Усиление каменных конструкций из кирпича
Необходимость усиления строительных конструкций в процессе их эксплуатации возникает как при реконструкции и техническом перевооружении здании, так и вследствие физического износа и различных повреждений, вызванных коррозией материалов, механическими воздействиями, воздействиями агрессивной среды, некачественным изготовлением конструкций и нарушением норм производства строительно- монтажных работ, нарушением правил эксплуатации и условий технологии производства.
Восстановление и усиление каменных конструкций может быть выполнено различными способами, которые можно условно объединить в три группы: усиление без изменения расчетной схемы, с изменением расчетной схемы и с изменением напряженного состояния.
Результаты обследования каменных зданий, их конструкций и элементов обобщаются в техническом заключении, в котором на основании их технического состояния делаются выводы о необходимости их усиления или восстановления .
Методы восстановления конструкций из кирпича
Наиболее распространенными методами восстановления каменных конструкций являются: оштукатуривание, инъецирование имеющихся трещин, частичная или полная перекладка элементов.
Восстановление элементов оштукатуриванием применяется при поверхностных повреждениях кладки в виде выветривания раствора, размораживания, расслоения на глубину до 150 мм, а также при наличии стабилизированных осадочных трещин. Оштукатуривание осуществляется вручную (при глубине повреждения до 40 мм) или торкретированием раствором марки М75 и выше на основе цемента.
Для обеспечения надежного сцепления штукатурного слоя с кирпичной кладкой производят подготовку оштукатуриваемой поверхности: кладку очищают от поврежденного кирпича и раствора, промывают и высушивают. При большой площади и толщине штукатурного слоя дополнительно расчищают горизонтальные швы на глубину 10...15 мм, на кладке выполняют насечку поверхности, устанавливают металлические сетки из проволоки диаметром 2...6 мм или стеклосетки. Металлические сетки могут выполняться на месте путем обвязки проволокой диаметром 2...3 мм вокруг анкеров диаметром, не превышающих толщину шва (рисунок 30). Края сеток заводят за поврежденный участок на длину не менее 500 мм. Если поврежденный участок находится вблизи угла здания, сетку заводят за угол на стену не менее чем на 1000 мм.
Для восстановления и усиления каменной кладки, имеющей сквозные трещины силового и осадочного характера (при стабилизировавшихся осадках), применяется инъецирование цементным и полимерным растворами путем их нагнетания под давлением до 0,6 МПа с помощью нагнетательных устройств.
Рисунок 30 – Восстановление кирпичных стен: а - с использованием обвязки из проволоки, б - с использованием готовых сеток: 1 - анкер, 2 - проволока, 3 - сетка, 4 - гвозди, 5 - восстанавливаемая кладка, 6 – раствор
Расчетное сопротивление каменной кладки, усиленной инъецированием раствора в трещины, принимается с учетом поправочного коэффициента m k , зависящего от вида раствора и характера трещин:
m k = 1,1 – для кладки с трещинами от силовых воздействий, инъецированных цементным раствором;
m k = 1,3 – то же, полимерным раствором;
m k = 1,0 – для кладки с трещинами от неравномерной осадки или нарушением связи между отдельными элементами, инъецированными цементным или полимерным растворами.
Частичная (полная) перекладка производится при наличии большого количества мелких, одиночных глубоких и сквозных трещин при стабилизировавшихся осадках здания. Для перекладки применяют кирпич и раствор марки, не ниже марки кирпича и раствора восстанавливаемой кладки. При перекладке участков должна быть сохранена принятая перевязка швов (рисунок 31).
Рисунок 31 – Восстановление каменной кладки частичной перекладкой: а - частичная перекладка с одной стороны, б - то же с двух сторон: 1 - трещина, 2 - восстанавливаемая стена, 3 - частичная перекладка
Для восстановления целостности кирпичных стен, имеющих сквозные трещины силового и осадочного характера, применяют скобы из круглой стали диаметром не менее 6 мм, концы которых закрепляются в устраиваемых отверстиях в кладке на глубину 100 мм и более, а также накладки из листового или профильного металла, закрепляемые на усиливаемых участках стен с помощью стяжных болтов (рисунок 32). Скобы и накладки могут размещаться с одной (при толщине стены 640 мм и менее) или двух сторон (при большей толщине) усиливаемого участка, на поверхности, в горизонтальных швах (для скоб диаметром, не превышающем толщину шва) и в предварительно подготовленных штрабах. Размещение накладок в штрабах эффективно при смещениях участков стен, разделенных трещиной, относительно друг друга по вертикали.
В качестве накладок применяются прокатные профили в виде швеллеров
№ 16...20, уголков с шириной полки, примыкающей к стене, 75...100 мм, а также полосовая сталь шириной 70 мм и более. Стяжные болты выполняют из круглой стали диаметром 16...22 мм. Расстояние от трещины до
ближайших к ней стяжных болтов должно составлять не менее 600 мм. В случае если трещина находится вблизи угла здания, накладки заводятся за угол не менее чем на 1000 мм. После монтажа накладок штрабы заполняют бетоном. Стальные накладки, устанавливаемые на поверхности стен без устройства штраб, покрывают антикоррозионными составами или оштукатуривают по сетке .
Рисунок 32 – Усиление стен наладками: а - общий вид усиления, б -
усиление простенка, в - усиление вблизи угла здания: 1 - стальная накладка, 2
Стяжной болт, 3 - гайка, 4 - штраба, 5 - опорная пластина (полоса), 6 -
уголок, 7 – трещина
Усиление элементов конструкций из кирпича
При невозможности достижения требуемой степени повышения прочности без увеличения поперечного сечения элемента применяют методы усиления, увеличивающие площадь поперечного сечения путем устройства наращивания или обойм.
Наращивание может быть каменным, армокаменным или железобетонным.
Для наращивания применяется кирпич и раствор марок не ниже фактической условной марки кирпича и раствора, полученной при испытании образцов из усиливаемой конструкции.
Наращивание устраивают толщиной в 1/2 кирпича или более. Совместная работа с кирпичной кладкой усиливаемой конструкции обеспечивается путем устройства борозд в усиливаемой кладке глубиной в 1/2 кирпича или с помощью анкеров, забиваемых в швы. Для кладки наращивания возможно применение продольного и поперечного армирования.
Расчет прочности каменных конструкций, усиленных каменным (армокаменным) наращиванием, производится по с учетом его совместной работы с усиливаемой конструкцией путем введения дополнительного коэффициента условий работы к расчетному сопротивлению каменной кладки наращивания, равного:
при усилении элемента под нагрузкой, превышающей 70 % расчетной,
γ k , ad = 0,8.
при усилении элемента под нагрузкой, не превышающей 70 %
расчетной, γ k , ad = 1.
Для устройства наращивания из железобетона применяется бетон класса не ниже C12/15. Железобетонная часть возводится в предварительно подготовленных нишах или существующих каналах кирпичной кладки (рисунок 33). Процент армирования железобетонной части сечения должен составлять 0,5…1,5 %. Так как деформативность каменной кладки существенно выше деформативности железобетона, то при усилении под нагрузкой дополнительные бетон и арматура работают совместно с усиливаемой конструкцией и достигают своего расчетного сопротивления в предельном состоянии.
Рисунок 33 – Усиление простенков с пилястрами монолитными железобетонными элементами: а, в - сквозная пробивка стены; б, г - устройство углублений с одной стороны: 1 - усиливаемая кладка, 2 - продольная арматура, 3 - поперечная арматура, 4 - бетон усиления
Эффективным методом увеличения прочности каменной кладки при малых эксцентриситетах является устройство обойм: стальной, железобетонной и растворной.
Наиболее массовыми элементами, усиливаемыми обоймой, являются столбы и простенки. Столбы, как правило, имеют прямоугольную форму поперечного сечения с соотношением сторон не более 1,5, что способствует эффективной работе обойм, ограничивающих поперечные деформации в сечении. Простенки имеют вытянутую в плане форму, обычно с соотношением сторон более двух. При этом для эффективного использования обойм устанавливаются дополнительные связи в виде стяжных болтов или анкеров. Допускаемые расстояния между связями (анкерами, хомутами) не более 1000 мм и не более двух толщин стены по длине, по высоте - не более 750 мм. Связи надежно закрепляют в усиливаемой кладке.
Стальная обойма - это система из продольных элементов уголкового профиля (рисунок 34), устанавливаемых на растворе по углам или выступам конструкции и приваренных к ним поперечных элементов (планок) в виде
полосовой или арматурной стали, а также опорных подкладок (при усилении всего столба или простенка, когда на продольные элементы передается часть усилий от вышерасположенных конструкций). Шаг планок принимают не более меньшего размера поперечного сечения и не более 500 мм.
Для повышения эффективности усиления поперечные планки рекомендуется напрягать. Для этого со стороны двух противоположных граней к продольным элементам приваривают планки только с одного конца. После чего нагревают планки до 100...120°С и приваривают в нагретом состоянии второй свободный конец к вертикальным уголкам. При остывании планок происходит обжатие усиливаемой конструкции.
Рисунок 34 – Усиление каменных конструкций стальной обоймой: 1 - усиливаемая конструкция, 2 - уголок, 3 - планка, 4 - поперечная связь, 5 - полоса, 6 - анкеры, 7 - болт, 8 - опорный уголок, 9 - стальная пластина
Железобетонная обойма (рисунок 35) представляет собой пространственный арматурный каркас из продольной и поперечной арматуры, омоноличенный бетоном. Этот вид обоймы применяется при
значительных повреждениях кладки и позволяет значительно повысить прочность усиливаемого каменного элемента.
Толщину обоймы и площадь поперечного сечения арматуры определяют расчетом. Ориентировочно толщина обоймы принимается 40…120 мм, диаметр поперечных стержней - 4…10 мм. Для обеспечения сцепления с бетоном продольная арматура отстоит от усиливаемой кладки не менее чем на 30 мм. Шаг хомутов принимают согласно расчету, но не более 150 мм. Шаг продольной арматуры - 250…300 мм. Для обоймы рекомендуется применять бетоны классов C12/15 и выше.
Для увеличения площади контакта кладки с элементами усиления обоймы рекомендуется в кладке через каждые 3-4 ряда выполнять борозды на глубину 1/2 кирпича или расчищать швы кладки на 10…15 мм в глубину. Бетонирование производится методом инъецирования, нагнетая смесь через инъекционные отверстия в опалубке, торкретированием или последовательным бетонированием с наращиванием опалубки.
Рисунок 35 – Усиление железобетонной обоймой: а - столбов, б - простенков: 1 - усиливаемая конструкция, 2 - продольная арматура, 3 - поперечная арматура, 4 - бетон, 5 - дополнительные поперечные связи, 6 - продольная арматура, 7 – анкеры
Армированная растворная обойма выполняется по аналогии с железобетонной, но вместо бетона применяют раствор марки не ниже М50. Растворная обойма позволяет сохранить существующие размеры поперечного сечения практически без изменения. При производстве работ не применяется опалубка. Цементный раствор, наносимый тонким слоем порядка 30…40 мм, выполняет функции связи между усиливаемой кладкой и арматурой и защищает арматуру от коррозии. Минимальная толщина защитного слоя составляет: для внутренних сухих помещений - 15 мм, для наружных и влажных помещений - 20…25 мм.
Для усиления каменных конструкций под нагрузкой, превышающей 70..80 % от расчетной, эффективно (позволяют повысить прочность каменных конструкций в 2-3 раза) применение предварительно напряженных распорок, установленных с одной или с двух сторон конструкции, в которых рабочими элементами являются вертикальные ветви распорки, а поперечные планки выполняют роль соединительных элементов, уменьшающих свободную длину ветвей.
Предварительно напряженные распорки (аналогично усилению железобетонных конструкций) состоят из уголковых профилей, располагаемых по углам конструкции и связанных друг с другом планками из полосовой стали или стержневой арматуры. Сверху и снизу распорки передают нагрузку на опорные уголки. Предварительное напряжение распорок осуществляется путем их перегиба в середине длины или с помощью домкратов .
Расчет каменных конструкций, усиленных обоймами, производится в соответствии с .
Усиление сопряжений элементов конструкций из кирпича
Для восстановления целостности стен в местах сопряжения применяютстальные затяжки (рисунок 36),шпонки (рисунок 37),гибкие связи в виде анкеров (рисунок 38), а такжеперекладку поврежденных участков.
Стальные затяжки выполняют из круглой стали диаметром 20...25 мм с резьбой по концам и распределительных прокладок из уголков или швеллеров. Стальные затяжки располагают, как правило, в уровне перекрытия. Устройство затяжек производят в следующей последовательности: устраивают горизонтальную штрабу в продольной стене на глубину 60…130 мм, просверливают отверстия для тяжей. В поперечных стенах на расстоянии не менее 1000 мм от места разрыва пробивают отверстие для установки распределительной прокладки. Тяжи закрепляют на распределительных прокладках и предварительно напрягают завинчиванием гаек на концах в сочетании с нагреванием тяжей. После монтажа затяжек тяжи покрывают антикоррозионными составами, а штрабы заполняют бетоном или заделываются кирпичом.
Рисунок 36 – Восстановление сопряжений стен стальными затяжками: 1
Продольная стена, 2 - поперечная стена, 3 - перекрытие, 4 - тяжи, 5 -
распределительные прокладки, 6 - гайки, 7 - цементный раствор
Рисунок 37 – Восстановление сопряжений железобетонными шпонками: а - с вертикальными арматурными каркасами, б - то же, с горизонтальными каркасами
Рисунок 38 – Восстановление сопряжений гибкими связями: 1 - продольная стена, 2- железобетонная колонна, 3 - закладная деталь колонны, 4 - сварка, 5 – анкер
Для восстановления сопряжений стен также используются шпонки: железобетонные и стальные. На этаж устанавливается не более 2-3 шпонок. Для первого этажа: в уровне пола у фундамента, в середине стены и в уровне перекрытия.
Железобетонные шпонки состоят из арматурного каркаса из стержней
16…20 мм и бетона класса C12/15 и выше.
Стальные шпонки выполняют из пластин, уголков, швеллеров. При устройстве стальных шпонок пробивают вертикальные штрабы длиной 400…600 мм. Монтаж шпонок производят на растворах повышенной прочности. Шпонки оборачивают металлической сеткой, а после монтажа стягивают болтами диаметром не менее 16 мм и оштукатуривают раствором.
Перекладка участков стен, простенков осуществляется в случаях значительных отклонений от вертикали, сдвигов, перекосов, выпучиваний,
когда отклонение от первоначального положения составляет более 1/3 толщины, с обязательным креплением гибкими связями к близлежащим конструкциям: стенам, колоннам, перекрытиям и покрытиям .
Повышение пространственной жесткости кирпичных зданий
В результате неравномерной осадки оснований фундаментов, различной жесткости элементов и разнонагруженности стен, а также при воздействиях природных и техногенных факторов происходит нарушение пространственной жесткости коробки здания в целом или какой-либо ее части.
Для восстановления целостности остова здания применяют пояса, которые воспринимают неравномерные деформации, растягивающие усилия кладки и способствуют перераспределению нагрузки на основание.
В зависимости от характера проводимых работ (восстановление жесткости эксплуатируемого здания, реконструкция или надстройка), причин и вида повреждений применяются стальные (гибкие, жесткие), армокаменные или железобетонные пояса.
Стальные гибкие напрягаемые пояса (рисунок 39) представляют собой систему горизонтальных распределительных устройств, состоящих из тяжей диаметром 20...40 мм, напрягаемых при помощи муфт с двухсторонней резьбой (правой и левой) или закручиванием гаек на концах, концевых и промежуточных упоров.
Поясами создается один или несколько замкнутых контуров по стенам.
Производится объемное обжатие всего здания или его части.
С целью эффективного обжатия всей коробки здания длину большей части пояса рекомендуется принимать не более 1,5 коротких. В многоэтажных зданиях тяжи устанавливают в уровне перекрытий. Допускается связь тяжей с перекрытиями. В промышленных и общественных
одноэтажных зданиях тяжи устанавливают в уровне низа стропильных конструкций.
Пояса устанавливают либо на поверхности стен, ухудшая внешний вид, но сокращая трудоемкость работ, либо в штрабах кладки, не меняя внешнего вида и надежно предохраняя металлические детали от коррозии.
При устройстве пояса в кладке пробивают горизонтальные штрабы глубиной 70…80 мм и сквозные отверстия для продольных и поперечных тяжей. На углах здания на растворах повышенной прочности вертикально устанавливают отрезки уголков. Если пояса устанавливают на поверхности стен, для удобства монтажа и исключения провисания тяжей по длине в кладку забивают промежуточные скобы.
Монтаж поясов усиливаемого здания осуществляется последовательно снизу вверх (рисунок 39).
Предварительное напряжение производят с помощью соединительных муфт одновременным натяжением всех тяжей или первоначально напрягают тяжи проходящие внутри здания, а затем - снаружи. Натяжение производят динамометрическим ключом, домкратом или ломиком с плечом 1500 мм с усилием на конце 30...40 кг. Для уменьшения трудоемкости натяжения рекомендуется осуществлять электро- или термонагрев тяжей. Степень натяжения следует контролировать приборами. Тяжи считаются натянутыми, если они не провисают и при ударе по ним ломиком издают звук высокого тона. При устройстве тяжей в условиях пониженных температур выполняется их дополнительное натяжение. После фиксации тяжей и их напряжения производится инъецирование трещин в стенах или выполняется частичная перекладка в зависимости от характера и степени повреждения.
Рисунок 39 – Усиление здания стальными предварительно напряженными поясами: 1 - тяж, 2 - стяжная муфта с двухсторонней резьбой, 3 - упорный уголок, 4 - накладка из швеллера, 5 - гайка с шайбой
Расчет сечения гибких тяжей производят из условия равной прочности тяжей на растяжение и каменной кладки на срез. Расчетное усилие определяется по формуле
(16)
где R sq - расчетное сопротивление кладки на срез, МПа; l - длина стены; b -
толщина стены.
Стальные жесткие пояса (рисунок 40) выполняются из профильной стали (в основном, из швеллеров, уголков и полосовой стали) и предназначаются для передачи усилий на более прочные участки. Пояса охватывают все здание или его часть, выполняются замкнутыми или незамкнутыми. Незамкнутые пояса применяют при разрывах здания, продольных и поперечных стен, углов. Номер профиля назначается конструктивно.
Рисунок 40 – Усиление части здания устройством предварительно напряженного стального пояса из прокатных профилей: 1 - трещина, 2 - пояс из швеллера, 3 - стяжной болт, 4 - гайка, 5 - анкер
Стальные жесткие пояса могут выполняться предварительно напряженными. Натяжение жестких поясов осуществляется с помощью болтовых соединений (рисунок 41). Диаметр натяжного болта (шпильки) определяется расчетом и ориентировочно составляет 20...25 мм.
Стальные жесткие пояса устанавливают по всему контуру здания или его части в штрабах или на поверхности стен. В зависимости от толщины стены пояса располагаются с одной или двух сторон стены: при толщине более 640 мм - с двух сторон, при толщине менее 640 мм - с одной.
Фиксация двухсторонних поясов выполняется болтами диаметром 16...20 мм, которые при помощи гаек стягивают пояса друг с другом и играют роль анкеров. При расположении пояса с одной стороны совместная
работа достигается за счет устройства анкеров (рисунок 40, вариант А (в штрабе). Шаг болтов - 2000...2500 мм, анкеров - 500...700 мм.
Рисунок 41 – Натяжное устройство предварительно напряженного стального пояса из прокатных профилей
Стальные гибкие и жесткие пояса, установленные на поверхности стен, вместе с муфтами, упорными уголками, накладками, огрунтовывают и окрашивают или оштукатуривают по сетке.
При надстройке здания с целью повышения его пространственной жесткости в уровне перекрытий, покрытий выполняют армокаменные (рисунок 42,а) или железобетонные (рисунок 42,б) пояса жесткости.
Рисунок 42 – Усиление стен здания поясами: а - армокаменным; б - железобетонным: 1 - кирпичная кладка стен, 2 - армокаменный пояс, 3 - стальная сетка, 4 - железобетонный пояс, 5 - продольная арматура, 6 - поперечная арматура, 7 – утепление
При устройстве армокаменного пояса допускается применение продольных стержней арматуры в поясе диаметром до 12 мм с утолщением шва до 25 мм. Ориентировочно площадь продольной арматуры пояса в стенах толщиной до 510 мм можно принимать в пределах 4,5 см 2 , а при большей толщине - 6,5 см 2 .
Железобетонный пояс выполняется из бетона класса не ниже C12/15 с армированием пространственным арматурным каркасом. Возможно использование жесткой арматуры в поясе. Высота поперечного сечения пояса составляет не менее 120 мм, ориентировочно ширина сечения пояса принимается равной: при толщине стены до 510 мм - толщине стены с учетом утепления, при толщине стены более 510 мм - возможно устройство меньшего по ширине пояса. В месте устройства железобетонного пояса следует предусматривать дополнительное утепление стен для ликвидации
«мостиков холода» .
Устройство предварительно напряженных армированных поясов рассмотрено в .
Работы по ремонту, усилению каменных стен
Правильный и эффективный способ устранения дефектов каменных стен может быть выбран лишь на основе тщательного анализа и устранения причин их возникновения. К ликвидации дефектов стен приступают только после получения утвержденного проекта. Данные работы должны выполняться в соответствии с проектом производства работ. Способ производства работ выбирается ремонтно-строительной организацией.
Степень повреждения каменных стен оценивается по потере ими несущей способности и подразделяется на слабую, среднюю и сильную.
Слабые повреждения (до 15%) обусловлены размораживанием, выветриванием и огневыми повреждениями материала стен на глубину не более 5 мм, а также вертикальными и косыми трещинами, которые пересекают не более двух рядов кладки.
Средние повреждения (до 25%) вызваны размораживанием и выветриванием кладки, отслоением облицовки на глубину до 25% толщины, огневыми повреждениями материалов стены на глубину до 20 мм, вертикальными и косыми трещинами, пересекающими не более четырех рядов кладки, наклоном и выпучиванием стен в пределах одного этажа на величину, не превышающую 1/5 их толщины, образованием вертикальных трещин в местах пересечения продольных и поперечных стен местными нарушениями кладки под опорами балок и перемычек, смещением плит перекрытий не более чем на 20 мм.
Сильные повреждения (до 50%) - это результат обрушения стен, размораживания и выветривания кладки на глубину до 40% ее толщины, огневых повреждений материала стен на глубину до 60 мм, вертикальных и косых трещин (исключая температурные и осадочные) на высоту не более восьми рядов кладки, наклонов и выпучивания стен в пределах одного этажа на % его высоты, смещения стен и столбов по горизонтальным швам или косой штрабе, отрыва поперечных стен от продольных, повреждения кладки под опорами балок и перемычек на глубину более 20 мм, смещения плит перекрытий на опорах более чем на 40 мм.
Разрушенными считаются стены , потерявшие более 50% прочности.
Необходимость устранения вышеуказанных повреждений служит основанием для проведения ремонтно-восстановительных работ.
К работам по ремонту и усилению каменных стен относят: ремонт цоколей зданий, заделку трещин, ремонт и усиление перемычек, усиление отдельных простенков и столбов, обеспечение пространственной жесткости стен, перекладку отдельных участков стен, утепление стен, закладку или устройство проемов, усиление кладки стен инъецированием.
В каменных зданиях, исходя из величины раскрытия, различают трещины узкие (1...5 мм), широкие (5...40 мм), не нарушающие целостности кладки, и трещины, имеющие величину раскрытия более 40 мм и нарушающие целостность кладки.
Узкие трещины расчищают (расшивают), промывают водой и зачеканивают торкретбетоном.
Широкие трещины, с раскрытием 5...40 мм и не нарушающие целостности кладки, заделывают в такой очередности: трещину расчищают (расшивают) и промывают водой, зачеканивают торкретбетоном.
Трещины, имеющие величину раскрытия более 40 мм или нарушающие целостность кладки, заделывают в такой очередности: трещину расчищают (расшивают) и промывают водой, зачеканивают торкретбетоном, далее высверливаются отверстия по длине трещины, в которые вставляются инъекторы, через которые в полость трещины закачивается под давлением смесь специального состава.
Усиление каменных стен обоймами.
