для монтажа конструкций подмости разделяют на сборочные и монтажные. Сборочные подмости служат временными, поддерживающими опорами для конструкций во время монтажа, а монтажные подмости являются рабочими. С них выполняют различные операции: наводку стыков, сварку монтажных соединений, замоноличивание и др. Для работы у высоко расположенных монтажных узлов в покрытиях большепролетных зданий применяют башни - выдвижные или постоянной высоты, передвигаемые по рельсовым путям. На башнях устраивают монтажные площадки для сборки конструкций. Такие башни могут нести функции сборочных и монтажных.
Монтажные подмости бывают двух видов: наземные, устанавливаемые непосредственно на земле или иной опоре, используемые при выполнении монтажных работ на сравнительно небольшой высоте; подвесные и навесные, которые крепят к монтируемой конструкции до ее подъема и поднимают вместе с ней, либо навешивают на конструкцию после ее установки. Обычно такие подмости применяют при монтаже на значительной высоте. В качестве наземных подмостей используют переставные подмости и стремянки (рис. 8.7) для работы на высоте до 3,2 м и приставные лестницы с площадками для работы на высоте до 14 м.
273
Рис. 8.7. Средства подмащивания:
а - передвижные подмости; б - площадка-стремянка; в - приставная лестница с площадкой, г -навесная люлька с лестницей; 1 - секции лестницы; 2 - ограждение; 3 — навесная площадка; 4 -винтовой зажим, 5 - колонна; 6 - люлька; 7 - лестница; 8 - отверстия для крепления люльки; 9
ригель
Подвесные лестницы и подмости, закрепляемые на колоннах с помощью хомутов и закладных деталей, располагают в местах примыкания подкрановых балок, стропильных и подстропильных ферм, прогонов и др. Навесные люльки с лестницами навешивают на балки и фермы.
Монтажные подмости, лестницы и другие приспособления для безопасной работы на высоте изготовляют из стали и алюминиевых сплавов. Они должны быть легкими, надежными, удобными для установки и снятия после окончания работ.
Приставные лестницы с площадками являются основным элементом обустройства колонн для крепления ферм и подкрановых балок к колоннам при небольшой высоте здания (рис. 8.8). Существуют два основных типа монтажных лестниц с площадками: с несущей конструкцией в виде шпренгельной или решетчатой фермы. Первый тип предназначен для выполнения работ на высоте до 7,4 м, второй — до 14 м. Верхнюю часть лестницы крепят к колонне прижимными болтами, нижнюю упирают острыми упорами в землю или закрепляют тягами к колонне.
Навесные лестницы разработаны высотой 3,7 и 2,8 м с предохранительной корзиной и без нее; их навешивают на хомуты, специально закрепленные на колоннах на земле, или закладные детали колонн. Хомуты бывают двух видов - нормальные для крепления к колоннам у подкрановой консоли и облегченные для навески на колонны у мест 274
Р и с. 8.8. Лестницы свободностоящие:
а - секционная приставная с площадкой; б - секционная приставная
закрепления ферм или балок покрытия. Основной способ навески - за верхние крючья лестниц. Хомуты можно навешивать на колонны различной ширины; недостаток конструкции хомутов в сложности их снятия после окончания монтажных работ.
В железобетонных колоннах значительно удобнее осуществлять навеску подмостей и лестниц за закладные детали. Для стальных колонн применяют те же элементы навески, что и для железобетонных, но эти элементы приваривают не к закладным деталям, а непосредственно к колонне.
Монтажные люльки, навешиваемые на балки, предназначены для проектного закрепления балок после предварительной установки на монтажные болты. Лестницы с люльками, навешиваемые на верхний пояс стропильной или подстропильной фермы (стальной или железобетонной), применяют для крепления связей, прогонов, распорок и монорельсов. Лестницы крепят к фермам за горизонтальные или наклонные пояса, а люльки навешивают на них с помощью крючьев за ступени в любом месте по высоте. Люльку можно подвешивать самостоятельно на ферме.
При монтаже средних и тяжелых колонн на них перед подъемом навешивают монтажные лестницы и площадки-подмости. Лестницы изготовляют отдельными звеньями длиной до 4 м.
275
Перед монтажом первых двух ферм к ним присоединяют временный поручень из арматурной стали, служащий опорой для монтажников. Кроме этого для безопасной работы монтажников в средней по высоте части стропильных, подстропильных ферм и подкрановых балок натягивают строповочные канаты. При укладке крайних плит покрытия до их подъема закрепляют струбцинами элементы временного ограждения.
Для подъема рабочих на высоту (на подкрановые балки, элементы покрытия здания и др.) применяют инвентарные маршевые лестницы высотой до 42 м. Лестницы устанавливают по внешнему контуру и внутри здания. Лестница состоит из отдельных секций длиной 6,9 м, размерами в плане 1,7 х 3 м с фланцевыми болтовыми соединениями по высоте. Лестницу крепят к каркасу здания через промежутки не более 9,2 м.
При значительной высоте зданий и сооружений целесообразно использовать инвентарные грузопассажирские подъемники, которые устанавливают в местах необходимого подъема рабочих и подачи мелких грузов.
В последнее время на строительных площадках появляется все больше рабочих платформ, конструкция которых состоит из рабочей клети со сдвоенными приводными электромоторами; конфигурация и размеры платформы легко заменяются в зависимости от условий и особенностей строительной площадки. Платформа размещается на самоходном, шасси, оснащена четырьмя телескопическими полноповоротными выносными опорами.
Разработано много вариантов платформ, предназначенных для самых разнообразных строительных работ вне и внутри помещений, в качестве примера можно привести платформу, которая поднимает для работы на высоту 15 м двух рабочих с грузом 650 кг (рис. 8.9). Управление автономное, пульт размещен на платформе. Для работы внутри помещений применяют платформу с шириной шасси 0,76 м и высотой в сложенном состоянии 1,64 м. Она легко проходит в дверные проемы, оснащена площадкой с грузоподъемностью 230 кг и ее можно использовать на высоте до 5,8 м. Внутренний радиус разворота равен 0,3 м.
Комплектация стыковых соединений (болтовых, заклепочных и др.) заключается в креплении на монтируемой конструкции в наземном положении всего необходимого для возможности ее соединения в проектном положении с основанием, на котором она устанавливается, и с соседними элементами каркаса, стыковка с которыми предусмотрена проектом. 276
Крепление чалочных канатов и других приспособлений необходимо для последующей выверки и временного закрепления конструкций. Канаты прикрепляют к конструкциям большой массы и вертикальной ориентации, поднимаемым на значительную высоту. Элементы, свободно подвешенные на монтажных траверсах, могут в процессе подъема начать вращаться вокруг своей центральной оси. Для контроля за положением таких элементов при подъеме к ним, в частности к фермам, на земле у опор закрепляют с каждой стороны по пеньковому чалочному канату, с помощью которых поддерживают при подъеме и наводят на опорные конструкции
Рис. 8.9. Платформа для работы на высоте до 15 м
монтируемый элемент.
Подготовка монтажных стыков заключается в устранении дефектов
конструкции, очистке ее от грязи или наплывов водой или сжатым
воздухом под давлением, ручными или приводными металлическими (проволочными) щетками. Производят подготовку мест сварки закладных деталей, проверку правильности проектных размеров арматурных выпусков, металлических соединений и наличия защиты закладных деталей от коррозии.
В стальных конструкциях проверяют правильность положения отверстий для монтажных болтов, применяемых для временного и постоянного соединения элементов, зачищают места сварки, проверяют ком
плектность стыковых накладок и косынок.
8.3. Технические средства обеспечения монтажа
Для монтажа конструкций и деталей зданий применяют следующие виды оборудования:
такелажные приспособления, предназначенные для строповки конструкций - стропы, траверсы, захваты, карабины;
оборудование для перемещения конструкций - лебедки, блоки и полиспасты, домкраты, тали, монтажные мачты, шевры;
оборудование для закрепления и заделки монтажных стыков -сварочные аппараты, трансформаторы, компрессоры, аппараты для нанесения противокоррозионных покрытий, герметизации стыков и т.п.;
277
монтажные приспособления для временного закрепления и выверки конструкций - кондукторы, распорки, подкосы, струбцины;
оборудование для изменения рабочего места монтажников - лестницы и стремянки, подмости, люльки, подвесные площадки.
8.3.1. Подготовка мест установки сборных элементов
Перед монтажом фундаментов проверяют готовность основания, а именно, контролируют отметку основания, его горизонтальность при необходимости осуществляют планировку основания. Подготовка фундаментов перед монтажом колонн и фундаментных балок состоит в проверке правильности размеров конструкций и установки анкерных болтов в фундаментах под стальные колонны. Правильность положения осей фундаментов, уровня стаканов в железобетонных башмаках, горизонтальных отметок и уровней проверяют геодезическими инструментами.
При установке колонн одноэтажных промышленных зданий особо контролируют горизонтальный уровень консолей колонн, на которые будут укладывать подкрановые балки. Этого достигают за счет подливки бетонной смеси в стакан фундамента или укладки в него армо-цементных подкладок толщиной 1 и 2 см.
Подготовка мест установки сборных конструкций заключается в очистке основания, разметке места установки, для большинства железобетонных элементов в устройстве растворной постели. Наилучшее качество шва получается при точной установке конструкции, когда она сразу займет проектное положение. Если по условиям выверки устанавливаемый элемент необходимо снимать с постели, то раствор убирают и заменяют новым, который хорошо разравнивают, выполняют одинаковой толщины, распределяя по всей площади основания.
Подготовка элементов к подъему заключается в определении пригодности изделия по внешнему виду, ее очистке, проверке размеров и нанесении разметочных рисок. При внешнем осмотре проверяют наличие сколов бетона и трещин, исправность монтажных петель, нет ли наплыва бетона на закладных металлических деталях, в штрабах, в гнездах для монтажных петель. Детали с трещинами и другими дефектами, превышающие допуски, отбраковывают. Риски наносят на бетонные поверхности мягким черным карандашом, на металлических закладных деталях — зубилом и молотком. 278
8.3.2. Строповка конструкций
Грузозахватные приспособления предназначены для захвата и надежного удерживания различных строительных грузов и изделий при перемещении кранами, обеспечения их сохранности при транспортировании, простой расстроповки при опускании на рабочее место.
В зависимости от назначения и конструктивного исполнения грузозахватные приспособления разделяют на следующие группы: канатные стропы, строповые устройства с дистанционным управлением, траверсы, захваты.
Для строповки сборных элементов используют универсальные и специальные канатные стропы с крюками, а также пальцевые, рамочные, вилочные, фрикционные захваты и петли-подхваты. Наибольшее применение нашли универсальные канатные стропы, оснащенные чалочными крюками для подъема сборных элементов за монтажные петли. По числу ветвей стропы подразделяют на одно-, двух-, трех-, и четырехветвевые и кольцевые. Строп — съемное приспособление, выполненное в виде обрезка стального каната с соединительными элементами - кольца, крюки, коуши, карабины, канатная петля.
Наряду с унифицированными стропами общего назначения используют специальные стропы, рассчитанные на определенную номенклатуру изделий и схемы строповки. Для подъема плит перекрытий, имеющих шесть точек подвеса, применяют балансирные стропы с блоками, обеспечивающими равномерное натяжение ветвей стропов (рис. 8.10). Для монтажа крупнопанельных зданий разработан четырехветвевой балансирный строп.
Для упрощения расстроповки разработан вариант конструкции крюков стропов, позволяющий производить расстроповку сборных элементов с перекрытия, не поднимаясь к строповочному узлу. С этой целью на крюках укреплены карабины, имеющие проушину. Для рас-
Р и с 8 10. Строповка плит и панелей перекрытий: а четырехветвевым стропом; б - то же, трехтраверсным; в - то же, трехблочным
279
Р и с. 8.11. Грузозахватное устройство с дистанционной отцепкой крюков.
а — начало отцепки, б - окончание, 1 тяга;
2 - крюк; 3 — коромысло; 4 - палец; 5 -ветвь стропа
строповки тянут карабин тягой с крюком на конце за проушину. При этом карабин поворачивается, раскрывая сначала зев крюка, а затем, разворачивая крюк, снимает его с подъемной петли (рис. 8.11). Применяют полуавтоматические стропы с выдергиванием чеки с земли.
Траверсы состоят из металлической балки или фермы с устройствами для захвата монтируемых элементов, число которых зависит от количества точек захвата элементов - для колонн обычно одна или две
Рис. 8.12. Строповка железобетонных ферм:
I - ферма; 2 траверса; 3 - полуавтоматический механический захват; 4 - палец, 5 - верхний пояс фермы
280
Р и с. 8.13. Строповка металлической фермы:
1 — ферма; 2 — траверса
точки, для ферм и балок - две или четыре (рис.8.12 и 8.13), для плит -четыре или шесть. В качестве захватных устройств используют облегченные стропы с крюками или карабинами на концах, а также захваты
из двух металлических щек, которые, охватывая монтируемые элемен
ты, удерживают их с помощью продетого в них штыря - клещевые и другие захваты.
Изделия без петель стропуют с помощью захватов. Для подъема многоветвевым стропом панелей перекрытий, имеющих отверстия вместо монтажных петель, применяют петлевой захват. Для строповки колонн применимы захват с полуавтоматическим замком, с выдвигаемым штырем (рис. 8.14).
Разновидностью захватов являются рамочные подхваты и фрикционные рамочные захваты для подъема колонн, вилочный подхват для монтажа лестничных маршей, специальные захваты и траверсы для подъема и установки отдельных специфичных элементов - блоков мусоропроводов, шахт лифтов, санитарно-технических кабин и т. д. Все они должны обеспечивать, по возможности, автоматиче
скую строповку и расстроповку поднимаемых элементов.
Рис. 8.14. Захваты для монтажа колонн:
а - фрикционный; б - траверса со штыревым креплением; 1 - колонна; 2 — монтажный строп; 3 — полуавтоматический замок; 4 — канат для расстроповки; 5 — выдвигаемый штырь; б - траверса; 7 - чека
281
Для предотвращения самопроизвольного разворота длинномерных и громоздких конструкций во время подъема и перемещения к ним привязывают оттяжки из пенькового или стального каната.
8.3.3. Временное закрепление элементов
Подъем сборного элемента рекомендуется производить в том же положении, в каком монтируемый элемент будет работать в возводимой конструкции. Поднимать монтируемые конструкции необходимо плавно, без рывков, раскачивания и вращения. Подъем изделий осуществляют способами, исключающими возникновение опасных напряжений в процессе их подъема и установки, а также гарантирующими безопасные условия ведения работ. При необходимости производят временное усиление поднимаемых элементов. Тяжелые элементы и конструкции поднимают в два приема: сначала на высоту 0,2...0,3 м с задержкой на весу для дополнительной проверки надежности строповки и правильного положения, затем продолжают поднимать на проектную отметку.
Р и с. 8.15. Приспособления для временного закрепления и выверки конструкций а - расчалка, б - подкос; в - кондуктор для установки колонны в стакан фундамента; г - кондуктор для установки колонн на оголовки ранее смонтированных колонн; / — фундамент; 2 колонна; 3 - расчалка; 4 - винтовая стяжка, 5 - клиновой вкладыш; б - крюк с надвижной муфтой, 7 телескопическая штанга; 8 - струбцина; 9 - панель; 10 - стяжные болты; // - рама; 12 - распорный домкрат; 13 - запорный шкворень; 14 — поворотная балка; 15 - винты для выверки колонны;
16 - оголовок колонны, 17 - винты для закрепления кондуктора на оголовке колонны
282
Рис. 8.16. Временное крепление колонн в стаканах фундаментов:
а — клиньями; б — кондуктором; в — клиновыми вкладышами; I — клинья стальные или деревянные; 2 - домкраты; 3 — кондуктор; 4 - клиновой вкладыш
В строительстве для временного закрепления монтируемых элементов применяют различные монтажные приспособления и устройства. Они могут быть индивидуальными и групповыми (рис. 8.15). К индивидуальным средствам относятся клинья, расчалки, подкосы, распорки, кондукторы, фиксаторы и т. п. Групповые средства предусматривают закрепление нескольких статически неустойчивых монтажных элементов.
Для металлических конструкций временное закрепление осуществляют монтажными болтами.
Для железобетонных конструкций:
колонны, устанавливаемые в стаканы фундаментов, крепятся деревянными, бетонными, железобетонными и металлическими клинья-
а)
Рис. 8.17. Клиновой вкладыш (о) и приставка (6):
1 — корпус; 2 - бобышка; 3 — гайка; 4 - винт; 5 — колонна; б - ключ; 7 - ручка; 8 - шарнир; 9 -клин; 10 - фундамент
283
Рис. 8.18. Кондуктор для временного закрепления балок и ферм:
1 — колонна; 2 - рама кондуктора;
3 - балка или ферма; 4 - зажимные ВИНТЫ
ми, по одному — два клина с каждой стороны в зависимости от сечения и высоты колонны; растяжками и металлическими кондукторами, оснащенными регулировочными винтами (рис. 8.16). Выверку осуществляют путем погружения клиньев в полость между боковой гранью колонны и стакана фундамента с последующим инструментальным контролем. После замоно-личивания стыков и набора бетоном определенной прочности деревянные и металлические клинья извлекают, что требует больших затрат ручного труда. Широкое распространение получили инвентарные клиновые вкладыши с винтовыми домкратами (рис. 8.17);
балки при отношении высоты к ширине до 4:1 временного крепления не требуют. При большем соотношении высоты к ширине используют винтовые стяжки; фермы - первую, а иногда вторую крепят расчалками, последующие устанавливают и соединяют с ранее установленными и закрепленными на колоннах с помощью инвентарных винтовых стяжек. Временное крепление на колоннах осуществляют с помощью специальных кондукторов (рис. 8.18);
стеновые панели (в основном жилых зданий) крепят инвентарными винтовыми стяжками и струбцинами (рис. 8.19).
Р и с. 8.19. Временное крепление наружных и внутренних стеновых панелей:
а - бесструбцинным подкосом с винтовым зажимом; б, в - укороченным подкосом; 1 — панель наружной стены; 2 — монтажная петля панели; 3 — верхняя захватная головка; 4 — гайка с барашком; 5 - труба подкоса; 6 - натяжная муфта; 7 - клиновой захват; 8 - плита перекрытия; 9 -ж __ i захват с натяжным устройством; 10 — нижний захватывающий крюк с натяжной муфтой;
11 — внутренняя стеновая панель; 12 ~ универсальный захват
284
8.3.4. Выверка элементов
Выверка обеспечивает точное соответствие монтируемых конструкций проектному положению. В зависимости от вида монтируемых конструкций, их оснастки, стыков и условий обеспечения устойчивости, выверку производят визуально или инструментально в процессе установки, когда конструкция удерживается монтажным механизмом или после установки при ее закреплении.
Визуальную выверку производят при достаточной точности опорных поверхностей и стыков конструкций. При этом могут использоваться стальные рулетки, калибры, шаблоны и т.п.
Инструментальную выверку выполняют при сложности обеспечения точности установки монтажных элементов и конструкций проверкой только опорных поверхностей, торцовых оснований или стыков смонтированных конструкций. Ее производят при установке специальных монтажных приспособлений (кондукторов, рамно-шарнирных индикаторов и т. п.). Инструментальная выверка является наиболее распространенным видом проверки положения смонтированных конструкций в плане, высотном и вертикальном положениях. В процессе такой выверки применяют теодолиты, нивелиры, лазерные приборы и устройства.
Безвыверочная установка получила наибольшее распространение при монтаже сборных металлических конструкций (в отдельных случаях и железобетонных конструкций). Основным ее условием является применение конструкций с повышенным классом точности геометрических размеров в монтажных стыках. Это позволяет при монтаже устанавливать, например, стальные колонны, опоры и другие элементы каркаса с фрезерованными опорными торцами в проектное положение, исключая выверку по высоте и вертикали.
Автоматическая выверка предусматривает установку конструкций с параллельной выверкой при помощи автоматических устройств.
При выверке элементов:
вертикальность установки элементов проверяют по отвесу или при помощи теодолита;
горизонтальность установки проверяют уровнем или нивелиром;
перед установкой колонн в стаканы фундаментов контролируют их фактические размеры, по этим размерам подготавливают фундаменты - осуществляют углубление гнезда стакана фундамента или проводят подливку бетонной смеси в стакан, чаще укладывают армоцементные прокладки толщиной 1 и 2 см.
285
В период выверки конструкция должна быть устойчивой под действием собственной массы, монтажных и ветровых нагрузок благодаря правильной последовательности монтажа, соблюдению проектных размеров опорных площадок и сопряжений, своевременной установке предусмотренных в проекте постоянных или временных связей или креплений, а также обеспечению мероприятий по безопасному ведению строительных процессов.
Возможные предельные отклонения от проектного положения элементов и конструкций при монтаже должны быть установлены в проекте производства работ в зависимости от конструктивных решений, применяемых приспособлений и оснастки, порядка сварки и других условий в пределах, предусмотренных СНиПом. Результаты проверки оформляют актами промежуточной приемки смонтированных ответственных конструкций и актами освидетельствования скрытых работ с приложением исполнительной схемы геодезического контроля.
8.3.5. Постоянное закрепление конструкций
Долговечность полносборных зданий в значительной степени зависит от качества закладных деталей и сварных соединений между ними. Стальные закладные детали и сварные швы под действием проникающей через щели и поры агрессивной среды подвергаются коррозии, что ведет к ослаблению и разрушению стального соединения между конструкциями. Постоянным закреплением конструкций в большей степени предотвращают негативное влияние окружающей среды.
Одной из основных задач при возведении зданий является надежное соединение отдельных конструкций между собой, так как качество такого соединения в определенной степени предопределяет качество и надежность смонтированного сооружения. Соединения элементов имеют три разновидности: швы, стыки и узлы.
Швы - наиболее часто встречаемое соединение элементов; это все горизонтальные и вертикальные плоскости, полости между рядом расположенными элементами. Полость между рядом лежащими панелями перекрытий, панелью перекрытия и стенкой ригеля, на котором она лежит, плоскость соединения панели перекрытия и установленной на ней стеновой панели - это швы соединяемых конструкций.
Стык — более ответственное сочленение двух элементов каркаса, это место соединения, а в большей степени зона передачи нагрузки от одного элемента каркаса другому. Стыком является место соединения двух колонн между собой по вертикали, место опирания и передачи нагрузки от подкрановой балки на консоль колонны, аналогичный стык фермы и колонны.
286
Узел - место конструктивного соединения двух или нескольких элементов между собой. Так, просто узлом называют место соединения двух наружных и одной внутренней панелей крупнопанельного здания, место соединения колонны и фундамента также является узлом, но через колонну передается нагрузка на фундамент, поэтому узел одновременно является и рабочим стыком двух элементов.
Стыки и узлы конструкций могут быть несущими (нагрузку) и не-несущими. Если стык несущий, то он воспринимает нагрузку и поэтому обязан обеспечить соединению прочность, жесткость и неизменяемость. К несущим стыкам можно отнести все соединения каркаса здания. Ненесущий стык по определению не несет нагрузки - это и стык санитарно-технической кабины и перегородки, стык (узел), отмеченный ранее, двух наружных и внутренней стеновых панелей.
Стыки конструкций в зависимости от их положения в каркасе здания, воспринимаемых ими усилий, и способа их выполнения подразделяют на сухие, замоноличенные и смешанные.
Сухие стыки могут быть выполнены на сварке, на заклепках или болтах, на сочетании этих способов соединения конструкций. После окончательного выполнения сухих стыков исключаются мокрые процессы по дополнительной защите стыка. Такими способами соединяют между собой металлические конструкции. Для двух металлических колонн каркаса многоэтажного здания при центральном сжатии соединение торцов колонн выполняется только на сварке или на болтах. Стык колонны и подкрановой балки воспринимает внецентренное сжатие, сухое соединение включает первоначальное соединение на болтах с последующей электросваркой стыка.
Для железобетонных конструкций характерны замоноличенные стыки, когда стык между двумя конструкциями заделывается раствором или бетонной смесью. Одни стыки просты с точки зрения устройства - стык двух панелей перекрытия, стык фундаментных блоков, для устройства других необходимо устройство опалубки и контроль за набором этим стыком заданной прочности.
Наиболее ответственные и сложные по исполнению смешанные стыки. Их особенностью является то, что два примыкающих сборных изделия сначала соединяются между собой на сварке или на болтах, а затем этот стык замоноличивают раствором или бетоном. Соединяемые металлические детали покрываются антикоррозийным покрытием. С точки зрения производства работ более удобны соединения на болтах или сварке, которые выдерживают действующие монтажные нагрузки и выполнить замоноличивание которых можно в более позднее и удобное время.
287
Металлические конструкции закрепляют болтами и часто дополнительно сваркой.
Железобетонные колонны одноэтажных промышленных зданий и колонны первого этажа многоэтажных зданий, заделываемые в стаканы фундаментов, закрепляют заливкой в стаканы бетонной смеси, при этом зазоры между колонной и стенками стакана не должны быть менее 3 см для свободного прохождения бетонной смеси. Время набора 70%-ной марочной прочности при глиноземистых цементах - 3 сут, при обычных портландцементах - 7 сут.
Остальные железобетонные элементы крепят путем сварки закладных деталей. Стыки между такими элементами каркаса, как плиты и ригели, ригели и колонны и т. д. имеют различные конструкции. В соответствии с этим в проектах указывают способы заделки: обетониро-вание сварных узлов, зачеканивание, заделка швов раствором.
До начала сварочных работ проверяют правильность установки конструкций. Выпуски арматуры, закладные детали, подкладки и накладки следует тщательно очистить от наплывов бетона, битума, краски, ржавчины и другого загрязнения металлической щеткой, молотком, растворителями, пламенем резака непосредственно перед наложением швов.
Выполняя сварочные работы при неблагоприятных атмосферных условиях, нужно использовать приспособления (шатры, экраны), предохраняющие рабочее место сварщика от попадания осадков и воздействия резких порывов ветра. Сварочные работы можно производить при температуре до -30°С. При отрицательной температуре сварку выполняют по обычной технологии, но при повышенной силе тока.
Антикоррозийную защиту закладных деталей осуществляют при изготовлении конструкций в заводских условиях. Для восстановления покрытия после сварки в условиях строительной площадки применяют металлизацию - нанесение цинкополимерного покрытия с устройством защитной обмазки. Толщина металлических покрытий и металлизаци-онного слоя должна быть: для цинковых - не менее 120... 180 мкм, для алюминиевых - не менее 150...250 мкм. Толщина цинковых покрытий, получаемых горячим цинкованием, должна составлять 50...60 мкм.
Заделка стыков состоит из следующих операций: конопатки, гидроизоляции, утепления, замоноличивания, герметизации, отделки поверхности. Заливка швов плит перекрытий и покрытий, заделка стыков и заливка швов стеновых панелей способствуют повышению жесткости каркаса, повышению его теплотехнических и изоляционных характеристик. 288
Работы по заделке стыков ведут в процессе монтажа и выполняют с перекрытия. Если конструкцией предусмотрена обработка стыка снаружи, эту операцию выполняют по ходу монтажа на первом этаже со стремянки, на последующих - с навесных люлек. Люльку навешивают на перекрытие и крепят к частям здания, чаще всего к монтажным петлям плит перекрытия. Вдоль здания люльку переставляют при помощи монтажного крана.
8.3.6. Технологическое обеспечение точности монтажа конструкций
В сборном строительстве обеспечение качества неразрывно связано с точностью сборки конструкций. Качество конструкции будет гарантировано при соблюдении погрешностей процессов изготовления элементов и их монтажа, которые указаны в нормах. Нормированные случайные погрешности носят название допусков. Систематические погрешности регламентируются допустимыми от номинала отклонениями. Допуски геометрических размеров в строительстве разделяют на функциональные и технологические.
Функциональными допусками регламентируют точность геометрических параметров в сопряжениях конструкций и точность взаимного положения конструкций. Функциональные допуски назначают исходя из прочностных, изоляционных или эстетических требований к конструкциям.
Технологическими допусками устанавливают точность технологических процессов и операций по изготовлению и установке элементов, а также выполнению необходимых разбивочных операций.
Цель назначения допусков состоит в обеспечении точности сборки конструкций, под которой подразумевают свойство независимо изготовленных элементов гарантировать возможность сборки из них конструкций зданий и сооружений с точностью их геометрических параметров, соответствующей предъявляемым к конструкциям эксплуатационным требованиям. Количественной характеристикой является уровень собираемости, который оценивает монтажные процессы, выполняемые без дополнительных операций по подбору, подгонке и регулированию параметров элементов.
Собираемость конструкций зависит от точности как изготовления элементов, так и геодезических разбивочных работ и установки элементов. На эти же процессы назначаются технологические допуски.
10 Э-804
К технологическим допускам изготовления относятся допуски линейных размеров элементов, формы и взаимного положения поверхностей. Допуски линейных размеров регламентируют точность их изготовления по длине, ширине, высоте, толщине, а также точность наносимых на элементы ориентиров. Точность формы поверхностей характеризуют допусками прямолинейности и допусками плоскостности, а допуски взаимного положения поверхностей - допусками перпендикулярности.
Точность разбивочных процессов характеризуется допусками разбивки осей (точек) в плане, передачи осей по вертикали, а также допусками разбивки и передачи высотных отметок.
Точность установки элементов сборных конструкций контролируется допусками совмещения ориентиров (точек, линий и поверхностей) и допусками симметричности установки элементов.
Точность установки элементов здания при свободном методе монтажа зависит от применяемых технологических приемов выполнения процессов, монтажных приспособлений и инструментов, а также методов и средств контроля точности. Установлены шесть классов контроля точности монтажа.
Первый класс тонкости обеспечивается при установке верха элемента в проектное положение путем доводки в несколько приемов с помощью регулируемых монтажных приспособлений (подкосов, торцевых стоек, кондукторов, домкратов и т.п.). При этом точность совмещения установочных рисок контролируется при помощи теодолита.
Второй и третий классы точности достигаются при контроле точности установки элементов с помощью отвеса, рейки-отвеса, рейки-уровня и других простых измерительных средств и доводке их с помощью регулируемых монтажных приспособлений или монтажного ломика.
Четвертый и пятый классы точности обеспечиваются при использовании для выверки элемента монтажного крана. При этом контроль производится с помощью отвеса. Для шестого класса характерна установка элемента в один прием без доводки при визуальном контроле качества.
Различают два метода установки сборных конструкций: свободный и ограниченно свободный. При свободном методе монтажа ориентирование и установка конструкций достигаются совместными действиями монтажников и движения крана. Положение конструкции корректируют с помощью подкосов, струбцин, расчалок, одиночных кондукторов, связывающих устанавливаемый элемент с ранее смонтированными-Точность установки в этом случае зависит от квалификации монтажников.
290
При ограниченно-свободном методе перемещение конструкции лимитировано одним или несколькими направлениями. Для такого ограничения используют упоры, фиксаторы, групповые кондукторы. Этот метод значительно упрощает работу монтажников, способствует повышению точности монтажа и снижению затрат времени крана и рабочих на установку сборного элемента. Недостаток метода - большой расход металла на приспособления, трудоемкость их установки и демонтажа.
При строительстве крупнопанельных зданий отклонения от проектного положения в плане допускаются для стен в пределах 5 мм, по высоте верхние опорные поверхности должны выравниваться с погрешностями менее 10 мм, а лицевые поверхности 5 мм. Смещение осей панелей и перегородок в нижнем сечении относительно разбивочных осей не должно превышать 3 мм. Вертикальные оси панелей внутренних несущих стен, располагаемых друг над другом, должны совпадать; несовпадение осей этих панелей допускается не более 10 мм. Смещение в плане плит перекрытий и покрытий относительно их проектного положения на опорных поверхностях не должно превышать ± 20 мм.
8.3.7. Геодезические средства обеспечения точности монтажа конструкций
При монтаже сборных конструкций на геодезическую службу возлагаются задачи по обеспечению возводимого здания всеми видами разбивок, необходимых для качественного монтажа элементов конструкций, а также контроля за соответствием геометрических параметров собранных конструкций их проектным значениям.
Основой для перенесения в натуру и закрепления проектных параметров здания, производства детальных разбивочных работ при монтаже элементов и исполнительных съемок сборных конструкций служит внешняя разбивочная сеть здания. До начала производства работ по монтажу конструкций подземной части здания разбивочные оси переносят на обноску, с нее на дно котлована передается положение осей и высотная отметка.
По окончании работ по устройству фундаментов производят контрольную выверку планового и высотного положения фундаментов, составляют исполнительный чертеж. При монтаже наземной части здания выполняют следующие геодезические процессы:
создание разбивочного геодезического плана с закреплением осей на здании с возможностью переноса этих осей на этажи;
перенос по вертикали основных разбивочных осей на перекрытие каждого этажа, т. е. на новый монтажный горизонт;
291
разбивка на перекрытии каждого монтируемого этажа промежу-точных и вспомогательных осей;
разметка необходимых по условиям монтажа элементов установочных рисок;
определение монтажного горизонта на этажах;
составление поэтажной исполнительной схемы.
Необходимые геодезические измерения выполняют нивелирами, теодолитами, зенит-приборами, используют вспомогательный инвентарь.
Нивелир — геодезический прибор для определения относительной высоты точек, переноса отметок от геодезических знаков на строительную площадку, определение поэтажного монтажного горизонта, т. е. оценка взаимного положения основных точек на плане этажа.
Теодолит - геодезический оптический прибор для измерения или закрепления в натуре горизонтальных и вертикальных углов. Широко используется для переноса на этажи здания основных разбивочных осей с уровня земли.
Зенит-прибор предназначен только для перенесения оси строго по вертикали. При возведении многоэтажных зданий и сооружений определение положения базовых элементов на каждом этаже находят от перекрестия основных осей здания. Зенит-прибор предназначен только для проецирования на новый монтажный горизонт с помощью оптического луча прохождения основных осей.
Для геодезических работ применяют лазерную технику - лазеры-теодолиты, нивелиры, приборы вертикального проецирования, дальномеры, тахеометры. Принцип применения лазерных систем для выполнения разбивочных работ при монтаже многоэтажных зданий заключается в размещении на уровне цокольного этажа специального отражателя и целого ряда подобных отражателей по пути направляемого движения лазерного луча, а параллельно продольной оси здания - лазерный теодолит. Лазерный луч попадает на нижний отражатель, от него под прямым углом переходит на верхний отражатель, затем направляется в приемную аппаратуру, установленную на монтируемых элементах, например колоннах. Колонны могут оснащаться специальными отражателями, которые позволят по отклонению луча контролировать точность установки элементов.
Использование лазерной техники позволяет существенно упростить контроль качества монтажных работ. Точность проецирования лазерным лучом не зависит от расстояния и позволяет получать более точные результаты по сравнению с существующими геодезическими приборами.
292
Для обеспечения надежности и высокого качества возводимых зданий и сооружений большое значение имеет постоянный геодезический контроль точности установки сборных элементов в проектное положение. По видам смонтированных элементов, по захваткам и этажам производят исполнительную съемку — геодезическую проверку фактического положения конструкций в плане и по высоте. По данным геодезической съемки составляют исполнительный чертеж, по которому оценивают точность монтажа. Правильность установки конструкций проверяют с помощью геодезических инструментов и шаблонов по ранее нанесенным осевым и другим рискам и отметкам.
При монтаже крупнопанельных зданий для каждого этажа составляют исполнительную схему отклонений от проектного положения установленных конструкций. Для проверки правильности установки конструкций еще при разметке осей и ориентирных рисок вычисляют, записывают и отмечают расстояние, на котором должен находиться конструктивный элемент от риски. После установки и закрепления элемента измеряют расстояние и вычисляют отклонения от проектных размеров. Это расстояние и записывают на схеме исполнительной съемки, по ее величине судят о точности и качестве монтажа.
По мере возведения здания составляют схему исполнительной съемки соосности несущих панелей. В соответствии с этими данными при монтаже следующего этажа вносят необходимые изменения в положение конструкций.
При монтаже каркасных зданий после установки колонн очередного яруса составляют исполнительную схему установки колонн. На схеме фиксируют отметки опорных поверхностей колонн каждого яруса, проставленные в центре каждой колонны. Также вычисляют смещение осей колонн от разбивочных осей здания, которое проверяют по всем четырем граням и проставляют в схеме на соответствующих гранях колонн.
Вертикальность одиночных высоких колонн проверяют после их установки с помощью двух теодолитов, расположенных под прямым углом по цифровой и буквенной осям здания. Крест нитей обоих теодолитов наводят на риски, отмеченные на стакане фундамента и нижней части колонны; затем плавно поднимают трубу до риски на верхнем торце колонны. Совпадение креста нитей с верхней риской означает, что колонна установлена вертикально. После проверки вертикальности ряда колонн нивелируют верхние плоскости их консолей и торцов, которые являются опорами для вышележащих элементов.
293
8.4. Монтажные краны и механизмы
С технологической точки зрения монтажные машины классифицируются по их мобильности и зоне монтажа, которую они могут обслуживать. По этим признакам монтажные краны и механизмы можно разбить на несколько основных групп (рис.8.20).
Стационарные монтажные машины допускают ведение монтажа в строго зафиксированном пространстве ограниченным радиусом их действия. При перемещении на новую стоянку механизм необходимо полностью или частично демонтировать. К таким стационарным механизмам относят монтажные стрелы, мачты, шевры, мачтово-стреловые краны, ленточные и тросовые подъемники, приставные краны и др.
Ограниченно мобильные машины позволяют вести монтажные работы в зоне, ширина которой определяется радиусом их действия, а длина - длиной пути их перемещения. Монтажные краны этой группы способны перемещаться со стоянки на стоянку в пределах зоны монтажа, практически при этом не вызывая перерывов в работе. При изменении зоны или объекта монтажа необходимо переложить подкрановые пути на новое место, переместить механизм или демонтировать его и собрать на новом объекте работ. К ограниченно мобильным монтажным кранам относятся башенные краны, портальные, козловые, железнодорожные, крышевые и кабельные краны, передвижные жестконогие стреловые краны и др.
Мобильные монтажные машины практически не имеют ограничения зоны работы. Они легко перемещаются с одной стоянки на другую, с одного объекта на другой и быстро приводятся из транспортного в рабочее состояние. К таким машинам относят самоходные стреловые краны на гусеничном и пневмоколесном ходу, автомобильные и тракторные краны, краны на спецшасси автомобильного типа, вертолеты.
Специальные монтажные машины составляют специфическую группу. Эти машины могут представлять разновидность выпускаемых машин либо усовершенствованный вариант существующих. К таким машинам относят самоползучие и переставные краны для монтажа башен и труб, гидравлические подъемники, краны для монтажа градирен и др.
Рис. 8.20. Основные разновидности монтажных механизмов:
1 - стрела монтажная; 2 — мачта монтажная; 3 — кран мачтово-стреловой вантовый; 4 - шевр; 5 — Подъемник портальный гидравлический, краны: б - приставной; 7 - приставной самоходный; 8 -самоподъемный; 9 - башенный со стрелой; 10 - башенный с балочной стрелой; 11 - башенный с Шарнирно-сочлененной стрелой; 12 - башенный с наращиваемой башней; 13 - гусеничный самоходный стреловой; 14 — самоходный гусеничный с башенно-стреловым оснащением; 75 — самоходный пневмоколесный стреловой с управляемым гуськом; 16 - самоходный пневмоколесный с телескопической стрелой
295
Монтажные краны и механизмы помимо основных рабочих параметров (грузоподъемность, высота подъема крюка, вылет стрелы) -должны обладать достаточно малой скоростью опускания груза (0,2 м/мин), обеспечивая плавную посадку конструкций.
8.4.1. Самоходные стреловые краны
Такие краны на гусеничном и пневмоколесном ходу широко применяются в промышленном строительстве, так как обладают большой маневренностью. На кранах устанавливается стреловое или башенно-стреловое оборудование (рис. 8.21). Стреловое оборудование может быть невыдвижным, выдвижным и телескопическим. Стрела с невыдвижным оборудованием выполняется решетчатой с секциями, жестко соединенными одна с другой. При выдвижном оборудовании стрела для изменения ее длины (без рабочей нагрузки) выполняется состоящей из нескольких выдвижных секций. В телескопическом варианте длина стрелы изменяется при рабочей нагрузке за счет выдвижения одной или нескольких секций.
Рис. 8.21. Стреловое оборудование, устанавливаемое на самоходные краны:
а - в — стрелы с жестким оголовии ком; г - телескопическая стрела; д - клюв; е, ж — гусек управляемый и неуправляемый; з — вильчатый оголовок
296
Все виды стрелового оборудования могут быть оснащены гуськом, допускающим применение второго крюка. Башенно-стреловое оборудование монтируется после установки крана на строительной площадке.
Краны могут быть оснащены стрелами значительной длины, гуськами, позволяющими увеличить вылет крюка при небольшом наклоне стрелы. Это придает кранам универсальность, так как позволяет монтировать здания различной высоты, поднимать элементы различной массы при различных вылетах стрелы. Самоходные краны универсальны и своим рабочим оборудованием, в том числе и башенно-стреловым, с которым тяжелые монтажные гусеничные краны работают до 80% времени своего пребывания на строительной площадке. Башенно-стреловое оборудование (стрелу и гусек) монтируют и демонтируют с помощью стреловой лебедки и лебедки вспомогательного подъема.
В последние годы нашли широкое распространение самоходные краны с телескопическими стрелами. Мобильность кранов позволяет им, при необходимости, обслуживать несколько объектов в пределах одной строительной площадки. Краны этой группы можно легко и быстро подготовить к переезду на другую строительную площадку и также быстро подготовить к рабочему состоянию. Самоходные краны способны маневрировать с грузом, приподнятом над землей со скоростью 0,5...3 км/ч.
Наиболее мобильные из стреловых самоходных кранов - автомобильные и пневмоколесные, передвигающиеся со скоростью соответственно до 75 и 30 км/ч. Однако автомобильные и пневмоколесные краны в основном работают с использованием выносных опор. Поэтому масса груза, с которой могут передвигаться эти краны, значительно меньше, чем грузоподъемность при работе на выносных опорах, что существенно снижает область их применения. Кроме этого установка на выносные опоры связана с потерей времени и уменьшением маневренности кранов.
Гусеничные краны обладают хорошей проходимостью и маневренностью, они могут передвигаться с грузом на стрелах различной длины. Поэтому на монтаже тяжелых конструкций в большинстве случаев применяют гусеничные краны.
Стреловые краны на гусеничном ходу. По типу ходовых устройств эти краны делят на гусеничные нормальные и гусеничные с увеличенной поверхностью гусениц. Они не требуют специальной подготовки основания, так как имеют самое малое давление на грунт по сравнению с другими стреловыми самоходными кранами. Эти краны маневренны, могут поворачиваться на месте при одной заторможенной гусенице. Гусеничные краны можно перебазировать с объекта 297
на объект, перевозя их на специальных автомобильной или железнодорожной платформах. Гусеничные краны обладают большой маневренностью и устойчивостью, имеют грузоподъемность 16...250 т, длины стрел от 6,5 до 40 м.
Стреловые краны на пневмоколесном ходу Данный тип кранов чаще всего применяется при строительстве объектов со средними объемами работ и для обслуживания объектов, находящихся на небольшом удалении один от другого, что обусловлено небольшой скоростью их передвижения. Основным стреловым оборудованием кранов являются жесткие решетчатые стрелы.
Эти краны имеют грузоподъемность 16... 100 т, оборудованы стрелами до 25 м, имеют хорошую устойчивость и могут перемещаться по горизонтальной площадке с грузом на крюке, меньшим максимальной поднимаемой массы. Для подъема и монтажа максимального для крана груза он предварительно должен быть выставлен на выносные опоры -аутригеры для повышения опорной зоны и устойчивости крана.
Сменным стреловым оборудованием пневмоколесных кранов являются удлиненные стрелы и удлиненные стрелы с гуськом. Башенно-стреловое оборудование выполняется в виде управляемого гуська или в виде маневровой стрелы.
Пневмоколесные краны могут иметь шасси автомобильного типа и специальные пневматические шасси. Шасси имеют от двух до пяти осей, в том числе две ведущие; число осей тесно связано с грузоподъемностью крана. В кранах с телескопической стрелой выдвижение секций стрелы может производиться с грузом на крюке.
Благодаря мобильности, возможности передвигаться своим ходом и на буксире пневмоколесные краны нашли широкое применение.
Стреловые автомобильные краны. Краны применяют на вспомогательных и погрузо-разгрузочных работах, на монтаже мелких, разобщенных, невысоких объектов из элементов малой массы. Недостатками автомобильных кранов являются наличие двух кабин - одной для управления транспортированием и второй - для выполнения монтажных процессов. Малая устойчивость крана при подъеме конструкций требует в большинстве случаев постановки крана на выносные опоры.
Автомобильные краны с телескопическими стрелами могут применяться в стесненных условиях строительной площадки, в закрытых зданиях.
Основная номенклатура отечественных автокранов имеет грузоподъемность 15...25 т и устанавливается на шасси автомобилей МАЗ, ЗИЛ, КамАЗ, КрАЗ и Урал. Все краны имеют индивидуальный, независимый привод каждого исполнительного механизма от гидромото-298
ров и гидроцилиндров и оборудованы гидравлическими выносными опорами. Двухсекционные длиной до 14 м и трехсекционные телескопические стрелы (до 21,7 м) обеспечивают кранам компактность и маневренность, обширную зону и большую высоту перемещения груза при работе. Возможность телескопирования стрелы с грузом на крюке позволяет кранам устанавливать грузы в труднодоступных местах, пронося их среди уже смонтированных конструкций. При необходимости краны могут быть укомплектованы решетчатым гуськом длиной 7,5 или 9 м. Перевод гуська из транспортного положения в рабочее и обратно производится вручную без применения грузоподъемных средств.
Безопасную работу кранов обеспечивает комплекс специальных 5 приборов и устройств, в том числе микропроцессорный ограничитель грузоподъемности, который автоматически защищает кран от перегрузки и опрокидывания, ограничивает перемещение подвижной части крана в заданной рабочей зоне, что особенно необходимо при работе в стесненных условиях или вблизи линий электропередач.
Грузовые характеристики кранов для каждой длины стрелы и каждого наклона ее различны. Кроме этого при работе на выносных опорах грузоподъемность на 80% выше, чем без выносных опор.
Краны на спецшасси автомобильного типа. Краны этой группы предназначены для работы на строительных объектах, в том числе рассредоточенных, при кратковременном пребывании и, в основном, разовых подъемов тяжелых и габаритных грузов. Краны на спецшасси выпускают нескольких модификаций, имеют грузоподъемность 25...250 т, высота подъема грузов может доходить до 82 м, вылет стрелы до 60 м. Самый мощный кран этого типа фирмы Либхер с семисекционной стрелой длиной 84 м с максимальной грузоподъемностью 500 т. При необходимости можно эту стрелу удлинить с помощью дополнительной секции - решетчатой стрелы, благодаря чему достигается высота подъема до 140 м. Кран может выполнять грузовые операции на выносных опорах и без них. Кран может передвигаться по строительной площадке с грузом на крюке.
Шасси кранов могут иметь от 4 до 9 осей, из которых два ведущих и два-четыре управляемых моста, что значительно повышает их проходимость.
Для монтажа промышленных и гражданских зданий находят применение краны зарубежных фирм — Като, Крупп, Локомо, Грове, Фаун, Тадано, Бумар, Либхер.
Стреловые железнодорожные краны Краны имеют грузоподъемность до 75 т, длина стрел варьируется в пределах от 10 до 45 м.
299
Преимущества железнодорожных кранов по сравнению с другими:
транспортирование на любые расстояния в составе железнодорожного поезда с малыми трудозатратами на подготовку переезда;
возможносзъ установки внутри цеха действующего или строящегося предприятия при наличии железнодорожного пути;
нет необходимости в устройстве специальной площадки для установки крана;
возможность в составе поезда погрузить две соседние платформы и разгрузить их в пункте прибытия.
Недостатки железнодорожных кранов - необходимость наличия или устройства железнодорожного пути; ограниченная зона работы; резкое снижение грузоподъемности при увеличении вылета стрелы; необходимость установки выносных опор при работе крана (колея железнодорожного пути всего 1520 мм); невозможность работы крана на кривых участках пути.
Тракторные краны применяют при выполнении специальных видов работ, связанных с перемещением в условиях бездорожья. Краны подразделяют на поворотные и краны-трубоукладчики. Их монтируют на серийных гусеничных тракторах. Тракторные поворотные краны имеют малую грузоподъемность 1...6,3 т, максимальный вылет стрелы до 10 м.
Краны-трубоукладчики представляют собой специальные тракторные краны, у которых стрела расположена сбоку трактора. Они предназначены для укладки в траншею трубопроводов, параллельно обеспечивают работу очистных и изоляционных машин, выполняют разные подъемно-транспортные операции при строительстве трубопроводов. Они являются неповоротными машинами, боковое размещение стрелы позволяет им передвигаться в рабочем положении вдоль траншеи. Грузоподъемность кранов доходит до 63 т, максимальный вылет стрелы -до 7,5 м.
8.4.2. Башенные краны
Башенные краны применяют в гражданском и промышленном строительстве. Учитывая огромное разнообразие кранов, существует несколько классификаций для них. Башенные краны подразделяют по способу установки на строительной площадке, по типу ходового устройства, башни и стрелы.
По способу установки краны подразделяют на стационарные, передвижные и самоподъемные. Стационарные краны устанавливаются на фундамент и обслуживают площадку с одной стоянки. При большой 300
высоте возводимого здания и, соответственно, монтажного крана, стационарный кран дополнительно необходимо крепить к каркасу возводимого здания, в этом случае он становится приставным краном. В ряде случаев приставной кран до определенной высоты может работать как передвижной с опорной частью, аналогичной передвижным кранам.
Самоподъемными называют краны, устанавливаемые на конструкциях возводимого сооружения и перемещаемые вверх по мере возведения здания с помощью собственных механизмов. Главным образом приставные и самоподъемные краны применяют при строительстве зданий повышенной этажности.
Опорная часть передвижных башенных кранов располагается на ходовой тележке, которая на стальных ходовых колесах перемещается по рельсовому пути при помощи механизма передвижения крана. Опорная часть стационарных кранов представляет собой раму, установленную на монолитном основании.
По типу применяемых башен различают краны с поворотной и не-поворотной башней. В кранах с поворотной башней опорно-поворотное устройство размещено на ходовой части или портале. При повороте вращается весь кран за исключением ходовой части. В кранах с неповоротной башней опорно-поворотное устройство размещено на верху башни. У этой группы кранов вращается только стрела, оголовок и противовесная консоль, с размещенными на ней механизмами и противовесом.
В зависимости от способа изменения вылета и типа стрелы, башенные краны делят на краны с подъемной и балочной стрелами. Изменение в них вылета осуществляют изменением наклона стрелы посредством стреловой лебедки и стрелового полиспаста, либо перемещением грузовой тележки (каретки) по стреле с помощью тяговой лебедки.
Для обеспечения устойчивости передвижных кранов на поворотной платформе или в нижней части неповоротной башни укладывают балласт.
Достоинства башенных кранов:
хороший обзор крановщиком монтажной зоны;
расположение стрелы на большой высоте, вследствие чего она не пересекает конструкции строящегося объекта;
простота и надежность в эксплуатации;
большие линейные размеры рабочей зоны.
Недостатки башенных кранов - необходимость устройства подкрановых путей для передвижных кранов и специально подготовленной опорной поверхности для стационарных, монтаж и демонтаж крана при его перебазировке, сложности при перевозке.
301
Башенные краны используют для монтажа гражданских и промышленных зданий и сооружений. Сравнительно высокие затраты на транспортирование, монтаж и демонтаж башенных кранов, необходимость устройства подкрановых путей определяют область использования этих кранов - монтаж больших объемов конструкций, а также зданий большой высоты и протяженности.
Одним из ведущих производителей башенных кранов является французская фирма «Потейн», выпускающая более 70 моделей кранов (рис. 8.22). В основном выпускаются краны трех модификаций. Небольшие, легкие, сверхмобильные, уникальной конструкции краны мо-
Р и с. 8.22. Схемы башенных кранов:
а - «Потейн» МД 265; б - «Потейн» МР 300; в - КБ-405; г - КБк-160.2
302
дели «Лго» пользуются большим спросом. Кран этой серии Лго-18 имеет максимальную грузоподъемность 1800 кг, нагрузку на гусек 700 кг при- высоте подъема до 22 м. Высота под крюком составляет 19 м, радиус поворота задней части - 1,6 м. Мощные монтажные краны МД 2200 имеют грузоподъемность в 22 т при высоте подъема такой массы на 80 м. Фирма Потейн производит полный спектр самоподъемных кранов.
Пользуются заслуженным успехом краны итальянской компании «Гру Комедил». Компания производит полный спектр башенных кранов с длиной стрелы от 35 до 70 м. Продукцию компании можно разделить на четыре серии башенных кранов, при этом, все они имеют общие элементы конструкций и технических решений. Первая серия кранов предназначена для объектов, расположенных в сложившейся части города. Все краны имеют небольшие размеры, легкость в транспортировке и быстрый монтаж. Размер стрелы, в зависимости от конкретной модели, от 20 до 50 м, грузоподъемность достигает 6 т.
Для объектов средних размеров предназначены краны MCA этой фирмы. Как и все краны «Гру Комедил» за счет применения штифтового соединения элементов они легко монтируются и демонтируются. Краны MCA мощные и надежные машины с грузоподъемностью 6 т при стрелах длиной 35...55 м.
Серия кранов СТ предназначена для крупных строительных объектов. Краны имеют повышенные производительность и скорость монтажа при максимальной грузоподъемности 20 т и стрелах длиной 42.. .70 м. Последнее семейство СТЛ фирмы «Гру Комедил» предназначено для больших строительных объектов, расположенных в сложившейся части города, когда нужна большая грузоподъемность при относительно небольшой длине стрелы. Максимальная грузоподъемность кранов серии СТЛ достигает 20 т при размерах стрелы 30...55 м.
Большим парком современных башенных кранов зарубежных фирм обладает компания «Рентакран», занимающаяся сдачей в аренду грузоподъемного строительного оборудования.
Башенные краны с поворотной платформой широко применяют в жилищном, гражданском и промышленном строительстве. Их отличают сравнительно малые сроки монтажа и демонтажа, техническое обслуживание облегчено благодаря размещению основных механизмов в нижней части крана. Имеется много модификаций кранов данного вида, максимальные характеристики: грузоподъемность 6,2...25 т на вылете соответственно 40... 16 м.
Башенные краны с неповоротной башней имеют грузоподъемность 10...50 т при вылете стрелы 4...65 м, высота подъема до 85 м. Увеличенная грузоподъемность и высота подъема груза приводят 303
к большой общей массе крана, что затрудняет создание механизмов с опорно-поворотным устройством в нижней части машины. Достоинство передвижных кранов с неповоротной башней в возможности их переоборудования и использования в качестве приставного крана.
