КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРИСТЕТ
БУДІВНИЦТВА І АРХІТЕКТУРИ

МАХИНЯ Олександр Миколайович

УДК 624.15

ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ МЕТОДУ
“СТІНА В ГРУНТІ” З ВИКОРИСТАННЯМ ІМПУЛЬСНОГО ГЛИНОЗМІШУВАЧА

Спеціальність: 05.23.08 – Технологія і організація промислового

та цивільного будівництва

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ – 2004

Дисертацією
є рукопис

Робота виконана

на кафедрі технології будівельного виробництва в Київському національному університеті будівництва і архітектури Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник

кандидат технічних наук, доцент

Терновий Віталій Іванович,

Київський національний університет будівництва і архітектури Міністерства освіти і науки України, доцент кафедри технології будівельного виробництва

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор

Лівінський Олександр Михайлович,

Українська академія наук м. Київ, віце-президент;

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник

Галінський Олександр Михайлович,

Науково-дослідний інститут будівельного виробництва Держбуду України

м. Київ, заступник директора з наукової роботи

Провідна

установа Придніпровська державна академія будівництва і архітектури Міністерства освіти і науки України, кафедра технології будівельного виробництва, м. Дніпропетровськ

Захист відбудеться 15 грудня 2004 р. о 13 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.056.03 у Київському національному університеті будівництва і архітектури за адресою: 03037, м. Київ, Повітрофлотський проспект, 31, КНУБА

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Київського національного університету будівництва і архітектури за адресою: 03037, м. Київ, Повітрофлотський проспект, 31, КНУБА

Автореферат розісланий 5 листопада 2004 р.

Учений секретар

спеціалізованої вченої ради,

к. е. н., доц. В.М. Погорельцев

Загальна характеристика роботи

Актуальність роботи. Щорічні обсяги будівництва методом “стіна в ґрунті” в Україні постійно зростають, виходячи на світовий рівень, який, наприклад, у Франції та Японії складає більше 1 млн. м2. Це пов’язано з тим, що дана технологія зменшує вартість будівництва підземних об’єктів до 25%, а у деяких випадках у неї нема альтернативи. В свою чергу збільшення обсягів будівництва методом “стіна в ґрунті” вимагає підвищення його ефективності.

Одним із обов’язкових елементів технології влаштування “стіни в ґрунті” є прохідницький глинистий розчин, властивості та компонентний склад якого впливають на продуктивність землерийної техніки, комплект машин і механізмів, матеріалоємність і техніко-економічні показники технології. При цьому працемісткість приготування та забезпечення технологічного використання глинистого розчину досягає 25% від загальної працемісткості влаштування “стіни в ґрунті”, а собівартість глинистого розчину досягає 30% від її собівартості. Тому актуальним є зменшення негативного впливу глинистого розчину на технологію влаштування “стіни в ґрунті” шляхом підвищення його якості за рахунок використання ефективної технології приготування розчину. Це дозволило б зменшити витрати сировини, підвищити продуктивність грейфера, скороти кількість додаткового обладнання та покращити техніко-економічні показники технології.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана у відповідності з: “Основними напрямками соціальної політики на 1997–2000 роки” згідно Указу Президента України від 18.10.1997, № ; Наказом Держбуду України “Про першочергові заходи щодо реалізації послання Президента України Верховній Раді України “Україна: вступ до ХХІ століття. Стратегія економічного і соціального розвитку на 2000-2003 роки” від 1.03.2000, № ; “Схемами комплексного використання підземного простору в м. Києві і інших великих містах України”. Дослідження відповідає напрямкам наукових досліджень Київського національного університету будівництва і архітектури.

Метою дисертаційної роботи є удосконалення і підвищення ефективності методу “стіна в ґрунті” за рахунок використання імпульсного глинозмішувача.

Для досягнення поставленої мети в роботі вирішені наступні основні задачі дослідження:

1. Проведено аналіз існуючої технології влаштування “стіни в ґрунті”, впливу на неї глинистих розчинів та способів покращення властивостей розчинів.

2. Досліджено технологію приготування глинистих розчинів за допомогою імпульсного глинозмішувача та його впливу на технологічні показники розчину.

3. Досліджено технологію копання траншеї в методі “стіна в ґрунті”, при використанні глинистих розчинів, приготовлених імпульсним глинозмішувачем.

4. Розроблено методику формування комплекту машин та механізмів для копання траншеї в методі “стіна в ґрунті”, при використанні імпульсного глинозмішувача та рекомендацій до технології виконання робіт; впроваджено результати дослідження у будівельну практику та оцінено ефективність запропонованих рішень.

Об’єкт дослідження: технологія влаштування “стіни в ґрунті”.

Предмети дослідження: параметри технологічних процесів під час копання траншеї методом “стіна в ґрунті”; властивості прохідницького розчину; параметри технології приготування розчину.

Методи дослідження: аналіз та узагальнення; лабораторні та натурні дослідження; статистична обробка та аналіз результатів експериментів; конструкторські-пошукові роботи; фізико-математичне, технологічне та економіко-математичне моделювання.

Наукова новизна отриманих результатів полягає у виявлених закономірностях зміни продуктивності землерийної техніки, витрат на експлуатацію обладнання, собівартості влаштування траншеї в методі “стіна в ґрунті” від властивостей глинистого розчину приготовленого імпульсним глинозмішувачем, а також у встановлених залежностях параметрів технології приготування розчину від його густини та у закономірностях зміни властивостей розчину від тривалості його перемішування імпульсним глинозмішувачем.

Практичне значення отриманих результатів полягає у підвищенні ефективності технології влаштування “стіни в ґрунті”, яке досягається за рахунок використання, розроблених автором:

- модифікацій імпульсного глинозмішувача, які дозволяють підвищити продуктивність процесу приготування розчину до 40%;

- методики формування комплекту машин і механізмів в глинистому господарстві, при застосуванні імпульсного глинозмішувача;

- рекомендацій до раціональної технології виконання робіт в методі “стіна в ґрунті” із використанням імпульсного глинозмішувача та його модифікацій.

Особистий внесок здобувача. Основні результати дисертаційної роботи отримані автором особисто і знайшли відображення в одноосібних статтях [1, 3, 5, 6, 7, 8]. В опублікованих у співавторстві роботах особистий внесок автора полягає в удосконалені класифікації апаратів для приготування глинистого розчину [9]; у розробці методики дослідження, проведенні експериментів, та узагальненні окремих результатів дослідження [2]; в отриманні емпіричних залежностей тривалості перемішування розчину та енерговитрат розчинозмішувача від густини розчину [4]. В запатентованому конструктивному рішенні [10] автором обґрунтовані шляхи удосконалення технології приготування розчину. Участь автора в опублікованих у співавторстві роботах відображена також у супровідних документах.

Апробація роботи: Основні матеріали дисертації отримали схвалення на 59-й, 60-й, 61-й, 62-й, 63-й, 64-й та 65-й науково-технічних конференціях у Київському національному університеті будівництва та архітектури (1998–2004 рр., 7 доповідей); на міжнародній науково-технічній конференції під егідою Держбуду України “Нові технології у будівництві” у м. Києві (2001 р., 1 доповідь); на міжнародній науково-технічній конференції “Современные проблемы восстановления и реконструкции зданий и сооружений” в м. Сімферополі (2002 р., 1 доповідь).

Реалізація роботи. Окремі результати виконаного дослідження були впроваджені при будівництві “стіни в ґрунті” на Придніпровській ТЕС (м. Дніпропетровськ), що забезпечило економію коштів та зменшення працемісткості виконання робіт (що засвідчено відповідними документами в додатках до дисертації).

Публікації. Основні результати дисертаційної роботи опубліковані в десяти друкованих працях, вісім з яких у фахових збірниках, що входять до переліку ВАК України, шість наукових праць виконані одноосібно, отримано один патент на винахід.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел (із 134 найменувань на 13 сторінках) і чотирьох додатків. Повний обсяг дисертації складає 153 сторінок, в яких нараховується 37 сторінок рисунків та таблиць.

основний зміст

У вступі дається обґрунтування актуальності теми дисертаційної роботи, сформульовані мета і основні задачі, визначені об’єкт і предмети дослідження, розкрито наукову новизну та практичну цінність отриманих результатів.

В першому розділі проаналізовано сучасну технологію влаштування “стіни в ґрунті” та вплив на неї прохідницьких глинистих розчинів, а також процес приготування розчинів в умовах будівельного майданчику та інші процеси, які супроводжують його технологічне застосування.

Вдосконаленням технології влаштування “стіна в ґрунті” займались ряд наукових закладів: НДІОСП ім. Н. М. Герсеванова (м. Москва), ВНДІГ ім. Б. Є. Вєдєнєєва (м. Санкт-Петербург), ВНДІГС (м. Москва), НДІБВ (м. Київ), ДПІ “Фундаментпроект” (м. Москва), Гідроспецпроект (м. Москва), ВНДІГС (м. Санкт-Петербург), КПО Гідропроекта ім. С. Я. Жука (м. Київ); вітчизняні і іноземні вчені: А. Г. Абизов, В. П. Болотов, Ю. В. Большаков, О. М. Галінський, А. І. Ганічев, В. М. Зубков, В. І. Клімов, Е. І. Козлюк, О. І. Менейлюк, А. Н. Мещеряков, М. В. Писанко, Е. М. Перлей, В. Г. Першин, М. І. Смородінов, Є. Ф. Терехін, Б. С. Федоров, О. Л. Філахтов, В. Б. Хейфец, В. М. Шейнблюм, М. Г. Янкулін та ін.

Дослідженням застосування глинистих розчинів в технології влаштування “стіни в ґрунті” займалися: І. Г. Гальперін, Н. К. Круглицький, Н. Л. Лагошная, К.А. Логінов, Г. Лоренц, А. Пясковскі, В. І. Снісаренко, Н. В. Феоктістова, Л. А. Чеглінцева, О. М. Чернухін та ін.

Встановлено, що прохідницькі розчини готують із різної сировини, але найбільш широко застосовують глину. Працемісткість виконання робіт у глинистому господарстві, яке забезпечує приготування глинистого розчину та його функціональне використання, коливається від 12 до 25% від загальної працемісткості виконання робіт методом “стіна в ґрунті”, витрати коштів на нього та розчин досягають 30% від загальної собівартості “стіни в ґрунті”. При цьому практично відсутні дослідження області раціонального використання того, чи іншого глинистого господарства в методі “стіна в ґрунті”, а також кількісного складу комплекту машин і механізмів в залежності від зміни глибини траншеї та гідрогеологічних умов. При проектуванні технології влаштування “стіни в ґрунті” не враховують зміну властивостей глинистого розчину при його експлуатації.

В результаті аналізу науково-технічних джерел було виявлено значний вплив властивостей глинистого розчину на технологію влаштування “стіни в ґрунті”; в залежності від яких змінюється: продуктивність землерийної техніки; необхідний комплект машин і механізмів; міцність та якість влаштованих конструкцій; техніко-економічні показники технології та ін. Відмічається позитивний вплив на технологію зменшення концентрації глини в розчині, при збереженні інших його показників. Отже, застосування розчинів із більшою дисперсністю дозволить покращити якість розчину та зменшити вміст глини в ньому, що, в свою чергу, підвищить ефективність технології влаштування “стіна в ґрунті”.

Існує значна різноманітність методів перемішування та диспергування прохідницьких розчинів, а також їх апаратного забезпечення. При порівнянні різних технологій приготування розчину (за методом Харінгтона) виявлено, що найбільш ефективним серед розглянутих апаратів є швидкісний розчинозмішувач ПГР-5М. Також встановлено, що методи, в яких використовують ефект кавітації, найбільш перспективні, але їхня апаратна реалізація складна, а тому змішувачі розроблені на їх основі програють за технологічною ефективністю ПГР-5М.

В Інституті технічної теплофізики НАН України розроблений принципово новий метод перемішування розчину (суттю якого є введення енергії до рідинного середовища дискретними порціями) та апарат для його реалізації – гідравлічний імпульсний змішувач (ГІЗ). Значні ефекти кавітації в поєднані із гідроударом, які виникають в запропонованому гідравлічному імпульсному змішувачі, дозволяють отримати глинисті розчини із показниками кращими ніж у розчинах приготовленими традиційними розчинозмішувачами. Але застосування гідравлічного імпульсного змішувача (імпульсного глинозмішувача) при споруджені “стіни в ґрунті” можливе, тільки, при науково обґрунтованій технології приготування розчину, вивченому впливі отриманих розчинів на ефективність технології влаштування “стіни в ґрунті” та дослідженій області раціонального використання ГІЗа.

У другому розділі наведені результати експериментального дослідження закономірностей зміни технологічних показників глинистого розчину, в залежності від тривалості його перемішування імпульсним глинозмішувачем, які були визначені в інтервалах фіксованих густин: від 1,027 до 1,058 г/см3 (глинопорошок), від 1,045 до 1,115 г/см3 (грудкова глина з 1% кальцинованої соди). Розчин перемішували протягом 50 хвилин, проби відбирали через кожні 5 хвилин. Експерименти виявили, що значення водовіддачі, товщини глинистої кірки, стабільності та добового відстою води впродовж перемішування змінюються мало (0...5%). В той же час показники умовної в’язкості, статичної напруги зсуву (СНЗ) через 1 та 10 хвилин змінюють свої значення із збільшенням тривалості перемішування за логарифмічною закономірністю (1), якою були апроксимовані результати експериментів:

, (1)

де: ТПі – значення технологічного показника (умовної вязкості, статичної напруги зсуву через 1 чи 10 хвилин) глинистого розчину, при фіксованій густині розчину;

tп – тривалість перемішування розчину імпульсним глинозмішувачем;

і – виявлені, відповідні, емпіричні коефіцієнти для певних фіксованих густин та показників розчину.

За отриманими залежностями були визначені граничні тривалості перемішуван-ня розчину із глинопорошку та грудкової глини з 1% кальцинованої соди для кожної фіксованої густини. При цьому автором було прийнято положення, що гранична тривалість перемішування розчину настає тоді, коли відносний приріст певного показника розчину, за встановлений приріст терміну перемішування (2 хв), не перевищував би відносної похибки його вимірювань, тобто, наступає умовна стабілізація значення показника. Були розраховані граничні тривалості перемішування для кожного показника розчину в інтервалі розглянутих фіксованих густин. В результаті розрахунків отримано залежності граничної тривалості перемішування розчину імпульсним глинозмішувачем від його густини (рис. 1):

, (2)

де: t – гранична тривалість перемішування глинистого розчину імпульсним глинозмішувачем, хв;

– густина глинистого розчину, г/см3;

a3, a4, a5 – відповідні емпіричні коефіцієнти, при приготуванні розчину із глинопорошку та грудкової глини.

Рис. 1. Залежність граничної тривалості перемішування розчину
гідравлічним імпульсним змішувачем від його густини

де: tп – гранична тривалість перемішування розчину із глинопорошку;
tг – гранична тривалість перемішування розчину із грудкової глини з 1% кальцинованої соди.

Виявлено, що гранична тривалість перемішування розчину імпульсним глинозмішувачем із збільшенням його густини (концентрації глини в ньому) поступово зменшується до певного найменшого значення (що відповідає статичній напрузі зсуву в межах від 50 до 80 дПа), а потім починає знову незначно збільшуватись (на 3...8%). Виходячи з цього розчини із малою густиною (при якій СНЗ 50...80 дПа), пропонується готувати методом розбавлення. Сутність методу полягає в тому, що спочатку готують концентрований розчин із густиною, що відповідає найменшій тривалості перемішування, а потім його розбавляють водою до отримання необхідної густини. Досліджено, що для розчинів із глинопорошку тривалість перемішування при розбавлені повинна бути не менше 5 хвилин, а для розчинів із грудкової глини – 10 хвилин.

В лабораторних умовах було визначено технологічні показники розчинів із глинопорошку та грудкової глини з 1% кальцинованої соди, приготовлених гідравлічним імпульсним змішувачем, при встановлених тривалостях перемішування, та лабораторним міксером “Воронеж – 2”, який імітував традиційну технологією приготування розчинів. Порівняння отриманих результатів показали, що імпульсний глинозмішувач дозволяє отримати вищі значення умовної (до 47%) та пластичної в’язкості (до 4 раз), статичної (до 7 раз) та динамічної напруги зсуву (до 4 раз), а значення водовіддачі знизити до 34% (рис. 2).

Рис. 2. Порівняння водовіддачі розчинів, приготовлених різними способами:

1 – одноразовим змішуванням гідравлічним імпульсним змішувачем;

2 – методом розбавлення гідравлічним імпульсним змішувачем;

3 – одноразовим змішуванням міксером.

Порівняння показників глинистих розчинів, приготовлених виробничим гідравлічним імпульсним змішувачем, із показниками розчинів, приготовлених лабораторним ГІЗом, показало, що розбіжність між значеннями показників перебуває в межах від 0 до 13,3%, а середня розбіжність між ними складає 5,7%. Встановлено, що гідравлічний імпульсний змішувач, на відміну від інших розчинозмішувачів, дозволяє зменшити густину розчину при збереженні інших показників в межах нормативних та рекомендованих вимог. Так він дозволяє готувати розчини із глинопорошку з густинами від 1,027 до 1,036 г/см3, а із грудкової глини – від 1,045 до 1,073 г/см3.

Для збільшення продуктивності гідравлічного імпульсного змішувача циклічної дії (ГІЗ-Ц) були розроблені принципові схеми його модифікацій: змішувач умовно постійної дії (ГІЗ-П) та змішувач комбінованої дії (ГІЗ-К) (рис. ). За результатами лабораторних досліджень тривалості перемішування розчинів були визначені технічні продуктивності імпульсних глинозмішувачів, при різних методах приготування розчинів (табл. 1).

Таблиця 1

Технічна продуктивність різних модифікацій гідравлічного
імпульсного змішувача

Тип

ГІЗа | Формули для визначення технічної продуктивності (м3/год),
при приготуванні методом:

одноразового змішування | розбавлення

ГІЗ-Ц (основний)

ГІЗ-П (модифікація 1)

ГІЗ-К (модифікація 2)–

V – корисний об’єм реактора розчинозмішувача, м3;

к, в – густина концентрованого глинистого розчину та води, г/см3;

tз – тривалість завантаження сировини, хв;

tк – тривалість перемішування концентрованого розчину, хв;

tзр – тривалість завантаження його частини для розбавлення, хв;

tп – тривалість підключення пульсатора до живлення стиснутим та розрідженим повітрям, хв;

tрр – тривалість розбавлення концентрованого розчину, хв;

tр – тривалість розвантаження, хв.

Досліджено зміну технічної продуктивності імпульсного глинозмішувача, при зміні густини розчину, та порівняно її із технічною продуктивністю розчино-змішувача ПГР-5М (рис. 4).

1 та 4 – ГІЗ-П, відповідно, із глинопорошку та грудкової глини;

2 та 5 – ГІЗ-П методом розбавлення, відповідно, із глинопорошку та грудкової глини;

3 та 6 – ПГР-5М, відповідно, із глинопорошку та грудкової глини;

7 – ГІЗ-К методом розбавлення.

Виявлено, що продуктивність імпульсного глинозмішувача умовно постійної дії (ГІЗ-П) більша від продуктивності базового розчинозмішувача ПГР-5М в інтервалі густин від 1,038 до 1,06 г/см3 (глинопорошок) та від 1,073 до 1,115 г/см3 (грудкова глина), при цьому максимальна різниця між значеннями досягає 35...40%, а продуктивність ГІЗ-К більша в інтервалі густин від 1,073 до 1,105 г/см3, при максимальній різниці між значеннями на 26%, в інших розглянутих випадках продуктивність базового розчинозмішувача вища.

У третьому розділі викладені результати теоретичних досліджень технології копання траншеї в методі “стіна в ґрунті”, основною метою яких було виявлення впливу гідравлічного імпульсного змішувача через властивості глинистого розчину, приготовленого ним, на технологічні показники копання та встановлення меж раціонального використання запропонованого змішувача. Методика досліджень базувалась на аналізі впливу властивостей глинистого розчину на виконання окремих процесів (копання траншеї, приготування, очищення і транспортування розчину) та інших параметрів технології (необхідна кількість машин і механізмів, втрати та інтенсивність споживання розчину і т.д.). Особливістю цієї методики є врахування прогнозованих змін властивостей глинистого розчину в процесі його експлуатації, для чого вираховували середні експлуатаційні показники розчину, припускаючи, що глинистий розчин в результаті його технологічного використання, забруднюється стаціонарно. Тобто, після кожного разу використання, розчин забруднюється однаковою кількістю шламу з однаковим його гранулометричним складом.

Закономірності змін властивостей глинистого розчину, в процесі його експлуатації, досліджували на основі залежностей властивостей розчину від його компонентного складу, які були запропоновані І. Н. Резніченком. Для цих досліджень вони були модифіковані автором, шляхом введення коефіцієнтів, що враховують зміни компонентного складу розчину в залежності від ступеню його забруднення і очищення та кількості повторних його використань:

, (3)

, (4)

де: , – коефіцієнти зміни вмісту, відповідно, твердої фази розчину та активної її частини в процесі експлуатації;

Nі – кількість повторних використань розчину;

С, Са, Сш – об’ємний вміст твердої фази, активної його частини та шламу в розчині, %;

Кш – коефіцієнт активності шламу;

, а – загальний ступінь очищення розчину за твердою фазою та за активною його частиною,%.

