ВЛИЯНИЕ ДИРЕКТИВНЫХ СРОКОВ СТРОИТЕЛЬСТВА НА КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ ОТДЕЛЬНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Генеральный график строительства приобретает 1 большую организующую силу только при установлении реальных сроков выполнения работ, зависящих от приемлемых конструктивных решений и методов выполнения производственных процессов. Однако бывают обстоятельства, не позволяющие применить обычные конструктивные решения и составить такой генеральный график, который бы обеспечил окончание работ и ввод объектов в эксплуатацию в срок.

Сроки ввода в эксплуатацию промышленных предприятий, устанавливаемые народнохозяйственным планом, как правило, увязываются с планами развития той или иной отрасли промышленности. Несоблюдение этих сроков часто отражается на выполнении планов кооперированных поставок, которые в свою очередь вызывают нарушение требуемого ритма в работе предприятий-потребителей. Так, нарушение сроков ввода в эксплуатацию доменной печи может оставить без чугуна литейные цехи ряда машиностроительных заводов и тем самым затормозить выпуск машин, нужных народному хозяйству.

Соблюдение сроков ввода промышленных объектов в действие должно быть законом для всех строек, несмотря на то, что в ряде случаев эти сроки могут оказать существенное влияние на выбор конструктивных решений отдельных сооружений и методы их возведения. Принципиальная схема этой зависимости приводится па стр. 360.

Из этой схемы видно, что вытекающий из директивного срока темп строительства является основным критерием для оценки конструктивных решений и методов возведения тех или иных промышленных комплексов (объектов).

Примером таких особых условий может быть сооружение трестом Запорожстрой доменной печи № 5 на заводе «Запорожсталь». В комплекс строительства входили: рудный двор с козловым рудногрейферным краном, собственно доменная печь с блоками воздухонагревателей и литейным двором, машинное здание, бункерная эстакада со скиповой ямой, пылеуловители и газоочистка. Кроме того, нужно было выполнить большие объемы работ, связанных с переустройством железнодорожных путей и автомобильных дорог действующего доменного цеха, водоснабжением печи, электроснабжением и др.

Строительство велось в условиях действующего цеха при работе четырех доменных печей. Площадка строительства ограничивалась, с одной стороны, шлаковозными путями, а с другой, — чугуновозными для подачи жидкого чугуна на миксер мартеновского цеха. При этом фундаменты блока воздухонагревателей почти вплотную прилегали к литейному двору эксплуатируемой доменной печи № 4.

Для обеспечения нормальной работы цеха в период освоения площадки необходимо было переустроить железнодорожные пути с укладкой обводного чугуновозного пути, перенести газопровод, питающий завод коксовым газом, разобрать северный въезд на бункерную эстакаду для предоставления фронта работ по возведению скиповой ямы и бункерной эстакады домны № 5, а также выполнить ряд других работ. До начала разборки северного въезда на бункерную эстакаду нужно было смонтировать и сдать в эксплуатацию рудногрейферный кран и осуществить другие работы по реконструкции действующей части рудного двора.

При разработке проекта производства работ и генерального графика, когда были определены трудоемкость и время, необходимые для осуществления работ по отдельным узлам, оказалось, что только на возведение фундамента доменной печи потребуется свыше 5 месяцев. На выполнение других работ по этому узлу, обеспечивающих ввод объекта в эксплуатацию в установленный директивный срок, практически времени не оставалось.

Для своевременного введения комплекса в эксплуатацию необходимо было принять такие решения по конструкции фундамента и методы производства работ, которые обеспечили бы возведение фундамента максимум за 40 суток. Таким образом, требовалось изыскать резервы времени для выполнения работ по собственно доменной печи и другим объектам комплекса строительства.

Определение отметки заложения фундамента доменной печи.

Геологический разрез участка на месте расположения доменной печи № 5 показал, что под насыпным грунтом многолетней давности толщиной 4,5—4,8 м залегал слой водонасыщенного лесса толщиной 4 м, который представлял собой суглинок с деградированной макропористой структурой, ниже—светло-коричневый суглинок толщиной 5,5 м, а на глубине 24 м под вторым слоем лесса залегали красно-коричневые глины слоем в 13 м. Горизонт грунтовых вод к началу строительства комплекса был на глубине 4,8—5 м от уровня дневной поверхности.

На площадке, отведенной под строительство комплекса объектов домны № 5, еще в 1930—1931 гг. были построены доменные печи № 1 и 2 первой очереди, для которых основанием служил макропористый лессовидный суглинок с допускаемым давлением 2 кг/см2 при глубине заложения фундаментов от уровня дневной поверхности на 2,2 м. Грунтовые воды в тот период залегали на большой глубине в зоне кровли красно-бурых глин. В процессе строительства обнаружены неравномерные осадки доменных печей № 1 и 2 и фундаментов воздухонагревателей.

В результате обследования установлено, что неравномерные осадки фундаментов вызывались просадочностью макропористых суглинков. Осадка фундаментов сооружений особенно резко увеличилась после введения доменного цеха в эксплуатацию (рис. 88). Причиной столь значительных просадок явилось обводнение всей территории вследствие проникновения в грунт промышленных вод от действующих цехов, канализации, водопроводов.

При проектировании и строительстве первой очереди доменного цеха в 1930 г. не была учтена степень просадочности грунтов данной площадки с учетом влияния второго подстилающего слоя.

В связи со значительными просадками, достигавшими по доменной печи № 1 1250—1350 и № 2 — 1370 мм, для обеспечения нормальной эксплуатации доменного цеха потребовалось осуществить дорогостоящие водозащитные мероприятия.

К 1940—1941 гг. в результате общего обводнения участка осадки фундаментов стабилизировались.

В ходе строительства второй очереди доменного цеха решили заложить фундаменты доменных печей № 3 и 4 на непросадочных грунтах. Исследования показали, что из грунтов рассматриваемой площадки просадочными свойствами практически не обладают коричневые суглинки, залегающие на глубине около 8,5 м, п красно-коричневые глины, залегающие на глубине 24 м.

Рис. 88. Кривые осадок доменной печи № 2 завода "Запорожсталь" после замачивания лессовидных грунтов.

К 1937 г., началу строительства второй очереди доменного цеха, из-за непрерывной фильтрации воды в грунт из действующих промышленных коммуникаций металлургического завода был частично обводнен и второй слой лесса. В результате замачивания грунта в этом слое начался процесс просадки всей площади. Поэтому фундаменты воздухонагревателей были заложены на коричневых суглинках, а доменные печи № 3 и 4 — на красно-коричневых глинах. Фундаменты их возводились при помощи опускных колодцев (рис. 89).

Рис. 89. заложение с помощью опускного колодца фундамента доменной печи № 3 завода "Запорожсталь".

Размеры фундаментов определялись, исходя из допускаемого давления на грунт: коричневых суглинков — 3 и красно-коричневых глин — 12 кг!см2.

За фундаментами печей и воздухонагревателей велось систематическое наблюдение, которое показало, что осадки их соответствовали расчетным. Осадка фундамента воздухонагревателей домны № 3 составила 270—345 мм, а фундамента печи без учета осадки от собственного веса фундамента — 80—100 мм. Кривые осадок фундаментов (рис. 90, 91) показывают, что они в основном появились в процессе строительства и в первый год эксплуатации печей.

Учитывая данные осадок доменных печей первой и второй очередей, проектной организацией первоначально было принято решение заложить фундамент печи № 5 на красно-коричневых глинах (по аналогии с печами № 3 и 4) с учетом возведения его методом опускного колодца.

Выбор конструкции фундамента доменной печи. К 1941 г. вследствие обводнения сухой толщи макропористых лессовидных грунтов произошла просадка па65сл/ всей территории доменного цеха. Это свидетельствовало о значительном уменьшении просадочных свойств грунта.

В связи с тем, что грунтовые воды по сравнению с 1938 г. поднялись, чтобы избежать выноса грунта из-под фундаментов близлежащих сооружений и их катастрофических просадок, проектом производства работ предусматривалось возводить фундамент печи № 5 без водоотлива.

Рис. 90. Кривые осадок фундаментов воздухонагревателей доменной печи № 3.

