Раздел 4. Реконструкция подземной части зданий
Глава 9. Ремонт и усиление подземной части здания
9.1. Ремонт и гидроизоляция подвалов. Инженерное оборудование подвалов
При проведении капитального ремонта и реконструкции здании и сооружений самым сложным и ответственным моментом является работа по усилению или замене конструкций. Все эти мероприятия тщательно обдумываются на основе анализа, сделанного в ходе технического обследования здания и его конструктивных элементов.
Проектом реконструкции должны быть предусмотрены все мельчайшие замечания по дефектам или неисправностям конструкций. Особое внимание к решению конструкций уделяется в том случае, когда нагрузка на старые конструктивные элементы возрастает в связи с организацией новой функции в здании. В проекте должны быть предусмотрены мероприятия по обеспечению прочности, устойчивости и пожарной безопасности здания, в целом, его отдельных элементов и конструкций. Если расчеты показали, что усиление конструкций не дает положительного эффекта, то необходимо предусмотреть замену старых на более эффективные типы новых конструкций.
При усилении конструкций должны быть предусмотрены мероприятия, обеспечивающие совместную работу элементов усиления и сохраняемых конструкций.
Все расчеты конструкций должны вестись с учетом нагрузок и воздействий, изложенных в СНиП. Конструирование элементов здания, выполненных из различных материалов (металл, железобетон, древесина, гидроизоляционный ковер и другие материалы) должны выполняться в соответствии с требованиями СНиП. Конструкции, соответствующие всем требованиям СНиП и не предполагающие восприятия новых нагрузок, могут быть использованы в реконструируемых зданиях.
Основания и фундаменты должны проверяться и рассчитываться на основании требований СНиП.
В процессе обследований зданий чаще всего наблюдаются деформации конструктивных элементов из-за неравномерных просадок или вспучивания грунта в основании фундаментов. Поэтому, прежде чем начинать работы по реконструкции любого здания, необходимо провести мероприятия па укреплению грунтов.
Искусственные основания устраивают путем нагнетания в пустоты бетонных смесей, в трещины нагнетают раствор, а при осадочных грунтах проводят их обжиг, смолизацию, силикатизацию и упрочнение путем электрохимического процесса.
- Современная механизированная штукатурка в Москве позволяет существенно ускорить процесс отделки стен и потолков в строительных проектах.
- С помощью современных механизированных систем штукатурки возможно достичь высокой точности и качества отделки, сократив при этом затраты на ручной труд и материалы.
- Механизированная штукатурка в Москве используется как в жилищном строительстве, так и в коммерческих проектах, позволяя создать эффективное решение для любого проекта отделки.
Далее следует операция па усилению фундаментов реконструируемого здания, если в них имеются недопустимые деформации. Усиление фундаментов проводиться в тех случаях, когда нагрузка на конструкции здания будет увеличена па расчету.
Действенным средствам усиления фундаментов является омоноличивание стен ленточных фундаментов железобетонными обоймами – рубашками. Рубашки стягивают между собой анкерами из арматурной стали, швеллерными и двутавровыми балками. Это создает условия для совместной работы старого и нового фундаментов. В трещины и пустоты «выветрившихся» фундаментов предварительно закачивают цементный раствор. При обнаружении повреждений в нижних частях фундамента его укрепляют продольными железобетонными балками. Это увеличивает площадь опоры фундамента на основание. Для улучшения передачи нагрузки на балки устанавливают поперечные контрфорсы.
При сильно деформированных зданиях, имеющих столбчатые фундаменты, проводят сплошное омоноличивание фундамента, превращая его в ленточный фундамент. Эту ленту сопрягают со столбами путем закрепления хомутов или анкеров. В случае «выветривния» тела фундаментов их берут в сплошные железобетонные обоймы.
Если надо очень сильно повысить нагрузку на конструкции здания (замена деревянных перекрытий на железобетонные), то проводят разгрузку существующих фундаментов за счет выносных опор. Эти висячие сваи делают путем вдавливания готовых свай (но только не путем забивки, чтобы не повредить здание) или путем нагнетания раствора в скважины под давлением. Куст свай объединяют ростверком, который прочно соединяют с существующим фундаментом.
Старые дома очень часто имеют перекрытия над подвалами в виде сводиков по балкам.
Если сводики разрушены, то их восстанавливают следующими методами:
- частичная перекладка сводов по кружалам;
- расчистка швов кладки отдельными захватками с зачеканкой их раствором;
- расклепка сводов медными клиньями;
- инъектирование кладки сводов специальными растворами;
- восстановление кладки свода с заменой разрушенных кирпичей в отдельных местах.
