Улучшение и усиление каменных конструкций

При реконструкции зданий и сооружений, выполнен­ных из каменных конструкций, важно оценить фактиче­скую прочность несущих элементов. Эта оценка для ар­мированных и неармированных конструкций выполняется методом разрушающих нагрузок на основании фактической прочности кирпича, раствора и предела теку­чести стали. При этом необходимо наиболее полно учи­тывать все факторы, которые могут снизить несущую спо­собность конструкции (трещины, локальные поврежде­ния, отклонения кладки по вертикали и соответствующее увеличение эксцентриситетов, нарушение связей между несущими конструкциями, смещения плит покрытий и перекрытий, прогонов, стропильных конструкций ит. п.).

B связи с тем что каменные конструкции испытывают в основном сжимающие усилия, наиболее эффективным способом их усиления является устройство стальных, железобетонных и армированных растворных обойм (рис. 3.13).

Рис. 3.13. Усиление каменных столбов стальной (а), железобетон­ной (б) и армированной растворной (в) обоймами:

1-планки 35х5…60х12 мм; 2- уголки; 3 - сварка; 4- стержни Æ5…12 мм;5 - хомутыÆ4…10 мм; 6 -бетон В12,5...В14; 7 -стержни Æ 6...12 мм; 8-раствор марки 50...75;

9 – кладка

Каменная кладка в обойме работает в условиях все­стороннего сжатия, ври этом ее поперечные деформации значительно уменьшаются и, как следствие, существенно увеличивается сопротивление продольной силе.

Стальная обойма состоит из двух основных элемен­тов - вертикальных стальных уголков, которые устанав­ливаются по углам простенков или столбов на цемент­ном растворе, и хомутов из полосовой или круглой ста­ли. Шаг хомутов принимается не более меньшего раз­мера сечения и не более 500 мм. Для обеспечения вклю­чения обоймы в работу кладки необходимо тщательно зачеканивать или инъецировать зазоры между стальны­ми элементами обоймы и каменной кладкой цементным раствором.

После устройства металлической обоймы ее элемен­ты защищают от коррозии цементным раствором тол­щиной 25...30 мм по металлической сетке.

Железобетонная обойма выполняется из бетона клас­са BJO и выше с продольной арматурой классов A-I, А- II, А- III и поперечной арматурой класса A-I. Шаг по­перечной арматуры принимается не более 15 см. Толщи­на обоймы определяется расчетом и принимается в пре­делах 4...12 см.

Армированная растворная обойма отличается от же­лезобетонной тем, что вместо бетона применяется це­ментный раствор марки 75...100, которым защищается арматура усиления.

Эффективность железобетонных и цементных обойм определяется процентом поперечного армирования, прочностью бетона или раствора, сечением обоймы, со­стоянием каменной кладки и характером приложения нагрузки на конструкцию.

Для обеспечения совместной работы элементов обой­мы при ее длине, превышающей в 2 раза и более тол­щину, необходимо установить дополнительные попереч­ные связи, которые пропускают через кладку (рис. 3.14), расстояние между этими связями в плане при­нимается не более 1 м и не более двух толщин стен, а по высоте - не более 75 см.

Одновременно с усилением стен обоймами рекомен­дуется также выполнять инъекцию в имеющиеся трещины в кирпичной цементного раствора.

Инъекция осуществляется путем нагнетания в по­врежденную кладку жидкого цементного или полимер-цементного раствора под давлением. При этом происхо­дит общее замоноличивание кладки, восстанавливается

Рис. 3.14. Усиление простенков стальными обоймами:

1 – кирпичный столбик; 2 - стальные уголки; 3 - планка; 4-поперечная связь

и даже увеличивается ее несущая способность. Достоин­ством такого метода усиления является возможности его осуществления без остановки производства, при не­больших затратах материалов и без увеличения попереч­ных размеров конструкций.

Для обеспечения эффективности инъецирования при­меняют портландцемент марки не менее 400 с тонко­стью помола не менее 2400 см²/г с густотой цементного теста 22...25%, а также шлакопортлапдцемент марки 400 с небольшой вязкостью в разжиженных растворах. Песок для раствора применяют мелкий с модулем круп­ности 1,0...1,5 или тонкомолотый с тонкостью помола равной 2000...2200 см²/г.

Для повышения пластичности состава в раствор добавляют пластифицирующие добавки в виде нитрита натрия (5% от массы цемента), поливинилацетатную эмульсию ПВА с поли мер цементным отношением П/Ц= =0,6 или нафталиноформальдегидную добавку в коли­честве 0,1 % от массы цемента.

К инъекционным растворам предъявляются доста­точно жесткие требования: малое водоотделение, необ­ходимая вязкость, требуемая прочность на сжатие и сцепление, незначительная усадка, высокая морозо­стойкость.

При небольших трещинах в кладке (до 1,5 мм) при­меняют полимерные растворы на основе эпоксидной смолы (эпоксидная смола ЭД-20 (ЭД-16) - 100 мас. ч.; модификатор МГФ-9 - 30 мас. ч.; отвердитель ПЭПА - 15 мас. ч.; тонкомолотый песок - 50 мас. ч.), а также цементно-песчаные растворы с добавкой тонкомолотого песка (цемент - 1 мае. ч.; суперпластификатор нафталиноформальдегид - 0,1 мас. ч.; песок - 0,25 мас. ч.; водоцементное отношение - 0,6).

