§ 6.5. Технология усиления кирпичных стен, столбов, простенков
При реконструкции жилых зданий со стенами из кирпичной кладки возникает необходимость восстановления несущей способности или усиления элементов кладки вследствие увеличения нагрузок от надстраиваемых этажей. При длительной эксплуатации зданий наблюдаются признаки разрушения простенков, столбов и кладки стен в результате неравномерных осадок фундаментов, атмосферных воздействий, протечек кровли и др.
Процесс восстановления несущей способности кладки следует начинать с исключения основных причин трещинообразования. Если этому процессу способствует неравномерная осадка здания, то следует исключить это явление известными и описанными ранее методами.
До принятия технических решений по усилению конструкций важно оценить фактическую прочность несущих элементов. Эта оценка выполняется методом разрушающих нагрузок, фактической прочности кирпича, раствора, а для армированной кладки - предела текучести стали. При этом необходимо наиболее полно учитывать факторы, снижающие несущую способность конструкций. К ним относятся трещины, локальные повреждения, отклонения кладки от вертикали, нарушение связей, опирания плит и т.п.
Что касается усиления кирпичной кладки, то накопленный опыт реконструкционных работ позволяет выделить ряд традиционных технологий, основанных на использовании: металлических и железобетонных обойм, каркасов; на инъецировании полимерцементных и других суспензий в тело кладки; на устройстве монолитных поясов по верхней части зданий (в случаях надстройки), предварительно напрягаемых стяжек и др. решений.
На рис. 6.40 приведены характерные конструктивно-технологические решения. Представленные системы направлены на всестороннее обжатие стен с использованием регулируемых натяжных систем. Они выполняются открытого и закрытого типов, при внешнем и внутреннем расположении, обеспечиваются антикоррозионной защитой.
Рис. 6.40. 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: 1 - металлический тяж; 2 - натяжная муфта: 3 - монолитный железобетонный пояс; 4 - плита перекрытий; 5 - анкер; 6 - центрирующая рама; 7 - опорная пластинка с шарниром
Для создания требуемой степени натяжения используются стяжные муфты, доступ к которым должен быть всегда открыт. Они позволяют по мере удлинения тяжей в результате температурных и других деформаций производить дополнительное натяжение. Обжатие элементов кирпичных стен производится в местах наибольшей жесткости (углы, сопряжения наружных и внутренних стен) через распределительные пластины.
Для равномерного обжатия кладки стен используется специальная конструкция центрирующей рамы, которая имеет шарнирное опирание на опорно-распределительные пластины. Такое решение обеспечивает длительную эксплуатацию с достаточно высокой эффективностью.
Места расположения тяжей и центрирующих рам закрываются различного рода поясами и не нарушают общий вид фасадных поверхностей.
Для элементов стен, простенков, столбов, имеющих разрушения кирпичной кладки, но не потерявших устойчивость, производится местная замена кладки. При этом марка кирпича принимается на 1-2 единицы выше, чем существующая.
Технология производства работ предусматривает: устройство временных разгрузочных систем, воспринимающих нагрузку; разборку фрагментов нарушенной кирпичной кладки; устройство кладки. При этом необходимо учитывать, что удаление временных разгрузочных систем должно осуществляться после набора прочности кладки не менее 0,7R КЛ . Как правило, такие восстановительные работы ведутся при сохранении конструктивной схемы здания и фактических нагрузок.
Весьма эффективны приемы восстановления неоштукатуренной кирпичной кладки, когда требуется сохранить прежний вид фасадов. В этом случае очень тщательно подбираются кирпич по цветовой гамме и размерам, а также материал швов. После восстановления кладки производится пескоструйная очистка, что позволяет получать обновленные поверхности, где новые участки кладки не выделяются из основного массива.
В связи с тем что каменные конструкции воспринимают в основном сжимающие усилия, то наиболее эффективным способом их усиления является устройство стальных, железобетонных и армоцементных обойм. При этом кирпичная кладка в обойме работает в условиях всестороннего сжатия, когда поперечные деформации значительно уменьшаются и, как следствие, увеличивается сопротивление продольной силе.
Расчетное усилие в металлическом поясе определяется по зависимости N = 0,2R KJl ×l ×b , где R KJl - расчетное сопротивление кладки скалыванию, тс/м 2 ; l - длина участка усиливаемой стены, м; b - толщина стены, м.
Для обеспечения нормальной работы кирпичных стен и предотвращения дальнейшего раскрытия трещин первоначальным этапом является восстановление несущей способности фундаментов методами усиления, исключающей появление неравномерных осадок.
На рис. 6.41 приведены наиболее распространенные варианты усиления каменных столбов и простенков стальными, железобетонными и армоцементными обоймами.
Рис. 6.41. Усиление столбов стальной обоймой (а), армокаркасами (б), сетками и железобетонными обоймами (в , г ) 1 - усиливаемая конструкция; 2 - элементы усиления; 3 - защитный слой; 4 - щитовая опалубка с хомутами; 5 - инъектор; 6 - материальный шланг
Стальная обойма состоит из продольных уголков на всю высоту усиливаемой конструкции и поперечных планок (хомутов) из плоской или круглой стали. Шаг хомутов принимается не более меньшего размера сечения, но не более 500 мм. Для включения обоймы в работу следует инъецировать зазоры между стальными элементами и кладкой. Монолитность конструкции достигается путем оштукатуривания высокопрочными цементно-песчаными растворами с добавкой пластификаторов, способствующих большей адгезии с кладкой и металлоконструкциями.
