Усиление железобетонных конструкций: общие сведения, показания к применению и основные методы реализации

Усиление бетонных конструкций – это распространенная практика в строительстве, которая помогает значительно продлить срок эксплуатации узлов и зданий в целом. Мы расскажем о способах такого усиления и рассмотрим их особенности, а также методы реализации основных технологий.

Усиление железобетонных колонн стальными обоймами повышает их несущую способность.

Работы по усилению железобетонных конструкций

Общие сведения

Усиленные железобетонные перемычки и колонны повышают прочность и несущую способность строительных объектов.

Мероприятия по усилению конструкций из железобетона направлены на повышение их несущей способности и срока эксплуатации, а также позволяют восстанавливать и реставрировать различные ЖБИ после длительного износа или потери технических качеств в силу каких-либо причин (читайте также статью «Минимальная температура застывания бетона – особенности бетонирования в зимнее время»).

Эти работы включают в себя целый комплекс мер и действий, которые направлены на достижение различных результатов.

Важно! Как видим, речь идет о серьезных строительных процедурах, которые требуют соответствующего подхода и достаточно высокой квалификации проектировщиков и исполнителей работ.

Также в комплекс работ могут быть включены дополнительные процедуры, такие как устранение дефектов и трещин путем инъектирования, склеивания, иных мер по восстановлению целостности и монолитности изделий и их частей.

Арматурные каркасы и сетки используются наиболее часто.

Мероприятия по усилению несущих конструкций зданий относятся к работам повышенной сложности и считаются более ответственными, чем строительство с нуля. Это связано с тем, что в случае реставрации мы не можем точно рассчитать все процессы, ибо исходные данные недостаточны и неточны.

Более того, работа связана со старыми зданиями, и нам неизвестно состояние внутренних и скрытых узлов, арматуры, фактическое распределение нагрузок и прочие важные параметры. Кроме того, такая работа опасна и требует строгого соблюдения правил техники безопасности и множества страховочных мер.

Особое внимание уделяют безопасности работ.

Также надо отметить особые условия строительства, при которых работать приходится в стесненных пространствах, без остановки деятельности объекта или предприятия, где ведутся работы, с ограниченным доступом спецтехники и другими неизбежными ограничениями. Это накладывает определенные трудности и требует особой подготовки строителей.

Наконец, работы, чаще всего, ограничены во времени и не терпят промедлений или изменений сроков и графиков. Это также усложняет процесс и требует серьезной организации труда, отработанной методики и опытных монтажников.

Часто приходится иметь дело с аварийными и ветхими сооружениями, как показано на фото.

Учитывая все перечисленные сложности и проблемы, неудивительно, что подобная деятельность контролируется государственными службами и требует высокой ответственности подрядчиков, проектировщиков, специалистов по охране труда и прочих участников процесса. Проекты проходят несколько этапов согласования и должны быть составлены максимально грамотно и корректно.

Важно! Производить серьезные работы по усилению несущих ЖБИ следует после предварительного исследования и расчета с учетом всех, в том числе экономических аспектов предстоящих мероприятий. Само собой, сделать это своими руками нереально.

Процессы требуют участия дорогой спецтехники.

Также важно обратить внимание на то, что большинство современных технологий усиления предполагают участие специальной строительной и подъемной техники, цена которой превышает бюджет любого самостоятельного мастера. Поэтому следует понимать, что работы такого уровня выполняются серьезными аккредитованными строительными организациями.

Важно! Предсказать с высокой точностью характер протекания процессов и связанные с этим сложности невозможно, поэтому работы производятся под постоянным надзором проектной организации и независимых специалистов. Часто возникают ситуации, когда требуется быстрое принятие ответственных решений и устранение непредвиденных затруднений.

Показания к применению

Наиболее частой причиной необходимости усиления является аварийное состояние или разрушение конструкции.

Комплекс мер по улучшению состояния и технических характеристик бетонных сооружений проводится только в случае наличия достаточных оснований или необходимости для их применения. «На всякий случай» подобные мероприятия не производят (см.также статью «Пенополистиролбетон – все, что нужно знать о данном материале»).

Вскрытие и порча арматуры – одна из основных причин ухудшения характеристик ЖБИ.

Давайте рассмотрим причины, которые могут стать основаниями для принятия решения о производстве описываемых процедур:

• Старение конструкций и потеря ими расчетной прочности вследствие усталости материалов, коррозии, химических изменений и прочих естественных причин, избежать которых не удалось в силу тех или иных обстоятельств;
• Изменение этажности зданий и связанное с этим возрастание нагрузок на фундамент, колонны, перекрытия и прочие элементы сооружения, которое может повлечь разрушения и другие нежелательные или опасные последствия;
• Перепланировка зданий с изменением конфигурации несущих стен, колонн, балок, консолей, ферм и прочих элементов конструкций, участвующих в передаче и перераспределении нагрузок в здании и его узлах;
• Движения грунта, которые приводят к изменению условий эксплуатации фундаментов, повышению внешнего давления на их стены, нарушению установившегося баланса сил в системах подземных опор и несущих конструкций;
• Изменение назначения зданий или переоборудование цехов, которое приводит к появлению новых видов износа, в том числе вибрационных нагрузок, значительных точечных усилий, термических или химических воздействий и т.д.;
• Нарушение целостности или разрушение отдельных деталей, узлов, систем и сооружений в целом вследствие аварий, землетрясений, стихийных бедствий различного характера, техногенных катастроф или военных действий;
• Устранение допущенных ошибок при проектировании или выполнении работ по сооружению несущих элементов конструкций.

Износ материалов приводит к необходимости реконструкции.

Важно! Здесь перечислены только основные ситуации, при которых может быть принято решение о проведении работ по усилению ЖБК. Подобное решение может быть принято по иным показаниям и зависит от конкретной проблемы и арсенала средств по ее решению.

Чтобы вынести вердикт о целесообразности и необходимости проведения тех или иных мероприятий, в обязательном порядке производится обследование. Это обследование должно определить фактические характеристики материалов подлежащих усилению деталей или узлов, пределы их прочности и ожидаемые или существующие нагрузки.

Обследование производят опытные инженеры с применением сложной аппаратуры.

На основании обследования производят расчеты и разрабатывают рабочие чертежи узлов усиления конструкций с учетом проектных и фактических нагрузок, схем загружения, эффекта от применения технологий усиления и их вклад в повышение общей надежности здания. Также рассчитывают затраты и экономический эффект с учетом остановки предприятий на время ремонта и реконструкции.

Расчет усиления железобетонных колонн, перекрытий, стен, фундаментов и прочих систем зданий – это сложная и ответственная работа, которая под силу только опытным специалистам высокого уровня. Чаще всего такую задачу выполняют целые отделы или проектные организации.

Способы усиления

Усиление фундаментов монолитными железобетонными обоймами позволяет продлить срок эксплуатации зданий и сооружений.

Способов усиления ЖБК существует множество, мы рассмотрим лишь основные.

В тех или иных ситуациях применяют такие методы повышения конструкционных качеств деталей, узлов и систем распределения нагрузок в зданиях:

1. Выполнение ремонтной штукатурки для восстановления целостности детали и сплошности ее поверхности, а также для защиты арматуры от коррозии и устранения различных поверхностных дефектов;
2. Выполнение инъекций бетонного раствора в трещины, полости, пустоты и прочие дефекты для ремонта и восстановления целостности тела детали;
3. Торкретирование ЖБИ бетоном с использованием специальных пушек, которые наносят на поверхность бетон с высокой скоростью, что позволяет ему уплотняться и набирать значительную прочность. Применяется отдельно и совместно с другими способами усиления;
4. Усиление железобетонных балок, колонн, стен и перекрытий путем сооружения специальных обойм и рубашек, которые используют внешнее армирование и бетонирование путем нагнетания раствора в опалубки, торкретирования и послойной бетонировки с вибрацией;
5. Усиление фундамента железобетонной обоймой, поясами, анкерными стяжками и прочими металлическими и железобетонными конструкциями;
6. Укрепление балок, ригелей, стоек, колонн, опор и свай композитными материалами, такими как углепластик, кевлар, карбоновое волокно и прочими подобными материалами;
7. Изменение характера сопряжений деталей с подвижных на жесткие;
8. Добавление разгружающих частей: укосин, распорок, консолей и прочих;
9. Разгрузка конструкций путем внесения новых узлов и элементов, изменение однопролетных перекрытий многопролетными, добавление новых опор и колонн, применение тяжей и преднапряженных арматур, стальных поясов и рубашек.

Так происходит торкретирование колонны для изготовления железобетонной рубашки.

Очевидно, что методы и связанные с ними работы настолько разнообразны, что конкретное описание их всех займет несколько томов. Однако есть и общая инструкция, а точнее набор рекомендаций, которые справедливы почти для всех мероприятий.

