4.Способы усиления кирпичных колонн

• Усиление колонн с помощью торкретированного бетона.

Способ пригоден для усиления как вертикальных, так и горизонтальных несущих конструкций (стены, колонны, перекрытия, висячие коридоры-галереи и т. д.) из кирпича и бетона. Преимущество его по сравнению с обетонированием заключается в том, что нанесение торкретированного бетона не требует опалубки.

Торкрет-бетоном - это, по сути, самая обыкновенная бетонная смесь, которая наносится на поверхность особым способом, торкретированием, который подразумевает использование специального оборудования и установок. Подача бетона с помощью подобных установок осуществляется путем его прохождения через сопла, под существенным давлением воздуха. Иными словами, бетон наносится на поверхность брызгами. 

• Обойма

Обойма пригодна для восприятия небольших усилий, окружает колонну в виде обруча. Места требует меньше, чем железобетонная оболочка, дешевле. Непосредственного участия в восприятии нагрузок не принимает; толщина 4-6 см. На каркас из арматуры закрепляют сетку Рабитца и наносят на нее мелкозернистый бетон, иногда путем торкретирования.

Если из-за недостатка места невозможно выполнить железобетонную оболочку, а несущая способность оболочки по системе Рабитца по своим статическим характеристикам недостаточна, тогда усиления добиваются накладкой по углам стальных уголков на цементном растворе с последующей стяжкой их хомутами из полосовой стали.

• Методы усиления каменных конструкций угле- и стеклопластиками.

Традиционные способы усиления кирпичных стен с помощью железобетонных, армокирпичных или стальных обойм обладают рядом недостатков. Наиболее существенным из них является значительная масса самих систем усиления, нагрузка от которых передается на нижележащие конструкции и фундаменты. Другие недостатки включают уменьшение внутренних размеров помещений, относительно высокую материалоёмкость и длительные сроки производства работ по усилению.

В зарубежной практике к настоящему времени широкое распространение для ремонта и усиления конструкций получили полимерные композиционные материалы (ПКМ) из стеклянных или углеродных волокон на эпоксидной основе, т.е. стеклопластики и углепластики. Применение этих материалов позволяет преодолеть все вышеуказанные проблемы, т.к. эти материалы обладают высокой прочностью при небольшом собственном весе, практически не подвержены коррозии и поэтому долговечны. Производство работ по усилению значительно ускоряется в связи с компактностью и легкостью самой системы усиления. Во многих случаях работы могут проводиться без остановки производства. Учитывая это, усиление из ПКМ идеально подходит для сооружений, находящихся в аварийном состоянии.

Причинами, вызывающими потребность в усилении неармированных каменных конструкций, могут явиться ошибки при проектировании или перегрузки, сильные вибрации, неравномерная осадка, значительные деформации в плоскости стен или их выпучивание при землетрясении. Значительным преимуществом применения ПКМ в данном случае является минимальное увеличение собственного веса и жесткости конструкции, поэтому не изменяются ее динамические характеристики. Пластики, армированные волокнами, для усиления конструкций поставляются обычно в виде тканей или ламинатов.

Процесс усиления включает в себя следующие этапы:

1. подготовку поверхности - зачистку, выравнивание, закругление граней, вокруг которых будут обертываться композиты;

2. проверку прочности сцепления связующего с поверхностью, на которую будут наклеиваться ткани или ламинаты, которая должна превышать минимальную указанную производителем для конкретной системы усиления; o очистку поверхности от пыли, цементного молока, смолы, отвердителя, масел;

3. нанесение грунтовочного слоя смолы для тканей или выравнивающей шпатлевки для ламинатов;

4. пропитку ткани связующим или нанесение клея на поверхность ламината и приклеивание композита к подготовленной поверхности;

5. нанесение краски, противопожарной защиты и т.п.

• Ламинаты

Ламинаты получили наибольшее распространение для усиления каменных конструкций. Они представляют собой полностью готовые к применению многослойные ПКМ, свойства которых (толщина, ширина, процент содержания армирующего волокна) определены производителем. Исследования, проведенные за рубежом, показали, что разрушающая нагрузка усиленных ламинатами стен, нагруженных в своей плоскости, значительно увеличивается.

Кроме того, характер разрушения становится более пластичным. Экспериментальные исследования работы каменных стен, нагруженных из плоскости, также продемонстрировали сильно увеличившуюся прочность при изгибе. Из этих данных следует, что решения на основе ПКМ могут быть успешно применены не только для сейсмического усиления стен, но и для усиления на действие взрывной нагрузки.

Все указанные исследования проводились в лабораториях НИИЖБ и на опытном полигоне ФГУП "КТБ ЖБ", а в этом случае довольно трудно воссоздать условия, встречающиеся на практике.

К примеру, подавляющее большинство опытов проводилось на статически определимых моделях стен. Опыты которые были проведены на площадке, позволили сделать выводы о необходимости тщательной деталировки системы усиления и контроля качества приклеивания, иначе разрушение происходит на границе между новым и старым материалом или по наиболее слабому элементу усиливаемой конструкции, что не позволяет полностью включить в работу саму систему усиления.

На практике данные технологии были применены в Италии для ремонта и восстановления исторических зданий, пострадавших от значительной осадки фундаментов. Проекты заодно подчеркнули универсальность композитов, так, в ходе работ были одновременно усилены и колонны, арки и своды церкви.