Обоймы первого типа (старая технология) устраивают следующим образом (рис.1). Поверхность столба или простенка в местах установки уголков-стоек сечением 120x120x10 мм и планок 120x20 мм тщательно очищают от штукатурки и выравнивают в целях обеспечения плотного их примыкания к поверхности усиливаемого элемента. Уголки-стойки устанавливают в проектное положение по слою цементно-песчаного раствора с фиксацией положения с помощью проволочных скруток или струбцин. Совместную работу обоймы и усиливаемого элемента обеспечивают путем создания предварительного напряжения планок, привариваемых к уголкам. Наиболее простой и надежный способ создания предварительного напряжения - термический. Он заключается в том, что поперечные планки непосредственно перед установкой нагревают до температуры 150...200 °С и, не давая им остыть, приваривают к уголкам. Расстояние между поперечными планками не должно превышать толщины усиливаемого элемента.
Рис.1. Усиление кирпичных простенков стальными обоймами при отношении ширины к толщине: а - 1,5; б - >1,5; 1 - проем; 2 - простенок; 3 - уголок L120x10; 4 - стальная полоса 120x20; 5 - стяжной болт
Обоймы второго типа изготавливаются из тех же материалов, что и обоймы первого типа, но исключён процесс предварительного нагрева поперечных планок, что в современных построечных условиях практически невыполнимо. Чтобы создать напряжение в конструкции используется специальный торкретбетон, который при кристаллизации имеет свойство расширяться. Часто используется для усиления простенков и столбов комбинированный метод установка обойм, с последующим торкретированием и инъецирование в поврежденную кладку смеси.
Армированные растворные обоймы усиливают простенки за счет создания в них объемного напряженного состояния.
В процессе эксплуатации зданий и сооружений возникает необходимость проведения ремонтных работ по обеспечению устойчивости и жесткости стен. Основными причинами потери устойчивости стен являются значительные деформации основания или возможность их появления при увеличении нагрузок на фундаменты, например при надстройке этажей.
Для увеличения жесткости стен устанавливают стальные тяжи или устраивают железобетонные или стальные пояса.
Установка стальных тяжей (рис.2) является наиболее эффективным методом повышения пространственной жесткости зданий при степени износа стен не более 60%. Тяжи выполняют из арматурной стали класса A-I диаметром 30...38 мм. Их устанавливают в борозды, предварительно пробитые по периметру здания в уровне междуэтажных перекрытий. На углах зданий устанавливают опоры из уголка, например L 125x10. Данные опоры предохраняют кирпичную кладку стен от местного смятия и передают усилия обжатия на большую площадь. Напряжение тяжей производят с помощью стяжных муфт.
Рис.2. Усиление стен стальными тяжами, устанавливаемыми в стенах:
а - фасад; б - план; 1 - стальной тяж; 2 - стяжная муфта; 3 - опорный уголок
При другом варианте установки стальных тяжей - поперек здания на уровне перекрытий каждого этажа или через этаж (рис.3). Стальные тяжи выполняют из круглой, квадратной или полосовой стали. При длине тяжа более 6000мм каждый тяж может состоять из двух частей, соединенных между собой с помощью талрепа. Концевые участки тяжей пропускают через отверстия, предварительно просверленные или пробитые в наружных стенах. Затем поочередно с обеих сторон здания устанавливают швеллер N 16...20 вертикальной полкой к плоскости стены: снаружи или в предварительно пробитую штрабу. Концы тяжей, имеющие винтовую резьбу, пропускают в отверстия швеллеров и навинчивают по две гайки с каждой стороны. Натяжение тяжей осуществляют путем навинчивания гаек, а при большой длине затем с помощью талрепов. При заданном проектном усилии натяжения гайки и талрепы могут завинчивать тарированными гайковертами.
Рис.3. Усиление стен стальными тяжами, устанавливаемыми под перекрытия:
1 - стена; 2 - перекрытие; 3 - стальной тяж; 4 - распределяющая накладка; 5 - талреп (стяжная муфта)
Железобетонные и армокирпичные пояса (рис.4) применяют в основном при надстройке зданий и сооружений. Они служат для равномерной передачи нагрузок на нижележащие стены, восприятия растягивающих усилий, возникающих при неравномерной осадке основания, и обеспечения общей жесткости здания.
Рис.10. Усиление стен поясами жесткости:
а - железобетонный пояс; б - армированный шов; в - армокирпичный пояс
Пояса располагают в уровне междуэтажных перекрытий в виде непрерывных лент на всех капитальных стенах, в том числе и на поперечных. Сечение арматуры принимают согласно проекту.
При внешнем, не глубоком 10-40 мм разрушении поверхности стен применяют нанесение торкретбетона по армирующей сетке. Толщина слоя армированного торкретбетона составляет 30-60мм. Торкретбетон из-за своей малой влагопроницаемости надёжно защищает стену от атмосферных воздействий.
При небольшом раскрытии трещины в стене здания наиболее эффективным способом ее усиления является устройство стальных шпонок. Стягивание кирпичной кладки происходит за счет обжатия трещины с помощью утопленной стальной шпонки, позволяющей равномерно стягивать трещину со всех сторон, исключив повторное разрушение конструкций стен.
Рисунок 5 - Заделка трещины в кирпичной стене способом установки шпонок из прокатного металла; 1- усиливаемая стена; 2- трещина в стене, шириной до 10мм, инъектированная смесью после установки шпонок; 3- штраба в стене; 4- шпонка из прокатного металла (швеллер, уголок); 3- полости, заполненные торкретбетоном. Достоинством такого метода усиления является возможность его осуществления без остановки производства, при небольших затратах материалов и без увеличения поперечных размеров конструкций.
Работы по ремонту, усилению железобетонных стен
При ремонте защитного слоя бетона предусматриваются следующие виды работ:
Заделка отдельных выколов и раковин;
Замена или восстановление защитного слоя (частичная или сплошная).
При сплошной замене толщина защитного слоя может быть увеличена, но во всех случаях должна быть не менее 3 см в свету для рабочей арматуры и не менее 2 см для хомутов и нерабочей арматуры.
Замена защитного слоя бетона производится в тех случаях, когда его свойства, понижены, арматура поражена коррозией или защитный слой бетона отслаивается. В этих случаях старый защитный слой подлежит полному удалению, а арматура должна быть очищена от ржавчины.
Для заделки незначительных по протяженности повреждений защитного слоя применяются ручные приемы штукатурных работ.
При большом объеме работ наиболее эффективным способом нанесения бетонов является торкретирование, при котором достигается получение весьма плотного и прочного защитного слоя.
РЕМОНТ И УСИЛЕНИЕ КАМЕННЫХ СТЕН
Общие сведения
Факторы, приводящие к разрушению стен, можно разделить на две группы: силовые и вызванные влиянием окружающей среды. К силовым относятся: неравномерные осадки здания, обусловленные, как правило, нарушением основания под фундаментом; увеличение нагрузки в связи с перестройкой или надстройкой зданий без должного учета несущей способности стен; нарушение мест опирания; увеличение прогибов перемычек оконных и дверных проемов и др. Влияние окружающей среды выражается в чрезмерном увлажнении и последующем промерзании стен, агрессивном воздействии газов и пылевидных частиц, находящихся в составе дымов от промышленных предприятий и транспорта, выветривании материалов стен и в огневых повреждениях. Влияние биологических факторов приводит к разрушению стен из органических строительных материалов .
Степень повреждения каменных стен оценивают по потере ими несущей способности и условно подразделяют на слабую, среднюю и сильную.
Слабые повреждения (до 15 %) обусловлены размораживанием, выветриванием и огневыми повреждениями материала стен на глубину не более 5 мм, вертикальными и косыми трещинами, пересекающими не более двух рядов кладки.
Средние повреждения (до 25 %) вызваны размораживанием и выветриванием кладки, отслоением облицовки на глубину до 25 % толщины, огневыми повреждениями материалов стены на глубину до 20 мм, вертикальными и косыми трещинами, пересекающими не более четырех рядов кладки, наклоном и выпучиванием стен в пределах этажа на величину, не превышающую 1/5 их толщины, образованием вертикальных трещин в местах сопряжения продольных и поперечных стен, местными нарушениями кладки под опорами балок и перемычек, смещением плит перекрытий не более чем на 20 мм.
Сильные повреждения (до 50%)-это результат обвала стен, размораживания и выветривания кладки на глубину до 40 % ее толщины, огневых повреждений материала стен на глубину до 60 мм, вертикальных и косых трещин (исключая температурные и осадочные) на высоту не более восьми рядов кладки, наклонов и выпучиваний стен в пределах этажа на 1/3 их высоты, смещения стен и столбов по горизонтальным швам или косой штрабе, отрыва поперечных стен от продольных, повреждения кладки под опорами балок и перемычек на глубину более 20 мм, смещения плит перекрытий на опорах, составляющего более 1/5 глубины их опирания.
