3 Монтажные и специальные работы
10Монтажные работы
10.1 Общие сведения о монтажных работах, их виды, методы
Монтаж строительных конструкций – это комплексный процесс возведения строительного сооружения или его части из готовых элементов, т.е. из конструкций заводского изготовления. Он предполагает взаимодействие трех звеньев строительного производства:
баз стройиндустрии, изготовляющих строительные конструкции или их элементы;
строительной площадки, превращающейся в сборочную площадку, на которой «собирается» сооружение;
транспортного хозяйства, обеспечивающего связь упомянутых выше звеньев.
Под монтажными работами в широком смысле понимается не только монтаж строительных конструкций, но и монтаж всевозможных трубопроводов, гидромеханического оборудования гидротехнических сооружений, технологическое оборудование предприятий промышленности и сельского хозяйства, включая электротехническое оборудование, контрольно-измерительные приборы и т.д.
Строительные конструкции (железобетонные, стальные и проч.) обычно монтируют организации общестроительного направления, которые чаще всего выступают в роли генподрядчиков. В связи с большими объемами таких работ термин «монтажные работы» часто употребляется в узком смысле, как монтаж только строительных конструкций. Технологическим же оборудованием, как правило, общестроительные организации не занимаются. От строителя требуется лишь обеспечение условий для монтажа такого оборудования, т.е. устройство для него помещений, фундаментов, постаментов, этажерок; установка анкерных болтов или других устройств для его крепления. Собственно монтаж технологического оборудования выполняется, как правило, субподрядными монтажно-технологическими организациями, специализированными на работах в конкретной отрасли народного хозяйства, например, в энергетике, в машиностроении, в нефтепереработке и т.д. Строитель лишь «сдает под монтаж» этим организациям свои фундаменты, постаменты и проч., дальнейшие же работы с технологическим оборудованием интересует строителя-генподрядчика лишь с чисто организационной точки зрения, т.е. как фактор, определяющий сроки ввода в эксплуатацию возводимого комплекса объектов.
В экономическом планировании понятие строительно-монтажные работы обычно подразумевает все виды работ, выполняемых на стройке, включая монтаж технологического оборудования. При оценке их стоимости исключаются лишь стоимость самого технологического оборудования, которое заказчик обычно оплачивает напрямую заводу-изготовителю. По этим причинам инвестиции (капиталовложения) рассматриваются как сумма двух видов затрат:
затрат на строительно-монтажные работы (СМР);
затрат на приобретение технологического оборудования.
При монтаже строительных конструкций, напротив, все вопросы приобретения конструкций принимает на себя строительная (строительно-монтажная) организация, которая сама выбирает поставщиков этих конструкций, ведет с ними денежные расчеты, организует их поставку напрямую, через посредников или УПТК, производит приемочный контроль доставляемых конструкций и изделий. Заказчик контролирует и оплачивает лишь конечный результат, т.е. окончательно возведенные (смонтированные) конструкции, всесторонне учитывая их надежность и возможность эксплуатации.
В настоящем пособии монтажные работы рассматривается применительно к условиям природообустройства, под ними понимается монтаж строительных конструкций, типичных для объектов природообустройства, монтаж трубопроводов, монтаж гидромеханического оборудования гидротехнических сооружений.
Доставка строительных конструкций и изделий на стройплощадку осуществляется чаще всего автомобильным транспортом, оборудованным для таких перевозок, с использованием при необходимости специальных прицепов (рисунок 69).
Рисунок 69 Типичные способы доставки конструкций автотранспортом:
а – бортовым автомобилем с двухосным прицепом, б – автомобилем-тягачем с полуприцепом-роспуском, в – то же с полуприцепом, г – фермовозом
При дальности доставки свыше 80…100км более экономичным становится железнодорожный транспорт. Доставка конструкций в труднодоступные районы нередко выполняется водным транспортом, а в особо сложных условиях – воздушным (вертолеты). При использовании любого вида транспорта необходимо стремиться к максимальному использованию его грузоподъемности.
Монтаж строительных конструкций представляет сложный высокомеханизированный процесс. Для подъема, перемещения и установки конструкции в проектное положение используются разнообразные монтажные краны и механизмы. На строительстве объектов природообустройства чаще всего применяются стреловые самоходные краны на гусеничном или пневмоколесном ходу, в том числе автокраны, реже башенные краны (рисунок 70).
