Моделирование ресурсосберегающей технологии производства свай из тяжелых бетонов и свайных работ в мерзлых грунтах Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

"ДК 33 : 624 О. В. ДЕМИДЕНКО

Н. Л. ЕСИНА С. М. КУЗНЕЦОВ М. Ю. СЕРОВ М. М. ТИТОВ

Омская гуманитарная академия Сибирский государственный университет путей сообщения, г. Новосибирск Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет

МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА СВАЙ ИЗ ТЯЖЕЛЫХ БЕТОНОВ И СВАЙНЫХ РАБОТ В МЕРЗЛЫХ ГРУНТАХ_____________________

При разработке ресурсосберегающей технологии производства свайных работ в мерзлых грунтах систематизированы технико-экономические показатели результатов натурных испытаний погружения свай с помощью строительных машин и созданы соответствующие базы данных, использование которых позволяет выбрать лучший вариант производства свайных работ в вечномерзлых грунтах. Ключевые слова: ресурсы, натурные испытания, технико-экономические показатели, экономико-математические модели, базы данных строительных машин и механизмов, себестоимость.

Для проектирования и планирования строительства в условиях Севера важной проблемой является разработка системы технико-экономических показателей, адекватно отражающей реальные затраты на производство свайных работ, а также совершенствование методики выбора наиболее целесообразных и эффективных решений. Анализ существующих способов и технологий производства свайных работ и методов расчета технико-экономических показателей производства работ для различных типов фундаментов показал, что они имеют существенные недостатки, что не позволяет находить наиболее выгодные решения и выбирать оптимальные варианты их реализации. Традиционные методики не учитывают ряд факторов, значимо влияющих как на выбор типов свайных сооружений, так и на методику расчета технико-экономических показателей. Например, учет вида грунта при забивке свай позволяет исключить ошибку в расчетах стоимости погружения до 50 %. На стадии проектирования часто пользуются упрощенными способами оценок, что объясняется отсутствием соответствующих баз данных.

При сложных мерзлотно-грунтовых условиях стоимость и трудоемкость устройства свайных фундаментов может достигать 40 % от полной стоимости и трудоемкости возведения всего здания. Важным направлением существенного снижения стоимости и уменьшения трудоемкости устройства свайных фундаментов является охлаждение грунтов различными методами, выполняемое как до начала, так и в процессе эксплуатации и строительства сооружений.

Экономически и технологически эффективным является метод с предварительным пробуриванием скважин малого диаметра в местах погружения свай. Через скважины грунты охлаждают и переводят в твердомерзлое состояние. Затем уже, без осадки, в твердомерзлых грунтах разбуривается скважина большого диаметра и в нее погружается буроопускная свая. В данном случае значительно облегчается бурение скважин и отпадает необходимость в их обсадке. Этот метод обеспечивает снижение стоимости, трудоемкости и металлоемкости фундаментов, т.е. экономию всех трех видов взаимонезаменяемых производственных ресурсов (основных и оборотных производственных фондов и трудовых ресурсов) и финансовых средств.

Авторами выполнено исследование стоимости погружения свай в разные грунты различными методами (буроопускной, бурозабивной, забивной), а также с учетом и без учета вида грунта (табл. 1).

Анализ стоимостных показателей, приведенных в табл. 1, показывает, что стоимость погружения свай в разные грунты изменяется в широком диапазоне значений, отклоняясь от базового варианта до 54 %. Совершенствование технико-экономической оценки и выбора проектных решений по свайным фундаментам зданий заключается в создании дополнительных баз данных по строительным конструкциям, машинам и механизмам; разработке методического и программного обеспечения для использования соответствующих баз данных в формировании и оценке проектных решений по свайным фундаментам; создании

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №1 (105) 2012 СОЦИОЛОГИЧЕСКИЕ И ЭКОНОМИЧЕСКИЕ НАУКИ

СОЦИОЛОГИЧЕСКИЕ И ЭКОНОМИЧЕСКИЕ НАУКИ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №1 (105) 2012

Таблица 1

Сопоставление стоимости погружения свай бурозабивным способом, руб.

