оптимизации авторами разработана программа «Special». Она может быть использована, как в системе автоматизированного проектирования, так и в автономном режиме.

Организационно-технологическую надежность работы комплекса машин следует определять по формуле

где N – количество комплектов в комплексе машин; ti – темп строительства i-го комплекта;

tдир –темп строительства комплекса.

Требуемая организационно-технологическая надежность работы i-го комплекта в процентах должна удовлетворять следующему условию

Авторами рекомендуется при оптимизации работы парков, комплексов, комплектов и работы отдельных машин учитывать организа- ционно-технологическую надежность их работы, что способствует повышению ОТН строительства, составлению более реальных ПОС, ППР и календарных графиков производства строительно-монтажных работ.

1.3. Действующие методики расчета технико-экономических показателей проектных решений

Проведенные авторами исследования показали, что нет единой общей технико-экономической оценки проектных решений, позволяющей получить надежный результат при анализе отдельных конструкций и зданий в целом. Нетрудно убедиться, что стремление оптимизировать по одному из критериев не дает желаемого результата по остальным. Однако в [17] отмечено, что только в конкретных хорошо изученных условиях частной задачи, возможно, получить положительный результат при использовании полных выражений целевых функций. В исследованиях применения критериев более общего вида обнаруживается, что необходимо еще изучить многие вопросы взаимосвязи проекта с действительными условиями.

При разработке типовых конструкций на стадии многовариантного проектирования не учитывается эффективность их применения в реальных объектах с учетом имеющейся номенклатуры изделий. Решить эту задачу практически сложно без создания базы технических и экономических показателей сборных железобетонных конструкций и ин- формационно-поисковой системы для работы с ней, так как требуется обработать большой объем статистической информации о конструкциях, необходимых для компоновки зданий.

17

Основным недостатком большинства разрабатываемых систем является слабое технико-экономическое обоснование проектных решений. Например, в системе «Форпроект» расход основных строительных материалов определяется с помощью математических моделей, которые должны быть разработаны пользователем. В этой системе для оценки эффективности новых конструкций требуется разработка новых моделей. Для формирования последних необходимо иметь соответствующую выборку и т. д. Использование системой «Форпроект» банка данных позволило бы значительно улучшить технико-экономическое обоснование вариантов здания.

Ведущими институтами Госстроя РФ: Научно-исследовательским институтом бетона и железобетона, Центральным научно- исследовательским и проектно-экспериментальным институтом промышленных зданий и сооружений (ЦНИИПромзданий), Научно- исследовательским институтом экономики строительства (НИИЭС), Центральным научно-исследовательским и проектно-эксперимен- тальным институтом организации и технической помощи строительству (ЦНИИОМТП) и другими наряду с укрупненными сметными нормами разработаны методики технико-экономической оценки конструкций и зданий [16].

При проектировании и технико-экономической оценке конструкций и зданий широкое распространение получило использование

ЭВМ. НИИЭС разработал программное обеспечение АВС−V для составления смет на основе укрупненных сметных норм и скомпоновал его с программной компонентой АВС-1 [35], предназначенной для составления сметной документации на общестроительные работы, приобретение и монтаж оборудования. В [36] приведены модели сметной стоимости для многоэтажных производственных зданий в зависимости от удельного веса сборных конструкций, свойств грунта, глубины заложения фундамента, уровня грунтовых вод и некоторых других параметров. Созданы машинные библиотеки строительных норм [37], ЕНиР для расчета калькуляции затрат труда и заработной платы в строительстве [38] и расценок для выпуска смет [39]. Разработана автоматизированная система определения сметных цен на материалы, которая учитывает оптимальный вариант поставки [40, 41].

В ЦНИИПромзданий создана методика сбора информации для межотраслевого справочно-информационного фонда [42]. Основным носителем информации системы является паспорт архитектурно- строительной части зданий и сооружений [43]. Центральный справоч- но-информационный фонд проектирования промышленного строительства Госстроя РФ (ЦСИФ ППС Госстроя РФ) позволяет обобщить опыт проектирования и выявить наиболее экономичные проекты промышленных зданий и прогрессивные конструкции [44–46]. Созданное программное обеспечение позволяет автоматизировать процесс обра-

18

ботки статистической информации при анализе имеющихся в ЦСИФ ППС Госстроя РФ паспортов зданий [47].

Что же касается погружения свай в мёрзлые грунты, то, как уже было сказано, она ещё не создана.

Стоимость и трудоёмкость устройства свайных фундаментов при сложных мерзлотно-грунтовых условиях может достигать 40% от полной стоимости всего здания [48–54]. Для существенного снижения стоимости и уменьшения трудоёмкости свайных фундаментов необходимо в первую очередь применить охлаждение грунтов различными методами как до начала, так и в процессе их строительства и эксплуатации [55–64].

Ниже приводятся некоторые методики, которые разработаны в основном, для строительства различного типа зданий и их элементов

В 1960 году была разработана первая методика оценки вариантов проектных решений сборных железобетонных свай. В последствии она неоднократно обновлялась и переиздавалась под различными названиями. Последняя ее редакция имеет название «Рекомендации по определению расчетной стоимости и трудоемкости изготовления сборных железобетонных конструкций на стадии проектирования».

«Рекомендации...» позволили рассчитывать по единой методике и нормативам наиболее важную часть приведенных затрат сборных железобетонных конструкций – себестоимость изделий «в деле», а также полную стоимость и трудоемкость изготовления вновь создаваемых конструкций из сборного железобетона на стадии проектирования для промышленных, жилых, общественных, производственных и сельскохозяйственных зданий, сооружений транспортного и гидромелиоративного строительства.

Нормативы этих «Рекомендаций...» предназначены для предприятий с объемом производства до 60 тыс. м3 сборного железобетона в год, рассчитаны для районов V территориального пояса /Прейскурант № 06–08–1981 г. и базируются на действующих с 1 января 1982 г. ценах на сырье, материалы, топливно-энергетические ресурсы и тарифах на перевозки.

Они позволяют учесть затраты труда производственных рабочих бетоносмесительного, арматурного и формовочного цехов на изготовление железобетонных свай. При этом оценку затрат труда обслуживающего и управленческого персонала выполняют согласно «Указаниям по определению, планированию и учету трудоемкости продукции на предприятиях Главмоспромстройматериалов».

Себестоимость конструкций «в деле» включает затраты на монтаж конструкций зданий с учетом производства строительно-монтажных работ в зимнее время, часть накладных расходов строительства, полную расчетную стоимость конструкций и затраты на транспортирование их от завода-изготовителя по стройплощадке с учетом загото- вительно-складских расходов строительства.

19

Производственная себестоимость включает в себя: себестоимость бетонной смеси, затраты на сталь, себестоимость изготовления арматурных элементов и закладных деталей, себестоимость работ, осуществляемых в формовочном цехе. Себестоимость производства включает в себя:

–бетонной смеси – цену материалов с учетом их доставки, складирования, переработки и подачи в бетоносмесительные установки, а также приготовление бетонной смеси и доставку в формовочный цех с учетом потери вяжущих при хранении, транспортировке, погрузке и разгрузке на предприятии сборного железобетона;

–переработки стали, – суммарную стоимость всех видов стали, расходуемой на изготовление арматуры и закладных деталей с учетом оптовой цены стали, затрат на доставку, складирование, погрузку и разгрузку;

–натяжения напрягаемой арматуры – транспортировку арматурных элементов к месту укладки, их натяжение и отпуск;

–формирование затраты на подготовку, установку и смазку форм, укладку и уплотнение бетонной смеси, тепловую обработку, распалубку форм, затирку и доставку готовых изделий на склад;

–пара – затраты на получение тепловой энергии для ускоренного твердения бетона и подогрева заполнителей в зимнее время с учетом содержания коммуникаций по пароснабжению;

–эксплуатации стальных форм – расходы на амортизацию и ремонт форм с учетом их плановой оборачиваемости в течение года.

Полная стоимость конструкций определяется для V территориаль-

ного пояса по прейскуранту № 06−08 1981 г. с учетом прибыли и внепроизводственных расходов по реализации конструкций. При определении расчетной стоимости для других территориальных поясов вводится поправочный коэффициент.

Полная стоимость конструкций определяется по формуле

где Cск – расчетная производственная себестоимость конструкций;

К – коэффициент, учитывающий прибыль и расходы по реализации конструкций; Ктер – коэффициент, учитывающий территориальный район строительства.

Затраты на транспортирование включают погрузочно-разгрузочные работы и плату за перевозку грузов автомобильным и железнодорожным транспортом. В стоимость погрузочно-разгрузочных работ входят все затраты, связанные с погрузкой, разгрузкой и складированием конструкций, а также выполнением сопутствующих работ. В стоимость перевозки конструкций автомобильным транспортом входит оплата за перевозку изделий и время простоя автомобильного транспорта в пунктах погрузки и выгрузки в пределах установленных норм.

20

Затраты на монтаж железобетонных конструкций в зданиях включают весь комплекс работ по монтажу конструкций, а также затраты на установку монтажных приспособлений и другие вспомогательные работы.

Оптовые цены на сборные железобетонные конструкции установлены с учётом способа армирования и технологии изготовления изделий.

Методика определения технико-экономической эффективности конструкций с учетом последующей их эксплуатации в зданиях изложена в «Руководстве по определению экономической эффективности повышения качества и долговечности строительных конструкций». Она применима для оценки конструкций промышленных, жилых, общественных, сельскохозяйственных, гидротехнических и транспортных сооружений.

Дисконтированные затраты для каждого проектного решения конструкции рассчитываются за весь срок службы здания, указанный в проекте, с учетом затрат, осуществляемых до начала эксплуатации сооружений. Все затраты приводятся к началу первого года эксплуатации здания.

В дисконтированные затраты, осуществляемые до начала эксплуатации сооружений, входит расчетная себестоимость конструкции «в деле», затраты в сопряженные отрасли промышленности (метизную, металлургическую, строительных материалов) и затраты в промышленность сборного железобетона.

Эксплуатационные затраты включают в себя затраты на ремонтную базу, на капитальные, текущие ремонты и на проведение технического обслуживания сооружений. Приведенные к базисному году они составляют от 5 до 15% от общих затрат.

Коэффициенты приведения классов арматурной стали к стали класса А-I и марок цемента к цементу марки 400 даны в «Инструкции по определению показателей изменения сметной стоимости строи- тельно-монтажных работ, затрат труда и расхода основных строительных материалом при применении в проектах достижений науки, техники и передового опыта».

Необходимые средства механизации определяют путем сравнения нескольких вариантов по трем основным показателям: себестоимости, трудоемкости и продолжительности выполнения работ.

Себестоимость выполнения работы с применением той или иной машины (или комплекта машин) определяют по формуле

С = Eо + [(Эг + Nф)/Tг] + Эсм Nф, (1.19)

где Ео – единовременные расходы по доставке, монтажу и демонтажу машины; устройству и разборке подкрановых путей или временных дорог, р.; Эг – годовые амортизационные отчисления, р.;

21

должительности смены в 1 ч на норму машинного времени забивки одной сваи.

Время, необходимое на забивку одной сваи, определяет комиссия в составе прораба (мастера) объекта, нормировщика СМУ и бригадира копровой бригады путем хронометража работы молота по забивке не менее пяти свай.

Производительность агрегата в смену определяют по выражению

технологического института транспортного строительства под методическим руководством отдела нормативных исследований и проектирования норм Всесоюзного проектно-технологического института транспортного строительства разработаны укрупнённые нормы времени и расценки на свайные работы.

Укрупненные нормы времени и расценки разработаны по единым и типовым нормам.

Укрупненными нормами не учтены: затраты на выгрузку изделий, оборудования и материалов, доставляемых на строительную площадку при сооружении буронабивных свай; затраты на сборку и оснастку копра при погружении свай-оболочек.

Укрупненными нормами так же учтены непредвиденные затраты труда, связанные с организацией процесса, обычно принимаемыми в размере 5% от нормативных затрат.

Всесоюзным проектно-технологическим институтом транспортного строительства разработаны общие производственные нормы расхода материалов при производстве свайных работ.

Производственные нормы расхода материалов разработаны в соответствии с «Положением о производственном нормировании расхода материалов в строительстве» (СНиП 5.01.18–86) исходя из требований правил производства работ, предусмотренных СНиП 3.02.01–87 «Земляные сооружения, основания и фундаменты», рациональной организации труда с учетом применения материалов, качество которых соответствует требованиям стандартов и технических условий. Нормы

22

предназначены для определения нормативной потребности в материалах, необходимых для выполнения заданного объема работ, для обеспечения строительных участков, бригад, отдельных рабочих материалами в соответствии с нормативной потребностью, для определения экономии или перерасхода материалов посредством сопоставления фактического и нормативного их расхода. Кроме того, производственные нормы используются для обеспечения контроля за правильностью списания материалов, премирования за экономию материалов, при разработке нормативно-технической документации, при проектировании и инженерной подготовке производства, при разработке сметных норм расхода материалов. Нормами учитывают расход, потери и отходы материалов, образующиеся в пределах строительной площадки при транспортировании материалов от приобъектного склада до рабочего места, при обработке материалов и в процессе выполнения работ. Нормами регламентирован расход материалов на свайные работы при производстве их только в летнее время.

«Инструкция по определению экономической эффективности капитальных вложений в строительстве» позволяет рассчитать экономическую эффективность сравниваемых вариантов объемно- планировочных решений сооружений, не обладающих признаками новой техники [14].

В СН 423–71 дана методика приведения капитальных вложений и текущих затрат, изменяющихся во времени, к базисному году.

«Методические рекомендации по экономической оценке архитек- турно-строительных решений промышленных зданий и сооружений» предназначены для выполнения технико-экономической оценки архи- тектурно-строительных решений промышленных зданий и сооружений нового строительства. Они ориентированы на выявление лучших объемно-планировочных решений на различных этапах их производства и дополняют «Руководство по выбору проектных решений в строительстве (общие положения)» [16].

Рассмотренные выше методики расчета экономической эффективности отдельных конструкций и зданий в целом, разработанные до перехода к рынку, позволяют оценить любое проектное решение. Каждая из них применяются для расчета той или иной части затрат и предназначена для автономного использования. Таким образом оптимизация конструкций и зданий в целом ведется несколько лет. Однако единая методика расчета технико-экономических показателей проектных решений свайных фундаментов и зданий в целом, возводимых на вечномерзлых грунтах отсутствует. В связи с этим необходимо качественно улучшить оценку вариантов производства свайных работ в суровых климатических условиях. Достижение этой цели видится в направлении разработки многофакторных математических моделей, которые бы позволили определять технико-экономических показателей

23

погружения свай в различных вечномёрзлых грунтах с учётом многих факторов, характеризующих разные условия производства работ.

1.4.Методы производства свайных работ на вечномерзлых

исезонномёрзлых грунтах

На практике технологии производства работ зачастую выбирается по нескольким частным критериям. В качестве частных критериев при оптимизации проектных решений свайных фундаментов обычно принимаются такие показатели: продолжительность работ; удельные энергозатраты; трудоемкость процесса; себестоимость производства работ.

Все перечисленные показатели в той или иной степени зависят от продолжительности бурения скважин и погружения свай. Последние зависят от вида и температуры грунта, от глубины и способа погружения свай. Для расчёта продолжительности погружения свай и бурения скважин в мёрзлых грунтах необходимо было собрать и систематизировать информация по различным способам погружения свай, создать базы данных по результатам натурных испытаний, машинам и механизмам для бурения скважин и забивки свай, разработать модель выбора из базы данных комплекта машин для производства свайных работ и построить многофакторные математические модели технико- экономических показателей погружения свай под конкретные условия строительства. Модели должны быть пригодны для использования их в оптимальном организационно-технологическом проектировании [151].

Особенности производства свайных работ на вечномерзлых грунтах обусловлены физико-механическими характеристиками этих грунтов. В ненарушенном состоянии они обладают высокой несущей способностью. Поэтому при производстве свайных работ мерзлые грунты необходимо максимально сохранять в их естественном состоянии. «Вмерзание» свай, то есть смерзание их поверхности с грунтом, обеспечивает высокую несущую способность свай при относительно малых глубинах их погружения. Учитывая, что вечномерзлые грунты подразделяются на твердомерзлые (низкотемпературные) и пластичные (высокотемпературные, не ниже –1°С), рассматриваются методы производства свайных работ в зависимости от состояния грунтов [93–107].

В работе рассматриваются следующие методы производства свайных работ на вечномерзлых грунтах:

–буро-забивной метод;

–забивной метод;

–буро-опускной метод;

–опускной метод.

Буро-забивной метод включает в качестве основных операций бурение скважин и забивку в эти скважины свай сваебойной машиной.

24

Он применяется в районах с низкотемпературными пластично- мерзлыми грунтами и лишь с разработкой и внедрением проходки скважин паровым вибро-лидером. Буро-забивной способ погружения начинает применяться в районах замечания низкотемпературных твердомерзлых грунтов.

Погружение свай буро-забивным методом осуществляется в два этапа. На первом этапе пробуривают лидирующую скважину, диаметр которой принимается на 1–2 см меньше стороны сваи. На втором этапе погружают сваю при помощи вибромолота или дизель молота. При этом грунт отжимается от углов сваи к середине ее стенок. Грунт оттаивает за счет тепловой энергии, развиваемой молотом, и частичным выжимание грунта из скважины. Достаточно оттаивать лишь тонкий слой грунта, а температура в зоне, прилегающей к свае, повышается на весьма незначительную величину. Процесс вмерзания сваи в грунт происходит за короткое время (рисунок 1.4).

а– скважина для погружения сваи; б – свая в процессе погружения;

в– погруженная свая; 1 – направление ударного воздействия; 2 – пластично- мерзлый грунт; 3 – грунт отколотый и осыпавшийся на дно скважины.

Рисунок 1.4. Схема производства работ

25

Вэтом технологическом процессе участвуют следующие виды машин: штанговые дизель-молоты типа ДМ-58, ДМ-150, С-268, С-330, трубчатые дизель-молоты типа С-858, С-949, С-974, кран РДК-25, экскаватор Э10011, самоходные сваебойные агрегаты на тракторах, автомобилях и экскаваторах, обладающие энергетической автономностью, высокой механизацией операций, мобильностью и маневренностью.

Забивной метод основан на забивке свай непосредственно в грунт без предварительной проходки скважин.

Забивной метод погружения свай в условиях вечной мерзлоты используется лишь в отдельных районах (например, в Воркуте), где ему благоприятствуют грунтовые условия, и лишь в определенное время года. Чтобы забивная свая могла быть погружена без повреждений до проектной отметки, грунты должны быть пластично - мерзлыми, высокотемпературными, с низкими прочностными характеристиками. Часто забивные сваи применяют на площадках с несливающейся вечной мерзлотой, а также на площадках с перемежающимися слоями теплых и вечномерзлых грунтов.

Такие сваи можно применять при производстве работ в летнее и осеннее время, когда поверхностный слой грунта не находится в твердомерзлом состоянии. Возможность их погружения выясняется на основании забивки пробных свай. Забивные сваи в твердомерзлых грунтах практически не устраиваются из-за невозможности их погружения. При использовании этого метода на твердомерзлых грунтах, грунты основания должны быть предварительно оттаяны на проектную глубину забивки свай, либо целиком по всей площадке строительства, либо там, где забиваются сваи.

Процесс забивки свай состоит из следующих операций: разметки мест забивки, передвижки и установки копра или сваебойного агр е- гата у места забивки, подачи сваи к копру, подъема и установки ее на место погружения, забивки свай, измерения величины погружения сваи; динамического испытания сваи.

Вэтом технологическом процессе участвуют следующие виды машин и механизмов: трактора, экскаваторы, автомобиль, кран, копровые установки. Схема забивки сваи приведена на рисунке 1. 5.

26

Буроопускной метод нашел широкое применение на Крайнем Севере. Он применим как в песчаных, так и в глинистых грунтах с любым содержанием крупнообломочных включений. Грунты могут быть твер-

домерзлые и пластично-мерзлые с температурой от -0,5°С и ниже. Этот способ также применим и при температуре мерзлого грунта

выше -0,5°С, но в этом случае для ускорения вмерзания свай необходимо искусственное охлаждение грунтов.

Метод погружения свай в пробуренную скважину предусматривает такую последовательность процессов и операций:

–бурение скважины с помощью установки, размещенной на песча- но-гравийной или шлаковой подсыпке, обеспечивающей возможность перемещения оборудования при слабых местных грунтах с погружением в деятельном слое во избежание оползания грунта в скважину;

–заполнение скважины песчано-глинистым раствором до отметки, при которой объем раствора с некоторым избытком достаточен для заполнения зазоров между стенками скважины и сваи после ее погружения;

–погружение сваи, сопровождающееся выжиманием раствора;

–извлечение обсадной трубы.

Бурение скважин для буроопускных свай может осуществляться станками ударно-канатного, вращательного и ударно-вращательного бурения, машинами термомеханического бурения, установками лидерного и паровибролидерного бурения. Сваю в скважину опускают с помощью крана или бурового станка, если последний оборудован тросом с лебедкой.

При погружении свай с применением опускного метода грунт вначале оттаивают и затем погружают сваи в образовавшуюся в мерзлом грунте полость разжиженного грунта (рисунок 1.7).

а – оттаивание грунта; б – погружение сваи; 1 – поддерживающие козлы; 2 – паровая игла; 3 – мерзлый грунт; 4 – разжиженный грунт; 5 – сваепогружающая установка; 6 – вибропогружатель; 7 – свая.

Рисунок 1.7. Схемы процессов погружения свай в мерзлый грунт методом оттаивания

28

Опускной метод применяется в твердомерзлых глинистых грунтах, мелких и пылеватых песках, содержащих крупнообломочные включения в количестве не более 15%, при средней температуре грунтов по

длине сваи -1,5°С и ниже.

Оттаивание грунта производят с помощью паровой иглы, перфорированной в нижнем конце. Под действием пара (давлением 0,4–0,8 МПа), выходящего у острия иглы, грунт интенсивно оттаивает, разжижается до текучего состояния и в него погружают иглу до проектной глубины.

Скорости погружения иглы назначают с таким расчетом, чтобы диаметр протаянной полости в 2–3 раза превышал наибольший размер сваи в поперечном сечении. Через некоторое время после погружения происходит вмерзание, и свая, будучи как бы заделанной в толщу вечномерзлого грунта, приобретает необходимую несущую способность.

Новым высокоэффективным способом проходки скважин в вечномерзлых грунтах является применение парового вибролидера. В скважине, пройденной вибролидером, остается горячая грунтовая масса в количестве, достаточном для заполнения пазух между стенками скважины и сваей, благодаря чему отпадает необходимость приготовления

изаливки грунтового раствора.

Вскважину с оттаявшим грунтом сваю погружают краном до проектной отметки. В некоторых случаях сваю погружают до проектной отметки молотом или вибропогружателем.

Взарубежной практике строительства на вечной мерзлоте способ оттаивания скважин паром не нашел применения вследствие его недостаточной надежности, т. е. невозможности получения скважин требуемой геометрической формы и размеров, высокой вероятности обрушения стенок скважины и ее оплывания, а также вследствие высокой доли ручных работ и больших сроков вмерзания. Оттаивание скважин паром в мерзлом грунте за рубежом применяется только в сочетании с другими способами погружения.

Все существующие методики выбора и обоснования оптимальных вариантов производства работ не учитывают вид и температуру грунта. К суровым климатическим условиям мы будем относить такие условия, на которые характеризуются следующими факторами: отрицательные температуры воздуха; длительный зимний период; резкие перепады температур; осадки и интенсивность их выпадения; зимние ветры, их интенсивность и длительность; уменьшение солнечной радиации; сокращение продолжительности светового дня; ухудшение видимости при повышении влажности воздуха; значительная величина и продолжительность устойчивого снегового покрова; изменение физико- механических свойств грунтов; изменение гидрологического режима подземных вод; изменение физико-механических свойств ряда строительных материалов; наличие ледяного покрова (при погружении свай со льда рек и водоемов); смерзание свай с монолитом мерзлого грунта.

29