Способы укрепления и восстановления кладки

08.06.2018
В зависимости от состояния повреждённой кладки, а также характера и степени развития имеющихся в ней дефектов применяются:

1) цементация,

2) торкретирование,

3) железобетонная облицовка,

4) установка каркасов, поясов (хомутов), стяжек,

5) подведение контрфорсов и подпорок,

6) частичное восстановление и переустройство.

Цементация путём нагнетания цементного раствора внутрь

кладки имеет целью устранить все имеющиеся пустоты и предотвратить скопление воды внутри сооружения во избежание выщелачивания раствора и разрушения кладки при замерзании воды, сцементировать в монолит пористую кладку. Цементация не восстанавливает монолитность кладки, расчленённой на части при потере ими устойчивости.

Торкретирование, или покрытие поверхности сооружения слоем цементного раствора с песком под давлением, по металлической сетке или без неё, укрепляет наружный слой кладки, предохраняет её от непосредственного атмосферного воздействия и попадания воды внутрь кладки. Торкретирование применяется при поверхностном, неглубоком выветривании кладки.

Железобетонная облицовка («рубашка»), преследуя ту же цель, что и торкретирование, применяется при более сильном разрушении наружного слоя кладки. Благодаря большей толщине и более сильному армированию железобетонная облицовка надёжнее, чем торкретная оболочка, и объединяет в единое целое разрозненные части сооружения; она требует вспомогательных устройств (опалубки) и большего расхода материалов.

В опорах специально для объединения кладки, расчленённой на части, более эффективно устройство отдельных мощных объемлющих каркасов и поясов.

Для поддержания от обрушения отделяющихся частей опор иногда применяют также контрфорсы и подпорки. Ho в отличие от каркасов и поясов они поддерживают кладку извне, опираясь за пределами данной опоры. Поэтому надёжность контрфорсов и подпорок зависит также от устойчивости основания под ними, что не всегда бывает обеспечено. Контрфорсы, расположенные под фермами (фиг. 277), кроме того, стесняют отверстие моста. При укреплении обратных стенок устройство массивных контрфорсов затрудняется в ряде случаев необходимостью раскопки конусов. Каркасы и пояса скрепляют откалывающиеся части кладки с основным устойчивым массивом. В отличие от этого контрфорсы при прочной массивной конструкции, надёжном их основании могут удерживать опору, являющуюся целиком неустойчивой. Практичнее всё же оказывается полное переустройство неустойчивых в своей основной части опор. В связи с указанными недостатками применение массивных контрфорсов весьма ограничено. Чаще прибегают к устройству деревянных подпорок в качестве кратковременной меры на период довыполнения ремонта (фиг. 278).

Перекладка является одним из радикальных способов ремонта, но для её выполнения требуется разгрузка ремонтируемых дефектных частей сооружения вспомогательными пакетами и опорами на период производства работ. Поэтому перекладка применяется лишь при явной нецелесообразности укрепления расстроенной кладки, а также при несложном перекрытии дефектной части пакетами. Перекладка может быть оправдана также в случаях, когда разгрузка требуется самим состоянием дефектной части сооружения, а не только условиями производства работ.

Перечисленные здесь способы укрепления кладки не являются универсальными. При сложном характере расстройства сооружения приходится применять одновременно несколько мероприятий: одно в сочетании с другим. Так, например, при повреждении кладки крупными трещинами и одновременно сильным выветриванием целесообразно произвести цементацию кладки, устроить каркас или пояса и поверхность кладки покрыть торкретом по сетке или железобетонной облицовкой.

В случае, когда сооружение укрепляется цементацией и торкретной или железобетонной оболочкой, последняя обычно выполняется после цементации.

В ребристых железобетонных пролётных строениях при устранении трещин и других дефектов кладки иногда приходится одновременно производить усиление балок добавлением рабочей арматуры в их нижние пояса, а также в стенки. Рабочую арматуру следует ставить предварительно напряжённой. Устранение трещин в растянутых поясах балок и цементацию целесообразно производить также в напряжённом состоянии балок, соответствующем их работе под поездами. Такое напряжённое состояние может быть создано без перерыва движения поездов, например, постановкой между опорами натяжной цепи с подвесками, закреплёнными к балкам (фиг. 279).

