Ремонт и усиление кирпичных стен. Усиление кирпичных стен, простенков и колонн

При реконструкции жилых зданий со стенами из кирпичной кладки возникает необходимость восстановления несущей способности или усиления элементов кладки вследствие увеличения нагрузок от надстраиваемых этажей. При длительной эксплуатации зданий наблюдаются признаки разрушения простенков, столбов и кладки стен в результате неравномерных осадок фундаментов , атмосферных воздействий, протечек кровли и др.

Процесс восстановления несущей способности кладки следует начинать с исключения основных причин трещинообразования. Если этому процессу способствует неравномерная осадка здания, то следует исключить это явление известными и описанными ранее методами.

До принятия технических решений по усилению конструкций важно оценить фактическую прочность несущих элементов. Эта оценка выполняется методом разрушающих нагрузок, фактической прочности кирпича, раствора, а для армированной кладки - предела текучести стали. При этом необходимо наиболее полно учитывать факторы, снижающие несущую способность конструкций. К ним относятся трещины, локальные повреждения, отклонения кладки от вертикали, нарушение связей, опирания плит и т.п.

Что касается усиления кирпичной кладки, то накопленный опыт реконструкционных работ позволяет выделить ряд традиционных технологий, основанных на использовании: металлических и железобетонных обойм, каркасов; на инъецировании полимерцементных и других суспензий в тело кладки; на устройстве монолитных поясов по верхней части зданий (в случаях надстройки), предварительно напрягаемых стяжек и др. решений.

На рис. 6.40 приведены характерные конструктивно-технологические решения. Представленные системы направлены на всестороннее обжатие стен с использованием регулируемых натяжных систем. Они выполняются открытого и закрытого типов, при внешнем и внутреннем расположении, обеспечиваются антикоррозионной защитой .

Рис. 6.40. Конструктивно-технологические варианты усиления кирпичных стен
а - схема усиления кирпичных стен здания металлическими тяжами; б , в , г - узлы размещения металлических тяжей; д - схема размещения монолитного железобетонного пояса; е - то же, тяжами с центрирующими элементами: 1 - металлический тяж; 2 - натяжная муфта: 3 - монолитный железобетонный пояс; 4 - плита перекрытий; 5 - анкер; 6 - центрирующая рама; 7 - опорная пластинка с шарниром

Для создания требуемой степени натяжения используются стяжные муфты, доступ к которым должен быть всегда открыт. Они позволяют по мере удлинения тяжей в результате температурных и других деформаций производить дополнительное натяжение. Обжатие элементов кирпичных стен производится в местах наибольшей жесткости (углы, сопряжения наружных и внутренних стен) через распределительные пластины.

Для равномерного обжатия кладки стен используется специальная конструкция центрирующей рамы, которая имеет шарнирное опирание на опорно-распределительные пластины. Такое решение обеспечивает длительную эксплуатацию с достаточно высокой эффективностью.

Места расположения тяжей и центрирующих рам закрываются различного рода поясами и не нарушают общий вид фасадных поверхностей.

Для элементов стен, простенков, столбов, имеющих разрушения кирпичной кладки, но не потерявших устойчивость,производится местная замена кладки. При этом марка кирпича принимается на 1-2 единицы выше, чем существующая.

Технология производства работ предусматривает: устройство временных разгрузочных систем, воспринимающих нагрузку; разборку фрагментов нарушенной кирпичной кладки; устройство кладки. При этом необходимо учитывать, что удаление временных разгрузочных систем должно осуществляться после набора прочности кладки не менее 0,7 R КЛ. Как правило, такие восстановительные работы ведутся при сохранении конструктивной схемы здания и фактических нагрузок.

Весьма эффективны приемы восстановления неоштукатуренной кирпичной кладки, когда требуется сохранить прежний вид фасадов. В этом случае очень тщательно подбираются кирпич по цветовой гамме и размерам, а также материал швов. После восстановления кладки производится пескоструйная очистка, что позволяет получать обновленные поверхности, где новые участки кладки не выделяются из основного массива.

В связи с тем что каменные конструкции воспринимают в основном сжимающие усилия, то наиболее эффективным способом их усиления является устройство стальных, железобетонных и армоцементных обойм. При этом кирпичная кладка в обойме работает в условиях всестороннего сжатия, когда поперечные деформации значительно уменьшаются и, как следствие, увеличивается сопротивление продольной силе.

Расчетное усилие в металлическом поясе определяется по зависимости N = 0,2 R KJl × l × b , где R KJl - расчетное сопротивление кладки скалыванию,тс/м 2 ; l - длина участка усиливаемой стены, м; b - толщина стены, м.

Для обеспечения нормальной работы кирпичных стен и предотвращения дальнейшего раскрытия трещин первоначальным этапом является восстановление несущей способности фундаментов методами усиления, исключающей появление неравномерных осадок.

На рис. 6.41 приведены наиболее распространенные варианты усиления каменных столбов и простенков стальными, железобетонными и армоцементными обоймами.

Рис. 6.41. Усиление столбов стальной обоймой (а), армокаркасами (б), сетками и железобетонными обоймами (в , г ) 1 - усиливаемая конструкция; 2 - элементы усиления; 3 -защитный слой; 4 - щитовая опалубка с хомутами; 5 - инъектор; 6 - материальный шланг

Стальная обойма состоит из продольных уголков на всю высоту усиливаемой конструкции и поперечных планок (хомутов) из плоской или круглой стали. Шаг хомутов принимается не более меньшего размера сечения, но не более 500 мм. Для включения обоймы в работу следует инъецировать зазоры между стальными элементами и кладкой. Монолитность конструкции достигается путем оштукатуривания высокопрочными цементно-песчаными растворами с добавкой пластификаторов, способствующих большей адгезии с кладкой и металлоконструкциями.

Для более эффективной защиты на стальную обойму устанавливается металлическая или полимерная сетка, по которой осуществляется нанесение раствора толщиной 25-30 мм. При незначительных объемах работ раствор наносится вручную с помощью штукатурного инструмента. Большие объемы работ выполняются механизированным путем с подачей материала растворонасосами. Для получения высокопрочного защитного слоя используются установки торкретирования и пнев-мобетонирования. Из-за высокой плотности защитного слоя и большой адгезии с элементами кладки достигается совместная работа конструкции и повышается ее несущая способность.

Устройство железобетонной рубашки осуществляется путем установки арматурных сеток по периметру усиливаемой конструкции с креплением ее через фиксаторы к кирпичной кладке. Крепление осуществляется путем использования анкеров или дюбелей. Железобетонная обойма выполняется из мелкозернистой бетонной смеси не ниже класса В10 с продольной арматурой классов А240-А400 и поперечной - А240. Шаг поперечной арматуры принимается не более 15 см. Толщина обоймы определяется расчетом и составляет 4-12 см. В зависимости от толщины обоймы существенно меняется технология производства работ. Для обойм толщиной до 4 см используются методы нанесения бетона торкретированием и пневмобетонированием. Окончательная отделка поверхностей достигается устройством штукатурного накрывочного слоя.

Для обойм толщиной до 12 см по периметру усиливаемой конструкции устанавливается инвентарная опалубка. В ее щитах устанавливаются инъекционные трубки, через которые мелкозернистая бетонная смесь нагнетается под давлением 0,2-0,6 МПа в полости. Для повышения адгезионных свойств и заполнения всего пространства бетонные смеси пластифицируются путем введения суперпластификаторов в объеме 1,0-1,2 % массы цемента. Снижение вязкости смеси и повышение ее проницаемости достигаются дополнительным воздействием высокочастотной вибрации путем контакта вибратора с опалубкой рубашки. Достаточно хороший эффект дает импульсный режим подачи смеси, когда кратковременные воздействия повышенного давления обеспечивают более высокий градиент скоростей и высокую проницаемость.

