Специальность: 05.23.11 - Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Омск - 2011
Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)»
– доктор технических наук, профессор
Научный руководитель Столбов Юрий Викторович доктор технических наук, профессор
Официальные оппоненты:
Шестаков Владимир Николаевич кандидат технических наук, доцент Кусков Владимир Николаевич – Алтайский государственный технический
Ведущая организация университет им. И. И. Ползунова
Защита состоится 1 декабря 2011 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.250.01 ВАК РФ при ФБГОУ ВПО «Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)»
по адресу: 644080, г. Омск-80, проспект Мира, 5, СибАДИ, ауд. 3124.
Телефон для справок/факс: 8(3812) 65-03-23.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СибАДИ.
Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять в адрес диссертационного совета академии.
Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор Т.В. Боброва
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность Одним из основных показателей качества современного строительства является геометрическая точность возведения конструкций сооружений.
Поэтому возникает необходимость обоснования допусков на их геометрические параметры.
При выполнении отдельных видов работ возникают погрешности, оказывающие влияние на точность геометрических параметров конструкций сооружений и их надежность. В СНиП 3.06.03-85 «Автомобильные дороги»
приведены допускаемые отклонения при приемке завершенных процессов устройства конструктивных слоев дорожных одежд без разграничения их на строительные и разбивочные работы (детальную разбивку и контрольные геодезические измерения в процессе строительства и приемки).
Для качественного строительства сооружений необходимы обоснованные допуски точности при выполнении отдельных видов работ.
Решение этой задачи возможно путем разработки совершенных методик расчета технологических допусков и назначения норм точности на различные операции и процессы.
Несмотря на ряд исследований, выполненных в нашей стране и за рубежом, вопросы расчета и назначения обоснованных допусков точности на строительные и разбивочные работы в процессе возведения сооружений, в том числе и автомобильных дорог, решены недостаточно. Технологические допуски на отдельные виды работ, рассчитанные по известным методикам, не учитывают действительный уровень точности устройства конструктивных слоев дорожных одежд, а также принятия доверительной вероятности при оценке их качества.
Необходимо совершенствование методик расчета технологических допусков и назначения норм точности на строительные и разбивочные работы, способствующих снижению их трудоемкости и повышению качества строительства дорожных одежд.
Целью работы является обоснование технологических допусков при устройстве конструктивных слоев дорожных одежд для обеспечения их заданного высотного положения, способствующих повышению качества строительства.
Объектом исследования являются геометрические параметры конструктивных слоев дорожных одежд.
исследования - точность высотного положения конструктивных слоев при устройстве дорожных одежд.
Научная новизна:
– разработана методика расчета допусков на строительные и разбивочные работы с применением метода «с учетом точности технологического процесса» устройства конструктивных слоев дорожных одежд;
– предложена методика назначения точности строительных и разбивочных работ с учетом принятия доверительной вероятности при оценке качества устройства конструктивных слоев дорожных одежд;
– обоснованы допуски на строительные и разбивочные работы при устройстве дорожных одежд для различных коэффициентов точности технологического процесса устройства конструктивных слоев, интервалов шага нивелирования и принятия доверительной вероятности оценки их качества;
– даны рекомендации по обеспечению точности высотного положения конструктивных слоев дорожных одежд.
Методика исследования. Для решения поставленных задач использованы: теория погрешностей измерений; теория математической обработки измерений; теория вероятностей и математическая статистика;
теория надежности; современные методы технологии и организации строительства автомобильных дорог.
Достоверность научных исследований и выводов обеспечивается репрезентативностью статистических выборок случайных величин, подтверждается методологической базой исследований, основанной на фундаментальных и достоверно изученных положениях, достаточным объемом экспериментальных данных, полученных на конкретном объекте, проверкой принятой гипотезы с доверительной вероятностью P 0,95.
Измерения высотного положения поверхности конструктивных слоев дорожных одежд при проведении экспериментальных работ выполнены с использованием современных геодезических приборов, методика выполнения работ и метрологическое обеспечение которых хорошо изучены, определены и отражены в нормативных документах. Разработанные рекомендации реализуются на производстве, что подтверждается актом внедрения.
Практическая значимость работы состоит в назначении обоснованных технологических допусков для обеспечения высотного положения конструктивных слоев дорожной одежды, способствующих повышению качества строительства.