Разрушенными считаются стены, потерявшие более 50 % прочности.
Необходимость устранения перечисленных повреждений служит основанием проведения ремонтных работ .
К работам по ремонту и усилению стен относятся: перекладка участков стен; заделка трещин; усиление кладки способом инъекции ; ремонт и усиление перемычек; усиление столбов и простенков; обеспечение пространственной жесткости зданий.
Восстановление стен и перемычек
Перекладку отдельных участков стен и замену выпавших или ослабленных камней производят в направлении сверху вниз при разборке старой кладки и снизу вверх - при выполнении новой кладки. При этом принимают меры, обеспечивающие сохранность и стабильность положения вышележащих участков стены и опирающихся на них конструкций.
К разборке старой и устройству новой кладки приступают после установки временных креплений, которые сохраняются на весь период производства работ. Для замены узких простенков (до 1 м) временные крепления выполняют из одиночных стоек, опирающихся на низ оконного или дверного проема и поддерживающих непосредственно элементы перемычек, а для широких простенков (более 1 м) - из парных стоек, устанавливаемых по обеим сторонам проема. При устройстве временных креплений обеспечивают плотное прилегание верха и низа стоек, а также включение их в работу с помощью клиньев. В особо ответственных случаях включение стоек временных креплений в работу контролируют замером деформации стойки в процессе подбивания клиньев.
Чтобы разгрузить деформированный участок, применяют разгрузочные балки, которые заводят с обеих сторон стены в заранее пробитые борозды. В первую очередь балку заводят с наиболее ослабленной стороны стены. Для этого размечают и пробивают в стене борозду, высота которой должна быть больше высоты разгрузочной балки на 40...60 мм. Далее подготавливают площадки опирания балки на кладку глубиной не менее 250 мм и устанавливают балку. Зазор между верхней поверхностью балки и кладкой зачеканивают жестким цементным раствором. С другой стороны стены эти операции выполняют через 2... 3 сут после установки и заделки первой балки.
Запрещается одновременная перекладка стен в нескольких ярусах по вертикали и доступ людей в нижележащие помещения.
Размеры камней, используемых для ремонта, должны соответствовать размерам камней ремонтируемой кладки. Они должны быть близкими по своим физико-механическим свойствам. Для возведения новых простенков применяют материалы (кирпич, бетонные камни и т. п.) повышенной прочности, не ниже марки 100.
Состав и марка раствора должны соответствовать требованиям проекта. Раствор используют до начала схватывания. Если он расслоился при перевозке, то перед употреблением его тщательно перемешивают. В зависимости от назначения раствор должен обладать подвижностью, определенной по стандартному конусу: для стен и столбов из кирпича - 80...130; стен из пустотелого кирпича -70...80; клинчатых перемычек -50...60 мм.
Горизонтальные швы между рядами кирпичной кладки и вертикальные швы между кирпичами в перемычках, простенках и столбах заполняют раствором. При кладке впустошовку глубина не заполненных раствором с лицевой стороны швов не должна превышать 15 мм для стен и 10 мм (только вертикальных швов) - для столбов. Швы в местах сопряжения старой и новой кладки тщательно заполняют раствором и расчеканивают. Верх новой кладки не доводят до старой на 30...40 мм; этот зазор зачеканивают жестким цементным раствором марки не ниже 100. В отдельных случаях для обеспечения повышенной плотности примыкания новой кладки к старой допускается в незатвердевший раствор забивать плоские стальные клинья.
Заделку трещин шириной до 40 мм производят цементным раствором. Перед заполнением раствором трещину тщательно очищают от пыли и грязи, а кирпичные стены обильно смачивают водой. После поглощения воды кирпичом поверхность трещины обрабатывают цементным молоком, затем заделывают пластичным цементным раствором состава 1:3, приготовленным на портландцементе. Качество работ повысится, если раствор нагнетать в трещины под давлением до 0,145 МПа. При этом в зависимости от давления водоцементное отношение раствора может составлять от 0,7 до 0,3. Расположение отверстий для подачи раствора зависит от характера и размещения трещин. На вертикальных и наклонных трещинах отверстия располагают через 0,8...1,5 м, на горизонтальных - через 0,2...0,3 м.
При ремонте трещин шириной более 40 мм заменяют кладку вдоль трещин на всю толщину стены и на ширину 380...510 мм, строго соблюдая перевязку швов.
Кладку в местах трещин разбирают без предварительно: крепления отдельных участков или всей стены в тех случаях, если высота трещины не превышает 0,5 высоты этажа, если стену не передаются горизонтальные нагрузки или нагрузок; приложенные со значительными эксцентриситетами, а также если трещины расположены друг от друга на расстоянии не менее 3 м. Во всех остальных случаях к ремонту трещин приступают только после обеспечения устойчивости стен на весь период производства работ. Металлические анкеры, связи и другие элементы при разборке сохраняют без нарушения их целостности.
Для укрепления сквозных трещин и трещин в виде разрывов в местах сопряжения стен применяют металлические накладки из полосовой стали. Накладки, как правило, устанавливают с двух сторон стены и стягивают между собой болтами. В местах сопряжения стен накладки, нарощенные по длине болтами, пропускают через перпендикулярно расположенные стены и заанкеривают.
Усиление способом инъекции заключается в подаче под давлением в поврежденную кладку цементного или полимерцементного раствора, который, проникнув в щели и трещины, после затвердевания обеспечивает необходимую монолитность кладки.
При приготовлении растворов для инъектирования применяют портландцемент марки не ниже 400 (тонкость помола - не менее 2400 см/г, нормальная густота цементного теста - 22... 25%) и шлакопортландцемент марки 400, обладающий небольшой вязкостью в разжиженных растворах, а также песок - мелкий с модулем крупности 1,0... 1,5 и тонкомолотый, тонкость помола которого приближается к тонкости помола цемента. В качестве пластифицирующих добавок используют нитрит натрия (5 % массы цемента), поливинилацетатную эмульсию ПВА (полимерцементное отношение - 0,05), нафталинформальдегидную (меламинформальдегидную) добавку (10% массы цемента).
Для производства работ применяют цементные (беспесчаные), цементно-песчаные, цементно-полимерные и полимерные растворы, которые должны обладать незначительным водоотделением, заданной вязкостью, требуемой прочностью, малой усадкой и достаточной морозостойкостью.
для кладки с раскрытием трещин до 1,5 мм - полимерные растворы на основе эпоксидной смолы (на 100 кг эпоксидной смолы ЭД-20 (ЭД-16) брать 30 кг модификатора МГФ-9, 15 кг отвердителя ПЭПА и 50 кг тонкомолотого песка); цементно-песчаные растворы с добавкой тонкомолотого песка состава 1: 0,1: 0,25 (цемент: нафталинформальдегид: песок) при В/Ц = 0,6;
для кладки с раскрытием трещин 1,5 мм и более - цементно-полимерные растворы состава 1:0,15:0,3 (цемент: полимер ПВА: песок) при В/Ц = 0,6; цементно-песчаные растворы (модуль крупности песка - 1) состава 1: 0,05: 0,3 (цемент: нитрит натрия: песок) при В/Ц = 0,6; цементные (беспесчаные) растворы состава 1: 0,1 (цемент: нафталинформальдегид) при В /Ц = 0,5.
Состав инъекционных растворов назначают в соответствии с требованиями проекта и корректируют с учетом местных условий и применяемых материалов.
Приготовляют раствор в такой последовательности: портландцемент и тонкомолотый песок, дозированные по массе, перемешивают насухо и засыпают в растворомешалку, куда подают пластификатор, растворенный частью воды, входящей в состав раствора, затем добавляют остальную массу воды. Приготовленную смесь перемешивают в течение 10мин, после чего процеживают через виброфильтр. До нагнетания приготовленный раствор хранят при непрерывном перемешивании.
В кладку раствор нагнетают под давлением до 0,6 МПа. Плотность заполнения кладки в процессе нагнетания раствора контролируют по радиусу его распространения (вытеканию из патрубков, намоканию штукатурки).
При ремонте каменных или кирпичных перемычек над проемами заделывают трещины (при небольшом их раскрытии), выполняют частичную или полную перекладку, укрепляют стальными прокатными профилями, а при выходе перемычек из строя производят их полную замену.
Небольшие трещины в перемычках тщательно конопатят с наружной поверхности, смачивают водой и после впитывания воды заливают жидким цементным раствором. После схватывания раствора паклю из трещин удаляют. Па неоштукатуренных фасадах оставшиеся углубления заполняют пластичным цементным раствором и расшивают швы, на оштукатуренных - углубления заполняют в процессе восстановления штукатурного слоя.
Для частичной или полной перекладки перемычек домонтируют оконные или дверные заполнения проемов и разгружают перемычку, подводя под нее временные крепления. Устройству временных креплений уделяют особое внимание при расположении непосредственно над перемычкой балок перекрытий, положение которых фиксируют специальными креплениями. После укрепления стены перемычку заменяют новой. Кладку выполняют по традиционной схеме - от пяты к замку. Марку раствора и кирпича принимают по проекту. Нижний ряд грядовых и армокаменных перемычек выкладывают тычками. Клинчатые и арочные перемычки из обычного кирпича разрешается выкладывать без обработки его на клин за счет устройства переменных по толщине вертикальных швов. Минимальная толщина такого шва - 5, вверху - 25 мм.
Укрепление перемычек стальными прокатными профилями (рис.1) производят по технологии, аналогичной описанной выше. Если при укреплении уголками необходимо перекрыть значительный пролет или усилить поврежденную в середине пролета перемычку, рабочий пролет уголка уменьшают постановкой тяжей из полосовой стали. Тяжи, как правило, устанавливают с двух сторон и соединяют между собой болтами. При усилении перемычек в наружных стенах принимают меры по сохранению их теплозащитных свойств, так как в местах пропуска металла образуются мостики холода. Стальные профили, используемые для усиления перемычек, заводят в стену не менее чем на 250 мм с каждой стороны и устанавливают на заранее подготовленную постель.
Рис.1 Укрепление перемычек:
а - накладка уголков и подведение балочек;
б - уменьшение пролета тяжами;
1 - уголок;
2 - обетонированный швеллер;
3 - болт;
4 - тяж из полосовой стали
Замену вышедшей из строя перемычки на стальную или сборную железобетонную производят после ее полной разгрузки и крепления конструкций перекрытия, опирающихся на эту перемычку. Работы начинают с наиболее ослабленной стороны стены, где по предварительной разметке пробивают горизонтальную борозду, высоту которой принимают на 40...60 мм больше высоты устанавливаемой перемычки. Борозды очищают от щебня, грязи и пыли, затем тщательно промывают водой. Металлические балки из швеллеров и двутавров предварительно заполняют кирпичом, который скрепляют проволокой, наматывая ее на балку. Новую перемычку устанавливают в проектное положение на постель из жесткого цементного раствора и фиксируют в этом положении клиньями. Если перемычку устанавливают не на всю толщину стены, образовавшееся пространство между внутренней поверхностью перемычки и стеной заполняют пластичным раствором. Наружные щели зачеканивают жестким цементным раствором. К работам с противоположной стороны стены приступают не ранее чем через 5...6 сут после установки перемычки в первой борозде. Перемычки, заполняющие не всю толщину стены, стягивают между собой болтами.
Усиление столбов и простенков,
обеспечение пространственной жесткости зданий
Усиление столбов и простенков обоймами - весьма эффективный способ повышения несущей способности ремонтируемых конструкций.
По характеру работы обоймы можно разделить на три типа:
1) сдерживающие поперечные деформации; несущая способность увеличивается в результате создания в усиливаемом элементе объемного напряженного состояния;
2) воспринимающие часть нормальных усилий, передаваемых на усиливаемый элемент; желаемый эффект достигается увеличением площади поперечного сечения либо введением в существующие габариты материала с повышенными физико-механическими свойствами;
3) комбинированные, выполняющие одновременно функции обойм первого и второго типов.
По роду используемого материала обоймы бывают стальные, железобетонные и армированные растворные.
Стальные обоймы наиболее просты в изготовление; состоят из вертикально устанавливаемых уголков-стоек и соединяющих их планок из полосовой или круглой стали (рис.2, а).
Рис.2 Устройство обойм:
а, б - стальных соответственно 1-го и 2-го типов;
в - железобетонной;
1 - уголки-стойки;
2 - соединительные планки;
3 - стяжной болт;
4 - арматура (на фасаде условно не показана)
Основной недостаток стальных обойм - опасность появления мостиков холода при установке их на наружных стенах. Чтобы избежать это, принимают дополнительные меры по теплоизоляции.
Обоймы 1-го типа устраивают следующим образом. Поверхность столба или простенка в местах установки уголков-стоек тщательно очищают от штукатурки и выравнивают, чтобы обеспечить плотное прилегание уголков к поверхности усиливаемого элемента. Уголки устанавливают в проектное положение на тонком слое цементно-песчаного раствора и фиксируют проволочными скрутками или струбцинами. Совместную работу обоймы и простенка или столба обеспечивает предварительное напряжение планок, привариваемых к уголкам. Наиболее простой и надежный способ создания предварительного напряжения - термический. Для этого поперечные планки непосредственно перед установкой нагревают до температуры 150...200 °С, затем, не давая им остыть, приваривают к уголкам. Расстояние между поперечными планками не должно быть меньше толщины усиливаемого элемента
Обоймы 2-го типа также выполняют из уголков-стоек и поперечных планок, шаг которых не должен превышать 40 радиусов инерции уголка наименьшего профиля в обойме. Наиболее ответственным этапом установки обойм этого типа является включение их в работу. Поскольку обойма призвана воспринимать и передавать вертикальную нагрузку, необходимо обеспечить достаточную площадь опирания уголка сверху и снизу. Для этого в месте опирания обойм устраивают постель из жесткого цементного раствора марки не ниже 100. Для включения обоймы в работу под опоры забивают стальные клинья. В наиболее ответственных случаях усилия, создаваемые в вертикальных элементах, контролируют по деформациям уголков. После достижения заданных деформаций обойму выдерживают до проявления деформаций обмятия у опор и проявления пластических деформаций, затем окончательно подбивают клинья и фиксируют их положение.
Второй способ включения обойм 2-го типа в работу состоит в том, что уголки-стойки заготавливают длиннее, чем расстояние между верхней и нижней опорами, и устанавливают их на место, слегка изогнув по длине (рис.2, б). Напряжение создается в результате выравнивания уголков стяжными болтами, расположенными по высоте обоймы. Установив в проектное положение, уголки соединяют между собой поперечными планками. Длину уголков-стоек определяют непосредственно перед установкой их на место, исходя из фактических размеров между опорными площадками, заданного уровня предварительного напряжения и физико-механических свойств материала.
Обоймы 3-го типа (комбинированные) устанавливают в проектное положение с соблюдением правил по установке обойм 1-го и 2-го типов.
Наибольшего эффекта усиления простенков, столбов и поврежденных участков стен можно добиться одновременной установкой обойм и инъектированием в поврежденную кладку цементного раствора.
После установки стальные обоймы защищают от коррозии слоем цементного раствора толщиной 25...30 мм по металлической сетке.
Железобетонная обойма (рис.2, в) представляет собой тонкую плиту, охватывающую усиливаемый элемент по периметру. Толщину обоймы назначают по расчету (40мм). В конфигурации опалубки учитывают возможность восстановления четвертей проемов. Если необходимо сохранить без изменения поперечное сечение простенка, кладка которого находится в удовлетворительном состоянии, перед устройством обоймы его обрубывают по торцам на толщину обоймы. При этом простенок разгружают установкой временных опор. Для сохранения или незначительного изменения габаритов проема допускается уменьшение толщины обоймы до 30...40 мм.
Бетон для обойм должен быть марки не ниже 150; его приготовляют на щебне с максимальной фракцией 10мм. Армирование целесообразно выполнять из сеток и каркасов заводского изготовления. Расстояние между хомутами не должно превышать 150 мм. При соотношении сторон усиливаемого простенка или столба более 1:2,5 арматурные сетки, расположенные по большей стороне, соединяют между собой.
Бетон укладывают в опалубку послойно, тщательно уплотняя каждый слой вибрированием. Высокое качество работ получается при устройстве обойм из торкрет-бетона, каждый последующий слой которого толщиной не более 10 мм наносят после схватывания предыдущего. Количество наносимых слоев определяется проектной толщиной обоймы.
Перед бетонированием усиливаемую конструкцию тщательно очищают от набела, штукатурного слоя, грязи и мусора для обеспечения адгезии бетона обоймы с материалом конструкции. Кирпичные простенки и столбы перед началом бетонирования рекомендуется смачивать водой.
В железобетонных обоймах 1-го типа обжатие столба или простенка происходит за счет уменьшения габаритов обоймы в результате усадки свежеуложенного бетона. Обоймы 2-го типа включают в работу тщательной зачеканкой жестким цементным раствором зазоров между верхом обоймы и низом существующей конструкции. В случае необходимости в зазоры после приобретения бетоном 70 %-ной проектной прочности забивают стальные клинья. Обоймы 3-го типа выполняют с соблюдением всех перечисленных выше требований.
Армированные растворные обоймы выполняют аналогично железобетонным, только вместо бетона арматуру покрывают слоем цементного раствора марки 75
При устройстве таких обойм четверти в оконных проемах можно не удалять. Достаточно просверлить отверстия и пропустить через них хомуты, расположенные по торцам простенка. Установленные в проектное положение сетки соединяют между собой сваркой и расклинивают для обеспечения заданной толщины защитного слоя. Оштукатуривание производят послойно вручную или торкретированием. Толщина слоя штукатурки по арматуре должна быть не менее 20 мм. Как и при устройстве железобетонных обойм, для сохранения габаритов оконных проемов разрешается уменьшать толщину обоймы на торцевых поверхностях простенков.
Как правило, армированные растворные обоймы усиливают простенки за счет создаваемого в них объемного напряженного состояния. Использование таких обойм для восприятия нормальных усилий нецелесообразно ввиду незначительной толщины слоя цементного раствора.
Работы по обеспечению устойчивости и жесткости стен здания начинают после стабилизации и устранения причин деформаций, вызвавших нарушения. В отдельных случаях при надстройке зданий стены усиливают, чтобы не допустить нежелательных явлений при увеличении нагрузки на фундаменты.
Для восстановления эксплуатационных качеств стен устанавливают предварительно напряженные стальные тяжи, а также устраивают железобетонные или армокирпичные пояса.
Устройство предварительно напряженных стальных тяжей (рис.3) - один из действенных методов повышения пространственной жесткости зданий. Тяжи из круглой арматурной стали диаметром 28...38 мм устанавливают в борозды, пробитые по периметру здания в уровне междуэтажных перекрытий. Опорами тяжей на углах зданий являются уголки, предохраняющие кладку стен от местного смятия и передающие усилия обжатия на большую площадь. Натяжение выполняют стяжными муфтами; его эффективно совмещать с термическим натяжением.
Рис.3 Установка стальных тяжей:
а - фасад здания;
б - план;
1 - стальные тяжи;
2 - стяжные муфты
Результаты внедрения предварительно напряженных стальных тяжей свидетельствуют об экономичности этого метода, достигаемой в результате замены дорогостоящих и трудоемких работ по усилению оснований и фундаментов на сравнительно легко выполнимые работы , а также о его надежности. Применение стальных тяжей целесообразно для капитальных зданий, износ стен которых не превышает 60 %.
Железобетонные и армокирпичные пояса (рис.4) применяют, как правило, при надстройке зданий или увеличении эксплуатационных нагрузок, которые могут вызвать неравномерную осадку зданий. Такие пояса служат для равномерной передачи нагрузки на нижележащие стены здания, восприятия растягивающих усилий, возникающих при неравномерной осадке, и сохранения общей жесткости здания при увеличении прочности стен.
Рис.4 Усиление стены:
а - железобетонным поясом;
б - армированным швом;
1 - уголок;
2 - армокирпичным поясом
Пояса располагают в уровне междуэтажных перекрытий в виде непрерывных лент, лежащих на всех капитальных стенах, в том числе и на поперечных. Пояса должны иметь надежную связь со стенами. Сечение арматуры в них принимают по проекту; оно должно находиться в пределах 6...10 см в зависимости от сечения пояса.
Железобетонные пояса располагают не по всей толщине наружных стен в целях сохранения их теплотехнических свойств. На внутренних стенах пояса могут быть по всей толщине стен. При пересечении поясов расположенными в стенах каналами в поясах устраивают отверстия для пропуска коммуникаций.
При незначительных деформациях стен устраивают армированные швы или армокирпичные пояса. Армированные швы выполняют толщиной 50...60 мм по периметру всех капитальных стен. Количество арматуры такое же, как и при устройстве железобетонных поясов. Эффективность армированного шва в значительной мере повышает переход к армокирпичному поясу, который представляет собой два армированных шва, расположенных друг над другом через 4...6 рядов кирпичной кладки и связанных между собой вертикальными стержнями.
Контроль качества и приемка выполненных работ
Качество работ по ремонту стен достигается при тщательном соблюдении технологии производства работ, применении качественных материалов и организации операционного контроля (табл.1, 2).
Материалы, применяемые для ремонта, по своим характеристикам должны быть близки к материалам ремонтируемой стены. На глубину 1/3 толщины и более стену разбирают после ее разгрузки и обеспечения прочности и устойчивости ремонтируемого участка. Система перевязки швов на перекладываемых участках стены должна соответствовать существующей.
Карта операционного контроля качества работ по ремонту стен
|
Работы, подлежащие контролю |
Способы и средства контроля |
Время контроля |
|
|
Подготовительные работы |
Разгрузка конструкций, соответствие проекту, тщательность и надежность креплений |
Визуально |
До начала paбот |
|
Соответствие качества и вида материалов (кирпича, раствора) | |||
|
Удаление оконных и дверных коробок оштукатуренных откосов |
Визуально | ||
|
Работы, предшествующие кладке |
Ширина разборки кладки при ремонте сквозных трещин |
Складной метр |
До начала кладки |
|
Устройство штраб, забивка металлических штырей для обеспечения связи между старой и новой кладкой |
Визуально; складной метр | ||
|
Очистка поверхности от пыли и грязи |
Визуально | ||
|
Кирпичная кладка |
Смачивание поверхности водой |
Визуально |
В процессе кладки |
|
Толщина и тщательность заполнения швов |
Визуально | ||
|
Соблюдение системы перевязки швов |
Визуально | ||
|
Соблюдение геометрических размеров, вертикальности и горизонтальности |
Складной метр, отвес |
Запрещается:
при ремонте стен - применять схватившиеся и обезвоженные растворы; увлажнять силикатный, шлаковый, зольный и трепельный кирпич; увлажнять глиняный кирпич и керамические камни при кладке на известковом и известково-глиняном растворах, приготовленных на воздушной извести;
при усилении столбов и простенков обоймами - применять пневматический инструмент для разборки кладки; устанавливать поперечные стальные планки без предварительного напряжения.
Допускаемые отклонения, мм (рис.5):
|
1 - отметки обрезов | |
|
2 - ширины проемов | |
|
3 - вертикальной поверхности (неровности при прикладывании 2-метровой рейки): | |
|
оштукатуриваемой стены | |
|
неоштукатуриваемой стены | |
|
4 - поверхности углов от вертикали: | |
|
на всю высоту стены | |
|
5 - толщины кладки | |
|
6 - ширина простенков | |
|
7 - рядов кладки от горизонтали на длине 10 м | |
|
8 - шага поперечных планок | |
|
9 - поверхности и углов от вертикали на всю высоту стены | |
|
10 - отметки низа проема |
Рис.5 Схемы определения допускаемых отклонений:
а - при ремонте стен;
б - при устройстве обойм;
Карта операционного контроля качества работ по устройству обойм
|
Работы, подлежащие контролю |
Контролируемые параметры, процессы и операции |
Способы и средства контроля |
Время контроля |
|
Подготовительные работы |
Надежность и соответствие проекту разгрузочных конструкций |
Визуально |
До начала работ |
|
Очистка поверхности гладки от пыли и грязи |
Визуально | ||
|
Смачивание кладки водой |
Визуально | ||
|
Вид и качество материалов (кирпича, раствора) |
Визуально; лабораторные испытания | ||
|
Устройство стальных обойм |
Размеры заготовок |
Складной метр |
В процессе работ |
|
Плотность прилегания уголков к поверхности |
Визуально | ||
|
Температура нагрева поперечных планок |
Визуально | ||
|
Качество сварных соединений |
Визуально | ||
|
Устройство железобетонных обойм |
Наличие бирок и сертификатов на арматуре |
Визуально | |
|
Соответствие расположения арматуры проекту |
Складной метр | ||
|
Размеры и надежность опалубки | |||
|
Укладка и уплотнение бетона |
Визуально | ||
|
Уход за свежеуложенным бетоном |
Визуально |
В процессе приемки работ учитывают допускаемые отклонения, основные запрещения и перечень операций, оформляемых актами на скрытые работы.