Для более эффективной защиты на стальную обойму устанавливается металлическая или полимерная сетка, по которой осуществляется нанесение раствора толщиной 25-30 мм. При незначительных объемах работ раствор наносится вручную с помощью штукатурного инструмента. Большие объемы работ выполняются механизированным путем с подачей материала растворонасосами. Для получения высокопрочного защитного слоя используются установки торкретирования и пнев-мобетонирования. Из-за высокой плотности защитного слоя и большой адгезии с элементами кладки достигается совместная работа конструкции и повышается ее несущая способность.
Устройство железобетонной рубашки осуществляется путем установки арматурных сеток по периметру усиливаемой конструкции с креплением ее через фиксаторы к кирпичной кладке. Крепление осуществляется путем использования анкеров или дюбелей. Железобетонная обойма выполняется из мелкозернистой бетонной смеси не ниже класса В10 с продольной арматурой классов А240-А400 и поперечной - А240. Шаг поперечной арматуры принимается не более 15 см. Толщина обоймы определяется расчетом и составляет 4-12 см. В зависимости от толщины обоймы существенно меняется технология производства работ. Для обойм толщиной до 4 см используются методы нанесения бетона торкретированием и пневмобетонированием. Окончательная отделка поверхностей достигается устройством штукатурного накрывочного слоя.
Для обойм толщиной до 12 см по периметру усиливаемой конструкции устанавливается инвентарная опалубка. В ее щитах устанавливаются инъекционные трубки, через которые мелкозернистая бетонная смесь нагнетается под давлением 0,2-0,6 МПа в полости. Для повышения адгезионных свойств и заполнения всего пространства бетонные смеси пластифицируются путем введения суперпластификаторов в объеме 1,0-1,2 % массы цемента. Снижение вязкости смеси и повышение ее проницаемости достигаются дополнительным воздействием высокочастотной вибрации путем контакта вибратора с опалубкой рубашки. Достаточно хороший эффект
дает импульсный режим подачи смеси, когда кратковременные воздействия повышенного давления обеспечивают более высокий градиент скоростей и высокую проницаемость.
На рис. 6.41, г приведена технологическая схема производства работ путем инъецирования железобетонной обоймы. Установка опалубки производится на всю высоту конструкции с обеспечением защитного слоя арматурного заполнения. Нагнетание бетона осуществляется по ярусам (3-4 яруса). Процесс окончания подачи бетона фиксируется по контрольным отверстиям с противоположной стороны от места нагнетания. Для ускоренного твердения бетона используются системы термоактивных опалубок, греющих проводов и другие приемы повышения температуры твердеющего бетона. Демонтаж опалубки осуществляется по ярусам при достижении бетоном распалубочной прочности. Режим твердения при t = 60 °С обеспечивает распалубочную прочность в течение 8-12 ч прогрева.
Железобетонные обоймы могут выполняться в виде элементов несъемной опалубки (рис. 6.42). При этом наружные поверхности могут иметь мелкий или глубокий рельеф или гладкую поверхность. После установки несъемной опалубки и крепления ее элементов обеспечивается замоноличивание пространства между усиливаемой и ограждающей конструкцией. Использование несъемной опалубки имеет значительный технологический эффект, так как отпадает необходимость в разборке опалубки, а главное - исключается отделочный цикл работ.
Рис. 6.42. Усиление столбов с использованием опалубки-облицовки из архитектурного бетона 1 - усиливаемая конструкция; 2 - армокаркас; 3 - элементы облицовки; 4 - бетон омоноличивания
Наиболее эффективными несъемными опалубками следует считать тонкостенные элементы (1,5-2 см), изготовленные из дисперсно-армированного бетона. Для вовлечения опалубки в работу она снабжается выступающими анкерами, существенно повышающими адгезию с укладываемым бетоном.
Устройство растворных обойм отличается от железобетонных толщиной наносимого слоя и составом. Как правило, для защиты арматурной сетки и обеспечения ее адгезии с кирпичной кладкой используются штукатурные цементно-песчаные растворы с добавкой пластификаторов, повышающих физико-механические характеристики. Технология строительных процессов практически не отличается от выполнения штукатурных работ.
Для обеспечения совместной работы элементов обоймы по ее длине, превышающей в 2 и более раз толщину, необходима установка дополнительных поперечных связей через сечение кладки. Усиление кирпичной кладки может быть произведено методом инъецирования. Оно осуществляется путем нагнетания через заранее пробуренные шпуры цементного или полимерцементного раствора. В результате достигается монолитность кладки и повышаются ее физико-механические характеристики.
К инъекционным растворам предъявляются достаточно жесткие требования. Они должны обладать малым водоотделением, низкой вязкостью, высокой адгезией и достаточными прочностными характеристиками. Раствор нагнетается под давлением до 0,6 МПа, что обеспечивает достаточно обширную зону проникновения. Параметры инъекции: расположение инъекторов, их глубина, давление, состав раствора в каждом конкретном случае подбираются индивидуально с учетом трещиноватости кладки, состояния швов и других показателей.
Прочность кладки, усиленной инъецированием, оценивается по СНиП II-22-81* «Каменные и армокаменные конструкции». В зависимости от характера дефектов и вида инъецированного раствора устанавливаются поправочные коэффициенты: тк = 1,1 - при наличии трещин от силовых воздействий и при использовании цементного и полимерцементного растворов; тк = 1,0 - при наличии одиночных трещин от неравномерных осадок или при нарушении связи между совместно работающими стенами; тк = 1,3 - при наличии трещин от силовых воздействий при инъекции полимерных растворов. Прочность растворов должна быть в пределах 15-25 МПа.
Усиление кирпичных перемычек достаточно распространенное явление, что связано со снижением несущей способности распорной кладки вследствие выветривания швов, нарушения адгезии и другими причинами.