Цементация или нагнетание в кладку цементного «молока» (марка цемента не ниже «300») через скважины под давлением от 1 до 10 am производится при помощи нагнетательной установки через инъекторы. Консистенцию цементного «молока» для кладки из штучных камней принимают 1:3 (по объёму) вначале и доводят до 1:1 по мере дальнейшего нагнетания, для бетонной кладки — 1:10 вначале и до 1:1 в последующем. С целью ускорения схватывания и нарастания прочности раствора в необходимых случаях, например, при «дышащих» трещинах, в раствор добавляют хлористый кальций в количестве около 5% к весу цемента или применяют глинозёмистый цемент. Цемент загружается в резервуар с водой через металлическую сетку с отверстиями 1,5—2 мм. Выпуск смеси из смесительного резервуара во второй резервуар для питания инъекторов следует производить в отверстие диаметром не менее 25 мм, на высоте 5—7 см от днища и через сетку с отверстиями размером около 1 мм при непрерывном перемешивании смеси.

Скважины диаметром 35—50 мм и на 3—5 мм больше наружного диаметра инъектора располагают в шахматном порядке в швах кладки со взаимным расстоянием около 1 м. He следует устраивать скважины непосредственно в трещинах и в сильно разрушенных местах. Направление скважины вертикальное и наклонное (не менее 10° к горизонту с уклоном внутрь опоры). Глубина наклонных скважин при бурений с одной стороны — от 2/3 до 3/4 толщины массива в направлении скважины, а при бурении с двух сторон — соответственно от 1/3 до 3/8 (фиг. 280). Вертикальные скважины, устраиваемые при отсутствии наклонных, бурят по возможности на всю высоту цементируемой части. Во избежание выколов кладки под давлением при цементации скважины не должны располагаться от поверхности кладки ближе, чем на 0,6 м.
Способы укрепления и восстановления кладки

При цементации следует:

а) скважины очистить от мусора прутом с ложечкой на конце; промыть дочиста водой под давлением 3 am, идя горизонтальными рядами сверху вниз, продуть воздухом под давлением 2,5 am в течение 15 мин. и закрыть, пробками;

б) крупные трещины и швы законопатить паклей или другими уплотнителями, мелкие трещины заделать раствором;

в) начинать нагнетание цементного раствора в скважину под давлением 1 am, постепенно повышая его до максимума в конце нагнетания, но не выше:

- 5 aт для слабой и сильно трещиноватой каменной или кирпичной кладки;

- 8 aт для хорошо сохранившейся кирпичной или каменной кладки;

- 10 aт для бетонной кладки;

г) цементировать последовательно снизу вверх горизонтальными участками каждую скважину за один приём и при температуре не ниже 0 °C;

д) не допускать утечки смеси из кладки;

е) прекращать на двое суток нагнетание скважины, если полного насыщения её при отсутствии утечки смеси из кладки не происходит в течение 2—3 час.;

ж) оканчивать цементацию, когда поглощение раствора при максимально принятом давлении совершенно прекращается;

з) по окончании цементации поддерживать давление 2—3 am в течение 30 мин. для схватывания цемента, после чего заделать скважины и расшить швы и трещины раствором цемента 1:2;

и) проверить качество работ устройством контрольных скважин и пробным их нагнетанием. При поглощении смеси этими скважинами произвести дополнительную цементацию таких неудовлетворительных участков кладки.

Расход цемента в зависимости от состояния кладки различен, ориентировочно 30—60 кг на 1 м3 цементируемой каменной кладки.

Необходимое оборудование для цементации

1) нагнетательная установка; при малом объёме работ — насос (типа СССМ-046, «Помон» производительностью 350 л/ч; «Диафрагма», пожарный ит. п.) и бочка для раствора; при большом объёме работ — нагнетатель (состоит из шлюзового барабана и смесительного резервуара на 200 л) или любые два металлических бака (один из них закрытый) и компрессор производительностью 3—4 м3/мин с давлением 6—10 am;

2) инъекторы с резиновыми уплотнителями;

3) шланги 19 и 38 мм;

4) перфораторы (или шлямбуры) для бурения скважин.

