Дефекты возведения каменных конструкций

Федеральное агентство по образованию РФ

Сибирская автомобильно-дорожная академия.

Кафедра: «                                                                                                                      ».

Контрольная работа

Выполнил :    студент

Заочного факультета

ПГС 09z1

Тропин Николай Анатольевич

Шифр Сз  09-64

Проверил:

Комлев АА

Омск 2013

1 Дефекты возведения каменных конструкций. 

К наиболее характерным дефектам каменных конструкций, допускаемых при их возведении, могут быть отнесены:

- неоднородность структуры и  толщины растворной постели; 

- отсутствие перевязки продольных стен с поперечными;

- нарушение вертикальности стен  и столбов; 

- недостаточная площадь опирания  стропильных конструкций и перемычек  на стены;

- укладку прогонов и балок  на стены и столбы без опорных  плит; 

- пропуск или занижение сечений связей стен с колоннами или перекрытиями;

- применение вида и марки  камня и раствора, не соответствующих  проекту;

- некачественную перевязку камня  в кладке, особенно опасную в  сильно нагруженных столбах, простенках  и пилястрах;

- утолщение горизонтальных швов кладки против предусмотренных нормами;

- плохое заполнение раствором  вертикальных швов кладки;

- неправильное устройство температурных, осадочных и антисейсмических  швов;

- дефекты кладки из-за нарушения  правил производства работ в  зимних условиях;

- отсутствие или уменьшение  процента армирования в армокаменных  конструкциях;

- некачественное выполнение металлических  козырьков парапетов, карнизов и  поясков, а также примыканий кровли  к стенам. 
  
 Наибольшее влияние на прочность кладки оказывает неоднородность растворной постели, которая является труднооцениваемым дефектом. Однородную растворную постель из малоподвижного раствора при толщине горизонтальных швов 10...12 мм может создать только каменщик высокой квалификации. Так как во многих случаях квалификация каменщика оказывается недостаточной, то рекомендуется выполнять ряд мероприятий, способствующих повышению однородности растворной постели: 
- не применять жестких цементных растворов;  
- внедрять подвижные растворы с пластифицирующими добавками;  
- не уменьшать толщину горизонтальных швов (менее 12 мм);  
- по согласованию с проектной организацией в сильно нагружаемых конструкциях предусматривать конструктивное сетчатое армирование;  
- обожженный кирпич в летнее время применять в кладку только в увлажненном состоянии. 
 
Занижение марки камня и раствора приводит к снижению прочности кладки, при этом прочность камня влияет на прочность кладки больше, чем прочность раствора. Снижение прочности раствора сказывается на прочности кладки тем сильнее, чем ниже высота камня. От прочности раствора больше зависит прочность кладки из камней неправильной формы, чем из камней, с формой правильного параллелепипеда. Наименьшее значение прочность раствора имеет в крупноблочной кладке, наибольшее - в бутовой. Все это следует принимать во внимание при оценке влияния допущенных отступлений в марках камня и раствора на прочность кладки. 
 
Применение видов камней и раствора, не предусмотренных проектом, может вызвать серьезные последствия.

Недопустимо использование камня, имеющего морозостойкость меньше проектной, силикатного кирпича вместо глиняного обыкновенного во влажных условиях и при низких расчетных температурах без изменения толщины наружных стен, полнотелого кирпича вместо пустотелого, тяжелого раствора в наружных ограждающих конструкциях вместо легкого и т. п. Такие замены могут привести к разрушению каменных конструкций и промерзанию наружных ограждающих конструкций зданий. 
 
Применение неправильной перевязки кирпича, нарушающей связь верстовых рядов с забуткой, заполнение забутки стен кирпичным боем, могут вызвать обрушение сильно нагруженных столбов и простенков. Отсутствие перевязки наружной версты с забуткой при кладке в зимних условиях методом замораживания приводит к обрушению наружного слоя стены при оттаивании кладки. 
 
Часто встречающийся дефект - отсутствие перевязки продольных стен с поперечными - снижает устойчивость участков стен и пространственную жесткость здания. В случае неравномерной осадки основания при этом появляется возможность обрушения стен. 
 
Отсутсвие или уменьшение сечений связей стен с колоннами и перекрытиями также уменьшает пространственную жесткость здания, что при появлении горизонтальных усилий может закончится обрушением отдельных участков стен. 
 
Утолщение горизонтальных швов кладки по сравнению с требуемыми нормами по-разному может влиять на прочность кладки. С одной стороны, такое утолщение позволяет улучшить растворную постель под камнем, что приводит к повышению прочности кладки. С другой стороны, чем толще горизонтальный шов, тем больше растягивающие усилия в камне из-за разных деформативных свойств камня и раствора. В зависимости от того, какой из двух факторов оказывает большее влияние при утолщении горизонтального шва, происходит повышение или понижение прочности кладки. Утолщение горизонтальных швов до 30...40 мм снижает прочность кирпичной кладки на 10...15%. При оценке допустимости применения утолщенных швов следует также учитывать и то, что раствор обычно имеет большую плотность, чем кирпич, и, следовательно, повышение доли раствора в кладке вызовет повышение ее теплопроводности. 
 
Некачественное заполнение вертикальных швов уменьшает прочность кладки, поскольку раствор в вертикальных швах препятствует свободной деформации камня в горизонтальном направлении в случае приложения вертикальной нагрузки. Пустые вертикальные швы, кроме того, являются концентраторами напряжений. Кладка с плохо заполненными швами становится легко продуваемой, ее теплопроводность существенно возрастает. 
 
Нарушение вертикальности участков кладки, увеличивает эксцентриситет прилагаемой нагрузки и повышает внутренние усилия в кладке. Если продольные стены надежно перевязаны с поперечными, имеется надежная анкеровка всех стен в перекрытиях и перекрытия хорошо замоноличены, то дополнительные усилия в наклонных участках стен незначительны. При отсутствии перевязки стен и недостаточной анкеровке их с перекрытиями дополнительные усилия в наклонных участках стен и столбах могут достигать больших значений, особенно в простенках и столбах малого сечения.  
 
Укладка балок и прогонов непосредственно на каменные стены или столбы без опорных плит так же, как и недостаточное опирание плит перекрытий и перемычек, может вызвать местное разрушение каменной кладки.

 
Значительное влияние на несущую способность каменной кладки оказывает поперечное сетчатое армирование. В зависимости от количества поперечного армированияпрочность армированной кладки может до двух раз превышать прочность неармированной, при этом пропуск только одной сетки уменьшает эффект армирования в два раза. Бывают случаи, когда предусмотренные проектом сетки из арматуры диаметром 3–4 мм заменяют сетками из арматуры диаметром 5–6 мм, считая, что такая замена увеличит несущую способность кладки. Однако в этом случае кирпич лежит не на постели из раствора, а на прутках, поэтому в нем появляются значительные местные напряжения смятия, которые приводят к появлению в кладке большого числа вертикальных трещин. 
 
Размеры сеток всегда должны быть больше размеров сечения армируемого элемента, чтобы можно было после выполнения кладки визуально проверить все параметры армирования: диаметр стержней, размер ячеек и шаг сеток. 
 
Некачественное выполнение металлических покрытий парапетов, карнизов, поясков, а также примыкание кровли к стенам приводит к переувлажнению каменной кладки и разрушению ее при воздействии отрицательных температур. 
 
При устройстве температурных, осадочных и антисейсмических швов встречаются следующие дефекты: отклонение швов от вертикали, выполнение шва не по всей высоте конструкции, устройство шва без четверти или шпунта. Если отклонение от вертикали или пропуск по высоте имеет осадочный шов, то он перестает отвечать своему назначению. При неравномерной осадке фундаментов стена в области дефектного шва получает разрушения. При отсутствии четверти или шпунта шов становится продуваемым, участок стены приобретает возможность перемещаться перпендикулярно к плоскости стены. 
 
Отсутствие антисейсмического шва или части его приводит к увеличению объема разрушения здания при землетрясениях. 
 
При производстве работ в зимних условиях встречаются случаи применения не очищенного от снега и льда камня, занижения требуемых марок раствора, неправильной дозировки противоморозных добавок. Все это в той или иной степени снижает конечную прочность кладки после ее оттаивания. Обрушение каменных конструкций, выполненных в зимних условиях, чаще всего происходит из-за того, что на период оттаивания кладки не выполняются необходимые меры по временному усиления каменных конструкций, обеспечению равномерного их оттаивания.  
 
В пределах одного этажа должны применятся как кирпич, так раствор только одной марки. 

2 Усиление металлических конструкций методом наращивания сечения.

Эти конструкции усиливают ненапряженными элементами. Основной принцип – в увеличении площади нагружаемого сечения. В балках – это приваривание по их длине уголков, швеллеров или труб. В фермах – наращивание элементов ферм. Приваривать новые элементы нужно поперек или по диагонали самой нагруженной части. Крепление дополнительных элементов выполняют на опоры, при помощи сварки.

Усиление металлических конструкций - это способ восстановления их проектных характеристик (несущей способности и устойчивости), сниженных в процессе эксплуатации конструкции из-за влияния различных механических, химических и электрохимических факторов. Одним из основных способов является увеличение их поперечного сечения.

Поперечное сечение металлической конструкции может быть увеличено следующими способами:

дополнением конструкции ненапрягаемыми элементами в виде стоек, стержней, ригелей и т.д.;

дополнением конструкции предварительно напряженными гибкими (натяжными) или жесткими элементами (стержнями и балками);

устройством дополнительных разгружающих конструкций (балок, колонн, оснований);

усилением сварных, заклепочных, болтовых и других соединений элементов металлической конструкции.

Использование сварки для изменения поперечного сечения конструкции в некоторых случаях приводит к снижению её несущей способности из-за перегрева металла. В настоящее время используются также легкие полимерные материалы.

1 – Присоединение дополнительных уголков при помощи сварки или болтового соединения.

2 – Добавление арматуры с  помощью сварки.

3 – Добавление швеллера на  плоскость полки и присоединение  уголка в торец полки по  всей длине.

3. Традиционные способы  усиления фундаментов.

Усиление фундаментов существующих зданий применяется так же давно, как и само строительство. Методы и способы усиления до середины текущего столетия были столь же традиционны, как и конструкции фундаментов. Изменения происходили лишь в части применяемых материалов и преследовали главную цель - наряду с восстановлением прочности кладки, увеличение площади опирания существующих фундаментов, снижение удельных величин давления от сооружения на грунт и уменьшение величин осадок.

Чаще всего такое усиление включает полную или частичную замену разрушенной кладки фундаментов, а также увеличение площади его опирания путем прикладки обойм или банкетов к телу существующего фундамента, а также устройство дополнительных фундаментов или опор рядом с существующими. Для лучшей связи с существующими фундаментами прикладка осуществляется "вперевязку" со старой кладкой. Опирание прикладок на грунты основания могло быть осуществлено на разных уровнях относительно подошвы усиляемого фундамента, выше ее, на одном уровне, а нередко, при низком уровне грунтовых вод и ниже подо3вы существующих фундаментов. Как правило, прикладки выполнялись из естественного камня, аналогично материалу усиляемого фундамента. Прикладки могли также опираться на забитые рядом с существующим фундаментом деревянные сваи.

В конце XIX в., с внедрением в строительную практику цемента, обоймы и банкеты начали выполнять из бутобетона, бетона и затем железобетона, в основном монолитными, но в последние годы, иногда, и сборно-монолитными. Кроме обойм и банкетов применяется также введение ниже подошвы усиляемых фундаментов железобетонных плит и балок (лежней).

На рис.2 представлены наиболее распостраненные традиционные конструкции усиления фундаментов.

Рис. 2

Рис. 2 (а-в) иллюстрирует устройство расширяющих обойм, рис. 2г - применение банкетов, с предварительным обжатием грунта под подошвой уширяющей части. В ряде случаев увеличение площади опирания фундаментов может быть достигнуто подводкой монолитных железобетонных плит различных конструкций под всей или частью площади здания.

Все рассмотренные выше способы усиления фундаментов применяются достаточно широко до настоящего времени, особенно в реставрационной практике, несмотря на ряд существенных отрицательных моментов, связанных с низкой эффективностью такого усиления и производством работ при его реализации. К таким моментам можно отнести большой объем земляных работ по откопке усиляемых фундаментов, часто выполняемых вручную, причем, во избежание развития дополнительных деформаций усиляемых зданий, эти работы должны выполняться захватками определенной длины. Бетонирование обойм, банкетов и подводка лежней под подошву усиляемого фундамента также выполняется вручную; необходимость предварительного обжатия грунтов основания под уширяющими элементами для включения их в работу фундамента, что, как правило, в силу как объективных, так и субъективных причин, качественно выполнить не представляется возможным; невозможность выполнить усиление этими способами при высоком уровне подземных вод, сезонные ограничения производства работ, позволяющие их проведение только при общих положительных температурах наружного воздуха, и, наконец, необходимость изменения конструкций существующих фундаментов и их внешнего вида при усилении, что недопустимо при реставрации памятников архитектуры, так как фундаменты являются их неотъемлемым элементом и также могут рассматриваться как памятники инженерного искусства. Перечисленные недостатки рассмотренных способов усиления фундаментов практически сводят к минимуму возможный положительный эффект их применения. При современном подходе к решению проблемы увеличения несущей способности фундаментов реконструируемых и реставрируемых зданий старой постройки эти методы, за редким исключением, являются анахронизмом, который может быть объяснен лишь отсутствием необходимой техники и оборудования для применения современных способов и конструкций усиления, получивших широкое распространение в мировой практике (9, 10, 13).

4. Современные методы усиления  фундаментов.

В практике реконструкции и реставрации в настоящее время находят применение как методы усиления фундаментов, базирующиеся на традиционных, так и принципиально новые, разработанные в течение последних 50 лет. Все эти методы рассчитаны на высокую степень механизации работ, при сведении к минимуму ручного труда, и новые технологии. Далее рассмотрены некоторые из многочисленных способов усиления.

На рис.3 представлены способы усиления фундаментов, представляющие собой развитие традиционных схем, с применением современных материалов и технологий.

Рис. 3

На рис. 3а показано увеличение площади опирания усиляемых фундаментов с помощью обойм по методу Н.И. Страбахина. Он заключается в установке с обеих сторон усиляемого фундамента сборных железобетонных блоков, нижняя часть которых стянута анкерами, пропущенными через существующий фундамент и блоки усиления. В верхней части блоки разжимают забивными клиньями или домкратами, в результате чего блоки, поворачиваясь вокруг нижней точки, в уровне закрепления анкеров, обжимают грунт под подошвой блоков. После обжатия грунтов основания щели между существующим фундаментов и блоками усиления заполняют бетонной смесью. Рассмотренный способ имеет присущие традиционным способам усиления недостатки, требует выполнения значительного объема земляных работ и ручного труда, однако более надежен, так как позволяет выполнить обжатие грунтов основания под подошвой уширяемой части фундаментов и тем самым способствовать включению их в работу уже в процессе выполнения усиления.

На рис. 3б, в представлены способы увеличения площади опирания существующих фундаментов. Их применение позволяет свести к минимуму земляные работы, которые сводятся к устройству песчано-гравийной подушки толщиной 40-60см, отсыпаемой с уплотнением взамен насыпных грунтов в пределах площади уширяющих элементов. Суть способа состоит в устройстве в уровне отметки земли, пола 1-го этажа или подвала консольной железобетонной конструкции, заанкеренной в кладку несущей стены здания и позволяющей увеличить площадь опирания фундаментов, воспринимающего нагрузку от существующего здания. Применение рассматриваемого способа позволяет совмещать конструкцию усиления с отмостками здания, полами 1-го этажа или подвала. Элементы конструкции усиления выполняются в монолитном, сборно-монолитном и сборном железобетоне с армированием жесткой арматурой. В ряде случаев, при значительном вылете консоли конструкции усиления, целесообразно ее применение в сочетании с предварительно напряженным анкером, заделываемым в тело существующего фундамента (рис. 3в). Отверстия для анкерования конструкций усиления в несущие стены, опоры и фундаменты реконструируемого здания выполняются буровым способом с использованием стандартного бурового оборудования. Производство работ ведется с применением различных механизмом, ручной труд используется минимально. Рассмотренные способы предложены автором (6).

Аналогичным образом решается задача увеличения площади опирания фундаментов существующего здания с помощью фундаментных плит по способу ЦНИИСК им. Кучеренко (рис. 3г), (1). Сборные железобетонные плиты дополнительного фундамента укладывают на уплотненную щебеночную подготовку. Плиты располагаются рядами в виде лент, уложенных в направлении продольной оси здания. По ним выполняют монолитную железобетонную конструкцию нажимных рам, которые состоят из нижних горизонтальных ригелей сечением 40×60см и наклонных стоек-упоров такого же сечения. Рамы передают усилия на пояса-обвязки поперечных стен, устраиваемые в их кладке. Для образования замкнутого контура нажимных рам, над ними, в плоскости перекрытия, выполняют монолитные железобетонные участки в виде полос шириной 60см и высотой, равной толщине плит перекрытий.