Самоходные стреловые краны наиболее эффективны для сооружений небольшой высоты, но занимающих в плане значительные площади. Они удобны для монтажа подземных конструкций, в том числе фундаментов, подземных и надземных трубопроводов, облицовки каналов, монтажа лотков-каналов и т.д. Гусеничные краны по сравнению с пневмоколесными менее мобильны, но они более проходимы, более устойчивы и чаще всего приспособлены для монтажа более тяжелых конструкций. Автомобильные краны используются для монтажа легких конструкций и на погрузочно-разгрузочных работах. Они удобны при строительстве небольших сооружений располагающихся на значительных расстояниях друг от друга.
Башенные краны применяются для монтажа высоких сооружений, сравнительно небольших в плане. Они монтируются из отдельных секций непосредственно на стройплощадке, для чего большинство кранов укомплектованы специальными механизмами для самомонтажа. Иногда для этого используется дополнительный автокран. После завершения монтажных работ башенный кран демонтируется, переводятся в транспортное положение и перевозится на новое место работы. Башенные краны обычно имеют электрический привод и питаются от сети общего назначения напряжением 220 и 380В. Большинство башенных кранов – передвижные, перемещающиеся по рельсовым подкрановым путям.
При обустройстве территорий могут применяться и другие виды кранов (козловые, мачтово-стреловые, монтажные мачты и проч.), трубоукладчики, однако это бывает относительно редко, поэтому в данной главе они подробно не рассматриваются.
Монтаж строительных конструкций может выполняться по двум схемам:
монтаж «со склада»,
монтаж «с колес».
Монтаж «со склада» предполагает доставку конструкций сначала на приобъектный склад, т.е. открытую складскую площадку, откуда по мере необходимости эти конструкции доставляются непосредственно к месту монтажа и монтируются. В этом случае на стройплощадке должны быть оборудованы складские площадки, в момент прибытия конструкций должен быть кран и персонал для их разгрузки, а перед монтажом используется внутрипостроечный транспорт для доставки конструкций от складской площадки до
Рисунок 70 Схемы монтажных кранов, наиболее характерных для строительства объектов природообустройства:
а – башенный кран, б – стреловый на гусеничном ходу, в – стреловый на пневмоколесном ходу, г – автокран; 1 –ходовая часть, 2 – поворотная платформа, 3 – башня, 4 – стрела, 5 – базовая автомашина, 6 – гусек.
места монтажа. Для выполнения всех этих операций далеко не всегда удается обходиться одним краном.
Монтаж «с колес» (с транспортных средств) предполагает доставку конструкций непосредственно к месту монтажа, где они снимаются с транспортного средства непосредственно монтажным краном и сразу же устанавливаются в проектное положение. Не нужно ни складских площадок, ни дополнительных операций по доставке конструкций от склада до места монтажа.
Очевидно, что монтаж «с колес» более эффективен и по общим материальным затратам, и по трудоемкости, и по затратам времени. Однако, он требует очень высокого уровня организации труда, четкого взаимодействия поставщиков конструкций и монтажников. При такой схеме доставка конструкций должна производиться с точностью до нескольких минут, любые случайные помехи в работе (поломки машин, механизмов, негативные проявления «человеческого фактора» и проч.) должны надежно компенсироваться резервными средствами. Выполнение монтажа «с колес» всегда свидетельствует о хорошей организации труда, как на стройке, так и на предприятии, поставляющем монтируемые конструкции.
По упомянутым причинам, монтаж строительных конструкций ведется в основном «со склада», поэтому на стройгенплане необходимо предусматривать площадки для складирования монтируемых элементов. Такое складирование регулируется соответствующими нормативными документами (СНиП III-4-80* и др.), что частично уже рассматривалось в разделе 5.4.2 части I настоящего пособия. Особое внимание следует уделять правилам штабелирования длинномерных конструкций, иначе такие конструкции могут быть выведены из строя еще до монтажа. Согласно этим правилам, например, штабели должны располагаться на лежнях-подкладках из досок или брусьев (рисунок 71). Между рядами (ярусами) укладываются прокладки из досок (рисунок 71а), причем эти прокладки должны располагаться в тех же вертикальных плоскостях, что и лежни, т.е. строго одна над другой. Исключения составляют некоторые стальные
Рисунок 71 Принципы складирования (штабелирования) конструкций:
а, б – складирование с применением прокладок (сборный железобетон), в – складирование без прокладок (некоторые вида металлопроката); 1 – лежни-подкладки, 2 – прокладки
конструкции (одностенчатые прокатные, составные балочные при вертикальном положении их стенок), которые допустимо штабелировать без прокладок с перекрестным расположением элементов в смежных рядах (рисунок 71г). Лежни-подкладки при этом все равно остаются обязательными элементами. Положение конструкций в штабелях должно быть таким, чтобы их работа по возможности не отличалась бы от работы при эксплуатации. По этой причине перед укладкой в штабель всегда нужно точно знать, где у конструкции верх и низ (применительно к балкам, плитам, элементам ферм обычно об этом судят по положению монтажных петель). Если указанное положение обеспечить невозможно (колонны и проч.) число прокладок и подкладок увеличивают, так чтобы напряжения изгиба от собственного веса при хранении конструкции не превысили бы ее прочности. Естественно, что подобные вопросы имеют еще большее значение при подъеме и транспортировке конструкций, ибо монтажные и транспортные усилия могут быть значительными, причем они всегда имеют динамический характер.
