Выбор наиболее целесообразного решения опускного колодца в зависимости от местных условий

В существующей практике проектирования опускного колодца обычно основное внимание обращают на соблюдение норм проектирования и некоторых показателей, необходимых для нормального возведения и эксплуатации сооружения. Окончательное проектное решение принимают после сопоставления основных технико-экономических характеристик нескольких вариантов, выбранных на основании интуитивных соображений одного или группы опытных специалистов. При этом стремление использовать готовые решения таит в себе опасность оказаться привязанным к некоторому решению, которое хотя и пригодно, но возможно, не является лучшим для данных местных условий.

Современное развитие вычислительной техники с использованием ЭВМ позволяет найти решение, близкое к оптимальному. Вместо громоздкого и вследствие этого ограниченного в объеме вариантного проектирования с помощью математической модели может быть количественно обоснована эффективность принятого решения во многовариантной ситуации, что наиболее результативно при разработке крупных объектов и типовых проектов. Любой объект проектирования можно представить в виде некоторого количества независимых переменных показателей, каждому из которых могут быть даны конкретные числовые значения. Оптимальное проектирование заключается в определении таких величин проектируемых параметров, которые соответствуют экстремальному значению принятого критерия оптимальности.

Решение задачи оптимального проектирования сводится к нахождению минимума целевой функции

                                     .                                 (4.7)

С учетом некоторых соотношений независимых (искомых) переменных

                                                      (4.8)

При наличии ограничений в виде неравенств

                                                     (4.9)

При этом должно быть . При  переменные определяются как одно или несколько решений системы и возможность варьирования исчезает.

При  возникает переполнение системы. Постановка задачи становится некорректной. Количество неравенств не ограничивается.

Совокупность аналитического выражения критерия оптимальности (4.7) и ограничений в виде равенства (4.8) и неравенств (4.9) представляет собой математическую модель оптимизируемой системы.

Любое из возможных решений колодца может быть точно охарактеризовано с помощью ряда чисел, каждое из которых является одним из конкретных значений переменных . Множество допустимых решений колодца, определяющихся местными условиями, анализируется требованиями строительных норм и правил, директивных и нормативных документов и других факторов.
Условия, накладывающие ограничения, не всегда являются однозначными и могут быть выполнены лишь в определенной степени, а именно:

-требования, которые должны быть выполнены при всех обстоятельствах. Жесткие требования — решение колодца должно отвечать им без всяких нарушений. Например, условия прочности или условия погружения колодца;

-минимальные требования — выполнение их не является необходимым, но может сделать решение более полноценным. Например, выбор оптимального процента армирования железобетонного сечения, выбор оптимального веса сборного элемента;

-пожелания — их выполнение может повести иногда к увеличению стоимости объекта. Например, использование существующей оснастки и производственной базы строительства, использование определенных, имеющихся на объекте марок бетона и арматуры.

Оптимальное решение получают с помощью численного метода. Аналитический метод решения в абстрактном виде очень громоздок.

Численные процедуры сводятся к подбору различных значений для управляемых переменных модели, сопоставления полученных данных и выбору того набора значений, который дает наиболее выгодное решение. Процедура итерации состоит в том, что в результате последовательных проб производится попытка подойти к оптимальному решению. Рассматриваемая математическая модель допускает обработку ее параметров средствами вычислительной математики и ЭВМ.

Всякая модель представляет задачу в упрощенном виде. В ней отражены только те условия и обстоятельства, которые могут существенно повлиять на конечный результат. Подставляя различные значения независимых переменных, получаем возможность многократно перебирать различные варианты решений и находить среди них наилучший.

Решение колодца в каждом варианте должно быть технологичным в изготовлении, иметь достаточную прочность и долговечность, а также отвечать техническим и экономическим требованиям. В качестве критерия оптимальности выбирают совокупность или отдельные показатели по общей стоимости колодца, сроку выполнения работ, расходу материалов и трудоемкости. Основным технико-экономическим показателем для оценки проектного решения сооружения является его стоимость. Минимизация стоимости, нахождение варианта, по которому суммарные издержки выполнения всего комплекса работ и стоимости затраченных материалов оказываются наименьшими, является решением задачи выбора наиболее целесообразного решения опускного колодца в зависимости от местных условий.

