Основные технологии усиления фундамента зданий

В некоторых случаях, покупатели земельных участков, на которых находятся старые и ветхие здания, не хотят готовить новое основание под свой будущий дом, т.к. демонтаж старого и монтаж нового выльется в немалую сумму денег. Но, при этом, они не знают, как укреплять фундамент уже существующего здания, особенно с колоннами, да и вообще не слышали про такую необходимость. А она есть.

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.

Способы усиления конструкций, зданий и сооружений

В строительстве бетонные материалы используются уже более четырех тысяч лет, последние несколько столетий этот материал поддерживается железом, но это не помогает ему в защите от неблагоприятной внешней среды, катастроф. Только в России, на сегодняшний день, находятся тысячи домов изготовленные из железобетона, которые требуют усиления конструкции. Наиболее прогрессивным и экономичным способом является укрепление с помощью углеродного волокна.

На данный момент существует всего 3 основных способа усиления конструкций:

  1. Традиционные, или же стандартные.
  2. Инновационные, или технологичные.
  3. Комбинированные.

Традиционный способ – первым делом происходит обитонирование, наносятся бетонные слои для увеличения площади сечения. Далее используется стальной прокат, установка металлических стяжней, укрепление отверстий уголками или швеллерами. Заканчиваются работы монтажам дополнительных элемент,ов для усиления колонн, перекрытий, происходит установка распорок или свай.

Инновационный способ – такой метод усиления конструкций основан на применении композитов. Его суть заключается в наклеивании углеволокна слоями на несущие поверхности. Размеры помещения из–за этого не меняются, толщина материала не превышает несколько миллиметров.

Способы усиления конструкций, зданий и сооружений

Комбинированный способ – метод работы по заполнению материалом всех трещин и полостей. Такой способ помогает надолго соединить разрозненные части построения. Работа производится с помощью различных смесей.

Для укрепления сооружений из железобетона подходит третий способ (комбинированный). Таким образом, совмещаются традиционный и инновационный способы.

Когда может потребоваться укрепление железобетонной конструкции?

Следует помнить, что укрепление такой конструкции происходит только при необходимости:

  1. Износ изделия под влиянием коррозии.
  2. Требуется постройка дополнительных этажей.
  3. Изменение планировки.
  4. Изменение функций сооружения.
  5. Деформация.

Причины деформации и разрушения фундамента

Просадка сооружения из-за вымывания грунтов под фундаментом в результате суффозии, возникшей из-за просчетов при устройстве дренажной системы, или изменения поведения подземных вод. Подвижки грунта могут быть вызваны в том числе и техногенным фактором – возможно, недалеко велось крупное строительство. Некоторые грунты, в частности глинистые, склонны к разрушению и морозному выветриванию в водонасыщенном состоянии, при этом они каждый цикл теряют часть своей несущей способности.

Причины деформации и разрушения фундамента

Подвижки грунтов могут происходить так же и в результате действия сил морозного пучения. Если замерзшие глины имеют возможность подсоса воды из нижних горизонтов, а дренаж фундамента не был организован или пришел в негодность, то эти глины могут дать пучину на десятки сантиметров.

Читайте также:  Назначение и использование противопожарных перекрытий

Давление при этом немалое – до 200 Мпа (более 3 тн/см2), а для того, чтобы вытолкнуть постройку из земли, часто достаточно и меньшего усилия. После весеннего таяния фундамент подвергается неравномерной просадке, на стенах дома видны глубокие трещины.

Причины деформации и разрушения фундамента

Поэтому так важно верно подобрать тип фундамента для конкретных грунтовых условий участка, и спроектировать основание с учетом всех нагрузок – и от здания, и от грунта. Все ошибки ведут рано или поздно к тому, что фундамент потеряет часть своей несущей способности.

Возможна и описанная выше ситуация, когда хозяева делают перепланировки, пристройки и надстраивают этажи или мезонины, не прибегнув к помощи специалистов. Запас расчетной прочности у фундамента может оказаться недостаточным, если при проектировании не был сделан расчет на перспективу перестройки дома. Скорее всего, так и будет, ведь бюджет стройки всегда в разной степени, но ограничен, а фундамент – самая затратная часть дома, от 25% до 50% при сложных грунтах.

Причины деформации и разрушения фундамента

К сожалению, нередкий случай экономии – если использованы материалы ненадлежащего качества или не соответствующие по техническим характеристикам.

Естественная причина – дом старый, эксплуатировался многие десятки лет без осмотра и ремонта фундамента, и просадки вызваны износом и обветшанием. Разрушение железобетонного фундамента часто происходит из-за отсутствия гидроизоляции бетона или ее разрушения. Подземные воды могут менять не только высоту, но и состав, и агрессивность к бетону.

Причины деформации и разрушения фундамента

Способы усиления деревянных балок

Предлагаемые в статье способы усиления деревянных балок перекрытия позволят продлить срок службы конструкций, где такие балки имеются. Процесс этот очень важный, а в некоторых случаях просто необходим. Ведь балки перекрытий изготовленные из дерева с течением времени приходят в абсолютную или частичную негодность, угрожая разрушению всего строения. Причин для этого много: сырость, грызуны, резкие перепады температур, да и просто естественный износ от переносимых нагрузок.

Содержание

  • Применение накладок.
  • Усиление металлом.
  • Увеличение площади сечения.
  • Армирование углеволокном.

Применение накладок

Применение накладок для усиления и ремонта балок перекрытия используется в том случае, когда есть повреждения на определенном участке. Смысл реставрационных работ заключается в установке с двух сторон проблемного места деревянных накладок, которые крепятся к целым частям бруса болтами в комплекте с гайками и шайбами.

Причем накладки можно ставить как с боков балки, так сверху и снизу. Однако, в любом случае для ремонта необходимо использовать высохшею древесину, обработанную антисептиком или антигрибковым раствором.

Если участок балки перекрытия поврежден до такой степени, что от него не осталось практически ничего ‒ накладки необходимо установить по всей длине балки: от одной стены до другой. В местах примыкания следует использовать металлические профили. В частности стальной протез, который представляет собой согнутую под 90º металлическую полосу или металлический прут соответствующего диаметра.

Читайте также:  Монолитные перекрытия по металлическим балкам

Усиление металлом

В продолжение темы способов усиления деревянных балок перекрытия с помощью стального протеза, нужно заметить, что металл применяется не только в местах примыкания балки к стене.

Его с успехом можно применять так же и в качестве накладок взамен деревянных. При этом любые металлические профили перед установкой должны пройти антикоррозийную обработку. Проще говоря, окрашены.

Кроме полос и профилей круглого сечения в качестве накладок можно использовать швеллер, уголок или просто листовой металл. Все металлические профили крепятся к участкам деревянных балок так же с помощью комплекта: болт, гайка, шайба.

Принимая решение в пользу усиления деревянных балок металлом необходимо учесть тот факт, что металл стоит дороже дерева. К тому же, он имеет больший вес, что может быть служить дополнительной нагрузкой на саму балку.

Увеличение площади сечения

Увеличение площади сечения несущих деревянных балок оправдано в том случае, когда изначально неправильно был сделан расчет перед их установкой или в результате потери прочности в следствие естественного износа. Практически этот вариант похож на усиление с помощью деревянных накладок, но по всей длине балки.

Различие заключается в том, что между основной балкой и материалом для увеличения площади сечения прокладывается гидроизоляция. Кроме того, если усилители деревянные, их нужно обработать антисептиком. В случае варианта из металла, последний подлежит антикоррозийной обработке.

Если существует большой прогиб, перед установкой дополнительного материала балки следует выпрямить с помощью домкрата или установкой вертикальных опор из бруса круглого, или прямоугольного сечения.

Армирование углеволокном

Армирование углеволокном ‒ это способ усиления деревянных балок перекрытия, который является не совсем традиционным, однако используется в случаях где помещение имеет небольшую площадь или же по другим причинам, когда вышеописанные способы применить не представляется возможности.

Углеволокно является инновационным материалом, который прекрасно справляется с любыми механическими нагрузками, в том числе и нагрузками на изгиб.

Выпускаются элементы из углеволокна в различных модификациях, включающих пластины, листы, нити, ленты или просто в виде тканей. Сам процесс армирования балок углеволокном заключается в накладывании слоев с помощью клея (эпоксидной смолы) друг на друга до получения достаточной жесткости балки.

После застывания клея слои представляют собой монолитное покрытие, по своим характеристикам не уступающим металлу.

Зачем нужно усиливать металлокаркас?

У многих элементов каркасной системы в процессе эксплуатации уменьшается несущая способность. В этом случае возникает риск разрушения всего объекта строительства. Монтаж металлоконструкций с целью усиления металлических каркасов позволяет сохранить первоначальные эксплуатационные и технические характеристики здания. При этом эксплуатацию объекта строительства можно не прекращать, что приведет к минимальным потерям. Также усиление металлических каркасов можно провести без демонтажа металлоконструкций.

Усиление металлокаркаса промышленных зданий часто выполняется с помощью оттяжек с предварительным напряжением, что позволяет получить достаточно хороший эффект. Но для этого необходимы тяжелые анкерные устройства. Также должны быть увеличены площади для застройки. Лучший эффект дают тяжи, закрепленные к другим зданиям, которые отличаются большей устойчивостью. Для их натяжения могут использоваться самые разные способы, например электротермический. Эффективность данного усиления можно проконтролировать следующим образом. При горизонтальных нагрузках наблюдаются смещения каркаса, например его верхних узлов. После проведения усиления они должны уменьшиться.

Усиление металлокаркаса, который имеет вид продольных и поперечных рам, производится путем установки диагональных жестких связей в виде креста. При невозможности их использования применяются жесткие распорки, которые называются ригелями. Для повышения прочностных характеристик ригелей применяются балки, полученные методом проката или сварки. Путем приварки под нагрузкой эти балки подводятся под ригели.

Усиление металлоконструкций в виде балок стропил и ригелей в перекрытии проводится путем создания цельного настила, который жестко связывают с верхним поясом балки. В результате этого существенно повышается их несущая способность. Сам ригель фактически превращается в балку с очень жесткой арматурой.

Элементы металлоконструкций из стали требуют особого усиления. Чаще всего применяется метод приварки элементов, которые не проходят через процедуру предварительного напряжения. Это могут быть, например, полосы или уголки. Данные способы усиления применяют при высоком показателе временной нагрузки на стойки. В других случаях в сжатых стойках в результате приварки элементов могут возникнуть различные деформации. Эффективность проведенного усиления в таком случае снижается. Стальные стойки с ненапряженными элементами усиливают путем уменьшения их длины. Также может быть увеличен диаметр их сечения.

Инъекционное закрепление фундамента под кладку и колонны

Усиление основы фундамента монолитной плитой.

Тут используются буроинъекционные сваи, которые отличаются от пневматических опор конструкцией и способом подачи раствора. Усиление фундамента делается следующим образом: в такие опоры под давлением закачивается бетонный раствор, который затем создает так называемую монолитную подушку под фундаментом самой кладки.

Такое решение считается оптимальным при деформации кирпичных и бутовых кладок, т.к. создается равномерная бетонная плоскость, способная выдержать огромные нагрузки.

При закачке бетона грунт уплотняется, создается монолитная плита, бурение производится различными методами, подвижек почвы практически не ощущается, поэтому метод иногда помогает спасти памятки архитектуры, где сама кладка – это произведение архитектурного искусства. Но такой метод стоит больших капиталовложений, ведь используется сложная буровая техника, проводятся подробные геодезические исследования и расчеты, а также подключаются архитекторы и специалисты с бурения.

Инъекционное закрепление фундамента под кладку и колонны

Сделать монолитную плиту самостоятельно практически невозможно с технической точки зрения. Также стоит использовать метод для усиления единичных опор, ведь тогда нормализируется распределение массы конструкции, а бетонная кладка будет выдерживать дополнительные нагрузки.

Как укреплять фундамент, стоит решать только специалистам, а не владельцу дома. Но способы усиления будут одними и теми же, будь это ленточное основание или столбчатое с колоннами.

Категорически запрещается разрушать существующую кладку, т.к. даже после усиления конструкция в таком случае будет ненадежной.

Подведение свай

Рисунок 13. Варианты решений «пересадки» фундаментов на вертикальные сваи: а -с поперечными распределительными балками; б – с продольными; в – сечение по 1-I; 1 – фундамент; 2 – стена, 3 – сваи, 4 – поперечная балка; 5 – продольная балка в штробе.

Суть современных способов усиления фундаментов основаны на 2 принципах: «пересадке» сооружения на сваи и закреплении грунтов с помощью инъекции строительных растворов в грунт.

Если в геологическом разрезе основания есть прочный слой, пригодный для опирания свай, то при усилении фундаментов рассматривается вариант подведения свай (см. Рис. 11 и 12).

Сваи, используемые при усилении, отличаются от свай, используемых в обычных условиях. При усилении оснований используются буровые и буроинъекционные сваи, сваи вдавливания. Особенность свайных технологий заключается в необходимости применения малогабаритной техники для работы в низких помещениях (подвалы, первые этажи зданий).

От возможностей их применения зависит выбор способов усиления фундаментов.