Вопросы технологии усиления строительных конструкций
Продолжение. Начало в СиН №№ 23, 24, 30, 31
2. Восстановление и усиление железобетонных конструкций
2.1. Требования к бетонным работам и к бетону усиливающих конструкций
Кроме выполнения вышеуказанных мероприятий, при обследовании конструкций, подлежащих усилению, следует устанавливать места потери прочности поверхностного слоя бетона (от смятия, раздробления, воздействия высоких температур, коррозии арматуры и бетона) и намечать дефектные участки, требующие удаления. Удаление бетона следует проводить с вырубкой полостей преимущественно прямоугольной формы с тем, чтобы основные рабочие грани их были по возможности перпендикулярны направлению действующих усилий, а остальные грани примерно параллельны ему. При этом следует избегать устройства полостей, труднодоступных для заполнения их бетоном. В случае разрушения в колоннах части хомутов для обеспечения устойчивости сжатых стержней арматуры необходимо предусматривать устройство новых хомутов в проделанных в бетоне бороздах с их последующей заделкой. При этом рекомендуется применять составы с повышенной адгезией к усиливаемому бетону (например, полимербетоны).
Для обеспечения совместной работы бетона усиливаемой конструкции и старого бетона необходимо как при проектировании, так и при производстве работ уделять внимание мероприятиям, способствующим повышению сцепления старого бетона с новым. В частности, гладкие контактные поверхности рекомендуется подвергать пескоструйной обработке, насечке или обработке металлическими щетками. Непосредственно перед укладкой нового бетона поверхность старого должна быть промыта струей холодной воды под давлением. При этом излишняя вода в виде лужиц должна быть удалена ввиду отрицательного влияния излишнего увлажнения на сцепление. При устройстве железобетонных обойм колонн поверхность существующего бетона промывается струей воды под давлением.
Класс бетона усиления следует принимать на один класс выше, чем класс бетона усиливаемой конструкции, но не ниже В15 для наземных конструкций и не ниже В12,5 для фундаментов. Для конструкций, работающих в агрессивной среде или имеющих повреждения от коррозии, класс бетона усиления должен приниматься по плотности или по стойкости соответствующим требованиям данной агрессивной среды. Раствор для защитных цементных штукатурок и бетон для заделки гнезд, борозд, отверстий следует принимать не ниже класса В15. Материалы для защиты конструкций от коррозии следует принимать в соответствии с нормативными требованиями.
Для усиления наращиваниями, рубашками и обоймами рекомендуется применять портландцемент марки не ниже 400; при необходимости быстрого схватывания и твердения рекомендуется тот же цемент, но с тепловой обработкой бетона при мягких режимах (с повышением температуры на 5°-10°С в час). Применение быстротвердеющих цементов и добавок ускорителей твердения допускается при подборе составов, обеспечивающих нормальную усадку (не большую, чем для обычных бетонов с естественным режимом твердения).
Максимальную крупность заполнителя для бетона усиления следует назначать с учетом следующих требований:
— при уплотнении бетонных смесей вибрированием — не более 20 мм (за исключением массивных элементов усиления);
— при обоймах толщиной 75-120 мм из литых суперпластифицированных бетонов — 5-10 мм;
— при нанесении смесей набрызгом — не более половины толщины бетонирования и не более 15 мм;
— при торкретировании — не более 8-10 мм в зависимости от паспортных данных цемент-пушки;
— при подливке мелкозернистым бетоном полостей высотой до 50 мм — не более 5 мм, высотой более 50 мм — 10 мм;
— в густоармированных набетонках, обоймах крупность заполнителя не должна превышать 3/4 расстояния между арматурными стержнями;
— в отдельных случаях при очень частом расположении арматуры допускается взамен бетона принимать цементно-песчаные бетоны прочностью не менее требуемой проектом усиления.
Модуль крупности песка рекомендуется не ниже 2,2-2,5 с количеством пустот не более 40%. Удобоукладываемость бетонной смеси рекомендуется назначать в зависимости от толщины бетонируемого элемента. При толщине бетонируемого элемента до 120 мм осадка конуса принимается не менее 6-8 см, при толщине элемента от 120 до 200 мм — от 2-3 см до 5-6 см, при толщине более 200 мм и при бетонировании вибробулавой — от 1 до 2-3 см. При этом рекомендуется пользоваться пластификаторами. Для обойм из литых суперпластифицированных бетонных смесей осадка конуса должна составлять не менее 18 см. Для обойм, рубашек и гильз при усилении емкостных сооружений рекомендуется применять литой бетон с осадкой конуса 16-20 см. При усилении в зимних условиях усиливаемые конструкции так же, как и бетон усиления, должны при бетонировании иметь температуру не менее 15°С.
2.2 Требования к арматурным работам и арматуре усиливающих элементов
При усилении под нагрузкой рекомендуется избегать конструктивных решений, предусматривающих сварные соединения существующей арматуры со стальными элементами усилений. Не допускается применение сварных соединений при напряжениях в арматуре усиливаемого элемента более 0,85 от предела текучести арматуры. Если конструктивное решение предусматривает сварные соединения, коротыши, скобы и другие соединительные детали, привариваемые к существующей арматуре, во избежание поджогов и подрезов рекомендуется использовать арматурную сталь класса А-I диаметром 10-16 мм. Для обеспечения надежной работы усиленной конструкции детали, соединяющие существующую и дополнительную арматуру, устанавливаемые на сварке, должны располагаться "вразбежку" (в шахматном порядке). При этом расстояние между соединительными деталями вдоль стержней арматуры не должно быть меньше 20 диаметров арматуры.
В проекте необходимо оговаривать вид сварных соединений, марку электродов, очередность выполнения сварных швов, количество выполняемых проходов, обработку поверхностей швов и т.д. Конструкция и очередность выполнения сварных швов должны обеспечивать минимальные деформации конструкций в процессе выполнения сварочных работ. Последовательность выполнения сварных соединений устанавливается проектом. При отсутствии специальных указаний сварные соединения вновь устанавливаемой арматуры с существующей выполняются в балках, ригелях от краев к середине пролета с размещением коротышей в шахматном порядке, в колоннах с жесткой арматурой — от обоих концов к середине, в колоннах с гибкой арматурой — от одного конца к другому по всему контуру. Приваривать крючья, хомуты следует от изогнутой части к концу стержня с обязательным заплавлением кратера шва. Двусторонние многослойные швы следует накладывать симметрично, слоями поочередно с каждой стороны. Допускается приваривать хомуты и крючья в произвольном порядке. Временное закрепление привариваемых стержней осуществляется скрутками или электроприхваткой, размещаемыми в пределах сварных рабочих швов. Зажигать и выводить дугу следует на вновь привариваемые элементы. Для снижения деформаций в ригелях рам и балках приварку дополнительной арматуры к существующей с помощью коротышей (при выполнении ее под нагрузкой) рекомендуется осуществлять в направлении к более нагруженным сечениям симметрично с обеих сторон. Во всех случаях при усилении во избежание концентрации напряжений следует назначать минимально необходимое сечение сварных швов, причем целесообразнее увеличивать длину шва, а не его сечение.
При проектировании и выполнении сварных соединений арматуры следует руководствоваться следующими указаниями: в случае приварки дополнительной арматуры к существующей сварные швы высотой 4-6 мм в конструкциях, разгружаемых во время выполнения работ по усилению, допускается выполнять за один проход; швы высотой более 6 мм — за два прохода; при сварке под нагрузкой, при отрицательной температуре, а также для конструкций, воспринимающих при эксплуатации динамические нагрузки, швы высотой менее 6 мм выполняются за два прохода, а при высоте, большей или равной 6 мм — за три прохода. В случае сварки листового металла или приварки к нему арматуры в конструкциях, разгружаемых на время усиления, швы высотой 8-9 мм выполняются за три прохода при их горизонтальном положении и за четыре прохода при вертикальном и потолочном положении, швы высотой, большей или равной 10 мм, выполняются соответственно за четыре и пять проходов; при сварке таких конструкций под нагрузкой, при отрицательной температуре, а также для конструкций, воспринимающих при эксплуатации динамические нагрузки, швы высотой 8-9 мм выполняются за четыре прохода, а швы высотой более 10 мм — за пять проходов. Сварочные работы необходимо выполнять в соответствии с требованиями Руководства по производству арматурных работ.
Перед сваркой арматурных стержней свариваемые концы и соединительные накладки должны быть очищены до чистого металла в местах сварки от грязи, масла и других загрязнений. Очистку арматуры от ржавчины и остатков бетона следует производить механическими щетками до металлического блеска. Вода, снег, лед должны быть удалены с поверхности стержней и соединительных накладок посредством нагревания их пламенем газовых горелок и паяльных ламп до температуры 100°С. При приварке дополнительной арматуры к существующей сварные швы высотой до 6 мм в конструкциях, разгружаемых на время производства работ, допускается выполнять за один проход. Сварку под нагрузкой и при отрицательной температуре в конструкциях, воспринимающих динамические нагрузки, при высоте шва менее 6 мм необходимо выполнять за два прохода, при высоте шва, равной 6 мм и более — за три прохода. При устройстве многослойных швов после наложения каждого последующего слоя следует устраивать перерывы для его остывания до температуры ниже 100°С. При сварке стержней арматуры диаметром до 25 мм многослойными швами диаметр электрода принимается равным 5 мм, более 25 мм — 4 мм. Режимы многослойной сварки следует назначать по паспортным данным электродов. Швы сварных соединений стержней классов А-I, А-II, А-III с коротышами следует выполнять без перерывов вертикально снизу вверх. В местах окончания швов следует тщательно заварить кратеры. Наплавлять швы необходимо за один или несколько проходов до получения проектного сечения.
Не допускается наличие ожогов и подплавлений от дуговой сварки на поверхности рабочих стержней. Ожоги должны быть зачищены абразивным кругом, при этом уменьшение площади сечения стержня (углубление в основной металл) не должно превышать 3%. Место зачистки стержня должно иметь плавные переходы, а риски от абразивной обработки должны быть направлены вдоль стержня.
При необходимости приварки коротышей, соединительных скоб существующая арматура вскрывается в местах их установки не менее чем на половину своего диаметра участками, превышающими длину соединительных деталей на 10-15 мм. Отрезка концов стержней электрической дугой при усилении конструкций не допускается. Для предотвращения проскальзывания стержней усиления необходимо обеспечить их надежную анкеровку на концах. Если позволяют условия, то для анкеровки стержней прежде всего используется традиционный способ анкеровки. Анкеровка за счет сцепления прямолинейных стержней с бетоном допускается только для арматуры периодического профиля. При защите напрягаемой арматуры от коррозии обетонированием толщина защитного слоя бетона должна быть не менее 20 мм. Анкеры должны быть защищены слоем раствора толщиной не менее 5 мм или бетона не менее 10 мм. При назначении толщины защитного слоя необходимо также учитывать требования пожарной безопасности.
Для предприятий с повышенной степенью агрессивности среды железобетонные конструкции усиления рекомендуется проектировать по возможности плоскими с минимальным количеством участков, на которых могут задерживаться продукты агрессии, что обеспечит повышение их долговечности. В железобетонных конструкциях усиления в агрессивных условиях предпочтительнее использовать стали марок 18Г2С и 25Г2С, обладающих повышенной коррозионной стойкостью.
Сергей ЛЕОНОВИЧ, доктор техн. наук, профессор, зав. кафедрой "Технология строительного производства" БНТУ
2. Восстановление и усиление железобетонных конструкций
2.1. Требования к бетонным работам и к бетону усиливающих конструкций
Кроме выполнения вышеуказанных мероприятий, при обследовании конструкций, подлежащих усилению, следует устанавливать места потери прочности поверхностного слоя бетона (от смятия, раздробления, воздействия высоких температур, коррозии арматуры и бетона) и намечать дефектные участки, требующие удаления. Удаление бетона следует проводить с вырубкой полостей преимущественно прямоугольной формы с тем, чтобы основные рабочие грани их были по возможности перпендикулярны направлению действующих усилий, а остальные грани примерно параллельны ему. При этом следует избегать устройства полостей, труднодоступных для заполнения их бетоном. В случае разрушения в колоннах части хомутов для обеспечения устойчивости сжатых стержней арматуры необходимо предусматривать устройство новых хомутов в проделанных в бетоне бороздах с их последующей заделкой. При этом рекомендуется применять составы с повышенной адгезией к усиливаемому бетону (например, полимербетоны).
Для обеспечения совместной работы бетона усиливаемой конструкции и старого бетона необходимо как при проектировании, так и при производстве работ уделять внимание мероприятиям, способствующим повышению сцепления старого бетона с новым. В частности, гладкие контактные поверхности рекомендуется подвергать пескоструйной обработке, насечке или обработке металлическими щетками. Непосредственно перед укладкой нового бетона поверхность старого должна быть промыта струей холодной воды под давлением. При этом излишняя вода в виде лужиц должна быть удалена ввиду отрицательного влияния излишнего увлажнения на сцепление. При устройстве железобетонных обойм колонн поверхность существующего бетона промывается струей воды под давлением.
Класс бетона усиления следует принимать на один класс выше, чем класс бетона усиливаемой конструкции, но не ниже В15 для наземных конструкций и не ниже В12,5 для фундаментов. Для конструкций, работающих в агрессивной среде или имеющих повреждения от коррозии, класс бетона усиления должен приниматься по плотности или по стойкости соответствующим требованиям данной агрессивной среды. Раствор для защитных цементных штукатурок и бетон для заделки гнезд, борозд, отверстий следует принимать не ниже класса В15. Материалы для защиты конструкций от коррозии следует принимать в соответствии с нормативными требованиями.
Для усиления наращиваниями, рубашками и обоймами рекомендуется применять портландцемент марки не ниже 400; при необходимости быстрого схватывания и твердения рекомендуется тот же цемент, но с тепловой обработкой бетона при мягких режимах (с повышением температуры на 5°-10°С в час). Применение быстротвердеющих цементов и добавок ускорителей твердения допускается при подборе составов, обеспечивающих нормальную усадку (не большую, чем для обычных бетонов с естественным режимом твердения).
Максимальную крупность заполнителя для бетона усиления следует назначать с учетом следующих требований:
— при уплотнении бетонных смесей вибрированием — не более 20 мм (за исключением массивных элементов усиления);
— при обоймах толщиной 75-120 мм из литых суперпластифицированных бетонов — 5-10 мм;
— при нанесении смесей набрызгом — не более половины толщины бетонирования и не более 15 мм;
— при торкретировании — не более 8-10 мм в зависимости от паспортных данных цемент-пушки;
— при подливке мелкозернистым бетоном полостей высотой до 50 мм — не более 5 мм, высотой более 50 мм — 10 мм;
— в густоармированных набетонках, обоймах крупность заполнителя не должна превышать 3/4 расстояния между арматурными стержнями;
— в отдельных случаях при очень частом расположении арматуры допускается взамен бетона принимать цементно-песчаные бетоны прочностью не менее требуемой проектом усиления.
Модуль крупности песка рекомендуется не ниже 2,2-2,5 с количеством пустот не более 40%. Удобоукладываемость бетонной смеси рекомендуется назначать в зависимости от толщины бетонируемого элемента. При толщине бетонируемого элемента до 120 мм осадка конуса принимается не менее 6-8 см, при толщине элемента от 120 до 200 мм — от 2-3 см до 5-6 см, при толщине более 200 мм и при бетонировании вибробулавой — от 1 до 2-3 см. При этом рекомендуется пользоваться пластификаторами. Для обойм из литых суперпластифицированных бетонных смесей осадка конуса должна составлять не менее 18 см. Для обойм, рубашек и гильз при усилении емкостных сооружений рекомендуется применять литой бетон с осадкой конуса 16-20 см. При усилении в зимних условиях усиливаемые конструкции так же, как и бетон усиления, должны при бетонировании иметь температуру не менее 15°С.
2.2 Требования к арматурным работам и арматуре усиливающих элементов
При усилении под нагрузкой рекомендуется избегать конструктивных решений, предусматривающих сварные соединения существующей арматуры со стальными элементами усилений. Не допускается применение сварных соединений при напряжениях в арматуре усиливаемого элемента более 0,85 от предела текучести арматуры. Если конструктивное решение предусматривает сварные соединения, коротыши, скобы и другие соединительные детали, привариваемые к существующей арматуре, во избежание поджогов и подрезов рекомендуется использовать арматурную сталь класса А-I диаметром 10-16 мм. Для обеспечения надежной работы усиленной конструкции детали, соединяющие существующую и дополнительную арматуру, устанавливаемые на сварке, должны располагаться "вразбежку" (в шахматном порядке). При этом расстояние между соединительными деталями вдоль стержней арматуры не должно быть меньше 20 диаметров арматуры.
В проекте необходимо оговаривать вид сварных соединений, марку электродов, очередность выполнения сварных швов, количество выполняемых проходов, обработку поверхностей швов и т.д. Конструкция и очередность выполнения сварных швов должны обеспечивать минимальные деформации конструкций в процессе выполнения сварочных работ. Последовательность выполнения сварных соединений устанавливается проектом. При отсутствии специальных указаний сварные соединения вновь устанавливаемой арматуры с существующей выполняются в балках, ригелях от краев к середине пролета с размещением коротышей в шахматном порядке, в колоннах с жесткой арматурой — от обоих концов к середине, в колоннах с гибкой арматурой — от одного конца к другому по всему контуру. Приваривать крючья, хомуты следует от изогнутой части к концу стержня с обязательным заплавлением кратера шва. Двусторонние многослойные швы следует накладывать симметрично, слоями поочередно с каждой стороны. Допускается приваривать хомуты и крючья в произвольном порядке. Временное закрепление привариваемых стержней осуществляется скрутками или электроприхваткой, размещаемыми в пределах сварных рабочих швов. Зажигать и выводить дугу следует на вновь привариваемые элементы. Для снижения деформаций в ригелях рам и балках приварку дополнительной арматуры к существующей с помощью коротышей (при выполнении ее под нагрузкой) рекомендуется осуществлять в направлении к более нагруженным сечениям симметрично с обеих сторон. Во всех случаях при усилении во избежание концентрации напряжений следует назначать минимально необходимое сечение сварных швов, причем целесообразнее увеличивать длину шва, а не его сечение.
При проектировании и выполнении сварных соединений арматуры следует руководствоваться следующими указаниями: в случае приварки дополнительной арматуры к существующей сварные швы высотой 4-6 мм в конструкциях, разгружаемых во время выполнения работ по усилению, допускается выполнять за один проход; швы высотой более 6 мм — за два прохода; при сварке под нагрузкой, при отрицательной температуре, а также для конструкций, воспринимающих при эксплуатации динамические нагрузки, швы высотой менее 6 мм выполняются за два прохода, а при высоте, большей или равной 6 мм — за три прохода. В случае сварки листового металла или приварки к нему арматуры в конструкциях, разгружаемых на время усиления, швы высотой 8-9 мм выполняются за три прохода при их горизонтальном положении и за четыре прохода при вертикальном и потолочном положении, швы высотой, большей или равной 10 мм, выполняются соответственно за четыре и пять проходов; при сварке таких конструкций под нагрузкой, при отрицательной температуре, а также для конструкций, воспринимающих при эксплуатации динамические нагрузки, швы высотой 8-9 мм выполняются за четыре прохода, а швы высотой более 10 мм — за пять проходов. Сварочные работы необходимо выполнять в соответствии с требованиями Руководства по производству арматурных работ.
Перед сваркой арматурных стержней свариваемые концы и соединительные накладки должны быть очищены до чистого металла в местах сварки от грязи, масла и других загрязнений. Очистку арматуры от ржавчины и остатков бетона следует производить механическими щетками до металлического блеска. Вода, снег, лед должны быть удалены с поверхности стержней и соединительных накладок посредством нагревания их пламенем газовых горелок и паяльных ламп до температуры 100°С. При приварке дополнительной арматуры к существующей сварные швы высотой до 6 мм в конструкциях, разгружаемых на время производства работ, допускается выполнять за один проход. Сварку под нагрузкой и при отрицательной температуре в конструкциях, воспринимающих динамические нагрузки, при высоте шва менее 6 мм необходимо выполнять за два прохода, при высоте шва, равной 6 мм и более — за три прохода. При устройстве многослойных швов после наложения каждого последующего слоя следует устраивать перерывы для его остывания до температуры ниже 100°С. При сварке стержней арматуры диаметром до 25 мм многослойными швами диаметр электрода принимается равным 5 мм, более 25 мм — 4 мм. Режимы многослойной сварки следует назначать по паспортным данным электродов. Швы сварных соединений стержней классов А-I, А-II, А-III с коротышами следует выполнять без перерывов вертикально снизу вверх. В местах окончания швов следует тщательно заварить кратеры. Наплавлять швы необходимо за один или несколько проходов до получения проектного сечения.
Не допускается наличие ожогов и подплавлений от дуговой сварки на поверхности рабочих стержней. Ожоги должны быть зачищены абразивным кругом, при этом уменьшение площади сечения стержня (углубление в основной металл) не должно превышать 3%. Место зачистки стержня должно иметь плавные переходы, а риски от абразивной обработки должны быть направлены вдоль стержня.
При необходимости приварки коротышей, соединительных скоб существующая арматура вскрывается в местах их установки не менее чем на половину своего диаметра участками, превышающими длину соединительных деталей на 10-15 мм. Отрезка концов стержней электрической дугой при усилении конструкций не допускается. Для предотвращения проскальзывания стержней усиления необходимо обеспечить их надежную анкеровку на концах. Если позволяют условия, то для анкеровки стержней прежде всего используется традиционный способ анкеровки. Анкеровка за счет сцепления прямолинейных стержней с бетоном допускается только для арматуры периодического профиля. При защите напрягаемой арматуры от коррозии обетонированием толщина защитного слоя бетона должна быть не менее 20 мм. Анкеры должны быть защищены слоем раствора толщиной не менее 5 мм или бетона не менее 10 мм. При назначении толщины защитного слоя необходимо также учитывать требования пожарной безопасности.
Для предприятий с повышенной степенью агрессивности среды железобетонные конструкции усиления рекомендуется проектировать по возможности плоскими с минимальным количеством участков, на которых могут задерживаться продукты агрессии, что обеспечит повышение их долговечности. В железобетонных конструкциях усиления в агрессивных условиях предпочтительнее использовать стали марок 18Г2С и 25Г2С, обладающих повышенной коррозионной стойкостью.
Сергей ЛЕОНОВИЧ, доктор техн. наук, профессор, зав. кафедрой "Технология строительного производства" БНТУ
Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 38 за 2004 год в рубрике уголок эксперта