При этом принимают, что по колодцу все работы выполняются с нормальной продолжительностью, т. е. при нормальных условиях оснащения их ресурсами, когда общая стоимость работы является минимальной. Затраты на выполнение той или иной работы обычно находятся в обратной зависимости от продолжения ее выполнения. Операция, длительность которой ускорена до максимума, соответствует максимальная стоимость работы.

В общей стоимости колодца можно выделить две части — постоянную и переменную. К первой относится стоимость элементов, которая в основном не зависит от местных условий. Например, устройство внутренних стен, колонн и перекрытий, внутренняя отделка помещений. К переменной части относятся элементы, непосредственно зависящие или подчиненные другим частям проекта, зависящего от местных условий. Например, конструкция наружных стен, методы погружения колодца.

Наиболее экономичным будет тот вариант, при котором переменная часть будет наименьшей.

Опускные колодцы являются типом конструкций подземных сооружений, решения которых в значительной степени взаимосвязаны с производством строительных работ по их осуществлению. Поэтому оптимизация решений опускного колодца во многом зависит от условий и сроков их возведения и опускания.

Одновременная оптимизация всех частей проекта весьма необходима. Практические ограничения, как правило, требуют последовательного анализа отдельных частей проекта. При этом производится параллельная корректировка локальных оптимумов для определения наилучшего решения всей задачи в целом.

Сложная задача расчленяется на ряд подсистем с локальными критериями оптимальности — решениями частных задач оптимизации. Получается комбинированная поэтапная оптимальная система многоступенчатого типа. Задача решается по взаимосвязанным частям, в определенной последовательности, отражающей логику проекта. Решение на одном этапе позволяет определить следующий шаг. Характерно, что при решении каждого вопроса возникают все новые и новые задачи.

Наиболее целесообразно проводить непрерывный преемственный анализ, т. е. последовательный переход от одного вопроса к другому.

Роль отдельных задач в комплексе не равноценная, и функции их различны. Поскольку комплекс не является просто конгломератом задач, то далеко не всегда можно исключить из рассмотрения ту или иную задачу. Изъятие одной задачи зачастую потребует отказа от расчетов и по ряду задач.

Модель поэтапной оптимизации проектного решении опускного колодца приведена в табл. 40.

На первом этапе оптимизируют объемно-планировочное решение колодца. Творчески компонуя технологические, санитарно-технические и другие задания, разрабатывают несколько вариантов планировки и заглубления помещений.

Сооружению стремятся придать в плане форму круга, наиболее выгодную для решения колодца. Радиус и глубину колодца принимают унифицированных размеров.

Наиболее эффективно решение с наименьшим полезным объемом помещения. При одинаковой кубатуре выгоднее помещения с меньшей глубиной.

Математическая модель планировочного решения имеет следующий вид:

,

или после преобразования

                                     ,                  (4.10)

где
 — полезно используемая площадь помещений, площадь занятая оборудованием и т. д., м²;
 — площадь проходов, лестниц лифтов и обслуживающих помещений, м²;
 — неиспользуемая площадь;
 — минимальное значение .
Глубина колодца определяется исходя из необходимого по санитарно-техническим условиям объема кубатуры подземных помещений, т. е.

откуда

                                               ;                                         (4.11)

при этом , где  —глубина помещений по технологическим условиям, м.

На объемно-планировочное решение колодца влияют наличие подземных сооружений и фундаментов вблизи проектируемого колодца и способ его строительства в увязке с этими объектами. Компактное объемно-планировочное решение может повысить эффективность проекта больше, чем оптимизация конструкций и методов производства работ.

Пример. Для заглубленные помещений установки непрерывной разливки стали Новолипецкого металлургического завода первоначально было запроектировано 6 круглых колодцев диаметром 27 м.

Колодцы располагались в два ряда, расстояние между которыми равнялось 65 м, а между отдельными колодцами 5 м («в свету»).

Объем железобетона в стенах

,

где ;       М — метод производства работ;
                               К — грунтовые условия.

Внутренние усилия определяют по кольцевым сечениям для глубины Н=2 м. Из типовых комбинаций ; ; ; , как показал анализ проектов колодцев, решающей для определения  является первая .

;
,

где .

Толщину железобетонной стенки определяют расчетом по наиболее напряженному сечению. Элемент прямоугольного сечения работает на внецентренное сжатие (второй случай ). При внецентренном сжатии площадь сечения арматуры монотонно возрастает с ростом усилий.
В качестве исходного условия принимается неравенство

,

где ; .

Подставляя принятые постоянные, имеем

.

После решения уравнения получим

,

откуда

                                     см.                                            (4.12)

В колодцах гравитационных и погружаемых с подмывом толщина стены  определяется из условия погружения, т. е. создания веса сооружения, достаточного для преодоления сил трения.
Для колодцев, сооружаемых в открытом котловане, толщина стенки определяется из условий:  — характеристики разрыхленного грунта и . Стоимость 1 м3 железобетона принимается как для массивных подпорных стен.
Для гравитационных опускных колодцев толщину стены находят из условия расчета по погружению

.                                               (4.13)

В колодцах, погружаемых вибраторами, толщина стенки определяется расчетом на прочность.

Коэффициент бокового давления грунта К₀ принимают с коэффициентом 1,2.

В колодцах, погружаемых в тиксотропной рубашке, толщина стенки принимается по условиям прочности. Местным условием является , .
Учет устройства ножа, форшахты, тиксотропной рубашки производится умножением толщины стены на коэффициент К=1,35.
В колодцах, погружаемых с подмывом, толщина стены определяется расчетом по погружению, т. е.

.                                   (4.14)

В колодцах, сооружаемых подращиванием, толщина стены определяется расчетом на прочность . Сборность обделки и тампонажа учитываются коэффициентом 1,2 к расчетной толщине стен. Стоимость 1 м3 железобетона в опускных колодцах и при подращивании принимается по ЕРЕР на опускные колодцы. Кроме этого, в каждом случае учитывается установка и эксплуатация вибраторов, или системы подачи тиксотропной суспензии, или устройств для подмыва.

В анализе земляных работ принято, что грунт разрабатывают во всех вариантах с одинаковой степенью механизации прямой лопатой экскаватора с ковшом емкостью 0,5 м3 и отвозкой грунта автосамосвалами на расстояние 2 км. Однако могут приниматься другие способы разработки грунта, различные для разных методов.

Котлован с наклонными откосами. При большой глубине котлована, разрабатываемого экскаватором, устраивают бермы шириной 3 м через каждые 6 м глубины.
Объем земляных работ

.      (4.15)

где радиус котлована по низу ; число берм  (целое число);  — коэффициент, учитывающий выемку для заезда ().
Величины верхних (четных) радиусов котлована больше нижних (нечетных) радиусов на величину  (коэффициент, учитывающий уклон откоса). Значения  для различных грунтов такие: для скальных — 0,6, щебенистых и дресвы — 1,2; песчаных и гравелистых — 6; супесей — 5,1; сгулинков — 4,5; глин и лесса — 3,0. На одном уровне нечетные радиусы больше четных на 3 м.
Объем обратной засыпки котлована

       .                             (4.16)

Кроме этого, при открытом способе работ учитывается удорожание фундаментов других сооружений, расположенных в пределах котлована. Объемы земляных работ для опускных колодцев и подращивания вычисляются по формуле

                                   .                                     (4.17)

Стоимость земляных работ принимают по ЕРЕР.

Понравилось? Поделитесь материалом