Железобетонные изгибаемые конструкции (балки, ригели, подкрановые балки, плиты, перекрытия и покрытия) усиливают следующими достаточно проверенными способами. При наращивании усиливаемую конструкцию увеличивают по высоте или ширине (снизу, с боков и сверху усиливаемого элемента). Особенностью этого способа является воспринятие касательных напряжений, действующих в плоскости контакта старого бетона с новым, специальной дополнительной арматурой, привариваемой к арматуре усиливаемой конструкции.
Усиление существующей конструкции, т.е. увеличение ее несущей способности наращиванием приводит к совместной работе усиливаемой конструкции и конструкции усиления, включая их в работу пропорционально жесткостям. Наращивание применяется для усиления железобетонных конструкций как монолитных (рис. 3.2), так и сборных (рис. 3.3). Арматурные стержни применяются 10 мм и более.

Усиление изгибаемых элементов взамен наращивания обоймами допускается только в случае их значительного повреждения, например при коррозии арматуры, поскольку усиление изгибаемых элементов принимается в зависимости от защитного слоя и диаметра продольной и поперечной арматуры и обычно не превышает 100 мм. При усилении монолитного ребристого перекрытия обоймой в плите перекрытия необходимо пробивать отверстия для пропуска хомутов и подачи бетонной смеси при бетонировании. Зачастую при устройстве обойм для балок одновременно производится и набетонирование плиты сверху (рис. 3.4, а).
Конструктивное решение в виде рубашки в отличие от обоймы представляет собой не замкнутую с одной стороны обетонку (см. рис. 3.4, а), в данном случае с подведением под плиту монолитного перекрытия дополнительного металлического ребра. Рубашки применяют в тех же случаях, что и обоймы, но лишь тогда, когда отсутствует возможность охватить усиливаемый элемент с четырех сторон.

Рубашки чаще применяют при усилении монолитных балок ребристых перекрытий. В этом случае хомуты выводятся через плиту и заанкериваются с помощью продольных арматурных стержней. При усилении рубашкой только поврежденных участков усиливаемых элементов ее необходимо завести на неповрежденные части не менее: длины анкеровки продольной арматуры рубашки; пяти толщин стенок рубашки; ширины грани или диаметра усиливаемого элемента и 500 мм. При усилении рубашками применяется арматура диаметром 8 мм и более для продольных стержней и диаметром 6 мм - для хомутов.

На рис. 3.5 и 3.6 приведены в сопоставлении способы усиления сборных и монолитных конструкций путем наращивания и с помощью рубашки. Иногда для повышения несущей способности усиливаемых элементов наращиванием достаточно лишь увеличить количество основной продольной арматуры. Для этого защитный слой снимают на глубину не менее чем на 0,5 диаметра и приваркой через коротыши из арматуры длиной 50...200 мм наращивают дополнительную арматуру. В растянутой зоне коротыши ставят через 200...1000 мм, в сжатой - на расстоянии не более 500 мм или 20 продольной арматуры усиления. Арматура усиления покрывается цементной штукатуркой или торкретированием.

В случае значительного наращивания сечения рекомендуется применять специально приваренные соединительные элементы, например 7 на рис. 3.2 или 6 на рис. 3.3. При разрыве арматурных стержней в изгибаемых элементах их рекомендуется восстанавливать приваркой предварительно напряженных накладок (рис. 3.7). Эта операция требует предварительного укрепления конструкции с помощью временных опор. Приварка дополнительной арматуры допускается только их стали классов А-I, A-II, A-III к существующей арматуре тех же классов.

Эффективным и достаточно простым способом усиления изгибаемых конструкций является установка дополнительных жестких опор в виде подкосов (рис. 3.8) или вертикальных элементов (рис. 3.9). Однако эти решения ограничиваются условиями технологического процесса, который не позволяет стеснения габаритов производственных помещений.

Поскольку при выполнении жестких опор на самостоятельных фундаментах полностью избежать осадки опоры весьма затруднительно, то во всех случаях желательно устанавливать их на существующие фундаменты (рис. 3.8, в), если даже при этом необходимо их усилить. В этих случаях жесткие дополнительные опоры выполняют в виде порталов или в виде подкосов. Элементы усиления жестких опор могут выполняться как железобетонными, так и металлическими.
В случае если подкосы усиления (рис. 3.8, а и 3.8, б) выполняются металлическими, в нижних узлах усиливающей системы накладные металлические детали соединяют сваркой с арматурой существующих усиливаемых конструкций. После подведения подкосов для их плотного прилегания в верхнем узле производится расклинка с помощью клиновидных прокладок.
При выполнении жестких опор в виде подведенных стоек при самостоятельных фундаментах (см. рис. 3.9) следует особое внимание уделять уменьшению осадки этих фундаментов, для чего необходимо осуществлять предварительное обжатие грунта под подошвой. В случае если усиливаемая конструкция не может быть предварительно разгружена, установка дополнительных жестких опор должна сопровождаться предварительным поднятием усиливаемой конструкции (см. рис. 3.8, б).
Подъем усиливаемой конструкции производится различными способами в зависимости от конструкции дополнительных опор и конструкций усиливаемых элементов. При усилении сборно-шарнирной рамы, которая собирается на месте из отдельных элементов, шарниры в узлах и упругие прокладки между усиливаемым ригелем и рамой усиления обеспечивают возникновение двух одинаковых по величине разгружающих сил, приложенных снизу вверх (см. рис. 3.8, б). Раму напрягают подъемом ее стоек домкратами, после чего в зазор между стойками рамы и существующей опорой укладывают специальные металлические прокладки, а домкраты снимают.
При усилении ригелей предварительно напряженными сборными железобетонными полураскосами (см. рис. 3.8, а) подъем усиливаемого ригеля производят горизонтально расположенным в верхнем узле домкратом. Для облегчения перемещения распираемых полураскосов в зазор между усиливаемым ригелем и полураскосами закладывают металлические коротыши из круглой арматурной стали. После подъема усиливаемой конструкции полураскосы соединяют один с другим распоркой из профильного металла на сварке, а домкрат снимают. Во избежание перегрузки колонн снизу полураскосы понизу связывают специальной металлической затяжкой.

Кроме жестких дополнительных опор для усиления изгибаемых элементов применяют упругие дополнительные опоры, которые в меньшей мере стесняют габариты производственных помещений. Дополнительные упругие опоры создаются обычно с помощью металлических ферм, закрепляемых на тех же опорах, на которые опирается усиливаемая конструкция. Упругая опора для усиливаемого элемента создается прокладкой между ним и конструкцией усиления (рис. 3.10), обладает меньшей жесткостью, чем усиливаемый железобетонный элемент. В многоэтажных зданиях при необходимости усиления ригеля одного из этажей, когда несущие конструкции вышележащего этажа имеют достаточный запас прочности, могут быть применены предварительно напряженные подвески (рис. 3.11).
Податливость опор этого типа происходит вследствие их продольной деформации. Реактивная разгружающая сила создается предварительным напряжением тяжей вначале натяжными гайками, а окончательно - натяжными муфтами. Нагрузки от тяжей воспринимаются рамой верхнего яруса, к стойкам которых закрепляют тяжи, приваривая их к предварительно устраиваемым металлическим обоймам из листовой стали.

Для уменьшения изгибающих моментов в элементах многопролетной многоярусной рамы могут быть применены крестовые предварительно напряженные связи из гибких металлических тяжей (рис. 3.12). Напряжение таких связей осуществляют стяжными муфтами или применением термического способа. Анкеровку выполняют с помощью специальных анкерных хомутов из листового металла, закрепленных на колоннах. Указанные связи допускается устанавливать по высоте одной и той же рамы только в разных пролетах. Для этих же целей может быть использовано усиление железобетонными раскосами с предварительно напряженными затяжнами (рис. 3.13), когда после установки раскоса гибкие металлические тяжи напрягаются термическим способом с обеих сторон раскоса и элемент усиления воспринимает как сжимающие, так и растягивающие усилия.

Для усиления изгибаемых элементов многопролетных зданий можно воспользоваться следующими решениями. Так, при усилении балок покрытия на промежуточных опорах устраивают выносные поры (рис. 3.14). Для усиления изгибаемых элементов принимают также двухконсольные разгружающие кронштейны, устанавливаемые на промежуточных опорах (рис. 3.15, 3.16).
При усилении сборных балок покрытия ветви кронштейнов представляют собой треугольные фермы. Нижний их пояс обычно выполняют из равнобокого уголка, а верхний пояс и решетка могут быть выполнены как из одинарных уголков, так и их круглых арматурных стержней (рис. 3.15).