Монтаж строительных конструкций в общем случае включает их строповку (захват), подъем и перемещение к месту установки, наводку, ориентирование и установку с временным креплением. После этого производится расстроповка, выверка и окончательное закрепление строительной конструкции в проектном положении с последующим снятием временных креплений.
Затруднения обычно создаются при большом количестве монтируемых элементов из-за необходимости выполнения большого числа монтажных циклов (подъемов и установок конструкций), из-за выполнения на высоте множества сложных соединений. Такая проблема может решаться путем применения «укрупнительной сборки», т.е. выполнения части соединений на земле, до подъема конструкции. Монтируемые элементы собираются в укрупненные блоки, которые в собранном виде устанавливаются в проектное положение. Идея укрупнительной сборки перед монтажом облегчает решение и другой, важной задачи – упрощения доставки крупных конструкций на стройку. Доставка конструкций в разобранном виде всегда значительно проще, чем доставка их в «готовом» виде. Зачастую доставка большой конструкции «по частям» и последующая ее сборка перед монтажом оказывается единственным практически приемлемым решением.
По степени укрупнения методы монтажа разделяются на три вида:
поэлементный монтаж,
блочный монтаж,
монтаж сооружений целиком.
Поэлементный монтаж предполагает отсутствие укрупнительной сборки: элементы монтируются в том виде, в котором они доставлены на стройку. Такой метод наиболее характерен для монтажа сборных железобетонных конструкций малых и средних размеров – балок, колонн, фундаментов, плит, ферм до 24м и т.д., небольших стальных конструкций. Он позволяет применять прогрессивную схему монтажа «с колес». Недостатки метода обычно проявляются при значительной доле мелких элементов, при большом их разнообразии. Это – необходимость выполнения большого числа монтажных подъемов, большого числа соединений на высоте, неполное использование грузоподъемности кранов.
При использовании стреловых самоходных кранов поэлементный монтаж «со склада» обычно включает два этапа:
раскладка конструкций в зоне монтажа,
собственно монтаж конструкций.
Раскладка конструкций – это заблаговременная доставка конструкций от склада до мест их монтажа, так чтобы для монтажного крана обеспечивался фронт работ с максимальными удобствами, по крайней мере, на ближайшую смену. Например, сборные железобетонные фундаменты раскладываются у мест их установки, на берме котлована таким образом, чтобы монтажному крану оставалось лишь поднять и установить каждый фундамент в проектное положение. Для раскладки чаще всего используются трубоукладчики, реже комплект машин, включающий автокран и трактор с прицепом.
Блочный монтаж предполагает предварительную сборку крупной конструкции (или нескольких конструкций, объединенных в плоский или пространственный блок), подъем и установку собранной конструкции (или блока) в проектное положение. Такой метод наиболее характерен для монтажа стальных конструкций больших и средних размеров, большепролетных железобетонных ферм и т.д. При нем уменьшается число монтажных подъемов, лучше используется грузоподъемность кранов, меньше работ на высоте, однако усложняются подготовительные работы, так как укрупнительная сборка может быть довольно сложной работой, требующей высокой квалификации персонала.
Пример укрупнительной сборки металлических ферм в блок показан на рисунке 72.
Рисунок 72 Схема возможного варианта укрупнения ферм покрытия в блок:
а – схематический вид блока, б – расположение блока в плане; 1 – стойки кондуктора, 2 – лежни кондуктора, 3 – колонны
Если монтажные работы включают укрупнительную сборку, то на стадии подготовительных работ должны быть оборудованы специальные площадки укрупнительной сборки или стенды (стеллажи), подготовлена техника для транспортировки собираемых блоков к месту их монтажа. Стенды для сборки железобетонных ферм могут включать множество специальных устройств – роликовых опор, кондукторов, струбцин, домкратов и проч. Все узлы сопряжений должны быть полностью выполнены до начала монтажа, их прочность должна быть не ниже прочности бетона в укрупняемых элементах. Металлические конструкции обычно укрупняют на специальных металлических стеллажах высотой 0,6…0,8м.
