Усиление каменных конструкций

незначительная прочность на срез и на растяжение. В результате при

возникновении небольших растягивающих напряжений, особенно по неперевязанным сечениям, в кладке появляются трещины, направленные поперек их действию (например, при деформации грунтов оснований).
Кладка состоит их двух компонентов, обладающих разной прочностью и деформативностью - кирпича и раствора. Поэтому для различных участков кладки характерна высокая неравномерность распределения напряжений, особенно при некачественных укладке раствора. Неровности и неодинаковая плотность отдельных участков затвердевшего раствора обуславливают работу камней и кирпича не только на сжатие, но также на изгиб и на срез, существенно снижая их прочность. Прочность кирпичной кладки на слабых растворах составляет лишь 10-15%, а при прочных растворах - 30-40% прочности кирпича.
Глиняный кирпич (наиболее распространенный материал для кладки) обладает большой гигроскопичностью, которая обуславливает значительную потерю прочностных свойств при увлажнении, попеременном замораживании и лттаивании.

здания часто имеют сложную в плане и по высоте конфигурацию

со многими выступами, проемами, перепадами, которые обуславливают неравномерное нагружение стен и фундаментов и, соответственно, неравномерную их деформативность. По статистическим данным, около половины каменных зданий имеют неравномерность напряжений на уровне фундамента более 50%, а 20% зданий - более 100%.
Относительно невысокая прочность кладки и ее малая связность обуславливают незначительную несущую способность кладки в опорных участках.
Значительный объем зданий возводится в зимнее время. Кладка при этом выполняется методом замораживания, что не обеспечивает высокое качество растворных швов и обуславливает резкую передачу нагрузок и усадку кладки при оттаивании раствора. Практика показывает, что большой объем аварий каменных зданий связан именно с нарушением технологии производства работ в зимнее время.

слоев кладки в результате размораживания, пожара или механических повреждений (выбоины

и т.п.);
Наличие эксцентриситетов, вызванных отклонением стен и столбов от вертикали или при их выпучивании из плоскости;
Нарушение конструктивной связи между стенами, вследствие образования вертикальных трещин в местах их пересечения или вследствие разрыва поперечных связей между стенами, колоннами и перекрытиями;
Повреждения опор балок, перемычек, смещения элементов покрытий и перекрытий на опорах с проектного положения.

۰mk
γf - коэффициент безопасности (надежности по нагрузкам), принимается γf

= 1,7 для неармированной кладки и γf = 1,5 для армированной кладки, поврежденной силовыми трещинами;
mk - коэффициент условий работы кладки, имеющей трещины силовой природы

ферм, перемычек

зданий их усиление сводится к:
усилению отдельных элементов существующей кладки;
повышению несущей

способности перенапряженной кладки в целом;
повышению пространственной жесткости деформированного здания;
обеспечению устойчивости стен при разрывах креплений и отклонениях от вертикали;
обеспечению свободы осадочных деформаций сопрягаемых стен.

центральное и внецентренное сжатие.
Обоймы выполняют стальные, железобетонные, армированные растворные
Усиление кладки

обоймами

Устройство обойм повышает несущую способность кладки в 1,5...2,5 раза, сравнительно менее трудоемко.
Сущность обойм - в ограничении поперечного расширения кладки, что значительно увеличивает трещиностойкость и сопротивляемость кладки воздействию продольной силы.

стержней диаметром 12 мм.;
2 – уголки;
5 – раствор;
Стальная

обойма

Стальная обойма выполняется из стальных вертикальных уголков, устанавливаемых на растворе по углам очищенного от штукатурного слоя усиливаемого элемента (простенка, столба), и хомутов из полосовой или круглой стали, приваренных к уголкам.
Для включения обоймы в работу зазоры между кладкой и уголками зачеканиваются или инъецируются цементным раствором.
Расстояние между хомутами принимается не более меньшего размера сечения и не более 50 см.
Стальная обойма защищается от коррозии слоем цементного раствора толщиной 25...30 мм по металлической сетке.

обойма
Выполняется из бетона класса по прочности не ниже В10 с

армированием вертикальными стержнями диаметром 6-12 мм и хомутами диаметром 4-10 мм.
Расстояние между хомутами не должно превышать 15 см. Толщина обоймы назначается по расчету и принимается в пределах 4...12 см.