Высота кронштейнов принимается равной высоте надопорной части усиливаемых балок, а длина консольных частей кронштейнов - 1/4...1/6 пролета усиливаемых балок. При небольшой длине консольных частей можно вообще отказаться от элементов решетки. Опорные элементы кронштейна могут быть либо из вертикального металлического листа толщиной 20...30 мм и высотой 300...400 мм, привариваемого снизу к распределительной горизонтальной прокладке, либо в виде седлообразных накладок, устанавливаемых сверху на балки и связанных между собой сваркой.
Конструкция опорного устройства зависит от способа натяжения. При натяжении болтами она представляет собой жесткую пластину, пропускаемую под низом усиливаемой балки и закрепляемую на болтах к ветвям кронштейна (см. рис. 3.15). При натяжении домкратом с натяжным устройством контроль натяжения осуществляют по манометру домкрата. После натяжения, как правило, укладывают фиксирующие прокладки. На промежуточных опорах может приниматься конструкция кронштейнов, собираемая из двух отдельных частей (см. рис. 3.16). После их установки верхние растянутые пояса сваривают над опорой накладками. По нижнему поясу создают связи для общей устойчивости нижнего пояса с помощью специальных опорных накладок. При нарушениях анкеровки вынос продольной арматуры опоры или кронштейна должен приниматься на расстоянии не менее 40 диаметров стержневой арматуры от опорного листа балки.

В тех случаях, когда возникает необходимость в проведении работ по усилению без снятия временной нагрузки, можно воспользоваться решением, предусматривающим установку дополнительной предварительно напряженной арматуры. В качестве дополнительной напряженной арматуры может использоваться горизонтальная, шпренгельная или их сочетание.
Если анкерные устройства невозможно разместить по торцам балок, их приваривают в приопорной зоне в местах, где напряжения в арматуре усиливаемой балки невелики (рис. 3.17). В этом случае натяжение производят термическим способом. Для исключения провисания под действием собственного веса стержни усиления закрепляют с помощью временных подвесок. После нагрева стержня свободный его конец также приваривают. При усилении шпренгельной арматурой ее натяжение осуществляют механическим способом, т.е. завинчиванием натяжных винтов или кладкой в зазор пакета большего количества прокладок (рис. 3.18).

Как при варианте горизонтального натяжения дополнительной арматуры, так и шпренгельном или комбинированном можно создать напряжение в них путем взаимного стягивания двух или четырех стержней специальными стяжными болтами (рис. 3.19, 3.20, 3.21). Стяжные болты имеют вид хомута с двумя нарезными концами и общей шайбой. Натяжение производится одновременным подтягиванием гаек на обоих концах хомутов. Натяжение взаимным стягиванием не требует значительных усилий, поскольку напряжения в стяжных болтах, выполняющих роль хомутов, в 7...10 раз меньше напряжений в стягиваемых дополнительных стержнях.

Достоинство этого способа напряжения наряду с простотой состоит в создании равномерных усилий во всех стягиваемых стержнях в результате саморегулирования. Круглые стержни дополнительной арматуры обычно принимают диаметром 18...40 мм. Восприятие поперечных сил при усилении изгибаемых элементов в основном производят увеличением площади сечения поперечной и наклонной арматуры.

Менее трудоемким способом является усиление вертикальными накладными хомутами (рис. 3.22). Для этого предварительно пробивают отверстия в перекрытии с обеих сторон балки, подкладывают прокладки из уголков и по ним накладывают хомуты, которые имеют концы с нарезкой. На эти концы надевается подкладка из полосовой стали и закручиваются гайки. При притягивании хомутов гайки следует закручивать одновременно на двух концах. Вариант усиления с вертикальными хомутами - усиление с помощью предварительно напряженных хомутов (рис. 3.23).

Конструкция предварительно напряженных хомутов состоит: из верхних крепежных уголков, подвешиваемых к плите перекрытия на болтах, нижних крепежных уголков, соединенных планками на сварке; четного количества хомутов и стяжных болтов с шайбами-захватами. После закрепления хомутов снизу и сверху предварительное напряжение создается взаимным стягиванием каждых двух рядом расположенных стержней стяжными болтами. Стягивание стержней производится одновременно с обеих сторон усиливаемой балки.
При усилении балок наклонными накладными хомутами (рис. 3.24) вместо подкладок из полосовой стали используют подкладки из уголков, которые приваривают к нижней продольной арматуре с помощью коротышей. После притягивания хомутов восстанавливают защитный слой.

Ребра сборных плит покрытия усиливают постановкой вертикальных накладных хомутов, которые объединяют вместе оба ребра (рис. 3.25). При усилении многопустотных плит с круглыми и овальными отверстиями можно использовать пустоты. Для этого на приопорных участках плит (1/4 пролета) сверху прорубают отверстия, в которые устанавливают дополнительные арматурные каркасы (рис. 3.26), и пустоты бетонируют пластичным бетоном на мелком заполнителе с устройством дополнительной плиты (рис. 3.26, б) или без ее устройства. Для восприятия одновременно поперечной силы и изгибающего момента плиты армируют на всю длину.

При усилении многопустотных плит на крайних опорах для предотвращения их сдвига каркасы устанавливают так, чтобы они заходили на опору. Затем устанавливают каркасы по торцам плит, которые после бетонирования создают балку-обвязку, при необходимости по периметру всех стен. На промежуточных опорах в пустоты примыкающих торцами плит устанавливают общие каркасы.
Недостаточная площадь опирания ребристых сборных плит может быть компенсирована устройством на промежуточных опорах металлических связей, взаимосоединяющих ребра плит смежных пролетов (рис. 3.27, а), а на крайних - удлинением опорных частей ребер (рис. 3.27, б). При необходимости короткие консоли колонн могут быть усилены установкой дополнительных предварительно напряженных наклонных или горизонтальных тяжей или хомутов (рис. 3.28). Тяжи крепятся к консоли металлическими крепежными элементами и напрягаются завинчиванием гаек.

Усиление капителей безбалочных перекрытий наряду с устройством железобетонных рубашек может осуществляться установкой металлических предварительно напряженных
пространственных шпренгелей (рис. 3.29). Конструкция шпренгеля состоит из нижней уголковой обвязки, опирающейся на опорную железобетонную обойму; верхней уголковой обвязки, охватывающей усиливаемую капитель по периметру, и четырех подкосов, соединяющих обвязки между собой. Забетонированная опорная обойма на колонне и смонтированная на ней нижняя обвязка с приваренными подкосами соединяются сваркой с нагретой верхней обвязкой, которая при остывании укорачивается и создает предварительное обжатие в подкосах. Размеры опорных обойм, температуру нагрева верхней обвязки следует определять исходя из нагрузки, которую должно воспринять усиление. Расчетные усилия в элементах пространственного шпренгеля следует вычислять как в пространственной статически определимой ферме на действие заданной нагрузки.
Усиление плит, опертых на контуру, наряду с набетонкой осуществляют постановкой пространственных предварительно напряженных металлических шпренгелей, подводимых снизу под усиливаемую плиту и подвешиваемых в углах к несущим элементам контура четырьмя болтами и четырьмя передаточными траверсами. Шпренгели устанавливают в двух взаимно перпендикулярных плоскостях по диагоналям плиты на одном уровне (рис. 3.30).

Верхние пояса шпренгеля плотно притянуты к нижней поверхности усиливаемой плиты, что позволяет включить их в совместную работу при предварительном напряжении нижних поясов термомеханическим способом. Все работы по монтажу и предварительному напряжению можно производить без разгрузки усиливаемой плиты.
Подкрановые балки усиливают двумя способами - металлической обоймой и выносными металлическими опорами (рис. 3.31) или металлической обоймой и шпренгелем, аналогично варианту комбинированного усиления, приведенного на рис. 3.21. Усиление креплений подкрановых балок к колоннам осуществляется пластинами, соединяемыми на сварке к закладным деталям колонны.
Закладные детали на колонне могут закрепляться либо металлическими хомутами на пружинных шайбах (рис. 3.32, а), либо устройством металлических обойм (рис. 3.32, б).

Усиление железобетонных конструкций

Общие положения. В практике реконструкции промышленных зданий и сооружений часто возникает Необходимость усиления конструкций и их отдельных элементов. Необходимость усиления основных несущих элементов зданий (фундаментов, колонн, подкрановых балок) может быть вызвана следующими причинами:

• увеличением нагрузок на них в результате замены либо усилением вышерасположенных конструкций (перестройка помещений, надстройка зданий);
• модернизацией технологического оборудования в реконструируемом здании, изменением технологических процессов;
• эксплуатационным износом (потерей несущей способности от воздействия динамических и вибрационных нагрузок, агрессивной воздушной среды и т. п.);
• приобретенными конструктивными дефектами, возникшими в результате неправильной эксплуатации конструкций, разбрызгивания и разлива агрессивных жидкостей;
• случайными повреждениями (выходом из строя отдельных конструктивных элементов при демонтаже, транспортировке и установке технологического оборудования).

Различные сочетания причин необходимости усиления, а также тип и состояние строительных конструкций промышленных предприятий обусловливают, применение различных способов усиления.

Увеличение несущей способности усиливаемых конструкций может осуществляться как без изменения их напряженного состояния или конструктивной схемы (железобетонные или металлические обоймы, железобетонные рубашки, наращивание), так и с изменением напряженного состояния или конструктивной схемы конструкций (преднапряженные распорки, металлические балки, опираемые на сваи, консоли, стойки, подкосы, горизонтальные шпренгельные и комбинированные затяжки).