Монтаж сооружений целиком применяют при монтаже относительно небольших сооружений с малой площадью опирания – опор линий электропередачи (ЛЭП), радиомачт, труб, этажерок. Этот метод можно считать частным случаем блочного монтажа, когда на площадке укрупненной сборки собирается не отдельный блок, а все сооружение. Тем не менее, возможны случаи, когда на стройплощадку доставляется не отдельные элементы сооружения, а все сооружение в собранном виде (например, опора ЛЭП).
Подъем и установка элементов производится, как уже отмечалось, в положении, по возможности близкому к проектному. Если при монтаже возникают значительные усилия, которые не ожидаются при эксплуатации, производится временное усиление элементов конструкций. Например, при монтаже ферм иногда приходится к нижнему или верхнему поясу прикреплять швеллеры, пластины или бревна (рисунок 73).
Рисунок
73 Возможные схемы монтажного усиления
ферм:
l – пролет фермы; 1 – ферма, 2 – деревянные брусья, используемые для усиления элементов фермы, 3 – скоба-сжим
Для обеспечения нормальных условий работы монтажников на высоте сборные конструкции довольно часто обустраивают подмостями, люльками, лестницами и другими временными приспособлениями. Они обычно навешиваются (накладываются) на конструкцию после установки и закрепления этой конструкции в проектном положении, но иногда подобные приспособления закрепляются на конструкции до ее подъема.
В связи с многообразием условий монтажных работы и видов монтируемых конструкций существует множество других классификаций методов монтажа. Методы монтажа могут разделяться по самым разнообразным признакам: в зависимости от последовательности установки отдельных элементов, от способа обеспечения точности монтажа, от технологических приемов установки конструкций в проектное положение и т.д. Так, например, в зависимости от последовательности установки отдельных элементов разделяют:
раздельный (дифференцированный) метод, при котором в пределах всего сооружения или его захватки последовательно монтируются однотипные конструкции, например, сначала все фундаменты, затем все колонны и т.д.
комплексный метод, при котором на каждой стоянке (позиции) крана монтируются все конструкций, находящиеся в зоне действия этого крана; после чего кран перемещается на следующую стоянку, и монтируются все конструкций, которые можно смонтировать с этой стоянки, затем то же происходит на следующей стоянке и т.д.
комбинированный метод, использующий элементы раздельного и комплексного методов, например, наиболее тяжелые конструкции монтируются вначале одним краном раздельным методом, а легкие конструкции монтируются другим, более легким краном комплексным методом.
Наибольшая производительность работ и точность установки конструкций достигается при раздельном методе монтажа. Однако при комплексном методе быстрее открывается фронт для последующих работ, требуется меньше единиц оснастки, сокращаются сроки строительства. И в том и другом случае при наличии одного монтажного крана степень использования его грузоподъемности обычно оказывается невысокой, ибо массы монтируемых элементов могут существенно различаться. Такой недостаток можно устранить, использую два крана, применяя при этом комбинированный метод, т.е. тяжелые конструкции монтировать более мощным краном раздельным методом, а более легкие – комплексным методом, используя более легкий и соответственно более дешевый кран.
В зависимости от приемов обеспечения точности установки конструкций в проектное положение различают:
свободный метод монтажа, при котором монтируемый элемент в соответствии с командами монтажников свободно перемещается в пространстве и устанавливается в проектное положение без каких-либо конструктивных приспособлений – направляющих ориентиров, фиксаторов, упоров и проч.;
ограниченно-свободный, при котором конструкция устанавливается в направляющие ориентиры, фиксаторы, упоры и проч., частично ограничивающие свободу перемещения и существенно упрощающие достижение требуемой точности установки;
принудительный метод монтажа, основанный на использовании манипуляторов, индикаторов, кондукторов, обеспечивающих строго заданные перемещения конструкции и гарантирующие ее точную установку.
Наиболее распространенным является свободный метод, в силу своей простоты и принципиальной возможности его использования практически в любых условиях. Его недостаток – высокие требования к мастерству монтажников, ибо возможность применения этого метода отнюдь не гарантирует нужного качества монтажа. Принудительный метод, напротив, не требует от монтажников особых навыков, но нуждается в высоком качестве заводского изготовления конструкций и используемой оснастки. Этот метод заслуживает особого внимания с точки зрения далеких перспектив – перехода на автоматизированные и роботизированные методы строительства.