Актами на скрытые работы оформляются:
при ремонте стен - состояние сохраняемых конструкций; анкеровка и защита стальных элементов от коррозии; глубина полнота заполнения раствором кладки в процессе инъектирования;
при усилении столбов и простенков обоймами - работы, связанные с привариванием поперечных планок; защита стальных конструкций от коррозии; соответствие установленной арматуры проекту; уплотнение бетона.
Электронный текст документа
подготовлен ЗАО "Кодекс" и сверен по материалам,
предоставленным к. т.н. (ВИТУ)
Чаще всего кирпичные стены требуют ремонта при образовании в них трещин.
Основные причины образования трещин в стенах дома:
- усадка здания после строительства в течение 1...1,5 лет;
- деформация фундаментов вследствие замерзания и неравномерного оттаивания грунтовых вод;
- недостаточная глубина заложения фундаментов;
- неодинаковая несущая способность грунта в пределах дома и, следовательно, неравномерная осадка различных его частей;
- деформация балочного перекрытия;
- различная нагрузка на грунт частей дома, например, пристройка к дому без деформационного шва;
Причины образования трещин в кирпичных стенах
Рис. 1. Недостаточная глубина заложения фундамента.
Рис. 2. Оседание грунта неодинаковой несущей способности:
1 - грунт меньшей несущей способности; 2 - грунт большей несущей способности.
Рис. 3. Образование трещин в стенах из-за прогиба балочного перекрытия.
Рис. 4. Образование трещин в кирпичных стенах из-за отсутствия деформационного шва между основным зданием и пристройкой.
Рис. 5. Образование трещин в стенах из-за воздействия на конструкцию перекрытия повышенных нагрузок. Трещины, расширенные сверху, обычно образуются от оседания фундаментов со стороны трещины, расширенные снизу - от оседания средней части дома.
Рис. 6. Анализ трещин в каменных стенах с помощью фиксаций бумажными лентами:
1, 2 - повреждение ленты соответственно с большим и небольшим смещением; 3 - ленты без смещения; 4 - трещина.
Частая причина образования трещин - усадка дома. Для определения причин и фиксации процесса образования и увеличения трещин на них наклеивают бумажные или гипсовые ленты с указанием даты крепления. Если лента не разорвется в течение месяца и более, то усадка закончилась и можно заделать трещины, если же продолжает рваться, то надо искать другие причины образования трещин
Способы ремонта кирпичных стен
Рис. 7. Конструкции креплений при перекладке больших участков стены:
1 - лежни; 2 - затяжка; 3 - стойки; 4 - подкладка под стойки (швеллер или деревянный брус); 5 - металлические балки;
А, Б, В - зоны различных нагрузок при трансформации стены.
Усиление стены металлическими накладками
Рис. 8. Усиление кирпичной стены металлическими накладками при отрыве угла.
Рис. 9. Усиление кирпичной стены металлическими накладками при отрыве поперечной стены.
Рис. 10. Усиление кирпичной стены металлическими накладками при разрыве стены.
При незначительном числе разрушающих трещин, образовавшихся после усадки здания, с наружной и внутренней сторон стены устанавливают металлические накладки и крепят их между собой болтами.
Усиление и замена опор
Рис. 11. Усиление опоры кирпичной кладкой:
1 - старая опора; 2 - новая кирпичная кладка; 3 - арматура; 4 - полосовая сталь; 5 - бетон; 6 - стальные уголки.
Поврежденную опору усиливают кирпичной кладкой, в каждый 4-ый постелистый шов которой закладывают арматуру из стали диаметром 3...8 ммм.
Усилить опору можно стальными уголками, связанными полосовой сталью, с последующей облицовкой бетоном.
В некоторых случаях необходимо полностью сменить опору. Для этого все конструкции, передающие нагрузки на опору, укрепляют стойками с раскосами, а затем их разбирают. Кладку новой опоры ведут на цементном растворе с закладкой в постелистые швы арматуры диаметром 3...8 мм через 3...5 рядов.
Рис. 12. Удлинение несущей стены:
1 - с помощью многорядной горизонтальной штрабы; 2 - с использованием мелких (один ряд) горизонтальных штраб; 3 - с использованием вертикальной штрабы; 4 - пристройка стены без перевязки.
Удлиняют несущие стены с перевязкой и без нее. Старую несущую стену можно соединить с новой, если новая высотой в 1 этаж. Для этого в торце старой стены вырубают гнезда на высоту 3...5 рядов кладки, глубиной в полкирпича. Новую стену кладут на цементном растворе.
Высокие стены соединяют со старыми без перевязки, выкладывая швы полосами рубероида для более плотного прилегания их друг к другу. Можно также высечь в торце старой стены вертикальную канавку для плотного прилегания старой и новой стен.
Новые откосы оконных и дверных проемов соединяют перевязкой более тщательно (через 1...3 кирпича) из-за опасности разделения стыка новой и старой стен.
Усиление простенков
Рис. 13. Усиление простенков увеличением их сечения:
1, 2 - соответственно новая и старая кладка.
Рис. 14. Усиление простенков железобетонным корсетом:
1, 2 - простенки, усиленные железобетонным корсетом с увеличением сечения стены.
Усиление простенков между оконными и дверными проемами возможно за счет увеличения сечения простенков, если уменьшить ширину проема. С одной или двух сторон простенка делают новую кладку на цементном растворе, соединяя ее со старой перевязкой через 1...3 ряда кирпичей.
Если же уменьшить ширину проема нельзя, то устраивают железобетонный корсет. Поверхность корсета, входящую внутрь помещения, утепляют слоем штукатурки.
При полной перекладке простенков оконные проемы укрепляют стойками с поперечными связками.
Кладку новых простенков ведут на цементном растворе, в необходимых случаях ее армируют сеткой из проволоки.
Заделка трещин
Рис. 15. Заделка трещин в кирпичной стене:
1 - новая кладка; 2 - трещина; 3- кирпичная перемычка.
Трещины можно заделывать только после прекращения деформации стен. Трещины шириной до 5 мм заливают жидким цементным раствором, предварительно расчистив их от грязи и промыв водой. При более широких трещинах часть кладки разбирают и заменяют новой, выкладывая ее в виде «кирпичного замка » из нескольких рядов кирпича на цементном или смешанном растворе.
Наружные разобранные участки стены заделывают целым, хорошо обожженным кирпичом на смешанном растворе в перевязку со старой кладкой.
Через 1 м в кладку заделывают отрезки металлических или железобетонных балок, перекрывающих трещины.
Замена слабых участков кладки
При незначительном числе трещин слабые участки заменяют новой кладкой. Участки стены, подлежащие замене, укрепляют металлическими болтами, подпирая их стойками. Кладку заменяют поочередно: сначала на крайних участках, затем на средних и промежуточных.
После выполнения кладки временные крепления разбирают и заделывают отверстия от поперечин, проходящих через стену. Промежуток между низом металлических балок и новой кладкой заклинивают полусухим цементным раствором.
Рис. 16. Пробивка проема в несущей стене:
1 - подставка; 2 - стойка; 3 - перемычка; 4 - проем в стене; 5 - верхняя балка; 6 - клинья.
Сначала перекрытие усиливают балками, стойками, подставками и клиньями.
Стойки прибивают к верхней балке плотничьими скобами. Снаружи стену укрепляют полосами, упирающимися на подставки, закрепленными вбитыми в землю кольями.
Затем вырезают с одной стороны паз и вставляют в него перемычки. Участки опирания балок увлажняют водой, заполняют цементным раствором и заделывают кирпичом или дубовыми клиньями. После схватывания цементного раствора вырезают паз для остальных перемычек с другой стороны и устанавливают их таким же способом.
После этого окончательно разбирают кладку по размеру проема.
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.
