автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.22, диссертация на тему:Разработка поточных методов строительства крупных опускных сооружений

На правах рукописи

ЛЕБЕДЕВ Владимир Михайлович

РАЗРАБОТКА ПОТОЧНЫХ МЕТОДОВ СТРОИТЕЛЬСТВА КРУПНЫХ ОПУСКНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Специальность: 05.02.22 - Организация производства (строительство)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2005

Работа выполнена в Московском государственном строительном университете.

Научный руководитель:

доктор технических наук Семечкин Андрей Евгеньевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Большаков Владимир Алексеевич

кандидат технических наук Аристов Василий Борисович

Ведущая организация:

Проектно-конструкторский и технологический институт

"Промстрой" (ПКТИПромстрой).

Защита состоится 23 мая 2005 года в 14.00 на заседании диссертационного совета Д212.138.01 в Московском государственном строительном университете по адресу: 115114, Москва, Шлюзовая набережная, д. 8,ауд. 528.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного строительного университета.

Автореферат разослан 22 апреля 2005 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

Общая характеристика работы Актуальность исследований

Широкое применение опускных сооружений в промышленном, гражданском, городском и коммунальном строительстве приводит к изысканию новых рациональных конструкций их стен, новых эффективных методов производства работ, созданию и внедрению новых организационно-технологических моделей возведения и опускания, повышающих надежность, позволяющих повысить индустриальность, ускорить темпы строительства при минимальных затратах труда, материалов и финансирования, выведению на современный уровень научно-технического прогресса.

В технологии и организации строительства крупных опускных сооружений актуальным является обеспечение организационно-технологической надежности (ОТН).

В работе рассматриваются вопросы проектной разработки внедрения в производство организационно-технологических моделей (ОТМ) строительства крупных опускных сооружений различными методами с определением и анализом показателей надежности строительных процессов, что является весьма актуальным. Методологическая схема исследования показана на рис. 1

Цель работы - разработка поточных методов возведения опускных сооружений с учетом организационно-технологической надежности. Основные задачи исследования:

изучение влияния организационно-технологических моделей возведения опускных сооружении на поверхности поточным и последовательным методами на организацию производства; определение организационно-технологической надежности возведения опускных сооружений поточным и последовательным методами;

выявление значимых факторов и их сочетаний, влияющих на организационно-технологическую надежность моделей строительства опускных сооружений;

разработка методики проектирования оптимальной организационно-технологической модели возведения с учетом надежности;

разработка методики расчета продолжительности процессов строительства опускных сооружений с учетом надежности технологических элементов.

Научная новизна работы заключается в следующем:

установлена возможность и целесообразность использования технологических нормалей и сетевых циклограмм при разработке организационно-технологических моделей

возведения крупных опускных сооружений с учетом надежности;

предложен и опробован табличный способ расчета надежности технологических процессов возведения оболочек опускных сооружений;

выявлены значимые факторы и их сочетания, влияющие на организационно-технологическую надежность моделей процессов возведения и погружения опускных колодцев; установлены оптимальные значения показателей надежности разработанных организационно-технологических моделей возведения опускных сооружений, элементов технологических процессов и количества последовательно выполняемых процессов.

Практическая ценность работы.

определена возможность и целесообразность применения технологических нормалей и сетевых циклограмм при проектировании и внедрении в строительном производстве организационно-технологических моделей возведения крупных опускных сооружений;

произведены расчеты на матрицах надежности технологических процессов возведения оболочек стен опускных колодцев;

установлена более высокая надежность поточного метода производства работ по сравнению с последовательным методом;

разработана методика проектирования организационно-технологических моделей поточного возведения опускных сооружений с учетом надежности строительных процессов; разработана методика определения продолжительности простых и комплексных процессов поточного производства строительно-монтажных работ с учетом организационно-технологической надежности;

определены значения значимых факторов и их сочетаний, влияющих на организационно-технологическую надежность моделей строительства крупных опускных сооружений.

Апробация работы.

Основные результаты работы были доложены: на Международной научно-практической конференции «Рациональные энергосберегающие конструкции, здания и сооружения в строительстве и коммунальном

Разработка поточных методов возведения опускных сооружений с учетом организационно-технологической надежности (ОТН).

- Изучение влияния разработки ОТМ возведения опускных сооружений на поверхности поточным и последовательным методами на организацию производства;

- Определение ОТН возведения опускных сооружений поточным и последовательным методами;

- Выявление значимых факторов и их сочетаний, влияющих на ОТН моделей строительства опускных сооружений;

-Разработка методики проектирования оптимальной ОТМ возведения с учетом надежности;

- Разработка методики расчета продолжительности процессов строительства опускных сооружений с учетом надежности технологических элементов.

Методичеекие рекомендации по внедрению результатов неследований;

- Методика проектирования поточного строительства с использованием ОТМ в виде сетевых циклограмм с учетом ОТН;

- Методика расчета продолжительности строительства объектов с учетом характеристик надежности элементов технологических процессов.

Объект исйдвдоваии«-Технологические процессы возведения и погружения крупных опускных сооружений.

Шредм^г-Проектирование ОТМ

строительства крупных опускных сооружений с учетом ОТН.

Анализ теории и практики строительства монолитных, сборно-монолитных и сборных опускных сооружений.

Метамлегачеекие основы; Работы ведущих ученых в технологии и организации строительства, организационно-технологической надежности и системотехнике.

Исследование влияние разработки ОТМ возведения опускных сооружений поточным к последовательным методами, выявление значимых факторов и их сочетаний, влияющих га ОТН моделей строительства.

Внедрение результатов исследования при разработке проектов поточного строительства (ППС) и проектов производства работ (ПНР).

Рис. 1 Методологическая схема исследования

хозяйстве», прошедшей под эгидой Российской академии архитектуры и строительных наук в Белгородской государственной технологической академии строительных материалов (Белгород, 2002); на Международной научной конференции «Образование, наука, производство и управление в XXI веке», прошедшей в Старооскольском технологическом институте (Старый 0скол,2004)

Внедрение результатов исследования проводилось в ОАО «Белгородгипропром».

По результатам исследований автором опубликовано 6 работ, в которых отражены основные положения диссертации.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, библиографического списка и приложений. На защиту выносятся:

результаты изучения влияния разработки организационно-технологических моделей возведения крупных опускных сооружений поточным и последовательным методами с использованием технологических нормалей и сетевых циклограмм;

данные, определенные расчетами на матрицах, организационно-технологической надежности технологических процессов возведения опускных сооружений поточным и последовательным методами;

результаты изучения влияния значимых факторов и их сочетаний на организационно-технологическую надежность строительства опускных сооружений;

методика проектирования оптимальной организационно-технологической модели возведения крупных опускных сооружений с учетом надежности;

методика расчета продолжительности процессов возведения и погружения опускных колодцев с учетом надежности технологических элементов.

Содержание работы Во введении обоснована актуальность выбранной темы, определены цель и задачи исследования, обозначены научная новизна и практическая ценность диссертационной работы, а также основные положения, вынесенные на защиту, приведены сведения об апробации работы. Отмечен большой вклад , который внесли в развитие прогрессивных направлений технологии и организации строительства , выполнения строительных процессов возведения и погружения опускных сооружений : М.Ю.Абелев, С.С. Атаев, А. А. Афанасьев, АИ. Байцур, М.С. Будников, С.Н.Булгаков, А.А. Гусаков, Н.Н. Данилов, В.А Ивахнюк, ВВ.

Кочерженко, М.И.Смородинов, В.И.Теличенко, Т.Н.Цай, В.И.Швиденко и др.

В первой главе проведен обзор существующих методов строительства (возведения и погружения) крупных опускных сооружений.

Опускной способ заключается в том, что на поверхности грунта или в пионерном котловане на временном, специально подготовленном основании устраивают ограждающие стены сооружения открытого сверху и снизу. Затем разрабатывают временное основание, осуществляют посадку сооружения на грунт, разрабатывают грунт внутри колодца и под стенами. Сооружение под действием силы тяжести опускается вниз.

Строительство опускных сооружений, выполняемых из монолитного или сборного железобетона, несмотря на технологические и конструктивные отличия, а также особенности в структуре производственных процессов, характеризуется общими технологическими этапами: подготовительный этап; возведение сооружения на поверхности; опускание сооружения;

устройство днища и встроенных конструкций; возведение надземной части и благоустройство территории.