Укрепление фундамента обоймой из арматуры и бетона.

Они сводятся к общим правилам подготовки поверхностей и монтажа стальной арматуры и включают нанесение насечек на поверхность бетона, расшивку и очистку арматуры от коррозии (при этом используется резка железобетона алмазными кругами или обработка перфораторами), связку внешнего каркаса с внутренней арматурой или телом бетона. Обязательно выполняют чистку и увлажнение поверхности с помощью водометов и других приспособлений.

Упрочнение бетонной фермы композитной пластиной.

Также правила могут описывать связку стержней внешнего каркаса между собой, предварительный нагрев пластин для создания напряжения и прочие общеприменимые процедуры.

Важно! Следует помнить, что универсальных инструкций и общего свода правил нет, так как они прописаны отдельно для каждого конкретного вида работ.

Общие сведения

Любые методы усиления железобетонных конструкций предполагают проведение ответственных и важных строительных операций, для реализации которых нужны определенные навыки проектирования, знания для совершения расчетов и т.д. С целью укрепления и реконструкции элементов могут применяться самые разные способы и действия.

Операции, связанные с усилением ЖБ конструкций, относятся к числу процессов повышенной сложности в сравнении с обычными монтажными работами. Ведь при восстановлении плит или перекрытий, фундаментов или ферм у мастера нет возможности понимать и видеть исходное положение конструкции, отсутствуют точные технические характеристики и т.д. Особенно это важно учитывать, когда речь идет о старых строениях, отсутствии информации касательно положения внутренних элементов, арматуры, реального распределения давления и т.д.

В связи с высоким уровнем рисков такие операции проводятся четко по инструкциям, с соблюдением техники безопасности, большим числом страховочных мероприятий. Учитываются специфические условия монтажа, со стесненным доступом инструментов, ограниченным пространством, невозможностью остановить работы.

Чтобы понизить уровень опасности и увеличить скорость проведения работ, все делают по предварительно составленному графику, с четким определением методик и планированием технологии.

Проведение работ контролируют специальные государственные службы, квалифицированные специалисты. Проекты требуют согласования в различных инстанциях, правильного оформления.

Основные способы усиления железобетонных конструкций:

Создание разгружающих конструкций с последовательным изменением статической схемы работы. Наращивание сечений в формате обойм, набетонок, рубашек. Набетонку делают с 1 стороны, рубашку – с 3, обойму – с 4.

Создание разгружающих конструкций предполагает включение их в совместную работу с упрочняемой конструкцией прямо в ходе установки, производство останавливать не приходится, что во многих случаях является самым важным фактором.

Второй способ предполагает остановку процесса, частичную разгрузку конструкций для последующего загружения, а также включения в работу разного типа наращенных элементов. Метод достаточно трудоемкий, связан с мокрыми процессами бетонирования, предполагает дополнительное время (когда бетон набирает прочность), но зато универсальный.

Усиление железобетонных конструкций посредством ремонта защитного слоя бетона включает такие методы: замена/восстановление защитного слоя (частичная/сплошная), заделка отдельных раковин и выколов. Когда выполняют сплошную замену, увеличивают толщину защитного слоя (минимальное значение составляет 3 сантиметра для рабочей арматуры и 2 сантиметра для нерабочей арматуры и хомутов).

Замену защитного слоя реализуют в случаях, когда свойства монолита снижены, арматура покрыта коррозией, наблюдается отслаивание защитного слоя. Тогда старый слой удаляют полностью, арматуру зачищают от ржавчины, кладут новый защитный слой бетона.

ЖБ рубашки делают при серьезных разрушениях поверхностного бетонного слоя для защиты сооружения от дальнейшей деформации. Чтобы заделать значительные повреждения, применяют ручную штукатурку мастерком: укладывают, потом через час увлажняют водой, аккуратно присыпают сухим цементом, заглаживают кельмой, гладилками из металла/дерева.

Сейчас читают: Десять основных вопросов и ответов о бетоне

Глубина выколотых зон не должна уменьшаться к краю углубления, должна составлять везде минимум 1 сантиметр, а переход выкола к целому защитному слою делают ступенью под углом 90 градусов.

