Усиление строительных конструкций: методы, принципы и виды усиления конструкций
В области строительства существует достаточно актуальных задач. Одна из них – усиление конструкций зданий, что касается как зданий, уже введенных в эксплуатацию, так и новых объектов строительства.
Причины усиления
Процесс подразумевает под собой улучшение самых различных характеристик прочности заявленных возведенных конструкций. При несвоевременном выполнении работ здание может быть разрушено, что влечет за собой не только несопоставимые материальные затраты, но и существенный риск появления человеческих жертв.
Основные причины необходимости проведения усиления:
- осуществление перепланировки и реконструкции существующих объектов;
- существенные ошибки при разработке проекта здания;
- технологические ошибки при возведении объекта;
- разрушение бетона при воздействии огня;
- понижение фактической крепости бетона;
- силовые и усадочные трещины в сооружениях;
- увеличение нагрузок и другие причины.
Информация для процедуры
Для подготовки проекта усиления нужна информация, которую необходимо заранее предоставить исполнителю.
Перечень необходимых для проекта документов и информации:
- предоставить все существующие чертежи и проект объекта;
- информацию по геоданным того участка, на котором построен объект;
- результаты гидрологического исследования фундамента здания;
- данные о соответствии о проведении фактических работ заявленному проекту, перечень отклонений, их анализ;
- аналитические данные о фактических сдвигах, прогибах, наклонах возведенных конструкций;
- результаты геодезической съемки окрестностей и участка;
- фактические сроки эксплуатации объекта;
- справка о всех технологических нагрузках, включая данные об их режимах и нюансах в процессе эксплуатации объекта;
- исчерпывающую информацию по всем характеристикам и свойствам использованных при строительстве материалов касательно всех элементов, требующих усиления;
- перечень технологических процессов, которые осуществляются на объекте, присутствие агрессивных сред и материалов, температурных режимах;
- информация о произошедших авариях и разрушениях в здании, если они имели место, анализ и причины их возникновения.
Методика усиления конструкций
Методы для усиления конструкций используются разные, условно их можно разделить на три формации: комбинированные, инновационные и традиционные. Подходящее направление должно быть определено в ходе экспертизы объекта.
Традиционные методы:
- Обетонирование объекта, которое осуществляется нанесением дополнительного бетонного слоя с тем, чтобы увеличить площадь сечения и крепость конструкции.
- Упрочнение отдельных конструкций посредством монтирования элементов стального проката, например, уголками, стяжками, швеллерами и т.п.
- Монтаж дополнительных элементов, для распределения несущей нагрузки (распорок и т.д.)
Инновационные:
- Усиление железобетонных конструкций композитными материалами осуществляется в ситуациях, требующих существенного увеличения несущей способности элементов. Пласты углепластика в несколько мм толщиной наклеиваются на контрукции, которые требуют усиления. При этом за счет тонкого слоя внутренние размеры помещений изменений не претерпевают, а временные затраты минимальны.
- Инъектирование целесообразно применять при обнаружении полостей и трещин в несущих конструкциях, в том числе фундамента. Этот метод позволяет скрепить части железобетонного объекта.
- Усиление конструкции преднапряженными канатами повышает жесткость и устойчивость к трещинам, усиливает прочность монолитных объектов. Применяются предварительно напряженные канаты, со знаком напряжения противоположному знаку нагрузки.
Комбинированные методики, как следует из названия, могут соединять в применении методы обоих направлений в случае необходимости.
Общие принципы
Основные методы усиления принято разделять на два направления.
- Создание различных конструкций, направленных на разгрузку или замену конструкций под нагрузкой: то есть происходит возведение в непосредственной близости нового объекта, который принимает на себя какую-то часть или даже всю нагрузку, которая до этого ложилась на сооружение, требующее усиления. Существенный недостаток описываемой методики – необходимость внесения ощутимых и заметных изменений в интерьер помещений, а также и уменьшение полезной используемой площади.
- Усиление уже существующих сооружений с тем, чтобы повысить их собственную несущую способность. Подобный подход может затрагивать расчетную схему и напряженное состояние, но может и не затронуть. Важная задача при применении подобной методики – это наиболее оперативное вмешательство и максимально раннее начало работ по упрочнению конструкций. Для достижения поставленных целей чего может быть применена предварительная разгрузка несущей конструкции с последующим ее усилением. Изменение расчетной схемы может быть произведено разными способами, в том числе и изменением или переносом точек воздействия нагрузки для ее более грамотного и равномерного распределения, со снижением нагрузки в конкретных местах. Один из методом усиления существующих конструкций – использование композитов.
Усиление грунтов
В некоторых случаях укрепления требует грунтовое основание: например, если деформация грунта приводит к оседанию фундамента здания. Происходит процесс усиления укреплением основания через инъектирование разнообразных растворов, способствующих решению задачи.
В области строительства разработаны следующие проектные методы усиления грунтовых оснований:
- Усиление цементной суспензией, позволяющий увеличить прочности до 1,0 – 4,0 МПа и снизить водопроницаемость грунта. Лучше всего использовать для укрепления песчаных грунтов с крупной фракцией.
- Силикатизация, может быть осуществлена одним или двумя растворами одновременно (соответственно однорастворная и двухрастворная). В первом случае используется только раствор силиката натрия, во втором он же в сочетании с раствором хлористого кальция. Оба варианта способствуют снижению водопроницаемости грунтов, и используются для мелкофракционных песков, в том числе пылевых.
- Отдельная разновидность – электросиликатизация, когда происходит последовательное нагнетание обозначенных растворов, область применения шире – пески, суглинки и глины.
- Усиление карбамидной смолой в сочетании с отвердителем, также используется на песчаных грунтах.
- Процесс глинизации, используемый для лессов. Нагнетанием глинистой суспензии происходит общее повышение устойчивости к воздействию подземных вод.
- Термическая обработка грунтов, при которой в скважине сжигается топливо. Подход применяется для лессовидных суглинков и лессов, способствует упрочнению и повышению водонепроницаемости.
Усиление фундаментов
При необходимости упрочнения фундаментов могут также применяться различные конструкции, как разгружающие/заменяющие, так и усиление существующих несущих элементов. Это зависит в том числе и от грунтов, и состояния самих элементов. Если прослеживается зависимость от грунтов, то применяются заменяющая и разгружающая методика, если возникает вопрос прочности самого фундамента, то ведется работа по его упрочнению.
Возможные варианты упрочнения фундаментов разнятся в зависимости от того, из каких материалов и в каких условиях они были возведены. Способы можно выделить следующие:
- Для фундаментов, сооруженных из кирпича, бутовой кладки или мелких блоков можно произвести замену кладки, но не всего сразу, а через замену отдельных участков длиной до метра.
- Упрочнение цементом для каменной кладки и бетона, целесообразно для фундаментов с трещинами.
- Торкретирование после предварительной очистки поверхности и придания ей шероховатости. Смесь наносится под давлением.
- Сооружение «рубашки» из железобетона, применяемое для всех вариантов фундаментов.
- Упрочнение специализированными клеевыми соединениями.
- Перераспределение несущей нагрузки на слои грунта ниже.
- Расширение опорной площади фундамента.
- Углубление возведенного фундамента.
Существенный момент при усилении любой строительной конструкции – детальная проработка проекта, поскольку без проектирования проводить подобные работы слишком рискованно.
