Использование ударного разрушения при сносе строительных конструкций

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 69.059.62

Использование ударного разрушения при сносе строительных конструкций

Н.Л. Великанов,

В.А. Наумов,

Д.А. Тарасов

Приведено описание различных способов разборки зданий. Показаны особенности использования ударного разрушения при сносе строительных конструкций.

Снос зданий, ударное разрушение, математическая модель

The description of variants of disassembling of buildings is given. Features of use of destruction percussion at pulling down of building constructions are shown.

Рulling down of building, destruction percussion, mathematical model

Разборка зданий обычно включает в себя комплекс работ по удалению конструктивных элементов здания, высвобождению и расчистке места строительства с последующим вывозом непригодных конструкций, материалов, строительных отходов и мусора на специально отведенные для этого места, складирование на ремонтно-строительной площадке годных для дальнейшего использования материалов, деталей и конструкций.

В зависимости от вида здания, конструктивных решений, использованных материалов и конструкций, а также наличия соответствующей техники с учетом месторасположения объекта определяют способ разборки. Выбор того или иного способа следует обосновывать в каждом конкретном случае технико-экономическими расчетами. Он выбирается в зависимости от условий работ, а также от строительных материалов, из которых выполнено строение [1-4].

Различают два способа разборки зданий: полумеханизированный и механизированный. Полумеханизированный - основан на применении пневматического и электрического инструмента: отбойных молотков, лопат-ломов, бетоноломов, механических пил, лебедок, домкратов. Такой способ распространен наиболее широко, хотя и является трудоемким и дорогостоящим. К тому же производство работ сопровождается шумом и выделением пыли. Использование отбойных молотков порой является единственным решением по демонтажу стен из бетона, кирпича и других железобетонных конструкций. Для демонтажа бетона используются электро-, пневмо- или бензоотбойники разной мощности. Мощность отбойников разнится в зависимости от поставленных задач и допустимого уровня вибрации.

Однако материально ручная разборка не очень выгодна. Снос кубического метра конструкции обходится в два раза дешевле, чем стоимость кубометра при демонтаже.

При механизированном способе работы выполняются с помощью машин и механизмов. Тут распространение получили методы ударного разрушения. К средствам разрушающего действия относятся взрывчатые вещества, гидровзрыв, электрогидравлический эффект, импульсные водоемы, отбойные молотки, бетоноломы, навесные пневмо- и гидромолоты, клиновые раскалыватели, навесные клин - и шар-молоты.

Демонтаж методом направленного подрыва - самый опасный метод демонтажа, применение которого ограничено в черте города. Тем не менее, активно применяется для демонтажа фундаментов старых цехов, для подрыва старых железобетонных, кирпичных труб, старых зданий и сооружений. Взрывные работы могут выполняться для разрушения или дробления каменных, бетонных и железобетонных конструкций. Взрывной способ основан на использовании энергии взрыва. В результате взрыва здание разрушается и оседает на свое основание. Способ является наименее трудоемким и наиболее экономичным. Разрушение фундаментов взрывом может производиться на открытых строительных площадках и внутри помещений. Обрушение зданий и сооружений производится на их основание или в заданном направлении (направленное разрушение). В заданном направлении рекомендуется обрушать высотные сооружения и элементы (дымовые трубы, башни), высота которых в четыре раза и более превышает размер горизонтального сечения (на уровне вруба), измеряемый в направлении оси валки. Благодаря современным технологиям и высокому исполнительскому мастерству данный вид работ возможен даже в непосредственной близости от проходящих теплотрасс, но тем не менее категорически недопустим вблизи жилых, социальных и общественных мест. Низкая цена и быстрое исполнение - вот то, благодаря чему метод направленного подрыва имеет такую популярность.

Без сомнения, наиболее быстрым способом является снос зданий и домов при помощи взрыва. Снос домов взрывом слишком рискован для применения в центре города.

Гидрораскалывание применяют для разрушения монолитных бетонных и кирпичных конструкций. Оно основано на применении гидравлических раскалывателей, представляющих клиновые устройства с гидроцилиндрами. Клиновое устройство вставляется в заранее пробуренную скважину и с помощью гидроцилиндра приводится в действие. Усилие, развиваемое гидроцилиндром, увеличивается в несколько раз с помощью клина. Разрушение происходит бесшумно и без разлета кусков. Небольшие габариты установки обеспечивают ее применение в стесненных условиях. Гидровзрывной способ можно применять для разрушения конструкций коробчатой формы, резервуаров, а также кирпичной кладки, бетона и железобетона, находящихся в земле. Этот способ рекомендуется применять при необходимости достижения минимального радиуса разлета осколков. Его отличие от взрывного способа состоит в том, что свободное пространство в шпуре заполняют водой или глинистым раствором.

