Технологии усиления колонн и замены междуэтажных перекрытий при капитальном ремонте зданий

Стоимость перекрытий обычно составляет около 50—60% стоимости многоэтажного капитального жилого дома, и их техническое состояние является одним из основных факторов, определяющих необходимость проведения реконструкции здания. Замена перекрытий является наиболее дорогостоящим (до 20% суммы единовременных затрат на реконструкцию) и трудоемким (до 50% суммарных трудозатрат) видом ремонта. Поэтому при определении целесообразности устройства новых перекрытий должны приниматься во внимание следующие соображения.

Срок службы каменных стен, фундаментов и железобетонных перекрытий примерно одинаков (100—150 лет). Срок службы деревянных междуэтажных перекрытий составляет в среднем 40—60 лет. Таким образом, чем меньше износ стен и фундаментов здания, тем более желательна замена таких перекрытий на железобетонные. При значительном износе стен и фундаментов экономически целесообразно ограничиться ремонтом (восстановлением, усилением и, может быть, заменой деревянных перекрытий на деревянные). То есть преследуется цель — соблюдение принципа одновременной амортизации основных конструкций здания (следует применять перекрытия, срок службы которых будет близок к оставшемуся сроку службы стен и фундаментов или кратен их межремонтным срокам).

Степень сохранности и возможность нормальной эксплуатации перекрытия зависят от многих факторов (технического состояния, конструктивной схемы и конструкции перекрытия). Здания старой постройки по схемам и конструкциям перекрытий можно разделить на несколько групп.

Здания постройки начала XX в., в которых преобладают двухпролетные схемы с внутренней продольной стеной. В междуэтажных перекрытиях преобладают металлические балки и лишь в чердачном перекрытии — деревянные. Заполнение между балками в перекрытиях подвала и часто в санузлах и кухнях всех этажей — из бетонных или кирпичных сводиков. В жилых помещениях заполнение между балками деревянное. Средняя толщина перекрытий 350-400 мм, а пролет балок до 7—9 м. Перекрытия отличаются очень высокой жесткостью. Хорошая анкеровка металлических балок в кирпичных стенах обеспечивает их работу по схеме с защемлением на опоре.

В зданиях постройки 1926—1938 гг. преобладают облегченные перекрытия. Использовались двух- и трехпролетные схемы с внутренними продольными стенами. Часто в качестве внутренних опор применены кирпичные колонны в один или два ряда. Средние пролеты 3,3—4,5 м. Балки часто выполнялись из досок «на ребро» (толщиной 50—60 мм, высотой сечения 200—240 мм). Заполнение между балками — доски, полы дощатые. Перекрытия в санузлах тоже деревянные. Конструкция нежесткая, отличающаяся зыбкостью (дрожанием полов). Толщина перекрытий обычно не превышала 300—350 мм.

В домах послевоенной постройки наиболее распространенный тип перекрытия — сборное железобетонное. Современное состояние перекрытий зданий старой постройки определяется сроком и условиями эксплуатации. Загнивание деревянных элементов и коррозия металлических наиболее распространены в санузлах и местах примыкания к наружным стенам, в чердачных перекрытиях — в зонах протечек кровли и нарушения температурно-влажностного режима чердачного помещения. Для железобетонных перекрытий крупноблочных и крупнопанельных зданий чаще всего характерны такие дефекты, как сверхнормативные прогибы, трещины в плитах размером на комнату, выпадение раствора из швов между плитами перекрытия. Однако в подавляющем большинстве случаев эти видимые дефекты не представляют опасности.

Процессы, связанные с восстановлением, усилением или заменой перекрытий, имеют ряд особенностей:

невозможность обеспечить высокий уровень механизации работ;

необходимость выполнения работ в условиях стесненного (сохраняемого конструкциями перекрытия и стенами) фронта;

высокая трудоемкость комплекса подготовительных работ (пробивка штраб, гнезд, борозд в несменяемых конструкциях здания);

сложность устранения погрешностей в проекте (прежде всего— в определении проектных размеров деталей, конструкций, элементов), приводящих к необходимости срубки (срезки) фрагментов конструктивных элементов, устройства монолитных вставок и перебивки гнезд, борозд и пр.

Общая тенденция проектирования мер по восстановлению, усилению или замене перекрытий характеризуется:

максимально возможной индустриализацией ремонтно-строительных работ (применение конструкций высокой заводской готовности);

переходом на более долговечные (железобетон, металл вместо дерева) и огнестойкие (железобетон вместо дерева и металла) материалы;

широким применением современных грузоподъемных механизмов.

Применяемое на практике большое число приемов восстановления и усиления междуэтажных перекрытий сводится к пяти основным методам.

Объем капитального ремонта перекрытий, необходимость полной или частичной замены конструктивных элементов выясняется в процессе инженерно-технических изысканий. При полной смене перекрытий в здании чаще всего используются крупноразмерные сборные железобетонные элементы, монтируемые с помощью крана. Их можно разделить на две группы: конструкции, применяемые в новом строительстве, и конструкции, специально спроектированные и изготовленные для ремонта. Общим для обеих групп является высокая степень заводской готовности изделий, требующая минимальных затрат для отделки потолков и устройства полов.

Замена и ремонт железобетонных перекрытий

Из всех работ по капитальному ремонту замена перекрытий представляет собой наиболее важный и сложный по выполнению вид ремонтно-строительных работ. Стоимость этих работ составляет в среднем 20% всех затрат на капитальный ремонт зданий.

Конструкции сборных железобетонных перекрытий, рассчитанных на использование в новом строительстве, мало пригодны при ремонте старых жилых зданий из-за значительного разнобоя в размерах пролетов и частой непараллельности стен в таких зданиях, а также сложности их монтажа в условиях стесненности строительной площадки, так как использование высокопроизводительных машин и механизмов существенно затруднено. По этим причинам составлен каталог сборных железобетонных конструкций, рассчитанных на применение при ремонте и реконструкции существующих зданий. При подготовке производства работ необходимо учесть: грузоподъемность механизмов и машин, применяемых для монтажа железобетонных конструкций; место подачи элемента сборной конструкции в существующее здание; принцип одновременной амортизации основных несущих конструкций здания и вытекающую отсюда степень капитального ремонта зданий, а также связанную с этим полную или частичную (выборочную) замену конструкции.

Основные типы сборных железобетонных конструкций перекрытий для применения в существующих зданиях подразделяются по массе и габаритам элементов на крупноразмерные конструкции массой более 500 кг, подаваемые в коробку здания сверху с помощью башенных и самоходных стреловых кранов, среднеразмерные и мелкоразмерные массой соответственно от 250 до 500 кг и менее 250 кг, монтируемых с помощью кранов малой грузоподъемности и легких подъемников с подачей конструкции внутрь помещения через оконные проемы здания.

Но во всех случаях при капитальном ремонте зданий весьма эффективно использование конструкций переменной длины, собираемых из небольшого числа унифицированных деталей многоцелевого назначения.

Такие конструкции с самозаклинивающимися сборно-разборными болтовыми стыками уже применялись при капитальном ремонте в Москве, Санкт-Петербурге и других городах.

Крупноразмерные (крупнообъемные) конструкции применяют при комплексном капитальном ремонте и реконструкции зданий, т. е. в условиях полной замены всех внутренних конструкций и крыши капитально ремонтируемого здания.

Конструкции перекрытий разделяются на два вида: перекрытия из настилов, выпускаемых для нового строительства, и настилов, специально изготовляемых для капитального ремонта.

Сопряжение настилов первого вида со стенами производят металлическими захватами с помощью пристенных балок, опирающихся на двухконсольные балки, заделанные в продольные капитальные стены, посредством прогонов, расположенных по осям перегородок с укладкой по ним настила вдоль здания.

Специально запроектированы и изготовляются для ремонтных работ крупноразмерные железобетонные панели с выпускными ребрами длиной 50 см для опирания настила в гнездах средней капитальной стены. Другой гладкой стороной без ребер настил опирают на наружную стену и заделывают в борозду или укладывают на уступ кладки. Настилы с выпускными ребрами и овальными пустотами могут быть одно-, двух- и трехпустотными. Высота настила 24 см, ширина 99,5 см, длина от 5,5 до 7,0 м с градацией через 30 см, что позволяет перекрывать пролеты в свету от 5,2 до 6,7 м. Для перекрытия пролетов более 7 м разработана конструктивная схема в виде прогонов, колонн и несущих перегородок.

Средне размерные конструкции представляют собой балочные покрытия, в которых могут применяться балки различного сечения. Пространство между ними заполняется вкладышами или плитами в виде наката, образующего потолки, или в виде двух рядов плит, из которых нижние образуют поверхность потолка, а верхние - основание пола.

К мелкоразмерным относятся перекрытия, состоящие из балок неполного сечения с заполнением между ними из сводчатых вкладышей и шлакоблоков.

Мелкоразмерные конструкции в основном применяются при выполнении выборочного капитального ремонта зданий любой этажности, когда производят замену перекрытий только в санузлах и имеется возможность вести работы в отапливаемых зданиях. Их можно применять также для производства всех видов ремонта малоэтажных зданий.

