Усиление каменных и кирпичных столбов, простенков, пилястр

Во время реконструкции жилого здания с кирпичными стенами создается необходимость восстанавливать несущую способность или даже усиливать элементы кладки вследствие повышения нагрузок от новых надстраиваемых этажей. Во время долгосрочной эксплуатации здания можно наблюдать признаки разрушений простенков, кладки стен и столбов вследствие неравномерного осадка фундамента, атмосферного давления, протечки кровли и т. д.

Восстанавливающий процесс несущих способностей кладки принято начать с исключения более распространенных причин трещинообразования. В случае если данному процессу способствует неоднородная осадка здания, то нужно исключить это явление.

Нужно оценить фактическую прочность несущего элемента еще до принятия технического решения по усилению конструкции. Такая оценка включает в себя: метод разрушающих нагрузок, фактическую прочность кирпича, раствора, а, например, для армированной кладки — пределы текучести стали. При этом нужно полностью учитывать факторы, которые снижают несущую способность зданий. Это такие факторы как например: трещина, нарушение связок, отклонение кладки от вертикали, локальное повреждение, опора плит и т. д.

Накопленный опыт реконструкционных работ по усилению кирпичных кладок дает возможность выделить некоторое количество традиционных технологий. Они основаны на использовании железобетонных и металлических обойм, каркасов (давая полимерные и другие суспензии в тело кладки) На рис. 2 изображено характерное конструктивно-технологическое решение. Показанные системы направлены на всестороннее обжатие стен с использованием регулируемых натяжных систем.

Рис 2. Конструктивно-технологические варианты усиления кирпичных стен. а — схема усиления кирпичных стен здания металлическими тяжами;

б, в, г — узлы размещения металлических тяжей;

д — схема размещения монолитного железобетонного пояса;

е — то же, тяжами с центрирующими элементами:

• — металлический тяж;
• -натяжная муфта:
• — монолитный железобетонный пояс;
• — плита перекрытий;
• — анкер;
• -центрирующая рама;
• — опорная пластинка с шарниром.

Для того чтобы создать требуемую степень натяжения в основном используют стяжные муфты, к которым доступ должен быть открыт всегда. Муфты позволяют производить дополнительное натяжение по мере удлинения тяжей вследствие температурных и других деформаций.

Обжатие элементов кирпичных стен производится в местах наибольшей жесткости через распределительные пластины: углы, сопряжения наружных и внутренних стен.

Так же используется конструкция центрирующей рамы. Она предназначена для равномерного обжатия кладки стен и имеет шарнирную опору на опорно-распределительную пластину. Это решение высоко эффективное и может обеспечить долгосрочную эксплуатацию.

Расположение тяжей и центрирующих рам закрывают поясами различного радо, тем самым не нарушая внешний вид фасадных зданий.

Элементы стен, столбов, простенков, имеющие разрушение кирпичной кладки, но которые не потеряли свою устойчивость, делается местная замена кладки. Но здесь уже марка используемого кирпича берется на 1−2 единицы выше, нежели существующая.

Когда необходимо сохранить внешний вид фасадов, то наиболее эффективными приемами считаются восстановления неоштукатуренной кирпичной кладки. В таком случае наиболее тщательно подбирается кирпич по цветовой гамме, размеру и материал швов. По завершению восстановления кладки делается пескоструйная очистка. Это позволяет получить обновленную поверхность, в которой новые участники кладки не отличаются от основного массива.

Каменные конструкции воспринимают в большинстве своем сжимающие усилия, поэтому наиболее эффективный способ их усиления — это устройство железобетонных, стальных и армоцементных обойм. При всем этом кирпичная кладка в обойме работает в условиях всестороннего сжатия, в случае если поперечные деформации в немалой степени уменьшаются и, как правило, увеличивается сопротивление продольной силе.

Расчетное усилие в металлическом поясе определяется по зависимости:

N = 0,2 RKJl Ч l Ч b, где.

RKJlрасчетное сопротивление кладки скалыванию, тс/м2;

Lдлина участка усиливаемой стены, м;

bтолщина стены, м.

Первоначальным этапом, обеспечения качественной работы кирпичных стен и, а избежание дальнейшего раскола трещин, является реконструкция несущей способности фундаментов методом усиления, который исключает появление неравномерных складок.

Рис. 3 показывает наиболее распространенные варианты усиления каменных столбов и простенков железобетонными, стальными и армоцементными обоймами.

Рис. 3 Усиление столбов стальной обоймой (а), армокаркасом (б), сеткой и железобетонной обоймой (в, г)

• 1 — усиливаемая конструкция;
• 2 — элементы усиления;
• 3 — защитный слой;
• 4 — щитовая опалубка с хомутами;
• 5 — инъектор;
• 6 — материальный шланг.

Состав стальной обоймы: продольные уголки на всю высоту конструкции, поперечные планки (хомуты), плоская или круглая сталь. За шаг хомутов принято принимать более 500 мм, но не более меньшего размера сечения. Для того чтобы включить обойму в работу необходимо инъецировать зазоры, находящиеся между кладкой и стальными элементами. Монолитность конструкции можно достигнуть с помощью оштукатуривания высокопрочным цементно-песчаным раствором с добавлением пластификаторов, которые в свою очередь способствуют большей адгезии с металлоконструкциями и кладкой.

Для наиболее эффективной защиты конструкции на стальную обойму обычно устанавливают металлическую или полимерную сетку, по которой и осуществляется нанесение раствора, толщиной слоя 25−30 мм. При малом объеме работ раствор обычно наносится вручную при помощи штукатурного инструмента. А вот при больших объемах работ это выполняется механизированным путем при подачи материала растворонасосами. Чтобы получить высокопрочный защитный слой часто используют установку торкретирования и пневмобетонирования. Совместная работа конструкции и повышение ее несущей способности достигается из-за повышенной плотности защитного слоя и большого сцепления с элементами кладки. Путем установления арматурной сетки по периметру усиливаемой конструкции с закреплением ее фиксаторами к кирпичной кладке осуществляется устройство железобетонной рубашки. Данное крепление можно осуществить при помощи анкеров и дюбелей. Железобетонная обойма делается из мелкозернистой бетонной смеси класса не ниже В10 с продольной арматурой классов А240-А400 и поперечной — А240. Шаг поперечной арматуры должен быть не больше 15 см. Толщина обоймы — 4−12 см. Технология производства работ существенно меняется в зависимости от толщины данной обоймы. Например, для обойм толщиной не больше 4 см обычно используют методы нанесения бетона торкретированием и пневмобетонированием. Заключительная отделка поверхности достигается устройством штукатурного верхнего слоя. А вот для обойм толщина которых не более 12 см по периметру усиливаемой конструкции устанавливают инвентарную опалубку. В ее щитах устанавливается инъекционная трубка, через которую мелкозернистая бетонная смесь под давлением 0,2−0,6 Мпа нагнетается в полости. Для повышения адгезионных свойств и для заполнения всего незаполненного пространства бетонные смеси пластифицируются с помощью введения суперпластификаторов в объеме 1−1,2% массы цемента. При помощи дополнительного воздействия высокочастотной вибрации и путем контакта вибратора с опалубкой рубашки происходит снижение вязкости смеси и увеличение ее проницаемости. Так же хороший эффект дает импульсивная подача смеси при кратковременном воздействии высокого давления, обеспечивающего более высокий градиент скорости и высокой проницаемости.

На рис. 4, показана технологическая схема производства работ с помощью инъецирования железобетонных обойм. Опалубка устанавливается на всю высоту конструкции с обеспечивает защитный слой арматурному заполнению. Нагнетание бетона происходит по ярусам (3−4 яруса). Процесс окончания подачи бетона фиксируется по контрольным отверстиям с обратной стороны от места нагнетания. Для ускоренного затвердения бетона используются системы термоактивных опалубок, которые греют провода и др. приемы повышения температур твердеющего бетона. Демонтаж опалубки осуществляется по ярусам при достижении бетоном распалубочной прочности. Режим твердения при t = 60 °C обеспечивает распалубочную прочность в течение от 8 до 12 часов прогрева.

Железобетонные обоймы могут выполняться в виде элементов несъемной опалубки. При этом наружные поверхности могут иметь мелкий или глубокий рельеф и гладкую поверхность. После установки несъемной опалубки и крепления ее элементов обеспечивается замоноличивание пространства между усиливаемой и ограждающей конструкцией.

Рис. 4. Усиление столбов с использованием опалубки-облицовки из архитектурного бетона

• 1 — усиливаемая конструкция;
• 2 — армокаркас;
• 3 — элементы облицовки;
• 4 — бетон омоноличивания.

Самым эффективным несъемным опалубкам принято считать тонкостенные элементы (?1,5−2 см), которые изготовлены из дисперсно-армированного бетона. Для того чтобы вовлечь опалубки в работу она снабжается выступающим анкером, существенно повышающий сцепление с укладываемым бетоном.

Устройство растворных обойм имеет отличия от железобетонных: а) толщиной наносимого слоя б) составом. Как правило, для защиты арматурной сетки и обеспечения ее сцепления с кирпичной кладкой используют штукатурные цементно-песчаные растворы в них добавляют пластификаторы, повышающие физико-механические характеристики. Технология строительных работ практически не отличается от выполнения штукатурных работ.

Для обеспечения совместной работы элемента обоймы по длине, которая превышает толщину в 2 и более раз, нужна установка дополнительной поперечной связи через сечение кладки. Усиление кирпичных кладок производится с помощью метода инъецирования. Оно осуществляется при помощи нагнетания давления через уже ранее пробуренные шпуры полимерцементного или цементного раствора. В результате чего повышаем ее физико-механические характеристики и монолитность кладки.

Выдвинуты достаточно жесткие требования к инъекционным растворам. У них должно быть:

• — малое водоотделение;
• — низкая вязкость;
• — высокое сцепление;
• — достаточно прочностные характеристики.

Такой раствор нагнетают под давлением до 0,6 Мпа. Это и обеспечивает достаточно большую зону проникновения.

Параметры инъекции:

Расположение инъекторов;

Глубина;

Давление:

Состав (он в каждом конкретном случае подбираются индивидуально с учетом трещиноватости кладки, состояния швов и других показателей).

Прочность кладки, которая усилена инъецированием, оценивается по СНиП II-22−81.Установление поправочных коэффициентов зависит от характера дефектов и вида инъецированного раствора:

тк = 1,1 — наличие трещины от силовых воздействий и (или) при использовании полимерного и цементного растворов;

тк = 1,0 — наличие одиночной трещины от неравномерной осадки и (или) при нарушении связей между совместно работающими стенами;

тк = 1,3 — наличие трещин от силового воздействия при сцеплении полимерных растворов. Прочность раствороа должна быть в пределах 15−25МПа.

Усиление кирпичных перемычек достаточно распространенное явление. Это связано с уменьшением несущей способности распорной кладки, вследствие нарушений сцепления, выветривания швов и др. причинами.

Рис. 5 Здесь показаны конструктивные варианты усиления перемычек с использованием различного рода металлических накладок. Они устанавливаются путем пробивки штраб и отверстий в кирпичной кладке, а в дальнейшем омоноличиваются цементно-песчаным раствором по сетке.

Рис. 5. Примеры усиления перемычек кирпичных стен

а, б — с помощью подведения накладок из уголковой стали;

в, г — дополнительными металлическими перемычками из швеллера:

• 1 — кирпичная кладка;
• 2 — трещина;
• 3 — накладка из уголов;
• 4 — полосовая накладка;
• 5 — анкерные болты;
• 6 — накладка из швеллера.

Металлические разгрузочные пояса, сделанные из 2х швеллеров и объединенные болтовым соединением, используют для перераспределения усилий на железобетонные перемычки вследствие увеличений нагрузок на перекрытия.

Технология усиления кирпичных стен базируется на создании дополнительной железобетонной рубашки с 1 или 2 сторон стены (6). Технология производства работ включает в себя процессы: подготовка и очистка поверхности стен, сверление отверстий под анкеры, установка анкеров, крепление к анкерам арматурных стержней или сеток, омоноличивание. Обычно, при достаточно больших объемах работ используется механизированный метод нанесения цементно-песчаного раствора: пневмобетонированием или торкретированием, реже ручной способ. Далее для выравнивания поверхности наносится затирочный слой и выполняются последующие операции, которые связаны с отделкой поверхностей стен.

Рис. 6 Усиление кирпичных стен армированием

а — отдельные стержни арматуры;

б — арматурные каркасы;

в — арматурная сетка;

г — железобетонные пилястры: 1 — усиливаемая стена; 2 — анкеры; 3 — арматура; 4 — штукатурный или торкрет-бетонный слой; 5 — металлические тяжи; 6 — арматурная сетка; 7 — армокаркас; 8 — бетон; 9 — опалубка.

Наиболее эффективный прием усиления кирпичных стен является устройство железобетонных однои двусторонних стоек в штрабах и пилястр.

Технология устройства двусторонних железобетонных стоек предусматривает образование штраб на глубину 5−6 см, крепление при помощи тяжей арматурного каркаса, высверливание сквозных отверстий по высоте стены, омоноличивание образовавшейся полости.

Для омоноличивания обычно используют цементно-песчаные растворы с пластифицирующими добавками. Высокий эффект можно достигнуть с помощью использования раствора и мелкозернистого бетона с предварительным домолом цемента, суперпластификатора и песка. Такие смеси кроме крепкого сцепления обладают так же свойством ускоренного затвердения и высокими физико-механическими характеристиками.

При возведении односторонних железобетонных пилястр требуется устройство вертикальных штраб, в полости которых устанавливают анкерные устройства. К последним осуществляется крепление арматурного каркаса. После его размещения производится установка опалубки. Она выполняется из отдельных фанерных щитов, объединенных хомутами и прикрепляемых к стене с помощью анкеров. Мелкозернистая бетонная смесь нагнетается с помощью насосов поярусно через отверстия в опалубке. Подобная технология применяется при двустороннем устройстве пилястр с той разницей, что процесс крепления щитов опалубки осуществляется с помощью болтов, перекрывающих толщину стены.