Процесса возведения земляных сооружений

При выполнении основных работ, связанных с возведением земляных сооружений, производится разработка и транспортировка грунта, его разгрузка и разравнивание на участках насыпи, послойное уплотнение грунта, окончательная планировка площадки при ее сооружении, зачистка дна котлована или линейно-протяженной выемки при ликвидации недобора. Структура процессов выполнения земляных работ приведена в таблице 3.5.

Из анализа содержания таблицы 3.5 следует, что возведение земляных сооружений возможно только при комплексной механизации строительных процессов. При этом приходится решать следующие задачи:

- подбор строительных машин и механизмов по конструкции и рациональны технологическим параметрам;

- формирование комплекта машин и оптимального парка;

- рациональное использование существующих парков строительных машин, механизмов и транспорта;

- планирование и обеспечение высокопроизводительной работы строительных машин.

Методологической основой проектирования типовых параметрических рядов строительных машин является комплексный технико-экономический анализ проектных и организационно-технологических факторов строительного производства. Такой анализ относится к разряду научно-исследовательских работ и выполняется соответствующими организациями.

Вместе с тем значительна проблема формирования оптимальных комплектов и парков строительных машин. Суть ее состоит в том, что количественный и качественный состав парков и комплексов строительных машин и механизмов в идеале должен всегда строго соответствовать выполняемой строительной организацией производственной программе.

Таблица 3.5.

Ориентировочная структура процессов выполнения земляных работ

при возведении земляных сооружений.

Добиться этого не только практически, но даже теоретически чрезвычайно трудно. Решение проблемы усложняется значительной разнохарактерностью строительно-монтажных работ, которая присуща как общестроительным, так и специализированным подрядным организациям.

Расчет и формирование таких комплектов и парков машин может быть осуществлен только при полном охвате всех строительных процессов и операций, выборе ведущей машины, так как в настоящее время этот вопрос приобрел конъюнктурный характер. Это требует соответствующего согласования машин по производительности при различных схемах комплектов. Табл. 3.6.

После выбора типа и марки ведущей машины определяется их количество

(3.10)

где V - объем выполнения работ, Т - срок выполнения работ, Z - количество смен в сутках, П₀ - сменная производительность ведущей машины.

На выбор типа вспомогательных машин, прежде всего, влияет вид возводимого сооружения и условия их работы. Затем решается задача выбора марки машин. Важную роль в этом может иметь учет рационального соотношения главных параметров ведущих и вспомогательных машин.

Количество вспомогательных машин чаще всего определяется из выражения

(3.11)

где П_вм - сменная производительность вспомогательной машины.

Состав парка строительных машин и механизмов обычно определяется в соответствии с планируемым или ожидаемым годовым объемом работ для каждой группы (типа) или комплекта машин и может быть подсчитан по формуле

(3.12)

где Vi - годовой объем работ для i -ой группы строительных машин, Пi - годовая производительность i - ой машины, К_вых - коэффициент выхода машин.

При определении оптимального состава парка машин исходные величины годовых объемов работ и производительность каждой группы машин должны рассматриваться как случайные. Значения этих величин могут быть представлены в виде математического их ожидания. Переменной во времени вследствие старения или, наоборот, обновления парка машин будет и величина коэффициента их выхода, которая должна определяться с учетом физического и морального износа, состояния машин и механизмов.

Постоянное изменение объемов и темпов возведения земляных сооружений, сокращение или увеличение сроков строительства объектов, степень рассредоточения их вносят коррективы в планирование и проектирование парков машин и механизмов с учетом непрерывной их мобильности. В качестве основного показателя, характеризующего степень мобильности строительных машин, может быть использован коэффициент К_моб, определяемый как

(3.13)

где - стоимость перебазировки машины, - величина главного параметра машины.

Таблица 3.6.

Условия согласования машин по производительности при различных схемах комплектов.

№ ком	Схема комплекта	Условия согласования
1
2
3
4
5
6

- производительность комплекта, - производительность ведущей машины, - производительность вспомогательной машины, K – число параллельных цепей, М – число основных машин, n – количество вспомогательных машин, i – 1,2,3…,n, j – 1,2,3…,К, - - основная машина, - вспомогательная машина.

Приведенные выше методологические положения и рекомендации могут быть реализованы при условии системного подхода к формированию комплектов и парков строительных машин. Строительная наука и практика показывают, что единственно правильным выходом в таком случае является применение метода оптимизации использования существующего парка машин.

Методы решения подобных задач могут быть различны. В качестве критерия оптимизации (целевой функции) при математической постановке и решении задач следует принять максимум чистого дохода и минимум себестоимости эксплуатации машин, определяемый как

Д_ч = Д_в – Э , (3.14)
где Дч - чистый доход, Дв - валовой доход, Э - производственные издержки.

В развернутом виде выражение 3.14 может быть представлено в следующем виде

(3.15)

где С_i - стоимость машиносмены, i - го типа машины, Т_ij - время работы машины в течение года i - го типа на j - ой группе объектов в машиносменах, Э_ij - годовая себестоимость эксплуатации машин i - го типа на объектах j - ой группы, i - 1,2...n -типы машин, j - l,2...m - группы объектов или работ.