Сборно-монолитные конструкции широко распространены в южных районах страны, где большинство ремонтно-строительных работ производиться при положительной температуре.

Монтаж крупноразмерных конструкций обычно ведется с помощью башенного крана. Монтажу предшествуют демонтажные работы.

Демонтаж существующих конструкций производится сверху вниз, от крыши до подвала. Вначале разбирают кровельную листовую сталь, обрешетку и стропила. Затем удаляют засыпку чердачного перекрытия и демонтируют чердачное перекрытие, разбирая накат ломиками, обшивку - отбойными молотками, а обрезку балок - цепной консольной электропилой. Для поддержки разобранного перекрытия применяют инвентарные подмости. Аналогично разбирают перегородки. Все разобранные элементы башенным краном подают вниз, грузят в машины и удаляют с площадки.

По окончании разборки чердачного перекрытия производят ремонт стен верхнего этажа: заделывают ненужные отверстия, трещины, старые гнезда и поврежденные места существующей кладки.

Таким же образом демонтируют конструкции нижележащих этажей.

Монтаж новых конструкций производят снизу вверх, т. е. от перекрытия над подвалом до чердачного перекрытия и крыши. До выполнения монтажных работ пробивают штрабы и гнезда для настилов, проверяют монтажный уровень отметки низа настилов в гнездах и штрабах. Монтаж крупноразмерных панелей осуществляется четырехветвевым стропом. Один конец настила подают горизонтальным движением в штрабу, а второй, устанавливаемый на захваты, временно опирают на монолитный столик, оборудованный домкратами. Монтажный столик на половине своей высоты имеет площадку для монтажа, с которой он регулирует высоту установки домкрата и заводит панель на нижнюю полку захвата. Установив настил, монтажный столик передвигают для установки следующего настила. После монтажа перекрытия захваты скрепляют между собой приваркой к ним прута из арматурной стали диаметром 12 мм. Для обеспечения прочной связи перекрытия со стенами в зазоре между настилами закладывают анкеры. Замоноличивание зазоров между настилами производят бетоном класса В7,5.

При монтаже перекрытий с настилами, опираемыми на двух консольные балки, один конец настила подают в борозду, а второй укладывают в нижнюю полку уголка. При этом до монтажа настила гнезда двух консольных балок заделывают бетоном или кирпичной кладкой. Наиболее прост монтаж настилов в перекрытиях по прогонам, расположенным в перегородках, где их укладывают вдоль здания.

При монтаже перекрытий с выпускными ребрами строповку настила производят четырехстропным пауком, у которого два стропа длинных и два коротких. Настил подают в наклонном положении под углом выступами вниз. Для уменьшения промерзания перекрытия настил выступами укладывают на среднюю стену. Гнезда для выступов в средней стене прорубают увеличенной глубины. После заведения в них настила второй конец его опускают до уровня штрабы и затем обратным движением вводят в штрабу наружной стены. Применяют и другой метод монтажа: настил стропуют одинаковыми стропами и опускают до уровня его установки в горизонтальном положении, но не поперек здания, а по диагонали помещения. Затем вращением в горизонтальной плоскости сначала заводят выпускные ребра в гнезда, а потом обратным движением - настил в борозду противоположной стены. Этот способ уступает первому, так как требует уширения гнезд, и без того значительно ослабляющих стену на уровне перекрытия. Зазоры между выпускными ребрами, торцом настила и стеной заполняют шлакобетоном по подвесной опалубке. Настилы с выпускными ребрами имеют массу от 1,2 до 1,7 т, их монтируют башенным краном грузоподъемностью 1,5...3 т.

Монтаж конструкции перекрытия с изменением балок швеллерного сечения производят башенным краном с подъемом одновременно двух, а при установке под перегородку - трех балок швеллерного сечения. Строповку пакета балок производят двумя универсальными стропами с крюком и петлей, продевая их в отверстия в балках. Затем поднимают пакет двухветвевым стропом башенного крана. Для создания наклона балок при их монтаже одна ветвь стропа должна быть короче другой. Во время монтажа пакет балок заводят сначала в первое, а обратным движением - во второе гнездо. Правильность уровня установки балок проверяют по отметкам на стене с помощью гибкого водяного уровня и регулируют деревянными клиньями. Расстояние между пакетами балок проверяют шаблоном. После заделки концов балок на опорах и подштопки опор полусухим цементным раствором укладывают плиты наката. Из поднятого краном на перекрытие штабеля плит монтажники крюками укладывают каждую плиту, заводя ее сначала вдоль балок, а затем поворотом устанавливают в проектное положение. Балки прикрепляют к стенам анкерами, устанавливаемыми через одну балку. Крепление плит выполняют арматурной проволокой, пропускаемой между петлями. После укладки плит все швы между плитами и балками тщательно заделывают цементным раствором.