Краны этого типа отличают друг от друга количеством секций башни и стрелы, наличием дистанционного радиопрограммного управления. В неповоротной башне размещен пассажирский подъемник на два человека. Башню наращивают сверху сменными секциями посредством собственных механизмов крана. Наращивание осуществляют с помощью монтажной стойки и монтажной лебедки, размещенных сбоку башни.
Башенные приставные краны предназначены для возведения многоэтажных гражданских и промышленных зданий большой высоты (150 м и более). Приставные краны в ряде случаев являются универсальными - самоподъемными и передвижными. При небольшой высоте возводимого здания их устанавливают на подкрановые пути и они становятся передвижными, при большой высоте - стационарными приставными. Благодаря сменным секциям башни изменяют высоту подъема крюка, что позволяет кабину управления краном располагать относительно невысоко над монтажным уровнем здания.
Высота башни может изменяться в пределах от 8 до 150 м посредством сменных секций, количество которых доходит до 27. Крепление крана к строящемуся зданию осуществляют с помощью специальной рамки, присоединенной к башне и связей. При 9 секциях башни устраивают одна связь со зданием, при 27 секциях - три. Опорой крана служит бетонный фундамент, кран крепится к нему с помощью анкерных болтов.
Широкое распространение получили краны КБ-473 (рис. 8.23), предназначенные для строительства высотных кирпичных и монолитных зданий. Максимальная грузоподъемность крана 8 т, вылет стрелы может находиться в пределах 35...50 м, максимальная высота подъема крюка достигает 162,4 м. Монтаж крана осуществляется методом наращивания с помощью монтажной обоймы с гидроприводом, что обеспечивает большую безопасность и значительно снижает трудоемкость работ. Кран может выпускаться как в стационарном исполнении, так и универсальном, т. е. передвижной и приставной.
Кран КБ-504А предназначен для ведения высотного жилищного и административного строительства. Грузоподъемность крана 10 т, максимальный вылет стрелы - 40 м. Высота подъема груза при максимальном вылете стрелы равняется 75 м, при горизонтальной стреле - 60 м.
304
Рис. 8.23. Краны на строительстве Сити в Москве
Самоподъемные башенные краны обычно устанавливают в лифтовых шахтах возводимых многоэтажных и высотных зданий, перемещают при необходимости с помощью полиспастов на высоту 2...3 этажей и закрепляют на перекрытии, поэтому высота подъема таких кранов не регламентируется. Грузоподъемность кранов до Ют, вылет стрелы до 30 м.
8.4.3. Специальные краны и механизмы
Козловые краны преимущественно используют на погрузочно-разгрузочных работах при обслуживании складов и заводов-полигонов строительной индустрии и на площадках укрупнительной сборки конструкций. Они нашли применение в промышленном, энергетическом и транспортном строительстве при возведении зданий и сооружений, монтаже технологического оборудования.
305
Конструктивно кран представляет собой пролетное строение в виде ригеля, установленного на опорах-козлах, перемещающихся по наземному крановому пути. По ригелю передвигается электроталь или грузовая тележка. Пролет козлового крана равен расстоянию между осями рельсов.
Максимальные характеристики козловых кранов: грузоподъемность до 80 т при одном крюке и 2 х 50, т. е. 100 т при двух крюках, высота подъема 42 м, пролет до 50 м.
К достоинствам козловых кранов относят простоту конструкции, высокую устойчивость, независимость грузоподъемности и высоты подъема от места нахождения груза в рабочей зоне крана, хороший обзор из кабины машиниста. Недостатки - ограниченная область их применения для строительства объектов простой конфигурации в плане (линейно-протяженных), сложность их применения на местности с большим уклоном, необходимость использования рабочей зоны под консолями или внутри пролета для складирования монтируемых элементов.
Специальные краны. При строительстве промышленных зданий и сооружений строители сталкиваются с многообразием весовых характеристик поднимаемых элементов конструкций и технологического оборудования.
Для подъема единичных элементов, которые превышают грузоподъемность наличных кранов, используют сложные и трудоемкие методы временного увеличения грузоподъемности кранов или применяют специальные грузоподъемные механизмы: монтажные мачты, порталы, шевры, гидроподъемники, установщики укрупненных блоков и др.
Мачты, шевры и порталы применяют в последнее время все реже. Иногда их используют для подъема конструкций большой массы, а также в особых условиях монтажа.
8.4.4. Выбор монтажного крана
Эффективность монтажа конструкций в значительной мере зависит от применяемых монтажных кранов. Выбор крана для монтажа сборных конструкций зависит от геометрических размеров зданий, расположения и массы монтируемых конструкций, характеристики монтажной площадки, объема и продолжительности монтажных работ, технических и эксплуатационных характеристик монтажных кранов.
Целесообразность монтажа конструкций здания тем или иным краном устанавливают согласно технологической схеме монтажа с учетом обеспечения подъема максимально возможного количества монтируе-306
мых конструкций с одной стоянки при минимальном количестве перестановок крана.
Монтируемые конструкции характеризуются монтажной массой, монтажной высотой и требуемым вылетом стрелы.
Монтажная масса - это масса монтируемой конструкции и поднимаемых с ней приспособлений. Для определения требуемой грузоподъемности крана из всех конструкций зданий выбирают конструкцию с максимальной массой и после выбора такелажного приспособления, элементов обстройки, усиления и т.п. находят монтажную массу конструкции.
Монтажная высота складывается из высоты (отметки) установки конструкции, запаса высоты над уровнем земли или опорной поверхностью монтируемого элемента (высоты подъема конструкции над опорой), высоты (длины или толщины) монтируемой конструкции, высоты строповки или грузозахватных устройств.
Вылет стрелы крана зависит (для рельсовых кранов) от ширины здания и расстояния от крана до возводимого здания.
Башенные краны. Выбор монтажного крана производят путем нахождения трех основных характеристик: - требуемых грузоподъемности (монтажная масса), высоты подъема крюка (монтажная высота) и вылета стрелы (рис. 8.24).
Требуемая грузоподъемность крана
Q = + 92,
где - максимальная масса поднимаемого груза, т; q2 - масса траверсы или другого строповочного устройства, т.
Высота подъема крюка
Рис. 8.24. Определение требуемых технических параметров башенного крана
307
H ho + Йзап + Йэ ^стр» где йо - отметка, на которую устанавливается конструкция, м; йзап - запас высоты - минимальное расстояние между монтажным уровнем и низом монтируемого элемента (обычно 0,4... 1,0 м), м; йэ - высота (или толщина) элемента в монтажном положении, м; йС1р - высота строповки в рабочем положении от верха монтируемого элемента до крюка крана (заложение стропов от 1:1 до 1:2, высота в пределах 1...4м), м.
Вылет стрелы крана (крюка крана)
L — а/2 + b + с + 1, где а — ширина подкранового пути, м; b — расстояние от ближайшей к зданию головки подкрановых путей до здания, м; с — ширина здания, м; 1 м - минимальный запас для приемки элемента без подтягивания с учетом безопасного монтажа.
Стреловые краны. Стреловые краны, часто используемые для монтажа одноэтажных промышленных зданий, подбирают для монтажа наиболее тяжелых элементов каркаса (колонна, подкрановая балка, подстропильная или стропильная ферма) которые могут монтироваться при минимальном вылете стрелы, и проверяют на возможность укладки относительно легких элементов (плиты перекрытий и покрытий), которые необходимо поднимать над фермами и укладывать на них, т. е. на значительно большем вылете стрелы.
Требуемые максимальную грузоподъемность и высоту подъема крюка определяют аналогично башенным кранам. Для каждого монтируемого элемента необходимо четко определять монтажный горизонт, расчетные размеры элемента; фактическую высоту монтажных приспособлений. Так, для колонны необходимо учитывать всю ее высоту и только часть строповки над уровнем верха колонны, для фермы -верх уже установленной колонны, для плиты покрытия - уровень конька установленной фермы.
Необходимо учитывать, что монтаж колонн, балок и ферм выполняется на минимальном вылете крана, поэтому для выбора оптимального крана для этих конструкций необходимо знать необходимую грузоподъемность и высоту подъема крюка, вылет стрелы определять не нужно.
Методика определения вылета стрелы для монтажа плит покрытия имеет различия для стрелового самоходного крана или же для крана с гуськом или в башенно-стреловом исполнении.
Для стрелового крана (рис. 8.25):
308
Рис. 8.25. Выбор технических характеристик гусеничного крана
1. Треугольник АВС подобен треугольнику А&С:
АВ = Ъ + с/2; b = 0,5...1,0 м; с = */2 панели покрытия {3 или 6 м);
ВС = + Л^р + Апга; = 1...3 м; Апсот = 0,5-5,0 м; tg 0 = СВ/АВ > 1;
BiC = ВС + ймп + Ло - d, h^ = ОД. .1,0 м; d = 1,0-1,5 м; Ао = + Аф,
где Нкол - верхняя отметка установленной колонны, м; Аф - высота фермы в коньковой части, м.
ВС АВ . D АВхВ^С ВХС _ т
BtC AVBX 11 ВС tg р °
Требуемый вылет стрелы L
L —Lq+ а, где а = 0,5... 1,0 м.
Требуемая высота подъема крюка
Н = В\С + d — Апол.
2. Для крана с гуськом (рис. 8.26) необходимая высота подъема крюка
Я0 h0 + Адад "Р Азл + Астр,
где Ао - отметка верха фермы, м; Амп — высота запаса (0,5—1,0 м), м; Азл - высота плиты покрытия, м; A„p - высота траверсы или стропов (1—3 м), м.
Из расчетов выпадает высота полиспаста.
309
Рис. 8.26. Выбор технических характеристик самоходного крана с гуськом
Определение необходимой длины стрелы крана с гуськом аналогично стреловому крану, только угол наклона стрелы значительно возрастает, tg Р > 2 и обычно принимается в пределах 2...5 (если в технических характеристиках крана отсутствует рабочее значение).
В общем виде выбор крана состоит из отбора соответствующих требованиям объекта нескольких кранов, проверки их соответствия по технологическим параметрам и окончательной оценки по результатам технико-экономического расчета.
8.5. Методы монтажа конструкций зданий и сооружений
Многообразие конструктивных решений зданий и сооружений требует применения различных методов и приемов их монтажа. Выбор метода возведения здания зависит от его конструктивных и технологи ческих особенностей, степени укрупнения элементов, материала конструкций, средств механизации и других факторов.
Методы монтажа элементов конструкций находятся в прямой зависимости от степени укрупнения монтажных элементов, последователь ности монтажа сборных элементов, способа установки конструкции в проектное положение, средств выверки и временного крепления элементов и других признаков.
8.5.1. Методы монтажа по степени укрупнения элементов
В зависимости от степени укрупнения конструкций монтаж подраз деляют на мелкоэлементный, поэлементный, крупноблочный, комплектно-блочный и монтаж сооружений в готовом виде.
3)0
Мелкоэлементный монтаж из отдельных конструктивных элементов характеризуется значительной трудоемкостью, неполной загруженностью монтажных механизмов из-за большой разницы в массах различных монтируемых элементов, большим числом подъемов, заделкой многочисленных стыков. Часто возникает необходимость в устройстве строительных лесов для фиксации отдельных элементов и ук-рупнительной сборке непосредственно в конструкции. Метод мало эффективен и применяется крайне редко.
Поэлементный монтаж из отдельных конструктивных элементов (колонны, ригели, панели перекрытий и т. д.) требует минимума затрат на подготовительные работы. Широко применяют при возведении гражданских и промышленных зданий, их монтаже с приобъектного склада и с транспортных средств.
Крупноблочный монтаж из геометрически неизменяемых плоских или пространственных блоков, предварительно собранных из отдельных элементов. Массу блоков доводят, по возможности, до максимальной грузоподъемности монтажных механизмов. При этом уменьшается число монтажных подъемов, исключается выполнение на высоте большинства монтажных операций. Примеры плоского блока - рама каркаса многоэтажного здания, блок оболочки покрытия; пространственные элементы — блоки покрытия одноэтажных промышленных зданий размером на ячейку, включая фермы, связи, конструкции покрытия.
Комплектно-блочный монтаж подразумевает полную степень заводской готовности крупных блоков размером на ячейку, включая уже смонтированные коммуникации - санитарно-технические, электротехнические, вентиляционные, располагаемые между поясами ферм. В гражданском строительстве метод включает в себя монтаж блок-комнат и блок-квартир. Возводимое здание разделяют на крупногабаритные, но транспортабельные конструктивно законченные, полностью отделанные (окраска, отделка, полы) и укомплектованные оборудованием монтажные блоки, которые доставляют к месту монтажа и осуществляют сборку зданий. Масса таких монтажных блоков может достигать 100 т.
Монтаж сооружений в готовом виде предполагает сборку сооружения полностью на уровне земли с окончательным соединением и закреплением всех узлов с последующей установкой сооружения в проектное положение. Применяют метод при монтаже опор линий электропередач, радиобашен, оболочек, заводских труб и т. д.
311
8.5.2. Способы наводки монтажных элементов на опоры
В зависимости от способа установки конструкции в проектное положение различают следующие виды монтажа.
Свободный монтаж, при котором монтируемый элемент без каких-либо ограничений устанавливают в проектное положение при его свободном перемещении. Способ требует постоянного контроля положения элемента в пространстве при его установке, необходимость выполнения выверочных, крепежных и других операций на высоте. Недостатки способа - повышенная сложность и высокая трудоемкость работ.
Ограниченно-свободный монтаж характеризуется тем, что монтируемая конструкция устанавливается в направляющие упоры, фиксаторы и другие приспособления, частично ограничивающие свободу перемещения конструкции, но приводящие к снижению трудозатрат на временное крепление и выверку. Способ повышает производительность кранового оборудования за счет снижения времени монтажного цикла.
Принудительный монтаж конструкции основан на использовании кондукторов, манипуляторов, индикаторов и других средств, обеспечивающих полное или заданное ограничение перемещений конструкции от действия собственной массы и внешних воздействий. Способ обеспечивает повышение точности монтажа, приводит к значительному снижению трудозатрат.
8.5.3. Методы монтажа по последовательности установки элементов
При сборке конструкций зданий и сооружений необходимо соблюдать следующие требования:
последовательность сборки должна обеспечивать устойчивость и геометрическую неизменяемость смонтированных частей здания на всех стадиях монтажа;
установка конструкций на каждом участке здания должна позволять производить на смонтированном участке последующие работы;
безопасность монтажных, общестроительных и специальных работ на объекте с учетом их выполнения по совмещенному графику.
В зависимости от принятой последовательности установку элементов конструкций производят следующими методами: дифференциро-312
ванным (раздельным), комплексным и смешанным (комбинированным).
Дифференцированный или раздельный метод характеризуется установкой однотипных конструктивных элементов, включая их временное и окончательное закрепление. Для одноэтажных промышленных зданий сначала устанавливают все колонны, затем все подкрановые балки, при последней проходке монтажного крана навешивают стеновые элементы. В многоэтажных жилых зданиях последовательно монтируют стеновые панели, перегородки, сантехкабины и другие элементы. Завершается работа на этаже укладкой панелей перекрытий.
Комплексный метод предусматривает последовательную установку, временное и окончательное закрепление разных конструктивных элементов, составляющих каркас одной ячейки здания. Установка элементов другой ячейки начинается после проектного закрепления конструкций предыдущей ячейки. Достоинство этой схемы - возможность раньше приступить к последующим отделочным работам и установка технологического оборудования в ячейках, законченных монтажом. Метод применяют при монтаже многоэтажных каркасных и бескаркасных зданий, одноэтажных промышленных зданий с металлическим каркасом.
Смешанный или комбинированный метод представляет собой сочетание раздельного и комплексного методов. Монтаж смешанным методом наиболее часто применяют для одноэтажных промышленных зданий из сборного железобетона. В первом монтажном потоке устанавливают все колонны, во втором потоке — по ячейкам монтируют подкрановые балки, стропильные фермы и панели покрытия, в третьем потоке навешивают стеновые панели. Метод эффективен когда имеется возможность обеспечить каждый монтажный поток самостоятельными монтажными средствами. Монтаж с необходимым смещением во времени может быть обеспечен всеми тремя монтажными механизмами, что приводит к значительному сокращению сроков монтажных работ.
8.5.4. Способы установки монтажных элементов в проектное положение
В практике строительства утвердились следующие способы установки конструкций: наращивание, подращивание, поворот, надвижка и вертикальный подъем (рис. 8.27).
313
Рис.8.27. Основные методы монтажа зданий и сооружений:
а - наращивание (1...3 - последовательность монтажа); б — подращивание (1...3 — последовательность подъема); « - метод падающей стрелы; I..III - этапы поворота конструкции; 1 - шарнирное опирание; 2 — растяжка; 3 — «падающая стрела»; 4 — блок; 5 - лебедка; г - надвижка; 1 - монтажный кран; 2 - надвигаемый конструктивный элемент; 3 — элемент в проектном положении; 4 -блок полиспаста; 5 - лебедка; д — вертикальный подъем гидравлическими подъемниками; 1 — гидравлический подъемник; 2 — поднимаемая конструкция; 3 — подведение поддерживающих конструкций; е - монтаж спаренными кранами; 1 — монтажный кран; 2 — постоянная опора; 3 — подъем и поворот конструкции на опоры
Способ наращивания широко распространен при монтаже всех типов зданий. Установку элементов можно осуществлять по всем трем методам монтажа - дифференцированному, комплексному и смешанному. Монтаж конструкции осуществляют сверху на ранее установленные конструкции, и он включает в себя строповку, подъем в проектное положение, установку конструкции на опоры, временное крепление и выверку положения, расстроповку и закрепление конструкции в проектном положении.
314
Способ заключается в последовательном наращивании элементов здания по горизонтали по всей длине (по всей площади этажа), с продолжением работ в той же последовательности и на последующих этажах. В качестве монтажных элементов могут быть отдельные конструкции, укрупненные линейные элементы, плоские и пространственные блоки. Способ позволяет организовать возведение здания любыми современными методами, при любой организации работ, применить самую разнообразную комплексную механизацию всех работ, обеспечить максимальное совмещение технологических процессов с целью сокращения общей продолжительности производства работ.
Данный способ установки конструкций позволяет широко применять блоки и элементы полной заводской готовности (сантехкабины, объемные блок-комнаты), комплектно-блочный монтаж из укрупненных в пространственные блоки строительных конструкций с перенесением части, а иногда и большего объема последующих достроечных или общестроительных и отделочных работ в заводские условия.
Способ подращивания заключается в последовательном возведении сооружения, начиная с верхнего этажа и заканчивая первым. Сначала на смонтированных конструкциях подземной части здания собирают и поднимают самые верхние конструкции, затем к ним подращивают элементы и конструкции, расположенные ниже. Достоинством этого способа является выполнение основных сборочных и сварочных операций на уровне земли. Способ достаточно широко применяется, в частности при возведении зданий методами подъема перекрытий и этажей.
В жилищном и промышленном строительстве подращивание осуществляют по направляющим колоннам, ядрам жесткости с использованием домкратов и средств подтягивания конструкций. При методе подъема перекрытий первоначально бетонируют все перекрытия, включая панель покрытия. С помощью домкратов поднимают на определенную высоту верхнее покрытие, обычно с готовой кровлей. Далее последовательно, в соответствии с установленной технологией, осуществляют подъем одного перекрытия или пакета плит на промежуточную высоту, наращивание колонн, снова подъем плит как с промежуточных отметок, так и с уровня земли. Когда все панели перекрытия оказываются на своих проектных отметках, начинается обустройство их остальными конструктивными элементами, включая навеску стеновых панелей. Возведение этажей при этом методе производят сверху вниз.
При методе подъема этажей также первоначально бетонируют все перекрытия и верхнее покрытие, которое поднимают на промежуточную высоту, на верхнем перекрытии возводят сборные конструкции верхнего этажа, весь этаж поднимают до уровня покрытия и соединя-315
ют с ним. Далее на верхнем забетонированном перекрытии монтируют следующий этаж, поднимают до верхнего и вместе их поднимают до проектных отметок. Далее собирают следующий этаж и поднимают до проектных отметок. Все последующие конструкции собирают и поднимают в проектное положение подобным образом.
Способ поворота применяют для конструкций или сооружений, собираемых в горизонтальном положении, обычно на уровне земли. Подъем конструкций в проектное положение осуществляют путем поворота вокруг неподвижного шарнира с помощью порталов, шевров, мачт с полиспастами, лебедками, с применением самоходных кранов. Задача всех этих монтажных приспособлений и средств состоит в обеспечении плавного подъема и поворота монтируемой конструкции с горизонтального в вертикальное положение. Для обеспечения устойчивости конструкции при подъеме, особенно в завершающий момент установки в вертикальное положение, используют тормозные лебедки и другие устройства, воспринимающие инерционные силы от движения поднимаемой системы, воспринимающие боковые ветровые усилия и другие нагрузки, возникающие при подъеме.
Способом поворота монтируют радиомачты высотой до 120 м, опоры линий электропередач. Наиболее часто применяют две разновидности способа: способ поворота с использованием самоходного крана для подъема верха конструкции на промежуточную высоту с последующим подъемом конструкции с помощью лебедки. Второй способ «падающей стрелы» - на конструкцию в шарнире устанавливают вертикально и жестко закрепляют высокую жесткую стойку, верх которой соединяют с верхом поднимаемой конструкции, таким образом, создается жесткая треугольная система. Эту систему поворачивают вокруг опорного шарнира с помощью лебедки, трос от которой закреплен наверху стойки (стрелы), проходит через неподвижный, заанкеренный в земле блок.
Способ надвижки основан на сборке отдельных конструкций в крупный пространственный блок (в бетонировании крупноразмерной пространственной конструкции) в стороне от своих постоянных опор. В проектное положение готовую пространственную конструкцию надвигают по специальным накаточным путям. При этом конструкция либо скользит (способ скольжения), либо катится на роликах (способ качения). Способ применяют при монтаже конструкций промышленных зданий, при надвижке конструкций в стесненных условиях площадки или при недостаточной грузоподъемности монтажных кранов.
Способ вертикального подъема характеризуется тем, что на земле полностью монтируют пространственную конструкцию, поднимают с помощью подъемников (обычно гидравлических) несколько выше про-316
ектной отметки, под нее подводят поддерживающие конструкции, чаще всего колонны, на которые и опускают монтажный элемент. В отдельных случаях пространственный, подготовленный для монтажа блок, поднимают и устанавливают на опоры с помощью двух синхронно работающих монтажных кранов.
Способы установки элементов являются неотъемлемой частью проекта производства работ. Оптимизация методов монтажа производится путем технико-экономического анализа с учетом определяющих факторов: конструктивных особенностей здания, массы элементов, рельефа площадки и требуемых площадей, наличия монтажного оборудования, нормативных сроков строительства.
ГЛАВА 9
МОНТАЖ КОНСТРУКЦИЙ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ И ГРАЖДАНСКИХ ЗДАНИЙ
9.1. Монтаж конструкций одноэтажных промышленных зданий с железобетонным каркасом
9.1.1. Монтаж сборных фундаментов
Монтаж сборных фундаментов обычно осуществляют отдельным опережающим потоком в период возведения подземной части здания. Разбивку мест установки фундаментов производят с использованием продольных и поперечных осей, фиксируемых с помощью проволоки.
При монтаже фундаментов под колонны на дно котлована отвесом переносят положение осей, фиксируя их штырями или колышками, забитыми в грунт. На фундаментах стаканного типа определяют середину боковых граней стакана и наносят осевые риски на верхнюю грань. При опускании блока на основание контролируют по рискам положение блока.
Установку фундамента стаканного типа необходимо производить сразу в проектное положение, чтобы избежать нарушения поверхностного слоя основания (рис. 9.1). Положение фундаментного блока по высоте выверяют с помощью нивелира, контролируя отметку дна стакана. Положение блока в плане проверяют при неснятых стропах путем совмещения рисок (установочных и разбивочных осей) по двум взаимно перпендикулярным осям, небольшое отклонение устраняют, передвигая блок монтажным ломиком.
По окончании монтажа фундаментных блоков проводят геодезическую съемку их положения - высотную и в плане. По результатам съемки составляют исполнительную схему, на которой указываются возможные смещения блоков.
318
11
Р и с. 9.1. Монтаж фундаментов:
/ - гусеничный кран; 2 - положение блока фундаментов до подъема; 3 - блок фундамента при установке
Допускаемые отклонения установленных фундаментных блоков стаканного типа от проектного положения: смещение осей блоков относительно разбивочных осей не более +10 мм, отклонение отметок дна стаканов — 20 мм.
9.1.2. Монтаж колонн
Монтаж фундаментов стаканного типа и в целом возведение конструкций подземной части здания относятся к работам нулевого цикла и выполняются самостоятельным монтажным потоком. Надземная часть здания обычно монтируется смешанным методом, когда самостоятельными потоками монтируются колонны и навешиваются стеновые панели, а комплексно осуществляется установка подкрановых, подстропильных и стропильных ферм, укладка панелей покрытия.
Для одноэтажных промышленных зданий разработана номенклатура сборных железобетонных колонн высотой до 19,35 м массой до 26,4 т, монтируемых в фундаменты стаканного типа.
До монтажа колонн необходимо:
засыпать пазухи фундаментов;
нанести по четырем граням на уровне верхней плоскости фундаментов риски установочных осей;
закрыть стаканы фундаментов щитами для предохранения от загрязнения;
устроить дороги для проезда монтажного крана и автомобилей;
319
подготовить площадки для складирования колонн у места их установки;
доставить в зону монтажа необходимые монтажные средства, приспособления и инструменты;
проверить положение всех закладных деталей колонн;
нанести риски установочных осей на боковых гранях колонн.
Колонны предварительно раскладывают у мест монтажа на деревянных подкладках толщиной не менее 25 мм. Раскладку колонн производят таким образом, чтобы кран с монтажной стоянки мог устанавливать их в проектное положение без изменения вылета стрелы (рис. 9.2). Перед монтажом каждую колонну необходимо осмотреть с тем, чтобы она не имела деформаций, повреждений, трещин, раковин, сколов, обнаженной арматуры, наплывов бетона. Необходимо проверить геометрические размеры колонны, наличие монтажного отверстия, правильность установки стальных закладных деталей.
Перед или одновременно со строповкой колонну высотой более 12 м обстраивают лестницами, навесными люльками, расчалками.
Строповку колонн осуществляют за монтажные петли, за монтажный стержень, пропускаемый в специальное отверстие колонны. Широко применяют фрикционные захваты или различные самобаланси-рующие траверсы, позволяющие опускать колонну на фундамент вертикально. Все они должны обеспечивать дистанционную рас-строповку, исключающую необходимость подъема рабочего к месту строповки после установки колонны в стакан фундамента. Колонны при помощи монтажного крана опускают в стакан фундамента на железобетонные подкладки или на выравнивающий слой бетонной смеси.
Выверку и временное закрепление установленных в фундаменты колонн осуществляют при помощи комплекта монтажного оснащения. Проектное положение низа колонны на дне стакана фундамента, временное крепление и выверка колонн по вертикали осуществляются с помощью клиновых вкладышей.
Устойчивость колонн после установки обеспечивают временными креплениями, чаще всего кондукторами или клиновыми вкладышами. Выверку и исправление колонн по вертикали производят при помощи дом
320
Рис.9.2. Монтаж колонн:
1 - фундамент стаканного типа; 2 — подкладка; 3 — положение колонны на складе; 4 - установленная колонна; 5 - монтажная траверса; б - ранее установленная колонна; 7 - заделка колонны в стакане бетоном
кратов; при этом отклонение от вертикали и смещение осей колонн в нижнем сечении не должно превышать нормативных величин.