Размеры свай Стоимость погружения по старому методу (независимо от грунта) Вид грунта

Пылевато- илистые Супеси и суглинки Пески пылеватые Пески мелкозернистые средней плотности Пески мелкозернистые плотные

Стоимость погружения свай по предлагаемому методу

40x40 см 1106,13 ббб,28 б75,28 775,87 821 ,бб 832,14

L = 7 м 100 % б0 % б1 % 70 % 74 % 75 %

40x40 см 790,20 б12,51 б18,72 707,93 7б7,89 775,43

L = 5 м 100 % 78 % 78 % 90 % 97 % 98 %

50x50 см 1406,84 б79,12 б70,11 813,53 81б,49 822,б9

L = 7 м 100 % 48 % 48 % 58 % 58 % 58 %

50x50 см 1406,84 б47,37 б53,57 79б,55 801,42 810,58

L = б м 100 % 4б % 4б % 57 % 57 % 58 %

50x50 см 897,87 б43,53 б45,15 78б,80 792,5б 795,3б

L = 5 м 100 % 72 % 72 % 88 % 88 % 89 %

многофакторных математических моделей техникоэкономических показателей, что позволит задавать целевые функции при выборе способов погружения свай в вечномерзлые грунты [ 1].

Авторами разработана методика экономического обоснования способов погружения свай и выбора оптимального комплекта строительных машин и механизмов на основе современных информационных технологий. Суть методики состоит в использовании экономико-математических моделей, разработанных на основе емких баз данных о фактическом производстве свайных работ. Состав экономико-математических моделей определяется задачей выбора технологии производства работ по нескольким частным критериальным показателям. Например, в качестве частных критериев при оптимизации проектных решений при производстве свайных работ приняты следующие показатели: продолжительность работ (Г, дни); удельные энергозатраты (Э, Вт.ч/м3); трудоемкость работ (О, чел-смен/м3); себестоимость работ (С, руб./м3).

По опыту производства работ на объектах промышленного и гражданского строительства систему предпочтений следует выбрать таким образом, что коэффициенты веса частных критериев соотносятся между собой следующим образом: ат=аЭ=аС=ад. Но могут быть и исключения, когда предпочтение приходится отдавать двум или даже одному частному критерию.

Нахождение оптимального варианта производства строительных работ можно свести к процессу уменьшения (или увеличения) некоторого единого критерия (обобщенной целевой функции 2), являющегося функцией частных критериев. В соответствии с рекомендациями авторов можно применить два способа задания обобщённой целевой функции Z = / (Г, Э, О, С). В свою очередь, Г, Э, О, С являются нелинейными.

Первый способ — по заданной системе предпочтений частных критериев с учетом ат+аЭ+аС+аО=1. Предложенная для такого случая формула имеет вид:

■7 Ті Зі Сі Qi

Z1 = aT t + ae^ + + a°Q ■

(1)

где Т ' Э' С 'О — средневзвешенные значения частных критериев.

Необходимость введения коэффициентов веса частных критериев объясняется тем, что в реальных условиях одни из частных критериев могут высту-

пать в качестве определяющих, другие — в качестве второстепенных. При этом значение частного критерия, переведенное в безразмерную шкалу желательности, может принимать значения в интервале от нуля до единицы.

Второй способ — без системы предпочтений частных критериев. В этом случае обобщенная целевая функция имеет следующий вид:

aT ■

T + 3 -ст Зі - Э + 3 -сэ ----------- + аэ~---------------Э +

+ ос

С

i

0"т

С + 3 ■ сС

сС

+ аЕ

сЭ

Qi - Q + 3 ■ SQ

sQ

(2)

где от, ос, oQ — среднее квадратическое отклонение частных критериев.

Все изложенное позволяет использовать алгоритм многокритериальной оптимизации не только для оптимизации других сложных технологических процессов, но и для выбора эффективных инвестиционных проектов. Для нахождения целевой функции при многокритериальной оптимизации авторами разработана программа «Special». Она может быть использована как в системе автоматизированного проектирования, так и в автономном режиме.

Все перечисленные показатели в той или иной степени зависят от продолжительности бурения скважин и погружения свай. Последние зависят от вида и температуры грунта, от глубины и способа погружения свай. Для расчёта продолжительности погружения свай и бурения скважин в мёрзлых грунтах необходимо было собрать и систематизировать информацию по различным способам погружения свай, создать базы данных по результатам натурных испытаний, машинам и механизмам для бурения скважин и забивки свай, разработать модель выбора из базы данных комплекта машин для производства свайных работ и построить многофакторные математические модели технико-экономических показателей погружения свай под конкретные условия строительства. Модели должны быть пригодны для использования их в оптимальном организационнотехнологическом проектировании.

Особенности производства свайных работ на вечномерзлых грунтах обусловлены физико-механическими характеристиками этих грунтов. В ненарушенном состоянии они обладают высокой несущей

Таблица 2

Перечень показателей, фиксируемых при натурных испытаниях забивки свай

Показатели Обозначение Поле

Вид сваи Вид Vid

Размер (диаметр) сваи, мм А A

Способ погружения СП Sp

Глубина погружения, м Нп Hp

Продолжительность бурения, ч Тб Tb

Продолжительность установки сваи, ч Ту Tu

Продолжительность погружения сваи, ч Тп Tp

Глубина бурения, м Нб Hb

Вид грунта Грунт Gr

Средневзвешенная температура грунта, град Тг Tg

Расчетное сопротивление грунта, 10 МПа Я R

Марка машины для бурения скважин МБ MB

Марка машины для погружения свай МП MP

Цена машино-часа, руб. См Cm

Стоимость погружения, руб. Сп Cp

Таблица 3 Таблица 4

Модель продолжительности погружения Модель продолжительности погружения

бурообсадных и буроопускных свай для ударно-канатного погружения свай

Уравнение регрессии Значимость переменной, %

Тп = - 1,648545

- 59,72559 x Cod 42,08

+ 3,057497 x Cod x R 40,90

- 11,72465 x Cod x Тг 10,79

+ 0,060005 x R x Нп 4,49

+ 0,6807369 x Нб 1,74

Уравнение регрессии Значимость переменной, %

Тп = + 74,36731

- 7,820662 х К 43,72

+ 0,8358435 х К х Нп 33,51

- 0,6090681 х Нп2 10,67

+ 0,07251121 х К 2 7,80

+ 2,285166 х Тг х Нп 2,69

- 0,2343071 х Нб 2 0,98

- 0,9616015 х Тг х Нб 0,63

способностью. Поэтому при производстве свайных работ мерзлые грунты необходимо максимально сохранять в их естественном состоянии. «Вмерзание» свай, то есть смерзание их поверхности с грунтом, обеспечивает высокую несущую способность свай при относительно малых глубинах их погружения. Учитывая, что вечномерзлые грунты подразделяются на твердомерзлые (низкотемпературные) и пластичные (высокотемпературные, не ниже — 1°С), рассматриваются методы производства свайных работ в зависимости от состояния грунтов.

Систематизация технических и экономических показателей применения строительных машин для буровых и свайных работ, информация по результатам натурных испытаний необходимы для построения многофакторных экономико-математических моделей, которые бы при учете реальных условий погружения свай позволяли более точно рассчитывать основные технико-экономические показатели производства буровых и свайных работ. В табл. 2 нами предлагается необходимый и достаточный перечень таких показателей.