Усиление конструкций обычно требует значительно меньше затрат, чем замена их новыми, но связано с выполнением сложных строительных процессов. Усиление конструкций производится без остановки производства (эксплуатации цеха) или при кратковременных остановках.

Наиболее часто усиливают железобетонные фундаменты, колонны, балки, ригели и плиты перекрытий. Железобетонные подкрановые балки обычно не усиливают, а заменяют другими. Железобетонные фермы, находящиеся в аварийном состоянии, снимают и заменяют новыми (чаще металлическими) или ремонтируют.

Наиболее сложны работы по усилению фундаментов, балок и ригелей, менее сложны - по усилению колонн и плит перекрытий. Решения по усилению конструкций или их замене должны быть обоснованны проектом (с учетом затрат и потерь при остановке производства).

Усиление конструкций относится к числу сложных, ответственных и опасных работ, поэтому они должны производиться под личным руководством мастера или прораба.

Использование обойм, рубашек и наращивания. Монолитный железобетон часто применяется для усиления железобетонных конструкций путем устройства обойм, рубашек, одностороннего и двустороннего наращивания. Эти методы усиления при сравнительно небольшом расходе металла позволяют значительно увеличить несущую способность усиливаемых конструкций и, кроме того, обеспечить устойчивость к воздействию агрессивной среды и, следовательно, наибольшую надежность в эксплуатации.

Обоймы, рубашки, наращивания состоят из арматуры и тонкого слоя (обычно 30-100 мм, в отдельных случаях до 300 мм) бетона.

Железобетонная обойма состоит обычно из арматуры и тонкого слоя бетона, охватывающего усиливаемый элемент с четырех сторон, и применяется для усиления балок, ригелей и колонн.

Рабочая арматура обойм служит для усиления конструкций в растянутых зонах. Благодаря усадке бетона железобетонные обоймы плотно обжимают усиливаемый элемент и работают с ним совместно.

Прочность сцепления нового бетона со старым зависит от многих факторов: условий укладки бетонной смеси, методов ее уплотнения, тщательности обработки поверхности сопряжения, класса бетона и т. д.

При усилении колонны железобетонной обоймой (рис. 7.1) поверхность усиливаемой колонны сначала очищают и насекают для лучшего сцепления бетонной смеси обоймы с колонной. По периметру колонны устанавливают арматуру и разборно-переставную опалубку из щитов. Затем бетонируют обойму методом инъецирования мелкозернистой бетонной смеси, нагнетая ее в опалубку через инъекционные отверстия в щитах. Уплотняют бетонную смесь наружным вибратором.

Металлические обоймы (рис. 7.2, а) состоят из стоек углового профиля, соединительных планок и опорных подкладок. Применяют их для усиления железобетонных колонн, а также кирпичных простенков и столбов. В местах установки подкладок арматуру колонны обнажают и приваривают к подкладке и стойке обоймы. Эффект усиления колонн достигается после монтажа и сварки соединительных планок. В ряде случаев планки нагревают до 120 °С и затем приваривают к вертикальным уголкам с последующим торкретированием, создавая напряженную металлическую обойму. При этом способе усиления производство не останавливают или сокращают его остановку до минимума.

Иногда производят усиление железобетонной колонны предварительно напряженными распорками (рис. 7.2, б).

Рубашки представляют собой незамкнутые с одной стороны обетонки конструкции и применяются для усиления ригелей, балок перекрытий, колонн и фундаментов. Наращивание (рис. 7.3) представляет собой увеличение сечения усиливаемых конструкций сверху, снизу и с боков слоем монолитного железобетона и применяется для усиления балок, ригелей, колонн, стен и плит перекрытия.

При усилении железобетонных конструкций выполняют ряд технологических процессов: подготовку поверхности усиливаемой конструкции, установку арматуры и опалубки, укладку и уплотнение бетонной смеси, уход за бетоном в период достижения необходимой прочности и разборку опалубки.

Подготовка поверхности усиливаемой конструкции производится для обеспечения надежного сцепления с ней бетона слоя усиления. При этом выполняются следующие операции: снятие поверхности защитного слоя и удаление отслоений бетона; очистка арматуры от поверхностной коррозии; обдувка сжатым воздухом и увлажнение поверхности.

Снятие защитного слоя бетона и удаление его отслоений выполняется при помощи механизированного инструмента (молотков фуговальных электрических ИЭ-4207 и ИЭ-4210, рубильных молотков ИП-4119, ЭП-1027, ЭП-1056 и др.).

Очистку арматуры от ржавчины рекомендуется выполнять способом гидроабразивной обработки, используя при этом оборудование для торкретирования, а в качестве рабочей смеси - кварцевый песок или песчано-гравийную смесь влажностью до 6 %. При гидроабразивной обработке соблюдают соотношение давления сжатого воздуха (на ресивере компрессора) и подаваемой к соплу воды 4: 0,5.

Для очистки арматуры от ржавчины при усилении конструкций в стесненных условиях эффективно применяется малогабаритный пескоструйный аппарат с вакуумным пистолетом, работающим по принципу эжектора.

При небольших объемах работ для очистки арматуры от ржавчины применяют пневматические ручные угловые металлические щетки ИП-2104 (масса щеток 4 кг, давление сжатого воздуха в пневмосистеме 0,6 МПа).

Укладку бетонной смеси при усилении железобетонных конструкций наиболее целесообразно выполнять с применением установок для пневмонабрызга бетона: при толщине слоя усиления до 80 мм торкретированием с использованием цемент-пушки; при толщине слоя усиления массивных конструкций до 250 мм и его общей поверхности не менее 10-15 м2 -бетоном с использованием бетон-шприц-машин.

Особенностью этих установок является подача по шлангам с помощью сжатого воздуха сухой бетонной смеси, которая на выходе из концевого сопла смешивается с водой. Бетонная смесь выбрасывается из сопла со скоростью 50- 70 м/с и образует на поверхности плотный слой. Машины выполняют одновременно четыре процесса - транспортируют бетонную смесь к месту укладки, перемешивают ее с водой, производят набрызг и уплотнение. При применении данных установок полностью исключаются опалубочные работы, существенно сокращаются трудозатраты и сроки производства работ, что особенно важно при реконструкции. Набрызг-бетон имеет повышенную прочность и сцепление, а также обеспечивает повышенные защитные функции и улучшает эксплуатационные качества конструкций по сравнению с обычным бетоном.

Для торкретирования конструкций в стесненных условиях эффективно применение цемент-пушки СБ-117.

Укладку торкретбетона на вертикальные и потолочные поверхности выполняют в два слоя и более. На вертикальные поверхности первый слой следует укладывают толщиной 10 1!) мм при водоцементном отношении (В/Ц) 0,6- (Uvl с расстояния 0,5-0,6 м, второй - при В/Ц 0,4-0,43 с расстояния 0,7-0,8 м. На потолочную поверхность первый слой укладывают толщиной 5-40 мм при В/Ц 0,5-0,53 с расстояния 0,4 0,5 м, а второй - при В/Ц 0,4-0,43 с расстояния 0,5 0,0 м. Укладку торкретбетона на горизонтальную поверерхность выполняют в один слой проектной толщины при В/Ц 0,4-0,5 с расстояния 0,7-0,8 м.

Для нанесения набрызг-бетона применяют установки СБ-67 и СБ-68. Толщина наносимого слоя набрызг-бетона данными установками за один раз составляет 50-70 мм, расстояние между соплом и бетонируемой поверхностью 1 - 1,2 м.

Для выполнения набрызг-бетонных работ бетон-шприц-машины и цемент-пушки комплектуются передвижным компрессором с рабочим давлением 0,9 и 0,6 МПа (для СБ-117), цистерной для воды, передвижными подмостями или автогидроподъемниками для работы на высоте. Сухие бетонные смеси поставляются централизованно: при объемах работ до 2,5 м 3 - в мешках, при больших объемах работ - в специализированных контейнерах.

Несущие конструкции покрытий как стропильных, так и подстропильных балок и ферм можно усилить установкой предварительно напряженного шпренгеля из швеллера и уголка или с помощью предварительно напряженной затяжки. Элементы железобетонной фермы можно усилить с помощью стальных обойм. Для усиления конструкций покрытия используют мостовой кран, временно оборудованный передвижной площадкой-опорой (рис. 7.4).

Ее устанавливают на рельсы тележки крана и оснащают домкратами, которые разгружают узлы ферм в местах, где необходимо усиление. Перемещение площадки-опоры по мостовому крану, а крана вдоль пролета обеспечивает хороший доступ к конструкциям покрытия по всему цеху. Это создает возможность удобного и безопасного выполнения работ, связанных с усилением отдельных элементов фермы и установкой предварительной напряженной затяжки по ее нижнему поясу.