На рис. 6.43 приведены конструктивные варианты усиления перемычек с использованием различного рода металлических накладок. Они устанавливаются путем пробивки штраб и отверстий в кирпичной кладке и в дальнейшем омоноличиваются цементно-песчаным раствором по сетке.
Рис. 6.43. Примеры усиления перемычек кирпичных стен а , б - путем подведения накладок из уголковой стали; в , г - дополнительными металлическими перемычками из швеллера: 1 - кирпичная кладка; 2 - трещины; 3 - накладки из уголков; 4 - полосовые накладки; 5 - анкерные болты; 6 - накладки из швеллера
Для перераспределения усилий на железобетонные перемычки вследствие увеличения нагрузок на перекрытия используются металлические разгрузочные пояса, выполненные из двух швеллеров и объединенные болтовыми соединениями.
Усиление и повышение устойчивости кирпичных стен. Технология усиления базируется на создании дополнительной железобетонной рубашки с одной или двух сторон стены (рис. 6.44). Технология производства работ включает процессы подготовки и очистки поверхности стен, сверления отверстий под анкеры, установки анкеров, крепления к анкерам арматурных стержней или сеток, омоноличивание. Как правило, при достаточно больших объемах работ используется механизированный метод нанесения цементно-песчаного раствора: пневмобетонированием или торкретированием и реже ручным способом. Затем для выравнивания поверхностей наносится затирочный слой и выполняются последующие операции, связанные с отделкой поверхностей стен.
Рис. 6.44. Усиление кирпичных стен армированием а - отдельными стержнями арматуры; б - арматурными каркасами; в - арматурной сеткой; г - железобетонными пилястрами: 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
Эффективным приемом усиления кирпичных стен является устройство железобетонных одно- и двусторонних стоек в штрабах и пилястр.
Технология устройства двусторонних железобетонных стоек предусматривает образование штраб на глубину 5-6 см, высверливание сквозных отверстий по высоте стены, крепление с помощью тяжей арматурного каркаса и последующее омоноличивание образовавшейся полости. Для омоноличивания используют цементно-песчаные растворы с пластифицирующими добавками. Высокий эффект достигается при использовании растворов и мелкозернистых бетонов с предварительным домолом цемента, песка и суперпластификатора. Такие смеси кроме большой адгезии обладают свойством ускоренного твердения 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.
— это неотъемлемый способ для повышения эксплуатации кирпичных стен. Зачастую в действительности можно увидеть, что кирпичные стены слабы и являются плохой несущей опорой.
Кирпичные кладки усиливают посредством вложения в обойму, что позволяет повысить стойкость.
Деформация кирпичной стены требует усиления. С помощью усиления кладки можно полностью восстановить несущую способность стены.
При использовании усиления кладка будет служить в сжатии со всех сторон, тем самым увеличится уровень сопротивляемости влиянию продольной силы.
Повод для усиления
Деформация кирпичных стен является основанием для укрепления. К деформации приводят следующие причины:
- Конструктивные ошибки (малая глубина при заложении фундамента; неравномерное оседание частей постройки; деформация балочного покрытия; несоответствие несущей способности нагрузке).
- Эксплуатация (переувлажнение укладки; просадка фундамента).
- Производственные ошибки.
- Неправильное проектирование.
Методы и шаги укрепления
Схема усиления кирпичной кладки: 1 — трещина;
2- инъекционные шпуры;
3 — инъекционные патрубки;
4 — цементно-песчаный раствор;
5 — трещина, заполненная цементным раствором
На сегодняшний день для усиления стен из кирпича можно использовать следующие обоймы:
- армированные растворные;
- железобетонные;
- композиционные;
- стальные.
Для выбора метода усиления необходимо учитывать множество факторов, таких как маркость бетона или раствора для штукатурки, процент армирования, схема нагрузки на конструкцию, состояние кладки. Прочность кирпичной кладки напрямую зависит от процента армирования хомутами. Внешний осмотр помогает оценить количество трещин, их глубину, ширину. Усиление стен обоймами, в которых есть трещины, полностью восстанавливает несущую способность.
Нужно точно оценить реальную прочность несущих компонентов. Изначально необходимо максимально очистить поверхность от грязи и пыли, промыть водой. Удалить всю разрушенную штукатурку до неповрежденного основания. Плохое очищение поверхности приводит к быстрому разрушению кладки.
Параллельно с усилением кладки обоймами требуется инъецировать трещины цементным/полимерцементным раствором под давлением. Это восстанавливает и увеличивает несущую способность. Инъекционные растворы должны обладать необходимой вязкостью, высокой морозостойкостью, малым водоотделением, незначительной усадкой и требуемой прочностью на сцепление и сжатие.
Армированная обойма
Арматурная сетка крепится анкерами или сквозными шпильками в просверленные отверстия.
Для устранения трещин и для предотвращения появления новых дефектов следует прибегать к армированию стен. Усиление кладки можно производить либо с помощью арматурных каркасов, либо стержней арматуры, либо с применением арматурной сетки или железобетонных пилястр. Рассмотрим усиление с использованием арматурной сетки. Данную конструкцию выполняют следующим образом. Арматурную сетку, которую можно устанавливать как с одной, так и с двух сторон, прикрепить на ремонтируемый участок. В заранее просверленные отверстия закрепить сетку сквозными шпильками либо анкерами. Сверху нанести цементный раствор марки М100 (можно выше). Применяют цементно-песчаный раствор, улучшающий физико-механические данные. Толщина штукатурки может быть от 20 до 40 мм. Для усиления углов стен необходимо прикрепить вспомогательные стержни d=6мм, по высоте углов спустя 250-300 мм. При односторонней установке сетки крепеж делается анкерами d=6-8 мм через 500-800 мм, а при двусторонней установке крепят сквозными анкерами большего диаметра (10-12 мм) через 1000-1200 мм путем сварки либо крепежа к металлическим сеткам.