На рис. 6.41,г приведена технологическая схема производства работ путем инъецирования железобетонной обоймы. Установка опалубки производится на всю высоту конструкции с обеспечением защитного слоя арматурного заполнения. Нагнетание бетона осуществляется по ярусам (3-4 яруса). Процесс окончания подачи бетона фиксируется по контрольным отверстиям с противоположной стороны от места нагнетания. Для ускоренного твердения бетона используются системы термоактивных опалубок, греющих проводов и другие приемы повышения температуры твердеющего бетона. Демонтаж опалубки осуществляется по ярусам при достижении бетоном распалубочной прочности. Режим твердения при t = 60 °С обеспечивает распалубочную прочность в течение 8-12 ч прогрева.

Железобетонные обоймы могут выполняться в виде элементов несъемной опалубки (рис. 6.42). При этом наружные поверхности могут иметь мелкий или глубокий рельеф или гладкую поверхность. После установки несъемной опалубки и крепления ее элементов обеспечивается замоноличивание пространства между усиливаемой и ограждающей конструкцией. Использование несъемной опалубки имеет значительный технологический эффект, так как отпадает необходимость в разборке опалубки, а главное - исключается отделочный цикл работ.

Рис. 6.42. Усиление столбов с использованием опалубки-облицовки из архитектурного бетона 1 - усиливаемая конструкция; 2 - армокаркас; 3 - элементы облицовки; 4 - бетон омоноличивания

Наиболее эффективными несъемными опалубками следует считать тонкостенные элементы (1,5-2 см), изготовленные из дисперсно-армированного бетона. Для вовлечения опалубки в работу она снабжается выступающими анкерами, существенно повышающими адгезию с укладываемым бетоном.

Устройство растворных обойм отличается от железобетонных толщиной наносимого слоя и составом. Как правило, для защиты арматурной сетки и обеспечения ее адгезии с кирпичной кладкой используются штукатурные цементно-песчаные растворы с добавкой пластификаторов, повышающих физико-механические характеристики. Технология строительных процессов практически не отличается от выполнения штукатурных работ.

Для обеспечения совместной работы элементов обоймы по ее длине, превышающей в 2 и более раз толщину, необходима установка дополнительных поперечных связей через сечение кладки. Усиление кирпичной кладки может быть произведено методом инъецирования. Оно осуществляется путем нагнетания через заранее пробуренные шпуры цементного или полимерцементного раствора. В результате достигается монолитность кладки и повышаются ее физико-механические характеристики.

К инъекционным растворам предъявляются достаточно жесткие требования. Они должны обладать малым водоотделением, низкой вязкостью, высокой адгезией и достаточными прочностными характеристиками. Раствор нагнетается под давлением до 0,6 МПа, что обеспечивает достаточно обширную зону проникновения. Параметры инъекции: расположение инъекторов, их глубина, давление, состав раствора в каждом конкретном случае подбираются индивидуально с учетом трещиноватости кладки, состояния швов и других показателей.

Прочность кладки, усиленной инъецированием, оценивается по СНиП II-22-81* «Каменные и армокаменные конструкции». В зависимости от характера дефектов и вида инъецированного раствора устанавливаются поправочные коэффициенты: тк = 1,1 - при наличии трещин от силовых воздействий и при использовании цементного и полимерцементного растворов; тк = 1,0 - при наличии одиночных трещин от неравномерных осадок или при нарушении связи между совместно работающими стенами; тк = 1,3 - при наличии трещин от силовых воздействий при инъекции полимерных растворов. Прочность растворов должна быть в пределах 15-25МПа.

Усиление кирпичных перемычек достаточно распространенное явление, что связано со снижением несущей способности распорной кладки вследствие выветривания швов, нарушения адгезии и другими причинами.

На рис. 6.43 приведены конструктивные варианты усиления перемычек с использованием различного рода металлических накладок. Они устанавливаются путем пробивки штраб и отверстий в кирпичной кладке и в дальнейшем омоноличиваются цементно-песчаным раствором по сетке.

Рис. 6.43. Примеры усиления перемычек кирпичных стен а , б - путем подведения накладок из уголковой стали; в , г - дополнительными металлическими перемычками из швеллера: 1 - кирпичная кладка; 2 - трещины; 3 - накладки из уголков; 4 - полосовые накладки; 5 - анкерные болты; 6 - накладки из швеллера

Для перераспределения усилий на железобетонные перемычки вследствие увеличения нагрузок на перекрытия используются металлические разгрузочные пояса, выполненные из двух швеллеров и объединенные болтовыми соединениями.

Усиление и повышение устойчивости кирпичных стен. Технология усиления базируется на создании дополнительной железобетонной рубашки с одной или двух сторон стены (рис.6.44). Технология производства работ включает процессы подготовки и очистки поверхности стен, сверления отверстий под анкеры, установки анкеров, крепления к анкерам арматурных стержней или сеток, омоноличивание.

Как правило, при достаточно больших объемах работ используется механизированный метод нанесения цементно-песчаного раствора: пневмобетонированием или торкретированием и реже ручным способом. Затем для выравнивания поверхностей наносится затирочный слой и выполняются последующие операции, связанные с отделкой поверхностей стен.

Рис. 6.44. Усиление кирпичных стен армированием а - отдельными стержнями арматуры; б - арматурными каркасами; в - арматурной сеткой; г - железобетонными пилястрами: 1 -усиливаемая стена; 2 - анкеры; 3 - арматура; 4 - штукатурный или торкрет-бетонный слой; 5 - металлические тяжи; 6 - арматурная сетка; 7 - армокаркас; 8 - бетон; 9 - опалубка

Эффективным приемом усиления кирпичных стен является устройство железобетонных одно- и двусторонних стоек в штрабах и пилястр.

Технология устройства двусторонних железобетонных стоек предусматривает образование штраб на глубину 5-6 см, высверливание сквозных отверстий по высоте стены, крепление с помощью тяжей арматурного каркаса и последующее омоноличивание образовавшейся полости. Для омоноличивания используют цементно-песчаные растворы с пластифицирующими добавками. Высокий эффект достигается при использовании растворов и мелкозернистых бетонов с предварительным домолом цемента, песка и суперпластификатора. Такие смеси кроме большой адгезии обладают свойством ускоренного твердения и высокими физико-механическими характеристиками.

При возведении односторонних железобетонных пилястр требуется устройство вертикальных штраб, в полости которых устанавливают анкерные устройства. К последним осуществляется крепление арматурного каркаса. После его размещения производится установка опалубки. Она выполняется из отдельных фанерных щитов, объединенных хомутами и прикрепляемых к стене с помощью анкеров. Мелкозернистая бетонная смесь нагнетается с помощью насосов поярусно через отверстия в опалубке. Подобная технология применяется при двустороннем устройстве пилястр с той разницей, что процесс крепления щитов опалубки осуществляется с помощью болтов, перекрывающих толщину стены.

Своевременное предотвращение деформации несущих элементов способствует увеличению периода эксплуатации здания. Усиление кирпичных стен монтируют с целью повышения прочности сооружения. При правильном подходе можно восстановить стену с потерей прочности до 50%. Важно соблюдать нормы и правила на каждом этапе строительства, поскольку опорные элементы конструкций могут сократить несущую способность, и дом начнет рушиться. Существует несколько методов устранения трещин и проседаний конструктивных элементов.