Рис. 4

Другая группа методов служит для усиления конструкций существующих фундаментов без изменения их геометрических размеров при достаточной несущей способности грунтов основания. К ним относится, в частности, метод укрепительной цементации (рис. 4а). При неудовлетворительном состоянии материала фундаментов (наличие механических повреждений, осадочных трещин, расслоения и разрушения кладки в результате размораживания и т.п.), целесообразно выполнять их укрепление следующим образом. В теле фундамента разбуриваются или пробиваются отверстия для установки инъекторов диаметром 25 – 30 мм. шаг таких отверстий по длине ленточного фундамента определяют эмпирически и, как правило, он равен 50-100см. В отверстие вводят инъектор, через который под давлением 0.2 - 0.6 МПа нагнетают жидкий цементный раствор, заполняющий объем пустот и неплотностей в кладке фундамента в радиусе 0.6 - 1.2м вокруг инъектора.

Укрепительная цементация выполняется с использованием различных технологий, специального оборудования, оснастки и т.п.

Метод укрепительной цементации часто применяют в сочетании с торкретированием поверхности усиляемого фундамента, в том числе, по металлической сетке. Слой торкретбетона защищает боковую поверхность усиляемого фундамента от неблагоприятного воздействия подземных вод и служит в качестве вертикальной гидроизоляции (1, 5).

В ряде случаев, по подобной технологии выполняют усиление конструкций существующих фундаментов с помощью силикатизации, смолизации, битумизации и инъекции в них других химических составов, часто с одновременным усилением этими способами грунтов основания.

Когда несущая способность грунтов основания недостаточна, а реконструируемое здание получило деформации за счет значительных по величине неравномерных и часто нестабилизировавшихся осадок, а также при наличии высокого уровня подземных вод, затрудняющих выполнение уширения или дополнительного заглубления фундаментов, целесообразно проводить усиление фундаментов конструкциями, позволяющими передавать нагрузку от сооружения на расположенные ниже подо3вы фундаментов плотные, малосжимаемые грунты основания. Такими конструкциями могут служить свайные фундаменты. В практике реконструкции и реставрации находят применение сваи разных типов, при выборе которых в каждом конкретном случае определяющим является состояние и вид усиляемого сооружения, наличие специального оборудования для устройства свай и, наконец, опыт и "традиции" организаций, выполняющих работы (8, 9).

Усиление существующих фундаментов с помощью свай осуществляется по различным схемам. На рис. 4в приведен способ усиления "выносными сваями", располагаемыми с одной или двух сторон усиляемого фундамента. Чаще всего это буронабивные и набивные сваи. Технология устройства таких свай включает бурение тем или иным способом вертикальных скважин с защитой их стенок от обрушения обсадными трубами, извлечение из скважины разрабатываемого грунта и последующее заполнение готовой скважины бетонной смесью и армированием ее. В зависимости от типа свай последовательность выполнения технологических операций может быть иной (8, 13). В качестве свай усиления применяют различные типы свай включая буронабивные сваи большого диаметра типа "Беното", сваи Страуса, винтонабивные, пневмонабивные и другие (7).

Другим, достаточно широко используемым при усилении существующих фундаментов, типом свайных конструкций являются задавливаемые сваи. На рис. 4б представлена схема производства работ при задавливании свай. Технология работ по задавливанию свай описана в соответствующей технической литературе (2, 3).

Обычно сваи усиления располагают с двух сторон усиляемого фундамента и передают на них нагрузку от сооружения через поперечные балки, устанавливаемые в пробиваемые в фундаменте (рис. 4в), но в случае отсутствия доступа для оборудования с одной из сторон фундамента, они могут быть выполнены и с одной (наружной) стороны здания в два ряда с консольной поперечной балкой. При этом сваи первого от усиляемого фундамента ряда воспринимают вдавливающую нагрузку от веса здания, а сваи второго ряда - выдергивающую.

При всех достоинствах способов усиления существующих фундаментов сваями, они обладают рядом существенных недостатков. Общими из них являются необходимость выполнения большого объема земляных работ, связанных с обнажением усиляемых фундаментов до подошвы, а часто, и ниже ее на время работ, что само по себе достаточно рисковано, большая трудоемкость, необходимость частичного разрушения существующих фундаментов, неуниверсальность применения по грунтовым условиям, высокая стоимость работ и большие затраты времени, в том числе на предварительные работы.

Этих недостатков в значительной мере лишены нашедшие широкое применение в России и зарубежом методы "струи" и буроинъекционных или "корневидных" свай (рис. 4г,д; 5а,б).

Рис. 5