Методы монтажа классифицируются также по применяемым технологическим приемам, включающим способы подачи и установки конструкции, общие принципы и последовательность формирования сооружения и проч. Большинство авторов использует для такого разделения термин не «методы», а «способы» монтажа. В соответствии с этим выделяют следующие способы монтажа (рисунок 74):
наращиванием, т.е. путем ведения работ «снизу вверх»: сначала монтируется нижняя часть (ярус), на нее устанавливаются конструкции второго яруса, затем третьего и т.д. (рисунок 74а);
подращиванием, когда сборка ведется «сверху вниз» двумя кранами, так что сооружение собирается навесу: верхняя часть поднимается, к ней крепятся конструкции нижележащего яруса, затем весь блок дополнительно поднимается и под него подводится следующий нижележащий ярус и т.д.; в конечном итоге собранное сооружение (кроме самой нижней его части – фундамента) устанавливается в проектное положение (74б);
поворотом, когда нижняя часть монтируемой длинномерной конструкции (высокого сооружения) наводится и опирается на основание, после чего с помощью подъемных устройств конструкция (сооружение) переводится из горизонтального в вертикальное (проектное) положение путем поворота относительно нижней опоры (74в);
поворотом на весу, при котором конструкция переводится из горизонтального в требуемое вертикальное положение в процессе ее перемещения краном на место установки; это обеспечивается за счет соответствующего расположения монтажных петель (относительно центра тяжести конструкции), применения соответствующей оснастки (74г);
поворотом со скольжением, при котором нижний конец конструкции перемещается в сторону подготовленного основания с помощью опорной тележки, оборудованной специальным шарниром (74д);
подъемом со сложным перемещением в пространстве, аналогичном наращиванию, но отличающемся сложностью траектории перемещения конструкции, требующем повышенной грузоподъемности и высоты подъема монтажного крана (74е);
Рисунок 74 Схемы различных способов монтажа конструкций:
а – наращиванием, б – подращиванием, в – поворотом, г – поворотом на весу, д – поворотом со скольжением, е –подъемом со сложным перемещением, ж – надвижкой, з – вертикальным подъемом, и – вертикальным опусканием, к – навесной сборкой
надвижкой, при котором горизонтальное перемещение конструкции осуществляется по специально устроенному пути на уровне установки этой конструкции или несколько выше его; используются домкраты, тяговые полиспасты и проч. (74ж);
вертикальным подъемом, при котором монтируемые конструкции поднимают и устанавливают на опоры с максимальным укрупнением; используются ленточные или гидравлические подъемники, монтажные мачты, порталы и т.д. (74з);
вертикальным опусканием, аналогичным вертикальному подъему, но отличающимся тем, что опоры, на которые устанавливается укрупненный блок, находятся значительно ниже уровня укрупнительной сборки; при этом обычно используются краны большой грузоподъемности, особенно, мостовые, козловые и проч. (74и);
навесной сборкой, при которой к конструкции, смонтированной на массивной опоре, консольно навешивают монтируемые блоки; иногда под навешиваемую часть подводят временные опоры (74к).
Кроме упомянутых методов и способов монтажа, на практике нередко применяются комбинированные методы (способы), содержащие элементы двух или более методов.
Вопросы разделения методов монтажа имеют большое значение при возведении крупных объектов, включающих сотни монтируемых элементов или монтаж элементов большой сложности. Если же речь идет о монтаже нескольких простых конструкций, то применение того или иного метода сравнительно мало отражается на ходе строительства. В большинстве случаев при возведении объектов природообустройства применяется «поэлементный» монтаж, конструкции перемещаются «свободным методом», работы ведутся способом «наращивания». При этом общая организация монтажа, как уже отмечалось, происходит обычно по схеме «со склада».
Контрольные вопросы:
Что понимается под термином «монтажные работы» в широком и в узком смысле? Кто выполняет монтаж технологического оборудования и монтаж строительных конструкций?
Что представляет собой монтаж «со склада» и монтаж «с колес» («с транспортных средств»)? Какой из них более эффективный? Что препятствует повсеместному переходу на более эффективный метод?
Как производится доставка строительных конструкций на стройплощадку? Что такое раскладка конструкций перед монтажом?
Где обычно предпочтительней применять стреловые самоходные краны, и где эффективны башенные краны?
Что такое укрупнительная сборка? Что полезного она дает?
Что следует понимать под раздельным, комплексным и комбинированным методами монтажа?
Дайте объяснения способам монтажа, представленным на рисунке 74.