Усиление железобетонных ферм, находящихся в аварийном состоянии, может быть выполнено путем их разгрузки и передачи усилий на дополнительные стальные фермы, устанавливаемые с двух сторон у аварийной.

Этот метод достаточно надежен, однако требует довольно сложных и трудоемких подготовительных работ. Поданные на кровлю монтажные балки при помощи ручных рычажных лебедок доставляют к месту установки, перемещая их по настилу из досок. Для подъема балок и их установки на шпальные клетки используют оборудованные ручными талями треноги, которые размещают на этих клетках. Установленные монтажные балки крепят к шпалам костылями и раскрепляют расчалками.

Перед установкой разгрузочных ферм монтируют элементы усиления колонн с опорными столиками для разгрузочных ферм. Последние поднимают поочередно двумя ручными рычажными лебедками. Затем элементы усиления раскрепляют и монтируют распорки и связи, располагаемые между ними.

Передачу нагрузки от плит покрытия на установленные фермы осуществляют путем равномерного подклинивания, ликвидирующего зазоры между опорными стойками установленных ферм и продольными ребрами плит покрытия. Подклинивание ведут одновременно по обеим фермам от середины к краям. Далее образуют зазоры между плитами покрытия и аварийной фермой.

После завершения процесса усиления монтажные балки, лебедки и блоки демонтируют и затем восстанавливают нарушенные участки кровли.

Последние материалы

• Основные закономерности татического деформирования грунтов

  За последние 15...20 лет в результате многочисленных экспериментальных исследований с применением рассмотренных выше схем испытаний получены обширные данные о поведении грунтов при сложном напряженном состоянии. Поскольку в настоящее время в…

• Упругопластическое деформирование среды и поверхности нагружения

  Деформации упругопластических материалов, в том числе и грунтов, состоят из упругих (обратимых) и остаточных (пластических). Для составления наиболее общих представлений о поведении грунтов при произвольном нагружении необходимо изучить отдельно закономерности…

• Описание схем и результатов испытаний грунтов с использованием инвариантов напряженного и деформированного состояний

  При исследовании грунтов, как и конструкционных материалов, в теории пластичности принято различать нагружение и разгрузку. Нагружением называют процесс, при котором происходит нарастание пластических (остаточных) деформаций, а процесс, сопровождающийся изменением (уменьшением)…

• Инварианты напряженного и деформированного состояний грунтовой среды

  Применение инвариантов напряженного и деформированного состояний в механике грунтов началось с появления и развития исследований грунтов в приборах, позволяющих осуществлять двух- и трехосное деформирование образцов в условиях сложного напряженного состояния…

• О коэффициентах устойчивости и сопоставление с результатами опытов

  Так как во всех рассмотренных в этой главе задачах грунт считается находящимся в предельном напряженном состоянии, то все результаты расчетов соответствуют случаю, когда коэффициент запаса устойчивости к3 = 1. Для…

• Давление грунта на сооружения

  Особенно эффективны методы теории предельного равновесия в задачах определения давления грунта на сооружения, в частности подпорные стенки. При этом обычно принимается заданной нагрузка на поверхности грунта, например, нормальное давление р(х), и…

• Несущая способность оснований

  Наиболее типичной задачей о предельном равновесии грунтовой среды является определение несущей способности основания под действием нормальной или наклонной нагрузок. Например, в случае вертикальных нагрузок на основании задача сводится к тому…

• Процесс отрыва сооружений от оснований

  Задача оценки условий отрыва и определения требуемого для этого усилия возникает при подъеме судов, расчете держащей силы «мертвых» якорей, снятии с грунта морских гравитационных буровых опор при их перестановке, а…

• Решения плоской и пространственной задач консолидации и их приложения

  Решений плоской и тем более пространственных задач консолидации в виде простейших зависимостей, таблиц или графиков очень ограниченное число. Имеются решения для случая приложения к поверхности двухфазного грунта сосредоточенной силы (В…

Усиление железобетонных конструкций

Усиление железобетонных конструкций выполняется на основании результатов технического обследования, ремонтопригодности и конкретных возможностей восстановления конструкций для обеспечения их нормальной работы в составе здания.

Общие правила производства работ по усилению железобетонных конструкций

1. Производство работ следует вести с соблюдением правил техники безопасности на указанных местах согласно схемам усиления технических решений.

2. При усилении поврежденных конструкций рекомендуется использовать перфораторы мощностью не более 0,8 кВт и не допускать динамических воздействий на конструкции здания.

3. Катет сварного шва K f металлических элементов усиления принимают по наименьшей толщине свариваемых элементов. Максимальная длина сварного шва L = 85K f .

4. Все металлические элементы усиления после установки в проектное положение покрывают защитным составом (грунтовка ГФ-021) согласно технологии нанесения, сварные швы тщательно зачищают и загрунтовывают за 2 раза.

Усиление фундаментных конструкций распределительными поясами

Основные причины усиления фундаментов поясами:

Неравномерная осадка основания;

Морозное пучение грунтов и материала фундамента (незагруженные фундаменты в случае длительного перерыва в строительстве).

Основные способы усиления фундамента поясами :

Устройство металлического распределительного пояса;

Устройство железобетонного распределительного пояса.

Распределительные пояса устраивают по верху фундамента (см. рис.6.10). Пояс перераспределяет возникающие усилия в существующих конструкциях и способствует снижению напряжения на локальных участках.

Последовательность устройства железобетонных распределительных поясов (рис. 6.10)

1. Очищают поверхность фундаментов и стен (1), (2), смачивают водой материал фундамента за двое суток до бетонирования.

2. Определяют последовательность выполнения работ. Рекомендуется производить работы симметрично с двух сторон фундамента по захваткам длиной до 2 м.

3. Устраивают штрабы для устройства поясов.

4. Просверливают отверстия с шагом 0,5-0,6 м для пропуска соединительных стержней (5) (арматура класса АIII диаметром 10-12 мм). Устанавливают арматурные стержни.

5. Устанавливают арматурные каркасы пояса из арматуры класса АIII диаметром 10-12 мм, сваривают с соединительной арматурой. Фиксаторами обеспечивают защитный слой арматуры.

6. Устанавливают опалубку для бетонирования пояса (6) высотой 5-10 см.

7. Укладывают бетон класса не менее В15 с вибри-рованием.

8. После набора передаточной прочности бетоном снимают опалубку.

Рис. 6.10. Схема устройства распределительных поясов ленточных фундаментов после перерыва в строительстве:

а - стального; б – железобетонного;

1 - стена; 2 - фундамент; 3 - швеллер; 4 - стальной болт; 5 -соединительный стержень; 6 - железобетонный пояс

Увеличение площади опирания железобетонных элементов

При возведении зданий нередко закладываются дефекты - нарушения выполнения стыков и узлов железобетонных элементов. Плиты покрытия могут быть сдвинуты относительно ригеля, ригель может быть смещен относительно консолей колонны и т.д. Горизонтальные сдвижки приводят к дефекту опирания: площадь опирания значительно уменьшается, что может провоцировать обрушение конструкций каркаса. Требуется исправление узлов опирания путем устройства подпорных стоек или увеличения площади опирания.

Основные причины уменьшения площади опирания элементов :

Неравномерные деформации грунтов основания;

Динамическое воздействие на конструкции каркаса здания.

Область применения способа :

При дефектах монтажа элементов здания.

Основные способы увеличения площади опирания :

Устройство металлического опорного столика;

Подвеска опорных столиков с помощью тяжей.

В результате исправления опирания железобетонных элементов восстанавливается жесткость сопряжения конструкций каркаса, горизонтальных дисков перекрытия и покрытия.

До производства работ по увеличению площади опирания железобетонных элементов разрабатывают технические решения по конструированию схемы исправления с расчетами с учетом выявленных дефектов и разрабатывают технологию производства работ (технологическую карту).

Ниже приведены схемы усиления узлов опирания ребристых плит на ригель (см. рис. 6.11) и дана последовательность работ по исправлению узлов.

Последовательность исправления узлов опирания плит покрытия (рис. 6.11)

1. Подвести подпорные стойки безопасности под плиты покрытия (металлические стойки или брус на подкладках).

2. Очистить металлическими щетками закладные детали (3) плит покрытия (1) и ригелей (2).

Рис. 6.11. Схема исправления узлов опирания ребристых плит перекрытия на ригель:

а - приваркой опорных столиков; б - подвеской опорных столиков с помощью тяжей;

1 - ребристая плита перекрытия; 2 - железобетонный ригель; 3 - закладная деталь ригеля; 4 - опорный столик из уголков; 5 - ребро жесткости; 6 - уголок; 7 - опорный лист; 8 - пластина; 9 - тяж; 10 - уголок и шайба

Рис. 6.12. Схема исправления узла сопряжения ригеля с колонной:

а - в каркасах серии 1.420-12; б - в каркасах серии 1.020-1;

1 - ребристая плита перекрытия; 2 - железобетонный ригель; 3 - колонна; 4 - стяжной болт; 5 - охватывающий хомут из уголков; 6 - упорный уголок; 7 - дополнительный опорный лист; 8 - ребра жесткости

3. Установить опорный столик из уголков (4) и (6) с ребрами жесткости (5) согласно схеме усиления.