Опускные сооружения на поверхности возводят не сразу на всю высоту , а по ярусам опускания. Вначале при глубоких сооружениях строят первый ярус, а после его опускания, второй и последующие, производство работ осуществляется в основном последовательным методом.

Технологическая последовательность возведения сооружений из нескольких ярусов на поверхности и его опускания такова: устройство временного основания;

устройство ножевой части и стен оболочки первого яруса опускания;

опускание первого яруса (технологический перерыв в возведении стен оболочки);

устройство второго яруса и последующих (технологический

перерыв в опускании);

опускание второго яруса и последующих;

устройство днища и встроенных конструкций;

возведение надземной части.

Возведение сооружений на поверхности осуществляется поярусно в основном последовательным методом.

При погружении опускных сооружений в нескальных грунтах с ограниченным притоком грунтовой воды наибольшее распространение получили три технологии разработки и удаления грунта из колодца: экскаваторно-бульдозерная, грейферная и гидромеханизированная.

Способы погружения опускных сооружений, снижающие силу трения грунтов по боковой поверхности оболочек и позволяющие добиться уменьшения толщины стен, подразделяются на пять основных групп:

гидроподмыв; вибропогружение, тиксотропная рубашка, подготовка боковой поверхности, электроосмос.

Рассмотрены виды организационно-технологических моделей строительства объектов. Для моделирования процессов возведения крупных опускных сооружений выбраны сетевые циклограммы, предложенные С.Н.Булгаковым в 1970 году, наглядно отображающие развитие строительных процессов во времени и пространстве, позволяющие использовать средства вычислительной техники для контроля и управления ходом строительства.

Приведено определение понятия конструктивно-технологической надежности опускных сооружений по А.И.Байцуру, дано определение организационно-технологической надежности (ОТН) процессов возведения крупных опускных сооружений по ААГусакову.

На основании обзора и анализа существующих методов возведения и способов погружения колодцев сформулированы цель и задачи исследования.

Во второй главе исследовано проектирование организационно-технологических моделей процессов строительства крупных опускных сооружений разными методами, детализацией и укрупнением.

Моделирование организационно-технологических процессов осуществлено в виде сетевых циклограмм возведения ножевой части и оболочек стен монолитных, сборно-монолитных и колодцев из сборных железобетонных панелей поточным и последовательным методами. Проектирование сетевых циклограмм проводилось в соответствии с основными положениями теории поточного строительства, правилами построения сетевых графиков, технологией возведения. Оболочку колодца дифференцируем до одной ярусо-захватки, где возможна одновариантная технологическая последовательность ведения работ. Строим технологическую нормаль и сетевую циклограмму возведения одной ярусо-захватки оболочки стен. Используя сетевые циклограммы возведения одной мрусо-захватки оболочки, строим сетевую циклограмму поточного возведения одного яруса полукольца оболочки стен колодца и сетевую циклограмму возведения последовательным методом. На рис. 2 и 3 в качестве примера показаны сетевые циклограммы возведения оболочек стен монолитных сооружений соответственно поточным и последовательным методами. Затем, используя известные правила укрупнения сетей; произвели корректировку и построили укрупненные сетевые циклограммы возведения конструктивных элементов опускных сооружений.

Смоделированы процессы погружения опускных колодцев в виде технологических нормалей и сетевых циклограмм.

Рис. 2. Сетевая циклограмма возведения одного яруса полукольца монолитной оболочки стен колодца поточным методом: 1-100 - поток укладки арматуры; 3-102 - установка опалубки; 5-104 - бетонирование

стен; 7-106 - твердение бетона; 9-108 - снятие опалубки; 11-110 -торкретирование стен: 13-112 -нанесение гидроизоляционного покрытия

75-76, 89-90, 103-104 - бетонирование; 7-8, 21-22, 35-38, 49-50, 63-64, 77-78, 91-92, 105-106 - -терпение бетона; 9-10, 23-24, 37-38, 51-52, 65-66, 79-80, 93-94, 107-108 - сняпгме опалубки; 11-12, 25-26, 39-40, 53-54, 67-68, 81-82, 95-96, 109-110 - торкретирование стен; 13-14, 27-28,41-42, 55-56, 69-70, 83-84, 97-98, 111-112 - нанесение гидроизоляционного покрытая.