Опыт строительства вагоноопрокидывателя на соседней площадке коксохимического завода при аналогичных гидрогеологических условиях показал, что лесс при выемке из котлована (из-под ножа опускного колодца) ниже уровня отметки грунтовых вод ведет себя как обычный плывун.

Рис. 91. Кривые осадок фундаментов доменной печи № 3 и схема установки реперов на фундаменте.

Таким образом, в условиях обводнения площадки и установившегося к началу строительства доменной печи № 5 уровня грунтовых вод на отметке 4,5—4,8 м, а также плывунных свойств лесса в разжиженном состоянии для обеспечения устойчивости близлежащих сооружений необходимо было применить кессон взамен опускного колодца. Помимо общего удорожания работ, это влекло за собой удлинение срока строительства на 6 месяцев.

Анализ осадок фундаментов доменных печей первой очереди— № 1 и 2 и второй — № 3 и 4, а также состояние сооружений, построенных после 1940 г. на замоченных лессовидных су-, глинках, позволил тресту Запорожстрой поставить перед проектной организацией вопрос об изменении заложения и конструкции фундамента доменной печи № 5. Для решения этой задачи были привлечены научно-исследовательский институт (НИИ-100) и Приднепровский Промстройпроект.

Изучение документов показало, что проектная организация, принимая заложение фундамента доменной печи № 5 на красно-бурых глинах, находившихся на отметке 24 м от уровня дневной поверхности, исходила из «Единых норм проектирования», в которых допускаемое давление на лесс и лессовидный суглинок в мокром состоянии равнялось нулю. В НиТУ-6—48 допускаемое давление на грунт принималось 1,5 кг/см2. Однако и этого было недостаточно, чтобы получить приемлемые размеры фундамента домны весом 30 тыс. т.

Для выявления возможного повышения несущей способности водонасыщенного лессовидного суглинка НИИ-100 были проведены дополнительные исследования непосредственно на площадке. Исследования, проведенные под руководством проф. Б. А. Абелева, показали возможность использования водонасыщенного лесса в качестве естественного основания для фундамента печи. При этом было учтено, что фундамент представляет собой жесткую пространственную систему, нечувствительную к неравномерным просадкам, а возможная сжимаемость грунта в период строительства могла вызвать лишь незначительный крен фундамента.

Если производство работ организовано правильно, такой крен вообще мог быть исключен, так как лесс в отличие от других геологических образований по литологическому составу и строительным свойствам в больших толщах практически однороден. Фундамент доменной печи имел значительные размеры, и, следовательно, при глубине заложения на 3—4 м возможность выпирания из-под него грунта также исключалась. Предельно возможная площадь фундамента печи, обусловленная примыканием фундаментов смежных сооружений (литейного двора, пылеуловителей, воздухонагревателей и машинного зала), составила 1105 м2.

По предварительным расчетам рабочее давление на грунт при максимально возможной величине фундамента определилось в 2,7 кг/см2, а расчетная величина его осадки при этом давлении, исходя из модуля сжимаемости грунтов с такой же физической характеристикой, составила примерно 350 мм.

При определении глубины заложения фундамента предполагалось* что 50% осадок от обжатия грунта произойдет еще в период строительства. Поэтому ПИП-100 рекомендовал предусмотреть строительный подъем, т. е. заложить фундамент выше проектной отметки. Глубина заложении его была принята выше уровня грунтовых вод.

Рис. 92. Поперечный разрез фундамента доменной исчи № 5 завода «Запорожсталь».

Конструкция этого фундамента была предложена и разработана группой инженеров Днепропетровского Промстройпроекта — товарищами Каневским, Шевченко, Канищевым и др.

Фундамент представлял собой железобетонную плиту, вытянутый (в плане) восьмиугольник площадью 1105 м2 толщиной в центре 4,5 м и с равномерным утоныиением к краям до 2,5 м (рис. 92). Глубина заложения была принята 5 м, считая от головки рельса путей уборки продуктов плавки. Это соответствовало установившемуся уровню грунтовых вод.