Причины укрепления

Усиление кирпичной кладки проводят для увеличения прочности сооружения. Такие мероприятия гарантируют сохранение целостности конструкции при возможной перепланировке дома, смещении внутренних перегородок, монтаже дополнительных оконных или дверных проемов. Укрепление кирпичной стены позволяет предотвратить деформацию здания в целом. При первых признаках нарушения целостности сооружения рекомендуется монтировать усиление стен.

Деформация кладки происходит под воздействием таких факторов:

• Неправильно рассчитанный проект. Нарушение нормативной дистанции между постройками, неравномерное распределение несущей способности элементов, чрезмерные нагрузки на фундамент.
• Нарушение технологии устройства фундамента. Отсутствие дополнительного укрепления рыхлой почвы, неправильная глубина основания, использование добавок в растворах.
• Некачественная кладка. Неправильно выбран способ устройства оконных и дверных проемов, облицовка смесями с низким уровнем воздухопроницаемости, применение некачественного раствора, отсутствие распределительных плит при укладке перекрытий.
• Нарушение правил эксплуатации стен. Отсутствие водосточных труб и отмостки, протекание подземных коммуникационных систем, нарушение шарнирных связей несущих элементов с перекрытиями.

Методы усиления кирпичных стен

При нешироких трещинах можно прибегнуть к методу инъектирования.

Схема усиления стен из кирпича разрабатывается с учетом степени деформации. Разрушение кладки проявляется в виде трещин разной ширины. Дефекты до 4 см промывают и заделывают торкретбетоном. Более широкие разъемы через инъекторы заполняют специальной смесью для возобновления уровня прочности. Перед началом работ ремонтируют цоколь, возобновляют кладку, проделывают проемы. Существует несколько способов укрепления стен, выбор зависит от характера разрушения.

Чтобы восстановить треснувшую несущую стену здания, выполняют укрепление обоймами.

Усиление железобетонной обоймой

Сравнительно недорогой метод возобновления несущей способности элементов сооружения. Выполнение занимает немного времени. Главный недостаток - увеличение нагрузки на основание. Этапы работ с железобетонными обоймами:

1. Креплениями фиксируют на кладке арматурную сетку. Железобетонные оболочки делают из поперечных арматурных прутьев А240/AI класса и продольной арматуры А240-А400/AI, AII, AIII классов.
2. Определяют толщину и материал для бетонирования. Рекомендуется использовать мелкозернистые бетонные составы 10-го класса и выше.
3. Обойму толщиной менее 4 см заливают пневмобетоном и дают застыть.
4. Выполняют облицовку штукатуркой.
5. Для слоя толще 4 см по периметру устанавливают опалубку, в ней оставляют отверстия для инъекционных трубок.
6. Заливают площадь монолитными бетонными составами.

Для усиления проемов в стенах можно воспользоваться стальной обоймой.

Применение метода позволяет укрепить несущие элементы конструкции. Стальными обоймами и балками из швеллера можно выполнить усиление проемов в кирпичных стенах. При создании нового оконного отверстия с целью повышения прочности кладки применяют металлоконструкции. Для укрепления проема в кирпичной стене монтируют швеллер. Для усиления стены понадобятся арматурные прутья и профильные уголки.

Этапы проведения работ с металлическими креплениями:

1. По углам заданной площади раствором крепят уголки.
2. Фиксируют металлические полосы шириной не более 6 см.
3. Монтируют остальные продольные элементы. Их размер зависит от высоты заданной площади.
4. На каркас крепят сетку. Применение металлической основы повышает прочность сооружения.
5. Заливают цементным раствором толщиной 3 см. Такой слой защитит укрепление стальными тяжами от коррозии.

Иногда стены, даже из кирпича или железобетонных плит, приходят в упадок. И причин этому может быть много: пожар, время, помещение долго было не жилое, просадка грунта, ошибки при проектировании, появление незапланированной нагрузки. Степень повреждения стен бывает различной, именно от нее зависит ход работ, необходимых для их реконструкции или усиления.

Особенности усиления

Прежде, чем начать работы по усилению и ремонтным работам, необходимо установить степень повреждения и, только за тем, приступать к работам.

Повреждения бывают четырех степеней:

1. слабые (повреждено до 15% поверхности стены);
2. средние (повреждено до 25% поверхности);
3. сильные (повреждено до 50% поверхности);
4. разрушенные стены – повреждения более, чем на 50%.

Совет. Чтобы определить уровень повреждения стен, или скорость движения трещин, нужно установить маячки из гипса (для внутренних стен) или цемента (для наружных стен).

Трещины на наружных стенах могут менять свою ширину в зависимости от времени года: зимой они сужаются, а летом – расширяются.

Маячки устанавливают по следующей технологии: поверхность стены, где будут установлены маяки, очищают и увлажняют. На нее наносят полоски цемента или гипса шпателем (толщина 10*4*0,8 см).

Совет. Чем тоньше маяк, тем точнее можно определить скорость движения трещины. А так же установить лучше несколько маяков по длине трещины.

После того, как маяки высохли, их помечают: карандашом наносят линию вдоль маяка, заводят тетрадь наблюдения, записывают дату установки маяка. Для полноты картины необходимо каждый день наблюдать за наблюдателями-маяками. При дальнейшем росте трещины маяк будет поврежден (разорван), а при дальнейшем наблюдении можно узнать скорость ее движения.

Усиление при крепком фундаменте

Появление трещин возникло не из-за ошибок при проектировании или неправильной закладке фундамента. Существует несколько способов их устранения.

Первый способ . Глубина трещин менее 5 мм. В этом случае заливают цементным раствором или теплой штукатуркой с полистиролом. Предварительно трещину тщательно очищают и увлажняют, после этого заливая свежим раствором.

Второй способ . Глубина трещин более 5 мм. Для хорошего результата используют металлические скобы.

Усиление кирпичных стен в этом случае происходит в следующем порядке:

• трещину очищают и увлажняют;
• заливают раствором из цемента и песка;
• вдоль трещины на некотором расстоянии от нее просверливают дырки глубиной 11 см, диаметром 2 см, шаг – 15-20 см;
• штробы служат основанием скоб, глубина которых 4 см, а ширина 3 см (штробы прикрепляют смесью, которой заделывали трещину);
• укрепляют скобы.

Важно. Чтобы скобы служили долго их необходимо обработать и оштукатурить. Это же касается и решеток для усиления стен.

Третий способ . Для глубоких или сквозных трещин используют металлические перемычки (их крепят жестко болтами по обе стороны трещины), а затем заменяют поврежденный участок.

Поскольку металл хорошо проводит и ток и холод, то с восстановительными работами необходимо произвести утепление стен.

Усиление тяжами

Их используют, если нарушается вертикальность стен с последующим их обрушением. Для стяжки используют круглую арматуру (диаметром 25-30 мм), их прикручивают либо друг к другу в углах, либо к штробам, которые устанавливают в стыках стен (второй вариант более надежный).

Если повреждения стен более сильные, то устанавливают обоймы из различных материалов:

1. армированная;
2. железобетонная;
3. композиционная;
4. стальная.

Так выглядит тяж

Принцип усиления стен приблизительно одинаковый: сначала устанавливают металлические углы и крепят их к стенам, затем делается сетка из различных материалов. Ячейки крепят к стене анкерами (10-12 мм), либо заваривают соединения, либо крепежом к сетке из металла. После этого сетку нужно заштукатурить цементной смесью.

Железобетонные конструкции так же можно реконструировать или усилить. Подобные работы бывают двух видов: восстановление отдельных участков, или замена защитного слоя (полностью или частично).

При частичном восстановлении используют цементную замазку, предварительно очистив и увлажнив поверхность. Если необходимо провести большую реконструкцию или замену защитного слоя лучше использовать торкретирование. Если конструкция несущая, то толщину защитного слоя увеличивают до 3 см, а если не рабочая – то до 2 см.