4. При исправлении с помощью тяжей – установить тяжи (9) в просверленные отверстия в теле плиты. Для предотвращения разрушения материала плиты установить металлическую пластину под ее ребра (7) и на верхнюю грань ригеля (8).

5. Все элементы усиления огрунтовать и окрасить масляной краской.

Для усиления узла опирания ригеля на консоли колонны обычно используется дополнительный опорный столик, подвешенный к хомуту, охватывающего колонну (см. рис. 6.12).

Усиление железобетонных конструкций наращиванием производится при большом физическом износе конструктивных элементов.

Основные причины усиления железобетонных конструкций:

Снижение прочности бетона;

Коррозия арматуры, закладных деталей и стальных связей, соединяющих элементы между собой.

Увеличение нагрузки на конструкции.

Область применения способа :

При незавершенном строительстве;

При перерыве в строительстве;

При дефектах материала и соединительных деталей железобетонных элементов каркаса.

Основные способы усиления железобетонных конструкций:

Наращивание бетонного слоя (см. рис.6.13);

Усиление с помощью нагелей, стяжных болтов, стержней (см. рис. 6.14);

Усиление прокатными элементами (см. рис. 6.15);

Подведение разгружающих элементов, шпренгелей (см. рис. 6.16, 6.17);

Усиление арматурными стержнями (затяжками). Применяется для усиления элементов ферм (см. рис. 6.18);

Усиление железобетонной обоймой.

В результате усиления восстанавливается прочность железобетонных конструкций.

Последовательность производства работ по усилению стеновых панелей наращиванием (см. рис.6.13)

1. Очищают поверхность стен (2), смачивают водой материал панелей за двое суток до бетонирования.

2. Определяют последовательность выполнения работ. Работы производить с одной или двух сторон стеновых панелей согласно схеме усиления.

3. Просверливают отверстия с шагом 0,5-0,6 м для установки «глухих» или «сквозных» анкеров (3), (4) (арматура класса АIII диаметром 10-12 мм). Устанавливают анкера.

4. Устанавливают арматурную сетку (5) из арматуры класса АIII диаметром 6-10 мм, сваривают с анкерами.

5. Устанавливают опалубку для бетонирования поверхности стен (6) или производят торкретирование поверхности.

Рис. 6.13. Схема усиления стеновых панелей наращиванием:

а - наружной с одной стороны;

б - внутренней с двух сторон;

1 - пустотная плита перекрытия; 2 - стеновая панель; 3 - «глухой» анкер; 4 - «сквозной» анкер; 5 - арматурная сетка; 6 - наращивание бетоном

Усиление стеновых панелей с помощью стержней производится подобным образом.

При усилении нагелями, стяжными болтами в стеновых панелях устраиваются штрабы с шагом 0,3-0,5 м по высоте (см. рис.6.14).

После установки усиливающих элементов (2), (4), (5), (6) штрабы заполняются легким бетоном или поризованным раствором. Поверхность оштукатуривается или устраивается новый отделочный слой.

Усиление панелей перекрытия производится при большом физическом износе и недостаточной несущей способности плит, нарушении целостности горизонтального диска перекрытия.

Рис. 6.14. Схема скрепления расслоившихся наружных стеновых панелей:

а - нагелями; б - стяжными болтами; в – стержнями;

1 - стеновая панель; 2 - нагель; 3 - легкий бетон или поризованный раствор; 4 - стяжной болт; 5 - шайба; 6 - гайка; 7 - стержни; 8 - шайба-фиксатор из проволоки; 9 - сварная или тканая сетка; 10 - обвязка из проволоки; 11 - отделочный слой

Последовательность усиления плит перекрытия (рис. 6.15)

1. Произвести разметку усиления плит перекрытия (1).

2. Демонтировать участки плит над пустотами для пропуска двутавров.

3. Установить двутавры (2) в пробитые пустоты.

4. Уложить арматурную сетку (3) по верху плит перекрытия, приварить сетку к двутаврам.

5. Уложить слой мелкозернистого бетона (4) с уплотнением виброрейкой.

Рис. 6.15. Усиление железобетонных пустотных плит перекрытия:

1 - плита перекрытия; 2 - двутавр № 16 через две пустоты; 3 - сетка из арматуры АI диаметром 8 мм с шагом 150х150 мм; 4 - мелкозернистый бетон класса В20

Усиление ребристых плит покрытия может производиться подведением разгружающих элементов (см. рис. 6.16).

Производство работ в этом случае начинают с расшивки швов между плитами и пробивки отверстий для пропуска стяжных болтов при малой ширине шва. Затем устанавливают элементы усиления (3-7), производят окраску защитным составом.

Усиление балок перекрытия производится при большом физическом износе и недостаточной несущей способности балок.

Последовательность усиления балок перекрытия (рис. 6.17)

1. Произвести разметку усиления балки перекрытия (1).

2. Установить элементы усиления (3-8) в проектное положение, все соединения - сварные.

3. Включить в работу шпильки (3) затяжкой гаек (4) до проектного значения.

4. Окрасить элементы усиления защитным составом.

Рис. 6.16. Усиление железобетонных ребристых плит подведением разгружающих элементов:

1 - ребристая плита; 2 - железобетонные балки; 3 - металлические уголки, устанавливаемые в расчищенные швы между плитами (выполняются неразрезными); 4 - прокатный швеллер, установленный на цементно-песчаном растворе; 5 - металлические пластины, приваренные к швеллеру; 6 - стяжные болты, установленные в швах между плитами (при малой ширине шва сверлят отверстия); 7 - планки-шайбы, приваренные к уголкам; 8 - швы, заполненные цементно-песчаным раствором после включения разгружающих балок в работу

Рис. 6.17. Усиление железобетонной балки прямым шпренгелем:

1 - балка перекрытия; 2 - колонны каркаса здания; 3 - шпилька из стержневой арматуры с резьбой; 4 - гайка; 5 - арматурный стержень класса А I; 6 - деталь из уголка и металлических пластин для натяжения шпильки; 7 - деталь для крепления арматурного стержня (5) у торца балки; 8 - металлическая пластина для крепления детали (7)

Рис. 6.18. Усиление железобетонной стропильной фермы установкой затяжек:

1 - усиливаемая ферма; 2 - затяжка из предварительно напряженной арматуры диаметром 25-40 мм класса А III; 3 - торцевой опорный лист; 4 - распорка (металлическая пластина); 5 - стяжной хомут из арматурной стали; 6 - затяжки из арматурной стали; 7 - муфты натяжения; 8 - охватывающий хомут из листового металла и соединительных планок

Усиление ферм производится при большом физическом износе и появлении признаков потери устойчивости элементов ферм в виде трещин, лещадок (см. рис. 6.18).

Технология усиления ферм затяжками

1. Произвести разметку усиления элементов фермы (1).

2. Установить элементы усиления (2-8) в проектное положение.

3. Произвести натяжение затяжки из арматурной стали (6) на опорном листе (3) с помощью динамометрического ключа.

4. Стяжными хомутами (5) увеличить натяжение до проектного значения.

5. При усилении раскосов приварить арматурные стержни к охватывающим хомутам из листового металла и соединительных планок и ввести в работу стяжными муфтами (7).

6. Окрасить элементы усиления защитным составом.

Наиболее распространенный способ усиления железобетонных конструкций заключается в устройстве металлической или железобетонной обоймы (рубашки).

Металлическую обойму применяют при незначительном физическом износе и недостаточной несущей способности, как правило, для изгибаемых железобетонных элементов (балки, фермы и т.д.).

Преимущество металлической обоймы заключается в небольшом увеличении веса усиливаемой конструкции, возможности восприятия усиливаемым элементом больших изгибающих усилий.

Основной недостаток – это высокая стоимость материалов и большие затраты труда.

Железобетонная обойма (рубашка) защищает арматуру и увеличивает площадь сечения усиливаемого элемента. Применяется при значительных разрушениях материала железобетонной конструкции, коррозии арматуры. Железобетонная обойма используется для сжатых элементов, воспринимающих небольшие изгибающие усилия, в агрессивных средах (повышенная влажность, высокая температура и т.д.) (см. п. 6.1.6).

Преимущество железобетонной обоймы заключается в возможности эксплуатации усиливаемой конструкции в агрессивных средах за счет введения в состав бетона обоймы различных добавок.

Главный недостаток – значительное увеличение веса усиливаемого элемента.

До производства работ по усилению колонны железобетонной обоймой производят расчет по определению несущей способности железобетонной колонны. Разрабатывают проект усиления колонны, схему армирования обоймы, назначают класс бетона, арматуры. Разрабатывают технологию устройства обоймы.

Технология устройства железобетонной обоймы

1. Очищают поверхность колонны, смачивают водой материал колонны за двое суток до бетонирования.

2. Производят разметку усиления колонны.

3. Устанавливают арматурные каркасы, обеспечивают вертикальность фиксаторами, сопряжение арматуры с выпусками арматуры фундамента (если необходимо).

4. Устанавливают опалубку, проверяют вертикальность установки.

5. Укладывают бетон с послойным уплотнением, толщина слоя не более 0,5 м.

Усиление растянутой зоны производится увеличением площади поперечного сечения рабочей арматуры усиливаемой конструкции путем установки дополнительной арматуры в этой зоне с обеспечением ее совместной работы с конструкцией. Совместная работа дополнительной арматуры с усиливаемой конструкцией обеспечивается:

приваркой к существующей арматуре ;

приклеиванием к бетону растянутой зоны .

Обеспечение совместной работы дополнительной арматуры приваркой к существующей арматуре

Приварка дополнительной растянутой арматуры к существующей арматуре усиливаемой конструкции в зависимости от состояния и толщины защитного слоя, а также возможности увеличения размеров поперечного сечения производится: непосредственно нахлесточным соединением с отбивкой защитного слоя по длине дополнительной арматуры (рис. 8.2, а ); с помощью коротышей диаметром, превышающим толщину защитного слоя (рис. 8.2, б , в ,); с помощью скоб (рис. 8.2, г ). После приварки в проектном положении дополнительная арматура обетонируется.

Рис. 8.2. Усиление растянутой зоны конструкций приваркой дополнительной арматуры:а – нахлесточным соединением; б – посредством коротышей со стороны растянутой зоны; в – посредством коротышей со стороны бокового защитного слоя; г – с помощью скоб

Приварка дополнительной арматуры к существующей предварительно напряженной арматуре, а также не заведенной за грань опоры на требуемую длину ненапряженной арматуре усиливаемой конструкции, не допускается.

Защитный слой бетона в местах приварки дополнительной арматуры, коротышей или скоб отбивается не менее чем на половину диаметра существующей арматуры. Существующая арматура в местах сварки должна быть очищена от ржавчины, пыли и других загрязнений до чистого металла.

В качестве дополнительной рабочей арматуры применяют стержневую арматуру периодического профиля или гладкую, а также прокатные профили.

Коротыши и участки соединения скоб из стержневой арматуры принимают длиной 50...200 мм и располагают по длине конструкции «вразбежку» с расстоянием между ними вдоль стержней не менее 20, где  – больший диаметр свариваемых стержней.

С целью уменьшения концентрации напряжений, охрупчивания металла и ослабления сечения при выполнении сварных швов не допускается наличие ожогов и подплавлений от дуговой сварки на поверхности рабочих стержней. Ожоги должны зачищаться абразивным кругом вдоль стержня. При усилении конструкции под нагрузкой приварку дополнительной арматуры осуществляют за два прохода симметрично в направлении от концов конструкции к середине. Приварку дополнительной арматуры к существующей арматуре усиливаемой конструкции, разгружаемой во время выполнения работ по усилению, допускается выполнять за один проход.

Приварка дополнительной арматуры к существующей арматуре усиливаемой конструкции без предварительного ее разгружения не допускается, если напряжения в рабочей арматуре наиболее неблагоприятного сечения конструкции превышают 85 % ее предела текучести. Напряжения в арматуре усиливаемой конструкции определяют при фактически действующих нагрузках, фактической прочности бетона и арматуры, площади поперечного сечения арматуры за вычетом сечения свариваемого стержня усиливаемой конструкции.

При усилении конструкции без разгрузки дополнительную арматуру целесообразно предварительно напрягать термическим, механическим или комбинированным термомеханическим способами. При термическом способе дополнительный стержень предварительно приваривают одним концом к существующей арматуре, затем нагревают стержень и приваривают его второй конец. При электротермическом способе для нагревания по стержню пропускают ток от сварочного трансформатора. Величина предварительного напряжения контролируется по удлинению стержня или температуре его нагрева. Необходимое удлинение дополнительного стержня определяется по формуле

,где – требуемое предварительное напряжение, – длина стержня между внутренними концами сварных швов;– модуль упругости арматуры.

Необходимую температуру нагрева дополнительной арматуры определяют по формуле

,где
– коэффициент температурного расширения для арматурной стали;– температура окружающей среды в момент натяжения арматуры. Температура нагрева не должна превышать 400С .

При механическом способе предварительного напряжения к дополнительному стержню, приваренному одним концом к существующей арматуре, с противоположного конца приваривают натяжное устройство в виде болта с гайкой, а к существующей арматуре приваривают упор в виде отрезка трубы с внутренним диаметром несколько большим диаметра болта. После закрепления концов дополнительная арматура приваривается к существующей по длине. После натяжения дополнительной арматуры натяжное устройство отрезают и используют повторно. Для создания предварительного натяжения возможно использование стяжной муфты, включенной в напрягаемый стержень.

Для облегчения натяжения механическим способом дополнительные стержни одновременно нагревают (термомеханический способ). Величина предварительного напряжения контролируется по удлинению стержня.

Величина предварительного напряжения дополнительной арматуры принимается в пределах

Максимальная величина предварительного напряжения для проволочной арматуры не должна превышать
.С целью уменьшения прогиба и повышения трещиностойкости усиливаемой конструкции величину предварительного напряжения дополнительной арматуры принимают максимальной.

Потери предварительного напряжения в дополнительной арматуре определяются по , как для конструкций с натяжением арматуры на бетон.

Обеспечение совместной работы дополнительной арматуры приклеиванием к бетону растянутой зоны

При обеспечении совместной работы дополнительной арматуры и усиливаемой конструкции приклеиванием с помощью полимеррастворов (рис. 8.3) дополнительную листовую и профильную арматуру размещают на поверхности, а стержневую – в специально подготовленных пазах или в слое полимерраствора. Кроме того, дополнительная рабочая арматура может быть размещена в сборных железобетонных элементах усиления, приклеиваемых к растянутой зоне конструкции. В случае воздействия агрессивных сред, учитывая высокие защитные свойства полимеррастворов, целесообразно одновременно выполнять покрытия на поверхности усиливаемой конструкции. Стальные листы защищают огнезащитными и антикоррозионными составами. Дополнительную арматуру в растянутой зоне устанавливают по всей длине конструкции или на расчетную длину в соответствии с эпюрой внутренних усилий.

Р
ис. 8.3. Усиление растянутой зоны конструкции приклеиванием дополнительной арматуры: 1 – усиливаемая конструкция; 2 – шурф; 3 – анкер; 4 – листовая арматура; 5 – полимерраствор; 6 – уголок; 7 – швеллер; 8 – паз; 9 – стержневая арматура; 10 – обмазка из полимерраствора; 11 – сборный железобетонный элемент; 12 – стеклоткань; 13 – тонкий лист с выштамповками; 14 – анкерная пластина

Для повышения эффективности анкеровки дополнительной листовой арматуры применяют анкерные связи в виде отрезков стержневой арматуры периодического профиля, приваренных к листу и заанкеренных в предварительно высверленных в бетоне отверстиях, заполненных полимерраствором, или стальных листов, приклеенных по боковым граням усиливаемой конструкции.

При усилении растянутой зоны приклеиванием дополнительной арматуры целесообразна максимальная разгрузка усиливаемой конструкции или предварительное напряжение дополнительной арматуры.

В качестве дополнительной рабочей арматуры, приклеиваемой в растянутой зоне усиливаемой конструкции, применяют стержневую арматуру, арматурные

канаты, листовой прокат толщиной 3...20 мм, прокатные профили в виде швеллеров, уголков, а также неметаллическую арматуру на основе стеклянных, базальтовых, углеродных и других волокон.

Работы по усилению растянутой зоны конструкций приклеиванием дополнительной арматуры или сборных железобетонных элементов с дополнительной арматурой производят в следующей последовательности. Подготавливают склеиваемые поверхности элементов усиления и усиливаемой конструкции. Стальные листы с внутренней стороны очищают от ржавчины, окалины и обезжириваются ацетоном. Склеиваемые бетонные поверхности усиливаемой конструкции и сборного железобетонного элемента не должны иметь выступов, сколов ребер, жировых пятен, загрязнений и пыли. Поверхности, ранее подвергавшиеся воздействию агрессивных сред, промывают чистой водой и сушат. Если агрессивные среды были кислыми, то после промывки поверхности нейтрализуют щелочными составами и вновь промывают и сушат. При большом объеме работ поверхности подвергают пескоструйной очистке и обеспыливанию с помощью волосяных щеток и обдувкой сжатым, очищенным от масла и влаги, воздухом. Трещины инъецируют. Пазы для размещения стержневой арматуры нарезают с применением алмазного и твердосплавного механизированного инструмента. Затем элементы усиления устанавливают в проектное положение и фиксируют с помощью временных креплений (подпорок, хомутов, фиксаторов и т.п.).

Полимерраствор для замоноличивания стержневой арматуры в пазах и антикоррозионного покрытия поверхности наносят вручную, методом заливки или распыления. Полимерраствор в пазах между листовой арматурой или железобетонным сборным элементом вводят инъецированием через штуцер, ввинчиваемый в отверстие элемента усиления. При этом зазоры по периметру шва предварительно герметизируют полимерраствором того же состава с добавлением наполнителя.

При применении дополнительной арматуры в виде швеллеров перед установкой швеллера в проектное положение необходимое количество полимерраствора укладывают на внутреннюю поверхность профиля. Затем швеллер поднимают в проектное положение и притягивают к конструкции с помощью временных монтажных хомутов. Излишки полимерраствора выдавливаются в зазоры между боковыми гранями усиливаемой конструкции и полками профиля.

При усилении сборных многопустотных панелей перекрытия для размещения дополнительной арматуры используются пустоты. Дополнительная арматура может быть в виде отдельных стержней с фиксаторами для обеспечения защитного слоя или каркасов. Дополнительную арматуру устанавливают в пустоты через отверстия, пробитые со стороны верхней или нижней граней плиты, а пустоты с помощью бетононасосов заполняют бетоном (рис. 8.4).

Рис. 8.4. Усиление многопустотных панелей перекрытия установкой дополнительной арматуры: 1 – плита; 2 – сварной каркас; 3 – бетон

С целью уменьшения расхода материалов при усилении многопустотных панелей дополнительная арматура может устанавливаться не по всей длине панели, а пустоты заполняться не на весь объем. Для этого по концам зоны усиления со стороны верхней или нижней грани плиты выполняют щели, на арматуру устанавливают фиксаторы, вводят арматуру в пустоты в средней зоне панели, устанавливают временные ограничительные пластины, через щели с помощью патрубков пустоты между ограничительными пластинами заполняют полимерраствором, после твердения которого, ограничительные пластины извлекают, а щели заделывают (рис. 8.5).

Р
ис. 8.5. Усиление растянутой зоны многопустотных панелей установкой дополнительной арматуры:а – при устройстве щелей сверху плиты; б – при устройстве щелей снизу плиты, 1 – усиливаемая плита, 2 – щель, 3 – дополнительная арматура, 4 – фиксатор, 5 – ограничительная пластина, 6 – патрубок, 7 – полимерраствор

Толщина слоя полимерраствора определяется из условия прочности контактного шва и должна быть не менее 3, где  – диаметр дополнительной арматуры.

В приопорных зонах усиливаемых сборных многопустотных панелей выполняют щели, устанавливают временные ограничительные пластины в виде круга диаметром, равным диаметру пустоты, с прорезью для арматуры. Затем монтируют арматурный стержень и бетонируют приопорные зоны пустот. После набора бетоном прочности арматуру напрягают натяжными болтами, которые монтируют через отверстия со стороны нижней грани. При этом устанавливают опалубку под отверстиями со стороны нижней грани. Затем оставшееся пространство пустот заполняют бетонной смесью, после выдержки которой снимают опалубку и обрезают выступающие концы натяжных болтов (рис. 8.6).

Р
ис. 8.6. Усиление сборных многопустотных плит предварительно напряженной арматурой:а – плиты в момент предварительного напряжения арматуры; б – усиленная плита, 1 – усиливаемая плита, 2 – дополнительная арматура, 3 – временная ограничительная пластина, 4 – бетон, 5 – натяжной болт, 6 – опалубка

Дополнительная арматура для усиления растянутой зоны сборных панелей может устанавливаться в расширенный шов между плитами с последующим бетонированием. При этом должна обеспечиваться совместная работа дополнительной арматуры с усиливаемыми панелями путем устройства насечки, шпонок на боковых гранях смежных плит, а также применением полимеррастворов с высокими адгезионными свойствами.

Сборные железобетонные элементы усиления (обычные и предварительно напряженные) должны быть запроектированы на нагрузки, действующие в период изготовления, транспортирования и монтажа в соответствии с . Класс бетона элементов усиления должен быть не ниже фактической прочности бетона усиливаемой конструкции. Толщина сборного железобетонного элемента с дополнительной арматурой принимается не менее 50 мм. Количество сборных железобетонных элементов, размещенных по ширине сечения усиливаемой конструкции, может быть один и более.

Реконструкцией здания или сооружения называют частичную или полную перестройку, предпринятую на существующих производственных или жилых площадях с целью модернизации технологического процесса или в связи с необходимостью повышения функциональных или эстетических качеств объекта в процессе его эксплуатации. Реконструкцию следует отличать от расширения предприятия, которое представляет собой строительство новых сооружений, примыкающих к существующим производственным площадям.

Проблема реконструкции промышленных предприятий приобретает особую актуальность. Практика показывает, что при реконструкции предприятий капиталовложения окупаются в 2-3 раза быстрее, чем при новом строительстве. Сами же капиталовложения могут быть существенно снижены. Выбор способа реконструкции - сложная инженерная задача, поскольку проектировщик ограничен существующими условиями строительства, объемно-планировочными и конструктивными решениями, условиями производства работ и другими факторами.

Мероприятия по реконструкции здания в зависимости от объема материальных трудовых затрат могут быть разделены на три категории:

• ? малая реконструкция, которая заключается в восстановлении или повышении несущей способности конструкций их усилением без изменения объемно-планировочного решения и без остановки или с частичной остановкой технологического процесса;
• ? средняя реконструкция, предусматривающая замену отдельных конструкций, повышение отметок покрытия и т. и., т.е. с частичным изменением объемно-планировочного решения и возможной полной остановкой технологического процесса;
• ? полная реконструкция, при которой должно быть снесено существующее и возведено новое здание, соответствующее принятому объемно-планировочному решению и проекту размещения нового оборудования.

Усиление конструкций может осуществляться по двум схемам: возведение новых разгружающих или заменяющих конструкций, которое полностью или частично воспринимают дополнительные нагрузки; увеличение несущей способности существующих конструкций. В свою очередь увеличение несущей способности конструкций может осуществляться: без изменения и с изменением расчетной схемы и напряженного состояния; с применением специальных методов усиления.

Расчет железобетонных конструкций усиления выполняется с учетом фактических характеристик прочности и армирования материалов. Бетон усиления должен приниматься на один класс выше, чем условный класс прочности бетона усиливаемого элемента, но не ниже В15 для наземных конструкций и В 12,5 для фундаментов. Кроме того, при агрессивных условиях эксплуатации класс бетона должен отвечать необходимым плотности и стойкости, соответствующим требованиям эксплуатационной среды. Раствор для заделки отверстий, защитной штукатурки и т. п. принимается не ниже марки 150.

При усилении бетонных и железобетонных конструкций наращиванием, «рубашками» и обоймами следует использовать портландцемент марки не ниже 400. Для ускорения твердения бетона рекомендуется применение быстродействующих цементов и добавок ускорителей твердения, а также тепловой обработки при «мягких» режимах подъема и снижения температуры (5-10 °С/ч).

Минимальная толщина защитного слоя бетона предварительно напряженной арматуры усиления принимается 20 мм. Наиболее ответственные узлы усиления рекомендуется располагать вне зон постоянного увлажнения.

Железобетонные конструкции элементов здания или сооружения усиливаются двумя основными способами: наращиванием размеров элементов и изменением конструктивной схемы. Наращиванием усиливают монолитные и сборные плиты перекрытий, балки, колонны и другие конструкции. Цель изменения конструктивной схемы - создать для конструкции более благоприятные (с точки зрения действующих в ней усилий) условия работы.

Сжатые зоны изгибаемых и внецентренно сжатых элементов возможно усиливать торкрет-бетоном толщиной до 30 мм, который наносится на очищенную и промытую бетонную поверхность старого бетона, обернутого сеткой с ячейкой 30-60 мм из проволоки диаметром 1-2 мм, прикрепленной к конструкции дюбелями с помощью строительного пистолета. При тщательном соблюдении перечисленных рекомендаций обеспечивается надежное сцепление «нового» и «старого» бетона, в результате сечение конструкции и, как следствие, ее несущая способность увеличиваются. Более существенного повышения несущей способности элементов возможно добиться увеличением площади сечения арматуры (наращивание сечения).

При незначительном увеличении сечения арматуры скалывают защитный слой, оголяют арматуру и приваривают к ней прерывистым швом коротыши диаметром 10-40 мм, длиной 50-200 мм с шагом 200-1000 мм - для растянутых стержней и не более 20 диаметров продольной арматуры, но не более 500 мм - для сжатых (рис. 17.1а). К коротышам приваривают дополнительную продольную арматуру, которую допускается применять тех же классов. При арматуре класса А600 и выше из высокопрочной проволоки и канатов, а также при сильной коррозии арматуры применение сварки не допускается, и усиление конструкций методом наращивания не рекомендуется.

После установки дополнительной арматуры ее торкретируют или заделывают цементной штукатуркой, при этом размер сечения элемента увеличивается на 20-80 мм. При большей толщине наращивания применяют вертикальные и наклонные соединительные элементы.