При выборочном капитальном ремонте подъем балок и плит и подачу их внутрь помещения производят подъемником СП-0,6 грузоподъемностью 600 кг (рисунок 3). Подача балок и конструкций в окно возможна при высоте проема не менее 1,65 м, так как монорельс подъемника с траверсой и балками имеет высоту 1,4 м. Строповку балок осуществляют короткими облегченными стропами разной длины или стропами траверсы подъемника. При этом балке необходимо придать уклон, позволяющий положить один ее конец на монтажный столик, а второй - на подоконник.

При монтаже мелкоразмерных конструкций перекрытий, применяемых преимущественно для выборочного капитального ремонта, сборные железобетонные элементы подают в оконные проемы. Для этих целей используют мелкие ремонтные краны грузоподъемностью до 200...250 кг. Наиболее удобным из них для подачи балок является подъемник, а для остальных деталей и материалов - кран "в окно". Кран "в окно" состоит из двух стоек, которые устанавливаются в оконные проемы и крепятся к стенам с помощью струбцин. Стойки скреплены ригелем, к которому подвешен монорельс. По монорельсу движется тележка подвешенным электромотором для подъема груза. Дальнейшее перемещение и монтаж элементов производится с подручных средств.

При монтаже перекрытия пролетом более 6,5 м обязательна установка двух прогонов, поддерживающих полубалки и смонтированные сводики, до полного схватывания монолитного бетона (в летнее время в течение 8...10 дн). При этом выступающую рабочую арматуру двух полубалок сваривают между собой ванным способом с помощью металлического уголка 30х30 или 50х50 мм.

Ремонт железобетонных перекрытий включает восстановление защитного слоя, ремонт или усиление железобетонной плиты перекрытия или балки, введение дополнительных элементов усиления - сборных или монолитных прогонов и передачу на них части нагрузки. Восстановление разрушенного защитного слоя на балках и плитах перекрытия производят методом торкретирования. Применение этого метода наиболее целесообразно при усилении большепролетных плит, сводов и т. д. Перед нанесением бетонной смеси усиливаемая поверхность (металлические балки, обнаженные стержни арматуры) должна быть очищена от ржавчины пескоструйным аппаратом. Перед торкретированием поверхность продувают сжатым воздухом и промывают струей воды под давлением. Если по расчету требуется усиление конструкции, дополнительно устанавливаемую арматуру приваривают к существующей или металлическим балкам.

При торкретировании образуется плотная и прочная корка, хорошо сцепляющаяся с бетоном усиливаемой конструкции. Толщина одновременно наносимого слоя торкрет-бетона может быть 7...20 мм. При необходимости увеличить толщину бетона торкретирование производят в несколько слоев с перерывами на время твердения бетона.

При усилении железобетонной плиты сверху к существующей арматуре приваривают дополнительную арматуру усиления с помощью коротышей (обрезков арматурной стали) и затем укладывают бетон обычным способом с последующим уплотнением свежеуложенного бетона вибрированием. В случае усиления плиты снизу защитный слой отбивают, новую арматуру приваривают к стержням старой прерывистыми швами или с помощью коротышей и наносят бетон методом торкретирования.

Наиболее часто применяют два решения для усиления плит перекрытия крупнопанельных зданий с недопустимыми прогибами. В первом случае прогиб устраняют путем устройства поверху плит диафрагмы и двух швеллеров, к которым подтягивают болтами плиту перекрытия и ликвидируют прогиб. Во тором случае прогиб устраняют подведением металлической балки.

При чрезмерном раскрытии трещин в ребристых плитах перекрытий одним из вариантов решения может быть подведение под ребра балочек с последующим их оштукатуриванием по металлическим сеткам.

Усиление поврежденных плит перекрытия с недопустимыми трещинами и прогибами в крупнопанельных зданиях может быть выполнено путем постановки металлических составных балок, опирающихся на внутренние железобетонные стены и скрытых в полу вышележащего этажа. Плита перекрытия нижележащего этажа крепится к балкам усиления с помощью болтов или распорного конуса. При необходимости можно уменьшить расчетный пролет плиты перекрытия установкой дополнительных продольных балок.

Заделку трещин в бетонных конструкциях наряду с методом нагнетания цементного раствора можно также осуществлять посредством применения синтетических эпоксидных и других смол. Они отличаются большой проникающей способностью, прочностью, пластичностью, хорошими адгезионными свойствами. Однако вследствие высокой стоимости материала применение этого способа пока ограничено.