CC BY
166
УДК 69.059.62.002.5
ТЕХНОЛОГИЯ ВЕДЕНИЯ РАБОТ ПРИ ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОГРУЗЧИКОВ
С.В. Шатов, доцент, к.т.н., ИНСО, Л.А. Хмара, профессор, д.т.н., ПГАСА
Аннотация. Разработана методика определения количества погрузчиков на работах, связанных с устранением последствий стихийных бедствий и технология ведения работ в зависимости от результатов таких последствий.
Ключевые слова: стихийные бедствия, разрушенные здания, разборка завалов, погрузчики, количество погрузчиков.
Введение
В результате воздействия стихийных бедствий, таких как землетрясения, оползни, ураганы происходит разрушение промышленных сооружений, жилых зданий, транспортных и инженерных коммуникаций. В перечень работ по ликвидации этих стихийных бедствий входят спасательные и восстановительные работы.
Спасательные работы (СПр) включают обнаружение и извлечение пострадавших из завалов зданий. Восстановительные работы (ВСр) связаны с расчисткой территорий от полностью разрушенных зданий или, при их частичном разрушении, с их восстановлением. СПр и ВСр выполняют специальные подразделения министерств по чрезвычайным ситуациям. Они оснащаются техникой для проведения этих работ и, в первую очередь, машинами и оборудованием для разборки завалов (самоходными кранами, экскаваторами, бульдозерами, погрузчиками) [1, 2, 3, 4, 5]. К недостаткам техники, которая применяется для работ в таких экстремальных условиях, следует отнести невозможность ее одновременного применения из-за стесненных условий работы в завалах разрушенных зданий.
Анализ публикаций
Проблема, решаемая в данной статье, определяется противоречивой ситуацией, связан-
ная с одной стороны ростом вертикальных габаритов современных зданий, сооружений (увеличивается соответственно объем разрушенных элементов) при практически неизменных габаритах строительной площадки. Это затрудняет возможность применения узкоспециализированной техники для ведения СПр и ВСр, особенно с обеспечением выполнения фактора времени Тф, ограничивающего пребывание пострадавших в завалах.
Размеры завалов, их структура и конфигурация, как показали обследования, проведенные в Ленинакане, Кировокане, Спитаке и некоторых других пострадавших городах Армении [4, 5]зависели от: конструктивной схемы зданий; этажности; количества секций; применения строительных материалов; ориентации зданий по отношению к воздействию сейсмических волн. Структура разрушений, конфигурация и т.п. во многом зависит от размера стихийных бедствий, мощности. Детальное обследование хаотического нагромождения обломков стен, перекрытий, толонн, выявило определенные закономерности.
Здания высотой до 15 метров (в основном жилые пятиэтажные), ориентированные к воздействию сейсмических волн большей стороной, имели, в основном, одну горизонтальную линию разлома, расположенную приблизительно на 1/3 их высоты на уровне второго этажа. В результате воздействия горизонтальной составляющей сейсмических
волн нижние части колонн каркасов и стен зданий, судя по всему, разошлись на уровне линии разлома в стороны. Перекрытия и перегородки обрушились внутрь, а колонны каркаса и стены здания, расположенные выше уровня разлома, покрыли образовавшийся завал, разрушившись при падении. Получились образования высотой ниже линии разлома, напоминающие как бы корзину со стенками из колонн каркаса и фрагментов стен, заполненную различной крупности обломками и строительным мусором. Здания высотой от 15 до 30 м (в основном жилые девятиэтажные) имели несколько горизонтальных линий разлома, нижняя из которых находились также приблизительно на 1/3 их высоты.
Под воздействием вторичного фактора - динамического удара обрушившихся конструкций верхних этажей - эти завалы имели более хаотический вид. На вершине завалов от разрушенных многоэтажных домов часто встречались крупные фрагменты верхних этажей. Крупные фрагменты и элементы зданий объемом более 0,8 м3 размерами до 12x3x1 м, а также обломки бетонных, железобетонных и кирпичных конструкций размерами до 3x1,5x1 м ориентировочно состав-
Рис. 1. Распределение объема элементов разрушенных зданий по величине элементов: а - 5-этажного здания; б - 9-этажного здания
Обломки бетонных, железобетонных и кирпичных конструкций объемом 0,5-0,8 м3 со-
ставляли около 30 % , а размером до 400 мм и объемом 0,1-0,5 м3 - 40 %. На 20 % завалы состояли из строительного мусора. Анализ и сопоставление данных позволили выявить:
- при полном разрушении жилых зданий на каждую 1000 м3 их объема образовывалось от 350 до 200 м3 завала, а при разрушении промышленных зданий - от 50 до 20 м3;
- объем пустот к общему объему завала составлял 40 - 60 %, вследствие чего объемная масса завала изменялась от 1,5 до 1,7 т/м3. Наибольшая высота завала жилых зданий составила 1/7 - 1/5, а промышленных зданий 1/10 - 1/4 их высоты. Ориентировочные размеры завалов, например, девятиэтажного дома составляли: по объему 6 - 24 тыс. м3 (в зависимости от количества секций), по высоте у стен 6 - 10 м, по ширине (удаление от стен) 16 - 18 м СПр при ликвидации последствий стихийных бедствий направлены на обнаружение и извлечение пострадавших людей из завалов разрушенных зданий и сооружений.
Основное требование к СПр - фактор времени (Тф), так как безопасное нахождение людей (не имеющих ранений) под завалами составляет до 8 часов. Наиболее продол-жи-тельными работами являются поиск пострадавших под завалами и разборка завалов. Ускорить эти операции, а, следовательно, увеличить вероятность спасения людей, возможно применением современных поисковых систем и эффективной техники для разборки завалов, которая может заменить комплекс машин, находящихся в зонах завалов.
При разборке завалов, когда необходимо убрать часть обломков для извлечения людей, находящихся в завалах, при использовании экскаваторов с традиционным рабочим оборудованием требуется и грузоподъемная техника (краны) для подъема крупных обломков (Угр более 0,8 м3), которая не помещается в ковш экскаватора.
Организация работ при наличии такой техники заключается в последовательном сочетании работы экскаваторов 1Э и 2Э (рис. 2), оснащенных гидромолотом и обратной лопатой, и грузоподъемного крана 1К. Эти машины переносят обломки из зоны Р3 (разрушенное здание) в отвалы 1-1У. После уборки необходимых обломков экскаваторы после-
ляли только 10 % объема завала (рис. 1). а
Обломки менее 0,1м3
Обломки 0,1 ...0,5м3 Обломки 0,5...0,8м3
довательно перемещаются в зоны стоянки 3Э и 4Э, а кран - в зону 2К [4,5,7].
1э
Рис. 2. Схема расстановки и перемещения техники при разборке завалов разрушенного здания традиционной техникой на начальной стадии: 1ЭМ, 3ЭМ - одноковшовый экскаватор с гидромолотом; 2Э, 4Э - одноковшовые экскаваторы; 1К, 2К - автокраны; 1-1У - площадки-отвалы; 3 - здание; РЗ - разрушенное здание
К недостаткам существующей техники, применяемой для разборки завалов, следует отнести невозможность ее перемещений с поднятым грузом (обломками) от места разборки завала к транспортной технике для вывозки обломков, особенно, когда разрушено не одно здание, а несколько. В этом случае наиболее рационально применение одноковшовых фронтальных погрузчиков.
Цель и постановка задачи
Целью статьи является разработка и определение рациональной организации технологии СПр по разборке завалов разрушенных зданий и извлечению пострадавших с использованием погрузчиков.
Результаты исследований
При использовании для СПр и ВСр ведущих машин (самоходных кранов, экскаваторов) не исключается ручной труд, связанный в первую очередь с необходимостью строповки элементов разрушенных зданий и сооружений. При этом строповщики находятся в опасных зонах завалов, где возможны повторные обрушения зданий. Возникает необходимость использования для спасательных
отрядов погрузочного оборудования, обеспечивающего самостоятельный захват обломков и их перемещение в сторону или погрузку в транспортные средства.
Кафедрой «Строительные и дорожные машины» Приднепровской государственной академии строительства и архитектуры предложены и разработаны технологические схемы ведения работ по разборке завалов с использованием погрузчиков. Наиболее целесообразным является использование погрузочного оборудования с вместимостью ковшей 1,5 - 2 м3, так как анализ размеров элементов разрушенных зданий показал, что 70% разрушения приходится на элементы объемом 0,1 - 0,8 м3 [8, 9]. Погрузочное оборудование целесообразно применять на всех стадиях спасательных и восстановительных работ при ликвидации последствий землетрясений.
Такое оборудование обеспечивает работу в стесненных условиях завалов разрушенных зданий, уменьшает опасность нахождения спасателей в зонах завалов. Позволяет производить расчистку территории завала путем вывоза с нее обломков и их погрузку в транспортные средства. Особенно эти машины эффективны при разборке завалов при разрушении нескольких зданий. На рис. 3 представлена технология ведения работ при разборке завалов четырех зданий.
Сх Чу
Рис. 3. Схема расстановки и перемещения техники при начальном этапе разборки завалов нескольких разрушенных зданий: ЭМ - экскаватор с гидромолотом; Э - экскаватор с телескопической стрелой; П - погрузчик; 1-1Х - площадки-отвалы; З - здание; РЗ - разрушенное здание
Первоначально работы по разборке завалов выполняют экскаваторы 1ЭМ и 2ЭМ с гидромолотами для дробления крупных обломков разрушенных зданий, а также экскаватора 3Э с телескопической стрелой и захватом. Экскаватор 3Э может с небольшими маневрами последовательно производить расчистку зданий 31...34. При этом обломки укладываются на площадки-отвалы III, IV, VII, IX. Одновременно с работой экскаватора используется погрузчик 1П, который осуществляет захват обломков из зон II, III, V и производит их загрузку в транспортные средства 1А (самосвал). После частичной разборки завала РЗ1 расположение техники изменяется (рис. 4): экскаватор с гидромолотом 4ЭМ располагается на отвале IV, экскаватор 5Э устанавливается между отвалами I и II, а по грузчик 2П производит погрузку обломков из зон отвалов I, IV, VIII в автосамосвал 2А.
Такими последовательными маневрами осуществляется расчистка всех завалов разрушенных зданий.
Рис. 4. Схема расстановки и перемещения техники на промежуточном этапе разборки завалов нескольких разрушенных зданий
Методика определения количества погрузочной техники, необходимой для разборки завалов при СПр, включает расчет следующих показателей.
Число обломков (элементов) в завале
к У у
г гр I
п = е
гр/ ^
Ор
где к1 - коэффициент, учитывающий фракционный состав элементов разрушенного сооружения; Угр/ - объем элементов; уз -объемная масса завала, у 3 = 1,5 - 1,7 т/м3; Огр[ - масса обломков.
Время разборки экскаватором Тсщ средних по крупности обломков разрушенного здания
ьСПр
Т- кп е
' к,Ур у з Рс
^ I з О,
О
где Тц1 - продолжительность рабочего цикла погрузчика; к =0,7, т.к. обломки 0,1 - 0,8 м3 составляют 70% завала; кп - коэффициент, учитывающий подъем части элементов разрушенного здания при спасательных работах, кп = 0,3 - 0,5; Р01 - вероятность появления соответствующего груза (обломков).
Т = ТП+Т +2Т +Т
ц 1 под 1 пер 1 раз?
где ТП - время на поиск груза, который нужно поднять; Тпод - время подъема груза; Ттер -время перемещения груза; Траз - время разгрузки ковша.
Вероятность появления обломков определенной массы может быть представлена на основании теории массового обслуживания, как вероятность появления числа, событий для стационарных (Пуассоновских) потоков [6].
(11)п ., Р п ) = ^ в ' ,
1 ; п!
где п - число событий (грузов) в системе; X -интенсивность появления грузов; t - промежуток времени, в течении которого осуществляется событие.
Применительно к рассматриваемой задаче можно записать
Ро,
1
1 + е
т у
п= 1 (п - т)
где т - максимально возможное число обломков в завале; ¥ - коэффициент загрузки погрузчика.
/ ц,
т
где ц - интенсивность работы погрузчика.
TT- п
Y =
Т..
Для рассматриваемой задачи = 0,1 - 0,7. Количество погрузчиков ^спр (с учетом фактора времени на спасательные работы)
N,
СПр
T
Тф
где Т ф - минимальное время на разборку завала (фактор времени). Грузоподъемность погрузчиков выбирается по максимальной массе элементов разрушенного здания.
Выводы
Анализ характера разрушений зданий и сооружений в результате землетрясений показывает, что крупные обломки объемом более
0.8 м3 составляют 10% от объема завала. Наибольшее число обломков (70% от объема завала) имеет объем 0,1 - 0,8 м3. Обломки менее 0,1 м3 составляют 20 % от объема завала. Целесообразно применение погрузчиков, которые позволяют сократить число грузоподъемной техники и устранить необходимость в ручной строповке захватываемых обломков разрушенных зданий и сооружений. Разработанная методика позволяет определить необходимое число погрузчиков в зависимости от объема завала и крупности обломков зданий в условиях обеспечения фактора времени.
Литература
1. Голов Г.И. Демонтажные работы при ре-
конструкции зданий. - М.: Стройиздат,
1990. - 143 с.
2. Корт Д. и др. Организация работ по сносу
зданий / Пер. с нем. - М.: Стройиздат, 1985. - 115 с.
3. Пледжер Д. Техника сноса зданий / Пер. с
англ. - М.: Стройиздат, 1981. - 59 с.
4. Савинов Н.А., Поляков В.И., Бакин В.П.
Строительная техника на спасательно-восстановительных работах: извлечь уроки из стихийного бедствия в Армении // Механизация строительства. -1989. - №7. - С. 2 - 4.
5. Бакин В.П. Механизация на разборке зава-
лов // Механизация строительства. -1989. - №5. - С. 7 - 8.
6. Кудрявцев Е.М. Комплексная механиза-
ция, автоматизация и механовооружен-ность строительства. - М.: Стройиздат, 1989. - 246 с.
7. Никешин В.В., Кириллов Г.В. и др. Рабо-
чее оборудование зарубежных одноковшовых гидравлических экскаваторов для разработки мерзлых и скальных грунтов и разрушения сносимых конструкций // Обзорная информация. Сер. 1. - М.: ЦНИИТЭстроймаш. - 1985. -Вып. 3. - 40 с.
8. Хмара Л.А., Соколов И.А., Шатов С.В.
Блок-пакет высокоэффективных машин и оборудования для жилищно-коммунального хозяйства // Строительство. Материаловедение. Машиностроение / Сб. науч. труд. - Дн-ск: ПГАСиА. -2002. - Вып. 19. - С. 50 - 57.
9. Хмара Л.А., Соколов И.А., Шатов С.В. Ме-
ханизация работ и расчет потребности в грузоподъемных средствах при разборке разрушенных сооружений // Механизация строительства. - 2007. - №2. - С. 22 - 27.
Рецензент: Л.В. Назаров, профессор, д. т. н., ХНАДУ.
Статья поступила в редакцию 6 июня 2007 г.