Слои обоймы до 4 см выполняются при помощи пневмобетонирования и торкретирования, затем производится отделка штукатуркой. Слои до 12 см выполняются при помощи инвентарной опалубки, которую ставят вокруг усиливаемой основы.

Армированная растворная обойма
Армируется аналогично железобетонной, но вместо бетона арматура покрывается

слоем цементного раствора марки М75...М100 толщиной 30…40 мм.

по всему периметру, образуя арматурную сетку.
Анкеры d≥6 мм ставятся

в шахматном порядке с шагом не более 600 мм

см по высоте стены в ней просверливаются отверстия диаметром 18

мм, в которые плотно устанавливаются поперечные стержни диаметром 16 мм. Их длина назначается на 70 мм больше толщины стены. На поперечные стержни одевается арматурная сетка с ячейкой 15×15см. Она плотно прижимается к стене вертикальными прижимными стержнями диаметром 14–16 мм через каждые 50 см и горизонтальными стержнями диаметром 12 мм через каждые 50–75 см по высоте стены. Соединение поперечных и прижимных стержней осуществляется дуговой сваркой, затем арматура покрывается слоем цементного раствора М 100 – 150 толщиной 40 - 50 мм.

В армированной растворной обойме продольные стержни играют роль конструктивных.

Растворный слой в 4-5 см, рекомендуется укладывать за 2 раза для исключения наплыва и трещинообразования.

2:1 и более эффективность обойм уменьшается, поэтому устанавливаются дополнительные поперечные

связи, пропускаемые через кладку.

Расстояние между связями по длине не должно превышать двух толщин стены, но не более 100 см, а по высоте должно быть не более 75 см. Связи должны быть надежно закреплены.

Reinforced Polymer) – усиление полимерным волокном.
В зависимости от схемы

армирования несущая способность колонн увеличивается в 2-2,6 раз.
Наиболее эффективно полное покрытые сетками (повышение прочности в 2,6 раза). Недостатки данной схемы: исключается паропроницаемость кирпичной кладки и разрушение кладки приобретает внезапный характер, поскольку исключается возможность контроля над образованием трещин.

Схемы армирования композитными сетками при испытании образцов на сжатие

Обоймы из композитных материалов

стали применять преднапряженные распорки. Данный элемент представляет собой конструкцию из

двух соединенных между собой накладками уголков. Когда усиление каменных конструкций таким способом только начинают выполнять, распорки имеют наклон в сторону концов, образуя, тем самым, зазор между собой и гранями усиливаемой конструкции. После этого распорки стягиваются при помощи специальных болтов, в результате чего в них создается напряженное состояние, и они принимают вертикальное положение.
способности.

Следующий этап усиления каменных конструкций – это приваривание к распоркам планок и снятие стяжных болтов, которые оказываются не нужны, поскольку распорки уже включены в совместную работу с усиливаемым элементом. Усиление каменных конструкций с помощью преднапряженных распорок имеет массу преимуществ над другими способами усиления: такие распорки очень просто изготовить, они надежно включаются в совместную работу с конструкцией и обеспечивают значительное увеличение ее несущей

перенапряженной кладки в целом

здания выявлена необходимость повышения несущей способности кладки в целом.

Методы:
набетонка или

прикладка;
замена кладки (перекладка);
инъецирование растворов;

стены.

Для повышения несущей способности кладку армируют сетками и каркасами. Толщина

прикладки, определяется расчетом и составляет 12...38 см и более.
Для обеспечения совместной работы с основной кладкой прикладка должна иметь конструктивную связь с основной кладкой (перевязка, шпонки, штыри, сквозные стержни и пр.).

4...12 мм
Толщина бетонных слоев определяется расчетом и колеблется от 4

до 12 см.

послойно бетонированием методом торкретирования.
Для улучшения сцепления бетона с кладкой

горизонтальные и вертикальные швы предварительно расчищают, поверхность кладки стен насекают и промывают.
Арматурные сетки крепят к стальным штырям диаметром 5...10 мм, заделанным на цементном растворе М100 в швы кладки или отверстия, просверленные электродрелью.
Глубина заложения штырей 8...12 см, шаг по длине и высоте 60...70 см, при шахматном расположении - 90 см. При двусторонней набетонке диаметр сквозных стержней 12...20 мм.
Несущую способность стен, усиленных набетонкой, рассчитывают как для многослойных стен с жесткой связью между слоями.

состоянии стен;
понижении несущей способности кирпича в результате увлажнения.

Наиболее часто встречающаяся

задача замены кладки связана с увлажнением кладки нижнего пояса первых этажей до уровня оконных проемов.

замены кладки
Технологически важно обеспечить разгрузку подпростеночного участка кладки, выбрать правильный

порядок перекладки, для исключения перенапряжений смежных усиливаемому простенков, обеспечить равномерную передачу нагрузок от старой кладки (простенков) на вновь уложенную кладку.

проема, элементов системы отопления при их наличии.
Разборка кладки под оконным

проемом.
Устройство новой кладки под оконным проемом.
Устройство балок-швеллеров (двутавров), разгружающих подпростеночные участки кладки, в штрабе, с опиранием на замененную кладку под оконными проемами.
Разборка подпростеночного участка кладки.
Устройство новой кладки подпростеночного участка с перевязкой.

кладки через металлические опорные столики (прокладки) после набора 50%-й прочности

раствора.
В первую очередь балку заводят с наиболее ослабленной стороны стены. Для этого пробивают в стене борозду, высота которой должна быть больше высоты разгружающей балки на 40...60 мм.
Подготавливают площадки опирания балки на кладку глубиной не менее 250 мм и устанавливают балку. Зазор между верхней поверхностью балки и кладкой зачеканивают жестким цементным раствором или бетоном В7,5 на мелком заполнителе.
С другой стороны стены эти операции выполняют через 2...3 сутки после установки и заделки первой балки.
Рекомендуется балки устанавливать под тычковыми рядами кладки.
Для обеспечения совместности работы балок и предохранения кирпичей от выпадения швеллеры между собой стягиваются болтами диаметром не менее 16 мм.
Во избежание перенапряжения смежных простенков принято выполнять перекладку подпростеночных участков одновременно не ближе чем через 2 простенка, и в количестве не более 5-ти.

заполнением зазора между ними 30...80 мм жестким раствором или бетоном

на мелком заполнителе класса не менее В7,5.
для обеспечения надежности рекомендуется использование подклинки стальными пластинами

б – при соединении со старой кладкой. 1 – новая

кладка; 2 – кладка, укладываемая во вторую очередь; 3 – старая кладка; 4 – арматурная сетка 4Вр-I с ячейкой 100х100; 5 – арматурные стержни 6А-III

Для улучшения связи между участками кладки, укладываемыми последовательно в швах, устраиваются арматурные сетки.

узких простенков разгружающие элементы выполняют из одиночных стоек или кладки

«насухо», опирающихся на низ оконного или дверного проема и поддерживающих непосредственно элементы перемычек

проема;
Разборка кладки под окном;
Устройство новой кладки под окном;
Устройство разгружающих деревянных

опор или кладки "насухо" в проеме окна;
Устройство разгружающих швеллеров в штрабе над окнами;
Разборка старой кладки простенка.
Устройство новой кладки простенка.

парных стоек, устанавливаемых по обеим сторонам проема - /типа 1/,

а также одиночных стоек, поддерживающих междуэтажное перекрытие - /типа 2/.
Для исключения продавливания плит перекрытия опоры необходимо довести до грунтов оснований, для чего устанавливаются основания в виде настила из бруса с устройством щебня в грунт

обшивки потолка;
Монтаж разгружающих устройств типа 1;
Устройство основания из бруса с

укладкой щебня в грунт и подлинкой под настил;
Демонтаж заполнения проемов;
Установка разгружающих устройств типа 2;
Замена кладки.

устанавливаемых непосредственной близости от разбираемой конструкции. Состав опорных стоек входят

брус 150х150 или 180х180 оснований, на которые устанавливается круглый лес 160 или 180, крепежные доски, объединяющие стойки между собой, и деревянные клинья.
Опорные стойки обязательно должны устанавливаться с разборкой пола до железобетонных плит перекрытий и доводиться до грунтов или фундаментных балок. Важно обеспечить эффективное включение разгружающих стоек в работу путем подклинки, осуществляя разгрузку постепенно, начиная с нижних этажей.
Разгружающие конструкции разбирают после того, как раствор новой кладки наберет 50% проектной прочности.

специальным составом в кирпичной кладке. Обеспечивает однородность, хорошо заполняет вертикальные

швы, пустоты кладки, трещины.
Целью данной технологии является возможность усилить или склеить конструкцию либо воспрепятствовать проникновению влаги, вредных продуктов, усиливающих коррозию и нарушающих целостность объекта.
Процедура инъецирования осуществляется за счет нагнетания под давлением полужидкого или жидкого раствора, в состав которого входят как цементные, так и сложные полимерные компоненты. Его содержание зависит от специфики работы, поставленной задачи, а также состояния конструкции.

Достоинства:
Не требуют остановки эксплуатации здания на время проведения работ;
Единственно возможный способ восстановления целостности с сохранением внешнего вида кладки.

Инъецирование трещин в кирпичной кладке

пакеры (штуцеры). Функциональное назначение данного элемента состоит в предотвращении вытекания

инъекционного состава. Подбор паркеров зависит от применяемого раствора, условий работы и удобства пользования.

рекомендуются цементно-полимерные растворы состава:
цемент;
полимер ПВА;
песок в соотношении

1:0,15:0,3 при В/Ц = 0,6;

цементно-песчаные растворы состава:
цемент;
пластификатор нитрит натрия;
песок в соотношении 1:0,05:0,3 при В/Ц = 0,6.

Для усиления кладки с раскрытием трещин до 1,5 мм рекомендуется полимерраствор состава:
эпоксидная смола ЭД-20 (или ЭД-16) - 100;
модификатор МГФ-9 - 30;
отвердитель полиэтиленполиамин - 15;
тонкомолотый песок - 50
или цементно-полимерный раствор состава: цемент; полимер ПВА; песок в соотношении 1:0,15:0,25 при В/Ц = 0,6.

масел, смазочных материалов, краски, пыли и других разделительных слоев. Имеющийся

на поверхности цемент или раствор извести удаляется шлифовальным или пескоструйным инструментом.
2. На рабочей поверхности по всей длине трещины создают прямоугольной формы штрабы 2х3 см. Рекомендуется расшивка под «ласточкин хвост».
3. На стене с двух сторон в шахматном порядке пробуривают каналы вдоль обработанной поверхности с шагом 15…40 см. При этом канал должен пересекать трещину и буриться под наклоном сверху вниз. Его угол наклона должен составлять относительно горизонта не менее 10º.
4. Каналы и трещины продувают сжатым воздухом.
5. Устанавливают пакеры.
6. Каналы и трещины равномерно смачивают водой. Поверхность к моменту инъецирования должна быть равномерно увлажненной.
7. Приготавливают ремонтную смесь и наносят на штрабы для предотвращения вытекания раствора из трещин. Также производят герметизацию мест установки пакеров.
8. Через пакеры вводят смесь, начиная снизу вверх и выдерживая давление 1…2 атм.
9. Производят демонтаж пакеров.
10. После застывания раствора обработанную поверхность зачищают, места установки паркеров зачеканивают ремонтным составом.

разрыв
Результаты испытания кладки, усиленной инъекцией растворов в ЦНИИСК им.

Кучеренко

Фрагмент клаки, усиленной инъекцией раствора

Фрагмент кладки, подготовленный для испытания

Вывод: результаты испытаний показали, что прочность кладки с силовыми трещинами повышается до 30%. При отсутствии трещин повышение прочности значительно меньше.

коэффициента , величина которого принимается равной:
1,1 - для кладки с

трещинами силовой природы, усиленной цементным и цементно-полимерным раствором;
1,3 - то же, усиленной полимерным раствором;
1,0 - для кладки с трещинами от неравномерной осадки стен или нарушения связи между стенами.

обжатие);
стальных каркасов.

и швы равномерно распределяют нагрузку, воспринимают растягивающие усилия, возникающие от

неравномерных осадок, и, увеличивая прочность стен, способствуют сохранению общей жесткости здания

основания, а также некачественной перевязке швов. В этом случае с

помощью металлических тяжей, располагаемых на уровне перекрытий, создается объемное обжатие здания или его части. Диаметры тяжей принимают 25...40 мм.
Тяжи располагаются по поверхности стен или в бороздах сечением 70х80 см. Борозды после натяжения заделываются цементным раствором. Крепление тяжей осуществляется к вертикальным уголкам и швеллерам, устанавливаемым на цементном растворе.
Натяжение осуществляется при помощи муфт с левой и правой резьбой механическим способом после предварительного разогрева.

– муфта натяжения; 3 - раствор

устройством стальных каркасов.
По наружным стенам зданий в углах и

в местах пересечения с внутренними несущими стенами устанавливаются стойки, которые в уровне междуэтажных перекрытий по периметру здания объединяются поясами из прокатной стали.
Стойки через внутренние помещения соединяются преднапряженными тяжами.

Осуществляется:
с двух сторон стены на уровне перекрытий устройством металлических

балок (швеллеров N16...20), стянутых болтами.
установкой стальных тяжей диаметром 20...25 мм в уровне перекрытий.
устройством арматурных сеток в слое торкретштукатурки или торкретбетона.

стены на уровне перекрытий (швеллеры N16...20) и стягиваются болтами (М16…20).
Балки

рекомендуется укладывать в борозды, вырубленные с двух сторон с последующим стягиванием болтами и заделкой раствором по сетке.

– стальной тяж диаметром 20…24 мм; 2 – уголок 75х75

мм; 3 – поверхность разрыва

Устанавливаются стальные тяжи диаметром 20...25 мм в уровне перекрытий. Тяжи закрепляются в наружной и внутренней стенах распределительными прокладками из швеллеров или уголков.

1 – анкеры d6 мм в шахматном порядке с шагом

не более 600 мм;
2 – отверстия в стене;
3 – арматурная сетка;
4 – торкретбетон;
5 – трещина в стене

При односторонней сетке анкера выполняются Г-образные из арматуры периодического профиля, при двусторонней сетке - Z-образные из гладкой арматуры. При наличии трещин сетки заводятся за трещину не менее чем на 500 мм. Толщина торкретбетона принимается по расчету, но менее 40 мм.

не только для ремонта кирпичной кладки при растрескивании, но и

для связи наружного слоя облицовки с внутренним слоем.
Нержавеющая сталь, из которой изготавливается эти стержни, имеет прочность на разрыв в 2 раза большую, чем прочность арматуры, обычно используемой в железобетонных изделиях. Малые диаметры стрежней требуют соответственно малых канавок и отверстий, и поэтому имеют минимальное влияние на прочность конструкции и требуют минимального расхода раствора для заполнения шва.

Винтовой стержень

Усиление с применением винтовых стержней из нержавеющей стали

этих сил показана синими стрелками, в результате растягивающие напряжения проходят

под углом 45° главным растягивающим усилиям. Трещины образуются перпендикулярно растягивающим напряжениям в виде синих стрелок. растягивающие усилия показаны синими стрелками.
Разрушение кирпичной кладки является следствием того, что растягивающие напряжения превышают допустимые значения.
Главный принцип размещения композитных сеток и винтовых стержней заключается в параллельном расположении растягивающим усилиям.

Формы разрушения здания и растягивающие усилия
(а – при оседании грунта; б – от перегрузки участка стены)

а

б

Участок оседания грунта показан синим прямоугольником
б - Нагрузки собственного веса

и вышележащих конструкций,

в - расчетная модель с отображением главных напряжений, зоны, в которых величина напряжения оказалась больше допустимого значения выделена
красным цветом.

Результаты расчета каменного здания с учетом деформации грунтов основания

напряжениями, была использована формула


Коэффициент армирования как при усилении поперечными сетками

Принятая

схема усиления стержнями, полученная в результате расчета, показана на рисунке. На рис. синим цветом выделена область превышающих напряжений, стержни показаны красным цветом.

Принятая схема усиления стержнями

Общая длина требуемых стрежней составила 9 м. Суммарная прочность простенка после усиления составила 1,64 МПа, или 126%. Стоимость усиления в данном случае, по данным цен каталога производителя, составила 40 тыс. руб.

кирпичной кладке, создают горизонтальный шов глубиной около 4-6 см. Ширина

шва должна быть как минимум 1 см (а).
канавку прочищают сжатым воздухом (б);
при помощи пистолетов укладывают вяжущий раствор вглубь шва, примерно на 2 см. Укладывают стержень вглубь шва (в).
Выполняют финишные работы специальным раствором для закрепления стержня в кладке (г).
Инъектирование трещин - д:

б– очистка канавки сжатым воздухом

в – установка стержня

г – заделка шва специальным раствором;

д – инъектирование трещин)

Технология установки стержней

А - устройство канавки

перемычка; 2 – уголки;
3 – планки; 4 – швеллеры;

5 - болты