В табл. 3 приведена модель продолжительности погружения буроопускных и бурообсадных свай, полученная на выборке из 72 результатов натурных испытаний по погружению свай при строительстве в Магаданской области. Глубина погружения свай

варьировалась от 4,5 до 12 м, средневзвешенная температура грунта изменялась от —0,1 до —2,2 оС.

Обратим внимание, что из названного в табл. 3 значительного числа показателей в модель в качестве значимых вошли всего 6 показателей, но они позволяют объяснить 98,97 % вариации результирующего показателя Гп. Коэффициент множественной корреляции превышает 0,9948, а стандартная ошибка оценивается в 1,43 %. Все это характеризует хорошую сходимость модели с экспериментальными данными.

На основе подобных моделей представляется возможным строить рабочие графики зависимостей между результирующим показателем и любым из входящих в уравнение фактором. Так, на рис. 1 представлен графический вид зависимости продолжительности погружения буроопускных и бурообсадных свай от глубины их погружения.

Иным зонам Севера и другим условиям производства работ отвечает модель продолжительности погружения свай, приведенная в табл. 4. Она получена на выборке из 138 результатов натурных испытаний при строительстве Якутской ГРЭС, а также домов в Магадане и Норильске.

Полученная модель столь же высокого качества, что и предыдущая. Действительно доля объясненной

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №1 (105) 2012 СОЦИОЛОГИЧЕСКИЕ И ЭКОНОМИЧЕСКИЕ НАУКИ

СОЦИОЛОГИЧЕСКИЕ И ЭКОНОМИЧЕСКИЕ НАУКИ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №1 (105) 2012

1> %

/

/ /у 'А

У * ^

/: /у

* /

5^. 6 / //

/ / /

Сваи бурообсадные

1 - при Тг = -0,35; К = 25 и Нб = = 7,9 1 - при Тг = 1 2; К = 11,5 и Нб = 2,3

4 - при Г = -2,2; К = 11,5 и Нб = 3,7 2 - при Тг = ,2; 0, - = 25 и Нб = 1,4

Сваи буроопускные 3 - при Тг = ,2; 0, - =25 и Нб = 1,4

2 - при Г = -0,35; К = 30 и Нб = 10 4 - при Тг = -0,35; К = 25 и Нб = 7,9

3 - при Тг = -2,2; К = 11,5 и Нб = 4,6 5 - при Тг = -0,1; К = 11,5 и Нб = 0

6 - при Тг = -0,2; К = 11,5 и Нб = 1,4

Рис. 2. Зависимость продолжительности погружения свай от глубины погружения для ударно-канатного метода

Г рафическая зависимость продолжительности погружения свай для прямой их забивки от глубины погружения, построенная с использованием приведенных в табл. 5 моделей, показана на рис. 3. Как видим, другой способ производства работ и иные условия определили свой характер зависимости, отличный от рассмотренных ранее.

В табл. 6 приведена многофакторная математическая модель продолжительности бурения скважин для установки свай. Она построена на выборке из 172 результатов натурных испытаний по погружению свай при строительстве мостов через реки Се-тесьму и Амгу в Магаданской области и домов в Магадане, Норильске, Воркуте. Глубина погружения свай варьировалась от 4,5 до 16 м, средневзвешенная температура грунта изменялась от -0,1 до -2,2 оС.

Доля объясненной вариации модели составляет 96,98 %, коэффициент множественной корреляции -0,9848, а стандартная ошибка - 1,78 %.

Зависимость продолжительности бурения скважин для свай от глубины бурения показана на рис. 4.

Подсистема экономического обоснования способов погружения свай создана открытой, т.е. предусматривает возможность многовариантности и корректировки. При обосновании вариантов проектных решений в подсистеме предусмотрена возможность использования баз данных по строительным машинам и механизмам, а также баз справочной информации, результатов натурных испытаний и многофакторных математических моделей для расчета выходных технико-экономических показателей. Предлагаемый и реализованный алгоритм экономического обоснования способов погружения свай в грунт показан на рис. 5.

Таким образом, проведенные авторами исследования позволили:

1. На основе результатов натурных испытаний по погружению свай создать многофакторные математические модели технико-экономических показателей для ударно-канатного погружения, прямой забивки свай, бурообсадных, буроопускных

Рис. 1. Зависимость продолжительности погружения свай от глубины их погружения

18

°

1 ""г

1 - при Г = - 0,4 и К = 9,5;

2 - при Гг = - 0,3 и R = 10

Рис. 3. Зависимость продолжительности погружения от глубины погружения для прямой забивки свай

вариации здесь составляет 97,79 %, коэффициент множественной корреляции - 0,9888, а стандартная ошибка равна 0,93 %.

Построенная на основе этой модели графическая зависимость представлена на рис. 2. Как видим, характер зависимостей отличается от полученной по предыдущей модели.

В табл. 5 приведена математическая модель продолжительности погружения свай для прямой их забивки. Уравнение получено на выборке из 68 результатов натурных испытаний при строительстве железной дороги Ягельная - Уренгой. Глубина погружения свай варьировалась от 8 до 14 м, средневзвешенная температура грунта изменялась от -0,1 до -0,4 оС. Грунты оттаивались с помощью паровых игл. Статистические оценки качества модели близки к оценкам предыдущей модели.

Таблица 5

Модель продолжительности погружения свай для прямой их забивки

Уравнение регрессии Значимость переменной, %

Тп = + 5,729170

+ 0,03020875 х Нп2 66,16

+ 0,1509756 х К 20,19

- 2,839043 х Тг 13,65

Таблица 6

Модель продолжительности бурения скважин для установки свай

Уравнение регрессии Значимость переменной, %

Тб = - 52,45819

+ 16,25725 х К 56,86

- 0,3680823 х К2 24,85

- 0,0002389865 х А2 17,15

+ 0,001876839 х А х Нб 1,14

1 - при Гг =

2 — при Г

3 — при Гг =

4 — при Гг

Не------->

-0,35; Д = — 0,35; Д -2,2; Д = -0,1; Д =

1

2

3 "7"*

27.5 и А = 600 = 25 и А = 600

11.5 и А = 600

7.5 и А= 450

Рис. 4. Зависимость продолжительности бурения скважин от глубины бурения

информации

Ввод исходных данных для формирования модели способов погружения свай

Создание модели обоснования способа погружения свай

Формирование расчётной ■ схемы технологии погружения свай в грунт

I

Подготовка данных для расчёта параметров технологии погружения свай в грунт

Формирование возможных вариантов погружения свай в грунт в суровых климатических условиях

Выбор из базы данных машин и

механизмов для производства

База справочной свайных работ

Нет

Создание технологических схем, карт и проектов производства свайных работ

I

Разработка рекомендации по применен ию технологических схем, карт и проектов производства свайных работ

Увязка данной

► модели с

другими

составляющими

комплексного

процесса

Расчёт технико-экономических показателей процесса погружения свай в грунт

Расчёт значения целевой функции и выбор лучшего способа погружения свай

База данных по строительным материалам , конструкциям, маш инам и механизмам

Рис. 5. Алгоритм экономического обоснования способов погружения свай

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №1 (105) 2012 СОЦИОЛОГИЧЕСКИЕ И ЭКОНОМИЧЕСКИЕ НАУКИ

СОЦИОЛОГИЧЕСКИЕ И ЭКОНОМИЧЕСКИЕ НАУКИ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №1 (105) 2012

свай и разработать методику их использования для обоснования проектных решений фундаментов.

2. Систематизировать показатели строительных машин для свайных работ, создать соответствующие базы данных и автоматизировать процесс выбора марок машин и механизмов для использования при технологическом проектировании. Это позволяет подбирать оптимальные комплекты машин и механизмов для погружения свай.