Железобетонный пояс
Железобетонная обойма крепится фиксаторами к кирпичной стене по всему периметру, образуя арматурную сетку.
Экономия времени и затрат является преимуществом данного метода, но при этом повышается нагрузка на фундамент. Для применения железобетонной обоймы необходимо учитывать следующие технические параметры:
- Толщина обоймы 4-12 см.
- Бетонная мелкозернистая смесь не ниже в10 класса.
- Продольная арматура А240-А400/AI, AII, AIII класса.
- Поперечная арматура А240/AI класса, шаг не более 15 см.
Для конструкции железобетонной «рубашки» надо по всему периметру установить арматурную сетку, прикрепив ее к кладке фиксаторами. Чтобы , необходимо создать оболочку, превышающую прочность в несколько раз. Эффективность обоймы определяется в первую очередь состоянием кладки, прочностью бетона, характером нагрузки и процентом армирования. Данный вид конструкции берет на себя часть нагрузки, тем самым освобождает кладку.
Слои обоймы до 4 см выполняются при помощи пневмобетонирования и торкретирования, затем производится отделка штукатуркой. Слои до 12 см выполняются при помощи инвентарной опалубки, которую ставят вокруг усиливаемой основы. Для защиты слоя арматурного заполнения инвентарную опалубку устанавливают по всей высоте укрепляемого сооружения. В опалубке устанавливают инъекционные трубки и начинают подачу мелкозернистой бетонной смеси.
Композиционная обойма
Стальная конструкция сжимает кладку с двух сторон, тем самым увеличивая уровень ее сопротивляемости.
Композиционное сырье является одним из самых результативных для усиления кирпичных стен за счет высокопрочных волокон, используют угле- и стекловолокно. Они дают возможность повысить прочность отвесных конструкций на сжатие, перпендикулярных сечений на срез или на сдвиг. Подготовленную кирпичную кладку обрабатывают пропиткой, затем грунтовкой для упрочнения. Далее устанавливают металлические каркасы, разбирают временные крепления (после набора новой кладкой 50% проектной прочности), окрашивают и штукатурят простенки.
Стальная конструкция
Стальная обойма — это значительно повышающая несущую способность металлоконструкция. Для данного вида необходимы арматурные стержни d до 12 мм или поперечные хомуты из полосовой стали, сечение которых 35х5-60х12 мм, приваренных к уголкам. Вертикальные уголки устанавливают на растворе по углам усиливаемой площади. Шаг хомутов может быть не более 500 мм. Длина продольных уголков должна быть равна высоте усиливаемой конструкции. Стальные уголки закрывают сеткой (металлической) для наибольшего соединения раствора. Для защиты от коррозии толщина цементного раствора должна быть 25-30 мм. При большой площади работы процесс следует выполнять с помощью растворонасоса.
Усилить кирпичную стену либо стальной обоймой, либо инъецированием можно при применении только одного из способов.
Усиление кладки должно быть доведено до конца и привести к абсолютному восстановлению всех поврежденных зон. Очень важно вовремя осуществить реконструкцию, чтобы не допустить полного разрушения стен. Данные методы усиления кирпичной кладки помогают повысить устойчивость конструкций к нагрузкам, деформациям, а также к сейсмологическим факторам.
Усиление кирпичных стен, простенков и колонн
Усиление кирпичных стен . К основным методам усиления кирпичных стен относится:
Заделка трещин на лицевых поверхностях стен;
Установка металлических поясов;
Установка разгрузочных балок;
Перекладка отдельных участков стен;
Повышение их несущей способности с помощью армированных и железобетонных обойм;
Обеспечение пространственной жесткости и устойчивости и др.
При небольших стабилизирующихся трещинах их заделку производят цементно-песчаным раствором с добавлением 30 % известкового теста. При значительном ослаблении стен осуществляют цементацию кладки цементно -_полимерным или расширяющимся раствором.
В том случае, когда трещины в стене сквозные, то осуществляют перекладку стен с двух сторон по фронту на глубину в 1/2 кирпича с обязательным устройством перевязки в один кирпич через каждые четыре ряда кладки, а в длинных и широких трещинах устраивают замок с якорем из прокатного профиля, который укрепляют анкерными болтами (рис.39).
Рис.39. Заделка трещин кирпичными вставками
в простой замок и с якорем
В местах образования сквозных трещин для их стабилизации с двух сторон стены устанавливают стальные накладки из полосовой стали 50 х 10 мм с креплением их болтами с обеих сторон стены (рис. 40, а). Аналогично поступают при появлении сквозных трещин в углах здания (рис.40, б) и в местах пересечения наружных и внутренних стен (рис.40, в). 
Рис.40. Способы усиления кирпичных стен
а) установкой стальных связей на болтах; б) в углу здания; в – то же в местах сопряжений наружных и внутренних стен: 1- двусторонняя металлическая накладка из полосовой стали; 2 – круглая сталь диаметром
20-24 мм; 3 – то же, с нарезкой на двух концах
При значительном количестве трещин и когда заделка их не восстанавливает несущую способность стены, производят перекладку отдельных участков стен.
При сильном разрушении кирпичных стен для усиления кирпичной кладки применяют односторонние или двухсторонние железобетонные стенки усиления . При устройстве односторонних стенок в усиливаемые стены забиваются или устанавливаются на растворе в высверленные скважины анкеры, к которым привариваются арматурные сетки диаметром 8-10 мм с размером ячейки 150 х 150 мм (рис.41, а).