Колонны высотой до 12 м закрепляют в стаканах фундаментов обычно только при помощи клиновых вкладышей, для более высоких колонн дополнительно используют кондукторы и расчалки. Расстро-повку установленных колонн следует производить после надежного закрепления их в стаканах фундаментов клиновыми вкладышами, а при необходимости и расчалками.
Инвентарный клиновой вкладыш состоит (рис. 8.17) из корпуса с гайкой и ручкой, винта с бобышкой и клина, подвешенного на шар
Р и с. 9.3. Кондукторы одиночные для монтажа колонн в стаканы фундаментов:
а ~ обычный; б — полуавтоматический; 1 — монтируемая колонна; 2 — рама; 3 — захват за монтируемую конструкцию; 4 — регулировочный винт; 5 — захват за опору; б — поворотный кронштейн; 7 — фундамент; 8 - подкладка; 9 — закладной валик; 10 — прижимные подпружиненные ролики;
11 — направляющие неподвижные ролики
1 1 Э-804
321
нире. Клиновые вкладыши устанавливают в зазоры между гранями колонны и стенками стакана фундамента. При зазорах более 90 мм применяют дополнительные вставки. При вращении винта ключом под действием бобышки клин перемещается в корпусе на шарнире, в результате создается усилие распора между клином и корпусом стакана. Перед заделкой стыка между колонной и фундаментом бетонной смесью на клиновой вкладыш устанавливают ограждение, которое извлекают из стакана сразу же после уплотнения жесткой бетонной смеси или после начала схватывания при обычных смесях.
Для временного закрепления колонн применяют кондукторы различных типов (рис. 9.3). Условия применения разного вида кондукторов, порядок выполнения работ по установке и выверке колонн с их применением оговаривается проектом производства работ.
После выверки колонн закрепление их в проектном положении осуществляют путем бетонирования стыков бетонной смесью на быст-ротвердеющем безусадочном цементе при помощи пневмонагнетателя. Клиновые вкладыши вынимают только после приобретения бетоном стыка прочности, указанной в проекте производства работ или по достижении бетоном 50% проектной прочности.
При монтаже колонн необходимо проверять отметку дна стакана фундамента, совмещение риски на грани в нижней части колонны с разбивочной риской на верхней грани фундамента, вертикальность колонн, отметки крановой консоли и оголовка колонны. Совмещени осей колонны и разбивочных осей необходимо контролировать по двум осям, вертикальность колонны должна быть обеспечена при помощи одного или двух теодолитов по двум разбивочным осям или зе-нит-прибором методом вертикального проектирования. Отметки опорных площадок для подкрановых балок и ферм контролируют методом геометрического нивелирования.
9.1.3. Монтаж подкрановых балок
Установку балок производят только после набора бетоном в замоноли-ченном стыке колонны с фундаментом заданной прочности. Перед монтажом должны быть выполнены следующие подготовительные работы:
планировка зон раскладки подкрановых балок перед подъемом;
устройство проезда для передвижения монтажного крана и автотранспорта;
выверка и закрепление по проекту всех колонн и вертикальных связей по ним;
322
геодезическая проверка отметок опорных площадок консолей колонн с определением и обеспечением монтажного горизонта.
Монтаж подкрановых балок может быть организован самостоятельным потоком или осуществляться комплексно совместно с остальными конструкциями покрытия (рис. 9.4). Раскладку балок и остальных элементов каркаса в зоне монтажа необходимо выполнять на деревянные подкладки, укладывая сборные элементы под небольшим углом к ряду колонн (что позволяет осмотреть торцы и подготовить соединяемые детали к монтажу), и на расстоянии от них порядка 50 см. Раскладку подкрановых балок выполняют с учетом их монтажа, когда кран с монтажной стоянки осуществляет их подъем и укладку без изменения вылета стрелы (рис. 9.5). Перед подъемом подкрано
Р и с. 9.4. Схема раскладки и монтажа элементов типовых ячеек:
I ~ смонтированная колонна; 2 - подкрановая балка; 3 - штабель плит покрытия; 4 - стро-пильные фермы; 5 - монтажное обустройство колонны
Рис. 9.5. Монтаж подкрановых балок:
1 — колонна; 2 — подкрановая балка в проектном положении; 3 - то же, на складе; 4 — монтажный кран
323
вой балки необходимо установить на колонны монтажные лестницы, очистить монтажные узлы от грязи и мусора, закрепить на балке оттяжки и застропить ее.
Возможны две основные схемы монтажа подкрановых балок. При первой, в пределах захватки монтируют балки и временно их закрепляют. Осуществляют инструментальную нивелировку балок в опорных точках. Под уровень наиболее высокой отметки приподнимают все остальные опорные точки балок при помощи стальных прокладок. Без-выверочный монтаж балок возможен при повышенной точности изготовления и монтажа колонн, обеспечивающих необходимый горизонт консолей этих колонн. При второй схеме перед установкой подкрановых балок на закладные детали консолей колонн укладывают подкладки-компенсаторы толщиной до 10 мм, которые обеспечивают проектную точность опорной поверхности. Это позволяет устанавливать и окончательно закреплять подкрановые балки без дополнительной выверки по высоте.
Подкрановые балки длиной до 6 м поднимают в проектное положение обычной траверсой с крюками, а балки большей длины - траверсой с клещевыми захватами (рис. 9.6). Балку поднимают выше проектной отметки на 30...50 см и с помощью оттяжек приводят ее в положение, близкое к проектному. При установке подкрановых балок риски на нижних торцевых гранях балок должны совпадать с рисками на консолях колонн.
Рис. 9.6. Захваты для монтажа подкрановых балок:
Z - подкрановая балка; 2 - механический захват; 3 - траверса; 4 - гибкие тросы; 5 - фиксатор 324
Выверку балки по высоте и в плане осуществляют при помощи домкрата или струбцины и горизонтального винтового устройства. По окончании выверки под балку укладывают расчетной толщины прокладки и закрепляют ее анкерными болтами.
Отметку верхней полки и положение продольной оси выверяют геодезическими инструментами. Закрепление балок осуществляют сваркой закладных пластин в торцах балок и в двух уровнях у колонны -у верхней грани подкрановой консоли и на боковой грани выше полки балки. Промежуток между подкрановой балкой и колонной заполняют бетонной смесью в инвентарной опалубке, а стыки балок - цементным раствором.
9.1.4. Монтаж стропильных и подстропильных ферм и балок
К данным конструкциям относятся подстропильные фермы длиной 12 м, стропильные фермы и балки длиной 12; 18 и 24 м и предварительно напряженные фермы для пролетов 18...36 м.
Разгрузка ферм и балок на объекте, раскладка и установка элементов производится обычно автомобильным краном в зоне действия монтажного крана. Монтаж этих конструкций может выполняться с предварительной раскладкой элементов (включая подкрановые балки и плиты покрытия) или непосредственно с транспортных средств. Раскладку ферм и балок производят таким образом, чтобы кран с монтажной стоянки мог устанавливать их в проектное положение без изменения вылета стрелы (рис. 9.7 и 9.8). Для обеспечения устойчивости монтируемых элементов на земле их складируют в специальных кассетах. При поставке на объект конструкций в значительных количествах допускается временное складирование в групповых кассетах без раскладки в зоне монтажа (рис. 9.9). Если предполагается монтировать подкрановые балки самостоятельным потоком, то предпочтительно подстропильные фермы монтировать с ними в одном потоке.
Перед монтажом конструкции необходимо оснастить: подстропильные фермы - предохранительным канатом, навесной люлькой и оттяжками; стропильные фермы и балки - предохранительным канатом и оттяжками.
Для строповки ферм и балок должны применяться траверсы, оснащенные захватами с дистанционной автоматической или полуавтоматической расстроповкой.
325
□
Рис. 9.7. Монтаж подстропильных ферм:
1 — монтажный кран; 2 — подстропильная ферма на складе; 3 — установка фермы на опоры; 4 — монтажная оснастка
3
Рис. 9.8. Монтаж стропильных ферм:
1 — стропильные фермы на складе; 2 — подъем фермы в проектное положение; 3 — траверса; 4 — монтажный кран; 5 — монтажное обустройство колонны
При подъеме фермы ее положение в пространстве регулируют с помощью оттяжек. На высоте охоло 0,6 м над местами опирания ферму принимают монтажники (находящиеся на монтажных площадках, прикрепленных к колоннам), наводят ее по осевым рискам и устанавливают в проектное положение. Затем сваривают закладные детали, после чего производят расстроповку фермы. Для монтажа балок и ферм часто используют передвижные и самоходные телескопические и шарнирные вышки и подъемники, которые обеспечивают удобство в работе монтажников и позволяют отказаться от подмостей и навесных люлек. 326
nVn liVn^lL
Рис.9.9. Складирование ферм и балок на приобъектном складе: а - стропильные фермы; б — подкрановые балки
Фермы и балки покрытия следует устанавливать в проектное положение, совмещая осевые риски на их концах с рисками на опорных поверхностях нижележащих конструкций (колонн, подстропильных ферм). Раскрепление элементов производят при помощи кондукторов, предварительно устанавливаемых на оголовки колонн. Расстроповку осуществляют после установки распорок и приварки связей к верхним поясам.
После подъема, установки и выверки первую ферму раскрепляют расчалками, которые закрепляют за переставные инвентарные якоря или заранее установленные и замоноличенные колонны, последующие соединяют друг с другом специальными распорками, имеющими в осях жесткий размер 6 или 12 м (рис. 9.10). После установки первой пары ферм на них укладывают и закрепляют 3...4 плиты покрытия для создания начальной жесткой системы. Затем снимают все элементы временного крепления, т. е. все инвентарные распорки и расчалки удаляют по мере укладки и приварки плит покрытия. Одновременно с фермами следует устанавливать все предусмотренные проектом постоянные связи.
Рис.9.10. Установка и раскрепление первых двух стропильных ферм:
I — поручень; 2 - стропильная ферма (балка); 3 — стяжная муфта; 4 — инвентарная винтовая стяжка; 5 — подкрановая балка; 6 — расчалка
327
9.1.5. Монтаж плит покрытия
Как правило, плиты покрытия имеют длину 6 м при ширине 1,5 и 3 м и длину 12 м при ширине 3 м. Строповку плит производят четырехветвевым стропом типа «паук» или, что чаще, траверсами. Монтаж плит осуществляют в одном потоке с фермами (балками покрытия), поэтому сразу после установки очередной фермы укладывают очередной ряд плит.
При бесфонарной кровле плиты покрытия рекомендуется уклады вать от одного конца фермы к другому, начиная со стороны ранее смонтированного пролета (рис. 9.11), при наличии фонарей - от концов ферм к середине пролета. Плиты покрытия укладывают по размет-
Р и с. 9.11. Монтаж панелей покрытия:
/ — штабель плит покрытия; 2 — монтажный кран; 3 — монтажное обустройство колонны; 4 — последовательная укладка плит покрытия
328
ке на верхних поясах ферм (балок) с целью обеспечения проектного положения их в плане на стропильной конструкции.
Первая плита покрытия, установленная на стропильные конструкции, приваривается в четырех опорных узлах. Закладные детали каждой последующей плиты не менее чем в трех узлах опирания должны быть приварены к закладным деталям верхнего пояса фермы (четвертый угол плиты оказывается недоступен для сварки).
При укладке в каждой ячейке первой плиты один монтажник находится на плите, уложенной в смежной ячейке, второй - на лестнице-площадке, навешенной на колонну. В дальнейшем оба монтажника переходят на вновь уложенную плиту для приемки и укладки следующей.
Крайние плиты покрытия должны оснащаться инвентарной конструкцией ограждения. Швы между плитами заделывают цементно-песчаным раствором на быстротвердеющем цементе или мелкозернистой бетонной смесью.
В одноэтажных промышленных зданиях могут быть предусмотрены в качестве элементов покрытия большеразмерные плиты-оболочки, плиты 2Т, другие индустриальные изделия, которые чаще всего поступают на объект с уже выполненным утеплителем и кровлей.
Складирование плит покрытия осуществляется в рабочей зоне монтажного крана вместе с другими элементами, входящими в монтажный поток. Плиты укладываются в штабели до 8...9 шт., иногда устраивают штабели с двух сторон от монтажного крана. Необходимо, чтобы на этих штабелях все плиты укладывались полностью в монтируемом пролете. Только для плит покрытия, как наиболее легких элементов каркаса, допустимо изменение вылета крана при укладке элементов на две соседние фермы. Оптимальным решением является применение в качестве монтажного крана с удлиненным гуськом, что позволит на основном крюке поднимать и монтировать фермы и балки, на другом крюке на гуське - плиты покрытия.
Распорку между фермами снимают после укладки и приварки к ферме закладных деталей плиты, уложенной у распорки. Монтаж железобетонных плит покрытия по стропильным балкам выполняют в той же последовательности и теми же приемами, как по фермам.
9.1.6. Монтаж стеновых ограждений
Стеновые панели устанавливают в самостоятельном монтажном потоке после монтажа каркаса и покрытия всего здания или части его. Панели наружных стен приняты длиной 6 и 12 м при высоте 1,2 и 1,8 м.
Монтаж стеновых ограждений обычно выполняют самоходными стреловыми кранами на гусеничном или пневмоколесном ходу с пря-12 э-804 329
мыми стрелами, со стрелами с гуськом или со специализированным башенно-стреловым оборудованием. Наибольшее применение находят гусеничные краны, так как для них проще подготавливать основание под проезды.
Для выгрузки с транспортных средств и установки панелей стен в кассеты применяют самостоятельный кран, чаще автомобильный. Располагать кассеты в несколько рядов вдоль здания и тем самым расширять монтажную зону нерационально. Поэтому, если стена по высоте включает более 12 панелей, монтаж стенового заполнения осуществляют за 2...3 проходки крана по длине захватки.
Панели стен монтируют участками между колоннами на всю высоту здания. Для выгрузки и установки панелей в кассеты обычно применяют автомобильный кран. При этом строповку панелей длиной 6 м производят двухветвевым стропом, а панелей длиной 12 м — траверсой. Ширина зоны монтажа, проезда для транспортных средств, доставляющих стеновые панели, зоны работы крана зависят от технологии выполнения монтажных работ, от места расположения кассет с панелями и других факторов. Наименьшая ширина зоны для производства монтажных работ будет в случае, когда кассета со стеновыми панелями расположена между краном и монтируемой стеной; при этом в кассете должно быть достаточно панелей для устройства стены на всю высоту (рис. 9.12).
Р и с. 9.12. Навеска наружных стеновых панелей при разном складировании конструкций:
а - при расположении кассет между краном и стеной; б - то же, за краном; в - при расположении крана между двумя кассетами; 1 — кран; 2 — кассеты со стеновыми панелями; 3 — оттяжки;
4 — стропы; 5 - стеновые панели; 6 — панели покрытия; 7 - стропильные фермы; 8 - установленные стеновые панели; 9 — колонны; 10 - гидроподъемники
330
По существующей технологии монтажники выверяют и крепят устанавливаемые панели с внутренней стороны здания. При возможности проезда внутри здания в качестве рабочих мест монтажников целесообразно использовать два подъемника на базе автомобилей. Это позволяет монтажникам принимать каждую панель в местах ее соединения с колоннами. При отсутствии подъемников в качестве рабочего места можно применять подмости и люльки. В случае невозможности проезда внутри здания в качестве рабочих мест могут быть использованы самоподъемные люльки.
Находит применение технология монтажа наружных стеновых панелей с применением крана со специализированным башенно-стреловым оборудованием. Основными технологическими особенностями применения этого оборудования являются:
совмещение грузоподъемного крана с монтажной площадкой;
возможность перемещения монтажной площадки по вертикали (вверх и вниз по башне крана) и по горизонтали (от башни к стене и обратно);
размещение панелей в кассетах, устанавливаемых между краном и монтируемой стеной;
ширина зоны монтажа по периметру здания, составляющая не менее 8,5 м.
При установке наружных панелей особое значение имеет точность монтажа для выполнения панелями не только ограждающих, но и эстетических функций. Поэтому необходимы соблюдение размеров швов, должное качество их отделки, сохранение граней лицевых поверхностей.
При геодезической проверке точности выполнения работ контролируется: для панелей первого ряда - совмещение нижней грани панели с рисками разбивочных осей; совмещение граней устанавливаемых рядом или одна над другой панелей; вертикальность граней устанавливаемого ряда стеновых панелей.
Для расшивки горизонтальных швов или нанесения герметизирующих мастик снаружи, заделки вертикальных швов между панелями используют подмости или подъемные люльки, которые располагают с наружной стороны пролета после передвижки монтажного крана на следующую стоянку.
9.1.7. Заделка стыков конструкций
Способы заделки стыков в значительной степени определяются их расположением в здании. Различают горизонтальные и вертикальные стыки. Заделка стыков в общем виде состоит из следующих операций: конопатки, гидроизоляции, утепления, замоноличивания, герметизации, 331
отделки поверхности. Заделку стыков с внутренней стороны ведут в процессе монтажа. Если стык требует обработки снаружи, то заделку стыков выполняют с земли, со стремянки, с выдвижных или навесных люлек.
Замоноличивание стыков и швов раствором или бетонной смесью производят после выверки правильности установки элементов конструкций, приемки сварных соединений и выполнения противокоррозионной защиты стальных закладных деталей и выпусков арматурных стержней. Качеству заделки стыков придают большое значение, так как от них зависит прочность и устойчивость здания.
Стыки, воспринимающие расчетные усилия, замоноличиваются бетонной смесью более высокого класса, чем бетон стыкуемых элементов. Стыки, не воспринимающие расчетных усилий, могут заделываться бетонной смесью и раствором, указанными в проекте. Целесообразно применять бетонную смесь на расширяющемся или быстротвердеющем цементе. Песок используют кварцевый средне- и крупнозернистый. Щебень применяют гранитный крупностью 5... 10 и 10...20 мм, чтобы лучше обеспечить заполнение бетонной смеси в стыке. Наибольший размер щебня не должен превышать 3/4 наименьшего расстояния в свету между стержнями арматуры и */3 наименьшего размера сечения полости стыка.
Соединение колонны с фундаментом контролируется в двух местах. Колонну устанавливают в стакан фундамента на выравнивающий слой раствора или бетонной смеси жесткой консистенции, которую укладывают перед установкой колонны. Толщину слоя определяют по высоте монтируемой колонны и отметки дна стакана на исполнительной схеме. Нельзя укладывать металлические подкладки вместо выравнивающего слоя и устанавливать колонну на затвердевший слой бетона, так как при этом не обеспечивается необходимый контакт по всей площади торца колонны и основания.
Гнезда стаканов замоноличивают после установки и выверки колонны или ряда колонн бетонной смесью с заполнителем крупностью 5...20 мм. Бетонную смесь уплотняют глубинным вибратором с наконечником диаметром до 38 мм.
Остальные стыки элементов каркаса могут иметь различные конструкции. В соответствии с этими отличиями в проектах производства работ должны быть указаны способы заделки стыков: зачеканиванис или заделка швов раствором или монолитный стык, применяемый для заделки стыкуемых арматурных элементов.
Зачеканивают швы жестким раствором, уплотняя его для полного законопачивания зазоров. Швы заделывают вручную или с помощью растворонасосов. При заделке стыков между вертикальными элементами применяют инвентарную опалубку.
Бетонируют монолитные стыки, укладывая в опалубку бетонную смесь (раствор); опалубку снимают после достижения прочности бето-332
на, требуемой по проекту. До начала бетонирования таких стыков проверяют качество сварки деталей и арматуры, правильность армирования. Перед укладкой бетонной смеси очищают арматуру и все поверхности стыкуемых элементов от окалины, убирают мусор. Укладывают бетонную смесь, уплотняя ее вибрированием, штыкованием, добиваясь, чтобы стык целиком заполнился бетонной смесью.
При укладке бетонной смеси следят за тем, чтобы не было смещения арматуры в бетоне и выдерживалась требуемая толщина защитного слоя. В процессе вибрирования бетонная смесь выходит из рыхлого состояния и приобретает подвижность благодаря уменьшению трения между частицами. Вследствие этого щебень и гравий также приходят в движение и распределяются в бетонной смеси более равномерно, что приводит к увеличению плотности и прочности бетона.
9.2. Монтаж конструкций многоэтажных промышленных зданий
9.2.1. Общие положения
Сборные железобетонные конструкции применяют при строительстве многоэтажных промышленных и гражданских зданий. Для промышленных зданий целесообразна каркасная схема конструкций здания, которая позволяет воспринимать большие нагрузки. Для жилых полносборных зданий высотой до 17 этажей включительно используют бескаркасную систему из несущих и ограждающих крупнопанельных элементов.
Каркас надземной части многоэтажных промышленных зданий состоит из колонн, ригелей, плит перекрытий, навесных стеновых панелей, лестничных маршей и площадок, лифтовых шахт, стенок жесткости. Объемно-планировочное решение таких зданий предусматривает сетку колонн от 4,5 х 6 до 9 х 12 м. Ширина здания чаще всего 12; 18; 24 и 36 м. В верхних этажах могут быть предусмотрены зальные помещения высотой до 10,8 м, пролетом на всю ширину здания или его часть. При необходимости верхний этаж может быть решен с мостовыми кранами. Протяженность секции здания 60 и 72 м, но возможны решения, допускающие иную длину секции, кратную шагу колонн.
В каркасе предусмотрены колонны прямоугольного сечения (от 400 х 400 до 400 х 600 мм). Колонны первого этажа заделывают в стаканы фундаментов с заглублением на 600 мм при опирании плит перекрытий на полки ригелей, и на 1000 мм - при опирании плит перекрытий по верху ригелей. Колонны для зданий с высотой этажа 3 и 3,3 м принимаются двух- или трехэтажной разрезки, для высот этажей 3,6 и ззз
4,8 м - двухэтажной разрезки, а для этажей высотой 6 м и более - поэтажной разрезки. Стыки колонн, расположенные на высоте 1,8 м от отметки верха консоли, жесткие. Соединяют колонны между собой при помощи накладок из арматурной стали, привариваемых к стальным оголовкам. Зазор между стыкуемыми колоннами равен 40 мм. Для малоэтажных зданий, в основном вспомогательного назначения, могут быть приняты колонны поэтажной разрезки.
Ригели для зданий с плитами перекрытий, опирающимися на их полки, имеют трапецеидальное сечение высотой 800 мм и шириной 650 мм. Ригели, на которые по верху опираются плиты, имеют прямоугольное сечение 800 х 300 мм. Соединение ригеля с колонной осуществляют ванной сваркой их выпусков арматуры, а также сваркой закладных деталей ригеля и консоли колонны с последующим замоноли-чиванием стыка.
Междуэтажные перекрытия предусмотрены из межколонных основных плит шириной 3000 и 1500 мм и доборных - шириной 750 мм, размещаемых только по крайним рядам колонн. Основные плиты, располагаемые вдоль здания по осям колонн, приваривают к закладным деталям ригелей и соединяют между собой по верху продольных ребер стальными накладками. Доборные плиты устанавливают на стальные столики, приваренные к закладным деталям колонн. Плиты приваривают к этим столикам и соединяют с соседними, основными плитами, а также накладками по верху их продольных ребер.
Панели наружных стен принимают такие же, как и для одноэтажных промышленных зданий, - длиной 6; 9 и 12 м, высотой 1,2 и 1,8 м. Цокольные панели первого этажа устанавливаются на фундаментные балки. Панели последующих этажей опираются на стальные столики, привариваемые к закладным деталям колонн. Предусмотрен вариант самонесущих стеновых панелей.
Сборка каркаса многоэтажных промышленных зданий - взаимоувязанный процесс монтажа колонн, ригелей, диафрагм жесткости, связевых и междуэтажных плит перекрытий. Элементы устанавливают в такой последовательности, которая обеспечивает жесткость и неизменяемость каркаса. Последовательность монтажа в каждом конкретном случае определяется проектом производства работ и комплектом монтажной оснастки, которую будут применять для установки и выверки конструкций: одиночных или групповых приспособлений (рис. 9.13, 9.14 и 9.15).
Из средств монтажной оснастки чаще применяют индивидуальные, а не групповые средства оснастки, при помощи которых выверяют и временно закрепляют конструкции. В состав комплекта индивидуальных средств монтажа входят клинья и клиновые вкладыши, хому-334
1 15 28 5 49 59 35 66 76 39
9 19 32 12 53 63 43 70 80 46
22 25 56 73
2 16 29 6 50 60 36 67 77 40
10 20 33 13 54 64 44 71 81 47
23 26 57 74
3 17 30 7 51 81 37 88 78 41
11 21 34 14 55 65 45 72 82 48
24 27 58 75
4 18 31 8 52 62 38 69 79 42
Р и с. 9.13. Технологическая последова-
1 15 26 2 49 67 35 53 71 36
9 20 №1 31 32 10 21 57 75 43 61 №1 79 80 44 62
3 18 27 4 50 68 37 54 72 38
11 22 19 30 12 23 58 76 45 63 60 78 46 64
5 17 28 6 51 69 39 55 73 40
13 24 №2 33 34 14 25 59 77 47 65 №2 81 82 48 66
7 16 29 8 52 70 41 56 74 «
тельность монтажа каркаса здания при использовании одиночных кондукторов при колоннах на два этажа
Р и с. 9.14. Технологическая последовательность монтажа каркаса здания при использовании групповых кондукторов при колоннах на два этажа
ты, подкосы и горизонтальные распорки, кондукторы. В отличие от групповых средств оснастки, индивидуальные средства более универсальны и просты в применении.
Для монтажа сборных конструкций могут быть применены башенные, стреловые и козловые краны. Башенные и стреловые краны устанавливаются с одной стороны здания, с двух сторон здания или внутри здания в среднем пролете. Смешанная расстановка кранов (башенные и стреловые) применима для зданий, у которых колонны нижнего яруса являются самыми тяжелыми элементами с массой до 10 т, остальные элементы каркаса имеют массу менее 5 т. В этом случае стреловой кран может осуществлять монтаж колонн первого яруса, остальные конструкции целесообразно монтировать башенным краном грузоподъемностью 5 т.
Козловые краны могут оказаться рациональными, когда в здании запроектировано большое количество тяжелого и крупногабаритного
Р и с. 9.15. Технологическая последовательность монтажа каркаса здания при использовании рамно-шарнирного индикатора (РШИ) при колоннах на два этажа
1 41 43 2 57 59 9 49 51 10
17 19 №1 75 76 18 20 66 71 29 31 №3 79 80 30 32
3 42 44 4 58 80 11 50 52 12
21 23 65 70 22 24 67 72 33 35 69 74 34 36
5 45 47 6 61 63 13 53 55 14
25 27 №2 77 78 26 28 68 73 37 39 №4 61 82 38 40
7 46 48 8 62 64 15 54 56 16
335
технологического оборудования, осуществить монтаж которого другими типами кранов практически невозможно.
При подготовке конструкций к монтажу необходимо проверять их геометрические размеры, правильность нанесения осевых и контрольных рисок, отсутствие деформаций и повреждений выпусков арматуры.
9.2.2. Монтаж колонн
Монтаж колонн в стаканы фундаментов. Перед установкой колонн в стаканы фундаментов необходимо проверить отметки дна стаканов. Проектный уровень отметок обеспечивают укладкой на дно стакана выравнивающего слоя или пакета армоцементных подкладок. Для выравнивания применяют:
при толщине слоя до 30 мм - жесткий цементно-песчаный раствор марки 100 (с трудом превращается в комок в руке);
при толщине слоя более 30 мм - бетонную смесь класса В25 с уменьшенным содержанием воды, смесь уплотняют ручной трамбовкой, отметка верха слоя контролируется нивелиром;
армоцементные подкладки, которые изготовляют из раствора марки 200, их размер 100 х 100 мм, толщина 20...30 мм, армируют сеткой с ячейками 10x10 мм из стальной проволоки диаметром 1 мм.
Применение таких подкладок позволяет облегчить процесс выверки колонн и отказаться от устройства выравнивающего слоя из бетонной смеси. Не допускается применение пакета стальных подкладок вместо выравнивающего слоя из бетонной смеси или армоцементных подкладок.
Колонны первого монтажного яруса монтируют теми же методами, как и в одноэтажных промышленных зданиях. Подкосы и распорки для удержания колонн в вертикальном положении устанавливают таким образом, чтобы они не мешали укладке ригелей и связевых плит между колоннами.
На монтируемую колонну на складе конструкций надевают хомут и на него навешивают два подкоса, после чего колонну стропят и поднимают краном. Колонну устанавливают в стакан фундамента и временно закрепляют при помощи клиновых вкладышей (клиньев) и двух подкосов. Колонну расстроповывают, выверяют в вертикальном положении теодолитами по двум осям. По мере монтажа колонны замоноличивают в стаканах фундаментов. Подкосы снимают с колонны после раскрепления каркаса ригелями и плитами в уровне двух нижних этажей.
336
Монтаж колонн с использованием одиночных кондукторов. Одиночные и групповые кондукторы могут быть применены при монтаже первого и последующих ярусов надземной части каркаса (рис. 9.16). При монтаже каркаса верхних ярусов колонны монтируют на оголовки ранее установленных колонн нижнего яруса. Стык колонн предусмотрен на высоте 1 м от уровня перекрытия.
При использовании одиночных кондукторов первоначально на оголовок колонны опускают кондуктор и закрепляют его к оголовку колонны винтами двух нижних обойм. Одновременно колонну готовят к монтажу. Сначала ее стропят в штабеле стропами за две петли и краном переносят и укладывают на горизонтальные подкладки, где рас-строповывают ее. Затем проверяют маркировку колонны, очищают
Р и с. 9.16. Кондукторы одиночные для монтажа колонн на колонны:
о - со стыком в уровне перекрытия; б, в - со стыком выше перекрытия, соответственно, обычный и полуавтоматический; / - монтируемая колонна; 2 - стойки; 3 - захват за конструкцию, 4 - растяжка; 5 - регулировочные винты; б - захват за опору; 7 - нижняя опорная рама; 8 — верхняя рама; 9 - шарнир; 10 - опорные винты; 11 - запорный элемент, 12 - опорная поверхность; 13 -оголовок ранее смонтированной колонны; 14 - направляющие; 15 - поворотная балка захвата; 16 - подпружиненный упор; 17 - ролик; 18 - подвижный неподпружиненный упор; 19 - неподвижный упор
337
торцы и закладные детали от наплывов бетона, ржавчины и грязи. У торцов колонны шаблоном наносят осевые риски. Стропят рамочный захват и закрепляют его на колонне винтовыми стяжками.
Колонну поднимают и подводят к месту установки на высоте 20...30 см над кондуктором и развертывают в нужное положение. Медленно опускают колонну в кондуктор, совмещая риски на оголовке с рисками у нижнего торца монтируемой колонны. Установленную колонну временно закрепляют в кондукторе с помощью регулировочных винтов верхней обоймы и, не снимая стропов, монтажным ломиком и регулировочными винтами, совмещают риски оголовка и колонны. После приведения колонны в вертикальное положение окончательно закрепляют винты кондуктора, правильность установки колонны контролируют теодолитом. После закрепления и выверки колонны осуществляют расстроповку колонны.
Колонны стропуют при помощи рамочных и пальцевых захватов. Рамочный захват предназначен для подъема колонны за одну точку и дистанционной расстроповки. Захват состоит из верхней неразъемной и нижней разъемной рамок. Верхняя рамка имеет отверстия, через которые пропущены свободно скользящие канаты траверсы с укрепленными на них ниже верхней рамки гильзами. Нижняя рамка захватывает колонну под нижние консоли, а верхняя - опирается на верхние консоли или выпуски арматуры. Для расстроповки колонн крюк крана опускают до высоты, позволяющей разъединить секции нижней рамки с перекрытия. При этом стропы свободно скользят по отверстиям верхней рамки до тех пор, пока укрепленные на канатах гильзы не упрутся в рамку. При последующем подъеме крюка верхняя рамка снимается с колонны.
Строповку колонн, имеющих отверстия для подъема, производят пальцевым захватом, состоящим из траверсы, стропов и П-образной рамки, замыкаемой пальцем. Расстроповку колонны производят дистанционно посредством вытаскивания пальца из отверстия колонны серьги с тросиком.
При установке колонн целесообразно применять одиночные кондукторы с ршулировочными винтами. При использовании полуавтоматического кондуктора колонны монтируют в следующем порядке: кондуктор с закрытыми замками подают краном на оголовок смонтированной колонны. Под действием массы кондуктора, подпружиненные рычаги отжимаются и кондуктор самоустанавливается, скользя по неподвижным упорным роликам и роликам рычагов. После этого прижимные устройства запирают, и кондуктор оказывается жестко закрепленным на колонне. На одиночном кондукторе имеются 4 ряда зажимных винтов, два нижних ряда предназначены для закрепления кондук-338
тора на нижележащей колонне, верхние - для приема и закрепления устанавливаемой сверху колонны. Для обеспечения устойчивости и пространственной жесткости каркаса здания в процессе возведения, для создания необходимого фронта работ, рекомендуется иметь комплект, включающий 12 кондукторов.
Собирать элементы каркаса с одноэтажными колоннами необходимо поэтажно. Точность приведения колонн в вертикальное положение контролируют теодолитом по двум осям. Несоосность не должна превышать 5 мм, отклонение колонн от вертикали - 3 мм. Монтируют стальные связи непосредственно после установки колонн связевых ячеек. Одиночные кондукторы можно переставлять на следующую позицию только после сварки стыков колонн, укладки и сварки ригелей, укладки плит перекрытия.
9.2.3. Монтаж ригелей, внутренних стен и перегородок
Ригели каркаса монтируют после временного закрепления колонн в проектном положении. Перед монтажом ригели очищают, выпрямляют арматурные выпуски и закладные детали и насухо монтируют на консоли колонн. При многоярусных колоннах вначале монтируют ригели нижнего этажа, а затем, если такая технология рекомендуется технологической картой - верхних этажей. После выверки ригелей их опорные закладные детали приваривают прихваткой к закладным деталям консолей колонн и ригель расстроповывают.
Убедившись в том, что колонны и ригели в смонтированной ячейке находятся в проектном положении, окончательно закрепляют ригели ванной сваркой выпусков арматуры, сваркой закладных деталей, за-моноличиванием стыков. Затем монтируют диафрагмы жесткости каркаса с полкой, заменяющей ригель. Для временного крепления и выверки диафрагм применяют переставные струбцины. Диафрагмы жесткости без полки, заменяющей ригель, монтируют перед установкой ригеля между колоннами по этой оси.
Застропованную панель жесткости опускают к месту установки под углом к проектному положению, на уровне 3...5 см заводят на место, фиксируя по рискам, и устанавливают на растворную постель. Низ панели доводят до проектного положения, устанавливая грань панели по рискам, далее выверяют панель по вертикали. В вертикально стоящей панели сваривают прихваткой закладные детали стенки жесткости и колонны, и только после этого отцепляют крюки стропа. Вместо монтажной прихватки для временного закрепления панелей иногда используют треугольные стойки.
339
Конструкции каркаса монтируют поэтажно. Сначала укладывают ригели и связевые плиты. В целом работы выполняют в том же порядке, что и при сборке нижнего яруса. Особо контролируется положение колонн, поэтому после укладки и закрепления прихваткой ригелей и связевых плит осуществляют повторную съемку положения колонн. По ее результатам окончательно сваривают стыки колонн и узлы сопряжения ригелей и связевых плит с колоннами и только после этого снимают с колонн одиночные кондукторы.
Диафрагмы жесткости устанавливают после окончательной сварки стыков колонн и освобождения их от временных креплений. Диафрагмы, расположенные под ригелями, устанавливают до укладки расположенных выше их ригелей. Для временного их раскрепления используют снятые с колонн горизонтальные распорки.
Ригели присоединяют к колоннам сваркой закладных частей или выпусков арматуры колонны и арматуры выпусков ригеля. Консоли колонн очищают от наплывов бетона и грязи, наносят осевые риски на боковые грани колонн. При укладке ригеля проверяют совпадение рисок, при необходимости рихтуют, соединяют элементы между собой электроприхваткой. Стыки ригелей с другими элементами заделывают после окончательной выверки каркаса смонтированной ячейки.
Внутренние стены и перегородки выполняют функцию диафрагм жесткости. Такие стены из железобетонных панелей устанавливают после сварки стыков колонн, но до укладки ригелей и плит, располагаемых над ними (рис. 9.17). Элементы устанавливают на постель из раствора, для временного крепления и выверки используют подкосы и струбцины.
Рис. 9.17. Установка безригельной панели жесткости:
а - опускание на растворную панель; б - выверка н закрепление панели, / - колонна. 2 - панель, 3 - ригель; 4 - разметочные риски; 5 - постель из раствора; 6 - закладные детали, 7 - рейка-отвес; 8 - монтажный столик
340
9.2.4. Монтаж панелей перекрытий
Панели перекрытий монтируют после полного закрепления стенок жесткости и ригелей. Связевые плиты укладывают на полки ригелей после приварки ригелей к консолям колонн. При многоэтажных колоннах сначала укладывают связевые плиты нижнего, а затем верхних этажей яруса.
Часто плиты нужно заводить внутрь ячейки между верхними, уже установленными ригелями, поэтому их подают к месту укладки в наклонном положении (рис. 9.18). При такой подаче панели перекрытия сначала на консоли ригелей укладывают нижний конец плиты, затем опускают и выравнивают другой. После установки связевой плиты в проектное положение ее временно крепят при помощи электроприхватки сразу к четырем ригелям, а затем снимают стропы.
Полученная ячейка из четырех колонн, двух ригелей и двух связевых плит, соединенных точечной сваркой, имеет достаточную жесткость и неизменяемость. Поэтому разрешается осуществить окончательное соединение всех элементов между собой на сварке протяженными швами с заделкой стыков и швов.
Рядовые плиты перекрытий сначала первого, а затем следующих этажей укладывают на слой раствора или цементно-песчаной пасты. При необходимости предварительно уровень опорных поверхностей выравнивают слоем цементного раствора. Панели поднимают за петли или технологические отверстия. После укладки всех рядовых плит ячейки приваривают закладные детали плит к закладным деталям ригелей. Швы между плитами перекрытий заделывают раствором или за-моноличивают бетоном.
Рис. 9.18. Укладка связевой (распорной) (я) и рядовой (б) плит перекрытия
341
Плиты перекрытий верхних этажей монтируют так же, как и при возведении нижнего этажа. Лестничные площадки и марши каркасно-панельных зданий монтируют как в крупнопанельных зданиях.
После закрепления всех элементов каркаса на одном этаже приступают к монтажу элементов следующего этажа.
9.2.5. Монтаж каркаса с применением группового кондуктора
Благодаря применению групповых кондукторов на четыре колонны или комплекта пространственных рамно-шарнирных индикаторов (РШИ) сразу на 16 колонн, обеспечивается временное закрепление и заданная точность установки колонн и других конструкций принудительными приемами. Работы на новом ярусе начинают всегда с установки и выверки групповых кондукторов (индикаторов).
Групповой кондуктор предназначен для сборки каркаса с колоннами длиной до 18 м. Разработаны варианты кондукторов для разных сеток колонн. Кондуктор состоит из четырех стоек, связанных между собой поясами в виде ферм. Он оснащен поворотными площадками, а также подмостями, обеспечивающими удобство и безопасность выполнения работ при укладке и сварке ригелей двух этажей. Кроме того, на стойках кондуктора укреплены два ряда хомутов. Нижний и верхний ряды хомутов служат для выверки и временного закрепле-
Р и с. 9.19. Кондуктор групповой для монтажа одноэтажных колонн:
1 - монтируемая колонна; 2 - кондуктор; 3 - винтовые зажимы; 4 ~ шарниры; 5 - рама кондуктора; 6 - оголовок колонны
342
ния соответственно низа и верха устанавливаемой колонны. Верх колонны крепится под консолями колонн второго этажа. На кондукторе имеются подкосы для его временного крепления к ранее смонтированным конструкциям, а также струбцины для выверки и временного крепления стенок жесткости и стен-перегородок.
Подготовка группового кондуктора к работе осуществляется следующим образом. Кондуктор краном подают на перекрытие монтируемого этажа, устанавливают на деревянные подкладки и прикрепляют к ранее смонтированным конструкциям при помощи четырех подкосов, каждый из которых имеет крюк и стяжную муфту. При установке кондуктора для монтажа колонн в стаканы фундаментов его прикрепляют к петлям фундаментов, а при установке кондуктора на перекрытие он раскрепляется к монтажным петлям ригелей. Групповые кондукторы разработаны для монтажа колонн высотой на один (рис. 9.19) и на два этажа (рис. 9.20).
Перед установкой колонн необходимо повернуть в рабочее положение и закрепить рабочие площадки, подготовить нижние и верхние хомуты, оставив их в раскрытом состоянии. Монтажники находятся у оголовка нижестоящей колонны и на верхней площадке группового кондуктора. Они принимают подаваемую краном колонну, заводят ее в хомуты, опускают на нижестоящую колонну, после чего хомуты за-
Р и с. 9.20. Кондукторы групповые для монтажа колонн:
а - кондуктор с подвижной рамой; б - то же, с неподвижной рамой; 1 - монтируемая колонна;
2 - рама кондуктора. 3 - захват за конструкцию; 4 - подвижная рама; 5 - лестница; 6 - поворотная люлька; 7 - подмости; 8 — захват за опору; 9 — оголовок ранее смонтированной колонны
343
крывают. Зажимными винтами на хомутах колонну временно крепят и после этого расстроповывают. Ее выверяют теодолитом по двум взаимно перпендикулярным осям. Ригели и связевые плиты (плиты-вкладыши) укладывают с выдвижных площадок.
Для обеспечения непрерывного процесса монтажа конструкций комплект монтажного оснащения должен состоять из четырех групповых кондукторов. Монтируют каркас здания в последовательности, общей, но имеющей специфические особенности, для всех видов кондукторов. В двух установленных первоначально групповых кондукторах монтируются 8 колонн, на консоли первого яруса устанавливают 6 ригелей, сверху укладывают связевые плиты и после выверки и окончательной сварки монтируют пролетные плиты в средней ячейке. Аналогично монтируют конструкции второго (и третьего) яруса. Далее кондукторы поднимают краном из ячеек и переставляют на следующий монтажный участок, в освободившихся ячейках укладывают пролетные плиты перекрытий сначала на нижнем, а затем на следующем этаже.
9.2.6. Монтаж каркаса с применением рамно-шарнирного индикатора
Комплект рамно-шарнирных индикаторов (РШИ) включает 4 индикатора (групповых кондуктора), жестко соединенных между собой в единую пространственную конструкцию поперечными и продольными связями из стальных труб. Как и на обычном групповом кондукторе имеются кольцевые подмости и поворотные площадки, расположенные в уровне нижнего и верхнего этажей яруса колонны. На раме каждого кондуктора закреплены угловые упоры, служащие для фиксации и временного крепления колонн. Особенностью РШИ является наличие продольных и поперечных горизонтальных связей, которые жестко фиксируют положение всех четырех составляющих РШИ групповых кондукторов.
Модификации РШИ позволяют монтировать каркасы с различными объемно-планировочными параметрами. За базовый вариант принят рамно-шарнирный индикатор для ячейки 6 х 6 м с двухэтажной разрезкой колонн.
Комплект монтажного оснащения должен включать не менее четырех РШИ. Устанавливаются отдельные групповые кондукторы РШИ и переставляются с одной позиции на другую монтажным краном в строго определенном порядке, указанном в проекте производства работ.
344
После установки, закрепления и выверки комплекта РШИ монтируют колонны, положение которых в плане и по вертикали фиксируют с заданной точностью поворотными и откидными хомутами рамы. При установке колонну осторожно подводят краном к угловым упорам РШИ и плавно опускают на оголовок колонны нижнего яруса. Низ колонны перемещают монтажным ломиком, совмещая стыкуемые арматурные выпуски колонны или осевые риски устанавливаемой колонны с рисками осей колонны нижнего яруса. Для приведения верха колонны в проектное положение и временного закрепления грани колонны натяжным устройством прижимают к фиксирующим граням углового упора РШИ. Стыки установленных колонн сваривают. Для удобства работы монтажников на пространственных подмостях РШИ, расположенных в двух уровнях, смонтированы поворотные площадки монтажников, с которых удобно обрабатывать стыки колонн.
Монтаж каркаса с одной стоянки РШИ (16 колонн) производят на высоту двух этажей (при двухэтажной разрезке колонн) при следующей очередности процессов:
устанавливают и сваривают между собой по высоте все колонны;
устанавливают на консоли колонн и приваривают к ним ригели первого, а затем и второго этажа;
укладывают и приваривают к ригелям все межколонные плиты первого, а затем и второго этажа;
устанавливают необходимые по проекту перегородки на первом этаже;
укладывают в ячейках без РШИ плиты перекрытий первого этажа;
устанавливают в пролетах между РШИ сборные перегородки на втором этаже;
укладывают в ячейках без РШИ плиты перекрытий второго этажа;
переставляют РШИ на новый монтажный участок, а в освободившихся ячейках монтируют недостающие элементы;
монтируют лестничные площадки и марши вслед за монтажом элементов каркаса.
РШИ переставляют на новую позицию только после выполнения всех сварочных работ, предусмотренных в смонтированных ячейках проектом. После перестановки РШИ на новый монтажный участок в освободившихся ячейках монтируют плиты перекрытий первого и потом второго этажей. До укладки плит предварительно в ячейки должны быть поданы материалы для устройства перегородок и выполнения послемонтажных работ.
345
9.2.7. Навеска стеновых панелей
В каркасных зданиях панели наружных стен, как правило, навесные. Навеску панелей осуществляют после окончательного закрепления несущих конструкций на захватке (в пределах температурного блока).
В зависимости от конструктивного решения здания при монтаже стеновых панелей захваткой по высоте может быть один, два и более этажей. Стены с двухрядной разрезкой, включающей поясные и простеночные панели, монтируют поэтажно. При ленточном остеклении стены состоят лишь из поясных панелей. Высота захватки в этом случае не ограничивается и принимается равной или кратной высоте яруса для монтажа несущих конструкций каркаса.
До установки навесных панелей разбивают установочные риски, определяющие проектное положение панелей в продольном и поперечном направлениях, а также по высоте. Риски для установки панелей в плане наносят на колонны и плиты перекрытия, привязывая к разбивочным осям здания, а риски для установки панелей по высоте наносят на грани колонн, привязывая к монтажному горизонту.
В многоэтажных промышленных зданиях навесные стеновые панели часто бывают значительно легче тяжелых элементов каркаса. По этой причине наружные стены нередко монтируют в самостоятельном потоке самоходными кранами необходимой грузоподъемности.
Монтаж наружных стеновых панелей выполняют с отставанием на один ярус, и редко - непосредственно после установки элементов каркаса на этаже. Их устанавливают после возведения и окончательного закрепления несущих конструкций каркаса на этаже или захватке (рис. 9.21). Высота монтажного яруса для стеновых панелей соответствует обычно этажу при одноэтажных колоннах каркаса, но может быть выше при двух- и трехэтажных колоннах.
При монтаже многоэтажных каркасных зданий длина ветвей стропа должна быть такой, чтобы крюк и нижний блок полиспаста были выше перекрытия следующего этажа. Рабочее место монтажников находится непосредственно на перекрытии, если панели устанавливают на его уровне, или на переставных инвентарных подмостях, при установке панелей выше перекрытия. Снаружи все швы заделывают с подвесных подмостей.
Подача стеновых панелей к месту установки в каркасных зданиях осложняется установленными ранее конструкциями каркаса, поэтому панели при подъеме удерживают от разворота и удара об уже установленные конструкции двумя оттяжками. Если панель нельзя подать краном точно к месту установки, то монтажники подтягивают ее, пользу-346
6)
2
Р и с.9.21. Монтаж стеновых панелей:
а — установка панелей с помощью фиксаторов; б - то же, механической траверсой; 1 - фиксатор; 2 - траверса; 3 - монтажная площадка
ясь оттяжками или крюком на длинной рукоятке. Панель устанавливают на растворную постель вертикально, совмещая наружную грань с гранью нижележащей панели, а в продольном положении, ориентируясь по установочным рискам. После выверки панели по вертикали ее закрепляют монтажными приспособлениями и освобождают от строп.
При монтаже панелей стен с двухрядной поэтажной разрезкой поясные панели прикрепляют угловыми струбцинами к колоннам либо подкосами к петлям плит перекрытия. Простеночные панели также можно временно закреплять подкосами к плитам перекрытия или специальными струбцинами к ранее установленным поясным панелям. Этими же приспособлениями приводят панели в плоскость стены, обеспечивая ее вертикальность.
Стены двухрядной разрезки монтируют в пределах захватки в горизонтальном положении - сначала поясные панели, затем простеночные. Существуют специальные траверсы для подъема, наведения на место и тщательной навески с выравниванием, доводкой и поддерживанием панели. Расстроповку осуществляют после постоянного закрепления низа панели, выверки и временного закрепления верха. Постоянно закреплять верх панели допускается после ее расстроповки.
При монтаже со склада при нечетном количестве пролетов допустимо расположение монтажного крана внутри здания в среднем пролете. В случаях, когда тяжелые многоэтажные колонны расположены только в нижних этажах зданий, целесообразно применять комбинированную схему монтажа, при которой тяжелые колонны устанавливают 347
в стаканы фундаментов стреловым краном, а вышестоящие колонны и остальные конструкции здания монтируют при помощи башенного крана.
9.3. Монтаж конструкций крупнопанельных зданий
9.3.1. Общие положения
Многоэтажные крупнопанельные здания предназначаются для жилья, реже - в качестве гостиниц и объектов административного назначения. Конструктивная схема крупнопанельных зданий чаще всего состоит из несущих наружных и внутренних стеновых панелей и плит перекрытий, обеспечивающих горизонтальную жесткость сооружения; при поперечных несущих стенах ограждение здания может выполняться из самонесущих или навесных стеновых панелей.
При выполнении подготовительных работ при возведении подземной части здания особое внимание уделяется геодезическому обеспечению монтажа, которое подразумевает инструментальную разбивку технического подполья, вертикальную съемку поверхности ростверка, определение монтажного горизонта, установку маяков. Геодезическая разбивка при установке внутренних стеновых панелей заключается в выносе на поверхности ростверка проектных осей базовых панелей и рисок со стороны наружных стен, по которым в процессе монтажа осуществляется ориентация поперечных стеновых панелей по их торцевым граням. Кроме того, на поверхность ростверка выносятся проектные оси наружных и продольных внутренних стеновых панелей.
До начала монтажа конструкций любого типового этажа необходимо выполнить необходимые геодезические работы. На перекрытие переносят теодолитом основные и вспомогательные оси здания, фиксируют их рисками, размечают места установки маячных или базовых панелей.
На этаже закрепляют монтажный горизонт и наносят риски, определяющие положение вертикальных швов и плоскостей панелей. Для каждой панели горизонт отмечают двумя марками (деревянными или из раствора) на расстоянии 15...20 см от ее боковых граней, для наружных панелей марки устанавливают у наружных поверхностей здания. Толщина марок определяется по результатам нивелирования, верх всех марок должен быть на уровне расчетной отметки (монтажного горизонта).
348
К монтажу конструкций очередного этажа можно приступать после полной установки, выверки и окончательного закрепления — сварки и замоноличивания стыков, всех элементов нижележащего этажа.
Работы на новом этаже начинают с подготовки рабочей зоны, которые включают установку ограждения зоны монтажа, подачу в зону работ монтажной оснастки, инструмента и изделий, используемых в процессе установки конструкций (рис. 9.22).
Последовательность установки конструкций даже зданий одного типа и серии может значительно отличаться в зависимости от принятой организации работ: монтаж со склада, монтаж непосредственно с транспортных средств, монтаж силами монтажного потока домостроительного комбината. В обобщенном виде технология монтажа допускает метод свободной установки элементов с применением индивидуального монтажного оснащения и принудительный монтаж элементов с созданием жестких ячеек.
Свободная установка предполагает, что каждый элемент в процессе подъема не ограничен в своем перемещении, но в зоне установки его опускают и доводят в процессе выверки до проектного положения. Элемент временно закрепляют и выверяют индивидуальными приспособлениями и средствами контроля. Устойчивость панелей наружных стен обеспечивается подкосными струбцинами, а внутренних - подкосными или угловыми. Разрыв по времени между установкой смеж-
Р и с. 9.22. Схема организации рабочего места при монтаже панелей наружных стен:
1 - ограждения по периметру перекрытия; 2 - ограждение лестничной площадки; 3 — постоянное ограждение лестничного марша; 4 - защитные щиты перекрытия лифтовых шахт; 5 - щиты над проемами перекрытия; б — щиток прожекторного освещения; 7 — контейнер с гернитовым шнуром, теплоизоляционными вкладышами, монтажными связями; 8 — контейнер для монтажного оснащения; 9 - ящик с инструментом; 10 - подкосы; 11 — ящик с раствором
349
ных наружных панелей и примыкающей к стыку панели внутренних стен позволяет заделывать стыки с наклейкой гидроизоляционного слоя и утепляющего пакета. Данная схема применима и при монтаже с транспортных средств, когда доставляются на стройку и последовательно устанавливаются панели одного типа. Основной недостаток — потребность в большом количестве временных креплений.
Принудительный монтаж панелей ведут с использованием специальной оснастки для последовательного создания жестких ячеек или жесткой установки базовых панелей. Обычно монтажные работы на этаже начинаются с установки панелей лестничной клетки, в результате создается жесткая ячейка, обеспечивающая устойчивость примыкающих конструкций здания в процессе монтажа. В зданиях с поперечными внутренними несущими стенами после установки и закрепления первой панели все последующие крепят между собой распорными штангами (горизонтальными связями), позволяющими на стадии окончательной установки элемента ограничить его перемещение в пределах заданного допуска. Применяемое для такого монтажа оборудование называют групповым, при его использовании отпадает надобность в геодезической выверке элементов. Остальные элементы этажа монтируют свободным методом с применением индивидуального оснащения.
9.3.2. Монтаж подземной части здания
Монтаж конструкций подземной части основан на применении технологии опережающей установки панелей поперечных внутренних стен и принудительной их фиксации по геометрическим осям калиброванными штангами. Монтаж предусматривается выполнять по захватной схеме при захватке, равной двум секциям.
Монтаж на захватке начинается с установки базовых панелей и производится в следующей технологической последовательности:
посекционный монтаж внутренних стен;
посекционный монтаж панелей наружных стен цоколя;
монтаж элементов лифтовых шахт, лестничных площадок и маршей;
монтаж панелей перекрытия;
монтаж элементов входов.
Особое внимание должно быть уделено установке базовых панелей, обеспечению вертикальности их геометрических осей, так как от этого зависит точность монтажа последующих панелей. Для временного закрепления базовых панелей используют инвентарные петли и телескопические подкосы, низ которых следует крепить к специальным 350
петлям, закладываемым при бетонировании ростверка. После выверки и закрепления базовых панелей монтируют рядовые панели.