Максимальну кількість допустимих повторних використань глинистого розчину (Nmax) визначали із умови, що їхня величина та відповідні показники розчину не повинні перевищувати рекомендованих значень. В подальшому на основі отриманих значень визначали середню експлуатаційну густину розчину за розробленою автором формулою:

, (5)

де: – початкова густина глинистого розчину, г/см3;

, – середня експлуатаційна густина глинистого розчину, г/см3;

т – усереднена густина твердих компонентів розчину та шламу, г/см3.

Після чого визначали інші середні експлуатаційні показники розчину, за відповідними аналогічними формулами.

Досліджено процес влаштування траншеї у піщаних ґрунтах глибиною від 8 до 25 м канатним грейфером ШГ-600, при зміні рівня ґрунтових вод від 1,5 до 5,5 м. Розглядалось два варіанта технології: в запропонованому варіанті застосовувався розчин із порошкової та грудкової глинистої сировини приготовлений імпульсним глинозмішувачем різних модифікацій, а в базовому варіанті – аналогічний розчин, але приготовлений розчинозмішувачем ПГР-5М. Всього було розглянуто 114 технологічних випадків влаштування траншеї в кожному варіанті технології.

Для даних умов за традиційною методикою було розраховано мінімальну густину глинистого розчину, яка дозволяє утримувати стінки траншеї. За результатами попереднього дослідження на основі отриманих густин для кожного технологічного випадку було визначено раціональну початкову густину розчину, при приготуванні його запропонованим чи базовим розчинозмішувачами, коли інші його показники знаходяться в межах нормативних та рекомендованих вимог.

Передбачалось, що прийняті до розгляду розчини в процесі копання після забруднення породою очищалися віброситом СВ-2Б. Розрахунки показали, що на продуктивність вібросита, практично, не впливає метод приготування розчину, а ступінь очищення розчинів, приготовлених гідравлічним імпульсним змішувачем, за рахунок більшої в’язкості вищий на 22...30% від ступеня очищення розчинів отриманих за допомогою ПГР-5М. За отриманими результатами було встановлено максимальну кількість повторних використань розчину та розраховано його середні експлуатаційні показники для кожного із розглянутих технологічних випадків варіантів технології. Виявлено, що середня експлуатаційна густина розчинів приготовлених імпульсним глинозмішувачем нижча від густини розчинів отриманих за допомогою ПГР-5М.

Опираючись на попередні розрахунки, за методикою що розроблена В. І. Снісаренком та О. М. Галінським, було розраховано продуктивність грейфера ШГ-600 в залежності від зміни глибини траншеї і рівня ґрунтових вод. Потім було встановлено продуктивність грейфера, при застосуванні запропонованого варіанту технології, у відсотках по відношенню до продуктивності його, при застосуванні базовою варіанту технології. Результати розрахунків наведені на рис. 5, де за 100% прийнята продуктивність грейфера базового варіанта технології. Порівняння показало, що у 89% із 114 технологічних випадків застосування прохідницьких розчинів, приготовлених за допомогою запропонованого апарату, продуктивність грейфера ШГ-600 вища від 2 до 20% ніж у базовій технології.

Для розглянутих технологічних випадків глибин траншеї та рівня ґрунтових вод розраховано втрати розчину під час копання траншеї та тривалість його технологічного використання, на основі чого була визначена інтенсивність споживання розчину. Встановлено, що практично у всіх випадках застосування розчинів, приготовлених імпульсним глинозмішувачем, дозволяє зменшити інтенсивність їх споживання від 15 до 77%.

Для кожного із 114 технологічних випадків було розраховано необхідну мінімальну кількість розчинозмішувачів для приготування розчину. Виявлено, що у 34 випадках (30%) застосування імпульсного глинозмішувача дозволяє зменшити на 1 одиницю необхідну кількість апаратів; у 8 випадках (7%) його застосування дозволяє зменшити кількість розчинозмішувачів на 2 одиниці. Розрахунки необхідної кількості додаткових механізмів показали, що кількість конвеєрів для подачі глинистої сировини зменшується у 37% випадках, а кількість насосів для транспортування розчину зменшується у 7% випадках.

На наступному етапі досліджень, для всіх розглянутих технологічних випадків варіантів технології, було розраховано собівартість експлуатації комплекту машин і механізмів в процесі копання траншеї при влаштуванні “стіни в ґрунті”. На рис. 6 показано собівартість експлуатації комплекту машин і механізмів для копання траншеї у запропонованому варіанті технології, по відношенню до собівартості експлуатації комплекту за базовою технологією, яка була прийнята за 100%. Встановлено, що у 97%, розглянутих технологічних випадків влаштування траншеї, собівартість експлуатації комплекту машин і механізмів, при застосуванні імпульсного глинозмішувача, менша ніж при застосуванні ПГР-5М, при чому у деяких випадках зменшення досягає 45%.

Було, також, розраховано для всіх розглянутих технологічних випадків варіантів технології собівартість влаштування траншеї в методі “стіна в ґрунті”. Отримані результати свідчать про те, що собівартість розробки траншеї зменшується при використанні імпульсного глинозмішувача. У 19% випадків собівартість влаштування траншеї зменшується від 2 до 10%, у 58% випадків вона зменшується від 10 до 50%, а в 23% випадків – від 50 до 69%. Це дало можливість зробити висновок, що запропонований змішувач ефективний у всіх випадках його застосування (табл. 2), але найбільш ефективним його застосування виявилось, при рівнях ґрунтових вод від 2,5 до 3,5 м та 5 до 5,5 м.