Термический способ разрушения монолитных конструкций основан на использовании мощного источника тепла в форме высокотемпературного газового потока или электрической дуги. Термическую резку бетона и железобетона успешно осуществляют устройством, получившим название кислородного копья. Принцип действия его заключается в плавлении бетона продуктами сгорания железа (труба и прутки) в струе кислорода, поступающего в сгораемую трубу в количестве, достаточном для горения и выноса шлака из прорезаемой конструкции.

Электрогидравлический способ. Для разрушения монолитных конструкций может быть применен электрогидравлический способ демонтажа. При нем не образуется взрывной волны и не происходит разброс осколков, что свойственно при взрывном методе. Это особенно важно при производстве работ на территории действующего предприятия или внутри производственных помещений. Для резки бетона и железобетона, прожигания в нем отверстий и штраб используется термический способ разрушения. Он основан на применении мощного источника тепла в виде газового потока («кислородное копье») или электрической дуги (графитовые или угольные электроды).

Применение установки электрогидравлического эффекта (ЭГЭ) для разрушения каменных и бетонных массивов, бутобетонной и каменной кладки позволяет в десятки раз увеличить производительность труда. Так, при разрушении бетонного массива с помощью пневмоинструмента (в зависимости от прочности бетона), буровзрывного способа и электрогидравлической установки трудоемкость на 1 м конструкции соответственно составляет 29…42; 4,5…6,5 и 0,37…2,1 чел.-ч. Преимущество электрогидравлического способа заключается также в отсутствии взрывной волны, разлета осколков, что является безопасностью для работающих поблизости людей и установленного оборудования.

Вышеперечисленные методы довольно сложные при организации и требуют наличия специального оборудования и высокого профессионализма рабочих, что существенно увеличивает затраты на демонтаж и снос зданий. Поэтому их целесообразно и экономически эффективно применять при разрушении габаритных и многоэтажных объектов за чертой города или в местах с не плотной застройкой.

Существует федеральная программа по сносу ветхого жилья (в основной своей массе это малоэтажные кирпичные или панельные здания до- и послевоенной постройки). При ограниченном выделении бюджетных средств необходимо использовать наиболее экономичный метод разрушения.

Широкое распространение получил способ разрушения конструкций с применением клин-молота (для разрушения сводчатых кирпичных, бетонных и железобетонных перекрытий), а также шар-молота (для разрушения кирпичных стен и перегородок). Метод заключается в использовании самоходного крана или экскаватора, на стрелу которых подвешивается шар - или клин-молот при помощи стального троса. По сравнению с полумеханизированным методом, данный способ более производителен и рационален при разборке старых зданий и сооружений. Недостаток этого способа разрушения конструкций заключается в том, что в результате больших динамических нагрузок, возникающих при подъеме, раскачивании и сбрасывании груза, быстро изнашиваются механизм и несущие узлы машины.

В настоящее время отсутствует необходимая методика и нормативная документация по подготовке и проведению работ с использованием этого метода. Такие параметры, как толщина троса, угол наклона стрелы определяются из опыта, отсутствуют методики их расчета.

Разработаны математические модели удара шара о шероховатую поверхность [2], при помощи которых можно найти траекторию движения шара и вычислить ударную нагрузку, испытываемую канатом. Все эти данные требуют экспериментального подтверждения.

Стальная (шарообразной, грушевидной, клиновидной формы) баба подвешивается к стреле экскаватора или крана и может использоваться для разборки отдельно стоящих зданий (рис.1).

Масса стальной бабы определяется несущей способностью механизма.

Технологическая последовательность работ следующая (рис.1):

* рабочий механизм с подвижной стальной бабой устанавливается на определенном расстоянии от разрушаемого здания;

* снос здания ведется сверху вниз, причем разрушаются как вертикальные, так и горизонтальные его конструкции;

* после сноса части здания производится извлечение длинномерных элементов (балок) с помощью трелевочного трактора и экскаватора с окучиванием материалов обрушения.