В третьей главе определены и проанализированы характеристики надежности технологических процессов возведения ножевой части и оболочек стен монолитных, сборно-монолитных и колодцев из сборных панелей поточным и последовательным методами по сетевым циклограммам.

Соединение элементов строительного процесса в смысле надежности принято последовательным (рис.4).

Рис. 4. Схема надежности строительного процесса: ФР - фронт работ; ТС - технические средства; МЭ - материальные элементы; ТР - трудовые ресурсы; СПр - строительный процесс

Коэффициент готовности процесса (КГПр.) определяется по формуле:

(1) !ф. = Кг.фр. Х Кгт.с. X Кг.и.э. х Кг.т.р.

где (Кг.фр.) , (Кг.гс.), (Кгм.э.) (Кг.т.р.) -соответственно — коэффициенты готовности фронта работ, технических средств, материальных элементов, трудовых ресурсов.

Для первого процесса в сетевой циклограмме принимаем коэффициент готовности фронта работ (К,.фр.) равным 1, т.е. исходим из условия того, что выполнены все организационно-технические и экономические мероприятия по подготовке к началу строительства объекта.

Далее для второго и последующих п процессов коэффициент готовности фронта работ (Кг.фрл.) принимается равным коэффициенту готовности предыдущего процесса [К^.^!)]

Кг. фр.,11= кг. „р. („_!) (2)

Значения надежности элементов строительных процессов ТС , МЭ, ТР принимаем по среднестатистическим данным наблюдений за ходом строительства опускных сооружений за период 1975 - 1999 гг. Надежность элементов строительных процессов по критерию времени определялась отношением времени безотказной работы (времени наработки на отказ) ко времени выполнения процесса по формуле:

Т0-время наработки на отказ. время восстановления.

Расчеты надежности строительных процессов возведения оболочек опускных сооружений проведены в табличной форме (пример табл. 1).

Таблица 1

Матрица расчета надежности технологических процессов возведения одного яруса полукольца монолитной оболочки стен сооружения поточным методом

Продолжение табл. 1

1 2 3 4 5 6 7 8

11- Торкретирова- 11-12 0,47 0,95 0,97 0,9 0,39

110 ние стен - - - - - -

109-110 0,13 0,95 0,97 0,9 0,11

ИТОГО: 11-110 (0,83)4 (0,95)" (0,97)* (0,9) (0,83)12

13- Нанесение 13-14 0,39 0,95 0,97 0,9 0,33

112 гидроизоля- 27-28 0,33 0,95 0,97 0,9 0,27

ционного 41-42 0,27 0,95 0,97 0,9 0,23

покрытия 55-56 0,23 0,95 0,97 0,9 0,19

69-70 0,19 0,95 0,97 0,9 0,16

83-84 0,16 0,95 0,97 0,9 0,13

97-98 0,13 0,95 0,97 0,9 0,11

111-112 0,11. 0,95 0,97 0,09

ИТОГО: 13-112 (0,83) (0,95)" (0,97)* (0,9)8 (0,83)"

ВСЕГО: 1-112 1 (0,95)" (0,97)13 (0,9)" (0,83)"

По полученным расчетным данным коэффициентов готовности

промежуточных, узловых и конечных событий сетевых циклограмм построены графики изменения надежности процессов возведения оболочек стен колодцев поточным и последовательным методами (пример на рис.5)

Кг к

01 7 14 28 42 56 70 84 98 112 М со&

Рис. 5. График изменения надежности возведения монолитной оболочки стен колодца: 1-поточным методом; 2-последовательным методом

Анализ данных коэффициентов готовности событий на графиках показывает, что поточный метод возведения оболочек стен монолитных, сборно-монолитных и колодцев из сборных железобетонных панелей является более надежным, чем последовательный метод возведения.

Уровень надежности организационно-технологических моделей падает в зависимости от количества составляющих последовательно выполняемых процессов.

