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 mk, зависящего от вида раствора и характера трещин:

mk = 1,1 – для кладки с трещинами от силовых воздействий, инъецированных цементным раствором;

mk = 1,3 – то же, полимерным раствором;

mk = 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 [3, 30, 33, 42, 43, 44, 45].

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 [13] 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 [3, 30, 33, 42, 43, 44, 45, 46].

Расчет каменных конструкций, усиленных обоймами, производится в соответствии с [13].

Усиление сопряжений элементов конструкций из кирпича

Для восстановления целостности стен в местах сопряжения применяют стальные затяжки (рисунок 36), шпонки (рисунок 37), гибкие связи в виде анкеров (рисунок 38), а также перекладку 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 [3, 30, 33, 42,

43, 44, 45, 46].

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 Rsq - 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 см2, а при большей толщине - 6,5 см2.

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» [3, 30, 33, 42, 43, 44, 45, 46].

Устройство предварительно напряженных армированных поясов рассмотрено в [47].