При двухстороннем устройстве железобетонных стенок в усиливаемой стене высверливают сквозные отверстия, в которые устанавливают металлические тяжи с шайбами, к которым приваривают такие же арматурные сетки, что и при устройстве односторонних стенок. Толщина стенок усиления достигает 100-150 мм (41, б).
Рис.41. Усиление кирпичной стены односторонней (а) или двухсторонней (б) набетонкой
а) – односторонней набетонкой: 1 – усиливаемая стена; 2 – плиты перекрытия; 3 – набетонка;
4 – штыри диаметром 8-10 мм; 5 – арматурная сетка диаметром 6-8 мм; б) – двухсторонней набетонкой: 1 – усиливаемая стена; 2 – железобетонные стенки усиления, связанные тяжами с усиливаемой стеной; 3 – арматурные сетки, приваренные к шайбам тяжей; 4 – тяжи с шайбами, пропущенные через просверленные отверстия в стене; 5 – отверстия, просверленные в стене для пропуска тяжей; 6 – поверхность стены, подготовленная к бетонированию (зачистка, насечка, промывка)
Когда на фасадах здания имеется множество трещин, для их устранения прибегают к обеспечению пространственной жесткости несущей коробки зданий с помощью устройства обвязочных поясов. Установку металлических поясов производят также при отклонении стен от вертикали в результате неравномерных осадок (рис.42).
В качестве металлических поясов используют сталь круглого или квадратного сечения диаметром 20-40 мм, которую устанавливают под перекрытием каждого этажа. Одни концы металлических поясов приваривают к обрезкам уголков, которые устанавливают по углам здания, а вторые - закрепляют в стяжных муфтах (талреп).
Для случаев обеспечения пространственной жесткости натяжение металлических поясов начинают одновременно по всем этажам, чтобы избежать неравномерной передачи нагрузки. Когда же требуется восстановить вертикальность стены, то натяжения металлических поясов начинают с нижнего этажа.
Заданная величина натяжного усилия обеспечивается специальными динамометрическими ключами в натяжных муфтах.
Рис.42. Обеспечение пространственной жесткости остова здания
1 – тяжи; 2 – муфта натяжения; 3 – металлическая прокладка; 4 – швеллер № 16-20; 5 – уголок
Усиление простенков . Усиление простенков может быть осуществлено за счет:
Увеличения их сечения;
Перекладки;
Устройства металлических каркасов;
Железобетонных и штукатурных армированных обойм;
Установкой гибких или жестких сердечников.
.
Рис.43. Усиление простенков несущих стен:
а, б) – железобетонной обоймой; в) – обоймой из прокатного металла; г) – железобетонным сердечником;
д) – то же, металлическим; 1 – кирпичный простенок; 2 – арматура; 3 – бетон; 4 – поперечная стальная связь;
5 – стальной уголок; 6 – стальная планка; 7 – арматурный каркас; 8 – стальной сердечник
Усиление кирпичных колонн и пилястр . Кирпичные колонны и столбы усиливаются аналогично кирпичным простенкам, т.е., путем устройством металлических, штукатурных или железобетонных обойм (рис.44).
Рис.44. Усиление кирпичных колонн и столбов с помощью устройства
металлического каркаса (а), железобетонной (б) или арматурной (в) обоймы
1 – кирпичная колонна; 2 – металлический каркас или арматура усиления; 3 – цементно-песчанный раствор или бетон замоноличивания
Для повышения эффективности работы металлической обоймы горизонтальным планкам придают предварительное напряжение с помощью электронагрева до температуры 120 0 С.
По второму способу вместо планок используют металлические стержни, концы которых приваривают с одной стороны к вертикальным уголкам обрамления колонны, а другие концы, имеющие резьбовое окончание, пропускают в заранее приваренные отрезки уголков или труб, после чего с помощью навинчивания гаек динамометрическим ключом создают в стержнях горизонтальное напряжение и дополнительное обжатие колонны (рис.45).
Рис.45. Усиление кирпичных колонн с помощью преварительно напряженных стержней
1 – уголки; 2 – отрезок голка; 3 – поперечный стержень; 4 – гайка; 5 - шайба; 6 – штукатурный слой; 7 – прямой клин; 8 – обратный клин; 9 – ребро жесткости; 10 – опорный уголок
Кирпичные пилястры могут усиливаться с помощью стальных или железобетонных обойм (рис.46).
Рис. 46. Усиление пилястр стальными (а) или железобетонными (б) обоймами
1 – стальные уголки; 2 – соединительные планки (хомуты); 3 – упорная шайба 10-12 мм; 4 – болт диаметром 18-22 мм; 5 – зачеканка цементным раствором; 6 – хомут диаметром 18-22 мм; 7 – арматурная сетка; 8 – бетон; 9 – бетонные сухарики
Железобетонная обойма выполняется из бетона класса В 12,5 и выше с армированием вертикальными стержнями и хомутами. Расстояние между хомутами должно быть не более 150 мм.
Своевременное предотвращение деформации несущих элементов способствует увеличению периода эксплуатации здания. Усиление кирпичных стен монтируют с целью повышения прочности сооружения. При правильном подходе можно восстановить стену с потерей прочности до 50%. Важно соблюдать нормы и правила на каждом этапе строительства, поскольку опорные элементы конструкций могут сократить несущую способность, и дом начнет рушиться. Существует несколько методов устранения трещин и проседаний конструктивных элементов.
