Исследования показывают, что по эффективности сдерживания поперечных деформаций кирпичной кладки указанная обойма приближается к железобетонной.

Расчет конструкций из кирпичной кладки, усиленной стальной обоймой по предложенному методу, при центральном и внецентренном сжатии при эксцентриситетах, не выходящих за пределы ядра сечения, рекомендуется производить по формуле

, (5.24)

N - продольная сила;

A - площадь сечения усиливаемой кладки;

A - площадь сечения продольных уголков стальной обоймы;

R_sw - расчетное сопротивление поперечных планок обоймы назначаемое в соответствии с [40, табл.10];

R_sc - расчетное сопротивление уголков [40, табл. 10];

φ - коэффициент продольного изгиба;

m_g - коэффициент, учитывающий влияние длительного воздействия нагрузки;

m_k - коэффициент условий работы кладки, принимаемый равным 1 для кладки без повреждений и 0,7 для кладки с трещинами;

μ - процент армирования поперечными планками, определяемый по формуле

100,

где h и b - размеры сторон усиливаемого элемента;

S - расстояние между осями поперечных планок, принимаемое не более 50 см (h ≥ S ≤ b).

Коэффициенты ф и η принимаются при центральном сжатии ф=1; η=1, при внецентренном сжатии определяются по формулам:

;

где e₀ - эксцентриситет приложения сжимающей силы N.

Пример 4.8. В связи с реконструкцией, требуется усилить кирпичный простенок сечением bхh=64x64 см для восприятии сжимающей силы N=630 кН, приложенной с эксцентриситетом e₀ = 5 см. Расчетная высота столба l₀=2,8 м.

Характеристика материалов

Кирпич глиняный, пластического прессования марки 75, раствор марки 25, R = 1,1 МПа; а = 1000.

Кладка имеет повреждения m_k = 0,7. Вертикальная арматура стальной обоймы из четырех уголков 50x50 мм A = 19,2 см², R_sc = 43 МПа; поперечные планки из полосовой стал R_sw = 150 МПа.

Усиление стальной обоймой проектируем в двух вариантах.

1-й вариант - традиционный (по оштукатуренной поверхности простенка).

2-й вариант - на напрягающем цементе.

Находим общие расчетные параметры.

Коэффициенты:

m_q = 1;

Гибкость

Коэффициент φ = 0,992.

Определяем составляющую усилия, которая воспринимается поперечными планками обоймы:

0,7·1,1·10³·0,41 - 43·10³·19,2·10⁴ = 356кН.

Пользуясь формулой [40, (71)], определяем требуемый процент поперечного армирования для 1-го варианта усиления:

356=0,688

откуда μ = 2,13%.

Принимаем шаг поперечных планок S = 25 см. Площадь поперечного сечения планки определяем по формуле

см².

Пользуясь формулой (4.24), находим требуемый процент поперечного армирования для второго варианта усиления:

356=0,688

откуда μ = 0,64%.

Площадь поперечного сечения планки при заданном шаге S = 25 см² будет равна:

см².

Таким образом, расход стали на поперечные планки при усилении по 2-му варианту сокращается примерно в 3,3 раза.

Примечание. Для восприятия сжимающей силы N = 500 кН (при тех же исходных данных) расход металла на поперечные планки во 2-м варианте будет меньше в 1,7 раза.

Усиление фундаментов

Фундаменты являются важным элементом здания, обеспечивающим его прочность, устойчивость и долговечность, в связи с чем вопросам их усиления придается большое значение.

Понятие "усиление фундаментов" включает в себя несколько моментов: усиление грунтового основания, увеличение площади подошвы фундамента и его разгрузка за счет устройства дополнительных опор. Следует отметить, что особенно неблагоприятна для большинства зданий неравномерная осадка фундаментов, обусловленная неоднородностью грунтового основания и ухудшением его свойств при замачивании. Поэтому при усилении фундаментов часто оказывается достаточным улучшить физико-механические характеристики грунтового основания способами, изложенными в табл.4.10.

Из рассмотренных способов наибольшее распространение получили цементация и силикатизация грунтов.

Таблица 4.10

Способы повышения физико-механических

характеристик грунтового основания

Метод Закрепления грунта	Сущность метода	Грунт	Допустимые параметры применения	Эффекты усиления: Прочность, МПа
водонепроницаемость, В
Цементация	Нагнетание цементной суспензии	Крупнозернистые пески	Кф≥80 м/сут
Двухрастворная силикатизация	Последовательное нагнетание растворов силиката натрия и хлористого кальция	Пески	Кф=80-2 м/сут
Однорастворная силикатизация	Нагнетание раствора силиката натрия	Лессы	Кф=2-0,1 м/сут
То же	То же, с отвердителем	Мелкие пылеватые пески	Кф=5-0,5 м/сут
Смолизация	Нагнетание раствора карбамидной смолы с отвердителим	Пески	Кф=5-0,5 м/сут
Термический способ	Сжигание топлива в скважине	Лессы, лессовидные суглинки и черноземы	Воздухонепроницаемость не менее 0,1 м/с	1-4
(водоустойчивость)

При усилении бутобетонных фундаментов старых зданий хорошо зарекомендовал себя метод железобетонной обоймы (табл.4.П.), который позволяет увеличить площадь подошвы фундамента и одновременно повысить его прочность. Для этого в фундаменте пробиваются сквозные отверстия, через которые пропускаются стальные или железобетонные балки с шагом 2-3 м. После укладки арматурных сеток или каркасов заливается бетонная смесь. Совместная работа обоймы и фундамента обеспечивается балками и силами трения по поверхности контакта.

С целью повышения эффективности обоймы перед ее устройством производится обжатие грунта основания бетонными блоками (банкетами) при помощи домкрата (табл.4.11, п.2).

Усиление осуществляется следующим образом: в предварительно пробитые в фундаменте отверстия вставляются балки (поз.1) и замоноличиваются бетоном класса В15-В20. Затем укладываются банкеты и на них - домкрат в распор с балкой. Усилие обжатия грунта домкратом фиксируется с помощью распорок, а затем - отвердевшим бетоном обоймы. Работы по усилению производятся; последовательно, участками по всей длине фундамента.

Если прочность материала фундамента низкая и не позволяет выполнить обжатие грунта выше упомянутым способом, то фундамент предварительно усиливают продольными балками, укладываемыми на растворе в специально устроенные ниши (табл.4.11, п.3).

Усиление фундаментов сваями получило в последнее время широкое развитие при реконструкции зданий. В табл.4.12, п.1 показан способ усиления набивными сваями, скважины под которые делаются посредством пневмопробойника импульсно-упорного действия. По данным [9] при сравнительно небольшой мощности воздействующего механизма пробойник позволяет получать в пылевато-глинистых грунтах скважины диаметром 12-20 см без выемки грунта, что очень удобно в стесненных условиях реконструкции. Кроме того, вокруг скважины создается зона уплотненного грунта, обеспечивающая благоприятные условия для работы сваи.

В табл.4.12 представлены способы усиления фундамента сваями, состоящими из последовательно вдавливаемых в грунт секций. Сваи могут быть из стальных труб или железобетонными. Задавливание секций, имеющих длину 0,5-1,5 м, осуществляется с помощью домкрата, установленного под фундаментом в специально вырытой нише или же по обе стороны от фундамента. Наращивание секций сваи производится до тех пор, пока сопротивление вдавливанию не достигнет заданного проектом предельного значения. Затем давление в гидродомкрате сбрасывается до величины, при которой определяется контрольное погружение. Величина контрольного погружения должна быть не более 0,1 мм за 30 минут наблюдений. Параметры усиления фундаментов способом вдавливания свай регламентируются инструкцией [10]. Установки для вдавливания УБПС-640, 660, 3000 рассчитаны соответственно на усилия 640, 660 и 3000 кН, минимальный шаг свай составляет 450-600 мм.

Эффективность усилия в каждом конкретном случае определяется в зависимости от технического состояния существующего фундамента и ожидаемого после реконструкции увеличения нагрузки.

Таблица 4.11

Усиление фундамента наращиванием

№ п/п	Способ усиления. Эскиз усиления	Элементы усиления
№ поз.	Основные параметры
	Усиление без обжатия грунта основания		Балка I 16...24 Бетон наращивания кл. В12,5...В20 Арматурная сетка из стержней кл. А1 Ø10... 12 с шагом 200
	Усиление с обжатием грунта основания		Балка I 16...24 Бетон наращивания кл. В12,5...В20 Домкрат Бетонный блок (сборный)
	Усиление стальной обвязкой и обжатием грунта основания		Балка I 16...2 Бетон наращивания кл. В12,5...В2 Домкрат Бетонный блок Балка [ 20...26

Таблица 4.12

Усиление фундамента сваями

№ п/п	Способ усиления. Эскиз усиления	Элементы усиления
№ поз.	Основные параметры
	Усиление буронабивными сваями		Балка 16...24 Бетон кл. В12,5...В20 Буронабивная свая Ø120...200 Арматурный каркас
	Усиление вдавливанием свай вне фундамента		Железобетонная балка (ростверк) Стальные тяжи Ø20...25 Домкрат Элемент свай
	Усиление вдавливанием свай под фундаментом		Домкрат Элемент сваи Распределительная плита Направляющая стойка