Стеновую панель, поданную краном к месту установки и опущенную на высоту 30 см над этим уровнем, принимают монтажники и, удерживая от поворота, опускают, не доводя до растворной постели на 3...4 см. В таком положении закрепляется на панели нижняя штанга (в проеме для пропуска коммуникаций), а затем закрепляются две штанги поверху для фиксации с ранее установленной панелью.
Панель, ориентируя внешний торец панели по рискам, опускают на растворную постель. Она, будучи закрепленной в трех точках, в принудительном порядке занимает проектное положение. Установленную панель расстроповывают, подштопывают раствор, убирают излишки раствора, готовят место для новой панели.
При посадке панели на растворную постель при трех точках фиксации гарантируется параллельность панели по отношению к базовым по геометрическим осям. Получение заданного расстояния между устанавливаемыми панелями обеспечивается соединением каждой последующей штанги с предыдущей. Безлюфтовое соединение штанг между собой и осевое соединение с панелями, позволяет обеспечить высокую точность монтажа. Монтаж внутренних продольных панелей производят с временным креплением их монтажными связями к ранее установленным поперечным внутренним стенам.
После завершения монтажа внутренних несущйх панелей в пределах секции производят монтаж цокольных панелей. Наружную (цокольную) панель подают краном к месту установки, опускают на постель из раствора, ориентируя по рискам геодезической разбивки, и производят окончательную установку низа панели. Затем закрепляют панель монтажными связями. Закрепление панели производится следующим образом. Крюк захвата монтажной связи закрепляют за подъемную петлю монтируемой цокольной панели, а струбцину - за верх внутренней поперечной стеновой панели. Надвигают предохранительную втулку на крюк и прижимают ее натяжной гайкой. Таким образом, осуществляется закрепление панели к двум примыкающим внутренним панелям, работа производится со специальных подставок или подмостей.
После временного закрепления панели производят, ее выверку, изменяя наклон панели вращением стяжной муфты монтажной связи. После окончательной выверки производят расстроповку панели. Далее подштопывают панель, подбирают раствор и готовятся к установке очередной наружной панели.
351
После монтажа и постоянного закрепления, в соответствии с проектом производства работ, внутренних и наружных стеновых панелей на захватке монтажные приспособления снимают и производят монтаж панелей перекрытия. До начала работ по монтажу панелей перекрытия над подвалом выполняются подготовительные процессы - срезают подъемные петли на стеновых панелях, расстилают раствор, готовят приспособления и инструмент для монтажа.
Подъем панели перекрытия может осуществляться с панелевоза (рис. 9.23) или из пирамиды на приобъектном складе. Применяемое грузозахватное устройство позволяет в процессе перемещения панели к месту укладку ее автоматический перевод из вертикального положения в горизонтальное (рис. 9.24). Поданную к месту монтажа панель принимают монтажники на высоте 30...50 см
Рис. 9.23. Последовательность операций по строповке, подъему и кантованию панелей перекрытия:
1 - строповка панели за верхние подъемные петлн; 2 - освобождение панели от транспортного страховочного каната; 3 - строповка панели за нижние подъемные петли; 4 - начало подъема панели к месту монтажа; 5 - автоматический перевод панели из наклонного в горизонтальное положение; б — укладка панели в проектное положение
352
и медленно опускают на несущие стены. При натянутых стропах монтажники производят выверку проектного положения панели с перемещением ее при помощи монтажным ломиков. После окончательной выверки и при отсутствии отклонений панели от проектного положения производится ее расстроповка.
Первую панель перекрытия монтажники принимают и укладывают в проектное положение со специальных подставок, предварительно установленных у мест ее опирания за пределами вертикальной проекции проектного положения панели.
Завершив монтаж конструкций на первой захватке, звено монтажников переходит на вторую и производит там работы в такой же последовательности. На первой захватке в это время приступают к сопутствующим процессам - герметизации и замоноличива-нию вертикальных стыков, разделке примыканий между панелями и т. д.
Рис. 9.24. Универсальная траверса с дистанционной отцепкой крюков грузоподъемностью 10 т:
1 - подвеска; 2 - обойма с блоками, 3 - чалочная ветвь, 4 -уравнительный канат
9.3.3. Монтаж надземной части здания
При монтаже надземной части рекомендуется размер захватки принимать равной двум секциям. Монтаж на захватке начинается с установки элементов лифтовых шахт и производится в следующей технологической последовательности:
монтаж панелей наружных стен;
монтаж панелей внутренних стен;
монтаж добора - перегородок, санитарно-технических кабин, вентиляционных и электротехнических блоков;
монтаж лестничных маршей и площадок;
монтаж панелей перекрытий и плит лоджий.
До начала монтажа конструкций каждого этажа должны быть:
завершены все монтажные и сопутствующие работы на предыдущем этаже;
произведена геодезическая проверка точности смонтированных конструкций нижележащего этажа;
353
выполнена геодезическая разбивка осей и разметка мест установки конструкций, определен монтажный горизонт на основе нивелировочных данных и установлены маяки;
приняты выполненные работы по нижележащему этажу и составлен акт поэтажной приемки скрытых работ.
При выполнении подготовительных процессов к монтажу панелей наружных стен необходимо установить теплоизоляционные вкладыши в горизонтальных стыках и водоотводящие сливы из алюминиевого сплава в местах пересечения горизонтальных и вертикальных стыков, произвести наклейку гернита на горизонтальные гребни панелей наружных стен нижележащего этажа.
Монтаж панелей наружных стен начинают с установки панелей с одного торца здания. Временное крепление этих панелей производят при помощи подкосов, закрепляемых одним концом в технологическое отверстие панели перекрытия, другим - за монтажную петлю панели наружной стены.
После установки панелей наружных стен в пределах, определенных технологической последовательностью, производят монтаж панелей внутренних стен. Перед установкой панелей внутренних стен должны быть приварены в соответствии с проектом постоянные связи, соединяющие панели наружных стен между собой и с панелями перекрытия, наклеена лента «Герволент» и установлены утепляющие вкладыши в вертикальных стыках наружных стен.
Монтаж панелей внутренних стен производят с временным креплением их монтажной связью к панелям наружных стен и установкой в дверном проеме монтажной опоры. Возможны другие варианты крепления - монтажная связь с одной стороны и телескопический подкос (с инвентарной петлей) с другой стороны; разрешен и третий вариант, когда при помощи двух монтажных связей с инвентарными петлями монтируемую панель закрепляют к ранее установленным панелям внутренних стен (рис. 9.25).
После монтажа и постоянного закрепления в соответствии с проектом панелей наружных и внутренних стен и элементов добора на захватке, монтажные приспособления снимают и приступают к монтажу панелей перекрытия.
Монтаж конструкций ведется с установкой нижней их части по шаблону относительно ориентировочных рисок геодезической разбивки, а временное закрепление и выверка производятся при помощи монтажной оснастки и навесной рейки-отвеса.
После завершения монтажа всех конструкций на первой захватке, звено монтажников переходит на вторую захватку и производит работы в аналогичной последовательности. На первой захватке в это время 354
Рис. 9.25. Фрагмент схемы расстановки оснастки при монтаже этажа:
1 - подкос для панелей наружных стен; 2 - подкос для монтажа панелей внутренних стен; 3 - удлиненный подкос; 4 - монтажная связь; 5 - инвентарная петля; 6 - монтажная опора для панелей внутренних стен; 7 - стойка для крепления перегородок; 8 - монтажный зажим; 9 - удлиненная струбцина для наружных стеновых панелей; 10 - винтовой захват для подкосных струбцин
приступают к сопутствующим процессам - герметизации и замоноли-чиванию вертикальных стыков, разделке примыканий между панелями и т. д.
Для обеспечения устойчивости всех элементов при монтаже обязательно строгое соблюдение последовательности их установки, рекомендованное технологической картой.
9.3.4. Монтаж наружных стеновых панелей
Для подъема стеновых панелей размером на комнату используют двухветвьевой строп (рис. 9.26), на две комнаты и панелей больших размеров - четырехветвьевые универсальные траверсы (рис. 9.27).
При подготовке к монтажу наружных панелей проверяют правильность расположения маяков, наличие ориентирных рисок геодезической разбивки, очищают опорную поверхность и расстилают раствор. При герметизации горизонтального стыка пористым шнуром на поверхности выступа (зуба) шнур наклеивают сразу на нескольких панелях на мастике, сверху его также проклеивают. Верх растворной по-355
Рис. 9.26. Строповка и подъем стеновой панели со смещенным центром тяжести:
1 - универсальная траверса; 2 — чал очная ветвь с уравнительным канатом
Рис. 9.27. Строповка и подъем стеновой панели за четыре подъемные петли:
1 - универсальная траверса; 2 - чалочная ветвь с уравнительным канатом
стели должен быть на 3...5 мм выше уровня маяков, постель не должна доходить до обреза стены на 2...3 см, чтобы, выдавливаясь, раствор не загрязнял фасад. В основание каждой стеновой панели укладывают по нивелиру деревянные или растворные марки толщиной 12 мм (среднее значение), толщина отдельных марок определяется по результатам нивелирования. Такими маяками обеспечивается точность установки панелей по высоте в момент опускания их на свежий раствор.
Перед подъемом стеновой панели должно быть проверено наличие закладных деталей, монтажных и подъемных петель, осуществлены строповка и подъем элемента.
Панель начинают направлять на плоскость установки на высоте 30 см от перекрытия, устанавливают панель, контролируя монтажный зазор с ранее.установленной панелью и по ближайшей риске плоскости стены. При приеме панели монтажники располагаются у ее торцов, поэтому обязаны зацепиться фалом предохранительного пояса за подъемную петлю панели перекрытия.
Наружную стеновую панель при опускании на растворную панель ориентируют по рискам геодезической разбивки. При отсутствии существенных отклонений панели от ее проектного положения — пра-356
Рис.9.28. Схема временного крепления панели наружной стены:
1 — технологическое отверстие; 2 — подкос для монтажа панелей наружных стен
Рис.9.29. Подкос с трехсторонним захватом для временного крепления наружных стеновых панелей:
/ - предохранительная втулка; 2 - натяжная гайка; 3 - внутренняя гайка; 4 — винт с крюком; 5 - ограничитель; 6 - штанга; 7 - втулка (скользящий подшипник); 8 — трехсторонний
захват
вильность установки по высоте, соблюдение ширины и вертикальности шва, правильное положение панели в плане, отсутствие наклона панели - монтажники приступают к установке низа панели, выполняя этот процесс при помощи монтажного ломика и контрольного шаблона, они перемещают панель до монтажной риски. Опущенная на перекрытие стеновая панель должна стоять вертикально или с небольшим наклоном внутрь.
При натянутых стропах выверяют положение панели. Установленную панель двумя подкосами крепят к монтажным петлям панелей перекрытия (рис. 9.28) и обеспечивают натяг стяжной муфтой или натяжной гайкой (рис. 9.29 и 9.30). В плоскость стены панель доводят по показанию рейки-отвеса вращением натяжных гаек, постепенно подводя панель к вертикали, отклоняя ее наружу. Это связано с тем, что изнутри зазор в горизонтальном шве можно зачеканить раствором, уплотняя шов подштопкой. Получившуюся щель с внешней стороны заделать качественно чрезвычайно сложно.
Когда панель установлена точно, снимают стропы при помощи устройства для дистанционной расстроповки и зачеканивают горизонтальный шов панели. После монтажа панелей наружных стен в пазы 357
Рис.9.30. Подкос для монтажа панелей стен с запирающим штифтом:
1 - предохранительная втулка; 2 - натяжная гайка; 3 — внутренняя гайка; 4 - винт с врюком; 5 -ограничитель; 6 — запирающий штифт; 7 — телескопическая штанга
вертикальных стыков заводят гофрированную водоотбойную ленту из алюминиевого сплава. Ленту устанавливают так, чтобы крайние гофры были обращены к фасаду.
9.3.5. Монтаж внутренних стеновых панелей и перегородок
На месте установки панели сначала проверяют риски, очищают зону от мусора, подносят и размещают необходимую оснастку и инструмент. Далее укладывают раствор равномерным слоем на 3...5 мм выше марок. Панель принимают на высоте 20...30 см над поверхностью установки и, разворачивая в нужном направлении, панель мед-
Р и с. 9.31. Схема временного крепления панели внутренней стены с помощью монтажной связи и монтажной опоры:
1 - панель наружной стены; 2 - монтажная связь; 3 - панель внутренней стены; 4 — монтажная опора
358
Рис. 9.32. Монтажная связь:
/ - ось; 2 - проушина; 3 - крюк; 4 - предохранительная втулка, 5 - натяжная гайка, б - винтовая нарезка, 7 - стяжная муфта; 8 - винтовой упор; 9 - струбцина
пенно опускают на подготовленную постель. Если в панелях внутренних стен и перегородок отсутствуют монтажные петли, то применяют
инвентарные петли, которые также можно использовать для временного закрепления монтажных приспособлений.
При натянутом положении стропов производят установку низа па
нели, контролируя проектное положение ее по рискам геодезической разбивки при помощи шаблона. Проверяют правильность установки основания панели, отклонения исправляют монтажным ломиком. Далее устанавливают монтажную связь (рис. 9.31). С монтажного столика закрепляют струбцину на панели внутренней стены, а захват той же связи - соответственно за подъемную петлю примыкающей панели наружной стены (рис. 9.32). При ослабленных стропах приступают к вы
верке вертикальности панели по рейке-отвесу - проверяют вертикаль-
ность панели, незначительное отклонение той монтажной связи. После выверки панели ставят и крепят монтажную опору (рис. 9.33) в дверном проеме стеновой панели. Монтажная опора, предназначенная для обеспечения устойчивости панелей внутренних стен при их монтаже, представляет собой треугольную сварную раму из труб с двумя крепежными струбцинами, жестко приваренными к раме на высоте 0,35 и 0,95 м от опорных башмаков. После того как монтажная опора установлена и закреплена винтовыми упорами (при этом оба башмака монтажной опоры должны опираться непосредственно на поверхность перекрытия), производят рас-строповку панели устройством для дис-
выправляют стяжной муф-
Рис. 9.33. Монтажная опора:
I - винтовые упоры; 2 - крепежная струбцина; 3 - сварная рама; 4 — опорные башмаки
359
Рис. 9.34. Схема крепления панели внутренней стены с помощью двух монтажных связей:
2
1 - закрепленная панель внутренней стены; 2 - инвентарная петля; 3 - монтажная саязь, 4 — монтируемая панель внутренней стены
Рис. 9.35. Схема временного крепления панели внутренней стены с помощью монтажной связи и подкоса с инвентарной петлей:
1 — панель наружной стены; 2 — монтажная связь; 3 - панель внутренней стены, 4 - инвентарная петля; 5 - подкос, б -винтовой захват
танционной отцепки крюков. Монтажники уплотняют раствор под панелью с двух сторон подштопкой.
Аналогично производят монтаж панелей внутренних стен при помощи двух монтажных связей (рис. 9.34) или монтажной связи и подкоса со струбциной - струбцина закрепляется на верхней грани стеновой панели, внизу подкос - за монтажную петлю плиты перекрытия (рис. 9.35).
Для обеспечения точности и ускорения установки внутренних панелей применяют фиксаторы-ловители, заранее привариваемые к закладным деталям или заделываемые в панели перекрытий. Фиксаторы-ловители высотой 100 мм изготовляют из арматурной стали или полосового железа. Просвет между фиксаторами должен соответствовать толщине панели с превышением на 3 мм.
Для внутренних стен-перегородок применим другой способ временного крепления. Соединение наружной стеновой панели и панели-перегородки осуществляют монтажной связью, имеющей крюк для закрепления к петле наружной панели и струбцины, надеваемой на перегородку. Свободный конец перегородки закрепляют переносной монтажной треугольной опорой. Возможно закрепление перегородки 360
Рис 9 36. Схема временного крепления железобетонной перегородки;
/ - панель внутренней стены; 2 — железобетонная перегородка; 3 - стойка для крепления перегородок
2
Рис. 9.37. Схема крепления перегородки:
/ - панель внутренней стены; 2 - постоянная проектная связь; 3 - железобетонная перегородка; 4 - монтажная стойка
при помощи двух стоек, закрепляемых в дверном проеме (рис. 9.36). Чаще железобетонные и гипсолитовые перегородки при монтаже закрепляют с помощью стоек и постоянных монтажных связей, привариваемых к закладным деталям наружных, внутренних стен (рис. 9.37) и перегородок.
9.3.6. Укладка панелей перекрытий
Панели перекрытий укладывают после установки и постоянного закрепления всех стеновых элементов на захватке и загрузки на монтируемый этаж необходимых деталей и конструкций для достроечных работ. К месту укладки панели подают в горизонтальном положении (рис. 9.38). Если панели перекрытий на строительную площадку привозят в вертикальном или наклонном положении, то для их перевода в горизонтальное положение применяют грузозахватные приспособления с автоматическим кантователем или стационарные рамные кантователи.
В месте укладки панели перекрытия очищают опорную поверхность стен и перегородок, укладывают раствор по всему контуру опорных поверхностей и расстилают его ровным слоем. Находясь на соседней, ранее уложенной панели, монтажники принимают подаваемую краном панель, ориентируя ее над местом укладки. Панель плавно укладывается на постель из раствора. При натянутых 13Э-804 361
Рис. 9.38. Строповка панели перекрытия:
I - универсальная траверса; 2 - чалочная ветвь с уравнительным канатом; 3 - инвентарные петли-захваты; 4 — петля; 5 - коромысло-захват
стропах панель рихтуют, проверяют уровнем горизонтальность по-верхности и положение панели по высоте. Для обеспечения проектного размера опорной площади панелей рекомендуется перед укладкой каждой панели перекрытия подгибать монтажные петли наружных и внутренних стеновых панелей. Это позволит каждую панель перекрытия по всему контуру укладывать на проектную
ширину опоры.
Панели перекрытий, имеющие с одной стороны вместо подъемных петель конусообразные технологические отверстия, стропят за предварительно установленные в эти отверстия инвентарные петли-захваты (рис. 9.39). Инвентарная петля-захват предназначена для временного закрепления отсутствуют подъемные
монтажных приспособлений в местах, где петли (на некоторых панелях внутренних стен и плитах перекрытий). Она представляет собой струбцину, к которой приварена специальная петля. Установку инвентарного захвата на панели производят при помощи зажимного винта.
После окончательной выверки и при отсутствии отклонений уложенной панели осуществляют ее расстроповку. Инвентарные петли-захваты вынимают из конусообразных отверстий после отцепки крюков.
Рис. 9.39. Инвентарная петля-захват:
/ - петля; 2 - струбцина; 3 - зажимной винт
9.3.7. Монтаж объемных элементов
Объемные элементы стропуют в соответствии с указаниями проекта производства работ. Вентиляционные блоки и лифтовые шахты поднимают при помощи четырехветвевого стропа (рис. 9.40); для санитарно-технических кабин применяют четырехветвевой строп или траверсы, строповка может осуществляться за монтажные петли сверху или снизу кабины.
Санитарно-технические кабины устанавливают на слой прокаленного песка. Предварительно на основании устраивают гидроизоляционный ковер из двух слоев рулонных материалов. Под элементы шахты лифта укладывают постель из пластичного раствора. В постель по одной из сторон утапливают две марки, верх которых соответствует монтажному горизонту, с противоположной стороны - два клина, верх которых должен быть выше монтажного горизонта. При опускании на место объемного элемента проверяют правильность его посадки на место по рискам, наружные грани ранее установленного и монтируемого элементов должны совпасть. Рихтуют клинья и доводят объемный элемент до вертикали. Постоянное крепление объемных элементов выполняют с некоторым отставанием от монтажа, дав возможность раствору швов набрать необходимую прочность. Сначала сваривают закладные детали стыкуемых блоков, затем вынимают клинья и заштопывают отверстия раствором.
Отклонение положения установленных объемных элементов от проектного в нижнем сечении не должно превышать 8 мм, а отклонение от вертикали верха элемента — 10 мм. Относительно уровня пола лифтовой площадки отклонение порога дверного проема объемного элемента допускается в пределах 10 мм.
В процессе производства работ по монтажу строительных конструкций крупнопанельных зданий необходимо тщательно соблюдать кроме общих и специфические требования по технике безопасности. Начиная с перекрытия над техподпольем, по периметру перекрытия должны устанавливаться инвентарные ограждения, снимаемые по ходу установки панелей наружных стен. Площадки и марши лестниц должны иметь постоянные или временные ограждения, устанавливаемые по ходу монтажа этих конструкций. Все проемы в перекрытии и лестничных площадках, а также лифтовые шахты должны быть закрыты инвентарными щитами.
363
Рис. 9.40. Строповка и подъем объемного элемента:
1 - универсальная траверса; 2 - чалочная ветвь с уравнительным канатом
362
Расстроповку монтируемого элемента разрешается производить только после окончательной выверки проектного положения и надежного закрепления монтажными приспособлениями или путем приварки постоянных связей в соответствии с проектом. Снятие монтажной оснастки с установленного элемента допускается после установки проектных связей, соединяющих освобождаемый элемент с примыкающими к нему конструкциями, с полным выполнением сварных швов, предусмотренных проектом.
9.4. Монтаж металлических конструкций одноэтажных промышленных зданий
9.4.1. Общие положения
Монтажными элементами промышленных зданий со стальными каркасами являются колонны, подкрановые балки, подстропильные и стропильные фермы, элементы фахверка, связи, стальной профилированный настил.
Габаритные размеры отправляемых на стройки конструкций зависят от условий перевозки. Часто масса конструкции оказывается меньше грузоподъемности монтажного крана и перед монтажом конструкцию укрупняют. Это позволяет сократить количество подъемов крана, а значит ускорить монтаж. При монтаже укрупненных конструкций достигается главное — сокращение времени работы на высоте, более рациональное использование монтажного оснащения и улучшение условий работы.
Стальные конструкции поступают с заводов-изготовителей частями (отправочными марками). Строительные конструкции делят на составные части, если они не помещаются на железнодорожную платформу или на специально оборудованные полуприцепы к тягачам. Для укрупнения металлоконструкций в монтажные блоки на строительной площадке оборудуют площадки укрупнительной сборки на складе конструкций или в непосредственной близости от зоны монтажа.
Стальные фермы, балки и колонны, имеющие в стыках сборочные отверстия, фиксирующие взаимное расположение частей укрупняемых элементов, собирают на стеллажах в горизонтальном положении с применением болтов и пробок, которые фиксируют взаимное положение элементов и предотвращают их сдвиг. Если нет сборочных отверстий в местах соединения конструкций, то к стеллажам крепят фиксаторы, по которым определяют основные размеры укрупняемого элемента. Когда в собираемой конструкции в местах примыкания к фик-364
саторам имеются монтажные отверстия, то в фиксаторах также сверлят отверстия и конструкции крепят к фиксаторам болтами.
Стальные подкрановые балки для крайних рядов колонн укрупняют в вертикальном положении вместе с тормозными конструкциями. Одновременно с укрупнительной сборкой конструкции обстраивают лестницами, люльками, натягивают предохранительные канаты. На конструкции прикрепляют детали, необходимые для монтажа и сборки непосредственно в проектном положении.
Для одноэтажных зданий с металлическим каркасом рекомендуется комплексный монтаж, когда в отдельной монтажной ячейке последовательно устанавливаются колонны, подкрановые балки, подстропильные и стропильные фермы, укладывается кровельное покрытие.
9.4.2. Монтаж колонн
Металлические колонны, устанавливаемые на сплошные бетонные фундаменты, можно опирать:
на заранее заделанные в фундаменты анкерные болты с подливкой в местах соединения цементного раствора после выверки установленной колонны по двум взаимно перпендикулярным осям;
непосредственно на поверхность фундаментов, возведенных до проектной отметки фрезерованной подошвы колонны без последующей подливки цементным раствором;
на заранее установленные, выверенные (со слоем цементного раствора при необходимости) стальные опорные плиты с верхней строганой поверхностью (безвыверочный монтаж).
При подготовке колонн к монтажу на них наносят следующие риски: продольной оси колонны на уровне низа колонны и верха фундамента.
Колонны, устанавливаемые на фундаменты, обеспечивают только анкерными болтами при наличии у колонны широких башмаков и при их высоте до 10 м. Более высокие колонны с узкими башмаками кроме крепления на болтах расчаливают в плоскости наименьшей жесткости с двух сторон. Расчалки закрепляют на верхней части колонны до ее подъема и при установке раскрепляют к якорям или рядом расположенным фундаментам. После натяжения расчалок с колонны можно снимать стропы.
Снимать расчалки можно только после закрепления колонн постоянными элементами. Устойчивость колонн в направлении оси здания обеспечивают подкрановыми балками и связями, установленными после монтажа первой пары колонн и соединяющей их подкрановой балки.
365
Металлические колонны, устанавливаемые на фундаменты, закрепляют в процессе монтажа анкерными болтами (рис. 9.41). Если под основание колонны подложены металлические прокладки, то они должны быть приварены. Колонны верхних ярусов (например, во встроенной этажерке) крепят высокопрочными болтами или сваривают.
Выверка конструкций каркаса, особенно колонн, требует больших затрат труда. Применение метода безвыверочного монтажа позволяет улучшить качество работ при одновременном сокращении сроков возведения сооружения.
Для безвыверочного монтажа необходима соответствующая подготовка конструкций на заводе-изготовителе и на строительной площадке. Повышенная точность изготовления конструкций обеспечивается следующим:
конструкции башмака колонн и опорной плиты башмака изготовляют и поставляют на объект раздельно;
торцы двух ветвей колонн должны быть фрезерованными;
опорные плиты изготовляют строгаными.
К каждой опорной плите должны быть приварены 4 планки с нарезными отверстиями для установки болтов; на ветви колонн должны быть нанесены осевые риски.
При безвыверочном способе монтажа стальные колонны опираются на стальную плиту. В этом случае поверхность фундаментов бетонируют ниже проектной отметки на 50...60 мм и после точной установки плиты подливают цементным раствором. Опорную плиту устанавливают регулировочными болтами на опорные планки, которые должны быть забетонированы в фундамент заподлицо с его поверхностью как закладные детали. Опорную плоскость плиты выставляют регулированием гаек установочных винтов по нивелиру. Величина фактической отметки опорной плиты не должна отличаться от проектной больше, чем на 1,5 мм.
Рис. 9.41. Схема установки (о) и постоянного закрепления (б) металлической колонны на опоре:
I — фундаментная плита; 2 — опорная плита (башмак); 3 - колонна; 4 - колпачок для сохранения резьбы при монтаже, 5 - анкер; б - гайка; 7 - сварка
366
При установке колонны осевые риски на ее ветвях совмещают с рисками, нанесенными на опорных плитах, что обеспечивает проектное положение колонны, и она может быть закреплена анкерными болтами. Дополнительного смещения колонны для выверки по осям и по высоте в этом случае не требуется. После установки расчалок к смонтированным конструкциям колонн и их натяжения начинают монтировать подкрановые балки. Установленные по осевым рискам подкрановые балки не требуют дополнительной выверки. После их закрепления на болтах снимают расчалки.
9.4.3. Монтаж подкрановых балок
Подкрановые балки устанавливают сразу после монтажа колонн в монтажной ячейке. При подъеме подкрановую балку удерживают двумя оттяжками. Принимающие балку на высоте монтажники находятся на подмостях или площадках, на монтажных лестницах. Они удерживают конструкцию от соприкосновения с ранее установленными элементами и разворачивают ее в нужном направлении перед установкой. Правильность опускания балки контролируют по совпадению рисок продольной оси на балке и консоли, а также по риске ранее установленной балки. Отклонение от вертикали устраняют, устанавливая под балку металлические подкладки. Балку временно крепят анкерными болтами.