Преимущества способа: высокая производительность; отсутствие ручного труда; независимость от погодных условий. Основные недостатки способа: сравнительно большая площадь для установки основного механизма; ограниченная высота сноса; невозможность сноса зданий, примыкающих к соседним; неэкономичность при сносе отдельных элементов; большой шум.

Наиболее рекомендуемые области применения этого способа:

* комплексный снос каменных или деревянных зданий;

* снос заполнений в каркасных зданиях;

* размельчение большого числа элементов зданий, расположенных близко друг к другу;

* разрушение горизонтальных бетонных конструкций.

Средняя производительность на одного рабочего составляет:

* при сносе каменных или кирпичных стен (без учета обрушения перекрытий) - 30...50 м /ч;

* то же с учетом обрушения железобетонных перекрытий - 20...40 м /ч;

* при сносе каменных или кирпичных зданий - 15...25 м /ч.

Снос пятиэтажных железобетонных зданий (ЖБЗ) механическим способом при кажущейся его простоте в реальной производственной практике представляет собой сложную инженерно-технологическую задачу, сопряженную с решением ряда нестандартных технических или социальных проблем. Прежде всего, это обусловлено тем, что снос всегда происходит в районах сложившейся плотной городской застройки с сетью изношенных инженерных коммуникаций.

Рис.1. Снос зданий с помощью экскаватора, оборудованного шар-молотом

Для сноса здания достаточно задействовать следующий состав оборудования: один экскаватор-драглайн с рабочим оборудованием (шар-баба), один экскаватор гидравлический с емкостью ковша 1 м³ и гусеничный бульдозер Т-300. Для резки арматуры и помощи при загрузке материала в кузов автомобиля достаточно двух рабочих со специализированным инструментом. Как показал опыт вывоза строительного лома, при погрузке одним экскаватором и среднем плече пробега 25-40 км достаточно иметь 7-10 автосамосвалов типа КамАЗ, Урал или КрАЗ.

Несмотря на многолетний мировой опыт ударного разрушения зданий, до сих пор фиксируются различные происшествия. Часть из них связана с нарушением правил техники безопасности при производстве работ, часть - с неверно выбранным технологическим оборудованием. В частности, встречаются случаи обрыва троса или цепи, на которых крепится ударное тело (например, стальная баба). Для уточнения расчетных схем применимо численное компьютерное моделирование. Физическая модель явления - динамика твердого сферического тела, подвешенного в точке О на нерастяжимом тросе длиной L, после удара о шероховатую стенку (см. рис. 2); b - расстояние от точки О до стенки; h - высота, на которую опустится центр тяжести тела перед ударом.

В работе [1] получены формулы для скоростей после удара сферического тела о стенку в предположении, что она еще не разрушается. Если выполняется условие

, (1)

то стенка слабо шероховатая, и скорости после удара вычисляются по формулам

; = + 5 (1 + k )V/. (2)

Если условие (1) не выполняется, имеем случай сильно шероховатой стенки

; . (3)

Во всех случаях составляющая скорости по нормали к стенке после удара вычисляется по формуле

. (4)

В условиях данной задачи

; ; ; (5)

; . (6)

Здесь r - радиус тела; V , U , - проекции скорости центра масс на оси x,y, соответственно, и угловая скорость вращения частицы до удара; v , u , - то же после удара; = const - коэффициент трения скольжения при ударе; k = const - коэффициент восстановления.

Рис. 2. Расчетная схема для тела, подвешенного на тросе, при ударе о стенку

ударный разрушение строительный

Список использованных литературных источников

1. Наумов В.А. Два подхода к описанию удара сферического тела о шероховатую стенку // Прикладная механика. - 1989. - Т. 25. - № 5 .- С. 116-119.

2. Великанов Н.Л., Наумов В.А., Примак Л.В. и др. Расчетные схемы и технология ударного разрушения зданий и сооружений // Механизация строительства. - 2009. - № 2. - С. 14-15.

3. Корт Д., Липпок Ю., Дексхаймер. Организация работ по сносу зданий. - М.: Стройиздат, 1985.- 116 с.

4. Ведяшкин А.С., Великанов Н.Л., Сапрыкин Ю.М. Способ ремонта перекрытий // Пат. 2381344 РФ МПК E04G 23/02 (2006.01). - № 2008146318 (Опубл. 10.02.2010. Бюл. № 4).

Размещено на Allbest.ru