Поэтому проведены укрупнение сетевых циклограмм (согласно правил СПУ) и корректировка нумерации событий с учетом показателей надежности (рис 6), просчитаны коэффициенты готовности событий и построены графики изменения надежности процессов (рис.7). Разработана методика проектирования организационно-технологических моделей процессов возведения оболочек стен колодца поточным методом с учетом надежности.

Разработана методика расчета продолжительности процессов возведения оболочек стен опускных колодцев поточным методом с учетом надежности технологических элементов. Продолжительность выполнения одного строительного процесса с учетом надежности технологических элементов Т[„ определяется по формуле (4).

г., 1 к-т

•» 1 и- и- (4>

Л гор Л тр

где продолжительность процесса по сетевой циклограмме;

ритм потока;

количество захваток;

коэффициент готовности процесса.

Продолжительность выполнения комплекса процессов при поточном методе производства работ с учетом надежности технологических элементов определяется по формуле.

-г 1 ^{т-^п-У)

гпр гпр

где - продолжительность выполнения комплекса процессов по сетевой циклограмме;

количество простых процессов.

Рис.6. Откорректированная укрупненная сетевая циклограмма возведения одного яруса полукольца монолитной оболочки стен колодца поточным методом с номерами событий, поставленными з соответствии с процессов : 1-5-поток укладки арматуры , 3-12-устаноЕка опалубки, 6-16-бетонирование стен, 8-18-твердение бетона, 10-22- снятие опалубки , 15-24-торкретирование стен , 20-2б-нанесение гидроизоляционного покрытия

Рис. 7. Графикизменения надежносгистроигельныхпроцесов возведения одногояруса полукольца монолитной оболочки стен колодца по укрупненным откорректированным с циклограммам :

Ц 0 0 0 0) поточнымметодом, иметодом.

В четвертой главе разработана методика проектирования оптимальной организационно-технологической модели возведения крупных опускных сооружений с учетом надежности.

Построены объектные технологические нормали и сетевые циклограммы (пример на рис. 8) строительства монолитных, сборно-монолитных и сборных опускных сооружений. Произведены на матрицах расчеты надежности процессов возведения и погружения опускных сооружений, построены графики изменения надежности процессов строительства опускных сооружений.

Определены значимые факторы и их сочетания, влияющие на надежность моделей процессов возведения и погружения сооружений: показатель надежности элементов строительных процессов; количество последовательно связанных элементов процессов; количество последовательно связанных строительных процессов в комплексном процессе возведения объекта; совмещение выполнения во времени процессов на разных пространственных участках, вход в поток и выход из потока Разработана методика определения продолжительности строительства опускных сооружений по укрупненным объектным сетевым циклограммам с учетом надежности. Срок строительства объекта с учетом надежности определяется по формуле:

1 1 1 -+ Т,---+ ... + Г---(6)

к" V V

¿пр. 1 тр2

(где: - продолжительности выполнения комплексных

процессов (циклов); - коэффициенты готовности

процессов (циклов)).

Предложены рекомендации по повышению уровня надежности организационно-технологических моделей:

повышение показателей надежности составляющих элементов, процессов;

уменьшение количества последовательно выполняемых процессов, совмещение и укрупнение процессов. Блок-схема алгоритма проектирования и внедрения оптимальной ОТМ строительства опускных сооружений с учетом ОТН представлена на рис,9.

Рис. 8. Сетевая циклограмма строительства монолитного опускного холодца, работа 0-1 устройство временного основания; работы 2-3, 6-7, 12-13 - возведение соответственно первого, второго, третьего ярусов оболочки; 4-5, 9-10, 16-19 опускание первого яруса; работы 8-11, 15-18 опускание второго яруса совместно с первым; работа 14-17 - опускание трегьего яруса совместно со вторым и первым; работы 19-20, 20-21, 21-22 устройство днища и встроенных конструкций 1, 2, 3 ярусов внутри колодца; 22-23 возведение надземной части; 4-6, 8-12 технологические ожидания (перерывы) в возведении колодца на опускание; 5-9, 6-8, 11-15, 10-16, 12-14 технологические ожидания (перерывы) в опускании на возведение; 1-2, 3-4, 3-6, 5-6, 7-8, 8-9, 7-12, 10-11, 11-12, 13-14, 14-15, 15-16, 17-18, 18-19, 13-22 - организационно-технологические зависимости

Рис.9. Блок-схема алгоритма решения задачи по разработке и внедрению оптимальной ОТМ с учетом надежности элементов технологических процессов

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Проведенный анализ научных исследований и практики строительства показал возможность и целесообразность проектирования организационно-технологических моделей возведения опускных сооружений в виде сетевых циклограмм, наглядно отображающих развитие строительных процессов во времени и пространстве.

2. Разработан и предложен поточный метод производства работ при

возведении оболочек колодцев, более надежный, чем последовательный метод.

3. Определены значимые факторы и их сочетания, влияющие на организационно-технологическую надежность возведения крупных опускных сооружений: показатели надежности элементов строительных процессов, количество последовательно связанных элементов процессов, количество последовательно связанных строительных процессов в комплексном процессе возведения объекта, совмещение выполнения во времени процессов на разных пространственных участках, вход в поток и выход из потока.

4. Предложена методика проектирования организационно-технологических моделей поточного строительства крупных опускных сооружений с учетом надежности технологических элементов процессов.

5. Разработаны методики расчетов продолжительности процессов поточного возведения стек, погружения оболочек, строительства опускных сооружений с учетом характеристик надежности технологических элементов процессов.

6. Предложены рекомендации по повышению уровня организационно-технологической надежности процессов возведения крупных опускных сооружений: повышение показателей надежности составляющих элементов, процессов; уменьшение количества последовательно выполняемых процессов, совмещение и укрупнение строительных процессов.

7. Рекомендованы к внедрению в проектировании и строительстве: организационно-технологические модели возведения и погружения крупных опускных сооружений в виде сетевых циклограмм с приемлемым уровнем надежности 0,65-0,35; надежностью составляющих элементов процессов 0,9-0,99; количество последовательно выполняемых процессов 4"="8. При соблюдении этих параметров продолжительность строительства объекта с учетом обеспечения надежности увеличивается на 1517%, что можно существенно снизить применением организационно-технологических мероприятий проектировщиками и строителями.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Лебедев В.М. Проект поточного строительства. Информационный листок. №324-77: Белгород, ЦНТИ, 1977.-2с.

2. Ивахнюк В.А., Кочерженко В.В., Лебедев В.М., Пушкин С,А. К вопросу об использовании подземного пространства в крупных городах России // Рациональные энергосберегающие конструкция, здания и сооружения в строительстве и коммунальном хозяйстве: Сб. науч. тр. междунар. науч.-практ. конф. - ч. 1 .- Белгород: Изд-во БелГТАСМ, 2002. - С. 99-106.

3. Лебедев В.М. Использование «передвижных» моделей поточного строительства в условиях нестабильности инвестирования и энергосбережения // Рациональные энергосберегающие конструкции, здания и сооружения з строительстве и коммунальном хозяйстве: Сб. науч. гр. междунар. науч.-практ. конф. - Ч.1. - Белгород: Изд-во БелГТАСМ, 2002. - С. 140-143.

4. Лебедев В.М. Исследование организационно-технологических моделей возведения опускных колодцев // Рациональные энергосберегающие конструкции, здания и сооружения а строительстве и коммунальном хозяйстве: Сб. науч. тр. междунар. науч.-практ. конф. - Ч.1.. - Белгород: Изд-во БелГТАСМ, 2002. - С. 144-148.

5. Лебедев В.М. О надежности процесса погружения опускных колодцев. Технология и экономика строительства. Проблемы и пути их решения: Межвузовский сб. науч. тр. -- Новосибирск, Изд-во СГУПС, 2003. - С.27-30.

6. Лебедев В.М. Моделирование процессов строительства сборно-монолитных опускных колодцев // Образование, наука, производство и управление в XXI веке: Сб. науч. тр. междунар. науч. конф. - Старый Оскол: ООО «ТНТ», 2004. - Т.4, С. 125130.

Подписано в печать 2005г. Формат 60x84/16. Уел .печ.л. 1,22 Тираж 100 экз. заказ Отпечатано в Белгородском государственном технологическом университете им. В.Г. Шухова 308012, г.Белгород, ул.Костюкова,46

0Ш~ 05.06