Причины укрепления
Усиление кирпичной кладки проводят для увеличения прочности сооружения. Такие мероприятия гарантируют сохранение целостности конструкции при возможной перепланировке дома, смещении внутренних перегородок, монтаже дополнительных оконных или дверных проемов. Укрепление кирпичной стены позволяет предотвратить деформацию здания в целом. При первых признаках нарушения целостности сооружения рекомендуется монтировать усиление стен.
Деформация кладки происходит под воздействием таких факторов:
- Неправильно рассчитанный проект. Нарушение нормативной дистанции между постройками, неравномерное распределение несущей способности элементов, чрезмерные нагрузки на фундамент.
- Нарушение технологии устройства фундамента. Отсутствие дополнительного укрепления рыхлой почвы, неправильная глубина основания, использование добавок в растворах.
- Некачественная кладка. Неправильно выбран способ устройства оконных и дверных проемов, облицовка смесями с низким уровнем воздухопроницаемости, применение некачественного раствора, отсутствие распределительных плит при укладке перекрытий.
- Нарушение правил эксплуатации стен. Отсутствие водосточных труб и отмостки, протекание подземных коммуникационных систем, нарушение шарнирных связей несущих элементов с перекрытиями.
Методы усиления кирпичных стен
При нешироких трещинах можно прибегнуть к методу инъектирования. Схема усиления стен из кирпича разрабатывается с учетом степени деформации. Разрушение кладки проявляется в виде трещин разной ширины. Дефекты до 4 см промывают и заделывают торкретбетоном. Более широкие разъемы через инъекторы заполняют специальной смесью для возобновления уровня прочности. Перед началом работ ремонтируют цоколь, возобновляют кладку, проделывают проемы. Существует несколько способов укрепления стен, выбор зависит от характера разрушения.
Чтобы восстановить треснувшую несущую стену здания, выполняют укрепление обоймами.
Усиление железобетонной обоймой
Сравнительно недорогой метод возобновления несущей способности элементов сооружения. Выполнение занимает немного времени. Главный недостаток - увеличение нагрузки на основание. Этапы работ с железобетонными обоймами:
- Креплениями фиксируют на кладке арматурную сетку. Железобетонные оболочки делают из поперечных арматурных прутьев А240/AI класса и продольной арматуры А240-А400/AI, AII, AIII классов.
- Определяют толщину и материал для бетонирования. Рекомендуется использовать мелкозернистые бетонные составы 10-го класса и выше.
- Обойму толщиной менее 4 см заливают пневмобетоном и дают застыть.
- Выполняют облицовку штукатуркой.
- Для слоя толще 4 см по периметру устанавливают опалубку, в ней оставляют отверстия для инъекционных трубок.
- Заливают площадь монолитными бетонными составами.
Для усиления проемов в стенах можно воспользоваться стальной обоймой. Применение метода позволяет укрепить несущие элементы конструкции. Стальными обоймами и балками из швеллера можно выполнить усиление проемов в кирпичных стенах. При создании нового оконного отверстия с целью повышения прочности кладки применяют металлоконструкции. Для укрепления проема в кирпичной стене монтируют швеллер. Для усиления стены понадобятся арматурные прутья и профильные уголки.
Этапы проведения работ с металлическими креплениями:
- По углам заданной площади раствором крепят уголки.
- Фиксируют металлические полосы шириной не более 6 см.
- Монтируют остальные продольные элементы. Их размер зависит от высоты заданной площади.
- На каркас крепят сетку. Применение металлической основы повышает прочность сооружения.
- Заливают цементным раствором толщиной 3 см. Такой слой защитит укрепление стальными тяжами от коррозии.
При реконструкции жилых зданий со стенами из кирпичной кладки возникает необходимость восстановления несущей способности или усиления элементов кладки вследствие увеличения нагрузок от надстраиваемых этажей. При длительной эксплуатации зданий наблюдаются признаки разрушения простенков, столбов и кладки стен в результате неравномерных осадок фундаментов , атмосферных воздействий, протечек кровли и др.
Процесс восстановления несущей способности кладки следует начинать с исключения основных причин трещинообразования. Если этому процессу способствует неравномерная осадка здания, то следует исключить это явление известными и описанными ранее методами.
До принятия технических решений по усилению конструкций важно оценить фактическую прочность несущих элементов. Эта оценка выполняется методом разрушающих нагрузок, фактической прочности кирпича, раствора, а для армированной кладки - предела текучести стали. При этом необходимо наиболее полно учитывать факторы, снижающие несущую способность конструкций. К ним относятся трещины, локальные повреждения, отклонения кладки от вертикали, нарушение связей, опирания плит и т.п.
Что касается усиления кирпичной кладки, то накопленный опыт реконструкционных работ позволяет выделить ряд традиционных технологий, основанных на использовании: металлических и железобетонных обойм, каркасов; на инъецировании полимерцементных и других суспензий в тело кладки; на устройстве монолитных поясов по верхней части зданий (в случаях надстройки), предварительно напрягаемых стяжек и др. решений.
На рис. 6.40 приведены характерные конструктивно-технологические решения. Представленные системы направлены на всестороннее обжатие стен с использованием регулируемых натяжных систем. Они выполняются открытого и закрытого типов, при внешнем и внутреннем расположении, обеспечиваются антикоррозионной защитой .
Рис. 6.40.
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: 1
- металлический тяж; 2
- натяжная муфта: 3
- монолитный железобетонный пояс; 4
- плита перекрытий; 5
- анкер; 6
- центрирующая рама; 7
- опорная пластинка с шарниром
Для создания требуемой степени натяжения используются стяжные муфты, доступ к которым должен быть всегда открыт. Они позволяют по мере удлинения тяжей в результате температурных и других деформаций производить дополнительное натяжение. Обжатие элементов кирпичных стен производится в местах наибольшей жесткости (углы, сопряжения наружных и внутренних стен) через распределительные пластины.