При небольшом объёме работ по цементации и отсутствии компрессора могут быть использованы баллоны сжатого воздуха. На Сталинской ж. д. были применены баллоны с кислородом, а также способ цементации кладки труб в высоких (до 20 м) насыпях естественным давлением при размещении бочки с раствором в уровне верха насыпи.

Торкретирование, т. е. покрытие, на толщину 2—4 см поверхности кладки влажной смесью цемента с песком под давлением 2,5—3,5 am производится при помощи цемент-пушки или пневматического аппарата KP. Состав смеси цемента и песка крупностью до 5—6 мм и влажностью около 5% обычно принимают 1:3 (по весу с учётом влажности песка) — для покрытий против механических воздействий; 1:4 и 1:5 — для покрытий против атмосферных влияний.

Количество воды в растворе должно составлять 10—15% к весу цемента. Если работа производится цемент-пушкой, то увлажнение сухой смеси, загружаемой в камеру цемент-пушки, происходит в сопло (наконечнике); если же пользуются аппаратом KP, то в него загружается не сухая смесь, а уже готовый раствор требуемой консистенции.

Более надёжно торкретирование по арматурной сетке из проволоки d = 2—4 мм со стороной квадрата 5—10 см. Сетка предохраняет от усадочных трещин. Может быть применена сетка Рабитца. Сетку на расстоянии около 1 см от кладки закрепляют штырями d = b—10 мм (или путевыми, а лучше пучинными костылями) с шагом 30—80 см друг от друга. Штыри заделывают в кладку на глубину 10—15 см (а в швах — не менее 25 см) с последующей их заделкой в дырах цементным раствором.

При торкретировании следует:

а) удалить отставшие поверхностный слой кладки и облицовку; прочную кладку насечь;

б) раззенковать под углом 45° края трещин;

в) очистить поверхность кладки и арматурную сетку от грязи, масел, краски, ржавчины и пр. струёй сухого песка из цемент-пушки, проволочными щётками, растворителями (бензином);

г) поверхность кладки при помощи цемент-пушки продуть воздухом под давлением и непосредственно перед торкретированием промыть струёй воды;

д) во избежание сплывов раствора торкрет наносить в 2—3 слоя; температура покрываемой поверхности не должна быть ниже 5 °C; сопло держать нормально поверхности на расстоянии 1 м при нанесении первого слоя и 0,5 м при нанесении последующих слоев; каждый слой наносить через 2 дня и защищать рогожами, смачиваемыми водой 2 раза в день. Последний слой выдерживать во важном состоянии 14 суток;

е) отскок песка, получающийся при торкретировании, в торкрет не применять, арматурную сетку предохранять рогожей от отскока или в противном случае — удалять его перед торкретированием.

Необходимое оборудование для торкретирования:

а) цемент-пушка, компрессор, воздухоочиститель, водяной бак, шланги 1/2—3/4'' сопло или

б) аппарат KP, компрессор производительностью 3 м3/мин давлением 5—6 am; расстворомешалка на 150 л, шланги 2", 3/4—1'' сопло.

Производительность компрессора в зависимости от марки цемент-пушки принимается равной 3,5 м3/мин при марке ВО и 5 м3/мин — при марках № 1 и ЦП-СМ-30; мощность мотора компрессора принимается равной соответственно 25, 35 и 40 HP.

Железобетонная облицовка. В отличие от армированного торкретного покрытия толщина железобетонной «рубашки» по условиям бетонирования в опалубке составляет 10—12 см.

Для «рубашки» применяется бетон марки не ниже 170 кг/см2, арматура из железа d = 8—12 мм в количестве 5—6 стержней на 1 пог. м, толщина защитного слоя 25 мм. Связь оболочки с кладкой достигается насечкой поверхности и анкерами из железа d = 10—12 мм, длиной 30 см, заделываемыми цементным раствором 1:2 в скважины d = 22—25 мм, расположенные с уклоном 10—15° внутрь опоры; расстояние между анкерами в обоих направлениях 1 м.