В качестве обобщающего критерия оптимизации при решении рассматриваемых задач может быть использован также показатель приведенных затрат Пj , имеющий вид

(3.16)

где П_j - приведенные годовые затраты по j -ой группе объектов или виду работ, C_j -себестоимость годового объема механизированных работ по j -ой группе объектов или виду работ, Е_н - нормативный коэффициент эффективности капитальных затрат, С_ij балансовая стоимость i - го типа машин на j - ой группе объектов или работ, N_ij -количество машин i - го типа на j -ой группе объектов или видов работ.

Выражения 3.15 и 3.16 образуют систему, решение которой осуществляется с
помощью стандартных алгоритмов и программ. Результатом расчетов являются планы
расстановки и движения машин и механизмов по объектам, регламентация их работы,
порядок перемещения машин с объекта на объект и сроки выполнения работ на каждом
объекте.

Регламентация работы машин позволяет осуществить мероприятия по повышению производительности строительных машин. За основу анализа могут быть взяты математические модели сменной эксплуатационной производительности. В этом случае оказывается возможным планирование трех групп мероприятий, направленных на ее повышение.

Ряд мероприятий, обеспечивающих сокращение продолжительности цикла (t_ц), может быть рекомендована для всех машин цикличного действия.

Степень совмещения и количество совмещаемых операций зависит от кинематической схемы и конструкции машин, квалификации машиниста, а также от условия работы. В любом случае совмещения операций продолжительность цикла будет равна

T_ц = t ₁ + (1 - a ₂ ) t ₂ + (1 - a ₃) t ₃ + … + (1 + a _n) t _n (3.17.)

где t₁ t₂ .... t_n - продолжительность операций, a₂ …a n - коэффициенты совмещения операций, изменяющиеся в пределах от 0 до 1, n - количество операций в цикле.

Тогда величина сокращения цикла может быть определена следующим образом

Dt’_ц = t_ц - t’_ц (3.18.)

где t_ц - полная величина цикла, определенная с учетом последовательного выполнения всех операций.

Кроме совмещения операций продолжительность цикла может быть сокращена за счет снижения продолжительности самих операций. Суммарная величина сокращения всех операций цикла имеет выражение

(3.19)

где Dt_i - величина сокращения продолжительности i - ой операции.

Общая величина сокращения продолжительности цикла составит

Dt_ц = Dt_ц' + Dt_ц'' (3.20)

Вторая группа предусматривает мероприятия, направленные на более эффективное использование мощности машин и увеличение коэффициента использования основного их параметра.

В строительной практике очень часто осуществляется ряд мероприятий, как конструктивного, так и организационного характера, позволяющих в значительной мере повысить производительность машин. Так метод коротких передвижек и предварительное рыхление грунта в забое позволяет наполнять ковш экскаватора со сменным оборудованием прямой лопатой с «шапкой», не только полностью заполняя геометрическую емкость ковша, но и превышая ее. Набор грунта по шахматно-ребристой, клиновой и прямоугольной схеме, использование при этом уклоны местности и тракторов-толкачей, позволяет увеличить толщину срезаемой стружки грунта и повысить коэффициент наполнения ковша скрепера. Выбор типа катка и схемы его движения обеспечивает необходимое уплотнение насыпей.

Вследствие этого, повышение производительности машин DП¢¢см может составить

(3.21)

где DК_в - прирост величины коэффициента использования основного параметра машин.

Ряд мероприятий, позволяющих увеличить производительность машин, связана с увеличением внутрисменного режима работы машин и повышением коэффициента использования их по времени К_в. Основная задача в данном случае сводится к сокращению продолжительности простоев машин. Ее решение сводится к разработке и реализации организационно-технологических мероприятий. В этом случае, повышение производительности машин DП¢¢¢см составит

(3.22)

где DК_в - прирост величины коэффициента использования машин во времени.

Таким образом, с учетом выражений 3.19 - 3.22 повышение сменной производительности машин составит

(3.23)

где t_ц, К_п, К_в - исходные величины соответственно продолжительность цикла, коэффициент использования машины по мощности и времени, Dt_ц , DК_n , DК_в -

прогнозируемые (планируемые) величины изменения тех же параметров.

Известно, что на продолжительность работы машины в течение года влияет уровень организационно-технического обслуживания. В общем виде, директивная годовая продолжительность работы Т_г составит

T_г = z [365-(t_в+n +t_k+t_p +t_кл +t_пер)] (3.24)

где z - среднегодовая сменность работы машины в сутках, _tв+п - суммарное количество выходных и праздничных дней в году, t_K - продолжительность пребывания машины на консервации, t_р - продолжительность пребывания машины в ремонте, t_кл – средне статистическая продолжительность простоя машины по климатическим условиям, t_пер -среднегодовое время перебазировки машины.

Как видно из зависимости 3.24 увеличение Т_г зависит от повышения коэффициента сменности, режима содержания машины, сосредоточения объемов СМР и рациональной схемы ее эксплуатации. В этом случае прогнозируемая годовая выработка машины составит

(3.25)

В этом случае величина ее прироста, по отношению к исходной годовой выработке составит

(3.26)

здесь DТ_Г - прогнозируемое или планируемое изменение годовой продолжительности работ.

Предполагается, что такой комплексный, системный анализ результатов эксплуатации машин позволит не только повысить их производительность, но и определить параметры вновь создаваемых машин в рамках существующей технологии возведения земляного сооружения. В свою очередь, использование в строительной практике новых машин приводит к разработке новых технологий возведения сооружений. Для оперативного расчета величин Пcv, Тг, Пг по всем предложенным зависимостям легко могут быть составлены номограммы, расчетные таблицы и программы расчета с использованием ЭВМ.