Для равномерного обжатия кладки стен используется специальная конструкция центрирующей рамы, которая имеет шарнирное опирание на опорно-распределительные пластины. Такое решение обеспечивает длительную эксплуатацию с достаточно высокой эффективностью.
Места расположения тяжей и центрирующих рам закрываются различного рода поясами и не нарушают общий вид фасадных поверхностей.
Для элементов стен, простенков, столбов, имеющих разрушения кирпичной кладки, но не потерявших устойчивость,производится местная замена кладки. При этом марка кирпича принимается на 1-2 единицы выше, чем существующая.
Технология производства работ предусматривает: устройство временных разгрузочных систем, воспринимающих нагрузку; разборку фрагментов нарушенной кирпичной кладки; устройство кладки. При этом необходимо учитывать, что удаление временных разгрузочных систем должно осуществляться после набора прочности кладки не менее 0,7 R КЛ. Как правило, такие восстановительные работы ведутся при сохранении конструктивной схемы здания и фактических нагрузок.
Весьма эффективны приемы восстановления неоштукатуренной кирпичной кладки, когда требуется сохранить прежний вид фасадов. В этом случае очень тщательно подбираются кирпич по цветовой гамме и размерам, а также материал швов. После восстановления кладки производится пескоструйная очистка, что позволяет получать обновленные поверхности, где новые участки кладки не выделяются из основного массива.
В связи с тем что каменные конструкции воспринимают в основном сжимающие усилия, то наиболее эффективным способом их усиления является устройство стальных, железобетонных и армоцементных обойм. При этом кирпичная кладка в обойме работает в условиях всестороннего сжатия, когда поперечные деформации значительно уменьшаются и, как следствие, увеличивается сопротивление продольной силе.
Расчетное усилие в металлическом поясе определяется по зависимости N = 0,2 R KJl × l × b , где R KJl - расчетное сопротивление кладки скалыванию,тс/м 2 ; l - длина участка усиливаемой стены, м; b - толщина стены, м.
Для обеспечения нормальной работы кирпичных стен и предотвращения дальнейшего раскрытия трещин первоначальным этапом является восстановление несущей способности фундаментов методами усиления, исключающей появление неравномерных осадок.
На рис. 6.41 приведены наиболее распространенные варианты усиления каменных столбов и простенков стальными, железобетонными и армоцементными обоймами.
Рис. 6.41. Усиление столбов стальной обоймой (а), армокаркасами (б), сетками и железобетонными обоймами (в , г ) 1 - усиливаемая конструкция; 2 - элементы усиления; 3 -защитный слой; 4 - щитовая опалубка с хомутами; 5 - инъектор; 6 - материальный шланг
Стальная обойма состоит из продольных уголков на всю высоту усиливаемой конструкции и поперечных планок (хомутов) из плоской или круглой стали. Шаг хомутов принимается не более меньшего размера сечения, но не более 500 мм. Для включения обоймы в работу следует инъецировать зазоры между стальными элементами и кладкой. Монолитность конструкции достигается путем оштукатуривания высокопрочными цементно-песчаными растворами с добавкой пластификаторов, способствующих большей адгезии с кладкой и металлоконструкциями.
Для более эффективной защиты на стальную обойму устанавливается металлическая или полимерная сетка, по которой осуществляется нанесение раствора толщиной 25-30 мм. При незначительных объемах работ раствор наносится вручную с помощью штукатурного инструмента. Большие объемы работ выполняются механизированным путем с подачей материала растворонасосами. Для получения высокопрочного защитного слоя используются установки торкретирования и пнев-мобетонирования. Из-за высокой плотности защитного слоя и большой адгезии с элементами кладки достигается совместная работа конструкции и повышается ее несущая способность.
Устройство железобетонной рубашки осуществляется путем установки арматурных сеток по периметру усиливаемой конструкции с креплением ее через фиксаторы к кирпичной кладке. Крепление осуществляется путем использования анкеров или дюбелей. Железобетонная обойма выполняется из мелкозернистой бетонной смеси не ниже класса В10 с продольной арматурой классов А240-А400 и поперечной - А240. Шаг поперечной арматуры принимается не более 15 см. Толщина обоймы определяется расчетом и составляет 4-12 см. В зависимости от толщины обоймы существенно меняется технология производства работ. Для обойм толщиной до 4 см используются методы нанесения бетона торкретированием и пневмобетонированием. Окончательная отделка поверхностей достигается устройством штукатурного накрывочного слоя.
Для обойм толщиной до 12 см по периметру усиливаемой конструкции устанавливается инвентарная опалубка. В ее щитах устанавливаются инъекционные трубки, через которые мелкозернистая бетонная смесь нагнетается под давлением 0,2-0,6 МПа в полости. Для повышения адгезионных свойств и заполнения всего пространства бетонные смеси пластифицируются путем введения суперпластификаторов в объеме 1,0-1,2 % массы цемента. Снижение вязкости смеси и повышение ее проницаемости достигаются дополнительным воздействием высокочастотной вибрации путем контакта вибратора с опалубкой рубашки. Достаточно хороший эффект дает импульсный режим подачи смеси, когда кратковременные воздействия повышенного давления обеспечивают более высокий градиент скоростей и высокую проницаемость.
На рис. 6.41,г приведена технологическая схема производства работ путем инъецирования железобетонной обоймы. Установка опалубки производится на всю высоту конструкции с обеспечением защитного слоя арматурного заполнения. Нагнетание бетона осуществляется по ярусам (3-4 яруса). Процесс окончания подачи бетона фиксируется по контрольным отверстиям с противоположной стороны от места нагнетания. Для ускоренного твердения бетона используются системы термоактивных опалубок, греющих проводов и другие приемы повышения температуры твердеющего бетона. Демонтаж опалубки осуществляется по ярусам при достижении бетоном распалубочной прочности. Режим твердения при t = 60 °С обеспечивает распалубочную прочность в течение 8-12 ч прогрева.