Каркасы, пояса (хомуты) и стяжки, опоясывая опору, удерживают отделяющиеся части опоры, не допуская полного их отделения от основного, устойчивого массива. Главным элементом в таких конструкциях является пояс вокруг опоры. Стягивая опору по периметру, пояс в наибольшей мере сопротивляется отделению углов (рёбер) опоры. Средняя же часть кладки между углами удерживается каждой стороной пояса лишь в меру его жёсткости в горизонтальном направлении. Пояса при необходимости такого закрепления должны состоять из жёстких элементов, соединённых тем или иным способом по углам опоры.

В каркасах отдельные пояса дополнительно связывают между собой рёбрами, удерживающими от выпучивания кладку в пределах между поясами (фиг. 281).

В случаях закрепления от выпучивания одной стороны опоры (или двух противоположных сторон) при необходимости натяжения применяют стяжки, т. е. две балки, поставленные с противоположных сторон опоры и стянутые между собой по концам тяжами. Закрепление металлических и деревянных элементов пояса в пролете между концами, выполняемое обычно тяжами, сложно из-за необходимости бурения сквозных отверстий в кладке. Включение металлических и деревянных поясов в работу достигается натяжением тяжей. Пояса этого типа таким образом удерживают кладку от выпучивания лишь в направлении тяжей (фиг. 282). Если требуется закрепить кладку и в другом направлении, приходится ставить другие стяжки. В этом один из недостатков металлических и деревянных стяжек, ограничивающий пределы целесообразного применения их лишь случаем одностороннего распора кладки.

Железобетонные каркасы лишены указанного недостатка. В них нет необходимости производить натяжение. Схватывание железобетона обеспечивает плотность прилегания к кладке и включение его в работу сразу же при стремлении кладки выпучиться. Кроме того, элементы железобетонных каркасов по всей своей длине связываются с кладкой штырями и в силу такой связи сопротивляются изгибу от распирания кладки лучше, чем металлические и деревянные элементы, удерживаемые от изгиба лишь тяжами по их концам.

Для каркасов всех типов целесообразно использование старого металла, уцелевших элементов разрушенных пролётных строений, упряжи и шпренгельных струн вагонов, изношенных рельсов и т.п.

Марка бетона для железобетонных каркасов должна быть не ниже 170 кг/см2. Кладку в примыканиях элементов каркаса предварительно насекают и снабжают штырями круглого железа диаметром 19—25 мм, заделанными в кладку на глубину 60—75 см через 1 м друг от друга в 2—3 ряда в шахматном порядке по всей длине элемента. Зазор в 1 см между штырём и стенкой скважины заполняют цементным раствором 1:2, выдерживаемым после заделки в течение 4 суток. Скважины для лучшего заполнения цементом можно бурить с уклоном в 10—15° внутрь кладки.

Контрфорсы устраивают из бетонной или каменной кладки. Во избежание осадок и скольжения контрфорса под напором дефектной кладки подошву фундамента следует закладывать на прочном грунте и располагать с наклоном к горизонту нормально опорному давлению или с применением свай. При устройстве подпорок требуется также надёжное заложение их в грунте, исключающее возможность деформаций. Необходимо хорошее выполнение самой конструкции.

Эффективными являются подпорки, забитые в грунт или упирающиеся в сваи и стянутые на свободных концах тяжами (фиг. 278). Угол наклона (не более 30—40°) к горизонту и сопряжение подкосов со стойками должны исключать возможность скольжения стоек по кладке и разрушение врубок подкосами под напором кладки.

Перекладка неудовлетворительных частей кладки выполняется чаще всего из бетона. В опорах используют также сохранившиеся камни, находящиеся в хорошем состоянии.

Для обеспечения надлежащей связи новой бетонной кладки со старой следует:

а) подготавливать плоскости сопряжения со старой кладкой по правилам разрезки каменной кладки (нормально и параллельно опорному давлению);

б) обрабатывать поверхность старой кладки в месте её сопряжения с новой удалением отстающих частей, насечкой, промывкой;

в) заделывать в старую кладку на цементном растворе штыри из железа d = 19—25 мм, длиной около 30 см в каждую сторону с шагом в обоих направлениях 40—50 см;

г) тщательно трамбовать;

д) на сохраняемой старой кладке опор, поражённой трещинами, устраивать железобетонные прокладники для более равномерного распределения в ней опорного давления.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: