1.5. Защита свай от коррозии

При возведении свайных фундаментов необходимо предусмотреть защиту бетона от коррозии. Под действием кислой агрессивной среды грунтового основания цементный камень полностью разрушается (второй вид коррозии по классификации В.М. Москвина), и на поверхности бетона образуется слой из неплотных и непрочных продуктов коррозии [171], что приводит к снижению несущей способности и долговечности свай.

Способы, предотвращающие негативные последствия, разрабатываются на этапе проектирования. При этом учитываются конкретные условия строительства, исходя из метеорологических карт, геологических изысканий участка, технического задания и расчетов.

Определяющим фактором коррозионной стойкости бетона является его проницаемость. Для повышения долговечности бетона, стойкости к воздействию агрессивных сред необходимо предусмотреть меры как первичной, так и вторичной защиты бетона. В основе таких мер должен лежать тщательный подбор состава коррозионностойкого бетона, направленный на резкое снижение проницаемости, как для воды, так и для кислых сред, уменьшение способности к капиллярному всасыванию, повышение плотности и износостойкости [172, 173].

СНиП 2.03.11–85 предлагает несколько способов антикоррозионной защиты [174]. К первичной защите железобетонных свай относится: использование плотных, стойких к агрессивным средам бетонов марки по водонепроницаемости W6 и выше; применение специальных добавок, снижающих способность к капиллярному всасыванию, повышающих плотность и защитную функцию бетона по отношению к арматуре. При этом не допускается использование добавок, которые негативно влияют на сцепление цементного камня с арматурными стержнями [175, 176].

Вторичная защита представляет собой обработку поверхности свай различными составами. Поверхности забивных свай должны быть защищены механически прочными покрытиями или пропиткой, сохраняющими защитные свойства в процессе погружения. При защите бетона полимерными покрытиями или пропиткой следует уточнять несущую способность свай путем предварительных испытаний.

Перспективным представляется применение эластомерных полиуретановых покрытий. На базе ООО «Новосибирская компания изоляции металлоизделий» авторами разработана рецептура и внедрена технология нанесения химически износостойкого полиуретанового покрытия на железобетонные изделия [177, 178]. Полиуретановое покрытие получается в результате отверждения двухкомпонентной композиции, изготовляемой путем смешения форполимера с жидким отвердителем. Свойства покрытия приведены в таблице 1.4.

30

Таблица 1.4. Основные свойства полиуретанового покрытия

Глубоко пропитывая поверхностный слой бетона, полиуретановый состав создает прочное адгезионное покрытие, обладающее высокой степенью противодействия истиранию, водонепроницаемостью, стойкостью к агрессивным средам (включая растворы кислот и щелочей).

Отличительной особенностью покрытия является его эластичность, что позволяет выдерживать ударные деформации, возникающие при забивке свай. После набора прочности покрытие представляет собой мембрану, прочно сцепленную с бетонной поверхностью и защищающую ее. Покрытие не подвержено трещинообразованию и отслаиванию.

Полиуретановое покрытие обладает высокой диэлектрической прочностью (не менее 10 кВ/мм). Защита железобетонных свай от электрокоррозии производится в случае расположения строения в поле блуждающего тока или при использовании конструкции в качестве заземлителя.

31

1.6.Технико-экономическая оценка возведения сооружений

иих отдельных элементов

Задачи совершенствования проектных решений отдельных конструкций и зданий в целом нуждаются в повышении качества технико- экономического обоснования принятого решения. На стадии проектирования расчет технико-экономических показателей изделий при неполной информации о проекте особенно сложен. Поэтому многие исследователи при оптимизации конструкций пользуются различными упрощенными способами. Проанализируем их.

При проектировании отдельных конструкций до настоящего времени в основном рассматривались два критерия, описанные, например,

в [17−19]. В качестве первого ставили стоимость материалов «в деле», второго – массу конструкции. Причем первый считался достаточный для принятия решения при оптимизации конструкций. Целевая функция при этом имела вид

n

C = ∑ Cак Vак + Cб Vб, (1.22) k=1

где Cак – стоимость «в деле» единицы объема арматуры k-го вида; Vак – объем арматуры k-го вида;

Cб – стоимость бетона «в деле» единицы объема; Vб – объем бетона.

Простота расчета стоимости материалов «в деле» по формуле (1.22) способствовала широкому применению этого критерия при оптимизации конструкций. Однако данная целевая функция не позволяет качественно оценить эффективность применения изделия в реальных объектах.

Для расчёта технико-экономических показателей сборных железо-

бетонных конструкций в [20−22] предложено использовать многофакторные математические модели. Общий вид модели ТЭП для каждого вида конструкций промышленных зданий приведен ниже.

F=A0+A1L+A2S+A3Бт+A4B+A5γб+A6Bст+A7Bн+A8d+A9Rs+A10Rser,, (1.23)

где F – технико-экономический показатель конструкций (включая 3к – дисконтированные интегральные затраты, Сд – себестоимость «в деле», ТД – суммарная трудоемкость изготовления и монтажа и т. д.);

Ai – коэффициенты уравнений;

L – длина конструкции (для колонн высота этажа), см; S – площадь конструкции, м2;

Бт – расход бетона, м3;

В – класс бетона, МПа; γб – плотность бетона, кг/м3; Bст – общий расход стали, кг;

Bн – расход напрягаемой арматуры, кг;

32

d – диаметр напрягаемой арматуры, см;

Rs и Rser – расчетные сопротивления арматуры для предельных состояний первой и второй группы, МПа.

Для учета нескольких показателей различной значимости при проектировании конструкций целевая функция в работе [23] представляет собой взвешенную сумму частных критериев

где αr – коэффициент предпочтения для r -го критерия; fr – относительный показатель качества;

xi – параметры проектирования.

При оптимизации стропильных балок в качестве критериев часто принимали стоимость материалов «в деле» и массу конструкций. Коэффициентом предпочтения для массы был принят коэффициент корреляции между стоимостью и массой, полученный при статистической обработке результатов проектирования под некоторые нагрузки унифицированного ряда.

В [24] показано, что на практике часто возникает необходимость выбора объектов по нескольким критериям. Например, выбрать конструкцию наименьшей стоимости с минимальным расходом арматурной стали; отыскать проектное решение здания наименьшей массы и стоимости и так далее. Как известно, нормированные переменные имеют одинаковые средние величины, равные 1, поэтому автором вместо двух функций предполагается использовать обобщенную целевую

функцию Z = Z1 + KпрZ2, где Z1 и Z2 – целевые функции; Kпр = Z1 , где

Z2

Z1 и Z2 – средние величины Z1 и Z2. Это позволяет объединить две и

более различных целевых функций в одну, что очень важно при решении задач математического программирования.

В работе [25] авторы приходят и выводу, что задача оптимизации отдельных конструкций взаимосвязана с проблемой их использования в реальных сооружениях. Поэтому предлагаемый ими критерий оптимальности имеет вид

n

где Cол – стоимость одного квадратного метра опалубочных работ; h – высота конструкции;

Cог – стоимость одного квадратного метра ограждения; a – шаг несущих конструкций.

33

Обратим внимание, что критерий не учитывает затраты на отопление и вентиляцию рассматриваемых объектов.

Н.Н. Складневым разработан критерий оптимальности, позволяющий учесть затраты на проектирование, изготовление и эксплуатацию

конструкций [26]. При этом функция стоимости имеет следующий вид

где Ai – удельные характеристики конструкций;

π – параметр сечения.

Удельные характеристики конструкции в формуле (1.26) следует рассчитывать с учетом эксплуатационных расходов стоимости материалов «в деле», стоимости изготовления, транспортирования и монтажа конструкций, а также стоимости ограждающих конструкций. При этом, как утверждает автор, недопустимо упрощение некоторых компонентов функции стоимости.

В работе [27] в качестве целевой функции предложена стоимость материалов «в деле» системы элементов покрытия с учетом их совместной работы:

где Cбл – стоимость «в деле» стропильных балок системы; Cп – стоимость «в деле» плит покрытия системы;

Cш – стоимость «в деле» замоноличивания швов между плитами. Стоимость балок системы «в деле» определяется по формуле

n

где Cакб – стоимость «в деле» единицы массы арматуры k-го вида для балок системы;

где Cакп – стоимость «в деле» единицы массы арматуры k-го вида плит системы;

Vакп – расход арматуры k-го вида для плит системы; Cбп – стоимость «в деле» 1 м3 бетона плит системы; Vбп – объем бетона плит системы.

Стоимость «в деле» замоноличивания швов между плитами системы определяется по формуле

34

где Cбш – стоимость «в деле» 1 м3 бетона для замоноличивания швов между плитами системы;

Vбш – объем бетона для замоноличивания швов между плитами системы.

Общим недостатком приведенных выше критериев является то, что они не учитывают затраты на капитальные и текущие ремонты конструкций, а также дисконтированные затраты в сопряженные отрасли промышленности и стройиндустрию.

Промстройпроектом совместно с Московским инженерно- строительным институтом имени В.В. Куйбышева выпушен альбом чертежей «Технико-экономическое сопоставление конструктивных схем покрытия одноэтажных промышленных зданий с применением железобетонных стропильных и подстропильных ферм (сегментные раскосные, безраскосные, шпренгельные, полигональные). Проектные предложения по выбору наиболее оптимальной конструкции ферм» (Шифр 3792-Т-82). В альбоме приведена методика расчета технико- экономических показателей покрытий зданий, разработанная Н.Н. Складневым. По этой методике дисконтированные затраты на покрытие вычисляются по формуле

П = Псф + Ппф + Ппл + Пзд, (1.31)

где Псф – суммарные дисконтированные затраты на стропильные фермы; Ппф – суммарные дисконтированные затраты на подстропильные фермы;

Ппл −суммарные дисконтированные затраты на плиты покрытия; Пзд – дисконтированные затраты на унифицированное здание с размерами в плане 144х72 м.

Дисконтированные затраты на конструкции вычислялись по формуле

Пэ – дисконтированные эксплуатационные расходы; Пкв – дисконтированные затраты в сопряженные отрасли промышленности.

Себестоимость конструкции «в деле» определяется по формуле

где Cск – себестоимость конструкции;

C т – затраты на транспортировку конструкции; Cм – затраты на монтаж конструкций;

∆H – накладные расходы.

35

Эксплуатационные расходы включают в себя затраты на капитальные и текущие ремонты. Затраты в сопряженные отрасли промышленности включают расходы на производство строительных материалов и затраты в базу строительной организации.

Дисконтированные затраты на рассматриваемое здание включают расходы на связи по фермам, крепление путей для подвесных кранов, на бетон для заполнения швов в плитах покрытия, на отопление здания и вентиляцию в пределах покрытия и т. п.

Изложенная выше методика не учитывает затраты на колонны, фундаменты и стеновые панели, а также влияние конструкций покрытия на остальные элементы каркаса.

В работе [28] критерием при оценке эффективности покрытий одноэтажных промышленных зданий принят минимум приведенных затрат, которые вычисляются по многофакторным математическим моделям:

C = [(Yоц +C т) ( 1 + Kзс) + Yсм] ( 1 + Kн) ( 1 + Kз) +EнYк + C э /Eн , (1.34)

где Yоц – себестоимость изготовления конструкции;

(1 + Kзс) – коэффициент, учитывающий заготовительно-складские расходы;

Yсм – затраты на монтаж конструкции;

(1 + Kн) – коэффициент, учитывающий накладные расходы на строительные работы;

(1 + Kз) – коэффициент, учитывающий зимние удорожания; Eн – нормативный коэффициент эффективности;

Cэ – эксплуатационные затраты;

Yк – капиталовложения в базу стройиндустрии.

При этом себестоимость изготовления конструкции определяют по формуле:

где C i – стоимость материалов на принятую единицу измерения; Mi – расход материалов в натуральных единицах;

m – средняя тарифная ставка основных производственных рабочих; Yтн – трудоемкость изготовления конструкции, рассчитанная по модели;

(1 + Kиз) – коэффициент, учитывающий начисления на зарплату, цеховые и общезаводские расходы, эксплуатацию оборудования:

Cп – себестоимость пара и электроэнергии; x1 – расход бетона на конструкцию;

(1 + Bр) – коэффициент, учитывающий внепроизводственные расходы. Приведенные многофакторные модели вошли в программу «Opti- mum», разработанную в НИИСК. К сожалению, они не учитывают

36

дисконтированные эксплуатационные расходы на отопление и вентиляцию.

По мнению ряда авторов [29, 30] комплексная оптимизация проектных решений является одним из основных факторов повышения эффективности строительства.

Ведущими научно-исследовательскими и проектно-эксперимен- тальными институтами РФ разработаны системы автоматизированного проектирования (САПР), такие как технологическая линия проектирования типовых железобетонных конструкций производственных зданий (ТЛП ТЖБК), ТЛП-промзданий и другие. Проектирующие подсистемы на базе ТЛП-промзданий предусматривают 85-процен- тный уровень автоматизации [31].

Технологическая линия автоматизированного проектирования строительной части промышленных зданий включает в себя комплекс проектирующих подсистем [32]:

АСР – для архитектурно-строительного проектирования; ОВ – для проектирования систем отопления, вентиляции и конди-

ционирования воздуха; ВК – для проектирования систем водоснабжения и канализации;

Э – для электротехнического проектирования; ОС – для проектирования организации строительства; С – для разработки сметной документации.

При поиске эффективных проектных решений в САПР большое внимание уделяется использованию цифровых моделей. Под моделью объекта понимается другой объект, по свойствам которого, применяя соответствующие правила, можно определять некоторые свойства моделируемого объекта [33].

Цифровая модель объекта в системе «Форпроект» используется при отыскании габаритов и сетки колонн одноэтажного промышленного здания с минимальным расходом материалов, тепла и электроэнергии на строительство и эксплуатацию проектируемого объекта в конкретном географическом районе для заданного технологического процесса. При этом в системе «Форпроект» расход основных строительных материалов определяется с помощью математических моделей [34].

Одним из путей снижения стоимости, трудоёмкости и металлоёмкости фундаментов из свай является предварительное разбуривание скважин малого диаметра в местах погружения свай. Через скважины грунты охлаждают и переводят в твёрдомерзлое состояние. Затем, уже без осадки, в твёрдомёрзлых грунтах разбуривается скважина большого диаметра и в неё погружается буроопускная свая. В данном случае значительно облегчается бурение скважин и отпадает необходимость в их обсадке [65–72].

ОАО «ЦЕНТРОБАМСТРОЙ» г. Тында проведен анализ стоимости погружения свай в различные грунты (таблица 1.5), который наглядно

37

показывает, что стоимость погружения свай по старому методу независимо от грунта может отличаться от истиной стоимости на 50 и более процентов. Поэтому необходимо разработать методику обоснования и выбора методов возведения свайных сооружений, отвечающую критериям решений экономики.

Таблица 1.5. Стоимость погружения свай

Проведенный анализ компоновки конструктивной схемы здания показал, что при оптимальном проектировании используются упрощенные методы определения технико-экономических показателей. При этом слабо используются базы данных по имеющимся проектным решениям, что не всегда приводит к желаемому результату. Для совершенствования оптимального проектирования следует анализировать накопленный опыт, создавать базы данных и улучшать качество техни- ко-экономического обоснования вариантов.

На основании краткого обзора по состоянию исследований можно сделать следующие выводы.

1.Слабым звеном системы проектирования свайных фундаментов является слабое технико-экономическое обоснование вариантов производства работ.

2.Отсутствие единой методики технико-экономической оценки свайных фундаментов и зданий в целом делает результаты трудносопоставимыми.

3.Для качественного улучшения проектирования объемно- планировочных решений зданий, необходимо автоматизировать процесс их технико-экономической оценки на стадии рассмотрения вариантов с учетом имеющейся номенклатуры свай, строительных машин и механизмов.

38

4.При оптимизации проектных решений мало внимания уделяется их технико-экономической оценке. Для описания целевой функции исследователи пользуются упрощенными способами, что не всегда может привести к положительному результату.

5.Все нормативные документы по технико-экономической оценке проектных решений ориентированы на ручной счет и состоят из большого количества таблиц. Это в значительной степени осложняет автоматизацию процесса оценки эффективности свайных фундаментов.

По мнению автора, для совершенствования технико-экономической оценки проектных решений свайных фундаментов и зданий в целом следует создать базы данных по строительным конструкциям, машинам

имеханизмам. Имеется необходимость в разработке методического и программного обеспечение для использования соответствующих баз данных в формировании и оценки проектных решений свайных фундаментов. Целесообразно иметь многофакторные математические модели технико-экономических показателей для задания целевой функции при выборе способов погружения свай в вечномёрзлые грунты.

39