Железобетонные обоймы могут выполняться в виде элементов несъемной опалубки (рис. 6.42). При этом наружные поверхности могут иметь мелкий или глубокий рельеф или гладкую поверхность. После установки несъемной опалубки и крепления ее элементов обеспечивается замоноличивание пространства между усиливаемой и ограждающей конструкцией. Использование несъемной опалубки имеет значительный технологический эффект, так как отпадает необходимость в разборке опалубки, а главное - исключается отделочный цикл работ.
Рис. 6.42. Усиление столбов с использованием опалубки-облицовки из архитектурного бетона 1 - усиливаемая конструкция; 2 - армокаркас; 3 - элементы облицовки; 4 - бетон омоноличивания
Наиболее эффективными несъемными опалубками следует считать тонкостенные элементы (1,5-2 см), изготовленные из дисперсно-армированного бетона. Для вовлечения опалубки в работу она снабжается выступающими анкерами, существенно повышающими адгезию с укладываемым бетоном.
Устройство растворных обойм отличается от железобетонных толщиной наносимого слоя и составом. Как правило, для защиты арматурной сетки и обеспечения ее адгезии с кирпичной кладкой используются штукатурные цементно-песчаные растворы с добавкой пластификаторов, повышающих физико-механические характеристики. Технология строительных процессов практически не отличается от выполнения штукатурных работ.
Для обеспечения совместной работы элементов обоймы по ее длине, превышающей в 2 и более раз толщину, необходима установка дополнительных поперечных связей через сечение кладки. Усиление кирпичной кладки может быть произведено методом инъецирования. Оно осуществляется путем нагнетания через заранее пробуренные шпуры цементного или полимерцементного раствора. В результате достигается монолитность кладки и повышаются ее физико-механические характеристики.
К инъекционным растворам предъявляются достаточно жесткие требования. Они должны обладать малым водоотделением, низкой вязкостью, высокой адгезией и достаточными прочностными характеристиками. Раствор нагнетается под давлением до 0,6 МПа, что обеспечивает достаточно обширную зону проникновения. Параметры инъекции: расположение инъекторов, их глубина, давление, состав раствора в каждом конкретном случае подбираются индивидуально с учетом трещиноватости кладки, состояния швов и других показателей.
Прочность кладки, усиленной инъецированием, оценивается по СНиП II-22-81* «Каменные и армокаменные конструкции». В зависимости от характера дефектов и вида инъецированного раствора устанавливаются поправочные коэффициенты: тк = 1,1 - при наличии трещин от силовых воздействий и при использовании цементного и полимерцементного растворов; тк = 1,0 - при наличии одиночных трещин от неравномерных осадок или при нарушении связи между совместно работающими стенами; тк = 1,3 - при наличии трещин от силовых воздействий при инъекции полимерных растворов. Прочность растворов должна быть в пределах 15-25МПа.
Усиление кирпичных перемычек достаточно распространенное явление, что связано со снижением несущей способности распорной кладки вследствие выветривания швов, нарушения адгезии и другими причинами.
На рис. 6.43 приведены конструктивные варианты усиления перемычек с использованием различного рода металлических накладок. Они устанавливаются путем пробивки штраб и отверстий в кирпичной кладке и в дальнейшем омоноличиваются цементно-песчаным раствором по сетке.
Рис. 6.43. Примеры усиления перемычек кирпичных стен а , б - путем подведения накладок из уголковой стали; в , г - дополнительными металлическими перемычками из швеллера: 1 - кирпичная кладка; 2 - трещины; 3 - накладки из уголков; 4 - полосовые накладки; 5 - анкерные болты; 6 - накладки из швеллера
Для перераспределения усилий на железобетонные перемычки вследствие увеличения нагрузок на перекрытия используются металлические разгрузочные пояса, выполненные из двух швеллеров и объединенные болтовыми соединениями.
Усиление и повышение устойчивости кирпичных стен. Технология усиления базируется на создании дополнительной железобетонной рубашки с одной или двух сторон стены (рис.6.44). Технология производства работ включает процессы подготовки и очистки поверхности стен, сверления отверстий под анкеры, установки анкеров, крепления к анкерам арматурных стержней или сеток, омоноличивание.
Как правило, при достаточно больших объемах работ используется механизированный метод нанесения цементно-песчаного раствора: пневмобетонированием или торкретированием и реже ручным способом. Затем для выравнивания поверхностей наносится затирочный слой и выполняются последующие операции, связанные с отделкой поверхностей стен.
Рис. 6.44. Усиление кирпичных стен армированием а - отдельными стержнями арматуры; б - арматурными каркасами; в - арматурной сеткой; г - железобетонными пилястрами: 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
Эффективным приемом усиления кирпичных стен является устройство железобетонных одно- и двусторонних стоек в штрабах и пилястр.
Технология устройства двусторонних железобетонных стоек предусматривает образование штраб на глубину 5-6 см, высверливание сквозных отверстий по высоте стены, крепление с помощью тяжей арматурного каркаса и последующее омоноличивание образовавшейся полости. Для омоноличивания используют цементно-песчаные растворы с пластифицирующими добавками. Высокий эффект достигается при использовании растворов и мелкозернистых бетонов с предварительным домолом цемента, песка и суперпластификатора. Такие смеси кроме большой адгезии обладают свойством ускоренного твердения 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.