Важно. Перед началом восстановительных работ необходимо выступающую арматуру зачистить от ржавчины.

Усиление проема в стене – особенности процесса

Усиливаем проем

Простенки усиляют разбором части кладки и замены ее на новую, либо вставляют стальную пластину или железобетонную плиту прокладочную. Чтобы произвести эти работы, в проеме устанавливают опорные балки строго вертикально.

Затем аккуратно разбирают часть кладки, либо вставляют стальную или железобетонную плиту. В выемке устанавливают штробы и к ним крепят штробы, к которым, в свою очередь, крепится стальная пластина или плита из железобетона. После ее установки ее замазывают цементным раствором. После полного высыхания последнего опорная конструкция разбирается.

Окончанием работ служит полное восстановление конструкций.

Ткачев Сергей

Обследование каменных и армокаменных конструкций выполняется с учетом требований СНиП 11-22-81 «Каменные и армокаменные конструкции», а также «Рекомендаций по усилению каменных конструкций зданий и сооружений».

Перед обследованием каменных конструкций необходимо выявить их структуру, выделив несущие элементы. Особенно важно учесть реальные размеры несущих элементов, расчетную схему, оценить величины деформаций и разрушений, выявить условия опирания на каменную конструкцию балок, плит и других изгибаемых элементов, состояние арматуры (в армокаменных конструкциях) и закладных деталей. От названных выше условий напрямую зависят размеры и характер дефектов, наличие типичных разрушений (сколы и трещины).

Для определения прочности каменной кладки применяют инструменты и приборы механического действия, а также ультразвуковые приборы. Молотками и зубилами путем ряда ударов можно приближенно оценить качественное состояние материала каменных и бетонных конструкций. Более точные данные получают с помощью специальных молотков, т. е. приборов механического действия, основанных на оценке следов или результатов удара по поверхности испытываемой конструкции. Наиболее простой, хотя и менее точный инструмент этого вида- молоток Физделя. На ударном торце молотка впрессован шарик определенного размера. Путем локтевого удара, создающего приблизительно одинаковую силу у разных людей, на исследуемой поверхности остается след-лунка. По величине ее диаметра с. помощью тарировочной таблицы оценивают прочность материала.

Более точным инструментом является молоток Кашкарова, при пользовании которым силу удара шариком по исследуемому материалу учитывают по размеру следа на специальном стержне, расположенном за шариком.

Но наиболее современными и точными приборами механического действия являются пружинные: прибор Академии Коммунального хозяйства РСФСР, Центрального научно-исследовательского института строительных конструкций. Принцип действия этих приборов основан на учете определенной силы удара, вызываемого спуском взведенной пружины. Прибор этого типа представляет собой корпус, в котором помещена спиральная пружина, соединенная со стержнем-ударником. После нажима на спусковой крючок пружина отпускается, и стержень-ударник наносит удар. В приборе ЦНИИСКа силу удара можно установим равной 12,5 или 50 кг/см 2 для каменных материалов различной прочности.

Для определения изгибов и деформаций вертикальных поверхностей, их формы и характера отступлений от вертикальности и плоскости применяют нивелир со специальной насадкой, позволяющей вести визирование, начиная с 0,5 м вместо минимальных 3,5 м, когда насадки нет.

Рельеф вертикальных поверхностей выявляют способом визирования инструмента из одной его стоянки на рейку, прикладываемо горизонтально к заранее намеченным точкам обследуемой поверхности.Результаты измерения деформаций горизонтальных или вертикальных поверхностей наносят на схемы, на которых для наглядности выявляют, наподобие горизонталей, линии равных отклонений от горизонтальной или вертикальной плоскостей. Сечение придают равным 2-5 мм в зависимости от степени отклонения или нарушения положения или местных дефектов обследуемого элемента и его общих размеров.

Однако, в первую очередь, необходимо выяснить характер негативных изменений в кладке и установить стабилизировался ли процесс образования трещин, или их количество и ширина раскрытия нарастают во времени. Для этого в самой кладке устанавливаются маяки. Маяк представляет собой полоску из гипса, стекла или металла, накрывающую обе стороны трещины. Маяки из гипса и стекла в случае продолжения деформации, вызвавшей появление трещин, лопаются.

	Приборы для диагностики прочности материала: а - молоток Физделя; б-то же Кашкарова; в - пистолет ЦНИИСКа: 1- калиброванный шарик; 2 - угловой масштаб; 3 - тарировочная таблица; 4- сменный стержень для фиксирования следа удара
	Измерение деформаций вертикальной поверхности с помощью нивелира с оптической насадкой: а-план; б- поверхность стены; в - разрез; 1 - нивелир; 2 - рейка; 3 - места прикладывания peйки; 4 - линии равных отклонений от плоскости
	Маяки для наблюдения за состоянием трещин: /-трещина; 2-штукатурка и алебастровый раствор; 3- материал стены; 4- маяк гипсовый; 5 - маяк стеклянный; 6 - металлическая пластинка; 7 - риски через 2-3 мм; 8 - гвоздь

Путем измерения величины расхождения половинок маяка устанавливают характер изменения трещины или ее стабилизацию. Металлический маяк прикрепляют к одной стороне трещины, и он может передвигаться по другому ее краю, по другой стороне ее, где фиксируют первоначальное и последующие положения конца маяка. Самым простым маяком является бумажный маячок , представляющий собой полоску бумаги наклеиваемую на трещину, при дальнейшем расширении трещины бумажный маячок разрывается.

Трещины в несущих каменных конструкциях соответствуют стадиям трещинообразования (или стадиям работы кладки при сжатии). При усилиях в кладке F , не превышающих усилия F crc , при котором в кладке появляются трещины, конструкция имеет достаточную для восприятия существующей нагрузки несущую способность, трещины не образуются. При нагрузках F F crc начинается процесс образования трещин. Поскольку кладка плохо сопротивляется растяжению, на растянутых поверхностях (участках) трещины
появляются значительно раньше возможного разрушения конструкции.

В качестве основных причин образования трещин выдeляют:

1) низкое качество кладки (плохие растворные швы, несоблюдение перевязки, забутовка с нарушением технологии и т.п.);

2) недостаточная прочность кирпича и раствора (трещиноватость и криволинейность кирпича, несоблюдение технологии сушки при его изготовлении; высокая подвижность раствора и т.п.);

3) совместное применение в кладке разнородных по прочности и деформативности каменных материалов (например, глиняного кирпича совместно с силикатным или шлакоблоками);

4) использовaниe каменных материалов не по назначению (например, силикатного кирпича в условиях повышенной влажности);

5) низкое качество работ, выполняемых в зимнее время (использование не очищенного от наледи кирпича; применение смерзшегося раствора, отсутствие в растворе противоморозных добавок);

6) невыполнение температурно-усадочных швов или недопустимо большое расстояние между ними;

7) агрессивные воздействия внешней среды (кислотное, щелочное солевое воздействия; попеременное замораживание и оттаивание, увлажнение и высушивание);

8) неравномерная осадка фундамента в здании.

Не случайно осадки фундаментов указаны последним условием возникновения трещин в каменной кладке. Следует иметь в виду, что в период массового строительства в каменной кладке использовались растворы без противоморозных добавок, тощие, непластичные, т.е. очень дешевые. Все это способствовало обильному образованию усадочных трещин, которые необходимо при обследовании отделить от чисто осадочных трещин, имеющих специфический, легко определимый характер.