Гидроизоляция подвалов. Гидроизоляционные покрытия являются сугубо локальным и традиционным устройством защиты подвалов зданий от грунтовых вод. Их используют веками. Следы обмазки естественными смолами находят на фундаментах зданий, построенных 200 лет и более назад. Ею наши предки снаружи защищали подземные конструкции от разрушения под действием подземных вод.
Ремонт такой гидроизоляции малоэффективен. При постоянном увлажнении поверхностей, а тем более притоке воды, новые слои изоляции плохо приклеиваются к старым покрытиям. Трудно решается примыкание горизонтального ковра к вертикальному, поскольку их разделяет фундамент. Поэтому новую изоляцию обычно выполняют со стороны подвала.
Если стабильный УГВ расположен ниже полов подвала, то изоляцию, которая предназначена для предохранения от верховодки, выполняют облегченной. На поверхность наносят за два раза мастику так называемой окрасочной изоляции.
Иногда применяют оштукатуривание цементными растворами с гидрофобными добавками.
Для отвода от стен поверхностных вод устраивают увеличенные по ширине отмостки с уклоном от здания.
Окрасочные и штукатурные изоляционные покрытия ненадежны, поэтому, если уровень грунтовых вод находится выше подвала, применяют многослойные изоляционные ковры. Их наклеивают на стены и основания полов. Во избежание отрыва гидростатическим давлением их сверху прижимают защитной конструкцией из бетона. Ее толщину принимают в зависимости от уровня воды в приcтенном грунте. Когда уровень выше уровня пола на 0,8 м и более, прижимную конструкцию армируют и укладывают сетки.
В последнее время разработаны методы, являющиеся альтернативой изложенным. Промышленность освоила выпуск высокоэффективных мастик-растворов на базе полимеров, обладающих высокими гидроизоляционными свойствами. Их инъекция в толщу материала стен получила широкое распространение в промышленно развитых странах. Надежность такой гидроизоляции обеспечивается вспучиванием состава в порах. За счет этого пополняются все пустоты в теле стен (Рис. 9.8).
Инженерное оборудование в подвалах. Система инженерного обеспечения нуждается в постоянном развитии и совершенствовании. Необходимость в реконструкции инженерного оборудования и сооружений возникает также при реконструкции и требует нового качества инженерного обеспечения. Основная сложность заключается в значительной изношенности сетей и сооружений инженерных систем. Основные причины повреждения трубопроводов – значительные сроки их службы, без профилактических ремонтов, низкие темпы обновления труб, резкие колебания напоров в сети, интенсивная внешняя и внутренняя коррозия, плохое качество строительства трубопроводов.
Организационно-экономические аспекты реконструкции инженерного обеспечения в новых социально-экономических условиях становятся особенно актуальными.
В последнее время широкое распространение получают индивидуальные котельные для жилых многоэтажных и общественных зданий.
При оборудовании жилых домов лифтами следует обеспечивать шумоизоляцию примыкающих к лифтам жилых помещений. При этом если дома оборудуются лифтами грузоподъемностью до 400 кг, габариты для лифтовых шахт, машинных помещений и площадок перед лифтами могут быть приняты в пределах одного метра. При площадках менее 1,2 м двери лифтов должны быть раздвижными. При невозможности применения стандартных лифтов допускается использовать выпускаемые промышленностью нестандартные лифты.
При реконструкции допускается применять гидравлические лифты, не требующие устройства машинных отделений. Допускается сохранять существующие размеры тамбуров и не проектировать вестибюль-холл перед лифтами. Если нет возможности устройства тамбура, то допускается устройство двойных дверей с открыванием в разные стороны, оборудованных уплотняющими прокладками и доводчиками створок.
Существующие мусоропроводы рекомендуется сохранять. При высоте здания выше 14 м до верхней площадки лестницы необходимо оборудовать новые мусоропроводы. При этом необходимо обеспечить их воздухонепроницаемость и шумозащиту помещений квартиры, расположенной рядом с мусоросборником. Наилучшим вариантом является устройство пневматического мусоросборника в каждой кухне проектируемой квартиры.
Мусоропроводы, как правило, устанавливают рядом с лифтами, но бывают и случаи, когда эти элементы инженерного оборудования здания располагают с разных сторон лестничной клетки. Мусоропроводы монтируют и на междуэтажных площадках, удаляя распространители грязи и запаха от входов в квартиры.
В кладовых для нужд населения, размещаемых в цокольных и подвальных этажах, допускается сохранять высоту в свету от пола до низа выступающих конструкций вышележащего перекрытия не менее 1,7 м.
9.2. Усиление фундаментов и оснований с помощью обойм, свай и ростверков
Подводка фундаментов – один из наиболее известных и достаточно часто применяемых способов укрепления зданий, заключающийся в увеличении площади подошвы и заглублении фундамента методом частичной или полной замены старой фундаментной кладки. Подводка ленточных фундаментов выполняется участками («захватками»), длина которых зависит от прочности вышележащей кладки (стен, цоколя, фундаментов), наличия в ней проемов, трещин, а также от глубины заложения фундаментов. Сравнительно короткие захватки 1,5-2 м под глухими стенами, допускающими перенос давления, выполняются обычно без крепления. При подводке фундаментов в сложных условиях (большая глубина, осыпающаяся кладка, сосредоточенная нагрузка) применяется временное крепление захватки в виде стоек, поперечных или продольных рам, распределительных балок и т.д.
Конструкция временного крепления должна учитывать возможность размещения армокаркасов и опалубки, а также перестановки или демонтажа (Рис.9.2).
Подводимая часть фундамента выполняется обычно из монолитного бетона или железобетона, иногда применяется бутовая кладка. Порядок раскрытия и бетонирования захваток назначается из условия, что каждая раскрываемая и бетонируемая захватка находится под защитой смежного участка.
Значительную сложность представляет подводка фундаментов под отдельно стоящие столбы, пилоны, нагруженные простенки и т.п. Порядок раскрытия захваток в этом случае должен исключить длительное внецентренное обжатие кладки и основания. Усиливаемые столбы и простенки должны быть максимально разгружены.
Подводкой фундаментов укреплены Успенский собор в Рязани, собор Рождества Богородицы и крепостные стены Пафнутьев-Боровского монастыря, многие памятники Кирилло-Белозерского монастыря и др.
Условиями для оптимального применения данного способа считают:
- значительную протяженность укрепляемых конструкций;
- ленточный характер фундамента и отсутствие сосредоточенной нагрузки на него;
- монолитность укрепляемых стен и фундаментов, регулярную кладку (из кирпича или белого камня), отсутствие или небольшое количество низкорасположенных проемов и трещин;
- небольшое заглубление подводимых фундаментов (до 2-2,5 м);
- низкое стояние грунтовых вод;
- достаточную несущую способность грунтов основания – не меньше 0,15 МПа.
Усиление фундаментов с помощью обойм. В тех случаях, когда подводка фундаментов затруднена или существует опасность новых просадочных деформаций (при малоквалифицированном неконтролируемом производстве), существующие фундаменты могут быть усилены и расширены с помощью боковых прикладок в виде отдельных бетонных блоков, лент или обойм. Дополнительные прикладки или обоймы рассчитываются либо на избыточную часть нагрузки (по несущей способности основания), либо на восприятие полной нагрузки, что подразумевает соответствующий контакт между фундаментной кладкой и бетонной конструкцией.
Способ соединения старой и новой частей фундамента зависит от величины передаваемой нагрузки, площади контакта, характера старой кладки и др. Если, к примеру, функции обойм планируются умеренными (до 30% общего давления), а древний фундамент сложен из валунов и бута, то для надежной передачи нагрузки может быть достаточно простого сцепления бетона с неровностями кладки. При плотных белокаменных или кирпичных фундаментах используются шпоночные соединения с обоймой в виде бетонного «зуба», поперечных металлических балок или арматурных стержней. Размер «зуба» рассчитывается на отпор грунта по скалыванию менее прочного из соединяемых материалов, а длина и число металлических шпонок – по смятию материала фундамента. Помимо сдвигающего усилия шпоночные соединения испытывают и растягивающие усилия, которые тем выше, чем больше площадь опирания обойм и чем меньше их высота. Сложность сквозного поперечного армирования фундаментов, анкеровки арматуры и защиты ее от коррозии не позволяет считать широкие обоймы рациональными и длительно надежными конструкциями (Рис. 9.3).
Наилучшие результаты дают узкие двухветвевые обоймы или одинарные обоймы, замкнутые по ограниченному контуру и не испытывающие крутящего момента.
При необходимости значительно увеличить площадь опирания фундамента могут быть рекомендованы перекрестные обоймы, в которых отпор грунта нагружает и «свободные», не связанные с фундаментами элементы.
Системы перекрестных обойм разработаны для укрепления ряда памятников Новгорода (Знаменского собора, 1682 г. Спасской башни Кремля, 1485 г.). В Москве данный способ успешно применен для усиления надвратной церкви Даниловского монастыря (реставрация 1983-1985 гг.).
В некоторых случаях конструкция обойм позволяет использовать их в качестве ростверков свайных фундаментов. Сваи могут быть установлены либо заранее, до бетонирования ростверка, либо во вторую очередь, когда обойма уже существует и возникает необходимость ее усиления.
При всем различии конструкций и назначении обойм они обладают одним общим свойством – не нарушают сложившегося контакта между подошвой фундамента и основанием.
Рисунок 9. 3 – Усиление фундаментов с помощью обойм
Свайные и комбинированные спо собы усиления фундаментов.
Интересным видом укрепления кладки стен и фундаментов, а также грунта основания можно считать их армирование так называемыми «корневидными», или буро- инъекционными сваями (Рис. 9. 4).
Буроинъекционные сваи, разработанные более 30 лет назад итальянской фирмой «Фондедилле», успешно применяются для укрепления объемов архитектурных памятников и современных зданий при их деформациях, просадках, увеличении нагрузок. Корневидными сваями укрепляют также подпорные стены, набережные, оползни, откосы и стенки глубоких выработок.
Буроинъекционная свая представляет собой шпур диаметром 75–150 мм, армированный 1-3 стержнями и заполненный под давлением 2-4 атм. цементно-песчаным раствором. Бурение производится электрическими станками вращательного бурения на глубину 10-30 м и более под любым углом к вертикали. Бурение каменных стен и фундаментов производится шарошечным долотом, меры предосторожности при бурении рыхлых, неустойчивых кладок приблизительно те же, что и при сверлении шпуров анкерного крепления.
Рис. 9.4. – Буроиньекционные сваи
Избыточное давление, создаваемое при опрессовке сваи, позволяет заполнить раствором не только ствол сваи, но и пересекаемые им пустоты, раковины, трещины и пустые швы. Таким образом, заполнение сваи, пробуренной через кладку цоколя или фундамента, способствует замоноличиванию и укреплению этой кладки.
В зависимости от габаритов укрепляемого сооружения, вида нагрузки и деформации буроинъекционные сваи могут быть применены как жесткие сжатые, сжато-изгибаемые и растянутые стержни.
Несущая способность буроинъекционной сваи зависит от ее рабочей схемы (свая-стойка или висячая свая), геологии участка, качества заполнения и опрессовки.
Применение буроинъекционных свай нерационально в следующих случаях:
- 
при укреплении валунных фундаментов, так как бурение затруднено, а «заделка» сваи в теле фундамента (как и его инъецирование) осуществляется, некачественно но из-за несоответствия физико-механических свойств нагнетаемого раствора и непористого материала валунов;
- при укреплении археологических руин или других конструкций из слабого, осыпающегося материала, не выдерживающего динамику бурения;
- при неблагоприятной геологии участка и необходимости чрезвычайно глубокого бурения.
Ростверки с применением буронабивных свай. Буронабивные сваи могут применяться для создания фундаментных конструкций, частично дублирующих старые фундаменты или полностью их разгружающих. Конструкция сваи образуется при заполнении бетоном специально пробуренной в грунте (и армированной сварным каркасом) скважины диаметром более 200 мм. В отличие от корневидных свай буронабивные проходят только через грунт и только снаружи здания на расстоянии не менее 1-1,5 м от линии укрепляемых стен. Передача нагрузки на вынесенный свайный фундамент осуществляется с помощью поперечных балочных конструкций, которые тем сложнее и протяженней, чем шире расставлены оси свай.
Способ применим, таким образом, к сооружениям относительно небольшой ширины (до 6 м), крепостным стенам, пилонам, столбам, контрфорсам, малым башням и колокольням, узким зданиям. Ограничивающим фактором служит и определенная сложность при проходке ригеля (под фундаментом и сквозь фундамент) и размещении буровых машин. Предпосылкой к применению способа может стать очень большая линейная (или сосредоточенная) нагрузка на фундамент в сочетании с плохой геологией участка.
Вдавливаемые сваи , как и буронабивные, используются при необходимости восприятия очень больших нагрузок укрепляемого сооружения при неблагоприятной геологии участка.
Метод задавливания свай состоит в погружении свай под фундаменты или стены здания с помощью домкрата, упирающегося через распределительную траверсу в кладку фундамента. Вдавливающей сваю нагрузкой служит, таким образом, масса здания. Максимальное усилие, развиваемое домкратом, должно соответствовать состоянию равновесия между несущей способностью сваи (по материалу сваи и грунту) и приходящейся на нее нагрузкой (Рис. 9.4).
Вдавливаемые сваи представляют собой металлические или железобетонные секционные конструкции, наращиваемые по мере погружения секций. Домкрат крепится (подвешивается) к траверсе (наддомкратной балке), которая заделывается концами в кладку смежных участков. Размеры траверсы, конструкция и шаг свай зависят от мощности используемого домкрата и состояния нагружающей конструкции. Сваи использовались при укреплении Потешного и Большого Кремлевского дворцов в Москве.
В отличие от описанных выше способов укрепления фундаментов, являющихся медленными или профилактическими в отношении передачи нагрузок, задавливание свай представляет активный процесс передачи нагрузки, влияющий на статику здания и состояние его конструкций уже при производстве работ. Именно вследствие своей активности метод задавливания свай требует особо строгого соответствия между расчетными жесткостями и нагрузками, а также постоянного контроля при производстве.
Известными недостаткам способа являются также большой расход металла и необходимость устройства глубокой траншеи вдоль фундамента (не менее 2,5 м от поддомкратной балки при высоте секции сваи 1 м).
1-трубчатые звенья сваи; 2-гидравлический домкрат;
3-поддомкратная балка; 4-фундамент; 5-трещины
Рис. 9. 4. – Вдалбливаемые сваи
9.3.Усиление строительных конструкций
Укрепление при перегрузках . Необходимость усиления каменных стен столбов возникает при механических повреждениях кладки, растесках проемов, ликвидации промежуточных перекрытий, чрезмерных нагрузках, наличии трещин или других признаков деформации и т.д. Следствием каждой из причин становится перегрузка рабочих сечений кладки, либо внецентренно обжатых, либо многократно сокративших несущую способность, например при расслоении инструкции на отдельные гибкие элементы. Поэтому большинство видов укрепления стен и столбов заключается в обеспечении местной устойчивости обжатой кладки.
Традиционным способом укрепления служит устройство внешнего «корсета» или обойм, препятствующих горизонтальному «расползанию» кладки. Обоймы столбов и узких простенков представляют собой систему нескольких угловых профилей, объединенных горизонтальными полосовыми связями, шаг которых зависит от гибкости стоек и величины сжимающего давления. Металлическими обоймами укреплено множество столбов и простенков древних зданий, том числе центральный столб Грановитой палаты Московского Кремля и столбы в помещениях так называемой Собственной половины Большого Кремлевского дворца.
Для усиления широких простенков используются иногда двухсторонние корсеты в виде плоских сварных решеток, соединенных с арматурными стержнями через просверленные в кладке отверстия. Подобным образом закреплены слабые и перегруженные стены старого здания МХАТа (реставрация 1980 гг.). Металлические корсеты маскируются обычно в специально пробиваемых штрабах или внутри толстого штукатурного слоя, что создает значительные трудности при укреплении столбов и пилонов сложного профиля, несущих лепной или живописный декор.
В практике реставрации нередки случаи замены старого строительного материала более прочным современным.
Это может быть простая внешняя с перевязкой и сквозная перекладка с армированием опасной зоны. Например, аварийный просевший столб крыльца церкви Троицы в Никитниках (Москва) был разобран и переложен вместе с фундаментом (с временным сложным «вывешиванием» вышеуказанных конструкций).
Иногда старая кладка сохраняется фрагментарно или только в качестве облицовочного слоя, скрывающего внедренный в тело конструкции металлический или железобетонный несущий элемент (Рис. 9.5). Заделка современного несущего каркаса в ветхую или перегруженную кладку – довольно сложная задача, связанная с необходимостью глубокого штрабления, введения разгрузочного элемента, временного крепления и т.д. Кроме того, должна быть обеспечена полная передача нагрузки на новую конструкцию, так как включение в совместную пропорциональную работу разнородных материалов практически неосуществимо из-за различных модулей деформации.
Металлические стойки достаточно часто применяются также для усиления или разгрузки деревянных зданий каркасного типа и срубов.
Укрепление при структурном раз рушении кладки. Под структурным разрушением здесь подразумевается, во-первых, деструкция строительного материала кладочных элементов, а во-вторых, нарушение монолитности кладочной структуры целых конструкций. Структурному разрушению подвергается перегруженная, а также мокрая кладка (при протечках кровель и коммуникаций, капиллярном подсосе влаги из грунта, коррозии закладного металла, изменении температурно-влажностного режима).
Характерные признаки структурного разрушения при перегрузках – образование системы Х-образных трещин, выкалывание треугольных призм и истощение обжатых сечений, иногда-вертикально ориентированных трещин, расслоение или волнообразное искривление поверхностей.
Морозное и солевое разрушение при замачивании может быть выражено в размягчении и высыпании раствора из швов в поверхностном слое, отслоении и падении целых пластов кладки, образовании рыхлого, осыпающегося щебеночного конгломерата.
Перечисленные виды разрушений создают необходимость разработки так называемых технологических или комбинированных способов укрепления, например армирования и инъекции кладки (Рис. 9.6.)
Рис. 9.6. – Инъекционное и комбинированное укрепление кладки
Расслоившиеся кирпичные конструкции могут быть укреплены системой анкерных стержней, установленных в просверленные отверстия нормально или под некоторым углом к плоскости расслоения. На первой стадии стержни работают как противоаварийные элементы, препятствующие дальнейшему расслоению и уменьшающие свободную длину каждого слоя как самостоятельной сжимаемой конструкции. На второй стадии при инъецировании зазоров между слоями анкерные стержни воспринимают избыточное давление раствора, создаваемое насосом и способное вызвать обрушение наружного слоя. Далее, после твердения раствора и склеивания слоев стержни служат элементами армирования.
Часто расположенными пересекающимися стержнями «косвенного» армирования укрепляются перегруженные аварийные конструкции небольшого сечения – столбы, контрфорсы, аркбутаны. Для массивных стен большого протяжения, имеющих одну или две открытые боковые поверхности, возможно только поперечное армирование. Поярусное расположение стержней, концы которых могут быть объединены арматурными сетками, удобно для создания «опорных» армированных рядов или железобетонных поясов при восстановлении утраченной лицевой кладки.
Анкерное крепление и другие комбинированные способы требуют высокой культуры производства. Для армирования рекомендуется применять нержавеющий металл, количество черного металла должно быть минимальным даже при его антикоррозийном покрытии. Коррозия закладного металла в сырой кладке способна привести к ее разрывам и расслоениям, выдергиванию растянутого стержня или анкера, сдвигу и обрушению блоков кладки. Практика показывает, что в условиях некачественного производства работ анкерное крепление или армирование особо ответственных конструкций следует рассматривать только как часть укрепительного комплекса, но не как основной или единственный вид укрепления.
Инъецирование специально подобранными растворами – современный и весьма рациональный способ укрепления кирпичной, каменной и смешанной кладки, расчлененной трещинами на крупные и средние блоки или на щебеночные фракции. Эффективность инъекционного укрепления зависит от структуры кладки, степени ее расслоения, влажности и химического состава материала, качества раствора, частоты скважин и других факторов. Наилучшие результаты обычно достигаются при инъецировании сравнительно сухой, расслоившейся кладки из кирпича, белого камня, песчаника и туфа при раскрытии трещин более 1 мм. Тесаная кладка из гранита, базальта и других тяжелых непористых материалов укрепляется инъекцией плохо, так как не происходит отбора воды, и раствор, заполняющий швы, остается рыхлым, слабо сцепляющим разорванные трещинами блоки и отдельные камни.
Вообще затвердевший инъекционный раствор должен быть близок по своим физико-техническим свойствам к материалу кладки. Компонентами растворов могут быть известь-тесто, цемент, кварцевая пыль, белокаменная мука, цемянка. Для нагнетания растворов используются ручные или механические насосы, создающие давление до 6-8 атм.
Инъекция нежелательна для укрепления кладки стен и сводов, имеющих темперную или масляную живопись, так как отбор воды из раствора сопровождается движением солей, разрушающим грунт и живописный слой.
Укрепление гибких и наклонных стоек и стен.
К внешне неустойчивым конструкциям, требующим введения открытых, логически завершающих рабочую схему элементов усиления, относятся наклоненные крепостные и подпорные стены, а также ограждающие стены и столбы зданий с обрушенными или разобранными междуэтажными перекрытиями. Если восстановление этих перекрытий трудноосуществимо или не оправдано методически, то чрезмерная свободная длина стен и колонн может быть снижена с помощью стержневых связей-затяжек и распорок, объединяющих элементы в пространственные блоки (Рис. 9.7).
Отдельно стоящие гибкие стены при отсутствии близких жесткостных модулей (лестничных клеток, угловых сопряжений стен и т. п.) могут быть укреплены открытыми подкосами трубчатого и иного сечения, решетчатыми диафрагмами, а также контрфорсами. Контрфорсы – достаточно распространенный способ укрепления в реставрации.
В зависимости от архитектурных требований и характера нагрузки они выполняются либо из традиционных материалов – кирпича и камня, либо из железобетона. Эффективная работа контрфорса возможна лишь при надлежащей устойчивости его основания. Практика доказывает, что многие исторические контрфорсы, возведенные как до, так и после начала деформаций, своих функций не выполняют, существуя независимо от укрепляемого объекта. При укреплении подпорных стен возможно применение обратных контрфорсов, а также буроинъекционных свай в сочетании с распределительными подхватами, зачеканкой и инъецирование кладки.
Рис. 9.7. – Укрепление неустойчивых конструкций
Выпрямление стен, столбов, пило нов. Если наклон стен, пилонов, башен и т.п. достаточно заметен, а укрепление с помощью открытых конструкций не представляется возможным, например, из эстетических соображений, возникает необходимость в их подъеме (повороте).
Наиболее просто выпрямление отдельно стоящих сплошных сооружений или компактных жестких объемов – обелисков, пьедесталов, пилонов, невысоких декоративных башенок, крепостных зубцов и консольных простенков, масса которых не превышает 10-15т. В этом случае подъем может производиться легкими винтовыми и гидравлическими домкратами при минимальных трудозатратах.
В основание выпрямляемой конструкции врезается временная обойма из металлических профилей (железобетона), служащая либо непосредственно над домкратной балкой, либо упором при рычажном приложении сил (выпрямление надгробия Ахмета Ясави в г. Туркестане). Нижним упором домкрата может быть фундаментная кладка или специально укрепленная плита. Для подъема наклоненных барабанов собора Нижегородского Благовещенского монастыря в качестве нижнего упора домкрата использованы железобетонные пояса стягивающего собор корсета. Если выпрямляется не целиком все сооружение, а какая-то его часть или ярус, то усилие домкрата расходуется не только на подъем этой части, но и на «разрыв» сооружения, то есть на преодоление сил сцепления раствора. Поэтому в зоне предполагаемого разрыва производится штрабление кладки или расчистка шва.
Сравнительно высокие столбы, а также сквозные или расчлененные трещинами конструкции выпрямляются с применением страховочных креплений оттяжек, траверс, рам и т. п. Усилие домкратов с помощью наклонных бревенчатых или металлических упоров передается на вертикальный распределительный элемент или в обойму одного из верхних ярусов крепления.
Выпрямление звонниц, минаретов, и башен, то есть зданий с очень высоко расположенным центром тяжести, представляет собой сложную задачу, требующую по-стадийного расчета устойчивости и разработки системы взаимосвязанных подъемных и удерживающих устройств. Так как длина толкающих упоров ограничивается предельной их гибкостью, массой и углом наклона (не более 45°), выпрямление высотных сооружений осуществляется натяжными тросовыми системами.
Существуют методы выпрямления, основанные не на подъеме, а на опускании сооружения с помощью домкратов, мешков с песком, сгораемых шпальных клеток, закладываемых в специальные штрабы и проемы со стороны, противоположной наклону. Как при подъеме, так и при опускании промежуточное положение конструкции фиксируется временными прокладками и контролируется системой отвесов. При достижении проектного положения штрабы закладываются, швы зачеканиваются и инъецируются.
Особого рода сложность возникает при выпрямлении длинных волнообразно наклоненных стен, например, крепостных, или фрагментов деформированных зданий. Принцип подъема или опускания сохраняется, однако возникает необходимость в искусственном расчленении конструкции на блоки – при вертикальном распиливании и горизонтальном штраблении стен. Подъем крепостных прясел многометровой толщины и стен так называемой полубутовой кладки требует двухстороннего или сквозного крепления, так как может сопровождаться расслоением кладки и выпучиванием лицевого слоя.
Усиление деревянных конструкций. Основной вид усиления стержневых систем – ферм, стропил и завершающих конструкций – частичная или полная замена их поврежденных элементов. Способ замены и стыковки зависит от характера работы стержня в системе. Сжатые элементы – верхние пояса ферм и подкосы соединяются и включаются в работу с помощью лобовых и угловых врубок, подстрахованных хомутами и шпильками.
Наиболее ответствен в сжатых частях ферм опорный узел. При его неплотном соединении, допускающем люфт, происходит «расползание» контура верхнего пояса. Соответственно опускаются подвешенные к нему конструкции перекрытия или затяжка. Провис нижнего пояса тем больше, чем острее угол наклона верхнего, например, при наклоне верхних поясов ферм московского Манежа 18° провис затяжек и потолка составляет 40-60 см.
Замена растянутых элементов – подвесок и нижних поясов ферм – сложнее, так как при любом способе соединения материал стыкуемых конструкций работает в невыгодном режиме скалывания или поперечного смятия волокон. Обычно стык нижних поясов осуществляется с помощью боковых деревянных или металлических накладок, стянутых болтами. Иногда при небольших растягивающих усилиях применяется старый способ соединения – так называемый «голландский зуб».
Короткая вставка в поясах ферм, стропил, а также в балках перекрытий называется обычно протезом. Протезирование изгибаемых элементов, например, концов длинных потолочных балок, требует высокой прочности работ, применения тщательно подогнанных хомутов и стержней. Протезируют обычно уникальные неразрезные пояса ферм и балки или потолочные конструкции, несущие ценный лепной декор и имеющие акустическое значение (конструкции перекрытий Московской консерватории).
Если по какой-либо причине протезирование элементов и подтяжка узлов не обеспечивают несущей способности конструкции (или надлежащей геометрии подвесного перекрытия), фермы и стропила или усиливаются дополнительными стержнями, или дублируются современными конструкциями. К частичному дублированию относят, например, устройство металлических затяжек, разгружающих нижние пояса ферм и распорных завершающих систем, стойки и прогоны металлических фахверков в каркасных деревянных зданиях. При полном дублировании разгружаются все элементы исторических конструкций, которым отводится главным образом экспозиционная роль. Пропорциональное и контролируемое разделение функций между дублирующими и основными элементами, например стальными и деревянными балками перекрытий, представляется нереальным как из-за различных жесткостных характеристик материалов, так и из-за сложности передачи нагрузки.
Кроме решения методических проблем, а также вопросов статики и конструирования узлов из разнородных материалов, усиление и консервация деревянных сооружений подразумевают и обеспечение оптимального температурно-влажностного режима, вентиляции и пожарной защиты. Лесоматериал, заменяющий разрушенные элементы, должен быть кондиционным и ни в коем случае не служить стимулятором распространения гриба и жуков.
Укрепление и консервация срубов. Укрепление массивных деревянных сооружений в виде простых и сложных срубов, мостов, ряжей и т.п. заключается, главным образом, в переборке венцов стен, подвалов, наката. Выборочная замена сгнивших венцов производится с местным «разжимом» сруба клиньями или домкратами. При замене подряд нескольких целых венцов, углов и несущих простенков вышерасположенная часть сруба вместе с конструкцией перекрытия предварительно вывешивается. Наиболее сложно укрепление высоких срубов – башен, церквей, мельниц.
Следует заметить, что введение свежих бревен в сильно деформированные (перекошенные и провалившиеся) срубы мало влияет на их устойчивость. Более того, новые элементы, не связанные в самостоятельный каркас, могут оказаться чужеродными жесткими включениями в пластичную структуру старого сруба, концентрирующими нагрузки и напряжения. Угловые соединения при высыхании новой (сырой) древесины расходятся, причем, чем больше диаметр венцов и их влажность, тем больше зазор на врубках. Неплотные и пустые угловые сопряжения могут стать причиной выпадения целой стены или обрушения всего сруба под действием ветровой и любой другой боковой нагрузки.
Среди способов сохранения срубов существует полная их переборка с предварительной нумерацией венцов и последующая специальная обработка древесины, например пропитка в вакуумных камерах. Необработанный, разобранный материал, оставаясь на площадке или в штабеле, может быстро потерять свои кондиции – усохнуть, загнить или деструктироваться из-за смены среды существования. Вновь собираемые на старом или, тем более, новом месте срубы из необработанной древесины часто настолько меняют свою геометрию, что их столярные и декоративные элементы – двери, окна и др. оказываются совершенно непригодными, значительно не «вписываясь» в свои проемы и места.
По материалам сайта: http://nedvigovka.ru