3. Разработать алгоритм выбора оптимального варианта машин для погружения свай с использованием информации базы данных. На основе алгоритма создать программное обеспечение и качественно улучшить процесс формирования и оценки вариантов производства свайных работ за счет автоматизации расчетов и использования баз данных по машинам и механизмам. Снизить трудоемкость расчетов на 30 -35 %, а их себестоимость - на 15-20 %.

Библиографический список

1. Есина, Н. Оценка ОТН работы строительных машин при производстве свайных работ в мерзлых грунтах / Н. Есина, С. Кузнецов, И. Чулкова // Строительные и дорожные машины. - 2008. - № 8. - С. 11-14.

ДЕМИДЕНКО Ольга Владимировна, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры ком-

мерции, маркетинга и рекламы Омской гуманитарной академии.

Адрес для переписки: dovanddms@yandex.ru ЕСИНА Наталья Анатольевна, кандидат экономических наук, доцент кафедры «Технология, организация и экономика строительства» Сибирского государственного университета путей сообщения, г. Новосибирск.

Адрес для переписки: nata_esina73@mail.ru КУЗНЕЦОВ Сергей Михайлович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Технология, организация и экономика строительства» Сибирского государственного университета путей сообщения, г. Новосибирск. Адрес для переписки: ksm56@yandex.ru СЕРОВ Михаил Юрьевич, соискатель кафедры «Технология, организация и экономика строительства» Сибирского государственного университета путей сообщения, г. Новосибирск.

Адрес для переписки: serov_m@mail.ru ТИТОВ Михаил Михайлович, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры «Технология строительного производства» Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета.

Адрес для переписки: agd_tmm48@mail.ru

Статья поступила в редакцию 13.09.2011г.

© О. В. Демиденко, Н. А. Есина, С. М. Кузнецов,

М. Ю. Серов, М. М. Титов

УДК 338.465.2 с. В. КОНДРАТЮКОВ,

Е. С. СТАУРСКИЙ

Омская академия МВД России

ОСОБЕННОСТИ МАРКЕТИНГА ОХРАННЫХ УСЛУГ_____________________________________

Обеспечение конкурентоспособности организации на рынке складывается на основе процесса оказания услуг потребителям. В данной работе авторы рассмотрели специфику оценки конкурентоспособности услуг. Предложена маркетинговая модель услуги, которая позиционируется на рынке. Имеется классификация параметров охранных услуг.

Ключевые слова: рынок, конкурентоспособность, охранные услуги, маркетинг, потребительские свойства.

К новым отечественным рынкам, возникшим с начала реформ, можно смело отнести рынок охранных услуг. Частные охранные организации, составляющие основу данного рынка, сегодня предлагают широкий спектр услуг, предназначенных для защиты хозяйственной деятельности, всех видов собственности, а также жизни граждан. В условиях нестабильной экономики спрос на охранные мероприятия объективно растет, что связано с увеличением количества рисков различной природы, которые способны принести значительный ущерб как юридическим, так и физическим лицам.

В связи с этим появляется необходимость совершенствования маркетинговой деятельности частных охранных организаций для более полного удовлетворения возрастающего спроса на защитные мероприятия.

Что, в свою очередь, невозможно осуществить без точного позиционирования охранных услуг на ры-

нке, предопределяющего уровень конкурентоспособности охранной организации.

Авторы статьи исходит из того, что обеспечение конкурентоспособности организации на рынке, складывается на основе процесса оказания услуг потребителям. При этом показатели организации разрабатываются и оцениваются в виде заданных и реальных функций конкурентоспособности, а набор параметров услуг формируется при непосредственном взаимодействии с потребителями.

Таким образом, прослеживается неразрывная экономическая связь между оказанием конкурентоспособных услуг и формированием конкурентоспособности организации, после их предоставления.

Влияние качественных и ценовых параметров услуг на конечные результаты деятельности организации неоднозначно и формализовать напрямую по-