На прикладі влаштування монолітної “стіни в ґрунті”, для розглянутих випадків глибин траншеї та рівня ґрунтових вод, було визначено собівартість виконання робіт із врахуванням заповнення траншеї конструктивним матеріалом, при використанні запропонованого та базового розчинозмішувача. Розрахунки показали, що застосування імпульсного глинозмішувача дозволяє зменшити собівартість виконання робіт до 9%.

Таблиця 2

Області зменшення собівартості влаштування траншеї в методі “стіна в ґрунті” та скорочення кількості необхідного обладнання, при використанні
імпульсного глинозмішувача

Глибина рівня ґрунтових вод | Ступінь зменшення собівартості робіт, при глибині траншеї в м.

8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

5,5

Умовні позначення:–

випадки, які не розглядалися– | зменшення собівартості робіт на 20...40%– | зменшення собівартості робіт
на 60...69%–

зменшення собівартості робіт на 0...20%– | зменшення
на 40...60%– | межа області зменшення кількості обладнання

У четвертому розділі викладені основні положення розробленої автором методики формування комплекту машин і механізмів для копання траншеї в методі “стіна в ґрунті”, при використанні гідравлічного імпульсного змішувача. Принципово новим в цій методиці є те, що в розрахунках використані запропоновані автором середні експлуатаційні показники глинистого розчину. Крім того, в ній враховані різні методи приготування розчину та їх вплив на його початкові показники. Це дозволяє вибрати раціональний метод приготування розчину та оптимізувати комплект машин і механізмів для отримання найкращих техніко-економічних показників (рис. 7).

Рекомендації до технології влаштування “стіна в ґрунті”, при використанні імпульсного глинозмішувача різних модифікацій включають в себе: технологічні режими процесу приготування (послідовність роботи апарату, режими подачі стислого та розрідженого повітря до головки пульсатору, тривалості перемішування розчину, при різних густинах та методах приготування і т. д.); інтервали густин розчину для отримання показників в межах нормативних та рекомендованих вимог; формули для визначення експлуатаційних продуктивностей запропонованих апаратів; номограми для визначення окремих параметрів, при застосуванні методу розбавлення (об’єм води для розбавлення концентрованого розчину, об’єм концентрованого розчину для подачі на розбавлення в апараті ГІЗ-К, технічна продуктивність ГІЗ-К); вказівки щодо ефективного застосування імпульсного глинозмішувача в методі “стіна в ґрунті”.

Результати дослідження та розроблені на їх основі рекомендації були апробовані і впроваджені на будівництві протифільтраційної стінки методом “стіна в ґрунті” навколо золовідвалу Придніпровської ТЕС (м. Дніпропетровськ). “Стіну в ґрунті” влаштовували за допомогою грейфера. Загальна довжина стіни сягала 800 м., товщина – 1 м., глибина коливалась від 22,8 до 41,2 м. При застосуванні імпульсного глинозмішувача циклічної дії (ГІЗ-Ц) було влаштовано близько 768 м2 протифільтраційної стінки. Запропонована технологія дозволила зменшити витрати коштів на 8,2% від вартості базової технології влаштування стіни, при цьому працемісткість виконання робіт методом “стіна в ґрунті” зменшилась на 12,5%.

висновки

1. Аналіз науково-технічних джерел показав: в технології влаштування “стіни в ґрунті” існує тенденція застосування високодисперсних глинистих розчинів із малою концентрацією глини, що позитивно впливає на показники копання траншеї; при прогнозуванні технології виконання робіт не враховується можлива зміна властивостей розчину протягом його експлуатації та вплив цих змін на технологічні процеси; приготування стабільних високодисперсних глинистих розчинів з густиною менше 1,03 г/см3 без застосування хімічних домішок існуючими розчинозмішувачами проблематичне, так як в сучасних апаратах не досягається достатній ступінь подрібнення глинистої сировини. Застосування гідравлічного імпульсного змішувача дозволить вирішити цю проблему, що підвищить ефективність методу “стіна в ґрунті” для чого необхідно провести відповідні наукові дослідження.

2. В лабораторних умовах досліджено закономірності зміни технологічних показників глинистого розчину від тривалості перемішування. Встановлено залежність граничної тривалості перемішування (при досягненні якої приріст показників менше 5%) від густини розчинів, запропоновані формули для їх визначення. Визначені залежності технічної продуктивності, енерговитрат та собівартості експлуатації розчинозмішувача від густини розчину.

3. Виявлено залежність технологічних показників (продуктивності землерийної техніки, витрат на експлуатацію обладнання, собівартості влаштування траншеї) від властивостей глинистого розчину, приготовленого імпульсним глинозмішувачем, для різних гідрологічних умов піщаних ґрунтів (рівень ґрунтових вод від 1,5 до 5,5 м) та геометрії траншеї (глибина траншеї від 8 до 25 м).

4. Розроблена методика підвищення ефективності методу “стіна в ґрунті” за рахунок запропонованих високопродуктивних способів використання імпульсного глинозмішувача та розроблених його модифікацій і раціонального формування комплекту машин і механізмів в глинистому господарстві.

5. Застосування імпульсного глинозмішувача в технології “стіна в ґрунті” дозволить у 82% випадків підвищити продуктивність копання траншеї до 20%, у 37% випадків зменшити кількісний склад машин і механізмів глинистого господарства, зменшити інтенсивність споживання розчину на 15…77%, зменшити собівартість влаштування траншеї до 69% у порівнянні із базовою технологією (при застосуванні швидкісного розчинозмішувача ПГР-5М). Цьому сприяє підвищення технологічних показників глинистих розчинів (умовної в’язкості – до 47%, статичної напруги зсуву – до 7 раз, пластичної в’язкості – до 4 раз, динамічної напруги зсуву – до 4 раз) та зниження їх водовіддачі до 34%, а також підвищення продуктивності до 40% та зменшення собівартості експлуатації розчинозмішувача до 20%.

6. При впровадженні у виробництво дисертаційних розробок, досягнуто економію коштів у 8,2% від собівартості влаштування “стіни в ґрунті” традиційним методом та зменшено працемісткість робіт на 12,5%.

список опублікованих АВТОРОМ праць за темою дисертації

Статті у фахових виданнях, що входять до Переліку ВАК України

1. Махиня О.М. Технологічне використання глинястого господарства при зведенні “стіни в ґрунті” // Шляхи підвищення ефективності будівництва в умовах формування ринкових відносин. – Київ: КДТУБА. – 1998. – № . – С. 176–177.

2. Терновий В.І., Корчинський О.А., Махиня О.М., Матюшкін М.В. Технологія приготування глинястих суспензій гідравлічним імпульсним змішувачем // Шляхи підвищення ефективності будівництва в умовах формування ринкових відносин. – К.: КНУБА, 1999. – № . – С. 132–138.

3. Махиня О.М. Імпульсне змішування глинистих суспензій // Строительное производство. – К.: НДІБВ, 2000. – № . – С. 40–43.

4. Терновий В.І., Махиня О.М. Дослідження продуктивності та енерговитрат гідравлічно-імпульсного змішувача, при приготуванні глинистих суспензій // Шляхи підвищення ефективності будівництва в умовах формування ринкових відносин. – К.: КНУБА, 2001. – № . – С. 198–203.

5. Махиня О.М. Дослідження технологічних параметрів процесу приготування глинистих суспензій гідравлічно-імпульсним методом // Нові технології в будівництві. – К.: НДІБВ, 2001 – № . – С. 24–27.

6. Махиня О.М. Зменшення собівартості суспензії для технології “стіна в ґрунті” при застосуванні гідравлічного імпульсного змішувача // Строительное производство. – К.: НДІБВ, 2001. – №42. – С. 16–20.

7. Махиня О.М. Аналіз ефективності використання розчинозмішувачів та диспергаторів в технології “стіна в ґрунті” // Нові технології в будівництві. – К.: НДІБВ, 2002 – № . – С. 40–44.

8. Махиня О.М. Застосування гідравлічного імпульсного змішувача в методі “стіна в ґрунті” // Строительство и техногенная безопасность. – Сімферополь: КАПКС, 2002. – № . – С. 207–212.

Додаткові публікації та тези конференцій

9. Терновий В.І., Корчинський О.А., Махиня О.М. Методи приготування глиняних суспензій для “стіни в ґрунті” // Шляхи підвищення ефективності будівництва в умовах формування ринкових відносин. – Київ: КДТУБА. – 1998. – № . – С. 112–115.

10. Масообмінний пристрій: Пат. 33143А. Україна, МПК 6В 01D 11/04; B 01 F 3/08 / А. А. Долінський, О. А. Корчинський, В. І. Терновий, А. П. Гартвіг, Н. А. Гогадзе,
О. М. Махиня та ін. – № 98126642; замовлено 16.12.1998; Опубл. 15.02.2001, Бюл. – № –5 с.

11. Корчинський О.А., Махиня О.М., Матюшкін М.В. Приготування глинистого розчину гідравлічним імпульсним змішувачем для зведення “стіни в ґрунті” // Програма 59-ї науково-практичної конференції Київського національного університету будівництва і архітектури. – К.: КНУБА, 1998. – С. 65.

12. Терновий В.І., Махиня О.М. Дослідження процесів глинозмішування в технології “стіна в ґрунті” // Програма 60-ї науково-практичної конференції Київського національного університету будівництва і архітектури. – К.: КНУБА, 1999. – С. 73.

13. Махиня О.М. Особливості формування глинистого господарства в технології “стіна в грунті” // Програма 61-ї науково-практичної конференції Київського національного університету будівництва і архітектури. – К.: КНУБА, 2000. – С. 53.

14. Махиня О.М. Актуальність застосування гідравлічного імпульсного змішувача в глинистому господарстві “стіни в ґрунті” // Програма 62-ї науково-практичної конференції Київського національного університету будівництва і архітектури. – К.: КНУБА, 2001. – С. 55.

15. Махиня О.М. Технологія глинистого господарства методу “стіна в ґрунті” з застосуванням гідравлічного імпульсного змішувача // Програма 63-ї науково-практичної конференції Київського національного університету будівництва і архітектури. – К.: КНУБА, 2002. – С. 59.

16. Махиня О.М. Область ефективного застосування удосконаленої технології приготування глинистої суспензії для методу “стіна в ґрунті” // Програма 64-ї науково-практичної конференції Київського національного університету будівництва і архітектури. – К.: КНУБА, 2003. – С. 80.

АНОТАЦІЯ

Махиня О.М. Підвищення ефективності методу “стіна в ґрунті” з використанням імпульсного глинозмішувача. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.23.08 – Технологія і організація промислового та цивільного будівництва. – Київський національний університет будівництва і архітектури, Київ, 2004.

В дисертації виявлені закономірності зміни властивостей прохідницького розчину із глинопорошку та грудкової глини від тривалості перемішування його імпульсним глинозмішувачем; встановлено залежність тривалості перемішування розчину від його густини; запропонований та обґрунтований метод розбавлення; виявлено покращення показників розчинів у порівнянні із показниками розчинів отриманих за традиційною технологією; встановлені закономірності зміни техніко економічних показників технології приготування розчину від його густини, при використанні гідравлічного імпульсного змішувача.

В процесі моделювання технології виконання робіт виявлений вплив властивостей глинистих розчинів, приготовлених гідравлічним імпульсним змішувачем, на показники процесу копання траншеї грейфером, при зміні глибини траншеї і глибини рівня ґрунтових вод. Вплив встановлений шляхом порівняння показників, отриманих при застосуванні розчинів приготовлених гідравлічним імпульсним змішувачем, із відповідними показниками технології у випадку використання розчинів приготовлених за допомогою швидкісного розчинозмішувача (ПГР-5М). Запропоновано користуватись середніми експлуатаційними показниками розчину, для визначення яких удосконалено відповідні формули. Дослідження виявили підвищення продуктивності грейфера, зменшення витрат та інтенсивності споживання глинистого розчину, зниження необхідної кількості допоміжних машин та механізмів, зменшення собівартості влаштування траншеї, при використанні для приготування розчину імпульсного глинозмішувача.

Розроблено методику формування комплекту машин і механізмів для копання траншеї в методі “стіна в ґрунті” та рекомендації до технології влаштування “стіни в ґрунті” із використанням гідравлічного імпульсного змішувача.

Ключові слова: технологія влаштування “стіни в ґрунті”, копання траншеї, гідравлічний імпульсний змішувач, середні експлуатаційні технологічні показники розчину, гранична тривалість перемішування, метод розбавлення, продуктивність розчинозмішувача, інтенсивність споживання розчину.

АНОТАЦИЯ

Махиня А.Н. Повешение эффективности метода “стена в грунте” использованием импульсного глиносмесителя. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.08 – Технология и организация промышленного и гражданского строительства. – Киевский национальный университет строительства и архитектуры, Киев, 2004.

Диссертация посвящена вопросам усовершенствования технологии сооружения “стены в грунте” путем использования проходческих глинистых растворов, приготовленных импульсным глиносмесителем.

В диссертации выявлены закономерности изменения свойств проходческого раствора из глинопорошка и комовой глины в зависимости от продолжительности перемешивания его импульсным глиносмесителем; установлена зависимость продолжительности перемешивания раствора от его плотности; предложен и обоснован метод разбавления; выявлены закономерности изменения технико-экономических показателей технологии приготовления раствора импульсным глиносмесителем при изменении плотности раствора. Обнаружено улучшение показателей растворов, полученных предложенной технологией, в сравнении с показателями растворов приготовленных традиционной технологией: условна вязкость повышается до 47%; статическое напряжение сдвига – до 7 раз; пластическая вязкость – до 4 раз; динамическое напряжение сдвига – до 4 раз; водоотдача снижается до 34%. Отмечается, в отдельных случаях, более высокая производительность импульсного глиносмесителя и низкая себестоимость его эксплуатации, по сравнению со скоростным растворосмесителем (ПГР-5М).

В процессе моделирования технологии производства работ установлено влияние свойств глинистых растворов, приготовленных гидравлическим импульсным смесителем, на показатели процесса разработки траншеи грейфером, при изменении глубины траншеи и глубины уровня грунтовых вод. Влияние определено путем сравнения показателей полученных при использовании растворов приготовленных гидравлическим импульсным смесителем с соответствующими показателями технологии в случае использования растворов, приготовленных с помощью скоростного растворосмесителя (ПГР-5М). Предложено использовать средние эксплуатационные показатели раствора, для определения которых усовершенствованы имеющиеся формулы. В формулах было учтено изменение состава глинистого раствора вследствие: его загрязнения, последующей его очистки и количества повторного его использования. Исследования показали, что при использовании для приготовления раствора импульсного глиносмесителя: повышается производительность грейфера в 82% рассмотренных технологических случаев (в отдельных случаях она повышается до 20%); уменьшаются потери и интенсивность потребления глинистого раствора, уменьшается в 37% рассмотренных случаев необходимое количество машин и механизмов глинистого хозяйства, понижается во всех рассмотренных случаях себестоимость устройства траншеи (в отдельных случаях она понижается до 69%).

На основании проведенного исследования, разработана методика формирования комплекта машин и механизмов глинистого хозяйства при копании траншеи в методе “стена в грунте”. В методике учтены результаты исследования технологии приготовления глинистого раствора гидравлическим импульсным смесителем и полученные при этом закономерности, а также учтено влияние изменения свойств глинистого раствора на технологию разработки траншеи в методе “стена в грунте”.

Разработаны рекомендации к технологии копания траншеи в методе “стена в грунте”, при использовании гидравлического импульсного смесителя.

Результаты исследования обеспечивают возможность повышения эффективности технологии сооружения “стены в грунте”.

Ключевые слова: технология сооружения “стены в грунте”, копание траншеи, гидравлический импульсный смеситель, средние эксплуатационные технологические показатели раствора, предельная продолжительность перемешивания, метод разбавления, производительность растворосмесителя, интенсивность потребления раствора.

Annotation

Machinja A. N. The elevation of efficiency of method “Wall in a ground” using the impulse clay mixer. – Manuscript.

Thesis of scientific degree of Candidate of Technical Sciences in specialty 05.23.08. – Technology and Organization Of Industrial and Civil Construction. – Kiev National University of Construction and Architecture, Kyiv, 2004.

Thesis was determined the