Рассмотрим процесс образования трещин в каменной кладке при сжатии

Первая стадия — появление первых волосяных трещин в отдельных камнях. Усилие F crc
, при котором появляются трещины на этом этапе, зависит, в основном, от вида используемого в кладке раствора:

— в кладке на цементном растворе F crc = (0,8 — 0,6) F u ; ;

— в кладке на сложном растворе F crc = (0,7 — 0,5) F u ;

— в кладке на известковом растворе F crc = (0,6 — 0,4) F u ,

где F u — разрушающее усилие.

Вторая стадия — прорастание и объединение отдельных трещин. Эта стадия начинается и интенсивнее протекает по южному фасаду здания, испытывающему наибольшие температурные колебания атмосферной среды. Кроме того, прорастание трещин наблюдается при неправильной организации наружных водостоков, нарушении их системы в местах периодического намокания кладки.

Третья стадия – дальнейшее образование больших поверхностей разрушения и исчерпание прочности кладки.

На фотографии представлено сооружение с мансардой, опирающейся на внутреннюю поперечную стену. На свободной части кровли был создан уклон под организаванную систему наружного водостока, однако угол здания значительно промачивается. Стрелка показывает на развивающуюся трещину, появившуюся после одного года эксплуатации реконструированного сооружения	Дефекты кирпичной кладки и их причины: а-износ от 20 до 40%; б-износ 41-60%; в- перегруженные простенки с износом до 40%; г- то же, при большем износе; д - обнажение кирпичной кладки при износе штукатурки

Анализируя картину трещин, следует помнить, что появление отдельных трещин в перевязочных камнях свидетельствует о перенапряжении в каменной кладке. Развитие трещин во второй стадии указывает на значительное перенапряжение кладки и необходимость ее разгрузки или усиления.

При образовании больших поверхностей разрушения целесообразна замена кладки на новую или ее усиление конструкцией, полностью воспринимающей эксплуатационную нагрузку.

В процессе эксплуатации сооружения могут раскрыться трещины из-за неправомерно большой длины температурного блока или из-за отсутствия температурно-усадочного шва вообще. В период реконструкции с возведением эркеров, навешиванием лифтов, устройством дополнительных и мансардных этажей в кладке могут появиться трещины из-за недостаточной площади опирания перемычек на стену и низкой прочности каменной кладки, от перегрузки простенка и низкой прочности каменной кладки. Возможны и другие причины трещинообразования. Например, хаотично расположенные трещины часто возникают в сооружениях, оказавшихся в непосредственной близости от места забивания свай, или в старых зданиях, износ кирпичной кладки которых достигает 40% и более.

Прочность кирпича и камней необходимо определять в соответствии с требованиями ГОСТ 8462-85, раствора — ГОСТ 5802-86 или СН 290-74. Плотность и влажность каменных кладок определяют в cooтветствии с ГОСТ 6427-75, 12730.2-78 путем установления разницы веса образцов до и после высушивания. Морозостойкость каменных материалов и растворов, а также их водопоглощение устанавливают по ГОСТ 7025-78.

Отбор образцов для испытаний производят из малонагруженных элементов конструкций при условии идентичности применяемых на этих участках материалов. Образцы кирпичей или камней должны быть целыми без трещин. Из камней неправильной формы выпиливают кубики размером ребра от 40 до 200 мм или высверливают цилиндры (керны) диаметром от 40 до 150 мм . Для испытаний растворов изготовляют кубы с ребром от 20 до 40 мм , составленные из двух пластин paствора, склеенных гипсовым раствором. Образцы испытывают на сжатие с использованием стандартного лабораторного оборудования. Участки кирпичной (каменной) кладки, с которых отбирали образцы для испытаний, должны быть полностью восстановлены для обеспечения исходной конструкции.

Технология восстановления и усиления кирпичной кладки

Как уже было отмечено выше, кирпичные корпуса жилых зданий массовых серий имели высокую надежность и значительный запас прочности. Но длительный срок эксплуатации, нарушения технических условий содержания могли нанести несущим кирпичным стенам значительный ущерб. В зависимости от видимых повреждений и состояния конструкций, нагрузок, действующих на них, других факторов, затрудняющих нормальную эксплуатацию, при реконструкции предпринимаются мероприятия по восстановлению несущей способности кирпичной кладки. Кроме того, при повышении этажности сооружения или иному увеличению строительного объема сооружения возникает необходимость в усилении кирпичных конструкций.

Восстановление несущей способности кладки сводится к заделке и локализации трещин. Естественно, что указанную задачу необходимо решать после выявления и устранения причин, вызвавших трещинообразование :

1) ликвидировать или стабилизировать неравномерные осадки фундамента путем усиления фундаментов или оснований;

2) изменить условия передачи нагрузки на треснувший простенок с целью перераспределения нагрузки на большую площадь;

3) перераспределить нагрузки на другие (или даже дополнительные) конструкции в случае недостаточной прочности самой кладки.

Следует отметить, что заделка трещин должна сопровождать и мероприятия по усилению кирпичных конструкций , которые необходимы при увеличении нагрузок и невозможности их перераспределения на другие элементы сооружения.

Технологически заделка трещин в кирпичных стенах может производиться одним из следующих способов или их сочетанием.

Инъектирование трещин — нагнетание в трещины поврежденной кладки растворов жидкого цемента или полимер-цементного раствора, битума, смолы. Этот способ восстановления несущей способности кладки применяется в зависимости от вида конструкции, характера ее дальнейшего использования, имеющихся возможностей инъектирования, а главное, при локальном характере и небольшом раскрытии трещины. Оно может осуществляться с использованием различных материалов. В зависимости от их вида различают силикатизацию, битумизацию, смолизацию и цементацию . Инъектирование позволяет не только замонолитить кладку, но и восстановить, а в ряде случаев и увеличить ее несущую способность, что происходит без увеличения поперечных размеров конструкции.

Наиболее широко применяемы цементные и полимер-цементные растворы. Для обеспечения эффективности инъектирования применяют портландцемент марки не менее 400 с тонкостью помола не менее 2400 см 2 /г , с густотой цементного теста 22 — 25%, а также шлакопортландцемент 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 см 2 /г. Для повышения пластичности состава в раствор добавляются пластифицирующие добавки в виде нитрита натрия (5% от массы цемента), поливинилацетатную эмульсию ПВА с полимерцементным отношением П/Ц=0,6 или нафталиноформальдегидную добавку в количестве 0,1% от массы цемента.

К инъекционным растворам предъявляют 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 ЭД-20 (или 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 мас.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 1:0,05:0,3 (цемент: пластификатор нитрит натрия: песок), В/Ц=0,6, модуль крупности песка М к =1. Раствор нагнетается под давлением до 0,6 МПа. Плотность заполнения трещин определяется через 28 суток после инъектирования.

Раствор нагнетается через инъекторы диаметром 20-25 мм. Их устанавливают в специально просверленные отверстия через 0,8-1,5 метра по длине трещины. Диаметр отверстий должен обеспечить установку трубки инъектора на цементном растворе. Глубина отверстий – не более 100 мм , трубка инъектора закрепляется в отверстии проконопаченной паклей.

Инъектирование трещин шириной до 10 мм цементно-песчаным раствором:

1- кладка; 2- трещина; 3- отверстия для инъекторов через 800-1500 мм; 4- стальная трубка инъектора; 5- пакля, проконопаченная на клею; 6- подача раствора

Установка скоб из арматурной стали используется в методиках восстановления несущей способности кладки при раскрытии трещин более 10 мм . Для этого в кладке фрезой делается углубление по размеру скобы. Скоба закрепляется болтами по краям, сама трещина обычно инъектируется цементно-песчаным раствором и зачеканивается жестким раствором.

Установка скоб из арматурной стали: 1-усиливаемая стена; 2-трещина в стене, инъектированная цементно-песчаным раствором после установки скоб; 3-скобы из арматурной стали; 4-паз в кладке, выбранный фрезой; 5-углубления по концам паза, выполненные сверлом; 6-заполнение цементно-песчаным раствором пазов и углублений

При значительных повреждениях кладки сетью трещин скобы выполняют двухсторонними, в этом случае кладка испытывает двухстороннее обжатие. Развитие многочисленных сквозных трещин можно остановить, используя вместо скобы накладки из полосовой стали , которые устанавливаются с шагом 1,5-2 толщины стены.

Двухсторонние скобы из арматурной стали на болтах: 1- кладка; 2- сквозная трещина; 3- накладки из полосовой стали; 4- стяжные болты; 5- отверстия в стене

Разрушения могут быть настолько значительны, что в некоторых случаях требуется частичная разборка и перекладка разрушенной кирпичной кладки. Как правило, это производится с устройством вставки кирпичных замков, снабженных якорем .

	Широкая, более 10 мм, трещина (1 ) перехватывается одно- или двухсторонней накладкой (2) , принимаемой уже не из полосовой стали, а из прокатного металла, который крепится к стене анкерными болтами. В этом случае накладка именуется якорем . По всей длине развития трещины извлекается поврежденный кирпич на толщину в два кирпича и заменяется армированной кладкой на цементно-песчаном растворе, именуемой кирпичным замком (3-4 ).
	Частичное или полное заполнение проемов кладкой: 1- усиливаемый простенок; 2- оконные проемы; 3- армированная кладка из кирпича марки М75-100 на растворе М50-75; 4- шов, расклиниваемый металлической пластиной и зачеканиваемый цементно-песчаным раствором
	Схема разгруэки кирпичных простенков: 1 -перемыbr /чка-, 2-доски 50-60 мм; 3- стойки диамером более 20 см; 4 -деревянные клинья; 5- временное крепление стоек

Повышение несущей способности и устойчивости простенков может быть обеспечено увеличением площади сечения , устройством различных обойм или металлического каркаса .

Повышение площади сечения простенка достигают увеличением его ширины. В этом случае с двух сторон простенка выкладывают новые участки кладки, которую надежно перевязывают со старой, а при необходимости и армируют. Поврежденные несущие простенки разгружаются, площадь сечения простенков увеличивается, соответственно уменьшается площадь оконных проемов, поэтому оконные блоки подлежат замене.

При опирании на усиливаемый простенок стропильной конструкции или отклонении стены от вертикали на величину более 1/3 толщины кирпича, простенок предварительно разгружают путем подведения временных деревянных или металлических столбов на гипсовых растворах.

Основными способами усиления кирпичной кладки , являются хорошо проверенные способы устройства обойм , наращиваний или рубашек, разделяемые на железобетонные и растворные . При усилении железобетонными обоймами, рубашками и наращиваниями используются бетон класса В10 и арматура класса А1, шаг поперечной арматуры принимается не более 15 см. Толщина обоймы определяется расчетом и изменяется в пределах от 4 до 12 см .

Растворные обоймы, рубашки и наращивания , называемые также штукатурными , отличаются от железобетонных тем, что в них используется цементный раствор марки 75-100, которым защищается арматура усиления.

Устройство железобетонной обоймы эффективно при поверхностном разрушении материала простенков и столбов на незначительную глубину или при возникновении глубоких трещин, когда возможно уширение простенков. В первом случае разрушенные участки простенка расчищают на глубину не менее толщины железобетонной обоймы, и сечение простенка в результате ее устройства не меняется. Во втором случае сечение простенка увеличивается за счет устройства железобетонной обоймы.

Технологический процесс устройства железобетонной обоймы простенков состоит из удаления оконных заполнений, расчистки разрушенных участков или вырубки простенка на необходимую глубину, удаления оконных четвертей, установки арматуры, устройства опалубки, бетонирования, ухода за бетоном, снятия опалубки и разборки подмостей. Рабочая арматура железобетонной обоймы может быть предварительно напряжена нагреванием до 100-150° С (например, нагревом электрическим током).

	Устройство железобетонных обойм: а-без увеличения сечения простенка; б-с увеличением сечения простенка
	Устройство штукатурной предварительно напряженной обоймы: 1-усиливаемая стена; 2-металлические пластины с отверстиями для тяжей; 3-тяжи-связи; 4-отверстия в стене для тяжей; 5-арматурные стержни, приваренные к пластинам и попарно стянутые; 6- штукатурка из цементно-песчаного раствора; 7-арматурные сетки, привязанные к стержням

Вместо арматурных каркасов при усилении возможно применять сетки из проволоки диаметром 4-6 мм с ячейкой 150х150 мм. В обоих случаях армирования и сетки, и каркасы крепятся к усиливаемой поверхности штырями (анкерами).

На больших площадях устанавливаются дополнительные хомуты-связи шагом не более 1 м при средней длине 75 см.

Опалубку железобетонной обоймы наращивают снизу вверх в процессе бетонирования. Для устройства железобетонных обойм используют метод торкретирования, при котором опалубка не требуется. В этом случае на заармированную поверхность простенка наносят под давлением бетонную смесь с помощью цемент-пушки. Преимуществом такого метода устройства железобетонной обоймы является механизация процесса бетонирования. Железобетонная обойма увеличивает несущую способность заключенного в нее элемента в 2-Зраза

Хомуты-связи железобетонной обоймы: 1- усиливаемая поверхность стены; 2- арматура диаметром 10 мм;3- хомуты-связи диаметром 10 мм; 4- отверстия в кладке;5- бетон обоймы; 6- арматурные каркасы
Устройство штукатурной или железобетонной рубашки: 1-усиливаемый простенок; 2-проймы; 3-рубашка штукатурная 30-40 мм или железобетонная толщиной 60-100 мм; 4-арматура диаметром 10 мм; 5-арматура диаметром 12 мм; 6-металлические штыри	Устройство железобетонного сердечника: 1-усиливаемый простенок; 2-проемы; 3-стойка (сердечник) из железобетона; 4-ниша, вырубленная в простенке;5-арматурный каркас; 6-бетон

Растворные рубашки и наращивания отличаются от обойм только одним конструктивным признаком – они выполняются односторонними . Рубашка может быть выполнена и не на всю ширину простенка – в виде сердечника.

Иногда стальные обоймы усиления кирпичной кладки на постоянно эксплуатируемых зданиях оставляют без защитного покрытия раствором или бетоном, устраивая металлический каркас усиления.

	Усиление простенков металлическим каркасом: а- узкого простенка; б- широкого простенка; 1-кирпичный элемент; 2-стальные уголки; 3-планка; 4-поперечная связь
	Устройство накладных поясов из уголков: 1-усиливаемый простенок; 2-уголки накладных поясов; 3-поперечные планки; 4-стяжные болты; 5-штукатурка цементно-песчаным раствором по металлической сетке

Устройство металлического каркаса простенков менее трудоемко и материалоемко, чем устройство железобетонной обоймы, и имеет широкое применение.

Подготовка к устройству металлических каркасов простенков состоит из разгрузки простенков, удаления заполнений оконных проемов и срубки четвертей. При этом методе по углам простенков на всю их высоту устанавливают и плотно подгоняют к простенкам стойки из уголковой стали, которые через 30-50 см по высоте соединяют полосовой сталью, привариваемой к полкам уголков встык. Затем простенок обтягивают проволочной металлической сеткой и оштукатуривают.

Металлический каркас можно накладывать на простенок или втапливать в него заподлицо. Во втором случае перед установкой каркаса срубают углы простенков и пробивают горизонтальные штрабы в местах установки металлических соединительных полос.