Если объемы работ существенные, актуально использование торкретирования, когда бетон наносят под сильным давлением и создают прочный и плотный защитный слой. Когда монолит готовят к бетонированию, единичные трещины шириной больше 1 миллиметра разделывают прямоугольником, зачеканивают бетоном. Где отколы большие и видно арматуру, используют армирующую сетку с квадратами 2.5-10 сантиметров и сечением проволоки 0.5-6 миллиметров, крепя их к основной арматуре.

Чтобы повысить адгезию между новым/старым бетоном, делают прослойку клея К-153 (эпоксидно-тиоколовый). Бетон укладывают до момента, когда клей перестает быть липким.

Способы устранения трещин:

Создание защитных пленок/покрытий – если раскрытие трещин не больше 0.2 миллиметров. Покрытия такого типа создаются посредством окраски бетона синтетическими лаками, полимерцементными красками. Герметизация трещин – их заполняют эластичными водонепроницаемыми материалами, метод подходит для трещин больше 0.3 миллиметра. Закрывается доступ влаги к трещине и арматуре, используются мастика и шприцы. Поверхностная заделка – создают герметизирующую накладку, которая перекрывает дефект и усиливает сечение с трещиной, подходит для трещин от 0.2 миллиметров. Конструкция становится монолитной, способ реализуется инъектированием эпоксидным составом либо раствором цемента. Процесс выполнения работы: создание отверстий, установка ниппелей для подачи клея, герметизация трещины наклейкой стеклоткани, инъектирование нижнего и последующих ниппелей. Прочностная заделка – полость трещины делают монолитной с использованием клея, подходит для трещин от 0.3 миллиметров, защищает от химической и атмосферной коррозии.

Самый распространенный метод упрочнения конструкций – это увеличение сечения посредством одностороннего наращивания либо создания всесторонних обойм. Такие способы усиления дают возможность существенно увеличить несущую способность поврежденных/целых элементов.

Если реализуется одностороннее увеличение сечения ЖБ конструкций, дополнительную арматуру приваривают (электросваркой, фланговыми двойными швами) к старой вертикальными и наклонными хомутами, коротышами, отгибами.

Если есть местные повреждения в формате одиночных/сконцентрированных на минимальной длине трещин, конструкцию упрочняют так: делают местные четырехсторонние обоймы из железобетона (армированные хомутами, отогнутой/продольной арматурой), металлические обоймы из напрягаемых вертикальных хомутов.

Когда наблюдаются косые/вертикальные трещины, под хомутами монтируют продольные распределительные уголки, которые должны охватывать всю поврежденную часть балки. Все хомуты бетонируются либо покрываются торкретбетоном.

В случае, когда необходимо усилить колонны, обоймы армируют продольными прутьями и хомутами либо спиральной арматурой. Обойму можно бетонировать в опалубке либо покрывать торкретбетоном. Толщина стенок составляет минимум 10 сантиметров при обычном бетонировании и 5 сантиметров при торкретировании. Углы колонны, которая упрочняется, лучше скалывать.

Внизу/вверху колонны на длине, соответствующей самому большому размеру поперечного диаметра колонны, шаг хомутов в 2 раза уменьшают. Если есть местные дефекты, усиливающую обойму делают в границах деформированной зоны с перепуском на длину 50 сантиметров в обе стороны, но не меньше величины поперечного сечения.

Упрочнение ЖБ конструкций наращиванием элементов:

Со стороны усиления сколоть защитный слой в местах приварки, очистить продольные прутья арматуры до половины диаметра. Поверхность бетона промыть пущенной под напором струей воды, если такой возможности нет – сделать насечки зубилом, обработать щеткой, продуть воздухом для удаления пыли, а потом промыть водой. На влажную поверхность нанести пластичный бетон (раствор в пропорции 1:2, слоем толщиной 1-2 миллиметра). Забетонировать новым бетоном.

Все открытые прутья арматуры тщательно очищаются металлическими щетками, пескоструйным или иным методом от ржавчины, грязи, окалины. Если повреждения прутьев серьезные, пленку поражения убирают молотком либо зубилом, очищают стальной щеткой, подваривают новую арматуру. До бетонирования прутья красят цементной смесью 1:2 слоем в 2 миллиметра.

Опалубку монтируют таким образом, чтобы была возможность постепенно ее наращивать в соответствии с высотой усиливаемых колонн и балок. Когда создается опалубка, предусматривают нужные отверстия и зазоры в ней, специальные лотки для заливки бетона, уплотнения. Далее за напыленным торкретбетоном или залитым обычным бетоном обеспечивают оптимальный уход.