Для увеличения сцепления «старого» и «нового» бетона на поверхности усиливаемого элемента перед наращиванием выполняют насечку, которую тщательно очищают от пыли и грязи водой под давлением. Минимальный диаметр арматуры при наращивании 10 мм. При необходимости более мощного усиления устраивают наружные уголковые полуобоймы.

Для совместной работы с железобетонной конструкцией металлоконструкции усиления должны быть обязательно приварены к существующей арматуре. С этой целью угловые стержни арматурного каркаса оголяют на ограниченных участках длиной 6-12 см с шагом 60-120 см (рис. 17.16). К арматуре приваривают короткие арматурные стержни, диаметр которых принимают таким, чтобы они были заподлицо с наружными гранями сечения. Затем к коротким прокладкам приваривают планки обойм, плотно прилегающие к телу бетона. Обоймы из уголков приваривают непосредственно к соединительным планкам обойм.

Прокладки-коротыши могут быть заменены диагональными ребрами из листовой стали (рис. 17.1в). Зазоры между ветвями обоймы и телом бетона заполняют цементным раствором состава 1:2 или 1:3 на расширяющемся или безусадочном цементах, затем элементы усиления покрывают перхлорвиниловой эмалью по грунту под цвет конструкции.

Усиления добавлением арматуры, а также в виде обойм и полу- обойм можно рекомендовать также при обнаружении ошибок в армировании, допущенных при изготовлении конструкций или занижении проектного класса бетона.

Рис. 17.1. Схемы усиления балок полуобоймами:

• а) добавление стержневой арматуры; б) усиление наружной уголковой обоймы, приваренной к существующей арматуре; в) деталь приварки уголка с помощью диагональных ребер из листовой стали;
• 1 - сварные швы; 2 - добавочная арматура усиления; 3 - усиливаемый элемент; 4 - сколотый бетон защитного слоя с последующим его восстановлением; 5 - защитное покрытие; 6 - поперечные стержни крайних сварных каркасов; 7 - стержни - прокладки - коротыши; 8 - угловые стержни крайних сварных каркасов; 9 - соединительные планки обоймы;
• 10 - боковые листовые прокладки; 11 - уголки обоймы; 12 - пространство, заполненное цементным раствором; 13 - листовая диагональная прокладка

Распространенным способом усиления изгибаемых железобетонных элементов является устройство «рубашек» - незамкнутых с одной стороны обетонок. Этот способ рекомендуется при усилении балок ребристых перекрытий и т. п. (рис. 17.2). При нарушении анкеровки продольной арматуры вынос опор кронштейна от торцов балки принимают не менее 40 диаметров при стержневой арматуре и не менее 80 при арматуре из высокопрочной проволоки. При усилении балок перекрытия многопролетных зданий применяют комбинированные схемы: в крайнем пролете - предварительно напряженный шпренгель, в среднем - предварительно напряженные разгружающие кронштейны.

Одним из наиболее простых способов усиления изгибаемых монолитных и сборных железобетонных конструкций, осуществляемых без их разгрузки, является установка дополнительной арматуры, которая может иметь горизонтальное или шпренгельное очертание (рис. 17.3).

Рис. 17.2.

• 1 - усиливаемая балка; 2 - рабочая арматура; 3 - хомуты; 4 - стяжка;
• 5 - насечка; 6 - монтажная арматура «рубашки»; 7 - «рубашка»

При необходимости усиления изгибаемого элемента на локальном участке скалывают защитный слой бетона в приопорной зоне, где напряжения в продольной арматуре незначительны, и приваривают к существующей арматуре коротыши, диаметр которых несколько превышает толщину защитного слоя. Затем к одному из коротышей приваривают арматуру усиления.

Рис. 17.3.

• а) линейной; б) шпренгельной;
• 1 - соединительные элементы; 2 - усиливаемая балка; 3 - напрягаемая арматура; 4 - натяжное приспособление; 5 - наклонные ветви опорного устройства; 6 - соединительные элементы

Эффективным способом усиления железобетонных колонн является устройство железобетонных или металлических обойм.

Усиление обоймами особенно рационально для колонн с небольшой гибкостью (

Наиболее простым типом железобетонных обойм являются обоймы с обычной продольной и поперечной арматурой без связи арматуры обоймы с арматурой усиливаемой колонны (рис. 17.4).

При таком способе усиления важно обеспечить совместную работу «старого» и «нового» бетона, что достигается тщательной очисткой поверхности бетона усиливаемой конструкции пескоструйным аппаратом, насечкой или обработкой металлическими щетками, а также промывкой под давлением непосредственно перед бетонированием. Для улучшения адгезии и защиты бетона и арматуры в агрессивных условиях эксплуатации рекомендуется применение полимербетонов.

Толщина обоймы колонн определяется расчетом и конструктивными требованиями (диаметром продольной и поперечной арматуры, толщиной защитного слоя и т. п.). Как правило, она не превышает 300 мм. Площадь рабочей продольной арматуры также определяют расчетом, ее диаметр принимают не менее 16 мм для стержней, работающих на сжатие, и 12 мм для стержней, работающих на растяжение. Поперечную арматуру диаметром не менее 6 мм для вязаных каркасов и 8 мм для сварных устанавливают с шагом 15 диаметров продольной арматуры и не более трехкратной толщины обоймы, но не более 200 мм. В местах концентрации напряжений шаг хомутов уменьшается.

Рис. 17.4.

• 1 - усиливаемая колонна; 2 - обойма; 3 - продольная арматура;
• 4 - поперечная арматура обоймы; 5 - жесткая продольная обойма;
• 6 - опорные уголки

При местном усилении обойму продлевают на пределы поврежденного участка за длину не менее пятикратной ее толщины и не менее длины анкеровки арматуры, а также не менее двукратной ширины большей грани колонны, но не менее 400 мм. При местном усилении для улучшения сцепления «нового» и «старого» бетона рекомендуется выполнять адгезионную обмазку из полимерных материалов.

Дополнительную продольную арматуру приваривают к существующей с помощью соединительных коротышей, которые во избежание пережогов выполняют из арматуры класса А240 диаметром 10-16 мм и располагают на расстоянии друг от друга не менее 20 диаметров продольной арматуры в шахматном порядке.

При невозможности выполнения замкнутой обоймы, например, при примыкании колонны к стенке, рекомендуется устройство «рубашек» - незамкнутых с одной стороны обетонок. При этом способе усиления необходимо обеспечить надежную анкеровку поперечной арматуры по концам поперечного сечения «рубашек». В колоннах это осуществляется приваркой хомутов к арматуре колонн.

При усилении «рубашками» локальных поврежденных участков, как и при усилении обоймами, их необходимо продлить на неповрежденные части конструкции на длину не менее 500 мм, а также не менее длины анкеровки продольной арматуры, не менее пятикратной толщины стенки «рубашки». По конструктивным соображениям диаметр продольной и поперечной арматуры «рубашек» принимают не менее 8 мм, при вязаных каркасах минимальный диаметр хомутов 6 мм.

При невозможности увеличения сечения колонн и сжатых сроках производства работ по усилению рекомендуются металлические обоймы из уголков, устанавливаемых по граням колонн, и соединительных планок между ними. Эффективность включения металлической обоймы в работу колонны зависит от плотности прилегания уголков к телу колонны и предварительного напряжения поперечных планок.

Для плотного прилегания уголков поверхность бетона по граням колонн тщательно выравнивается скалыванием неровностей и запеканкой цементным раствором. Предварительное напряжение соединительных планок осуществляется термическим способом. Для этого планки приваривают одной стороной к уголкам обоймы, затем разогревают газовой горелкой до 100-120 °С и в разогретом состоянии приваривают другой конец планок. Планки замыкают симметрично от среднего по высоте колонны пояса. При остывании планок происходит обжатие поперечных сечений колонны, что существенно повышает ее несущую способность.

При замене кранового оборудования оборудованием большей грузоподъемности усиливают колонны и подкрановые консоли или устанавливают дополнительные стойки, несущие только крановую нагрузку. Подкрановые балки обычно подлежат замене. В тех случаях, когда грузоподъемность кранов увеличивается незначительно, это может быть компенсировано заменой стальных мостов кранов более легкими алюминиевыми. Во всех случаях реконструкции зданий, связанных с повышением полезных нагрузок или нагрузок от собственной массы конструкций, необходимо самое серьезное внимание уделять обеспечению несущей способности оснований и существующих фундаментов и, если требуется, осуществлять их усиление.

Реконструкция промышленных зданий осуществляется в среднем через 10-20 лет. Срок же службы промышленных зданий и сооружений из железобетона при нормальной эксплуатации обычно составляет 50-100 лет, т.е. моральный износ сооружения наступает значительно раньше физического. Для этих двух показателей необходимо еще на стадии проектирования предусматривать основанные на научном прогнозе возможности развития той или иной технологии. Поэтому необходимо стремиться к проектированию зданий с гибкой конструктивной схемой, возможно меньшим числом промежуточных опор и т. п. Это открывает перед инженерами возможность широкого применения прогрессивных конструкций (тонкостенных пространственных покрытий и т.п.).