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.