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 0,7 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/м²; 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.