Строительное производство состоит из строительных процессов, протекающих на строительной площадке и имеющих конечной целью возведение, восстановление или ремонт различных зданий, сооружений или их частей. Строительные процессы бывают основными, вспомогательными и транспортными, например основной процесс — кладка кирпичной стены, вспомогательный — устройство подмостей, транспортный — подъем на этаж кирпича и раствора.
В результате выполнения основного процесса создается элемент строительной продукции. Вспомогательный и транспортный процессы способствуют успешному осуществлению основного процесса.
В любом строительном процессе (каменная кладка, штукатурные, малярные и другие работы) участвуют: рабочие, предмет труда (материалы, конструкции), орудия труда (строительные машины, инструменты). Во многих строительных процессах рабочие применяют вспомогательные устройства и приспособления, например навесные люльки, лестницы, кондукторы и пр.
Технологически однородный и организационно неделимый элемент строительного процесса называется рабочей операцией. Для нее характерны неизменяемость состава рабочих-исполнителей, предметов и орудий труда.
Каждая рабочая операция состоит из нескольких, тесно связанных между собой, рабочих приемов, которые состоят из отдельных движений. Рабочая операция может выполняться одним рабочим или же группой согласованно действующих рабочих.
В первом случае операция является индивидуальной, во втором — групповой (звеньевой или бригадной).
По сложности производства строительные процессы разделяются на рабочие (простые) и комплексные (сложные).
Рабочим процессом называется совокупность технологически связанных рабочих операций, выполняемых одним составом исполнителей, например монтаж стеновых панелей, укладка плит покрытия и т.д.
Комплексным процессом называется совокупность одновременно осуществляемых процессов, находящихся между собой в непосредственной организационной зависимости и связанных единством конечной продукции (рис. 1).
Рис. 1. Структурная схема комплексного строительного процесса
В исполнении комплексного процесса участвуют рабочие самых разных специальностей.
Строительные процессы, выполняемые вручную с использованием ручного инструмента и простейших приспособлений, называют ручными; выполняемые с помощью электрических ручных машин (электропилы, электрорубанка и пр.) — полумеханизированными. Строительно-монтажные процессы, выполняемые с помощью машин и механизмов, где функции рабочего сводятся лишь к управлению данной машиной, называют механизированными. Если все технологические операции процесса (основные и вспомогательные) выполняются при помощи комплекта машин, то такой процесс называют комплексно механизированным.
Дальнейшее развитие механизации приводит к автоматизации — высшей степени организации производственного процесса, освобождающей человека от непосредственного управления процессом.
В зависимости от характеристик грунта существует ряд методов устройства свай, в том числе ударный, вибрационной, 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.
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;
— 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.
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. 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.
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.
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. 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.
Наиболее распространены в промышленном и гражданском строительстве сваи длиной 6… 10 м, которые забивают с помощью самоходных 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.
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 дизель-молотов одиночного действия в залоге 10 ударов; для дизель-молотов 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 воздействия, которые позволяют преодолеть сопротивление трения на боковых поверхностях сваи, лобовое сопротивление грунта, возникающее под острием сваи, и погрузить сваю на проектную глубину. Благодаря вибрации для погружения свай в грунт требуется усилия иногда в десятки раз меньшие, чем при забивке. При этом происходит частичное уплотнение 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. 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.
Вибрационный метод наиболее эффективен при несвязных водонасыщенных фунтах. 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.
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.
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 устройстве фундаментов под мачты линий электропередачи, радиосвязи и других сооружений, где в достаточной мере могут быть использованы несущая способность винтовых свай и их сопротивление выдергиванию
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. При этом сопротивление грунта 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. 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 фунта и его влажностного состояния. Благодаря этому, только за счет уменьшения влажности вокруг забитой сваи ее несущая способность значительно возрастает.
Последовательность погружения свай. Порядок погружения свай зависит от их расположения в свайном поле и параметров свае-погружающего 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.
При устройстве свайных фундаментов зданий большой протяженности рационально применять мостовую сваебойную установку, представляющую собой передвижной мост, по которому перемещается тележка с копром. Сваи длиной 8…12 м забивают дизель-молотом. 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 сваепофужающего 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 свай. От этих объемов, специфики грунтовых условий и заданных сроков работ зависит выбор оборудования для погружения свай и количество сваепогружающих установок
Арматура — совокупность соединенных между собой элементов, которые при совместной работе с бетоном в железобетонных сооружениях воспринимают растягивающие напряжения (хотя также могут использоваться для усиления бетона в сжатой зоне).
Элементы арматуры делятся на жёсткие (прокатные двутавры, швеллеры, уголки) и гибкие (отдельные стержни гладкого и периодического профиля, а также сварные или вязаные сетки и каркасы). Арматурные стержни могут быть стальными, стеклопластиковыми, древесного происхождения (бамбук) и др.
Арматура классифицируется по ряду признаков: по назначению, ориентации в конструкции, условиям применения, по виду материала из которого арматура изготавливается.
По назначению арматуру разделяют на:
– рабочую арматуру;
– конструктивную;
– распределительную;
– монтажную;
– анкерную (закладные детали).
Классификация арматуры по ориентации:
– поперечная — арматура, которая препятствует образованию наклонных трещин от возникающих скалывающих напряжений вблизи опор и связывает бетон сжатой зоны с арматурой в растянутой зоне;
– продольная — арматура, которая воспринимает растягивающие напряжения и препятствует образованию вертикальных трещин в растянутой зоне конструкции.
По условиям применения бывает:
– напрягаемая арматура;
– ненапрягаемая арматура.
Напрягаемая арматура в предварительно напряженных железобетонных конструкциях может быть только рабочей.
Совместную работу арматуры и бетона обеспечивает сцепление их по поверхности контакта. Сцепление арматуры с бетоном зависит от прочности бетона, величины его усадки, возраста бетона и от формы сечения арматуры и вида ее поверхности.
Возможны пять видов контакта арматуры с бетоном:
– соединения на связях сдвига;
– трение;
– сцепление (соединение с помощью бетонирования стального элемента арматуры);
– обжатие арматуры бетоном после его усадки;
– электрохимическое взаимодействие стальной арматуры и цементного раствора.
Если арматура была подвергнута предварительному натяжению, то её называют напрягаемой. Натяжение служит для увеличения прочности железобетонной конструкции путём предотвращения образование трещин, уменьшения прогибов и снижения собственной массы конструкции — поскольку по весу требуется значительно меньше арматуры.
В железобетонных изделиях, в основном, используются арматурные изделия, которые представляют собой, соединенные между собой стержни арматурной стали. Основные способы соединения стержней — это электросварка, вязка проволокой. Вместо вязки проволокой используют специальные арматурные фиксаторы, изготовленные из пружинной стали. Газовая сварка, как правило, не применяется.
Основные виды арматурных изделий:
– плоские арматурные решетки (сетки);
– пространственные арматурные каркасы.
Действительная несущая способность железобетонной конструкции в значительной степени зависит от качества монтажа арматурного каркаса. Эта операция требует точного и добросовестного исполнения, а также специальной подготовки арматурщиков. Существует ряд правил для монтажа арматуры, выполнение которых в значительной степени обеспечивает хорошее качество строительства. Допускают ошибку, если используют меньше арматуры, чем это необходимо в соответствии с расчетом конструктора, или приобретают арматуру иного поперечного сечения или качества, чем требуется. Арматура различных сечений взаимозаменяема, но замену в каждом отдельном случае необходимо рассчитать. Арматура распределяет усилия пропорционально своему поперечному сечению. Так, четыре пряди арматуры диаметром 16 мм (общей площадью поперечного сечения 8,04 см2) могут быть заменены шестью прядями диаметром 14 мм (9,24 см2), поскольку площадь поперечного сечения пяти прядей составляет лишь 7,7 см2. При изменении качества металла необходимо также принимать во внимание прочность арматурной стали.
При монтаже арматурного каркаса железобетонной конструкции перед бетонированием можно допустить ошибку при наращивании прядей арматуры. Плохо выполненное соединение ослабляет несущую способность балки, наращенный участок не участвует в восприятии нагрузки, конструкция будет слабее проектируемой. Наращивание должны выполнять специалисты, ибо только они могут определить, какие стержни работают под нагрузкой на растяжение или на сжатие. Технические нормативы разрешают наращивание растянутой арматуры сваркой, с помощью резьбовых соединений или перекрытием концов прядей внахлест.
Арматуру перед укладкой бетона в соответствии со статическим расчетом следует обрезать и изогнуть. В индивидуальном строительстве дома гибку арматуры чаще всего выполняют вручную. Изгибать арматуру, особенно при диаметре более 18 мм, вручную очень сложно и тяжело, поэтому часто для облегчения гибки прутья нагревают. При таком способе в месте нагрева изменяется структура стали, металл теряет упругость, становится хрупким и под действием нагрузки может разорваться.
Для защиты арматуры от коррозии в бетонную смесь следует добавлять расчетное количество цемента, чтобы создать тот минимальный защитный слой вокруг арматуры, который способен воспрепятствовать прониканию влаги. Наименьшая толщина защитного слоя составляет 1,5 см, но если требуют условия, в которых работает конструкция, толщина может быть увеличена. Особенно часто оголенной оказывается арматура в железобетонных плитах, а иногда и в ступенях из монолитного железобетона. При бетонировании ошибку можно предупредить простыми средствами, например, подложив под арматуру подходящего размера щебенку.
Обеспечить необходимую толщину защитного слоя можно также с помощью специальных подставок и распорок. Восстановление защитного слоя не дает оптимального результата. На поверхность бетона наносят цементную штукатурку, которая, однако, не восполняет первичную прочность бетона и влагонепроницаемость
- Александровский А.В. Строительное дело. –М.: Академия, 2006.
- Буга П.Г. Гражданские, промышленные и сельскохозяйственные задания. –М.: Высшая школа, 2005.
- Зимин Ю.П. Технология и организация строительного производства. – М: МНПК Интелвек, 2008.
- Маклакова Т.Г. Архитектура гражданских и промышленных зданий. –М.: Стройиздат, 2002.
- Соколов Г.К. Технология и организация строительства. –М.: Академия, 2006.