После установки каркаса щели между металлическими элементами и простенком тщательно зачеканивают раствором. Если разрушению подверглись и перемычки, опирающиеся на простенок, более эффективным становится усиление простенка подведением стоек из уголков. При этом стойки выполняются несколько длиннее расстояния между перемычкой и полом. Вверху они крепятся к оголенной арматуре перемычек, а в нижней части к накладному поясу из швеллера, монтируемому на корпусе реконструируемого объекта. Стойки выпрямляют попарно струбцинами, таким образом создается предварительное напряжение. Спрямления, надломы, разрезы в полках уголков завариваются.

Усиление углов зданий тоже целесообразно производить при помощи накладок из швеллера длиной 1.5-3 м. Накладки могут размещаться как с наружной, так и с внутренней поверхности стены. С кирпичной кладкой они соединяются с помощью стяжных болтов, устанавливаемых в заранее просверленные отверстия. Стяжные болты располагаются по высоте усиливаемой части кладки через 0,8-1,5 м.

	Подведение стоек из уголков: 1-усиливаемый простенок; 2-проемы; 3-стойки из неравнополочных уголков, выгнутые в сторону; 4-линии надлома; 5-закладная деталь; 6-оголенная арматура; 7-сварка; 8-раствор

При возникновении местных деформаций и для предотвращения дальнейшего раскрытия трещин осуществляют путем усиления зон сопряжений продольных и поперечных стен здания разгрузочных балок . Paзгрузочные балки устанавливают в ранее пробитые штрабы с одной или двух сторон стены на уровне верха фундамента или перемычек первого этажа.

Двусторонние балки через 2-2,5 м соединяются болтами диаметром l6-20 мм , пропускаемыми через ранее просверленные отверстия в балках и стене. Односторонние балки устанавливают на анкерные болты, гладкие концы которых закрепляют в стене установкой на цементном растворе в ранее просверленные гнезда. Соединения балок на болтах крепят гайками. Шаг анкерных болтов 2-2,5 м .

Щели между полками балок и кирпичной кладкой тщательно зачеканивают цементным раствором состава 1:3. Для изготовления разгрузочных балок используют швеллер или двутавр № 20-27. В местах разрыва стен на трещины на каждом этаже устанавливают скобы-стяжки из Обрезков проката длиной не менее 2 м. Перед установкой скобы-стяжки для нее в стене вырубают штрабу с таким расчетом, чтобы стяжку установить заподлицо с поверхностью кирпичной стены. В стене и в стяжке по разметке просверливают отверстия для болтов 20- 22 мм , с помощью которых скобу-стяжку крепят к стене. Расстояние от трещины до места установки болта должно быть не менее 70 см . Перед установкой скобу-стяжку обматывают проволочной сеткой или проволокой1-2 мм . После установки конструкции трещину и штрабу тщательно заделывают раствором марки М100.

	Установка металлических накладок (каркаса) при армировании здания: 1-деформированное здание; 2-трещины в стенах здания; 3-накладки из швеллеров или из металлических пластин; 5-стяжные болты; 6-штраба для установки пластин, заделываемая раствором; 7-отверстия в стенах для болтов, после установки болтов зачеканивается раствором

Как правило, развитие трещин , связанных с неравномерной осадкой фундаментов , требует дополнительных мер не только по повышению несущей способности кладки, но жесткости всего сооружения в целом. Грубые нарушение технологии каменной кладки, недопустимые условия эксплуатации сооружения, как и в случае неравномерной осадки фундаментов, вызывают не только развитие трещин у оконных и дверных проемов, но и нарушения вертикальности ограждающих конструкций.

В местах отрыва наружных стен от внутренних для восстановления жесткости здания устанавливают связи из металлических каркасов или железобетонных шпонок . В этом случае говорят, что здание армируется.

Однако чаще всего, после устранения причин неравномерной осадки фундамента, здание нуждается в стягивании корпуса в целом. Пожалуй, единственным способом такого стягивания является создание напряженных поясов .

Устройство наружных напряженных поясов: 1-деформированное здание; 2-стальные тяжи; 3-прокатный профиль из уголка № 150; 4-стяжные муфты; 5-сварный шов; 6- трещины в стенах здания; 7-штраба в стене для заполненная цементно-песчаным раствором

Здесь следует подчеркнуть, что наиболее часто встречающейся ошибкой усиления корпуса кирпичных зданий с жесткой конструктивной схемой является создание вертикальных дисков жесткости (закладывание или уменьшение площади оконных проемов, устройство вертикальных металлических каркасов и т.п.), в то время как здесь наиболее важен горизонтальный диск жесткости . Напряженный пояс, называемый также «бандаж», принимается из арматурных стержней диаметром 20-40 мм , соединенных стяжными муфтами.

В редких случаях вместо арматуры используется стальной прокат. В результате получается усиливающий элемент, воспринимающий как растягивающие, так и сжимающие усилия, называемый связью-распоркой . Связи-распорки устанавливаются в уровне покрытия и в уровне междуэтажных перекрытий, они могут располагаться как с наружной, так и с внутренней стороны сооружения.

Устройство внутренних напряженных поясов: 1-деформационное здание; 2-стальные тяжи с гайками; 3-металлические пластины; 4-стяжные муфты; 5-отверстия в стенах, которые заделываются раствором после упаковки тяжей; 6-трещины в стенах здания

Усиление междуэтажных перекрытий жилых домов серии 1-447 определяется по наличию коротких трещин и раздроблению кирпичного камня в местах опирания плит перекрытия. Основной причиной разрушения обычно бывает недостаточная площадь опирания плиты перекрытия или отсутствие распределительной подушки.

Наиболее эффективной методикой усиления является технология монтажа стальных тяг и связей-распорок под плитой перекрытия, поскольку, как уже отмечалось, создание горизонтального диска жесткости в зданиях такого типа имеет превалирующее значение. Однако это весьма дорогой и многодельный способ, он возможен лишь при полной реконструкции с расселением жильцов. Поэтому стараются выполнить локальное усиление поврежденных конструкций.

Локальное усиление, в зависимости от вида плит перекрытия, при частичной или поэтапной реконструкции осуществляется путем:

—увеличения площади опирания балки при помощи металлических или железобетонных стоек, усилие от которых передается вне зоны разрушения;

-увеличения площади опирания плиты посредством пояса, закрепленного в зоне разрушения кладки;

-устройства под концом плит перекрытия железобетонной подушки.

Расчет кирпичных элементов, усиленных армированием и обоймами

Продольное армирование , предназначенное для восприятия растягивающих усилий во внецентренно сжатых элементах (при больших эксцентриситетах), в изгибаемых и растянутых элементах, в усилениии кирпичной кладки при реконструкции встречается достаточно редко, поэтому в данном разделе не рассматривается. Однако с ростом сейсмической опасности некоторых районов центральной России вследствие подземных выработок и других антропогенных факторов, а также при прокладке железнодорожных и автомобильных магистралей вблизи жилых кварталов, продольное армирование применяется при облицовке тонких (до 51 см) кирпичных стен реконструируемых зданий.

Сетчатое армирование участков кладки существенно повышает несущую способность усиливаемых элементов каменных конструкций (столбов, простенков и отдельных участков стен). Эффективность сетчатого армирования при усилении определяется тем, что арматурные сетки, укладываемые в горизонтальные швы участков кладки, препятствуют ее поперечному расширению при продольных деформациях, вызываемых действующими нагрузками, и благодаря этому повышают несущую способность тела кладки в целом.

Сетчатое армирование применяется для усиления кладки из кирпича всех видов, а также из керамических камней со щелевидными вертикальными пустотами при высоте ряда не более 150 мм. Усиление сетчатым армированием кладки из бетонных и природных камней с высотой ряда более 150 мм мало эффективно.