Благодаря малой толщине внешней композитной арматуры после оштукатуривания поверхностей конструкция усиления не была заметна, что очень важно при реконструкции памятников архитектуры.

Здание мэрии в городе Assisi, состоящее из множества помещений, построенных в разное время и по различным проектам, требовало усиления после землетрясения Umbria-Marche 1997 года (Вот et al 2000). Кирпичные своды различных типов, покрытые фресками на внутренней стороне, требовали нестандартных подходов к вопросу усиления. В результате внешние арки сводов были усилены лентами из однонаправленных углеродных тканей. Такая схема позволила увеличить сейсмоустойчивость без изменения статической схемы конструкции. Кроме того, не была нарушена целостность фресок, поскольку работы велись с одной стороны свода. Работы велись в ограниченном пространстве, но в связи с небольшими объемами материалов это никак не отразилось на временных рамках проекта.

• Усиление кирпичной кладки столбов

Для усиления применимы традиционные технологии, основанные на использовании металлических и железобетонных обойм и каркасов, инъецирования в тело кладки полимерцементных и других суспензий. Каменная кладка хорошо работает на сжимающие усилия, поэтому наиболее эффективным способом ее усиления является устройство обойм. В обойме кладка работает в условиях всестороннего сжатия, в результате увеличивается сопротивление продольной силе и значительно уменьшаются поперечные деформации.

Рисунок 1- Усиление колонн стальной обоймой

(а), армокаркасами (б), сетками (в) и железобетонными обоймами (г):1 — усиливаемая конструкция; 2 — элементы усиления; 3 — защитный слой; 4 — щитовая опалубка с хомутами крепления; 5 — инъектор; 6 — материальный шланг

При установке стальной обоймы ее включение в работу обеспечивают инъецированием раствора в зазоры между стальными элементами и кладкой. Полная монолитность конструкции будет достигнута путем оштукатуривания высокопрочными цементно-песчаными растворами с добавкой пластификаторов для большей адгезии кладки и металлоконструкций. При устройстве железобетонной рубашки и толщине обоймы до 4 см применимы методы торкретирования и пневмобетонирования, окончательная отделка усиленной конструкции — устройство штукатурного накрывочного слоя.

Железобетонные обоймы можно устраивать в несъемной опалубке, при этом наружные поверхности могут иметь различную фактуру, в том числе и гладкую

Рисунок 2- Усиление столбов с использованием опалубки-облицовки:1 — усиливаемая конструкция; 2 — армокаркас; 3 — бетон омоноличивания; 4 — элементы облицовки; 5 — выступающие анкеры

Наиболее эффективными несъемными опалубками являются тонкостенные элементы толщиной 1,5...2 см, изготовленные из дисперсно-армированного бетона. Для вовлечения опалубки в работу она снабжается выступающими анкерами, существенно повышающими адгезию с укладываемым бетоном. После установки несъемной опалубки и крепления ее элементов замоноличивают полость между усиливаемой и ограждающей конструкциями. Использование несъемной опалубки экономически и технологически выгодно, отпадает необходимость в разборке опалубки и исключается отделочный цикл работ.

Усиление железобетонных колонн, балок и перекрытий заключается во включении в работу дополнительных элементов, которые увеличивают сечение конструкции, степень армирования, в некоторых случаях изменение расчетной схемы при включении в каркас дополнительных опор.

• Усиление и замена кирпичных колонн.

Под воздействием больших нагрузок в кирпичной колонне может образоваться трещина. Если она возникла только в штукатурке, отремонтировать ее можно, как указано выше. Но если повреждена сама колонна, необходимо увеличить ее несущую способность, чтобы она могла выдерживать нагрузку. Выполнить это можно путем усиления колонны железобетоном (рис. 3), кирпичной кладкой, в каждый четвертый постелистый шов которой закладывается арматура из стали диаметром 5 см (рис. 4), или стальной конструкцией из уголков и полосовой стали (рис. 5).

Рисунок 3-Усиление опоры железобетоном

1 - старая опора; 2 - железобетон

Рисунок 4-Усиление опоры кирпичной кладкой

1 - кирпичная облицовка; 2 - арматура; 3 - старая опора

Рисунок 5-Усиление колонны стальной конструкцией

1 - бетон; 2 - уголки; 3 -старая опора; 4 - полосовая сталь

Во время ремонта необходимо укрепить все конструкции, передающие нагрузки на старый столб (рис. 6), и после этого разобрать старый столб. Для кладки нового столба применяют более качественный кирпич и цементный раствор. Несущую способность увеличивают путем попеременной (через несколько рядов) закладки в постелистый шов поперечной арматуры диаметром 5 мм (рис. 7).

Рисунок 6-Замена опоры

1 - подведение опоры; 2 - первоначальная кирпичная опора; 3 - новая стальная опора

Рисунок 7 - Повышение несущей способности новой опоры

1- арматура; 2 - кирпичная опора

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Подъяпольский, С.С. Реставрация памятников архитектуры: учеб. пособие для вузов / С.С. Подъяпольский, Г.Б. Бессонов, Л.А. Беляев, Т.М. Постникова; под общ. ред. С.С. Подъяпольского, 2-е изд. – М.: Стройиздат, 2000. – 288 с.

2. СНиП 23-01-99 (2003) «Строительная климатология».

3. СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий».

4. СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий».