Усиление железобетонных конструкций: колонн, ригеля — основные способы и методы

Усиление железобетонных конструкций – эффективный способ продлить срок эксплуатации определенных элементов и всего здания в общем. Методов усиления разных конструкций, в зависимости от их назначения, особенностей эксплуатации, типа и состояния, задач работ и других условий, существует множество. И очень важно до начала реализации работ верно определить способ усиления, а потом все рассчитать и выполнить.

Увеличение несущей способности конструкций может быть выполнено без изменения напряженного их состояния либо конструктивной схемы (металлическая или железобетонная обойма, наращивание, железобетонная рубашка) либо с изменением напряженного состояния, самой конструктивной схемы (опираемые на сваи металлические балки, преднапряженные распорки, стойки, консоли, подкосы, горизонтальные шпрегельные/комбинированные затяжки).

Как правило, усиление железобетонной конструкции предполагает гораздо меньшие затраты в сравнении с полной заменой элементов новыми. Зачастую невозможность или сложность замены связана с необходимостью реализовывать дорогостоящие и масштабные строительные процессы (усилить фундамент или построить здание заново, к примеру). Немаловажно и то, что конструкции усиливают без остановки производства, эксплуатации помещений и здания либо же с кратковременными остановками.

Усиление чаще всего применяется для железобетонных колонн, фундаментов, плит перекрытий, ригелей. А вот подкрановые балки ЖБ обычно заменяют новыми вместо усиления. То же касается и ЖБ ферм, пришедших в аварийное состояние – их демонтируют и заменяют новыми (из металла часто) либо ремонтируют.

Самыми сложными считаются работы по упрочнению балок, фундаментов, ригелей. Меньше сложностей предполагает усиление железобетонных колонн, плит перекрытия. Независимо от того, какой элемент планируется усилить, любые работы обосновываются проектом.

Для чего требуется усиление конструкций

Любые операции, призванные усилить железобетонные конструкции, выполняются с целью улучшения несущих характеристик, продления срока эксплуатации. Реставрируются разные изделия после длительного износа или при условии потери определенных свойств под воздействиям внешних негативных и иных факторов.

Причины, вызывающие необходимость усиления ЖБ конструкций и элементов:

• Повышение нагрузки на элемент из-за усиления или замены конструкций, расположенных выше (надстройка сооружений, перестройка помещений).
• Модернизация технологического оборудования и изменение технологических процессов в здании, что реконструируется.
• Появившиеся приобретенные конструктивные дефекты, которые стали следствием неверной эксплуатации конструкций, разлива или разбрызгивания агрессивных жидкостей.
• Эксплуатационный износ (когда несущая способность потеряна из-за воздействия вибрационных/динамических нагрузок, влияние агрессивной воздушной среды и иных факторов).
• Случайные повреждения – когда выходят из строя отдельные элементы конструкции в процессе демонтажа, установки или транспортировки технологического оборудования.

Усиление колонн обоймами

Колонны – это строительные конструкции, которые вместе с капитальными стенами надежно удерживают верхние плиты перекрытия. Они не позволяют прогибаться потолку и, следовательно, испытывают повышенную нагрузку.

Колонны — не просто украшения зданий внутри или снаружи, они – важный конструктивный элемент строения. Знаменитые скульптуры-атланты, поддерживающие козырек входа в Новый Эрмитаж, что в Сантк-Петербурге, пожалуй, самый яркий пример высокохудожественных колонн.

Причины разрушения колонн

Но, к сожалению, ничто не вечно под луной. Поскольку любая колонна состоит из строительных материалов, эта конструкция со временем подвергается старению. Иногда случается, что в возведенном всего несколько лет назад здании при расчете колонн разработчиками была допущена ошибка по расчету несущей нагрузки, в результате чего конструкции быстро разрушаются.

Также и строители вполне могли при возведении колонн не выдержать технологию или, что случается не так редко, в целях экономии застройщик сэкономил на стоимости особо крепкого бетона и заменил его более дешевой маркой. Результат в этих случаях всегда один – придётся делать усиление колонн.

• Одним словом, как только Вы увидели, что штукатурка на колоннах взбугрилась или, того хуже, по ней пошли трещины (особенно в верхней части), немедленно нужно не просто приступать к косметическому ремонту, а принимать более решительные меры.

С чего начинается усиление колонн

Что именно следует делать (да и следует ли), могут решить только инженеры-строители. Именно они после проведения строительной экспертизы вынесут вердикт о необходимости усиления колонн и выберут самый оптимальный способ капитального ремонта.

В нашей компании работает конструкторский отдел, специалисты которого проведут анализ состояния сооружения и выполнят проект усиления железобетонной колонны. Для этого не потребуется больших затрат, но зато станет ясно, нужно ли прибегать к серьезным мерам (а усиление колонн обоймами дело крайне ответственное), или трещины — всего лишь ложная тревога.

Чтобы сделать строительную экспертизу, в колонне берутся на анализ образцы:

Кроме того, инженеры рассчитывают все виды нагрузок, которые реально испытывает конструкция. В результате вы будете знать точно, необходимо ли, и если да, как срочно нужно сделать усиление железобетонной колонны.

Как происходит усиление колонн обоймами из стали

Чтобы выполнить усиление колонн обоймами, наши мастера отрежут четыре стальных уголка просчитанного номера в размер высоты колонны. Далее на крепкий цементный раствор эти уголки устанавливаются по четырем углам конструкции.

Чтобы усиление колонн в дальнейшем было надежным, уголки стягиваются специальными хомутами. В результате они прижимаются к поверхности колонны до тех пор, пока цементный раствор не начнет выдавливаться.

Усиление колонн обоймами нужно проводить лишь после того, как уголки прихватятся. Далее отрезаются стальные полосы (планки) просчитанной длины. Перед привариванием металлических планок к уголкам полосы нагреваются, тем самым происходит линейное расширение материала (планки удлиняются под воздействием температуры).

Только после этого стальную полосу приваривают. Причем усиление колонн будет выполнено надежно, если все четыре планки привариваются на одной высоте, а после делается следующий пояс над ней на расчетной высоте. Так колонна охватывается металлической обвязкой с равным шагом до самого верха, причем последний пояс из полос крепится под самым потолком.

После остывания металлические полосы укорачиваются, и вся обвязка колонны надежно удерживает и укрепляет несущую конструкцию, за счет чего и происходит усиление железобетонной колонны.

Работы по усилению железобетонных конструкций

Усиление бетонных конструкций может осуществляться с использованием разнообразных методов, предполагать проведение тех или иных мероприятий.

Функции и мероприятия по усилению ЖБ конструкций:

1. Увеличение поперечного сечения тех или иных компонентов конструкций – реализуется бетонированием слоями с армировочным каркасом, методом торкретирования, инъектирования раствора в опалубки.
2. Упрочнение несущих деталей за счет установки новых элементов – выполняется благодаря верному распределению давления, уменьшению воздействия на деталь за счет установки дополнительных элементов.
3. Увеличение технических характеристик ЖБ изделий за счет монтажа внешних каркасов армировочных – устанавливаются различные анкеры, швеллеры, армирование, бетонные пласты, преднапряженные детали, стальные листы и т.д.
4. Освобождение и точное распределение влияния за счет переноса его на другие детали конструкции – для этого добавляют новые консоли, модифицируют имеющиеся детали, подменяют детали с большой массой элементами с меньшим весом.
5. Монтаж специальных подошв, свай из бетона, упоров под землей – обычно применяют метод бурения отверстий алмазными сверлами в нужных местах с последующим заполнением их бетонным раствором. Так удается повысить стойкость подземных элементов.

Наши услуги

проводит инъектирование с предварительным обследованием объекта. Выезд эксперта за пределы Московской области платный. После заключения договора уплаченная за экспертизу сумма подлежит возврату заказчику.

Перечень работ по инъектированию:

• ремонт сухих, влажных или сильно текущих трещин, холодных швов бетонных конструкций;
• усиление кирпичной или каменной кладки микроцементами;
• устройство отсечной гидроизоляции для создания противокапиллярной защиты;
• герметизация деформационных швов и проемов для прокладки коммуникаций;
• укрепление грунтов, создание противофильтрационных завес под фундаментом.

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:

1. Создание разгружающих конструкций с последовательным изменением статической схемы работы.
2. 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.

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:

1. Создание защитных пленок/покрытий

   – если раскрытие трещин не больше 0.2 миллиметров. Покрытия такого типа создаются посредством окраски бетона синтетическими лаками, полимерцементными красками.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

Дополнительные мероприятия и технологические особенности

В комплекс работ также могут включаться дополнительные процедуры: устранение дефектов путем инъектирования или склеивания и иные меры по восстановлению монолитности конструкций и их частей.

Мероприятия, связанные с усилением несущих конструкций зданий, считаются работами повышенной сложности и являются более ответственными по сравнению со строительством объектов с нуля. Это обусловлено тем, что при реставрации очень сложно правильно рассчитать все процессы, так как исходные данные могут быть неточными или недостаточными.

Кроме того, в большинстве случаев работа связана со старыми строениями, где не представляется возможным получить полноценную информацию о состоянии внутренних и скрытых узлов, фактическом распределении нагрузок и другие не менее важные параметры.

Такая работа очень опасна и требует соблюдения всех правил техники безопасности для того, чтобы избежать несчастных случаев и аварийных ситуаций.

Показания к применению работ по усилению перекрытий

Мероприятия по улучшению характеристик железобетонных перекрытий осуществляют в случае острой необходимости. Для профилактики или просто так комплекс мер выполнять нельзя.

Когда актуально усиление перекрытий:

• Изделие износилось и понизились показатели прочности из-за коррозии, ухудшения свойств материалов, по причине внешних химических воздействий.
• Изменение планировки здания – когда меняется конструкция несущих элементов, вследствие чего давление на элементы перераспределяется.
• Увеличение числа этажей в здании, что повышает давление на фундамент, цоколь, перекрытия, другие элементы, вследствие чего могут появляться деформации.
• Движения грунта, которые вызывают деформации фундамента, повышают нагрузку на опоры и стены, несущие элементы конструкции.

• Деформация/износ отдельных элементов здания из-за военного, техногенного, стихийного воздействия, аварии и т.д.
• Перестройка здания или изменение функций, из-за чего появляются новые способы разрушения (высокие температуры, вибрация и другие воздействия).
• Ликвидация просчетов, которые были совершены при составлении проекта или реализации монтажных операций.

Это основные проблемы, решение которых может предполагать усиление перекрытия. Решение про усиление железобетонной конструкции принимается после тщательного обследования, выяснения характеристик компонентов и предельной возможности прочности, действующих нагрузок на каждый элемент.

После исследований в соответствии с их результатами создают проект, в нем прописывают усиливаемые элементы, указывают все технические данные, расходы на мероприятия. Обычно расчеты укрепления перекрытий поручают профессионалам из проектных компаний, так как без опыта и знаний выполнить все правильно очень сложно.

Как усилить

Для упрочнения отдельных элементов или всей конструкции используют самые разные методы и способы. Одни из них применяются чаще, другие – реже, но все они способны повысить характеристики железобетонных элементов и устранить определенные проблемы.

Как усилить железобетонную конструкцию:

• Штукатурка для реставрации элемента, изоляции арматуры и защиты от коррозии, ликвидации повреждений на поверхности.
• Инъектирование в поврежденные зоны для реставрации.
• Нанесение раствора бетона под давлением с применением специального оборудования – метод торкретирования. Благодаря высокой скорости подачи и давлению слой бетона становится плотным и прочным.

• Укрепление перекрытий, иных элементов за счет создания особых обойм над самой конструкцией: изнаночный каркас, бетонирование заливкой раствора в опалубки, нанесение смеси слоями с вибрацией.
• Упрочнение плиты цоколя с применением специальных анкеров, обойм, поясов.
• Упрочнение ЖБ элементов карбоновым волокном, кевларом, другими аналогичными веществами.
• Установка разгружающих компонентов – это могут быть консоль, распорка.

Усиление железобетонных конструкций позволяет существенно продлевать срок эксплуатации зданий и элементов, ликвидировать небезопасные зоны, устранять последствия аварий, качественно подготовить сооружение к изменению планировки или перестройке и т.д.

Основные методы укрепления стен, диафрагм, колонн

Увеличение сечения путем устройства железобетонных обойм и рубашек

С целью усиления ж б колонн и стен вблизи поверхности бетона устанавливается дополнительная продольная и поперечная арматура с анкеровкой как к бетону стены, так и к перекрытиям. Далее укладывается дополнительный слой бетона методом заливки в опалубку или торкретированием. И в том и в другом случае требуется подбор состава бетона или специальной ремонтной смеси по характеристикам: прочность, подвижность, фракция заполнителя и т.п.

Достоинства метода

• Универсальность
• Высокая степень приращения прочности
• Возможность использовать распространенные материалы
• Невысокие требования к квалификации исполнителей.

Недостатки метода

• Увеличение габаритов готовой конструкции
• Большой срок производства работ и набора прочности бетоном
• Высокая трудоемкость и материалоемкость
• Высокая стоимость.

Устройство стальных обойм усиления

При реализации данной методики колонны и стены по граням обрамляют уголками из горячекатанной стали, стянутыми в горизонтальном направлении стальными планками. Все элементы усиления колонн и стен свариваются. При необходимости передачи нагрузки от перекрытий вплотную к вышележащему и нижележащему перекрытиям устанавливаются горизонтальные уголки, зазоры выбираются клиньями или заполняются безусадочным цементом, вертикальные элементы могут быть преднапряжены. Для создания эффекта трехостного сжатия в бетоне колонны, приводящего к увеличению прочности на сжатие, горизонтальные планки должны быть преднапряжены путем нагревания. В ряде случаев может потребоваться механическое закрепление металла к бетону путем установки распорных или химических анкеров.

Достоинства метода:

• Возможность использовать распространенные материалы
• Комбинирование с другими методами усиления каркасов.

Недостатки метода:

• Увеличение габаритов конструкции
• Высокая трудоемкость
• Необходимость привлечения квалифицированных рабочих
• Необходимость антикоррозионной и огнезащиты.

Усиление колонны композитной обоймой

Устройство обоймы из композиционных материалов

Метод усиления колон обоймой, а также усиления стен заключается в повышении прочности бетона в случае его обжатия и создания эффекта “косвенного армирования”. Конструкции с бетоном более высокого класса получают приращение несущей способности. Обоймы выполняются из углеродных композитов: лент, тканей или сеток.

Достоинства метода:

• Сохранение габаритов конструкции
• Высокая скорость производства работ
• Экономичность
• Минимальные требования к рабочему персоналу
• Возможность комбинирования с другими методами.

Недостатки метода:

• Сложности при соотношении длины к ширине более 1,5
• В случае усиления гибких конструкций, необходимость защиты материалов усиления.

При необходимости усиления железобетонных колонн, стен, диафрагм или простенков на действие иных нагрузок или при устранении повреждений могут применяться другие способы усиления или их комбинации. Усиление кирпичных и стальных вертикальных элементов выполняется по тем же принципам, но узлы и детали отличаются. В связи с тем, что усиление любого элемента —это индивидуальный процесс, работы должны производиться по детально проработанным проектам, выполненным на основании достоверных исходных данных.

Компания “Технологии усиления” предлагает услуги по ремонту и реконструкции стен и колонн. Инженеры компании выезжают на объект, осуществляют предварительный расчет и готовят проектную документацию.