Объем бетонного массива составил 4200 мг. Такие значительные размеры фундамента требовали мощного армирования. Рабочую арматуру запроектировали в виде двух сварных сеток из круглого железа диаметром 50 мм, уложенных в растянутой зоне плиты. Для восприятия температурных усилий, возникающих в процессе эксплуатации доменной печи, в толще плиты установили 2 ряда кольцевой арматуры. Кроме того, в верхней зоне плиты для восприятия усадочных деформаций устанавливалась дополнительная сетка из круглого железа диаметром 24 мм.

Расчетная величина осадки фундамента составила 450 мм. Как известно, нагрузка на фундамент доменной печи в основном является постоянной. Из общей нагрузки на подошву фундамента рассматриваемой печи, достигающей 30 тыс. т, вес фундамента и земли на его обрезах, вес конструкций собственно доменной печи, рабочей площадки и других сооружений составил около 24 тыс. т, т. е. примерно 80% всей нагрузки. Это позволило предположить, что большая часть осадок должна проявиться еще в период строительства печи. Поэтому строительный подъем был принят в 250 мм, т. е. фундамент был заложен на 250 мм выше проектной отметки.

Рис. 93. Кривые осадок фундамента доменной печи № 5 завода "Запорожсталь" к моменту задувки.

Для ускорения осадки под фундамент заложили песчаную подушку толщиной 300 мм, которая укорачивала путь движения воды, выжимаемой под действием передаваемого на 1 грунт давления от веса фундамента.

Все эти факторы были учтены, и сопряжение конструкций доменной печи с наклонным мостом, газопроводами и другими узлами предусматривалось осуществить в последний период строительства, когда произойдет большая часть осадок от собственного веса.

Так был решен вопрос об изменении конструкции и глубины заложения фундамента доменной печи № 5. Всё это позволило осуществить строительство фундамента печи в определенные генеральным графиком сроки.

Для контроля за величиной осадки фундамента было установлено четыре репера. Контрольные нивелировки, проведенные после устройства фундамента на протяжении нескольких месяцев, показали, что размеры осадок незначительны (20—25 мм). По мере возведения доменной печи осадки увеличивались, однако, абсолютная величина их была небольшая. Так, на протяжении двух месяцев осадки были практически равномерными с некоторым превышением со стороны репера № 1, а затем репера № 4, обращенных к фундаментам пылеуловителя. При этом средняя осадка репера № 1 за два месяца составила 20 мм.

В следующем Месяце характер осадки реперов резко изменился (рис. 93). Контрольные нивелировки, проведенные в это время, показали, что осадка репера № 2 стабилизировалась, а реперов № 1 и 3 и особенно № 4 увеличилась. При этом средняясуточная осадка по реперу № 1 составила 2 мм, по реперу № 3 — 2,9 и по реперу № 4 — 4,3 мм. Осадки нарастали по диагонали, соединяющей противоположные углы фундамента и проходящей через реперы № 2 и 4 в сторону репера № 4. Следовательно, возник перекос фундамента в сторону Фактическое положение воздухонагревателей.

Одной из главных причин неравномерности осадки была небрежность, допущенная при выполнении земляных работ, которая выразилась в переборе грунта в районе репера № 4 площадью около 20 м2 на глубину 45—50 см от проектной отметки с частичным разжижением грунта ковшом драглайн. Несмотря на тщательное уплотнение этой зоны щебнем и подсыпку песком крупной фракции по всей площади опирания фундамента, не было достигнуто равномерной его осадки.

По мере окончания работ по газоочистке, пылеуловителям, засыпке пазух фундаментов землей, снятия временных нагрузок, а также прекращения откачки воды в районе скиповой ямы осадки начали выравниваться. К моменту окончания строительства доменной печи осадки составили по реперу № 2— 53, реперам № 1 и 3—140 и реперу № 4—202 мм.

Рис. 94. Схема отклонения вертикальной оси доменной печи вследствие неравномерной просадки фундамента и схема выравнивания засыпного устройства с помощью клиновидной прокладки.

Следовательно, к моменту окончания монтажа конструкций и оборудования вследствие неравномерной осадки фундамента шахта доменной печи получила значительный перекос в сторону репера № 4 с отклонением от вертикальной оси на уровне мора-тора на 184 мм при допускаемых 50 мм.

Рис. 95. Кривые осадок доменной печи № 5 после задувки по результатам наблюдений.

Для обеспечения нормальной работы засыпного устройства окончательное центрирование конусов выполнялось в последнюю очередь, а их горизонтальное положение было достигнуто путем установки специальной клиновидной прокладки между опорным кольцом и чашей (рис. 94).

Неравномерные осадки фундамента обусловили наклон шахты печи сверх нормы на 134 мм. Для изучения правильности раскладки шихты во время загрузки доменной печи были приглашены специалисты научно-исследовательских институтов, которые установили, что допущенный перекос не окажет существенного влияния на ее эксплуатацию. Наблюдения за работой доменной печи в течение многих лет после задувки подтвердили это предположение. Контрольное нивелирование установленных реперов (рис. 95) показало, что за период с 1952 по 1964 г. дополнительные осадки фундамента составили по реперу № 1—72 мм, № 2—32, № 3—52 и № 4—73 мм.

Таким образом, опыт возведения и эксплуатация доменной печи на протяжении многих лет подтвердили правильность решений, принятых при разработке генерального графика об изменении конструкции фундамента, отметки его заложения, а также о повышении нагрузки на основание, залегающее в замоченных лессовидных суглинках. Контрольные проверки показали, что осадки фундамента стабилизировались и явлений просадки не наблюдалось.

Организация производства работ при сооружении фундамента доменной печи. Генеральным графиком строительства доменной печи № 5 было предусмотрено закончить в сентябре 1951 г. возведение фундаментов машинного здания, воздухонагревателей, домны и пылеуловителей, включая обратную засыпку и планировку площадей с тем, чтобы в октябре на ней укрупнить металлоконструкции и предоставить площадку для монтажа 45-тонных башенных кранов. Учитывая это, одновременно с разработкой Приднепровским Промсгройпроектом конструкции столь необычного фундамента трестом Запорожстрой был разработан проект производства работ, обеспечивающий выполнение работ в сжатые сроки, предусмотренные генеральным графиком. Земляные работы выполнялись двумя экскаваторами, оборудованными обратной лопатой с ковшом емкостью 0,5 ж3. Устройство песчаной подушки и бетонирование 100-миллиметровой подготовки были осуществлены с помощью легких передвижных транспортеров-питателей.

Монтаж рабочей арматуры, включающий две сварные сетки из стержней диаметром 50 жж, расположенных в растянутой зоне фундамента, производился следующим образом: на бровке котлована на специально устроенных стеллажах отдельные стальные стержни диаметром 50 мм и длиной 6 м при помощи накладок из уголков 100X100X10 длиной 800 мм стыковались фланговыми усиленными швами в плети длиной до 38 м.

Подготовленные плети при помощи электролебедок по Направляющим лоткам заводились в котлован и укладывались на бетонной подготовке в соответствии с проектом. Сварка перекрещивающихся стержней арматуры для образования сетки производилась через один узел после раскладки плетей.

Два ряда кольцевой арматуры, предназначенной для восприятия температурных воздействий в толще бетона фундамента, а также арматура, которая рассчитана для восприятия компенсационных усадочных деформаций в верхней части плиты, устанавливались во время бетонирования.

Ввиду тяжелых эксплуатационных условий фундаментов доменных печей «Технические условия» предусматривают непрерывное бетонирование без устройства рабочих швов. По проекту нужно было укладывать в сутки не меньше 2000 ж3 бетона М 140 на портландцементе, между тем бетонные заводы треста за это время могли дать только 900 ж3. Было принято решение — при бетонировании фундамента печи использовать шлакопортланд-цемент с удлиненным (не менее 6 ч) сроком схватывания с тем, чтобы слои укладываемого бетона перекрывались до окончания периода схватывания. Это позволило снизить темн укладки бетона до 900 м3 в сутки.

Для непрерывной подачн бетона к месту укладки было построено две бетоновозные эстакады (рис. 96). Каждая эстакада состояла из 18 металлических решетчатых опор, сваренных из швеллеров № 14 и угловой стали. Проезжая часть эстакады опиралась на двутавровые балки № 27.

Рис. 96. План эстакады подачи бетона н фундамент доменной печи № 5:

1 -- проезжая часть эстакады; 2 — площадка для установки понижающих трансформаторов; 3 — воронки подачи бетона с автобетоновоза в массив фундамента; 4 — лотки; 5 — воздухонагреватели.

Стойки эстакады были установлены на смонтированную нижнюю арматурную сетку фундамента и обетонены на 400 мм выше верхней сетки с образованием бетонных подушек размером в плане 800X Х800 мм. Эти стойки одновременно использовались для подвешивания вертикальной кольцевой арматуры пня под лещадь.

Проезжая часть эстакады устроена из железнодорожных шпал, уложенных на прогоны через 75 см, продольного настила из досок толщиной 60 мм в виде лент по ширине задних скатов автомашин и отбойных брусьев, размещенных вдоль лент. По середине эстакады была оставлена продольная полоса шириной 1,2 м без настила. Под ней размещались бункера с подвешенными хоботами для спуска бетона под эстакаду и наклонные двусторонние лотки для подачи бетона и бутового камня за пределы эстакады. Бункера и лотки внутри были покрыты тонкой листовой сталью. Вдоль проезжей части эстакады на консолях поперечин устраивался пешеходный настил с деревянными перилами .

Въезды на эстакады и съезды с них были устроены в виде пандусов, подсыпанных шлаком, и наклонной проезжей части из деревянного настила, уложенного на металлические балки.

Общий вес металлоконструкций одной эстакады составлял 10,9 т, из которых подлежало возврату 4,3 г, так как опоры со связями остались в бетонном массиве. Для устройства двух эста кад было израсходовано 13,2 т металла, или 3,1 кг на 1 м3 бетона фундамента.

В плане эстакады были размещены на расстоянии 15,2 ж по продольным осям. Это было вызвано тем, что в центре фундамента находился пень из огнеупорного бетона под лещадь, возвышавшийся над проезжей частью эстакад, а также тем, что бетон к месту укладки необходимо было подавать с минимальными перекидками. Доставка на эстакаду бетона и бутового камня, используемого в качестве «изюма», производилась при помощи автосамосвалов.

По графику нужно было укладывать 300 м3 бетона в смену. Это давало возможность закончить все бетонные работы в течение 14 смен, т. е. за 112 ч.

На прием и укладку бетона с виброуплотнением намечалось поставить в каждой смене по 76 бетонщиков в составе 4 бригад по 19 человек, работающих непосредственно на укладке бетона, и двух звеньев по 4 человека, работающих на эстакадах. Эти два звена также должны были наблюдать за разгрузкой самосвалов и направлять бетон и бутовый камень в нужные лотки или бункера. Автомашины с бетоном и бутом подходили непрерывным потоком одновременно на обе эстакады. Из бункеров эстакады бетон подавался непосредственно к месту укладки при помощи хоботов и лотков, а уплотнение осуществлялось при помощи вибраторов.

Таблица 54

Показатели затрат времени на бетонирование фундамента доменной печи № 5

В результате четкой организации подачи бетона и применения бутового камня в качестве «изюма» в смену бетонировалось 350—360 м3 массива фундамента против 300 м3, предусмотренных графиком. Организация работ но технологическим картам с оплатой труда по аккордно-премиальным нарядам позволила осуществить'бетонирование фундамента объемом 4200 м3 в течение 11,5 смены, или за 92 ч, т. е. на 20 ч раньше графика.

В среднем на укладку 1 м3 бутобетона было затрачено 1,3 чел.-часа. Выработка одного рабочего в смену составила 6,2 м3. В нижней части плиты темп бетонирования составлял 1250 м3 в сутки при затрате 0,94 чел.-часа на 1 м3. Следовательно, выработка одного рабочего в смену составила 8 м3. Данные о сокращении затрат рабочего времени по операциям, характеризующие эффективность разработанного и примененного проекта производства работ, приведены в табл. 54. Экономия затрат труда была достигнута, главным образом, за счет ликвидации дополнительных перемещений бетона и бутового камня.

Такой способ бетонирования подобных конструкций фундаментов благодаря его высокой эффективности нашел самое широкое применение на стройках страны. Только за период с 1952 по 1959 г. этим методом в Донбассе было забетонировано 13 фундаментов доменных печей и воздухонагревателей.