Для кладки с сетчатым армированием применяются растворы марки 50 и выше. Сетчатое армирование применяется только при гибкостях или , а также при эксцентрицитетах, находящихся в пределах ядра сечения (для прямоугольных сечений e 0 <0,33 y). При больших значениях гибкостей и эксцентрицитетов сетчатое армирование не повышает прочности кладки.

Например, требуется определить сечение продольной арматуры для кирпичного столба 51 х 64 см, высотой 4,5 м. Столб выложен из обыкновенного глиняного кирпича пластического прессования марки 100 на растворе марки 50 . В среднем сечении столба действует приведенная расчетная продольная сила N п =25 т , приложенная с эксцентриситетом е о = 25 см в направлении стороны сечения, имеющей размер 64 см.

Столб армируем продольной арматурой, расположенной в pастянутой зоне снаружи кладки. Сжатую зону поперечного сечения столба армируем конструктивно, так как при наружном расположении aрматуры потребуется частая установка хомутов, предотвращающих выпучивание сжатой арматуры, что потребует дополнительного pacxода стали. Установка конструктивной арматуры в сжатой зоне является обязательной, так как она необходима для крепления хомутов.

Площадь поперечного сечения столба F=51 х 64 = 3260 см 2 . R=l5 кгс/см 2 (при F > 0,3 м 2 ). Расчетное сопротивление продольной арматуры из стали класса А-1 R a =l900 кгс/см 2 .

Растянутую арматуру принимаем из четырех стержней диаметром 10 мм F a =3,14 см 2 .

Определяем высоту сжатой зоны сечения х при h 0 =65 см, е=58 см и Ь=51 см:

1,25-15-51 х (58-65+ )-1900 -3,14-58 = 0,

а из полученного квадратного уравнения определяем х= 35 см < 0,55h o =36 см.

Так как условие удовлетворено, то несущую способноcть сечения определяем по при =1000:

пр = = =7

отсюда = 0,94.

Несущая способность сечения

0,94(1,25 x 15 x 51 x 35-1900 x 3,14) =25,6 т >N п =25 т.

Таким образом, при принятом сечении арматуры, несущая способность столба достаточна.

Комплексные конструкции выполняются из каменной кладки, усиленной железобетоном, работающим совместно с кладкой. Железобетон рекомендуется при этом располагать с внешней стороны кладки, что позволяет проверить качество уложенного бетона, марку которого следует принимать равной 100-150.

Комплексные конструкции применяются в тех же случаях, что и кладка с продольным армированием. Кроме того, их целесообразно применять, также как и сетчатое армирование, для усиления тяжело нагруженных элементов при осевом или внецентренном сжатии с небольшими эксцентрицитетами. Применение в этом случае комплексных конструкций позволяет резко уменьшить размеры поперечных сечении стен и столбов.

Элементы, усиленные обоймами применяются для усиления столбов и простенков, имеющих квадратное или прямоугольное поперечное сечение с соотношением размеров сторон не более 2,5. Необходимость такого усиления возникает, например, при надстройке существующих зданий. Иногда требуется yсилить кладку, имеющую трещины или другие дефекты (недостаточная прочность примененных материалов, низкое качество кладки, физический износ и т. п.)

Обоймы, также как и сетчатое армирование, уменьшают поперечные деформации кладки и благодаря этому повышают ее несущую cпособность. Кроме того, сама обойма также воспринимает часть нагрузки.

В предыдущих разделах были рассмотрены три вида обойм: стальные, железобетонные и армированные штукатурные.

Расчет элементов из кирпичной кладки, усиленной обоймами, при центральном и внецентренном сжатии при малых эксцентрицитетах (не выходящих за пределы ядра сечения) производится по формулам:

при стальной обойме

N n [(m к R + ) F+R а F а ];

при железобетонной обойме

N n [(m к R + ) F+m б R пр F б +R а F а ];

при армированной штукарной обойме

N (m R + ) F.

Величины коэффициентов и принимаются:

при центральном сжатии =1 и =1;

при внецентренном сжатии (по аналогии с внецентренно сжатыми элементами с сетчатым армированием)

1 — , где

N п - приведенная продольная сила; F- площадь сечения кладки;

F а -площадь сечения продольных уголков стальной обоймы, устанавливаемых на растворе, или продольной арматуры железобетонной обоймы;

f б - площадь сечения бетона обоймы, заключенная между хомутами и кладкой (без учета защитного слоя);

R a - расчетное сопротивление поперечной или продольной арматуры обоймы;

- коэффициент продольного изгиба, при определении значение а принимается как для неусиленной кладки;

т к - коэффициент условий работы кладки; для кладки без повреждений т к =1; для кладки с трещинами т к =0,7;

т б - коэффициент условий работы бетона; при передаче нагрузки на обойму с двух сторон (снизу и сверху) т б
=1; при передаче нагрузки на обойму с одной стороны (снизу или сверху) т б =0,7; без непосредственной передачи нагрузки на обойму т б =0,35.

— процент армирования, определяемый по формуле

x 100,

где f x -сечение хомута или поперечной планки;

h и b- размеры сторон усиливаемого элемента;

s- расстояние между осями поперечных планок при стальных обоймах (hs b, но не более 50 см.) или между хомутами при железобетонных и армированных штукатурных обоймах (s15 см).

Например, в среднем сечении простенка размером 51х90 см, расположенного в первом этаже здания, после окончания строительства надстройки будет действовать расчетная продольная сила N n =60 т, приложенная с эксцентриситетом е о = 5 см, направленным в сторону внутренней грани стены. Простенок выложен из силикатного кирпича марки 125 на растворе марки 25. Высота стены (от уровня пола до низа сборного железобетонного перекрытия) составляет 5 м. Требуется проверить несущую способность простенка.

Сечение простенка F= 51 х 90 = 4590 см 2 > 0,3м 2 .

Расчетное сопротивление кладки R = l4 кгс/см 2 . Расстояние от центра тяжести сечения до его края в сторону эксцентриситета

у = = 25,5 см; = =0,2<0,33,

эксцентриситет находится в пределах ядра сечения. Простенок рассчитываем на внецентренное сжатие с малым эксцентриситетом. Упругая характеристика кладки из силикатного кирпича на растворе марки 25 — = 750.

Приведённая гибкость простенка np == 11,3.

Коэффициент продольного изгиба = 0,85.

Коэффициент , учитывающий влияние эксцентрицитета, = = 0,83.

Определим несущую способность простенка:

0,85 x 14 x 4590 x 0,83 = 45 200 кгс= 60000 кгс.

Так как несущая способность простенка оказалась недостаточной, то усиливаем его обоймой из стальных равнобоких уголков размерами 60х60 мм, d=6 мм. Уголки устанавливаются на растворе в углах про стенка и соединяются между собой планками из полосовой стали сечением 5х35 мм, приваренными к уголкам на расстоянии s=50 см по высоте простенка.

Далее определяем несущую способность усиленного простенка. Коэффициент условий работы кладки т к =1. Расчетное сопротивление стальных планок R a =1500 кгс/см 2 . Площадь сечения планки f x = 0,5х3,5= 1,75 см 2 . Расчетное сопротивление уголков обоймы (нагрузка на уголки не передается) R a =430 кгс/см 2 . Площадь сечения уголков F a =6,91х4=27,6 см 2 . Далее определяем коэффициенты и , =0,83, =1-=0,61 и соответствующий процент армирования: =х100=0,21%

Отсюда несущая способность усиленного простенка составит:

0,83.0,85[(14 +0,61хх)4590+430 х27,6]=63800 кгс > N п =60000 кгс

Несущая способность усиленного простенка достаточна.

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.