При более значительном раскрытии трещин приме­няют цементно-полимерные растворы состава 1:0,15:: 0,3 (цемент: полимер ПВА: песок) или цементно-пес­чаные растворы состава 1: 0,05: 0,3 (цемент: пластификатор нитрит натрия: песок), В/Ц=0,6, модуль круп­ности песка

М_к =1,0.

Раствор нагнетается под давлением до 0,6 МПа. Плотность заполнения трещин определяется через 28 сут после инъецирования неразрушающими методами.

Совместное усиление кирпичной кладки стальной обоймой и инъецированием позволяет существенно по­высить ее несущую способность и используется в том случае, если раздельное применение этих способов уси­ления недостаточно.

При устройстве комбинированного усиления сначала устанавливают металлическую обойму, затем произво­дят инъецирование раствора в кладку.

При реконструкции кирпичных зданий часто возни­кает необходимость в повышении их жесткости и проч­ности в связи с появлением в процессе эксплуатации не­допустимых трещин и деформаций. Эти дефекты могут быть вызваны неравномерными осадками фундаментов в результате ошибок при проектировании, строительст­ве или эксплуатации, плохой перевязкой швов и т.п. Одним из наиболее эффективных способов восстановления и усиления несущей способности здания в этом слу­чае является его объемное обжатие с помощью металли­ческих тяжей диаметром 25...36 мм, располагаемых в уровне перекрытий.

Объемное обжатие может осуществляться для зда­ния в целом или для его отдельной части. Тяжи могут располагаться по поверхности стен или в бороздах се­чением 70x80 мм. После натяжения борозды заделыва­ются цементным раствором; тяжи, расположенные по поверхности стен, также оштукатуриваются, образуя горизонтальные пояса, которые не должны ухудшать архитектурный облик здания.

Крепление тяжей осуществляется к вертикальным уголкам, устанавливаемым на цементном растворе на углах и выступах здания (рис.3.15). Натяжение тяжей осуществляется с помощью стяжных муфт одновремен­но по всему контуру здания. Предварительно тяжи разо­греваются автогеном, паяльными лампами или электро­нагревом.

Механическое натяжение осуществляется вручную с помощью рычага длиной 1,5 м с усилием 300...400 Н. Общее усилие натяжения составляет около 50 кН, его контроль осуществляется по отсутствию провисания тя­жей, различными приборами, индикаторами, простуки­ванием (хорошо натянутый тяж издает чистый звук вы­сокого тона).

Поврежденные или отклонившиеся от вертикали уг­лы зданий усиливаются металлическими балками из швеллеров № 16...20, которые устанавливаются в уров­не перекрытий в вырубленные с двух сторон стены бо­розды или на поверхности стены и соединяются друг с другом стяжными болтами.

Кирпичные опоры под железобетонные или стальные перемычки при необходимости усиливают бандажами или обоймами, а при сильных повреждениях разбирают и перекладывают, предварительно установив под конца­ми перемычек временные разгружающие стойки на клиньях.

Усиление перемычек или устройство новой перемыч­ки над проемом большего размера осуществляется пу­тем подведения стальных балок, которые устанавлива­ются над проемом в вырубленные борозды и стягивают­ся между собой болтами. После разборки нового проема балки оштукатуриваются по металлической сетке.

При нарушении совместной работы продольных н по­перечных стен вследствие образования трещин рекомен­дуется устанавливать поперечные стальные гибкие свя­зи диаметром 20...25 мм в уровне перекрытий,, закрепив их к стенам с помощью распределительных прокладок из швеллеров или уголков.

При реконструкции часто возникает необходимость во временном усилении (раскреплении) стен и перегоро­док из каменных материалов. Такое усиление необходи­мо при отклонении стен от вертикали и их выпучивании на величину более ¹/₃ толщины. При высоте стен до 6 м их раскрепляют подкосами из бревен, установленным сшагом 3...4 м, причем верхние концы подкосов упира­ют в металлические штыри, забитые в швы кладки. При большей высоте стен (до 12 м) применяют двойные подкосы ив бревен (брусьев), которые крепятся в при­стенные стойки и распределительные брусья.

При высоте стен более 12 м крепление стен осущест­вляется тяжами с натяжными муфтами. Рационально при этом использовать расположенные рядом устойчи­вые здания и сооружения (рис. 3.16).

Рис. 3.15. Усиление стен объемным обжатием:

1 - тяжи; 2 - муфта натяжения; 3- металлическая прокладка; 4- швеллер № 16 - 20;

5 - уголок

Поврежденные несущие простенки возможно разгру­зить, установив в смежных проемах временные стойки или (при технологической возможности) заложив их кирпичной кладкой.

При опирании на усиливаемые простенки стропиль­ных конструкций, балок и прогонов их разгружают пу­тем подведения под опорные части этих конструкций временных деревянных или металлических рам или кир­пичных столбов на гипсовых растворах.

Рис. 3.16. Крепление наклонившейся стены к стенам устойчивых зданий:

1 - деформированное здание; 2 - распорка; 3- ус­тойчивое сооружение