При установке колонн с фрезерованными подошвами на фундаменты, забетонированные до проектной отметки, или на строганые металлические плиты положение подкрановых балок выверяют только по направлению главной оси.
9.4.4. Фермы и покрытие из стального профилированного настила
Подготовка фермы к монтажу состоит из следующих операций: ук-рупнительной сборки, обустройства люльками, лестницами и расчалками, строповки, подъема в зону установки, разворота при помощи расчалок поперек пролета, временного крепления с использованием кондукторов, расчалок, распорок между фермами и оттяжек. Положение фермы выверяют по положению осевых рисок на торцах фермы.
В зависимости от их массы и длины фермы поднимают при помощи траверс одним или двумя кранами. Строповку ферм производят только в узлах верхнего пояса, чтобы в стержнях не возникали изгибающие усилия; фермы стропят в четырех точках траверсами с полу-367
автоматическими захватами дистанционного управления. При больших монтажных нагрузках производят временное усиление элементов деревянными пластинами или металлическими трубами. Первую поднимаемую ферму разворачивают при помощи оттяжек в проектное положение на высоте 0,5...0,7 м над верхом колонн, опускают на монтажные столики, приваренные к колоннам, временно закрепляют на болтах, выверяют и осуществляют окончательное крепление. При подъеме во избежание раскачивания, ее поддерживают четырьмя гибкими оттяжками.
После установки и закрепления первой фермы и раскрепления ее четырьмя растяжками устанавливают вторую, которую связывают с первой при помощи прогонов, связей и распорок, они все вместе образуют жесткую пространственную систему. На колоннах средних рядов ферму дополнительно соединяют болтами с фермами рядом смонтированного пролета.
При схемах здания со стропильными и подстропильными фермами .последние имеют длину 11,75 м и их устанавливают на колонны с зазорами в 25 см. В этом зазоре устанавливают надколонник, на который будет опираться стропильная ферма покрытия.
Покрытия из стального профилированного настила применяют в зданиях с металлическим и железобетонным каркасом для облегчения его массы, а также при монтаже покрытий крупными блоками. На монтаж могут поступать утепленные панели профилированного настила заводского изготовления.
Стальной профилированный настил - это панель из оцинкованного, а затем покрытого антикоррозионным слоем стального листа длиной 3...12 м, толщиной 0,8...1 мм с продольными гофрами высотой 60, 79 мм и более. Ширина листов настила 680...845 мм, длина кратна трем - 6, 9 и 12 м и назначается проектом в соответствии с расположением прогонов ферм (рис. 9.42).
Листы укрупняют в карты на горизонтальных стендах, оборудованных выверенными по размерам карт упорами, и соединяют между собой комбинированными заклепками или контактной точечной сваркой. После раскладки листов ручной электродрелью просверливают отверстия для заклепок в местах соединения листов в волне нахлестки. Отверстия сверлят в соответствии с проектом, обычно через 50...60 см. В просверленные отверстия устанавливают заклепки, соединяя, таким образом листы в единую карту нужного размера.
Покрытия из профилированного настила нецелесообразно монтировать поэлементным (полистовым) способом из-за большой трудоемкости - весь объем работ приходится выполнять на высоте. Чаще монти-368
a)
Рис. 9.42. Покрытие из стального профилированного настила:
б - схема покрытия; б - соединение листов настила комбинированной заклепкой; в - последова-тельность установки заклепки, г - крепление настила самонарезающим винтом; д - крепление настила дюбелем: е - дюбель; / - стальной прогон; 2 - настил; 3 - соединение настила с прогоном самонарезающим винтом в месте стыка; 4 - то же, в промежутках (пазах) настила; 5 - заклепка из алюминиевого сплава; б — стальной стержень; 7 - самонарезающий винт, 8 — стальная шайба, 9 - уплотнительная шайба; 10 - инструмент для постановки заклепок; // - дюбель; 12 - полиэтиленовая прокладка; 13 - полиэтиленовый наконечник
руют покрытия картами указанных выше размеров. Собранные карты монтируют по ходу монтажа конструкций покрытия (вслед за монтажем колонн и подкрановых балок). Стенд, на котором собираются карты покрытия, переставляют по необходимости краном на новые стоянки.
369
Карту стропят согласно схеме строповки и в зависимости от размера карты поднимают краном и подают к месту укладки. Настил в виде листов или предварительно укрупненных карт размером 6 х 6, 6 х 12, 12 х 12 м укладывают на прогоны кровли или блока покрытия. Прогоны покрытия устанавливают по узлам ферм, а при применении ферм из прямоугольных замкнутых профилей - непосредственно на верхние пояса ферм. Положение карт профилированного настила подгоняют по рискам разметки мест укладки.
Карты крепят к прогонам самонарезающимися оцинкованными винтами, реже дюбелями и электрозаклепками. Для крепления настилов покрытия к прогону в них предварительно при помощи электроинструмента просверливают сквозные отверстия диаметром 5,5 мм, затем в эти отверстия заворачивают при помощи гайковерта самонарезаю-щиеся винты диаметром 6 мм с постановкой под головку пластмассовой или стальной шайбы.
Для комбинированных заклепок (которые применяют для соединения листов покрытия между собой) в листах также просверливают отверстия диаметром 5 мм, ставят в отверстия заклепки, опуская их головкой стального стержня вниз, а головкой алюминиевой заклепки вверх. Клепку выполняют пневмогидравлическим пистолетом или специальными рычажными клещами. При клепке головку заклепки прижимают вниз и захваченный стальной стержень с усилием вытягивают вверх. При вытяжке стержня его головка сминает нижнюю цилиндрическую часть заклепки, при этом образуется нижняя головка заклепки. Как только завершается образование нижней головки заклепки, металлический стержень обламывается в зауженном сечении и его верхняя часть выдергивается из заклепки.
Стальной профилированный настил применяют при монтаже покрытий крупными блоками, собираемыми на конвейере. В этом случае по настилу, при сборке в готовые карты, наносят пароизоляцию, укладывают слой утеплителя, наклеивают гидроизоляционный ковер.
Очень редко используют сборный железобетон для устройства покрытия. В этом случае плиты покрытия укладывают симметрично по направлению от опорных узлов к коньку. При наличии фонаря первоначально плиты монтируют по ферме, а затем по фонарю от конька к краям.
9.4.5. Сварные соединения металлических конструкций
Монтажные соединения стальных конструкций бывают сварные, на болтах и особо ответственные - на заклепках. При необходимости, стальные конструкции соединяют с железобетонными, приваривая со-370
единительные элементы к закладным деталям железобетонных конструкций или соединения выполняют на болтах.
Сварные соединения применяют при жестком соединении несущих конструкций и при необходимости иметь плотное, водогазонепроницаемое соединение элементов. К таким конструкциям относятся листовые конструкции кожухов доменных печей, пылеуловителей, резервуаров, газгольдеров. К жестким соединениям относятся стыки колонн между собой, колонн и подкрановых балок, колонн и стропильных ферм.
Сварные соединения монтажных элементов первоначально скрепляют между собой грубыми монтажными болтами, а поскольку полученной прочности недостаточно по расчету на прочность, элементы между собой сваривают. В зависимости от вида соединяемых конструкций элементы могут свариваться непосредственно или при помощи дополнительных стыковых накладок.
Стыки колонн. Колонны высотой 18 м и более перед транспортированием членят на отправочные элементы, исходя из габаритов транспортных средств. При монтаже эти части колонн соединяют вместе, сварка может выполняться непосредственно или при помощи стальных накладок, которые устанавливают на болтах и приваривают к соединяемым элементам. Стыки колонн одноэтажных промышленных зданий делают обычно в надкрановой части выше подкрановых балок. Фрезерованные торцы надкрановой и основной частей колонны стыкуют между собой и сваривают по плоскости стыка. Для большей жесткости обе части соединяют между собой стыковой листовой накладкой.
Соединение подкрановых балок с колоннами. Подкрановая балка опирается ребром вертикального листа непосредственно на опорную плиту колонны и соединяется с ней на болтах. Дополнительно подкрановую балку прикрепляют к надкрановой части колонны тормозными конструкциями, которые присоединяют к колоннам и балкам на болтах и дополнительно проваривают протяженным швом.
Соединение ферм с колоннами. При шарнирном опирании фермы на колонну верхний пояс фермы прикрепляют к колонне, соединяя фасонку болтами и монтажным сварным швом к пластинам, приваренным к колонне. В жестком соединении фермы с оголовком колонны в узле сопряжения дополнительно ставят стыковую накладку, которая соединяется с опорной плитой оголовка колонны и поясом фермы болтами и на сварке. Нижний пояс фермы фасонкой опирают на монтажный столик и прикрепляют к колонне болтами и сваркой.
371
Контроль качества сварных соединений. Сварные швы проверяют внешним осмотром, выявляя неровности по высоте и ширине, непровар, подрезы, трещины, крупные поры. По внешнему виду сварные швы должны иметь гладкую или мелкочешуйчатую поверхность, наплавленный металл должен быть плотным по всей длине шва. Допускаемые отклонения в размерах сечений сварных швов и дефекты сварки не должны превышать значений, указанных в соответствующих стандартах.
Для контроля механических свойств наплавленного металла и прочности сварных соединений сваривают пробные соединения, из которых вырезают образцы для испытаний. Испытания проводят на предел прочности, твердость, относительное удлинение и т. д. Для проверки качества сварки применяют просвечивание на пленку рентгеновским и у-излучением, нашли применение ультразвуковые дефектоскопы.
Дефекты в сварных швах устраняют следующими способами: перерывы швов и кратеры заваривают; швы с трещинами, непроварами и другими дефектами удаляют и заваривают вновь; подрезы основного металла зачищают и заваривают, обеспечивая плавный переход от наплавленного металла к основному.
9.4.6. Болтовые соединения металлических конструкций
Болтовые соединения стальных конструкций в зависимости от конструктивного решения соединения и воспринимаемых нагрузок выполняют на болтах грубой, нормальной и повышенной точности и на высокопрочных болтах. Болты грубой и нормальной точности не применяют в соединениях, работающих на срез.
Отверстия под такие соединения сверлят или продавливают. Диаметр отверстия больше диаметра болта на 2...3 мм, что значительно упрощает сборку соединений. Но при этом значительно возрастает де-формативность соединения, поэтому болты грубой и нормальной точности применяют для фиксации соединений непосредственного опирания одного элемента на другой, в узлах передачи усилий через опорный столик, в виде планок, а также во фланцевых соединениях.
Соединения на болтах повышенной точности применяют вместо заклепок в труднодоступных местах, где практически невозможно ставить заклепки. Диаметр отверстия в соединениях на таких болтах может быть больше диаметра болтов не более, чем на 0,3 мм. Минусовой допуск для отверстий не допускается. Болты в таких точных отверстиях сидят плотно и хорошо воспринимают сдвигающие силы. 372
Соединения на высокопрочных болтах сочетают в себе простоту установки, высокую несущую способность и малую деформативность. Они сдвигоустойчивы и могут заменять заклепки и болты повышенной прочности практически во всех случаях.
Сборка болтовых соединений на монтажной площадке включает следующие операции:
подготовка стыкуемых поверхностей;
совмещение отверстий под болты;
стяжка пакега соединяемых элементов стыка;
рассверловка отверстий до проектного диаметра и установка постоянных болтов.
Подготовка стыкуемых поверхностей заключается в очистке их от ржавчины, грязи, масла, пыли, выправлении неровностей. Спиливают или срубают заусеницы на кромках деталей и отверстий.
Совмещение отверстий всех соединяемых элементов достигают при помощи проходных оправок, диаметр которых немного меньше диаметра отверстия. Оправку забивают в отверстия, благодаря этому они совмещаются. Стяжка должна обеспечить необходимую плотность пакета соединяемых элементов. Пакет стягивают временными или постоянными сборочными болтами; после затяжки очередного болта дополнительно подтягивают предыдущий. Необходимую плотность собираемого пакета можно обеспечить при установке болтов в следующем порядке: первый болт ставится в центре, последующие - равномерно от середины к краям поля.
Установка постоянных болтов начинается после выверки конструкции. Болты ставят в той же последовательности, что и при стяжке пакета. Длины и диаметры болтов оговариваются проектом.
Гайки высокопрочных болтов затягивают тарировочным ключом, позволяющим контролировать и регулировать силу натяжения болтов. Для того чтобы болты выдерживали большие усилия затяжки, их изготовляют из специальных сталей и подвергают термической обработке. Болты позволяют иметь более плотное и монолитное соединение. Под действием сдвигающих сил между соединяемыми элементами возникают силы трения, препятствующие сдвигу этих элементов относительно друг друга.
Окончательно высокопрочные болты затягивают на проектное усилие после проверки геометрических размеров собранных конструкций. Заданное натяжение болтов обеспечивается одним из следующих способов регулирования усилий: по углу поворота гайки; по осевому натяжению болта; по моменту закручивания ключом индикаторного типа; по числу ударов гайковерта.
373
9.5. Технология монтажа строительных конструкций в экстремальных условиях
9.5.1. Особенности технологии монтажа в зимних условиях
Производство монтажных работ в зимних условиях затруднено. Стоимость производства работ возрастает и в зависимости от температурной зоны увеличение составляет от 1,2 до 6% общей стоимости строительства. Сборные железобетонные конструкции зимой монтируют теми же методами, что и летом. О проведении дополнительных мероприятий, обеспечивающих успешное выполнение работ и устойчивость конструкций, возведенных при отрицательных температурах, в проектах, особенно в технологических картах и проектах производства работ (ППР), даются указания и рекомендации. Марки и состав раствора и бетона, которые необходимы при монтаже сборных конструкций, также указывают в проектах.
Зимний период в меньшей степени влияет на технологию монтажа металлических конструкций, чем железобетонных. В основном монтаж металлических конструкций зимой выполняют теми же машинами, приспособлениями и методами, что и в летнее время. Основной специфической особенностью устройства стыков является наложение ограничений на ведение сварочных работ — сварку нельзя производить при температуре ниже - 30°С.
Производительность труда в зимний период на монтажных работах снижается. Поправочные коэффициенты в зависимости от температуры наружного воздуха составляют:
Температура воздуха, °C 0...-10 -11. ..-20 -21...-30 -31...-40
Поправочный коэффициент 1,2 1,4 1,6 1,8
Сборные железобетонные элементы подают на монтаж очищенными от снега, наледи и грязи. Во время транспортирования и на складе их предохраняют от дождя и снега. В большей степени это необходимо деталям и конструкциям из легких бетонов, открытым местам утепляющих слоев панелей, стыкуемым поверхностям элементов сборных конструкций. Это связано с тем, что насыщение легких бетонов или утеплителя водой ухудшает теплотехнические свойства ограждающих конструкций.
При необходимости наледь удаляют не только скребками и щетками, но и прогревают обледеневшие места до полного исчезновения следов наледи. Для прогревания используют газовые и другие горелки, если сборные элементы не имеют вкладышей из сгораемых материа-374
лов. Запрещается для удаления наледи применять соль, горячую воду или пар, но использовать горячий воздух из электродувок разрешается.
Необходимо принимать меры, исключающие замораживание бетона в стыке до достижения им заданной прочности.
В зимних условиях необходимо:
отогревать стыкуемые поверхности до положительной температуры + 5...8°С;
укладывать бетонную смесь в конструкцию подогретой до +30...40°С;
выдерживать или прогревать уложенную смесь при положительной температуре, пока бетон наберет не менее 70% проектной прочности.
При монтаже конструкций, устанавливаемых на раствор без солевых добавок, температура его в момент укладки в дело должна быть, как и для зимней каменной кладки, в следующих пределах:
Температура воздуха, °C до - 10 -10...-20 - 21 и ниже
Температура раствора, °C + 5 + 10 + 15
Рекомендуется пользоваться приспособленным для работы зимой инвентарем, предохраняющим раствор и бетонную смесь от быстрого остывания. Раствор расстилают на постели непосредственно перед установкой элементов, чтобы получить хорошее обжатие раствора в шве. Строго контролируют толщину монтажных швов, так как их увеличение снижает прочность сооружения, создает опасность неравномерных осадок конструкций при оттаивании раствора весной и их деформации.
Для работы при отрицательных температурах монтажники используют нескользящую обувь, они обязательно должны очищать инвентарные подмости, стремянки и площадки от снега и льда. Монтажные работы при гололедице, сильном снегопаде не допускаются. На монтажной площадке все проходы очищают от снега, льда и посыпают песком. Одно из важнейших мероприятий, проводимых с наступлением отрицательных температур, - предохранение основания фундаментов от промерзания. Наличие мерзлого грунта под фундаментными подушками, особенно грунта глинистого и влажного, вызывает его пучение и возможное повреждение конструкций. Основание и смонтированные фундаменты утепляют грунтом, шлаком. В подвалах и технических подпольях зданий закрывают все проемы и отверстия в перекрытиях, цокольных панелях и других местах.
375
Нарушается плановая последовательность производства работ из-за простоев монтажных, в первую очередь башенных кранов, их останавливают при скорости ветра 10...12 м/с.
Для качественной заделки стыков и швов в условиях отрицательных температур предусматривают специальные вспомогательные мероприятия.
Технологию замоноличивания стыков определяют в соответствии с указаниями проекта производства работ. Бетонную смесь (раствор) для замоноличивания приготовляют на оттаявших и подогретых заполнителях, на подогретой воде. Температура смеси без добавок в момент выхода из смесителя должна быть такой, чтобы ее температура в момент укладки была не ниже +15°С. При введении в состав бетонной смеси противоморозных добавок температура в момент выхода из смесителя должна составлять:
для смесей с добавкой хлористых солей и поташа не менее +5°С;
для смесей с добавкой нитрита кальция с мочевиной +10°С;
с добавкой нитрита натрия как и для смесей без противоморозных добавок +15°С.
Бетонную смесь необходимо транспортировать в утепленных бункерах, ящиках или автомобилях с оборудованием для подогрева отработанными газами. При хранении на объекте бетонную смесь защищают от ветра и атмосферных осадков. Запрещается укладывать в полость стыков схватившуюся или подмороженную смесь, а также добавлять в нее горячую воду.
Заделку стыков осуществляют одним из трех следующих способов: безобогревным - бетонами с противоморозными добавками, обогрев-ным — обычными бетонами с тепловой обработкой, комбинированным - бетонами с противоморозными добавками с последующей тепловой обработкой.
Кроме того, на выбор способа заделки стыка оказывают значительное влияние конкретные погодные условия при производстве работ.
Стыки сборных железобетонных элементов заделывают с учетом того, какую они будут воспринимать нагрузку. Стыки, не имеющие расчетных усилий, замоноличивают раствором марки не ниже 50 или бетоном, который допускается приготовлять с добавкой поташа или другими противоморозными добавками, указанными в ППР. Способ утепления стыков, режим, сроки и порядок выдерживания бетона или раствора также указывают в ППР.
Стыки, воспринимающие расчетные усилия, замоноличивают раствором или бетоном состава, указанного в проекте (класс их не ниже класса конструкций), с предварительным прогревом стыка горячим 376
воздухом и последующим выдерживанием бетона способом термоса или искусственным прогревом (чаще всего электропрогревом). Если разрешено проектом, то стыки замоноличивают бетонной смесью (раствором) с противоморозными добавками.
При замоноличивании стыков бетонной смесью без противомороз-ных добавок необходим предварительный отогрев сопрягаемых элементов стыка и прогрев бетона до приобретения им требуемой прочности. Прочность бетона, приготовленного на портландцементе, в зависимости от температуры и времени прогрева ориентировочно можно определить по специальным графикам - зависимостям.
Для предварительного прогрева замоноличиваемых стыков используют воздуходувки, нагнетающие в полость стыка горячий воздух. После обогрева закрепляют инвентарную опалубку с той стороны стыка, где была воздуходувка, и немедленно заполняют полость стыка подогретой бетонной смесью. Далее осуществляют искусственный прогрев смеси.
Стыки, бетон которых не воспринимает расчетных усилий, при температуре наружного воздуха до -15 °C могут замоноличиваться бетонной смесью только с противоморозными добавками, поскольку такая смесь твердеет и при отрицательных температурах; при этом после укладки в стык смесь прогревать не нужно, в случае резкого понижения температуры наружного воздуха достаточно установить утепленную опалубку.
Наиболее часто прогрев производят электрическим током, реже паром. Для электропрогрева применяют электроды, трубчатые электронагреватели, термоактивную и греющую опалубку.
9.5.2. Безобогревный способ устройства стыков
Применение растворов и бетонов с противоморозными добавками является безобогревным способом устройства стыков.
В качестве противоморозных добавок рекомендованы растворы солей хлористого кальция, поваренной соли (хлористого натрия), нитрита натрия, поташа и др. Запрещается применение противоморозных химических добавок хлористых солей при заделке стыков с металлическими закладными частями и арматурой. Поташ и нитрит натрия не рекомендуют при закладных деталях из алюминия и его сплавов, деталей с защитным покрытием из цинка или алюминия. Количество противоморозных добавок принимают таким же, как при производстве работ с монолитным бетоном в зимних условиях.
377
Для повышения пластичности и водонепроницаемости бетона в стыке в бетонную смесь с противоморозными добавками вводят сульфитно-спиртовую барду в количестве до 0,15% от массы цемента. Если необходимо получение высокой прочности заделки в короткий срок (в пределах суток), бетоны, приготовленные с противоморозными добавками, могут быть подвергнуты искусственному прогреву.
9.5.3. Обогревные способы устройства стыков
Часто осуществляют прогрев бетонной смеси в стыке сборных элементов после установки инвентарной опалубки и заполнения стыка подогретой бетонной смесью. На внутренней стороне опалубки могут быть закреплены и нашивные электроды.
Кондуктивный нагрев основан на применении греющей опалубки (рис. 9.43). Греющую опалубку обычно используют для предварительного прогрева стыка конструкций и прогрева уложенного бетона. Ее устанавливают в проектное положение и включают в сеть на 2...8 ч для обогрева стыкуемых элементов до температуры 15...20°С. Затем бетонируют полость стыка, после чего продолжают прогревать замо-ноличенный стык.
Для замоноличивания вертикальных стыков колонн применяют универсальную греющую опалубку с автоматическим регулированием режима термообработки. Она состоит из металлического корпуса, греющих кассет, блоков питания и управления. Корпус опалубки служит для укладки бетона в стык и выполнен из двух частей, скрепляемых между собой болтами. Эти элементы взаимозаменяемые, каждый имеет загрузочное окно. Греющие кассеты представляют собой плоские металлические теплоизоляционные ящики с вмонтированными в них автономными электронагревателями в виде нихромовых спиралей, греющих проводов и низкотемпературных ТЭНов обычно мощностью 0,5 кВт при напряжении 220 В. Рабочая температура поверхности нагревателя равна 600...700°С. Между ТЭНом и стенкой, примыкающей к бетону, имеется воздушный зазор, а за нагревателем - отражатель из белой жести, что приводит к совместному действию конвективного и инфракрасного прогрева. Греющие кассеты в различных комбинациях обеспечивают термообработку стыка любого сечения колонны. Набор греющих кассет вставляют по направляющим металлической опалубки, кассеты охватывают стык с четырех сторон.
Установку греющей опалубки на стык колонны производят вручную, закрепляют на опалубке греющие кассеты, которые включают в сеть до бетонирования стыка. Через 2 ч обогрева полости стыка кассеты отключаются для укладки бетона. Последующая тепловая обработ-378
Рис. 9.43. Схема контактного нагрева монолитных конструкций:
I - сборная железобетонная конструкция; 2 - нагревательный элемент; 3 -греющая опалубка
Рис. 9.44. Схема инфракрасного нагрева монолитных конструкций: / - сборная конструкция; 2 - тренога с инфракрасным нагревателем в отражателе
ка - нагрев до 50°С и изотермический прогрев при этой температуре до получения необходимой прочности бетона. Температуру в стыке контролируют термометром, который вставляют в предусмотренное в опалубке и кассете отверстие.
Отогрев и прогрев стыков многоярусных колонн, балок и ригелей целесообразно осуществлять при помощи термоактивной опалубки. В полость двойной опалубки, состоящей из внутреннего и наружного стальных листов, помещают нихромовую проволоку внутри электроизоляционного материала с выводом изолированных проводов за габариты опалубки для подсоединения к электрической сети. Опалубку надевают на стыкуемый участок и удерживают специальными хомутами. Бетонную смесь загружают в стык через воронку, встроенную в опалубку.
Прогрев инфракрасными нагревателями (рис. 9.44) или их главными составляющими трубчатыми электронагревателями (ТЭНами) широко используют для многих типов стыков как напрямую, так и в качестве греющих элементов термощитов. Инфракрасный способ термообработки бетона замоноличивания основан на использовании энергии инфракрасного излучения, подаваемого на открытые опалубленные поверхности обогреваемых стыков конструкций и превращающегося на этих поверхностях в тепловую энергию.
Поскольку глубина проникновения инфракрасных лучей в бетон не превышает 2 мм, то лучистая энергия превращается в тепловую в тонких поверхностных слоях бетона, остальная же масса конструкции медленно прогревается за счет теплопередачи от этих слоев и экзотер-мии цемента. По этим причинам при замоноличивании стыков инфра-379
Р и с. 9 45. Схема индукци-
красный способ рекомендуется применять для предварительного отогрева зоны стыков сборных железобетонных конструкций и ускорения твердения бетона или раствора заделки.
Трубчатый электрический нагреватель (ТЭН) представляет собой металлическую полую трубку, в которую запрессована спираль из нихромовой проволоки, наполнителем служит плавленый оксид магния или кварцевый песок. Наполнитель выполняет роль электрической изоляции. Отогрев стыка осуществляют ТЭНом, помещенным в аноди-
онного прогрева стыка сборных колонн:
I - сборные конструкции; 2 -выпуски арматуры; 3 — индукционная обмотка; 4 - инвентарная опалубка; 5 - слой теплоизоляции; 6 — контактные выводы электросети; 7 - подводящие провода
рованный отражатель, или зона прогрева на-крывается брезентом.
Индукционный способ (рис. 9.45) термообработки бетона замоноличивания основан на использовании магнитной составляющей переменного электромагнитного поля для нагрева арматуры вследствие теплового действия электрического тока, наводимого элек-
тромагнитной индукцией. При индукционном нагреве энергия переменного электромагнитного поля преобразуется в арматуре или сталь-
ной опалубке в тепловую энергию и передается за счет теплопровод-
ности бетону.
Применение индукционного нагрева для насыщенных арматурой стыков каркасных конструкций позволяет легко и быстро без дополни
тельных источников теплоты осуществлять прогрев арматуры, жесткого каркаса, металлической опалубки, ранее уложенного бетона, который нужно отогреть. При индукционном прогреве принимается следующий порядок производства работ: установка и утепление опалубки, устройство индуктора (навивка токопроводящих проводов на опалубку), отогрев арматуры и ранее уложенного бетона, укладка новой порции бетонной смеси в конструкцию, прогрев конструкции по при
нятому режиму, регулируемое остывание.
Комбинированный метод предполагает комбинацию прогрева и противоморозных добавок, позволяет в более короткие сроки гарантировать требуемую прочность стыков и швов. Метод представляет собой термообработку бетона, содержащего противоморозную добавку (нитрит натрия), обеспечивающую сохранение требуемой подвижности смеси на период ее укладки в полость стыка до начала термообработки.
380
Комбинированный метод следует применять в тех случаях, когда температура наружного воздуха ниже -25°С, при сильном ветре более 10 м/с, а также для стыков с высоким модулем поверхности. Расчет электронагревательных элементов при обогреве смеси с добавкой нитрита натрия в стыках внешними источниками теплоты (контактными нагревателями, инфракрасными излучателями) и определение удельной мощности при электродном способе прогрева производится, как и для бетонной смеси без добавки.
9.5.4. Герметизация стыков и швов
Герметизация стыков и швов при отрицательных температурах наружного воздуха имеет определенные ограничения. Герметизацию стыков между элементами ограждающих конструкций мастиками производят при температурах не ниже -20°С и с соблюдением следующих требований. Поверхности стыков и швов перед герметизацией очищают от раствора, загрязнения, снега и наледи. До нанесения герметизирующих мастик поверхности швов просушивают и огрунтовывают.
При производстве работ обязательно контролируют качество подготовки поверхности под герметизацию, дозировку компонентов и температуру мастики, толщину слоя и нанесенной полосы герметика, плотность примыкания мастик к стыкуемым поверхностям и качество приклеивания к ним герметиков. Полиизобутиленовую мастику для лучшей адгезии (соединения) с бетоном следует предварительно подогревать до температуры 100...120°С.
В остальном процесс герметизации стыков в зимних условиях протекает так же, как и в летних.
9.5.5. Особенности монтажа в условиях жаркого климата
Условия высокой температуры окружающего воздуха накладывают некоторые ограничения на производство монтажных работ. Для сохранения относительно высокой производительности труда рабочих рекомендуется в дневное, наиболее жаркое время суток устраивать продолжительный перерыв в работе. Перерывы в работе в оставшееся время, с укрытием от прямого воздействия солнечных лучей могут устраиваться чаще и на более продолжительный срок.
381
Возрастает трудоемкость и продолжительность ухода за уложенным бетоном и раствором в конструкции стыков для предохранения их от обезвоживания. Кроме этого, все стыки, перед их омоноличива-нием необходимо обильно смачивать водой.
9.5.6. Особенности монтажа конструкций при реконструкции зданий
Замена существующих конструкций предшествует или сопутствует процессам установки новых конструкций. Замена конструкций может выполняться раздельным методом, когда на определенной захватке или здании в целом сначала демонтируются все заменяемые конструкции, на месте которых затем устанавливаются новые. Возможны разные варианты работ - один кран сначала демонтирует старые, затем устанавливает новые конструкции, или задействованы два или несколько кранов, работа которых организована поточно. Важным является обеспеченная гарантия от значительных перегрузок соседних смежных элементов и общая устойчивость здания.
Совмещенный метод предусматривает последовательное выполнение демонтажа и монтажа конструкций в едином потоке, при едином комплекте строительных машин. Фронт работ при такой организации работ сокращается до размеров одной или нескольких ячеек при соблюдении прочности, жесткости и устойчивости смежных конструкций. Демонтаж конструкций может выполняться поэлементно или укрупненными блоками в зависимости от конструктивного решения демонтируемых сооружений и технологических возможностей используемых при демонтаже средств.
Замена конструкций покрытия может осуществляться различными самоходными и башенными кранами в зависимости от конструктивного решения здания, его объемно-планировочного решения и обоснования выбранного варианта применяемой механизации. В отдельных случаях при замене легких элементов покрытия, технологических трубопроводов и другого оборудования, размещенного между поясами ферм, можно применить переоборудованный автомобильный кран, перемещающийся по кровле по специальным ездовым балкам.
В случае увеличения высоты реконструируемого одноэтажного здания может оказаться рациональным первоначальное возведение нового покрытия над существующим до полного завершения всех работ, а затем демонтаж старого покрытия с использованием лебедок, мостовых кранов и соответствующей такелажной оснастки. В этом случае монтаж и демонтаж конструкций можно осуществить в период кратко-382
срочных остановок или, не нарушая производственного процесса, в реконструируемом здании.
При демонтаже элементов покрытия должны быть приняты меры защиты от падения вниз материалов разборки, возгорания отдельных элементов кровли при огневой резке несущих конструкций. Если при удалении отдельного элемента может быть нарушено статически устойчивое равновесие, необходимо усиление, раскрепление или подвеска стропами к крюку крана опасных с точки зрения обрушения конструкций.
Замена подкрановых балок. При использовании кранового оборудования соответствующей грузоподъемности процесс замены производят традиционными методами. Если грузоподъемности крана не хватает при требуемом вылете стрелы, а масса балки не превышает максимальной грузоподъемности крана, то необходимо предварительное расчаливание стрелы крана с креплением расчалок к устойчивым элементам сооружения. При невозможности использования кранов работы выполняют при помощи лебедок с применением удерживающих оттяжек.
Замена колонн. Замена без разборки покрытия требует предварительного вывешивания конструкций покрытия, т. е. передачи нагрузки с колонн на другие вспомогательные элементы. Вывешивание может быть осуществлено путем установки временных стоек-опор под узлы стропильных конструкций. Узлы опирания металлических конструкций на временные стойки должны быть усилены. Зазор между временными стойками и опорными узлами стропильной конструкции (8... 10 мм) обеспечивают домкратами. В образовавшийся зазор вводят стальную пластину необходимой толщины и фиксируют ее от возможного смещения. При передаче усилий от покрытия на временные стойки должен появиться зазор между ними и колонной, свидетельствующий о полном разгружении колонны от воздействия расположенных выше конструкций. Если отрыва конструкций не произошло, то производят дополнительное поддомкрачивание конструкций над временными опорами с заполнением образовавшихся зазоров стальными прокладками. Зазор в процессе цикла подъема домкратов не должен превышать 10 мм.
В ряде случаев затруднительно или невозможно установить стойки-опоры непосредственно под несущую конструкцию крыши. В этом случае устанавливают две стойки по возможности ближе к ферме, на них укладывают стальную балку, на которую будет передаваться нагрузка от стропильной фермы.
383
При демонтаже колонны она первоначально отсоединяется от фундамента (срезкой, срубкой, смятием, снятием гаек и т. д.). Сам демонтаж может выполняться методом поворота вокруг шарнира с применением полиспаста и тянущей лебедки. Метод основан на медленном опускании головы колонны при опоре ее пяты на фундамент. Возможно применение трех лебедок, при взаимосвязанной работе которых пята колонны сползает с колонны в сторону одной из лебедок, другие обеспечивают опускание головы колонны в плоскости сползания.
Метод надвижки на старые опоры. Метод замены отдельных сооружений целиком представляет собой передвижку (сдвижку с фундамента) старого и надвижку на его место нового сооружения, что позволяет значительно сократить остановочный период для предприятия. Возможны два варианта передвижки: тянущий - при помощи лебедок и системы полиспастов и толкающий - при помощи электрических или гидравлических домкратов. Преимущество тянущего способа в непрерывности движения объекта передвижки, у второго способа - простота и компактность используемых устройств, что особенно важно в стесненных условиях реконструкции объекта.
Передвижка осуществляется по рельсовым многониточным путям, по железобетонному основанию с уложенными стальными пластинами и цилиндрическими стальными катками диаметром 100... 150 мм.
9.6. Контроль качества монтажа конструкций
Качество установки конструкций проверяют геодезическими приборами и шаблонами по ранее нанесенным осевым и другим рискам и отметкам. Геодезический контроль точности установки сборных элементов в проектное положение заключается в поэтапном (по видам смонтированных элементов, захваткам, этажам) проведении исполнительной съемки - геодезической проверки фактического положения смонтированных конструкций в плане и по высоте.
При монтаже фундаментов, стен подвалов и стен надземной части зданий контролируют правильность перевязки и толщину швов между ними, заполнение швов между блоками и панелями, вертикальность и прямолинейность поверхностей и углов здания, качество анкеровки конструкций. Нельзя допускать, чтобы при укладке первого ряда стеновых блоков швы между ними совпадали со швами фундаментных блоков или фундаментных подушек. Перевязка должна обеспечивать смещение вертикальных швов в смежных рядах на 'Л длины блока.
Стены подвалов из бетонных блоков должны иметь вертикальные и горизонтальные швы толщиной 15 мм, отдельные швы могут быть 384
более 10 мм и менее 20 мм. Отклонение рядов блочной кладки от горизонтали по длине 10 м допускаются в пределах 15 мм, отклонение поверхностей по вертикали в пределах одного этажа не должны превышать 10 мм. Смещение осей конструкций фундаментов и стен допускается на ± 12 мм, отклонение отметок опорных поверхностей фундаментов от проектных не должно превышать 20 мм, а поверхностей блоков стен - 10 мм.
В крупнопанельных зданиях контроль качества установки и закрепления в проектном положении сборных элементов обеспечивают проверкой положения элементов по осевым и установочным рискам, а также качеством заделки стыков между элементами. Смещение осей панелей стен и перегородок в нижнем сечении относительно разбивочных осей не должно превышать 8 мм, в верхнем сечении — 10 мм. Ширина вертикальных и горизонтальных швов панелей наружных стен должна быть в пределах 10...20 мм. Для панелей перекрытия длиной до 4 м допускается отклонение от проектной величины опирания не более 8 мм, при большей длине плит - до 10 мм.
В каркасно-панельных зданиях, включая одноэтажные промышленные здания, устойчивость конструкций в процессе монтажа и надежность их эксплуатации зависят от соблюдения технологической последовательности сборки элементов, качества их установки и закрепления, включая заделку стыков.
Пооперационный контроль качества монтажа направлен на то, чтобы не допускать установки последующих конструктивных элементов, если не обеспечена при выверке требуемая точность положения ранее установленной конструкции. Точность монтажа перед закреплением конструктивного элемента подтверждают промерами рулеткой, шаблонами, отвесами, уровнями или геодезическими приборами. На каждом ярусе, захватке после окончания монтажа элементов каркаса одного вида составляют исполнительные схемы с указанием фактического положения конструкций.
Смонтированные в каркасных одно- и многоэтажных зданиях конструкции своими концами должны надежно опираться на нижележащие конструкции. Уменьшение глубины опирания элементов в направлении перекрываемого пролета против проектного не должно превышать при длине элемента до 4 м - 5 мм, при длине 16 м и более — 10 мм.
Марки растворов, используемые при монтаже конструкций для устройства постели, должны соответствовать указанным в проекте. Не допускается применение раствора, процесс схватывания которого уже начался, а также восстановление его пластичности путем добавления воды.
385
В случае использования пакета прокладок из стального листа при выверке подкрановых балок по высоте они должны быть сварены между собой, а пакет приварен к опорной пластине.
В одно- и многоэтажных каркасных зданиях из стальных конструкций предельные отклонения фактического положения смонтированных конструкций не должны превышать допустимых значений. Отклонение отметок опор колонн от проектных и смещение осей колонн от разбивочных осей - 5 мм; отклонение осей колонн от вертикали в верхнем сечении при длине колонны до 8 м - 10 мм, при длине свыше 16 и до 25 м - до 15 мм. Допускается смещение ферм и балок с осей колонн одноэтажных зданий до 15 мм, ригелей и балок в многоэтажных зданиях - не более 8 мм. Для подкрановых балок установлены следующие нормативы: смещение оси подкрановой балки с продольной разбивочной оси - 5 мм, смещение опорного ребра с оси колонны - не более 20 мм.
9.7. Охрана труда при производстве монтажных работ
Монтажные работы являются наиболее опасными из всего комплекса строительно-монтажных работ, так как связаны с перемещением и установкой тяжелых элементов конструкций и обычно на большой высоте.
На строительной площадке должна быть обозначена знаками технологическая зона монтажа, т. е. рабочая зона, зоны складирования, предварительной сборки и транспортирования элементов с земли к месту установки. Особое внимание должно быть уделено зоне повышенной опасности - работе нескольких монтажных механизмов на примыкающих монтажных участках, на одном или разных уровнях работы по вертикали.
К монтажу и производству вспомогательных работ по разгрузке, складированию и строповке сборных элементов рабочих допускают только после вводного инструктажа. К производству верхолазных работ допускают монтажников не ниже 4-го разряда, старше 18 лет и со стажем работы не менее двух лет. Для получения допуска необходимо пройти курс обучения по технике безопасности и сдать необходимые испытания. Знания проверяют не реже одного раза в год, медицинское освидетельствование проводят не реже двух раз в год. 386
Грузозахватные приспособления, стропы и прочий инвентарь должны быть снабжены бирками с указанием грузоподъемности. Их испытывают на двойную нагрузку не менее двух раз в год, по результатам освидетельствования выдают специальные паспорта.
При работе на высоте монтажники обязательно надевают монтажные пояса и посредством цепи с крепежным устройством зацепляют себя к петлям смонтированных конструкций или к натянутым и закрепленным тросам. Рабочий инструмент должен быть в ящиках или сумках во избежание падений. При подъеме элементов для предотвращения их раскачивания или кручения они обязательно берутся на растяжки. Поднятые элементы запрещается оставлять на весу при перерывах в работе. Подъем любых грузов разрешают только при вертикальном положении полиспаста монтажного крана, т. е. без подтяжки поднимаемого элемента. Поднимаемый груз должен быть меньше или соответствовать грузоподъемности монтажного крана на данном вылете стрелы; соответствующая таблица зависимости вылета и грузоподъемности должна быть вывешена у рабочего места машиниста.
На строительной площадке устраивают проходы и проезды, на видных местах закрепляют указатели опасных и запретных зон. В ночное время стройплощадку обязательно освещают. Монтаж башенными кранами запрещается при скорости ветра 10... 12 м/с, кран на рельсах закрепляют противоугонами; при большей скорости ветра кран берут на растяжки.
Грузозахватные приспособления после каждого ремонта должны подвергаться испытанию на нагрузку, в 1,25 раза превышающую их нормальную грузоподъемность с длительностью выдержки 10 мин. Результаты осмотров грузозахватных приспособлений заносят в журнал учета. Осмотры выполняются: для траверс через каждые 6 мес.; для строп и тары - через каждые 10 сут; для других захватов - через месяц.
Не допускается выполнение монтажных и послемонтажных работ на одной захватке, но на разных горизонтах. В отдельных случаях делается исключение, но при этом разрыв в уровнях не должен быть менее трех перекрытий.
Границу опасной зоны определяют расстоянием по горизонтали от возможного места падения груза при его перемещении краном. Это расстояние при максимальной высоте подъема груза до 20 м должно быть не менее 7 м, при высоте до 100 м - не менее 10 м, при большей высоте размер его устанавливают в проекте производства работ.
Смонтированные междуэтажные перекрытия и покрытия должны быть ограждены до начала следующих работ. Это требование не выполняют при монтаже крупнопанельных и крупноблочных зданий, но 387
монтажники, работающие на последнем смонтированном перекрытии, обязаны прикрепляться предохранительными поясами к надежным элементам конструкций здания
Особые меры предосторожности следует принимать при изменении погодных условий. Не допускается выполнение монтажных работ на высоте в открытых местах при скорости ветра 15 м/с и более, при гололедице, грозе и тумане. Работы по перемещению и установке крупноразмерных панелей стен и подобных им конструкций с большой парусностью, следует прекращать при скорости ветра 10 м/с и более.
Большое внимание при монтаже должно быть уделено безопасным приемам сварочных работ, исключающим поражение током и возникновение пожарной опасности. Запрещается вести сварочные работы под дождем, во время грозы, сильном снегопаде и скорости ветра более 5 м/с.
Для подъема и опускания рабочих при монтаже зданий выше 30 м обязательна установка подъемников или лифтов.
ЛИТЕРАТУРА
Александровский А. В., Корниенко В. С. Монтаж железобетонных и стальных конструкций. - М.: Высшая школа, 1990
Гребецник Р.А., Мачабели Ш.Л., Привии В. И. Прогрессивные методы монтажа промышленных зданий с унифицированными параметрами. - М.:Стройиздат, 1985.
Ищенко И. И. Монтаж стальных н железобетонных конструкций. - М.: Высшая школа,1991.
Каграманов Р.А., Мачабели Ш.Л. Монтаж конструкций сборных многоэтажных гражданских и промышленных зданий. Справочник строителя. — М. Стройиздат, 1987.
Теличенко В. И., Штоль Т.М., Феклин В. И. Технология возведения подземной части зданий и сооружений. - М.:Стройнздат, 1990.
Технологические схемы возведения одноэтажных промышленных зданий. - М.: ЦНИИОМТП, 1985.
Технологические схемы монтажа сборных железобетонных конструкций унифицированных каркасов серий ИИ20/70 и 1.420-4 многоэтажных промышленных зданий. -М.: ЦНИИОМТП, 1981.
Технология строительных процессов/ Под ред. Н.Н. Данилова и О. М. Терентьева. -М.: Высшая школа, 2001.
Технология возведения зданий и сооружений / Под ред. В И. Теличенко, А. А. Лапидуса, О. М. Терентьева. - М.: Высшая школа, 2001
Технология и организация каменных и монтажных работ / В.П.Кизима, Г. К. Стратонов, В. В. Джеджера. - Львов: ЛГУ, 1989.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие............................................................ 3
Введение............................................................... 5
Глава 1
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. Основные принципы современного строительного производства......... 8
1-2. Структура, состав и особенности строительных технологий........... 9
1.3. Участники строительства . ........................................ Ю
1.4. Строительные процессы и работы................................... 14
1.5. Материальные элементы строительных технологий.................... 18
1.6. Трудовые ресурсы строительных технологий......................... 19
1.6 1. Профессия и квалификация строительных рабочих. ....... 19
1.6.2. Техническое и тарифное нормирование........................ 20
1.6.3. Системы оплаты труда....................................... 22
1.6.4. Звенья и бригады рабочих................................... 23
1.7. Технические средства строительных технологий..................... 26
1.8. Экологическая безопасность строительных технологий............... 26
1.9. Контроль качества строительно-монтажных работ.................... 28
1.10 Охрана труда в строительстве..................................... 31
Глава 2
ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
2.1. Моделирование структуры строительных технологий.................. 32
2.2. Строительные нормы и правила..................................... 36
2.3. Проектирование производства строительно-монтажных работ.......... 37
2.4. Методы производства строительно-монтажных работ.................. 41
2.5. Информационная среда строительных технологий..................... 41
Глава 3
ИНЖЕНЕРНАЯ ПОДГОТОВКА СТРОИТЕЛЬНОЙ ПЛОЩАДКИ
3.1. Общие положения.................................................. 44
3.2. Инженерно-геологические изыскания................................ 45
3.3. Создание опорной геодезической основы............................ 46
3.4. Расчистка и планировка территории................................ 52
3.5. Отвод поверхностных и грунтовых вод............................ 55
3.6. Подготовка площадки к строительству, ее обустройство............. 58
Глава 4 ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ И ПОГРУЗКА-РАЗГРУЗКА СТРОИТЕЛЬНЫХ ГРУЗОВ
4.1. Классификация строительных грузов и видов транспорта ... ....... 60
4.2. Транспортирование строительных грузов ........................... 61
4.3. Обоснование выбора средств транспорта............................ 63
4.4. Безрельсовый транспорт. Подвижной состав автомобильного транспорта ... 64
4.5. Конструкции автомобильных дорог.................................. 67
4.6. Рельсовый транспорт. Подвижной состав железных дорог............. 70
389
4.7. Конструкции железных дорог....................................... 72
4.8. Специальные виды горизонтального транспорта...................... 75
4.9. Погрузка-разгрузка строительных грузов........................... 76
Глава 5
ТЕХНОЛОГИЯ РАЗРАБОТКИ ГРУНТА
5.1. Общие положения.................................................. 81
5.2. Виды земляных сооружений......................................... 82
5.3. Состав технологического процесса разработки грунта............... 83
5.4. Строительные свойства грунтов.................................... 84
5.5. Подготовительные процессы при производстве земляных работ........ 88
5.5.1. Разбивка земляных сооружений............................... 88
5.5.2. Водоотлив и понижение уровня грунтовых вод................. 89
5.5.3. Создание искусственных противофильтрационных завес и экранов.... 95
5.6. Вспомогательные процессы при производстве земляных работ......... 99
5.6.1. Временное укрепление стенок выемок......................... 99
5.6.2. Искусственное закрепление грунтов......................... 102
5.7. Механизированные способы разработки грунта...................... 107
5.7.1. Разработка грунта одноковшовыми строительными экскаваторами .... 108
5.7.2. Разработка грунта многоковшовыми экскаваторами............ 122
5.7.3. Разработка грунта землеройно-транспортными машинами....... 124
5.8. Уплотнение и вытрамбовывание грунта............................. 137
5.8.1. Уплотнение грунта......................................... 137
5.8.2. Вытрамбовывание грунта.................................... 140
5.9. Гидромеханическая разработка грунта............................. 142
5.10. Подземные способы производства земляных работ.................. 147
5.11. Производство земляных работ в зимних условиях.................. 155
5.11.1. Предохранение грунта от промерзания...................... 155
5.11.2. Метод оттаивания грунта с разработкой его в талом состоянии.157
5.11.3. Разработка грунта в мерзлом состоянии с предварительным рыхлением 162
5.11.4. Непосредственная разработка мерзлого грунта.............. 166
5.12. Контроль качества земляных работ............................... 168
Глава 6
ТЕХНОЛОГИЯ УСТРОЙСТВА ФУНДАМЕНТОВ
6.1. Общие положения................................................. 172
6.2. Технология устройства ленточных фундаментов..................... 173
6.3. Технология устройства монолитной плиты.......................... 178
6.4. Конструкции забивных свай и шпунта.............................. 180
6.5. Технология погружения свай...................................... 183
6.6. Технология устройства набивных свай............................. 196
6.7. Технология устройства ростверков................................ 211
6.8. Устройство набивных свай в вечномерзлых грунтах..................213
6.9. Особенности технологии свайных работ в условиях реконструкции....216
6.10. Приемка свайных работ. Контроль качества........................218
Глава 7
ТЕХНОЛОГИЯ КАМЕННОЙ КЛАДКИ
7.1. Назначение каменных работ. Общие положения.......................222
390
7.1.1. Элементы каменной кладки......................................223
7.1.2. Материалы для каменной кладки................................ 224
7.1.3. Растворы для каменной кладки..................................225
7.1.4. Правила разрезки каменной кладки............................. 227
7.2. Системы перевязки и типы кладки.................................... 228
7.2.1. Системы перевязки швов....................................... 228
7.2.2. Типы кладки.................................................. 230
7.2.3. Бутовая и бутобетонная кладка................................ 234
7.3. Организация рабочего места и обеспечение материалами каменщика.....236
7.3.1 Рабочее место каменщика........................................236
7 3 2. Транспортирование кирпича.....................................238
7.3.3. Транспортирование раствора....................................239
7.4. Организация труда каменщиков....................................... 240
7.5. Леса и подмости, применяемые при каменной кладке............242
7.6. Возведение каменных конструкций в экстремальных условиях. ..........246
7.6.1. Возведение каменных конструкций в зимних условиях.............246
7.6.2. Возведение кладки в условиях сухого жаркого климата...........251
7.6.3. Особенности технологии каменной кладки в условиях реконструкции. . 252
7.7. Контроль качества каменной кладки.................................. 254
7.8. Охрана труда при каменных работах.................................. 256
Глава 8
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ТЕХНОЛОГИИ МОНТАЖА СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
8.1. Общие положения................................................... 258
8 1 1 Развитие монтажных работ в России............................. 258
8 1 2. Организационные принципы монтажа..............................260
8.1.3. Технологическая структура монтажных процессов. . ............261
8 1 4. Способы и средства транспортирования конструкций..............263
8.1.5. Приемка сборных конструкций................................ 265
8.1.6. Складирование сборных элементов.............................. 266
8.2. Подготовка элементов конструкций к монтажу......................... 268
8.2.1. Укрупнительная сборка........................................ 268
8.2.2. Временное усиление конструкций............................... 271
8.2.3. Обустройство и подготовка конструкций к монтажу...............272
8.3. Технические средства обеспечения монтажа........................... 277
8.3.1. Подготовка мест установки сборных элементов.................. 278
8.3.2. Строповка конструкций........................................ 279
8.3.3. Временное закрепление элементов.............................. 282
8.3.4. Выверка элементов............................................ 285
8.3 5. Постоянное закрепление конструкций.......................... 286
8.3 6. Технологическое обеспечение точности монтажа конструкций.....289
8.3.7. Геодезические средства обеспечения точности монтажа конструкций . . 291
8.4. Монтажные краны и механизмы........................................ 295
8 4.1. Самоходные стреловые краны................................... 296
8.4.2. Башенные краны............................................... 300
8.4.3. Специальные краны и механизмы................................ 305
8.4.4. Выбор монтажного крана....................................... 306
8.5. Методы монтажа конструкций зданий и сооружений..................... 310
8.5.1. Методы монтажа по степени укрупнения элементов................310
391
8.5.2. Способы наводки монтажных элементов на опоры.................312
8.5.3. Методы монтажа по последовательности установки элементов...312
8.5.4. Способы установки монтажных элементов в проектное положение. . . . 313
Глава 9
МОНТАЖ КОНСТРУКЦИЙ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ
И ГРАЖДАНСКИХ ЗДАНИЙ
9.1. Монтаж конструкций одноэтажных промышленных зданий с железобетонным каркасом............................................................... 318
9.1.1. Монтаж сборных фундаментов................................. .318
9.1.2. Монтаж колонн................................................319
9.1.3. Монтаж подкрановых балок.................................... 322
9.1.4. Монтаж стропильных и подстропильных ферм и балок.............325
9.1.5. Монтаж плит покрытия ........................................328
9.1.6. Монтаж стеновых ограждений. . . 329
9.1.7. Заделка стыков конструкций.................................. 331
9.2. Монтаж конструкций многоэтажных промышленных зданий.............. 333
9.2.1. Обшие положения..............................................333
9.2.2. Монтаж колонн............................................... 336
9.2.3. Монтаж ригелей, внутренних стен и перегородок... ......... . 339
9.2.4. Монтаж панелей перекрытий................................... 341
9.2.5. Монтаж каркаса с применением группового кондуктора...........342
9.2.6. Монтаж каркаса с применением рамно-шарнирного индикатора...344
9.2.7. Навеска стеновых панелей.....................................346
9.3. Монтаж конструкций крупнопанельных зданий. . ................ 348
9.3.1. Общие положения............................................ 348
9.3.2. Монтаж подземной части здания............................... 350
9.3.3. Монтаж надземной части здания............................. 353
9.3.4. Монтаж наружных стеновых панелей.............................355
9.3.5. Монтаж внутренних стеновых панелей и перегородок.............358
9.3.6. Укладка панелей перекрытий...................................361
9.3.7. Монтаж объемных элементов................................... 363
9.4. Монтаж металлических конструкций одноэтажных промышленных зданий. 364
9.4.1. Общие положения............................................. 364
9.4.2. Монтаж колонн............................................. 365
9.4.3. Монтаж подкрановых балок.................................... 367
9.4.4. Фермы и покрытие из стального профилированного настила.......367
9.4.5. Сварные соединения металлических конструкций.................370
9.4.6. Болтовые соединения металлических конструкций................372
9.5. Технология монтажа строительных конструкций в экстремальных условиях . 374
9.5.1. Особенности технологии монтажа в зимних условиях . ..........374
9.5.2. Безобогревный способ устройства стыков...................... 377
9.5.3. Обогревные способы устройства стыков........................ 378
9.5.4. Герметизация стыков и швов...................................381
9.5.5. Особенности монтажа в условиях жаркого климата...............381
9.5.6. Особенности монтажа конструкций при реконструкции зданий...382
9.6. Контроль качества монтажа конструкций............................ 384
9.7. Охрана труда при производстве монтажных работ..................... 386
Литература..............................................................388