На защиту выносится:
– методика расчета допусков на строительные и разбивочные работы с применением метода «с учетом точности технологического процесса»
устройства конструктивных слоев дорожных одежд;
– методика назначения точности строительных и разбивочных работ с учетом принятия доверительной вероятности при оценке качества устройства конструктивных слоев дорожных одежд;
– результаты исследований точности высотного положения конструктивных слоев дорожных одежд;
– допуски на строительные и разбивочные работы для обеспечения заданного высотного положения конструктивных слоев дорожных – рекомендации по обеспечению точности высотного положения конструктивных слоев дорожных одежд.
Реализация результатов исследований. Исследования выполнены в рамках госбюджетной темы «Совершенствование методов проектирования строительства и эксплуатации автомобильных дорог». Соискатель являлся непосредственным исполнителем темы. Результаты исследований используются в ОАО «ДРСУ» г. Сургута и в учебном процессе ФБГОУ ВПО СибАДИ.
Апробация работы: результаты исследований докладывались: на III Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Развитие дорожно-транспортного комплекса и строительной инфраструктуры на основе рационального природопользования», г. Омск, 2008 г. (1 доклад); на IV Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Развитие дорожно-транспортного комплекса и строительной инфраструктуры на основе рационального природопользования», г. Омск, 2009 г. (1 доклад); на V Международной выставке и научном конгрессе «ГЕО-Сибирь-2009», г. Новосибирск, 2009 г. (1 доклад); на Международной научно-практической конференции, посвященной 90-летию Белорусского национального технического университета, г. Минск, 21-22 октября 2010 г. ( доклад).
Публикации. Результаты опубликованы в 7 работах, в т. ч. 2 в журнале, рекомендованном ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4-х разделов, заключения и основных выводов и содержит страниц текста, включающего 38 таблиц, 21 рисунок, список использованной литературы из 115 наименований, в т. ч. 4 на иностранных языках, и приложения на 23 страницах.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении излагаются цель и основные положения диссертационной работы, дана общая оценка состояния вопроса обоснования и обеспечения точности дорожно-строительных и геодезических работ.
В первом разделе рассматривается существующая система допусков на геометрические параметры в строительстве. Приведены функциональные допуски, обеспечивающие эксплуатационные свойства дорожной одежды, и технологические, обеспечивающие точность строительных и геодезических работ (разбивки и контроля).
Выполненный анализ учебной и технической литературы в дорожной отрасли показал, что вопросам проектирования и строительства автомобильных дорог уделяется значительное внимание со стороны многих ученых и специалистов производства. В нормативных документах по строительству автомобильных дорог недостаточно отражены вопросы точности строительных и разбивочных работ при устройстве конструктивных слоев дорожных одежд. В этих документах приведены допуски на законченные строительством конструкции или их элементов, а нормы точности на отдельные операции и виды работ отсутствуют.
Точность строительных и разбивочных работ следует рассчитывать, исходя из допусков, приводимых в нормативных документах.
технологических допусков, назначения и обеспечения точности строительных и разбивочных работ, контрольных геодезических измерений при устройстве оснований и покрытий автомобильных дорог, обеспечивающих их заданное высотное положение.
Во втором разделе выполнен анализ действующих методик расчета и назначения точности строительных и геодезических работ, которые могут быть применены при строительстве автомобильных дорог. Предложены методики расчета допусков и назначения норм точности на строительные, разбивочные работы и контрольные измерения, с учетом точности технологических процессов устройства конструктивных слоев дорожных одежд и принятия доверительных вероятностей при оценке качества их выполнения.
В подразделе 2.1 анализируются методики расчета и назначения норм точности на отдельные виды работ с применением методов: «равного влияния», «ничтожного влияния» на окончательное положение конструкции, «по заданной доверительной вероятности строительного допуска» и «с учетом точности технологических процессов» возведения сооружений.
Методы расчета точности строительных и разбивочных работ при возведении сооружений изложены в трудах: Г.Г. Асташенкова, А.А.
Белятынского, Н.Г. Видуева, А.А. Визгина, С.П. Войтенко, В.Н. Ганьшина, В.А. Коугия, И.В. Лапицкого, Г.П. Левчука, А.Ф. Лютца, Н. Н. Маркова, С.И.
Матвеева, И.М. Репалова, Ю.В. Столбова, С.Ю. Столбовой, В.С. Сытника, Г.А. Уставича, Г.А. Федотова, Г.П. Хохлова, Т.Т. Чмчяна, В.В. Щербакова и др.
Расчет точности строительных и разбивочных работ при возведении сооружений с применением методов «равного влияния» и «ничтожного влияния» их на окончательное положение конструкции является приближенным и весьма условным. При применении этих методов расчета точности не учитываются действительные соотношения погрешностей строительных и разбивочных работ.
При методе расчета точности «по заданной доверительной вероятности строительного допуска» не учитывается доля ошибочно не принятых работ и не берется во внимание уровень технологии строительного производства, т.е.
исходят только из надежности оценки допусков завершенных строительством конструкций или их элементов. Но в строительстве возведение конструкций осуществляется разными методами, которые обеспечивают различную точность. В этом методе расчета допусков не учитывается точность технологических процессов строительного производства. Он, по существу, схож с методом расчета «ничтожного влияния».
Применение метода расчета допусков на строительные и разбивочные работы в процессе строительства «с учетом точности технологических процессов» целесообразно на всех этапах возведения сооружений.
Коэффициент точности технологического процесса Т П вычисляется по выражению где Н – нормируемая предельная допустимая погрешность строительства;
тех – среднеквадратическое отклонение результатов технологического процесса, которое определяется после обработки исполнительных съемок законченных строительством конструкций или их конструктивных элементов.
Предельную допустимую погрешность контрольных геодезических измерений К можно рассчитать по значению коэффициента точности контроля Т К, определяемого по выражению где Н – нормативный допуск погрешности строительства.
Тогда предельная допустимая погрешность контрольных геодезических измерений в процессе строительства определяется по выражению Контрольные геодезические измерения и разбивочные работы, выполняемые в процессе строительства сооружений, являются составной частью технологического процесса. При возведении сооружений влияние погрешностей разбивочных работ на распределение технологических погрешностей на границах поля допуска будет аналогично влиянию погрешностей контрольных измерений. Поэтому метод расчета допусков «с учетом точности технологического процесса» может быть применен не только для определения необходимой точности контрольных измерений в процессе возведения сооружений, но и для расчета точности разбивочных работ.
В подразделе 2.2 изложены методики расчета и назначения допусков на строительные, разбивочные работы и контрольные геодезические измерения в дорожном строительстве, с учетом точности технологических процессов устройства конструктивных слоев дорожных одежд и принятия доверительной вероятности оценки их качества.
Для сравнения рассмотрены примеры расчета допусков на строительные и разбивочные работы при строительстве автомобильных дорог с применением методов «равного влияния», «ничтожного влияния» и метода «с учетом точности технологического процесса» устройства конструктивных слоев дорожной одежды.
Результаты расчета допусков на контрольные геодезические измерения и разбивочные работы при возведении сооружений могут быть приняты в качестве исходных при обосновании необходимой точности строительных работ и обеспечении заданного высотного положения конструктивных слоев дорожной одежды.
технологического процесса Т П и вероятной величине выхода их погрешности за границу поля допуска С.
В процессе устройства конструктивных слоев дорожных одежд при расчете точности строительных и разбивочных работ, для обеспечения заданного их высотного положения, могут быть применены разные методы расчета допусков. Однако, метод расчета допусков на строительные и разбивочные работы «с учетом точности технологического процесса»
устройства оснований и покрытий имеет ряд преимуществ, которые отмечались выше.
Согласно СНиП 3.06.03-85, при осуществлении приемочного контроля, следует проверять соответствие фактических значений проектным по параметрам, приведенным в обязательном приложении 2. В этом приложении приведены параметры, используемые при оценке качества строительномонтажных работ и условий их оценки на «хорошо», когда не более 10% отклонений могут быть выше нормируемых, и на «отлично», – не более 5% отклонений могут быть выше нормируемых.
При расчетах и назначении точности разбивочных и строительных работ возникает необходимость перехода от нормативных допустимых отклонений (предельных погрешностей) к среднеквадратическим погрешностям. Учитывая эти требования, предложено при назначении норм точности (среднеквадратических погрешностей) на строительные и разбивочные работы с доверительными вероятностями P 0,90 и P 0, рассчитывать их по выражению где Н – предельная допустимая погрешность высотного положения оснований и покрытий автомобильных дорог;
t – нормируемый множитель; при P 0,90 будет t 1,645, а при P 0,95 будет t 2,0.
Рассмотрена методика расчета допусков для геодезического контроля и разбивочных работ с учетом достигнутого уровня точности технологического процесса устройства конструктивных слоев дорожных одежд.
Для определения предельной погрешности контрольных измерений необходимо установить значение коэффициента точности геодезического контроля ( Т К ) процесса устройства оснований и покрытий автомобильных дорог. Исходными для его определения являются коэффициент точности технологического процесса ( Т П ) устройства оснований и покрытий, а также значения вероятной величины выхода погрешности за границу поля допуска.
Значение коэффициента точности геодезического контроля можно выбрать из таблицы, приведенной в работе Ю. В. Столбова «Статистические методы контроля качества строительно-монтажных работ, составленной по результатам численного интегрирования вероятностей появления ошибочно принятого результата ( К П ) и ошибочно забракованного результата ( К Н ).
Коэффициент точности технологического процесса ( Т П ) можно рассчитать по результатам данных исполнительных съемок поверхностей оснований и покрытий, ранее завершенных строительством дорожных одежд.
На стадии проектирования строительства, когда неизвестен уровень технологии устройства оснований и покрытий, коэффициент точности технологического процесса ( Т П ) можно назначать априори.
При расчете допусков на разбивочные работы назначение величины С необходимо осуществлять с учетом отечественной и мировой практики предъявления требований к качеству продукции. В строительных нормах стран экономической взаимопомощи (СЭВ), которые действовали в СССР, и многие из которых действуют и в настоящее время в нашей и других странах, погрешность измерений установлена в пределах 10% от допуска Н.
Вероятная величина С выхода за границу поля допуска у ошибочно принятых конструкций будет равна или меньше 10% при следующих значения коэффициентов точности:
Тогда подставив значения Т К в выражение (2), получим значения допустимых предельных погрешностей контрольных измерений при выполнении строительных работ:
С учетом этих требований, рассчитанные нормы точности на разбивочные работы приведены в таблице 1.
Приведены примеры расчета точности строительных и разбивочных работ разными методами при устройстве оснований и покрытий автомобильных дорог для обеспечения их высотного положения (амплитуд – алгебраических разностей вертикальных отметок) без автоматической системы их задания для дорог I, II и III категорий.
Значения среднеквадратических погрешностей разбивочных работ m Г в процентах от допускаемых отклонений Доверительная СНиП 3.06.03-85 устанавливает предельное отклонение амплитуд вертикальных отметок конструктивных слоев при устройстве оснований и покрытий при шаге нивелирования через 5 м (без автоматической системы задания вертикальных отметок для дорог I, II и III категорий), равное Среднеквадратическая погрешность в высотном положении m Н конструктивных слоев при устройстве дорожной одежды взаимосвязана со среднеквадратическими погрешностями строительных работ mС и среднеквадратической погрешностью разбивочных работ m Г следующим образом:
Значение норм точности (предельных и среднеквадратических погрешностей) рассчитанных разными методами, приведены в таблице 2.
Анализ полученных результатов точности геодезического контроля, разбивочных и строительных работ с применением разных методов расчета показал:
1) при расчете методом «равного влияния» получены завышенные значения допусков на разбивочные работы и заниженные значения допусков на строительные работы, т.е. нормы точности на разбивочные работы занижены, а на строительные – завышены. Его можно применять при предварительных расчетах точности, так как он является приближенным и не учитывает действительного соотношения величин погрешностей отдельных производственных операций и 2) при применении метода «ничтожного влияния» значения допусков на разбивочные работы рассчитываются с учетом выполнения строительных работ с предельно допустимой погрешностью;
3) при налаженном строительном производстве, когда показатель точности Т П 1, расчет допусков методом «с учетом точности технологического процесса» позволяет снижать точность геодезических работ;
4) применение метода расчета допусков «с учетом точности технологического процесса» устройства конструктивных слоев дорожных одежд позволяет назначать наиболее обоснованные допуски для строительных и разбивочных работ;
5) дифференцированный подход к учету исходных показателей (коэффициента точности технологического процесса, шага нивелирования, доверительных вероятностей перехода от предельных погрешностей к среднеквадратическим) для нормирования точности строительных и разбивочных работ и оценки их качества, по завершению устройства конструктивных слоев дорожных одежд, позволяет снизить затраты на производство и повысить качество строительства.
Допуски на строительные и разбивочные работы, рассчитанные разными методами, для обеспечения высотного положения конструктивных слоев дорожных одежд (без автоматической системы задания вертикальных отметок, категория дороги I, II, III) Методы расчета с точности Р, вертикальных Строительные Разбивочные Точности технологического процесса устройства слоев дорожной В третьем разделе изложены исследования в течение 2007-2009 гг.
«