rekonstruktsiya zhilykh zdanii chast i tekhnologii vosstanovleniya ekspluat

А.А. Афанасьев, Е.П. Матвеев

РЕКОНСТРУКЦИЯ ЖИЛЫХ ЗДАНИЙЧасть IТехнологии восстановления эксплуатационнойнадежности жилых зданий

Москва 2008

Рекомендовано Учебно-методическим объединением вузов РФ вкачестве учебного пособия для студентов, обучающихся понаправлению 270100 «Строительство»

Москва 2008

Содержание

ПРЕДИСЛОВИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ОБЪЕМНО-ПЛАНИРОВОЧНЫЕ И КОНСТРУКТИВНЫЕРЕШЕНИЯ РЕКОНСТРУИРУЕМЫХ ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ

§ 1.1. Роль реконструкции зданий в решении социально-экономических иградостроительных задач

§ 1.2. Градостроительные аспекты реконструкции жилой застройки

§ 1.3. Характеристика жилищного фонда старой постройки

§ 1.4. Объемно-планировочные и конструктивные решения домов первыхмассовых серий

§ 1.5. Жизненный цикл зданий

§ 1.6. Моделирование процесса физического износа зданий

§ 1.7. Условия продления жизненного цикла зданий

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

1

www.princexml.com

Prince - Non-commercial License

This document was created with Prince, a great way of getting web content onto paper.

§ 1.8. Основные положения по реконструкции жилых зданий различныхпериодов постройки

ГЛАВА 2 ИНЖЕНЕРНЫЕ МЕТОДЫ ДИАГНОСТИКИ ТЕХНИЧЕСКОГОСОСТОЯНИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ

§ 2.1. Общие положения

§ 2.2. Физический и моральный износ зданий

§ 2.3. Методы обследования состояния зданий и конструкций

§ 2.4. Инструментальные средства контроля технического состояниязданий

§ 2.5. Определение деформаций зданий

§ 2.6. Дефектоскопия конструкций

§ 2.7. Дефекты крупнопанельных зданий

§ 2.8. Статистические методы оценки состояния конструктивныхэлементов зданий

ГЛАВА 3 МЕТОДЫ РЕКОНСТРУКЦИИ ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ

§ 3.1. Общие принципы реконструкции жилых зданий

§ 3.2. Архитектурно-планировочные приемы при реконструкции жилыхзданий ранней постройки

§ 3.3. Конструктивно-технологические решения при реконструкциижилых зданий старой постройки

§ 3.4. Методы реконструкции малоэтажных жилых зданий первыхмассовых серий

§ 3.5. Конструктивно-технологические решения при реконструкциизданий первых массовых серий

ГЛАВА 4 МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ НАДЕЖНОСТИ ИДОЛГОВЕЧНОСТИ РЕКОНСТРУИРУЕМЫХ ЗДАНИЙ

§ 4.1. Физическая модель надежности реконструируемых зданий


2

§ 4.2. Основные понятия теории надежности

§ 4.3. Основная математическая модель для изучения надежностизданий

§ 4.4. Методы оценки надежности зданий с помощью математическихмоделей

§ 4.5. Асимптотические методы в оценке надежности сложных систем

§ 4.6. Оценка среднего времени до возникновения отказа

§ 4.7. Иерархические модели надежности

§ 4.8. Пример оценки надежности реконструируемого здания

ГЛАВА 5 ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ И ОРГАНИЗАЦИИРЕКОНСТРУКЦИИ ЗДАНИЙ

§ 5.1. Общая часть

§ 5.2. Технологические режимы

§ 5.3. Параметры технологических процессов при реконструкции зданий

§ 5.4. Подготовительные работы

§ 5.5. Механизация строительных процессов

§ 5.6. Технологическое проектирование

§ 5.7. Проектирование технологических процессов реконструкциизданий

§ 5.8. Календарные планы и сетевые графики

§ 5.9. Организационно-технологическая надежность строительногопроизводства

ГЛАВА 6 ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА РАБОТ ПО ПОВЫШЕНИЮ ИВОССТАНОВЛЕНИЮ НЕСУЩЕЙ И ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙСПОСОБНОСТИ КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ

§ 6.1. Технологии укрепления оснований


3

§ 6.1.1. Силикатизация грунтов

§ 6.1.2. Закрепление грунтов цементацией

§ 6.1.3. Электрохимическое закрепление грунтов

§ 6.1.4. Восстановление оснований фундаментов с карстовымиобразованиями

§ 6.1.5. Струйная технология закрепления грунтов основанийфундаментов

§ 6.2. Технологии восстановления и усиления фундаментов

§ 6.2.1. Технология усиления ленточных фундаментов монолитнымижелезобетонными обоймами

§ 6.2.2. Восстановление несущей способности ленточных фундаментовметодом торкретирования

§ 6.2.3. Усиление фундаментов сваями

§ 6.2.4. Усиление фундаментов буроинъекционными сваями сэлектроимпульсным уплотнением бетона и грунтов

§ 6.2.5. Усиление фундаментов сваями в раскатанных скважинах

§ 6.2.6. Усиление фундаментов многосекционными сваями,погружаемыми методом вдавливания

§ 6.3. Усиление фундаментов с устройством монолитных плит

§ 6.4. Восстановление водонепроницаемости и гидроизоляции элементовзданий

§ 6.4.1. Вибрационная технология устройства жесткой гидроизоляции

§ 6.4.2. Восстановление гидроизоляции инъецированиемкремнийорганических соединений

§ 6.4.3. Восстановление наружной вертикальной гидроизоляции стенфундаментов


4

§ 6.4.4. Технология повышения водонепроницаемости заглубленныхконструкций зданий и сооружений путем создания

кристаллизационного барьера

§ 6.5. Технология усиления кирпичных стен, столбов, простенков

§ 6.6. Технология усиления железобетонных колонн, балок иперекрытий

ГЛАВА 7 ИНДУСТРИАЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ЗАМЕНЫ ПЕРЕКРЫТИЙ

§ 7.1. Конструктивно-технологические решения замены междуэтажныхперекрытий

§ 7.2. Технология замены перекрытий из мелкоштучных бетонных ижелезобетонных элементов

§ 7.3. Технология замены перекрытий из крупноразмерных плит

§ 7.4. Возведение сборно-монолитных перекрытий в несъемной опалубке

§ 7.5. Технология возведения монолитных перекрытий

§ 7.6. Эффективность конструктивно-технологических решений позамене перекрытий

ГЛАВА 8 ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИРЕКОНСТРУИРУЕМЫХ ЗДАНИЙ

§ 8.1. Эксплуатационные характеристики ограждающих конструкций

§ 8.2. Повышение энергоэффективности ограждающих конструкций

§ 8.3. Характеристики теплоизоляционных материалов

§ 8.4. Технологии утепления фасадов зданий с изоляцией штукатурнымипокрытиями

§ 8.5. Теплоизоляция стен с устройством вентилируемых фасадов

§ 8.6. Технологии устройства вентилируемых фасадов

§ 8.7. Оценка эксплуатационной надежности и долговечностиутепленных фасадных поверхностей


5

§ 8.8. Управляемые технологии энергопотребления жилых зданий

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приведены характеристики жилого фонда различных периодовпостройки, основные виды дефектов и их влияния наэксплуатационную надежность зданий. Приведены теоретическиеисследования математических методов оценки надежности идолговечности зданий, практические рекомендации инженерныхметодов диагностики технического состояния зданий.

Разработаны основные положения по технологии и организациипроизводства работ по ликвидации дефектов, способствующихпродлению жизненного цикла зданий.

Приведены методы технологического проектирования на основекомплексной механизации технологических процессов, оценка ивлияние организационно-технологической надежностистроительного производства в зависимости отресурсообеспечения, методов, технологий и конструктивныхрешений.

Даны современные технологии производства работ поповышению и восстановлению эксплуатационной надежностижилых зданий: усилению фундаментов, повышению несущейспособности основных конструкций стен, колонн, перекрытий,технологии замены перекрытий.

Рассмотрены вопросы повышения энергоэффективности зданийпутем утепления ограждающих конструкций, примененияэнергоэффективных светопрозрачных конструкций, снижениятеплопотерь за счет вентиляционных эффектов и др.

Приведены технологические особенности производства работ поутеплению стен с защитой штукатурными покрытиями ивентилируемых фасадов.

Рассмотрены общие принципы повышения энергоэффективностиуправляемых режимов теплоснабжения жилых домов.

Книга рассчитана на специалистов жилищно-коммунальногохозяйства, проектировщиков, работников высшей школы,студентов и аспирантов.


6

Рецензенты:

Головнев С.Г. - член-корр. РААСН, д-р техн. наук, проф.,заведующий кафедрой «Технология строительного производства»Южно-Уральского государственного университета;

Олейник П.П. - д-р техн. наук, проф., заведующий кафедрой«Организация строительства» Московского государственногостроительного университета.

ПРЕДИСЛОВИЕНа протяжении многих лет отсутствовало планомерное

восстановление и повышение эксплуатационных характеристикжилого фонда и инженерной инфраструктуры городов. Из общегообъема 2809,8 млн. м2, что составляет около 30 % всеговоспроизводимого имущества РФ, более 50 млн. м2 составляетветхий и аварийный фонд с износом 70 %, 11 % жилых зданийнуждается в капитальном ремонте, а 9 % - в реконструкции.Значительную часть жилищного фонда (около 250 млн. м2)представляют дома первых массовых серий, возведенные в период50-60-х годов. На сегодня они морально устарели, имеют рядконструктивных недостатков, не отвечают действующим нормампо площади квартир, кухонь, подсобных помещений.Энергозатраты таких домов превышают современные нормативы в2,5-3 раза. Эксплуатационные расходы на предоставляемые услугипо отоплению, водоснабжению и энергоснабжению неоправданновелики.

Состояние жилого фонда таково, что задержка с проведениемвосстановительных работ на 5-10 лет может привести кнеобходимости сноса домов в объеме более 20 % существующегожилого фонда.

Многие из крупнопанельных, блочных и кирпичных зданийвысотой 9-12 этажей, построенные в период 70-80-х годов,нуждаются в комплексной санации в первую очередь со стороныулучшения теплотехнических свойств, в замене инженерногооборудования и ликвидации морального износа. Только в Москветаких жилых домов более 6300 с общей площадью 53 млн. м2.

Правительством РФ принята программа по ликвидации ветхого иаварийного жилья. Фонд реформ ЖКХ предусматривает ежегодное


7

финансирование из федерального бюджета в объеме 250 млрд. руб.и 120 млрд. руб. из региональных бюджетов. Из них 100 млрд. руб.предназначено для переселения граждан из аварийного жилья и150 млрд. руб. - на реконструкцию и ремонт жилого фонда.

Рациональное использование выделенных средств позволит вкороткие сроки решить комплекс проблем ЖКХ.

Определяющая роль в решении вопросов восстановления жилогофонда отводится комплексным региональным программам,учитывающим также строительство социально важныхдошкольных объектов, медицинских центров, торговых испортивных сооружений, сети дорог и др. инфраструктуры.

Реализация конкретных проектов реконструкции позволилаполучить ощутимый экономический эффект за счет снижения на30-40 % эксплуатационных расходов на отопление, 2-3-кратногосокращения водопотребления, на 15-20 % снизить потери наэнергоснабжение, что в условиях реформы ЖКХ является важнымфактором для населения.

Книга состоит из двух частей и включает 14 глав, содержаниекоторых раскрывает технологические особенности реконструкциикак отдельных зданий, так и застройки.

Первая часть посвящена вопросам оценки физического иморального износа зданий различных периодов постройки, оценкиих надежности и долговечности.

Рассматриваются общие вопросы производства строительно-монтажных работ при реконструкции зданий: проектированиетехнологических процессов, состав проектов производства работпо реконструкции, организационно-технологические принципы иих надежность; экономическая оценка инвестиционных проектов идругие вопросы.

Вторая часть посвящена исследованию технологийреконструкции жилых зданий различных периодов постройки.Рассматривается реконструкция жилого фонда ранней постройки,в основе которой заложен метод встроенных систем сиспользованием сборных, сборно-монолитных и монолитныхсистем. Приводятся технологии производства работ приреконструкции зданий с сохранением и увеличением(надстройкой) строительного объема, рациональногоиспользования подземного пространства, особенности выполнения


8

строительно-монтажных работ в стесненных условиях городскойзастройки.

Приводятся конструктивно-технологические решения пореконструкции зданий первых и последующих массовых серий.Исследованы методы реконструкции, основанные на надстройкеэтажей и пристройке объемных элементов, одно- и двустороннегорасширения корпусов. Дается оценка индустриальных технологийреконструкции зданий, основанных на использованииукрупненных и объемных элементов заводского производства.Рассматриваются технологические особенности реконструкциизданий без отселения жильцов.

При написании книги использованы материалы проектныхразработок ЦНИИЭПЖилища, МНИИТЭП, методическиерекомендации по реконструкции жилых зданий различныхконструктивных схем Госстроя России, работы РААСН, опытреконструкции в городах Санкт-Петербурге, Екатеринбурге,Казани, Московской области, зарубежный опыт и др.

ВВЕДЕНИЕРеконструкция жилых зданий является одним из важных

направлений решения жилищной проблемы. Она позволяет нетолько продлить жизненный цикл, но и существенно улучшитькачество жилища, ликвидировать коммунальное заселение,оснастить дома современным инженерным оборудованием,улучшить архитектурную выразительность зданий, повысить ихэнергоэффективность, эксплуатационную надежность идолговечность.

С каждым годом возрастает потребность в реконструкции ивосстановлении жилищного фонда страны, поскольку кморальному износу зданий добавляется физический износконструктивных элементов и инженерных систем, что ускоряетобщий процесс старения.

Минимально необходимые объемы реконструкции жилых зданийв РФ составляют более 700 млн. кв. м. общей площади. Из нихоколо 6 % жилых зданий - дореволюционной постройки, 27 % -построенных в довоенные и послевоенные годы, более 250 млн.жилых зданий - первого поколения индустриальногодомостроения.


9

Реконструкция связана с восстановлением эксплуатационныхпоказателей и усилением несущих элементов зданий. Эти работытребуют индивидуальных подходов, отличных от конструктивныхрешений при новом строительстве.

Как правило, реконструкция жилых зданий проводится вусловиях повышенной стесненности, что не позволяетиспользовать оптимальные комплексы строительных машин имеханизмов. Это обстоятельство требует разработки новыхметодов производства работ, организационно-технологическихрешений, привлечения специальной техники и технологии.Острота этой проблемы повышается при производствереконструктивных работ без отселения жильцов.

Одной из важных задач реконструкции жилого фонда являетсяувеличение плотности застройки. Реконструкция жилого фондапутем увеличения его этажности позволяет в некоторой степенирешить эту проблему. Наиболее рациональным и экономическиэффективным является повышение плотности застройки путеммалоэтажной надстройки и обстройки зданий, устройствамногоэтажных вставок между реконструируемыми домами ивозведения отдельно стоящих жилых корпусов, создания объектовинфраструктуры, более продуктивного использования подземногопространства.

Комплексное решение реконструкции квартальной застройкипозволяет создать комфортные условия проживания, отвечающиесовременным требованиям городской среды.

Существенным фактором повышения эффективностиреконструкции и снижения социальной напряженности являетсяиспользование индустриальных технологий, обеспечивающихснижение общей продолжительности и стоимости работ.

Проблема реконструкции жилых зданий рассматривается спозиции принципа интегральности, предполагающегокомплексное рассмотрение внешних и внутренних факторов,воздействующих на здание в процессе его эксплуатации, исистемного подхода, означающего принятие решений по выборунаиболее рациональных методов и технологий реконструкциижилых зданий. При этом здание рассматривается как сложнаясистема, состоящая из конструкций, инженерного оборудования,элементов благоустройства и др., находящаяся под воздействиемвременных факторов внешней среды и внутренних воздействий отэксплуатации.


10

Намечены подходы к практической оценке надежности зданийс учетом степени износа конструктивных элементов и методов ихрегенерации. Математические и физические модели надежностидают качественную и количественную оценку состояния зданийдо и после реконструкции. Полученные методики позволяютпрогнозировать состояние зданий и их надежность сиспользованием временных параметров.

Адаптация разработок организационно-технологическойнадежности строительства, технологичности конструктивных иорганизационных решений позволила использовать рядпрогрессивных технологий, обеспечивающих комплекснуюреконструкцию поквартальной застройки.

Установлено, что принципы оптимизации организационно-технологических решений могут быть адаптированы к условиямреконструктивных работ, осуществляемых, как правило, настесненных площадках городской застройки.

Использована преимущественно концепция, в основе которойзаложен принцип малоэтажной надстройки зданий. Этообстоятельство связано с минимизацией затрат на усилениеконструкций и максимальным сохранением существующихинженерных сетей. Такое решение наиболее рационально привыполнении реконструкции жилого фонда малых и среднихгородов.

Рассмотрены методы и технологии, повышающиеэксплуатационные характеристики зданий и обеспечивающиеснижение теплопотерь, расхода энергоносителей, вибро- иакустических воздействий на жилые помещения, а такжеобеспечивающие условия комфортного проживания.

Книга включает новые отечественные и зарубежные достиженияв области технологии реконструкции жилых зданий различныхпериодов постройки и может представлять интерес дляспециалистов в области жилищного строительства, студентов иаспирантов.

ГЛАВА 1ОБЪЕМНО-ПЛАНИРОВОЧНЫЕ И


11

КОНСТРУКТИВНЫЕРЕШЕНИЯРЕКОНСТРУИРУЕМЫХЖИЛЫХ ЗДАНИЙ

§ 1.1. Роль реконструкции зданий врешении социально-экономических иградостроительных задач

Жилищный фонд городов и поселков городского типа Россиисоставляет 2,909 млрд. м2 общей площади с населением более70 % общего числа. Он характеризуется исключительнымразнообразием застройки, типов зданий, квартир. Средиразличных групп городов процентное распределение жилищногофонда составляет: крупные города (более 500 тыс. жителей) - 35;большие (свыше 100 тыс. жителей) - 27; средние (свыше 50 тыс.жителей) - 10; малые города - 28.

По периодам возведения жилой фонд распределяетсяследующим образом (%): дореволюционные постройки - 6; зданияпериода строительства 1917-1960 гг. - 24; постройки периода 1961г. по настоящее время - 70.

Наибольшую значимость представляют жилые дома первыхмассовых серий, общая площадь которых составляет около 250млн. м2.

Высокий уровень морального и физического износа требуетпринятия незамедлительных мер по реконструкции этого фонда.Срок эксплуатации таких зданий составляет 25-40 лет.

Анализ конструктивно-технологических решений и ихфизического состояния позволяет выделить ряд серий,реконструкция которых экономически нецелесообразна (К-7, ОД,П-32, 1-ЛГ-507). Их объем составляет менее 5 %. Эти серииявляются первыми шагами индустриального домостроения иобладают рядом конструктивно-технологических недостатков.


12

Наиболее массовыми являются крупнопанельные дома серии1-464 (около 78 млн. м2), 1-335 (более 28 млн. м2), здания скирпичными стенами серии 1-447 (более 60 млн. м2) и др. Степеньфизического износа таких зданий позволяет выполнить объемыреконструктивных работ с минимальными затратами навосстановление несущей способности, ликвидировать моральныйизнос путем увеличения площадей за счет пристройки объемов,надстройки 1 - 2 этажами.

Таблица 1.1

Жилищный фонд Российской Федерации, размещенный в 4-,5-этажных домах первых массовых серий

Общая площадь, тыс. м2

В том числе со сроком эксплуатации, летСерии типовых проектов

Всего

27-31 32-40

1-464(1-464 А) 77792,2 41018,0 36773,5

1-335 28211,9 12145,5 18066,4

1-468(1-468 БНЧ) 2735,5 1179,8 1551,9

1-438 929,9 576,7 353,2

1-439 13419,6 7402,2 6017,4

1-447 60947,7 31728,7 29219,0

1-467 8079,7 5672,2 2407,5


13

1-510 6723,3 3329,7 3393,6

1-511 12092,2 5079,0 7013,2

1-515 13924,3 7838,7 6085,6

К-7 3474,8 - 3474,8

ОД 952,6 - 952,6

П-32 1274,1 - 1274,1

Г(ГИ) 1750,0 - 1750,0

1-ЛГ-507 4502,6 1907,0 2595,6

Прочие 2906,9 979,0 1927,9

ИТОГО 229713,3 119957,0 120856,3

Ежегодно увеличивается ветхий и аварийный жилой фонд сизносом, превышающим 50 %. На 1995 г. он составлял более 37млн. м2, в 2001 г. - около 50 млн. м2, в 2007 - более 80 млн. м2.

Около 2 % населения России проживают в жилых зданиях,подлежащих незамедлительному принятию решений по ихвосстановлению или сносу.

Распределение такого фонда по округам составляет*: Северо-Западный - 1,8 %, Центральный - 1,2 %, Приволжский - 1,7 %,Южный - 1,3 %, Уральский - 2,1 %, Сибирский - 2,7 %,Дальневосточный - 3,8 %.

Зарубежный опыт показывает, что вопросам реконструкциизданий отводится первостепенное значение. Из общего объема


14

финансирования доля на новое строительство составляет 20-30 %,тогда как оставшаяся часть идет на планомерную реконструкцию.При этом имеется в виду не только повышение капитальностизданий и восстановление их надежности, но и снижение фактораморального износа. По данным ЮНЕСКО, моральное устареваниежилых зданий происходит каждые 8 лет. Это обстоятельстводиктует необходимость проведения реконструктивных работименно с позиций морального износа и снижения уровнякомфортности проживания.

Доля затрат на реконструктивные работы достаточно высока.Эти данные подтверждаются многолетним опытом Скандинавскихстран (Швеция - 40 %, Финляндия - 51 %), Центральной Европы(Франция - до 60 %, Германия - 30-40 %, Великобритания - до 60%). Центр тяжести затрат, как правило, переносится на жилищныеобъекты как наиболее массовые и в меньшей степени на зданияобщественного и административного назначения.

Неудовлетворительное состояние жилого фонда требуетактивного использования моделей с приоритетом намодернизацию и реконструкцию. На рис. 1.1 представленопрогнозируемое развитие нового строительства и реконструкциисуществующего жилого фонда в денежном выражении для странВосточной и Западной Европы.


15

Рис. 1.1. Распределение затрат на реконструкцию и новоестроительство в странах Восточной и Западной Европы

Основная тенденция развития жилищного строительства вЗападной Европе состоит в переходе на малоэтажноестроительство с жилыми домами на 1-2 семьи и максимальнойподдержкой с помощью государственных субсидий.Преимущественное развитие приобретают модернизация иреконструкция. Для стран Восточной Европы преобладающейостается модель опережающего многоэтажного строительства именее интенсивного процесса восстановления и доведения досовременных требований эксплуатируемого жилого фонда*.

* Стратегия управления недвижимостью. Журнал «Недвижимость, Экономика,Управление», № 1, 2002.

Преимущественная инвестиция в области нового строительстваобеспечивает максимально быстрое извлечение коммерческой


16

прибыли. В то время как восстановление и повышениеэксплуатационной надежности и энергоэффективностисуществующего жилого фонда являются менее привлекательнымиобластями инвестиций. Ситуация усложняется тем, что в условияхсосуществования различных форм собственности на жильесистема финансирования ремонтно-восстановительных иреконструктивных работ осуществлялась за счет средств местныхбюджетов.

Основной причиной высокой степени износа жилищного фондаявляется несвоевременное проведение ремонтно-восстановительных работ, что является результатом ограниченныхсредств муниципальных бюджетов.

Вопросам реконструкции зданий в нашей стране уделялосьнедостаточно внимания. Так, основная масса финансированияпреимущественно направляется на новое строительство и только1,5-3 % средств выделяется на капитальный ремонт, модернизациюи реконструкцию. Требуемый ежегодный объем реконструктивныхработ составляет более 700 млн. м2. В то же время темпывосстановительных работ не превышают 4 % потребности.

Формирование фонда реформ ЖКХ, превышающего 350 млрд.руб., и программы ликвидации ветхого и аварийного жилья,принятой правительством РФ, позволит в кратчайшие срокирешить комплекс проблем по восстановлению жилого фонда исозданию инфраструктуры, отвечающей современнымтребованиям застройки.

Проблеме восстановления жилого фонда начали уделятьдолжное внимание в Москве, Санкт-Петербурге, Архангельске,Екатеринбурге, Сургуте, Северодвинске, Казани и других крупныхгородах, где разработаны долговременные программыреконструкции застройки как жилых зданий старой постройки, таки жилого фонда первых массовых серий.

РААСН, Ленжилпроект, ЦНИИЭПЖилища, Мосжилниипроект,МИИТЭП, МГСУ и другие научные и проектные организацииработают над проблемами реконструкции массовой застройки, чтопозволит разработать не только концепцию, но и наиболеерациональные организационно-технологические принципыреконструкции малоэтажных жилых домов.


17

Реконструкция жилого фонда заключается не только в егосохранении, но и в решении важных социальных иградостроительных задач.

Социальные аспекты данной проблемы наиболее остры и состоятв улучшении условий проживания населения и каждой семьи вотдельности, ликвидации коммунального заселения, сниженииморального износа зданий, эксплуатационных расходов,формировании инфраструктуры, адаптированной к современнымусловиям**.

** В условиях реформы жилищно-коммунального хозяйства актуальностьпроведения комплексной реконструкции жилого фонда исключительно высока,т.к. способствует многократному снижению эксплуатационных расходов натепло, электроэнергию, воду, техническое обслуживание и др.

Опыт реконструкции пилотных объектов показал реальнуювозможность обновления жилья без значительных материальных ифинансовых затрат. При этом достигнута экономия тепла на 30-35%, воды до 2-3 раз.

Комплексное решение проблемы реконструкции микрорайонов икварталов застройки позволяет учесть современные требования поформированию социальной сферы, необходимой для нормальнойжизнедеятельности граждан (зоны отдыха и творческой работы,игровые площадки, стоянки, гаражи и т.п.).

Особое место при реконструкции должно отводитьсявыполнению экологических требований, предъявляемых кстроительным материалам и методам выполнения работ.Технология реконструктивных работ должна предусматриватьутилизацию и вторичное использование элементов разборки,методы ведения работ, исключающие пыление, разбросматериалов, повышенный шум и вибрацию.

Зарубежный опыт восстановления, модернизации иреконструкции зданий основан на использовании несколькихмоделей жилищного хозяйства, например социальноориентированные (Швеция, Финляндия, Дания, США, страныЮжной Европы и др.).

Особый интерес представляет опыт стран, находящихся водинаковых с РФ природно-климатических условиях. Так, вФинляндии управление многоэтажным зданием, находящимся всобственности жильцов, осуществляется путем создания


18

квартирного акционерного общества, которое несетответственность за здание в целом, а жилец - за собственнуюквартиру. Правление акционерного общества, которое избираютжильцы, отвечает за качественное и рентабельное содержаниездания. Владельцы квартиры выплачивают акционерномуобществу ежемесячную плату за эксплуатационные расходы иплату за выполнение работ, связанных с капитальным ремонтомили реконструкцией. На выполнение данного вида работакционерное общество берет банковский кредит с залогом в видеземельного участка и здания.

Решение о ремонте здания или реконструкции принимаетсябольшинством членов акционерного общества, что существенноупрощает дальнейшие процедуры финансирования, выбораисполнителей работ и т.п.

В арендных домах собственник несет всю полнотуответственности за техническое состояние всего здания, включаяотдельные квартиры. Жильцы выплачивают арендную платужилищному акционерному обществу.

Для социально ориентированного жилья, кредитование которогоосуществляет государство, размер арендной платы включаетсумму эксплуатационных и капитальных затрат.

Организация управления жилищным фондом в Финляндиибазируется на постоянной информации о техническом состоянииконструктивных элементов, стенового ограждения и инженерныхсистем путем их периодической оценки.

Наибольшее внимание в процессе эксплуатации уделяетсярасходам на отопление (до 20 % эксплуатационных затрат), работыпо содержанию (до 15 %), расходы на водоснабжение (до 13 %).

В результате проведения реконструктивных работ по утеплениюзданий, замене светопрозрачных конструкций на болееэнергоэффективные, исключения теплопотерь за счетсовершенствования вентиляционных систем достигнуто снижениерасхода энергозатрат в 1,5-2 раза.

Замена сантехнического оборудования на более совершенное,а также введение поквартирного контроля расхода воды,управляемых режимов отопления и др. позволили сократить общиепоказатели и соответственно повысить экономию затрат наэксплуатационные расходы.


19

Для выполнения комплекса работ по повышениюэнергоэффективности жилого фонда используются заемныесредства под достаточно низкий процент. При этом окупаемостьзатрат по утеплению зданий составляет 15-18 лет, замене оконныхи балконных заполнителей - 4,5-5 лет; инженерного оборудования- 7-8 лет. Из условий окупаемости рассчитываются параметрыкредитования, которые представляет государственный жилищныйфонд.

Государственная поддержка состоит в получении компенсациипо кредиту в размере 1,5-5,5 % годовых.

Финансовая поддержка государства в объеме 40-50 %осуществляется при устройстве лифтов в жилых домах высотойболее 3 этажей. Кроме того, выделяются муниципальные средствав объеме до 10 % затрат. Такой подход свидетельствует означимости повышения комфортности условий проживанияграждан.

Законодательная база относительно жилого фонда построенатаким образом, чтобы максимально продлить жилищный циклзданий. Так, при сроке эксплуатации жилого дома более 50 летежегодная потребность в ремонтно-восстановительных работахсоставляет в пределах 2 % стоимости здания. Особенноподчеркивается необходимость ежегодного проведения работ, чтосущественно снижает уровень затрат по сравнению сэпизодическим ремонтом.

Опыт Германии в организации реконструкции и санации жилогофонда крупнопанельного домостроения наиболее приемлем кусловиям РФ. Основной подход федеральных властей состоит воказании государственной поддержки жилищно-строительнымкомпаниям по проведению санации зданий в силу того, чтопараметры жилых квартир не соответствуют стандартам на жильеФРГ. Правительством Германии была принята программареконструкции, модернизации и санации зданий спредоставлением льготного кредита из расчета 50 DM на 1 м2

общей площади. За период 1991 - 1997 гг. удовлетворено более600,000 заявок на общую сумму 58,9 млрд. DM. Более 56 % этойсуммы использовано на восстановление и приведение кдействующим нормам строительной части зданий; 27 % - на работыпо замене инженерного оборудования, около 8 % - наблагоустройство примыкающих территорий.


20

В зависимости от градостроительной ситуации использовалисьметоды реконструкции путем снижения высотности зданий (с 5до 3 этажей), расчленения зданий с демонтажом промежуточныхсекций и снижением этажности.

Наиболее массовой технологией является санация жилых домов,в которую входят: замена светопрозрачных заполнений (окна ибалконные двери) на более эффективные; производствоотделочных работ и замена сантехнического и другогоинженерного оборудования; утепление фасадов стен, чердачныхи подвальных перекрытий, замена кровли; электротехническиеработы по замене электропроводки и подводящих систем;установка инвентарных входных дверей и тамбуров; звукоизоляциястен лестничных клеток; модернизация балконов, лоджий и др.работы.

Использование типовых конструкций, организациявосстановительных работ с минимальными сроками их выполненияв каждой квартире позволили за короткие сроки освоить объемыработ, превышающие 11 млн. м2.

При реконструкции, восстановлении и новом строительстве воФранции существуют две формы бюджетного финансированиясоциального жилищного сектора: субсидирование генеральныхзаказчиков, которые строят, реконструируют или ремонтируютжилой фонд; финансовая помощь гражданам в зависимости отуровня доходов с целью облегчения выплаты квартплаты илипогашения кредита.

Финансовая помощь инвесторам состоит в снижении налога надобавленную стоимость с 20,6 до 5,5 %.

Кроме того, депозитно-сохранная касса представляет местнымвластям и организациям социального жилищного строительствакредиты под низкие проценты. Для финансирования кредитовиспользуются средства, отложенные гражданами на доходныесберегательные книжки. Доходы по этому вкладу не облагаютсяналогом.

Помощь на улучшение жилищных условий включает три формыфинансирования.

- Единовременная помощь выплачивается владельцам,проживающим в принадлежащем им жилье, построенном более


21

20 лет назад, при условии, что их доходы не превышаютопределенный уровень.

- Размер помощи составляет 20 % затрат на проведениеремонтно-восстановительных работ.

- Субсидии на улучшение жилищных условий в домах, неотвечающих санитарно-гигиеническим нормам, выделяютсявладельцам, проживающим не менее двух лет в принадлежащемим жилье, при условии, если их доход не превышает определенногоуровня.

- Беспроцентная ссуда, которая составляет не более 20 %стоимости приобретаемого жилья и вычисляется в зависимости отдоходов и состава семьи.

- Для лиц со средними доходами срок возмещения ссуды обратнопропорционален уровню доходов и составляет от 17 до 7 лет.

Проводятся широкомасштабные программы по реконструкциижилых домов с умеренной квартирной платой. Основныетехнологии реконструкции включают комплекс восстановительныхработ по обновлению фасадов зданий, замене инженерногооборудования, кровельного покрытия, технических решений поснижению морального и физического износа строительныхконструкций и оборудования.

Одной из форм обеспечения жильем слоев населения с низкимуровнем доходов является адаптация промышленных зданий исооружений под жилье. Примером таких решений являетсяперепрофилирование корпусов ткацких фабрик, зданий вокзаловбывших местных железнодорожных линий, сельскохозяйственныхпостроек (складов, конюшен и др.).

Для условий РФ реконструкция и восстановление жилищногофонда являются одними из приоритетных направлений в областижилищно-коммунального хозяйства страны. При реконструкциипроисходит прирост фонда за счет надстройки зданий, увеличенияв плане. «Омоложение» фонда достигается за счет сноса ветхихдомов и строительства на их месте новых зданий.

В связи с принятием Жилищного кодекса РФ законодательноустановлена компетенция органов государственной власти,субъектов Российской Федерации и местного самоуправления вобласти жилищных отношений. В качестве территориального


22

нормативного правового, регламентирующего отношения позащите прав физических и юридических лиц в сферереконструкции и ремонта жилищного фонда является положениестатьи 14 ЖК о согласовании переустройства и перепланировкижилых помещений, признании жилого фонда непригодным дляпроживания и др. положения.

Предусматривается государственный учет жилого фонда стехнической инвентаризацией и технической паспортизацией.

Управление жилым фондом многоквартирных домовосуществляется некоммерческими организациями «Товариществасобственников жилья». Они имеют право заключать договоры осодержании и ремонте общего имущества, определять сметудоходов-расходов, затраты на капитальный ремонт иреконструкцию многоквартирного дома, получать заемныесредства и др.

Наиболее важным, с точки зрения реконструкции зданий,является то, что это решение принимается общим собранием,большинством не менее 2/3 голосов собственников жилья. Крометого, дается право получать в пользование или приобретать вобщую долевую собственность земельные участки дляосуществления жилищного строительства. Это положениезаконодательно разрешает не только надстройку зданий,уширение корпусов, но и возведение жилых домов в виде«вставок», торцевых пристроек и т.п.

Для жильцов домов, находящихся в муниципальном жилищномфонде, решение о проведении реконструкции или капитальногоремонта принимается муниципалитетом. При этом поименноесогласие жителей не требуется.

§ 1.2. Градостроительные аспектыреконструкции жилой застройки

Возникновение и развитие городов являются длительныммноговековым историческим процессом. Во многих регионахсложились различные условия их формирования, что привело кособенностям планировки и застройки.

При рассмотрении градостроительной характеристикисуществующей застройки старых городов следует учитывать то


23

обстоятельство, что в сложившихся исторических условиях городаросли, поглощая при этом сельские населенные пункты. Основнымвидом застройки были малоэтажные здания из местныхматериалов, преимущественно деревянные рубленые. Каменнаязастройка русских городов получила развитие только в XVIII-XIXвеках. Она представляла собой 2-3-этажные здания, и только ссередины XIX - начала XX веков появились кирпичные домабольшей этажности. Этот период характеризуется интенсивнымростом городов, вызванным процессами развитиякапиталистических форм производства. За 3-4 десятилетиянаселение городов увеличилось в 5-10 раз при соответствующемросте их площадей. Жилые здания тех лет составляют на сегоднязначительную часть городского фонда.

Известно, что здания старой постройки отличаются сложностьюпланировки, повышенной высотой этажей. Их плановые габаритынередко образованы из сложных форм с криволинейнымиконтурами. Доля старой застройки в городах постоянноуменьшается. В старых домах размещается менее 9 % всего жилогофонда (в Москве около 12 %, Санкт-Петербурге - 30 %). Именномногие здания старой постройки придают центральной частиМосквы, как и историческим центрам других городов,неповторимый облик.

При реконструкции таких зданий необходим индивидуальныйподход к каждому отдельному объекту с максимальнымсохранением архитектурного решения фасадов.

Градостроительные решения, как и здания, построенные вразличное время, имеют свои характерные особенности.

Для конца XIX - начала XX века использована преимущественноквартальная застройка 4-5-этажными многоквартирными домамис высокой плотностью застройки и минимальнымвнутриквартальным пространством. Здания существенноотличаются уровнем комфортности планировки и качествоминженерного оборудования квартир. В то же время создаваласьгармоничная и привлекательная городская среда за счет единстваархитектурного облика зданий. Развитая инфраструктурасоздавалась путем использования большинства помещений первыхэтажей под магазины, предприятия службы быта и т.п.

Период строительства 20-30-х годов характеризуется началомиспользования элементов типовых конструкций и зданий. Этопрежде всего 4-5-этажные жилые дома из кирпича. Принципы


24

размещения зданий квартальной застройки отличаются болееорганизованным взаимным расположением при достаточнобольшом проценте озеленения дворовых участков, четкойсистемой дорог, пешеходных путей и площадок.

С началом массового индустриального строительства застройкакварталов происходила по укрупненной схеме с площадьюкварталов, достигающей 1,4-1,6 км2. Укрупненная системазастройки дала возможность существенно улучшить санитарно-гигиенические условия. Такие решения, как правило, имелидостаточно низкую плотность застройки, не превышающую3000-3300 м2 жилой площади на 1 га.

Застройка 50-70-х годов представляет собой 4-5-этажное кольцо,окружающее исторические центры городов, а за пределами этогокольца расположились современные окраинные жилые ипромышленные районы.

Наблюдалась тенденция опережения роста городскихтерриторий, это обгоняло прирост населения и приводило кснижению плотности застройки с возрастанием в балансетерритории городов внеселитебных территорий. Это привело кувеличению общегородских транспортных и других инженерныхкоммуникаций, негативным социально-экономическим иэкологическим последствиям. Появились так называемыеспальные районы, удаленность которых от основных мест работынаселения исчисляется часами, проведенными в городскихтранспортных средствах.

Исследуя проблему восстановления жилого фонда страны,следует отметить, что реконструкция должна базироваться не наиндивидуальном объекте - жилом доме, а на жилом квартале илимикрорайоне в целом. При этом из градостроительных задачреконструкции следует выделить общеградостроительные условия,инженерно-техническую инфраструктуру, охрану окружающейсреды и благоустройство территорий. Особое место должноотводиться улучшению транспортных условий, что весьмаактуально при значительном росте численности индивидуальноготранспорта.

При проектировании реконструкции застройки необходим учетсвязей реконструируемого квартала или микрорайона сприлегающими частями города, имеющими традиционную илиисторическую особенность. При этом должны использоватьсяприемы усиления композиционного и художественного единства


25

или развития реконструируемого и прилегающего микрорайонаболее ранней застройки. Решение может быть найдено в видесилуэта застройки, путем повышения выразительности ансамблей,создания рациональных функциональных связей и архитектурно-художественной целостности реконструируемой застройки.

Реконструкция внутриквартального пространства наряду сувеличением плотности застройки должна быть направлена наповышение его комфортности и рациональности, выполнениезадачи социального и эстетического характера по упорядочениюпланировочной структуры и сетей улиц, создание требуемойинфраструктуры, озеленение и благоустройство территории,создание объектов активного и пассивного отдыха, развитиекоммуникационных связей, сохранение городского ландшафта иокружающей среды. Особое внимание должно быть уделеноповышению эксплуатационной надежности инженерных сетейтепло-, водо- и газоснабжения.

Реконструкция жилой застройки не должна сопровождатьсяухудшением инсоляции и аэрации и, как следствие, должна бытьнаправлена на улучшение микроклимата жилой застройки,повышение комфортности обитания и оздоровление условийпроживания населения. Одним из важных показателей являетсясоблюдение нормального уровня озеленения (не менее 6 м2/чел.,СНиП 2.07.01-89*), а также сохранение существующих зонозеленения и посадок, как правило, выполненных жильцамикварталов и микрорайонов.

Типовые решения застройки обладают рядом недостатков, кчислу которых можно отнести неблагоприятную аэродинамику,что приводит к высоким скоростям ветра и температурнымперепадам. Кроме этого, открытая застройка лишаетиндивидуального дворового пространства, что негативнооценивается населением. Поэтому реконструкция кварталов имикрорайонов должна базироваться на использовании принциповзастройки в полузамкнутую или замкнутую путем пристройки ивозведения дополнительных объемов, связывающих между собойотдельные здания. При этом достигается не только экономическая,но и функциональная эффективность использования пространства.

Уплотнение существующей застройки может быть достигнуто нетолько путем увеличения этажности зданий за счет их надстройки,но и возведением малоэтажных блокированных домов внутриквартально и с размещением встроек между корпусами зданий(рис. 1.2). При этом допускаются частичный снос отдельных


26

http://www.complexdoc.ru/ntd/388935

зданий и уменьшение их этажности в совокупности с новымстроительством жилых домов.

Рис. 1.2. Уплотнение существующей застройки путемвнутриквартального выведения малоэтажных блокированныхдомов (а), малоэтажных вставок между жилыми домами (б),


27

многоэтажных вставок с надстройкой существующих зданий на 2этажа (в)

Комплексность подхода при реконструкции застройкиопределяется тем, что модернизация, реконструкция и сносзданий преследуют одну и ту же цель - преобразованиеустаревшего жилищного фонда с учетом градостроительнойситуации.

Уплотнение застройки осуществляется путем устройствавставок, надстройки зданий, возведения точечных зданий наосвобожденной площадке в межквартальной зоне.

Проведение комплекса реконструктивных работ должноосуществляться на базе индивидуального подхода к каждому изобъектов, обеспечивая при этом сохранение принципов общностиархитектурных форм, характерных для конкретного города,эволюционной отработки и совершенствования форм и обликазданий. Изучение города как сложной художественной системыдолжно выявить структуру архитектурных признаков, которыенесут в себе информацию о его специфике, особенностяхпроисхождения и современной функции, о приемах и способахвзаимодействия с природными элементами и ландшафтнымокружением.

Вариантами оздоровления городской среды являются выводпромышленного производства из центра крупных городов иадаптация зданий под жилье или инфраструктуру.

Особое влияние на реконструкцию оказывает рыночнаястоимость земельных участков, что определяет уровень этажностинового строительства и экономическую целесообразностьсохранения малоэтажного жилого фонда.

§ 1.3. Характеристика жилищногофонда старой постройки

Жилищный фонд РФ по сравнению с другими европейскимистранами сравнительно молод. Это объясняется большимиразрушениями, прошедшими во время Великой Отечественнойвойны, и традиционным применением деревянного домостроения.Объем сохранившихся зданий дореволюционных и довоенныхпостроек сравнительно мал.


28

Распределение зданий в европейских странах показывает, чтоболее 60-70 % жилого фонда относится к постройкам до1937-1940-х гг. и только 25-30 % - в последующие годы.

Страны, не подвергшиеся массовому разрушению во времяВторой мировой войны, сохранили старый фонд в достаточнобольшом объеме. Нет сомнения, что эти здания претерпели неодну реконструкцию и модернизацию, и поэтому зарубежный опытвыполнения реконструктивных работ имеет большое значение спрактической точки зрения.

В Москве сохранился достаточно обширный жилой фондпостройки 1870-1930-х гг., который составляет около 120 млн. м2 ипредставляет целую гамму архитектурно-планировочных решенийдомов разной этажности. Как правило, каждое здание старойпостройки возводилось по индивидуальным проектам и отражаетэпоху, достаток заказчика и особенности конструктивныхрешений.

Опыт застройки жилыми домами в Москве и Санкт-Петербургев конце XIX и начале XX в. показывает, что преимущественноевлияние на архитектурно-планировочные решения оказывалистоимость земельного участка и удаленность от центральной частигорода. В то время получили распространение доходные дома, вкоторых проживало более 70 % городского населения. Этот периодхарактеризуется возведением зданий с высокой плотностьюзастройки. Ее форма способна интегрировать ввысокоорганизованное городское пространство с максимальнымэкономическим эффектом, многообразными функциональными исоциальными составляющими городской среды.

Плотность застройки в центре крупных городов превышалапериферийную в 5-6 раз. Стоимость квартир дифференцироваласьв зависимости от качества жилья, которое имело девять основныхтипов. Каждый тип квартир оценивался по строительному объему,качеству отделки и расположению в плане.

При высокой стоимости земли постройки образовывалиполностью замкнутые дворы - дома колодцевого типа. На рис. 1.3приведены характерные примеры доходных домов в Санкт-Петербурге и Москве. Прибыльность домовладений повышаласьза счет размещения в первых этажах объектов общественногоназначения: это гимназии, магазины, клубы и т.п.


29

Рис. 1.3. Архитектурно-планировочные решения доходных домова - в С.-Петербурге (1910-1912 гг.); б - в Москве на ул. Остоженке;III-IV - классы квартир по качеству проживания

Здания указанного периода можно разделить по уровнюпланировочных решений на 4 группы.

К первой группе относятся здания, построенные впредреволюционное десятилетие. Они состоят из квартирповышенного качества, рассчитанных на наиболее состоятельныеслои населения.

В планировке квартир используется принцип зонирования натри группы помещений: парадную, группу спален и группухозяйственных помещений. При этом парадные и черные лестницырасположены по одной поперечной оси. Они отличаются большойшириной корпуса, которая достигает 15-17 м, большой толщинойкирпичных стен.


30

Во II группу входят секционные дома дореволюционнойпостройки и первых десятилетий Советской власти. Квартиры этойгруппы (рис. 1.4) предназначались для покомнатного заселения.Площадь квартир достигала 80-100 м2 с высотой этажа 3,0-3,5 м.Ширина корпусов находилась в пределах 10-16 м.

Рис.1.4. Типовые секции, применяемые в массовом жилищномстроительстве Москвыа - типовая секция Моссовета; б - типовая секция Наркомстроя; в -типовая секция Управления жилищного строительства

В первом десятилетии Советской власти и до конца 50-х годовв основном строились дома с квартирами II группы. Зданиявозводили более узкими (до 12 м) с меньшей глубиной комнат.

В III планировочную группу включены дома коридорной игалерейной систем. В коридорных домах старой постройки жилыекомнаты имеют площадь 20-35 м2 и расположены с двух сторонширокого коридора. Дома для дешевых гостиниц и меблированныхкомнат имели комнаты площадью 10-12 м2. Высота этажейсоставляла 3,2-3,5 м.

К IV группе домов относятся здания со смешанной планировкой,которые имеют ширину корпусов 10-16 м, с расположением комнатсмешанной ориентацией и лестничными клетками различныхконструктивных решений.


31

Основные несущие конструкции зданий старой постройкивыполнены с использованием стен из кирпича. Очень часто фасадызданий украшались лепниной, мозаикой, барельефами.Фундаменты и стены капитальных зданий выполнены с большимзапасом прочности.

На рис. 1.5 показано уменьшение толщины наружных стен иширины подошвы фундаментов в течение второй половины XIXвека и в первые десятилетия XX столетия. В этот период расходкирпича (материала), необходимого для строительства домоводинакового объема, уменьшился в 2 раза. Это объясняется тем,что в прежние времена толщина стен устанавливаласьэмпирически с большим запасом прочности.

Рис. 1.5. Изменение параметров конструктивных элементовзданий в зависимости от года постройкиа - средние размеры ширины подошвы фундаментов и толщиныстен различных периодов постройки; 1,2 - наибольшая инаименьшая ширина подошвы фундаментов; б - плотностьразмещения фундаментов на площади застройки здания: 1 - напесчаном основании; 2 - на связных грунтах; 3 - среднее значение

Для построек периода 1860-1960 гг. прослеживается тенденцияснижения средних размеров ширины подошвы фундаментов и,соответственно, толщины стен. Это обстоятельство связано с


32

усовершенствованием методик расчетов и уменьшениемкоэффициента запаса прочности.

Как правило, основными материалами для возведенияфундаментов старой постройки служили пережженный кирпич,тесаные блоки из природного камня, бутовый камень и др. Дляобеспечения сцепления и однородности кладки использовалисьизвестковые, цементные и сложные растворы. Характернойособенностью зданий старой постройки является достаточновысокий показатель плотности фундаментов (отношение площадиподошвы фундаментов к площади застройки), который достигает30-42 %. При этом в 30 % зданий не используется и 50 %нормативного давления. Отсюда следует, что в большей частизданий при их реконструкции возможны увеличение давления наоснование и, таким образом, надстройка дополнительных этажей.

Перекрытия в кирпичных зданиях встречаются трех типов:деревянные по деревянным балкам; деревянные по металлическимбалкам; железобетонные.

Иногда в одном и том же здании используются различные типыперекрытий: над подвалом - сводчатые из бетона или кирпича пометаллическим балкам, междуэтажные перекрытия - деревянныепо металлическим балкам, чердачное - деревянное по деревяннымбалкам.

Перекрытия, как правило, имели значительные запасы толщиныи массы. Их толщина достигала в период образования городскойзастройки 45-50 см, к середине прошлого столетия достигла 25-30см, в настоящее время снизилась до 16-22 см.

Превышение размеров сечения конструкций по сравнению ссовременными увеличило сроки службы конструктивныхэлементов зданий. Достаточно отметить, что при грамотнойтехнической эксплуатации встречаются здания с деревяннымиперекрытиями, прослужившими более 100 лет, несущаяспособность которых отвечает требованиям современных норм.

Приведенные сведения дают представление о конструктивныхэлементах зданий и динамике их изменения. К наиболее важнымпараметрам, влияющими на принятие технологииреконструктивных работ, следует отнести конструкциифундаментов, толщины наружных и внутренних несущих стен,материал перекрытий.


33

Конфигурация зданий является одним из ведущих параметровхарактеристики плана этажа. Домам старой постройкисвойственны сложные планы. Однако при всех различияхвозможно выделить семь типов, соответствующих планировочнойкомпоновке жилых зданий (таблица 1.2).

Таблица 1.2

Классификация основных схем планировочной компоновки жилыхкапитальных зданий старой постройки

Повторяемостьсхем, %

Типсхемы

Схема планировочнойкомпоновки корпуса

здания

Краткая характеристикасхемы

Москва С.-Петербург

I Рядовая, или 2 корпусарасположены параллельно

улице

49 16

II Корпус П-образной формы 8 8

III Курдонерное решение (сдвумя дворами)

5 12

IV Корпус Г-образной формы 25 9


34

V Корпус Т-образной формы 2 1

VI Корпус Н-образной формыс двумя дворами

4 3

VII Здание с участком,застроенным по

периметру, с одним илинесколькими дворами-

колодцами

7 54

Конструктивная схема здания - это комплекс ограждающих инесущих конструкций, объединенных в единую пространственнуюсистему. Классификация конструктивных схем жилых зданийстарой постройки базируется на основных параметрах, к которымотносятся:

А - ширина здания, определяющая глубину жилых помещений, атакже тип планировки;

Б - шаг лестничных клеток в здании, определяющий ширинупомещений, а также их число вдоль фасада здания;

В - шаг окон, их число и размеры.

В таблице 1.3 приведена классификация конструктивных схемкапитальных жилых зданий для Москвы и Санкт-Петербурга споказателем повторяемости решений.

Таблица 1.3

Конструктивные схемы капитальных жилых зданий старойпостройки


35

Параметры,м

Типсхемы

Схема Характеристикасхемы

А В

Повторяемость,%, Москва, С.-

Петербург

I Двухпролетная сосредней продольной

несущей стеной

10-18 12-30 56

II Многопролетная споперечными

несущими стенами

14-16 12-20 11,8

III Однопролетная снаружными несущими

стенами

12-14 12-22 15

IV Трехпролетная сдвумя продольными

внутренними стенами

12-24 12-36 12

V Смешанная схема 9-18 до 25 13

Из 5 наиболее употребительных схем максимальнуюповторяемость имеет двухпролетная с продольной несущей стеной(56 %). Остальные схемы имеют приблизительно равное впроцентном отношении распространение (12-15 %).

Прочностные и эксплуатационные характеристики жилых иобщественных зданий определяются комплексом нагрузок и


36

воздействий на здание. Эти параметры дают представление обинтенсивности износа тех или иных несущих конструкций, степенинадежности и долговечности зданий.

Основные виды классификации базируются по видам несущихконструкций стен и фундаментов и применяемым строительнымматериалам.

Более расширенная классификация учитывает современныестроительные материалы конструктивных элементов здания иразделяет их на 6 групп:

1 - здания каменные, особо капитальные; стены кирпичные в2,5-3,5 кирпича или кирпичные с железобетонным иметаллическим каркасом; перекрытия железобетонные ибетонные;

2 - здания со стенами облегченной кладки из кирпича,монолитного шлакобетона, ракушечника; перекрытияжелезобетонные и бетонные;

3 - здания с кирпичными стенами толщиной 1,5-2,5 кирпича;перекрытия железобетонные, бетонные или деревянные;

4 - здания с крупноблочными стенами, перекрытияжелезобетонные;

5 - здания со стенами крупноблочными или облегченной кладкииз кирпича, монолитного шлакобетона, мелких шлакоблоков,ракушечника, перекрытия деревянные;

6 - здания со стенами смешанными, деревянными рублеными ибрусчатыми.

В настоящее время классификация зданий претерпеланекоторые изменения в связи с массовым строительством изсборного и монолитного железобетона, с широким использованиемкомпозиционных материалов. Основные категории зданий имеютстепень капитальности трех групп: особо капитальные,капитальные I и II групп.


37

§ 1.4. Объемно-планировочные иконструктивные решения домовпервых массовых серий

В середине 50-х гг. встал вопрос огромной социальной важности:как решить острейшую жилищную проблему, как в кратчайшиесроки избавиться от неблагоустроенных бараков, подвалов имногосемейных «коммуналок», как предоставить каждой семьеотдельную благоустроенную квартиру?

Основным направлением решения этой проблемы был избраниндустриальный метод возведения жилых домов - строительствопо типовым проектам с максимальной унификацией и типизациейархитектурно-конструктивных решений.

1950-1960-е гг. были временем необычного подъема жилищногостроительства. За период менее 10 лет было построено более 100тыс. четырех- и пятиэтажных домов общей площадью 540 млн. м2.Это строительство положило начало внедрению нового жилищногостандарта - переходу от покомнатного к поквартирномурасселению семей. В таких домах проживают более 40 млн.человек, а их общая площадь составляет более 20 % городскогожилого фонда страны. Острота жилищной проблемы была стольвелика, что переход к новому стандарту был возможен только набазе максимальной экономичности объемно-планировочныхрешений квартир. Огромные масштабы жилищного строительстваи ограниченность материально-технических ресурсов диктовалисвои условия: строить экономно, отказавшись от прежнихпредставлений о размерах и высоте помещений; строить изсборных конструкций с максимальной заводской готовностьюизделий; строить быстро, используя строительный конвейер «ДСК- стройплощадка».

В то же время эти здания возводились из долговечныхконструкций, обеспечивающих срок службы 100-125 лет, и имелинеобходимое инженерное оборудование.

Государственная политика в жилищном строительстве с 1957 г.ориентировалась на возведение наиболее экономичных четырех-, пятиэтажных домов с типовыми планировочными решениямиквартир, запроектированных в соответствии с требованиямиединых государственных норм. По мере роста национальногодохода увеличивались ассигнования на расселение одной семьи


38

в государственном жилом фонде, и в соответствии с этимизменялись нормы проектирования. В таблице 1.4 приведенымаксимальные величины площади квартир по нормампроектирования различных периодов.

Таблица 1.4

Общая площадь квартир (м2) по нормам проектирования

Число комнат и тип квартир

1 2 3 4 5 6Редакция норм, год

А Б А Б А Б А Б А Б А Б

1962 28 36 36 45 45 56 56 68 68 90 - -

1971 28 36 41 48 58 63 70 74 84 91 - -

1985 - 36 - 53 - 65 - 77 - 95 - -

1989 28 36 44 53 56 65 70 77 84 96 96 103

Смена норм проектирования сопровождалась сменой типовыхпроектов и практики заселения квартир. Соотношение междуколичеством членов семьи N и количеством комнат в квартирах Кдля периода 60-х гг. составляло К= N - 2. В более поздние периодыК= N - 1 и К = N. Такой практике способствовали предусмотренныев нормах и типовых проектах не менее двух вариантов квартиркаждой комнатности по величине общей площади: квартиры типаА (меньшей площади) для заселения по формуле К = N и типа Б(большей площади) для заселения по формуле К = N - 1.

Сопровождавшие смену норм проектирования новые сериитиповых проектов получили название «поколений». В настоящеевремя строительство ведется по «четвертому поколению» типовыхпроектов.


39

Период массового жилищного строительства связан с началомширокого применения элементов сборного железобетона: привозведении нулевого цикла - фундаментные подушки и блоки, сваисо сборным и монолитным ростверками; надземной части -многопустотные плиты перекрытий, панели, элементы балконови лоджий, перемычек; покрытия из сборных карнизных блоков ипанели покрытий.

До массового распространения домостроительных комбинатовосновными конструктивными схемами жилых зданий являлисьдома с продольными и поперечными стенами. Наиболеераспространены из них кирпичные дома серии 1-447,крупноблочные здания серии 1-510 (рис. 1.6).

Рис. 1.6. Объемно-планировочные решения жилых домов серии1-447 с кирпичными стенами (а) и крупноблочных зданий серии1-510 (б)

Первый этап в развитии индустриального жилищногостроительства, осуществляемого по типовым проектам «первогопоколения» (1954-1963 гг.), позволил реализовать жилищнуюпрограмму и сыграл свою положительную роль. В то же времявыявилось все большее количество негативных сторон. Онисводятся к градостроительным, морально-эстетическим ифизическим недостаткам 5-этажной жилой застройки.Планировочные решения квартир этого периода основаны наиспользовании 4-квартирных унифицированных секций сноменклатурой квартир 1-2-3-3 и 2-2-2-3. Позднее былиразработаны трехквартирные решения с набором квартир 1-2-3 и2-2-2.


40

Начиная с 60-х гг. полносборные здания постепенно становятсяосновным видом строительства. В жилых полносборных домахпреимущественно использовались две конструктивные схемы:панельная и каркасно-панельная (рис. 1.7).

Рис. 1.7. Объемно-планировочные решения типовых зданийа - крупнопанельные серии 1-464 с узким шагом внутренних стен;б - крупнопанельные серии 1-468 со смешанным шагомвнутренних стен; в - каркасно-панельные серии 1-335 с узкимшагом внутренних стен

Каркасно-панельная схема предусматривает передачу нагрузокна каркас, а при панельной схеме - на внутренние несущие панели(панели поперечных стен и перекрытий).

Преимуществами панельной системы зданий являются меньшийрасход стали (на 15- 20 %), простота обеспеченности общейпространственной жесткости и устойчивости здания, высокаязаводская готовность элементов, малая трудоемкость возведения.

К преимуществам каркасно-панельной схемы зданий можноотнести более четкую схему передачи нагрузок, относительнонебольшое влияние случайных эксцентриситетов и погрешностей,использование высокопрочных материалов для каркаса иэффективных ограждающих конструкций.


41

Второй этап (1964-1970 гг.) осуществлялся по типовым проектам«второго поколения». Набор квартир в них увеличился до восьмитипов: 1-, 2-, 3- и 4-комнатные квартиры разделились на большиеи малые. Однако принципиальные планировочные решениясущественно не менялись.

Дальнейшее развитие типового жилищного строительства(1970-1980 гг.) шло по пути незначительного улучшенияпланировочных решений с увеличением площадей кухонь (до7,0-7,3 м2), подсобных помещений, с созданием эркеров как длязданий из кирпича, так и для панельных жилых домов. Такоерешение несколько разнообразило и улучшило архитектурные иаэродинамические параметры, снизив воздействие транспортныхшумов.

Достаточно эффективными следует признать техническиерешения в крупнопанельном домостроении при переходе наширокий шаг внутренних несущих стен, равный 6 м. Это позволилоосуществлять более гибкую планировку помещений, особенно приреконструкции зданий (рис. 1.8).


42

Рис. 1.8. Планировочные решения жилых домова, б - кирпичные жилые дома серий 71 и 85 (ЦНИИЭПЖилища); в,г - крупнопанельные дома серий 83 и 78 (ЦНИИЭПЖилища)

Анализ архитектурно-планировочных решенийкрупнопанельных жилых зданий первых двух «поколений» показалполное несоответствие современным требованиям. Характернымипризнаками морального износа являются: размер кухонь, непревышающий 6 м2; наличие совмещенных санузлов малойплощади; низкая звукоизоляция внутренних стен и перекрытий;дискомфорт жилых помещений вследствие нарушениятепловлажностного режима; невыразительность и однообразиефасадов.

Здания каркасных схем выполняются двух типов: полносборные,когда все элементы, включая стены и перегородки, возводятся изсборных элементов и со стенами из штучных материалов - кирпича,


43

мелкоштучных блоков и др., и здания с неполными каркаснымистенами.

Следует отметить то обстоятельство, что крупнопанельныездания начального периода индустриализации строительства(пятиэтажки 60-х гг.), несмотря на достаточно высокуюконструктивную надежность, имеют малую реконструктивнуюспособность. Это относится прежде всего к жилым домам, укоторых внутренние стены являются несущими и расположены сузким шагом.

Морально-эстетическая ущербность пятиэтажной застройкиусиливается тем, что был предложен и реализован практическиединственный тип секционного дома, без учета демографических,исторических и архитектурных традиций районов, ихклиматических особенностей. Застройка такими зданиями веласьбез учета природного ландшафта и архитектурных особенностейокружающей застройки.

Эксплуатационные характеристики таких зданий невысоки. Ониотличаются низкими теплозащитными и звукоизоляционнымикачествами. Так, в летнее время происходит перегрев помещений,особенно верхних этажей, из-за совмещенных крыш, а в зимнийпериод - промерзание стыков, угловых панелей и стен. Внеблагоприятных условиях находятся жилые помещения первыхэтажей, где на микроклимат существенное влияние оказываютналичие плохо изолированного подвального помещения,необустроенность тамбуров и входных дверей.

Практически во всех типах пятиэтажек звукоизоляциявнутренних стен, перекрытий и перегородок не отвечаеттребованиям норм.

Стремление максимально использовать объем здания под жилоепомещение определило площадь светопрозрачных ограждений в29-30 % площади наружных стен, что привело к дополнительномуувеличению теплопотерь, а несовершенство стыковых соединенийпанелей стен - к локальным и общим нарушениямтепловлажностного режима жилых помещений.

Конструктивные просчеты при устройстве плоских кровельпривели к постоянному увлажнению помещений верхнего этажа,что существенно осложнило условия проживания.


44

Перечисленные обстоятельства привели к заметному снижениюэксплуатационных характеристик и моральному устареваниюжилых зданий данной категории.

Недостатки рассматриваемых зданий ярко проявились врезультате их длительной эксплуатации без выполнения плановыхремонтных работ. В то же время исследуемый период времениследует считать началом интенсивного массового строительстважилья, позволившего существенно улучшить жилищные условиямиллионов граждан. Так, только в Москве было построено около 36млн. м2 жилой площади пятиэтажек.

§ 1.5. Жизненный цикл зданийЖизненный цикл зданий - это время от момента обоснования

необходимости их возведения до наступления экономическойнецелесообразности дальнейшей эксплуатации. Периодыжизненного цикла разделяются на:

I - период по технико-экономическому обоснованию возведенияздания;

II - по конструированию и проектированию;

III - по возведению с разработкой технологии, организации итехнологических регламентов производства работ;

IV - по предэксплуатационному освоению;

V - по эксплуатации зданий и наработке, позволяющейобеспечить окупаемость средств, вложенных в их создание иосвоение;

VI - по поддержанию конструктивных элементов и инженерныхсистем здания в нормальном техническом состоянии путемпроведения планово-предупредительных и капитальных ремонтов;

VII - период физического и морального износа, требующийпроведения модернизации, реконструкции или сноса здания.Последнее состояние является периодом окончания жизненногоцикла или началом нового.

VIII - период реконструкции, восстанавливающий физико-механические и эксплуатационные характеристики зданий,


45

включающий: I, II - технико-экономическое обоснование иразработку технической документации.

Рассматривая здание как строительную систему сконструктивными элементами из различных материалов с разнойдолговечностью, имеют место фазовые изменения ее параметровпод влиянием факторов внешней и внутренней среды. Траекториядвижения системы во времени представляет собой некоторуюпоследовательность изменения ее состояния под влияниемэксплуатационных (внутренних) режимов и внешних воздействийразличного характера (механические, химические и др. процессы),приводящих к нарушению устойчивого состояния здания каксложной строительной системы.

Устойчивое состояние системы характеризуется ее равновесиемна протяжении длительного периода времени.

Возможное изменение параметров здания характеризуетсяпереходными процессами, когда система или отдельные ееэлементы не обеспечивают эксплуатационную надежность итребуют ее восстановления.

Последний период характеризуется превышением затрат наподдержание равновесного состояния системы над прибылью отэксплуатации. Этот период свидетельствует о необходимости сносаздания или выполнения реконструктивных работ,восстанавливающих или переводящих его в качественно новоесостояние.

На рис. 1.9 приведены основные периоды жизненного циклазданий с распределением затрат на эксплуатацию, реконструкциюи соответствующие доходы, получаемые от выполнения комплексаработ. Продление жизненного цикла представлено областью

(VIII), которая включает комплекс работ и затрат пореконструкции с последующими расходами и доходами.


46

Рис. 1.9. Динамика жизненного цикла зданий (а) и распределениезатрат (б) при выполнении ремонтно-восстановительных работ иреконструкции

Наиболее характерная динамика соотношения затрат иполучаемой прибыли во времени приведена на рис. 1.9,б, когдана определенном периоде (V) наблюдается не только убыточность,но и небезопасность эксплуатации. Это обстоятельствосвидетельствует о необходимости принятия решения по сносуздания и по возведению нового, по его реконструкции,обеспечивающей качественно новые технико-экономическиепоказатели, а также по изменению функций здания (перевод изжилого в нежилое).

Особое значение на принятие решения оказывают районрасположения здания и стоимость земельного участка, занятогопод застройкой. При его высокой стоимости экономическицелесообразны снос здания независимо от его физическогосостояния и возведение нового.

Примером таких решений является массовый снос жилыхкварталов первых массовых серий в Москве.

Результаты инструментальных обследований и выявлениедефектов позволяют оценить техническое состояние по степенифизического износа. В свою очередь, уровень физического износадает представление о примерной стоимости восстановительныхработ и целесообразности их проведения (рис. 1.10).


47

Рис. 1.10. Взаимоотношение уровня физического износаконструктивных элементов и здания в целом и стоимостьвосстановительных работ

Анализ статистических данных показывает, что с увеличениемвремени эксплуатации уровень физического износа постоянновозрастает и его ликвидация может превысить стоимость здания.В то же время возможно выделить критическую область К (50-60% физического износа), когда экономически целесообразнопроведение восстановительных работ.

Определяющее влияние на экономическую эффективностьоказывает распределение эксплуатационных затрат с учетомразличного рода отказов в течение жизненного цикла зданий (рис.1.11), включающих три характерных периода:

- период приработки (Тпр), когда отказы являются следствиемдефектов, допущенных при возведении зданий. Они интенсивнопроявляются в первые годы эксплуатации зданий (1-2 года);

- период нормальной эксплуатации зданий (Тн), когдаколичество отказов спадает и эксплуатационные затратыопределяются техническими решениями, принятыми в проекте,эти затраты в течение длительного времени возрастают;

- период физического износа (Тиз) характеризуется резкимвозрастанием эксплуатационных затрат за счет выработкиресурсов материалов и конструкций, используемых при возведенииздания.


48

Рис. 1.11. Распределение эксплуатационных затрат в течениеслужбы здания (Тц)Тпр - период приработки; Тн - период нормальной эксплуатации;Тизн - период износа (снижения эксплуатационной надежности);Zпр, Zэк, Zизн - затраты в периоды приработки, эксплуатации иинтенсивного износа зданий

Рассматривая динамику каждого из периодов, можно установитьколичественные характеристики воздействия случайных факторовна эксплуатационные затраты и определить источники ихвозникновения: в период приработки - качество выполнениястроительно-монтажных работ; в период нормальной эксплуатации- качество проектных решений и технология эксплуатации зданий;в период износа - долговечность принятых материалов иконструкций.

Определяющее влияние на характер и объем эксплуатационныхзатрат оказывает уровень энергоэффективности зданий,включающий надежность инженерных сетей и систем,стабильность теплотехнических характеристик ограждающихконструкций, режим эксплуатации зданий и показатели,характеризующие удельный расход энергоносителей.

§ 1.6. Моделирование процессафизического износа зданий

Физический износ зданий определяет такие характеристикиобъекта, как эксплуатационную надежность и стоимостьвосстановительных работ, которая в итоге оценивается


49

экономической целесообразностью реконструкции или сносазданий.

Физический износ жилых зданий можно аппроксимироватьнекоторой функцией Y(t), динамически меняющейся во времени.

Вид функции оценивается в зависимости от многих факторов:текущий и капитальный ремонт; техническая эксплуатация;уровень воздействия динамических нагрузок на фундаменты;влияние техногенных процессов; изменение геотехническогосостояния оснований фундаментов; старение материалаконструкций под действием атмосферных воздействий.

В соответствии с ВСН 53-86 р «Правила оценки физическогоизноса жилых зданий» этот параметр определяется отношениемстоимости ремонтных работ к его полной восстановительнойстоимости.

В зависимости от уровня капитальности зданий, воздействия наобъект изменившихся нагрузок и реакции здания осуществляюттекущие и капитальные ремонты, предусмотренные нормативнымидокументами.

Математическое моделирование процесса физического износаможет быть представлено в виде функции Y(t), зависящей отвнешних и внутренних воздействий G, имеющих постоянныйхарактер во времени, и переменной F(t), включающей процессыосадки зданий, старение и изменение физико-механическиххарактеристик несущих и ограждающих конструкций; инерции

системы здания с массой т на ускорение функции ; трениясистемы, как произведение коэффициента трения Ктр на скорость

изменения состояния объекта ; реакции здания, связанной созначением износа, который определяется долей восстановленияпри капитальном ремонте sd(t)Y.

Процесс физического износа может быть описандифференциальным уравнением, полученным С.А. Болотиным.

-


50


где s - коэффициент, учитывающий степень износа; d(t)Y - времяпроведения ремонтно-восстановительных работ со степеньюизноса Y.

Оценим влияние на интенсивность физического износа зданийтекущего ремонта s = 0. В качестве внешних воздействий иреакции здания используем экспоненциальную зависимостьосадок здания во времени.

Тогда дифференциальное уравнение имеет следующий вид

-

где w - частота проведения ремонтов; - скорость износа;

- отношение переменных параметров воздействия кпостоянным; g - сила инерции объекта.

Тогда интенсивность физического износа может бытьпредставлена зависимостью типа

где t - постоянная времени для оценки экспоненциальногоуменьшения осадок фундаментов.

Для оценки интенсивности износа задаются параметры частотытекущих ремонтов. В зависимости от этого функция износа будетиметь различные степенные показатели wt, что определяетхарактер экспоненциальных кривых в зависимости от времениэксплуатации (рис. 1.12.). В зависимости от условий технического


51

обслуживания график износа будет иметь вогнутую или выпуклуюформу.

Рис. 1.12. Кривые износа жилых зданий в зависимости отпродолжительности эксплуатации1 - выпуклая; 2 - вогнутая; 3 - кривая со смешанной формой

Вогнутая форма кривой свидетельствует о более интенсивномизносе в начальный период эксплуатации, а выпуклая - остабилизации деформации зданий во времени и менееинтенсивной потере эксплуатационных свойств.

В зависимости от влияния техногенных процессов и уровнявосстановительных работ в период эксплуатации криваяинтенсивности износа может иметь как выпуклую, так и вогнутуючасти, что свидетельствует о некоторой стабилизацииэксплуатационной надежности в центральной части (кривая 3) иболее быстрой потере эксплуатационных свойств с увеличениемпараметра времени.

Представленные зависимости дают возможность качественнойоценки состояния объектов. Для полной оценки физическогоизноса требуется детальное обследование конструктивныхэлементов с использованием современных методик, аппаратуры иинженерного расчета остаточной несущей способности зданий каксложных строительных систем.


52

§ 1.7. Условия продления жизненногоцикла зданий

Оптимизация продолжительности жизненного цикла жилых изданий инфраструктуры является производной целесообразныхграниц реконструкции, модернизации и ремонта.

В зависимости от степени соответствия функциональным итехническим требованиям они могут быть разделены на 4 группы.

I - объекты, полностью отвечающие современным жилищнымстандартам.

II - объекты, требующие перепланировки основных ивспомогательных помещений путем модернизации илиреконструкции здания в целом.

III - объекты, требующие больших объемов ремонтно-восстановительных работ и реконструкции.

IV - объекты, уровень износа конструктивных элементов которыхтаков, что они не подлежат реконструкции или модернизации.

С точки зрения затрат, капитальность работвосстанавливающего и поддерживающего характера составляет до5 % оценочной стоимости объекта для первой группы; 5-10 % длявторой; до 50 % для третьей группы. При этом ориентировочныйсрок эксплуатации объектов продляется на 30-50 лет.

Классификация объектов по степени физического и моральногоизноса свидетельствует о необходимости планомерногопроведения ремонтно-восстановительных работ начиная сэксплуатации построенного здания. Длительные перерывыприводят к значительному уровню затрат на восстановлениетребуемых эксплуатационных характеристик, а при увеличениимежремонтного срока - к аварийным ситуациям.

На рис. 1.13 приведены графические зависимости уровнянадежности и физического состояния жилых объектов дляразличных периодов восстановительных работ.


53

Рис. 1.13. Изменение уровня эксплуатационной надежностижилых зданий1 - при выполнении плановых ремонтно-восстановительных работ;2 - при выполнении восстановительных работ для зданий с низкимуровнем эксплуатационной надежности; 3 - при отсутствии илиэпизодических этапах восстановительных работ; 4 - интенсивноеснижение эксплуатационной надежности при воздействиитехногенных процессов

При соблюдении плановых и текущих ремонтов (кривая 1)жизненный цикл зданий увеличивается, достигая параметровморального износа с сохранением физико-механическиххарактеристик, определяющих эксплуатационную надежность.

Перерывы в восстановительных работах (кривая 2) существенноснижают общий жизненный цикл зданий, а для их восстановлениятребуются значительные затраты, в т. ч. производство работ сотселением жильцов.

При длительном отсутствии ремонтно-восстановительных работнаступление критической фазы, характеризуемой потерейнесущей способности конструктивных элементов, существенноснижает жизненный цикл и само существование объекта.

Влияние техногенных процессов, отклонений режимаэксплуатации, скрытые дефекты, вызванные нарушениемтехнологии производства работ, также приводят к снижениюжизненного цикла.


54

В этих случаях прогноз долговечности зданий основывается наоценке вероятностно-статистических моделей с использованиемданных мониторинга состояния несущих, ограждающихконструкций и инженерного оборудования.

Данные исследований по оценке несущей способностиконструктивных элементов крупнопанельного домостроениясвидетельствуют о повышении их несущей способности вследствиедлительного процесса гидратации цемента. Несмотря на это,недопустимые деформации зданий могут возникнуть отпреждевременного износа и аварийных ситуаций сетейводопровода и канализации, когда интенсивное замачиваниеоснования фундаментов приводит к потере устойчивости зданияв целом. Несвоевременный ремонт и восстановление сетей, какправило, приводят к ситуациям, когда стоимостьвосстановительных работ конструктивных элементов здания всотни раз превышает затраты на поддержание сетей.

Особенно при оценке надежности жилых зданий и методов ихвосстановления это относится к ремонтам, где повышен уровеньсейсмичности, имеются процессы подтопления территорий,интенсивного развития карстовых образований, увеличениядинамических нагрузок от транспорта и др.

Снижение жизненного цикла зданий связано с производствомработ по уплотнению застройки, возведению заглубленных частейзданий и сооружений вблизи существующих. Как правило,использование технологий, нарушающих сплошность грунтовогооснования зданий, динамические нагрузки при забивке свай,изменение гидрогеологического режима в результате устройствапротивофильтрационных завес и водопонижения, прокладкатрубопроводов глубокого заложения без необходимого креплениястенок приводят к изменению устойчивости зданий вследствиедополнительных неравномерных осадок фундаментов.

Очевидно, что сохранение жилищного фонда, повышениеэнергоэффективности зданий, модернизация и реконструкциязастройки для средних и малых городов являются единственнымпутем предотвращения лавинообразного выхода из эксплуатациизначительной части жилых зданий и системы инфраструктуры.Задержка в решении этого вопроса существенно повышаетзатратный механизм восстановительных работ и создаетсоциальную напряженность ремонтов.


55

Для планирования и управления этими процессами необходимыпроведение инвентаризации жилого фонда на предмет оценкифизического и морального износа зданий, разработкидолгосрочных программ по повышению эксплуатационнойнадежности зданий, восстановления энергосистем как наиболееизношенных элементов, способствующих созданию критическихситуаций, особенно в зимний период.

§ 1.8. Основные положения пореконструкции жилых зданийразличных периодов постройки

Для построек различных периодов строительства требуетсяиндивидуальный подход в разработке методов и технологий ихреконструкции. При этом в основе процесса должно быть заложеноне отдельно стоящее здание, а их комплекс - группа зданий,квартал или микрорайон. Это позволяет осуществить комплекснуюоценку градостроительной ситуации и принять наиболеерациональные решения, отвечающие современным условиям иобеспечивающие логическую связь различных архитектурныхтечений. При этом возможны варианты уплотнения иразуплотнения застройки, рационального использованиямежквартального, подземного пространства и системкоммуникации.

Повышение коммерческой стоимости земли в центральныхчастях городов приводит к необходимости уплотнения застройки,приемы которой позволяют осуществить эти решения приодновременных сносе и расширении межквартальногопространства.

Застройка разных периодов имеет свои особенности, чтоприводит к многообразию вариантных решений, эффективностькоторых может быть оценена сложившейся ситуацией ипотребительским спросом.

Переход от общих градостроительных задач к частным (науровне реконструируемого объекта) требует учета факторовтехнического состояния, в том числе степени износа конструкций,состояния основных несущих и ограждающих элементов,архитектурно-планировочных решений реконструируемого здания,инженерных сетей и коммуникаций.


56

Эстетические задачи связаны с необходимостью внесения новыхэлементов повышенной художественной и культурной ценностизастройки.

На уровне принятия решения при рассмотренииреконструируемого объекта в градостроительной системетребуется владение информацией, существенно влияющей наоценку затрат по восстановлению несущей способности,повышению капитальности и компенсации затрат путемувеличения объема, перепрофилирования объектов и созданияболее высоких комфортных условий.

Как правило, здания жилого фонда ранних периодов постройкиимеют различные уровень капитальности конструктивныхэлементов и сроки их безотказной работы. Для периода до 40-х гг.характерно применение деревянных перекрытий, долговечностькоторых существенно ниже ограждающих конструкций,выполненных в кирпиче. Переход на массовое использованиежелезобетонных конструкций повысил долговечность перекрытий,но снизились характеристики ограждающих конструкций, ихнадежность и долговечность. Существенно претерпели измененияпринципы формирования объемно-планировочных решенийзданий, снизив комфортность квартир.

Для большинства жилых зданий старой постройки ихреконструкция состоит в частичном или полномперепрофилировании, создании объемно-планировочных решений,исключающих коммунальное заселение, рациональномиспользовании первых этажей под различные административные,коммерческие и производственные нужды.

Особое значение приобретает реконструкция жилых зданийстарой постройки с увеличением их строительного объема путемнадстройки этажей, расширения корпусов, устройства различныхвставок и т.п.

При сохранении функций здания их реконструкция должна бытьоснована на принципах укрупнения при формированииархитектурно-планировочных объемов из несменяемыхконструкций. Такой технический прием позволяет повыситьгибкость планировочных решений на любом этапе эксплуатациии осуществить перепланировку помещений в зависимости отдинамики роста семьи, социального уровня жильцов,экономического состояния владельца квартиры.


57

Что касается жилого фонда первых и последующих массовыхсерий, то в основе концепции реконструкции должны бытьзаложены принципы и технические решения, обеспечивающиеснижение физического и морального износа зданий, повышениедолговечности, комфортности проживания и снижениеэксплуатационных затрат.

При этом одной из важных задач является решение социальныхвопросов путем создания инфраструктуры, учета интересовразличных слоев населения, обеспечения экологически здоровойсреды обитания.

Опыт обновления жилых домов первых массовых серий порезультатам проектных разработок и их практической реализацииможно разделить на несколько уровней в зависимости от степенисложности:

без изменения типового проектного решения жилого здания свыполнением реконструктивных работ по восстановлениюнадежности несущих конструкций и повышениюэксплуатационных качеств;

без изменения типового проектного решения, но с частичнойперепланировкой путем ликвидации проходных комнат свосстановлением эксплуатационных качеств здания;

с изменением структуры квартир без увеличения строительногообъема здания путем объединения квартир в пределах секции и ихперепланировки;

с изменением структуры квартир путем увеличения объемаздания за счет пристройки объемов и надстройки мансардногоэтажа, устройство квартир в двух уровнях;

с изменением структуры квартир путем увеличения объемаздания за счет расширения корпуса и надстройки несколькимиэтажами.

При выполнении работ по модернизации и реконструкции жилыхзданий особое внимание должно уделяться повышениюэксплуатационных характеристик и в первую очередь снижениюэнергопотребления за счет повышения теплотехническихпараметров ограждающих конструкций. Эти требованияраспространяются на здания старого жилого фонда, жилых домовпервых и последующих массовых серий.


58

Модернизация жилых зданий без изменения строительногообъема не требует значительных материальных и энергетическихзатрат и составляет 25-40 % восстановительной стоимости жилогодома. При изменении структуры квартир - 35-50 %.

Реконструкция жилых зданий с увеличением строительногообъема имеет возможность удовлетворения практически любыхдемографических требований при достаточно высоком уровнекомфортности жилья. Эта форма реконструкции наиболеезатратна и, как правило, требует проведения работ с отселениемжильцов, что возможно при соответствующем инвестированиипроектов.

При реконструкции зданий с надстройкой эффективностьрешений существенно повышается. Так, при устройствемансардных этажей стоимость работ не превышает 40-50 % новогостроительства, а возведение дополнительных этажей снижаетсебестоимость единицы площадей на 25-30 %.

Рассмотренные концептуальные положения отражают иопределяют взаимосвязи комплексного процесса, направлены намеханизм принятия оптимальных решений, что в условияхрыночной экономики оценивается надежностью инвестиционныхпроектов и их рентабельностью.


59

ГЛАВА 2ИНЖЕНЕРНЫЕ МЕТОДЫДИАГНОСТИКИТЕХНИЧЕСКОГОСОСТОЯНИЯКОНСТРУКТИВНЫХЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ

§ 2.1. Общие положенияЗдания и сооружения представляют собой сложные

строительные системы, состоящие из ряда конструктивныхэлементов, объединенных с помощью различных стыковыхсоединений. Особенностью таких систем является тообстоятельство, что их эксплуатационные качества и в первуюочередь долговечность разнородны и зависят от таких же качествсоставляющих их элементов, а также связей между ними. Врезультате неадекватности воздействия внешней среды,внутренних технологических и эксплуатационных процессов вразличных конструктивных элементах возникают напряжения идеформации, способствующие процессам разрушения.

Разрушение нагруженных конструкций проходит три стадии:стадию зарождения трещин в местах концентрации напряжений иобразования различных дефектов, стадию медленного их развитияи стадию лавинообразного разрушения при достижениикритических напряжений и деформаций.

Начало разрушения обусловливается неблагоприятнымсочетанием ряда факторов внешнего и внутреннего воздействий.Возникновение одних дефектов носит случайный характер, других- обусловлено организационными и технологическими причинами.Выявлением дефектов и воздействиями на них возможносущественно повысить качество зданий, эксплуатационнуюнадежность, продлить их долговечность. При этом большое


60

значение приобретают инженерные методы диагностикитехнического состояния зданий и конструктивных элементов.

Анализ причин повреждений элементов зданий позволяетвыделить четыре группы факторов, степень влияния которых вкаждом конкретном случае может быть различной поинтенсивности воздействия (табл. 2.1).

Таблица 2.1

Классификация повреждений конструктивных элементов зданий

Воздействие внутренних факторов включает природные иискусственные. К природным факторам следует отнестиатмосферные, климатические, грунтовые, биологические исейсмические воздействия. Из группы факторов следует выделитьатмосферные, биологические и грунтовые условия, влияниекоторых в последние десятилетия заметно активизировалось.

В частности, наличие выбросов и загрязнений химическимисоединениями атмосферы городов приводит к непрогнозируемымвоздействиям, разрушающим ограждающие конструкции, кровлии другие конструктивные элементы. Широкая гамма химическихсоединений вступает в реакцию с материалом конструкций испособствует возникновению новообразований, нарушающих


61

структурно-механические свойства и существенно снижающихдолговечность конструктивных элементов. Особой опасности приэтом подвержены композиционные строительные материалы сналичием полимерных материалов и соединений.

Опыт эксплуатации городских территорий показал, чтоликвидация естественных насыпей, выемок и активноевмешательство в изменение естественного ландшафта приводятк изменениям геологического характера: повышению уровнягрунтовых вод, карстовых образований, нарушениям физико-механических характеристик оснований зданий и другимнегативным явлениям.

Воздействие технологических факторов проявляется врезультате повышения агрессивности сред, технологическихзагрязнений и механических воздействий. При этом агрессивнымимогут быть как атмосферные, так и грунтовые среды. Особоезначение приобретают загрязнения грунтового основания ираспространение их в результате миграции атмосферных игрунтовых вод. Так, при утечке технологических загрязненийпромышленного комплекса последние попадают в грунтовые водыи распространяются на значительные площади, включая и зонужилых зданий. В результате этого, казалось бы, в удаленном отисточников загрязнений районе наблюдаются разрушенияфундаментов жилых зданий.

Повышение интенсивности транспортных артерий, увеличениегрузоподъемности машин и подвижного состава рельсовоготранспорта приводят к возрастанию воздействий вибрационногои ударного характера. В сочетании с изменившейся структуройгрунтов эти воздействия могут принимать весьма опасныеразмеры. Так, повышение влажности оснований приводит кувеличению скорости распространения колебаний, снижениюдемпфирующих свойств грунта и в конечном итогедополнительным динамическим воздействиям на жилые дома. Вряде районов РФ из-за высокой активности техногенных процессовповысился уровень сейсмичности, что требует не толькопересмотра норм на новое строительство, но и незамедлительногопринятия мер по усилению существующих зданий с цельюповышения уровня надежности.

Проявление дефектов при проектировании и технологиипроизводства работ приводит к снижению долговечности инесущей способности зданий. Наиболее часто возникновениедефектов связано с нарушениями технологических регламентов


62

производства работ на стадиях возведения нулевого цикла,надземной части, устройства кровли, производства отделочныхработ и т.п. Вероятность возникновения значительных дефектовповышается при производстве работ при отрицательныхтемпературах, стесненных условиях, отсутствииинструментального контроля со стороны заказчика и инвесторов.

Нарушение режима эксплуатации зданий является одной изглавных причин преждевременного возникновения дефектов вконструктивных элементах зданий. Наличие протечек кровлиприводит к замоканию и размораживанию элементов стеновогоограждения, перекрытий, балконных плит, козырьков и другихвыступающих элементов. Протечки, связанные с авариямисистемы водоснабжения или канализации, приводят кпереувлажнению основания, размыву подошвы фундаментов, чтонередко приводит к потере устойчивости здания, вызваннойнеравномерными осадками.

Нарушение температурно-влажностного режима эксплуатациизданий является причиной снижения эксплуатационнойнадежности ограждающих конструкций и изменения физико-механических характеристик материала конструкций.

Это далеко не полный перечень факторов и причин, вызывающихповреждения, которые приводят к возникновению дефектов трехкатегорий. I категория - приводящая к аварийному состояниюздания; II - возникновению повреждений, снижающих несущуюспособность и эксплуатационную надежность зданий; III -повреждения, не снижающие несущую способность конструкций илегко ликвидируемые при ремонте.

Уровень и значимость повреждений возможно оценить,используя инженерные методы диагностики. Комплексисследований позволяет получить полное представление осостоянии конструктивных элементов, что является основой дляоценки остаточной долговечности зданий, требуемого объемавосстановительных работ и методов реконструкции [65].

§ 2.2. Физический и моральный износзданий

С момента введения здания в эксплуатацию все элементы иконструкции постепенно снижают свои качества. Эти изменения


63

являются следствием воздействия многих физико-механических ихимических факторов. К наиболее важным из них относятся:неоднородность материалов; напряжения, вызывающиемикротрещины в материале; попеременное увлажнение ивысушивание; периодические замораживания и оттаивания;высокий температурный градиент, приводящий к неоднороднымдеформациям и разрушениям структуры материала; химическоевоздействие кислот и солей; коррозия металла; загниваниедревесины и т.п. При этом интенсивность протекания процессовколеблется в достаточно широких пределах и является следствиемэкологического состояния окружающей среды, уровнемтехнической эксплуатации, капитальности зданий и качествавыполнения строительно-монтажных работ.

Надежность и долговечность конструкций зависят отинтенсивности разрушительных процессов. Основнойхарактеристикой зданий является долговечность. Под этимтермином понимают такой расчетный срок службы, в течениекоторого материал или конструкция сохраняют свои свойства изаданные характеристики. Под физическим износом конструкцийи зданий подразумевается ухудшение технического состояния,приводящее к потере прочностных, эксплуатационных и другихкачеств.

Величина физического износа - это количественная оценкатехнического состояния, показывающая долю ущерба посравнению с первоначальным состоянием технических иэксплуатационных свойств конструкций и здания в целом.

Прогнозирование износа - сложная многофакторная задача. Всвязи с наличием в здании огромного количества разнопрочныхи разнодолговечных конструкций и материалов нереальноспрогнозировать весь срок его службы как сочетание сроковслужбы каждого элемента в отдельности.

Теоретически предполагается, что физический износ здания современем увеличивается (рис. 2.1, кривая 1). Фактически, порезультатам натурных обследований, параметры физическогоизноса менее интенсивны (кривая 2) в результате поддержанияэлементов здания в нормальном техническом состоянии и могутпериодически снижаться (кривая 3) при выполнении ремонтныхсроков эксплуатации зданий.


64

Рис. 2.1. Изменение физического износа зданий1 - по данным С.К. Балашова; 2 - по статистическим данным; 3 -при выполнении ремонтно-восстановительных работ

Вообще ремонту должны подвергаться только сменяемыеконструкции, срок службы которых менее нормативного срокаслужбы несменяемых конструкций. В свою очередь, несменяемыеконструкции при наличии физического износа должныподвергаться регенерации, т.е. процессам, обеспечивающимвосстановление несущей и эксплуатационной способности. Врезультате использования новых материалов и технологийвосстановительные работы могут существенно повысить уровеньнадежности и долговечности конструкций и здания в целом.

Результаты обследований показывают, что износ зданий иотдельных его элементов происходит более интенсивно в первые20-30 лет эксплуатации и после 90-100 лет. Анализ развитияфизического износа конструктивных элементов свидетельствует,что срок службы зданий существенно превышает усредненные инормативные значения. Данные позволяют сделать вывод, чтоздания II группы капитальности, уцелевшие и просуществовавшие70 лет и имеющие при этом износ 40 %, как бы стабилизируются иих дальнейшее существование остается без заметных изменений вусловиях нормальной эксплуатации.

В зависимости от капитальности нормами определеныусредненные сроки службы конструкций в годах.


65

I группа IIгруппа

III группа

Фундаменты .............. 150 125 100

Стены......................... 150 125 100

Перекрытия ............... 150 100 50

Опыт эксплуатации зданий показывает, что технический срокслужбы превышает нормативные значения, которые являются внекотором смысле условными. Об этом свидетельствуютразличные нормативные сроки для одинаковых конструкцийразличных стран. Так, расчетный срок службы фундаментов вВенгрии и Бельгии составляет 150, Франции - 100, Швеции - 80 лет.

Физический износ конструкций связан прежде всего состарением материалов и изменением условий эксплуатации.Снижение физико-механических характеристик материала врезультате старения соответствует плавному изменению степениизноса, в то время как изменение условий эксплуатации и внешнихвоздействий способствует более резкой и скачкообразнойинтенсивности износа.

На рис. 2.2 приведены данные по физическому износуфундаментов жилых домов старой постройки за период более 100лет. При этом установлены области интенсивного износа,связанные с возрастанием динамических нагрузок оттранспортных средств, а также вызванные техногеннымипроцессами.


66

Рис. 2.2. Интенсивность износа фундаментов1 - при нормальной эксплуатации здания; 2 - при изменениивнешних воздействий; 3 - при возрастании внешних нагрузок; 4 -при замачивании фундаментов (аварийные ситуации)

Статистическая обработка результатов исследованийзависимости процента износа от продолжительности эксплуатациизданий первых массовых серий показала, что интенсивностьстарения зависит от конструктивной схемы, применяемыхматериалов и конструкций, а также от характера эксплуатациии планомерности проведения ремонтных работ. Так, для зданийсо стенами из кирпича и железобетонными перекрытиями периодвремени до постановки на капитальный ремонт составляет 15-20лет, до проведения текущего ремонта - 3-5 лет.

Отсутствие текущего и капитального ремонтов характеризуетсякривыми износа 1,3 (рис. 2.3), а при соблюдении правил итехнических условий эксплуатации - кривой 2.


67

Рис. 2.3. Зависимости износа жилых зданий отпродолжительности эксплуатации1 - крупнопанельные с внутренними несущими стенами инаружными однослойными панелями из легких бетонов; 2 - зданияс кирпичными стенами и железобетонными перекрытиями; 3 -крупнопанельные с наружными многослойными стенами

Жизненный цикл зданий возможно повысить при выполненииэлементарных требований по их эксплуатации.

Оценка степени износа конструктивных элементов, их несущейспособности и ограждающих функций является достаточносложной и трудоемкой задачей и требует инженерных методовдиагностики.

Физический износ оценивается, как правило, методом натурныхобследований.

Оценка степени физического износа по общей характеристикетехнического состояния приведена в таблице 2.2.Рассматриваются четыре степени физического износа ипримерная стоимость восстановительных работ. Несвоевременноевосстановление несущей способности конструктивных элементов,как правило, приводит к росту стоимости восстановительныхработ, иногда превышающей стоимость самих конструкций.

Таблица 2.2


68

Оценка степени физического износа по материалам визуального иинструментального обследования

Физическийизнос, %

Оценка техническогосостояния

Общая характеристикатехнического состояния

Примернаястоимостьработ, %

стоимостиконструктивных

элементов

0-20 Хорошее Повреждений ипревышающихдеформаций нет.Имеются отдельныедефекты, устраняемыеремонтом

До 10

21-40 Удовлетворительное Конструктивныеэлементы пригодны дляэксплуатации, нотребуют ремонта

15-30

41-60 Неудовлетворительное Эксплуатацияконструкций возможнапри условиивосстановительных работ

40-80

61-80 Плохое Состояниеконструктивныхэлементов аварийное.Необходимы мерыбезопасности и полнаязамена конструкций

90-120

Экономическая целесообразность реконструкции жилых зданийможет быть установлена путем сравнения расходов нареконструкцию с затратами на строительство нового здания такойже площади с учетом сроков дальнейшей эксплуатации.


69

Моральный износ зданий - это устаревание со временем типов,параметров и объемно-планировочных решений зданий, ихоборудования и отделки, художественно-стилевых особенностейархитектуры и внешнего облика зданий в связи с изменениемпредставлений общества. Категория морального износа зданийвключает прежде всего изменившиеся со временем нормы ипредставления об условиях проживания различных слоевнаселения. Это обстоятельство привело к разработке нормативов,являющихся обязательными при проектировании жилых зданий.Рассматривая систему морального износа в динамике, следуетотметить несколько фаз развития нормативной базы жилищногостроительства. К основным показателям, существенно влияющимна моральный износ зданий, следует отнести объемно-планировочные решения и, в частности, площадь нежилыхпомещений - кухни, санитарного узла, подсобных помещений,наличие инженерного оборудования - мусоропровода, лифта и т.п.Немаловажное воздействие на показатель морального износаоказывают факторы архитектурно-планировочных решений:высота этажа, соотношение размеров комнат, общая площадьквартир, объем помещений, приходящийся на одного жильца.

Анализ данных периода индустриального строительствапоказывает, что большая часть построенного жилищного фондаза период с конца 50-х до начала 90-х годов является моральноустаревшей, не отвечающей современным нормативам.Характерными чертами возведенных зданий первого периодаиндустриализации являются исключительно малые площадикухонь (4-6 м2), наличие совмещенных санитарно-техническихузлов, практически отсутствуют прихожие и холлы, а высота этажасоставляет 2,5-2,6 м.

Второй период индустриализации связан с широкимиспользованием крупноблочного и панельного строительствазданий высотой 9-12 этажей. Для жилищного фонда этойкатегории характерно некоторое улучшение архитектурно-планировочных решений за счет применения строительных системс более широким шагом внутренних стен. Это позволилоформировать квартиры с большей площадью, однако размерыподсобных помещений, кухонь и прихожих получилинезначительное увеличение, не обеспечивающее размещениесовременного оборудования (посудомоечные и стиральныемашины, встроенные холодильники и др.).


70

§ 2.3. Методы обследования состояниязданий и конструкций

Обследование зданий является важнейшей частью комплексаработ по оценке их технического состояния с целью принятиярешений по их реконструкции, модернизации или ремонту.Основная цель диагностики технического состояния зданийзаключается в установлении фактической несущей способностии эксплуатационной надежности строительных конструкций.Полученные данные используются при разработке проектовреконструкции.

Оценка физико-механических и технических характеристикконструктивных элементов и здания в целом как сложнойстроительной системы включает: оценку общих и местныхдеформаций, состояние основания, фундаментов, несущих иограждающих конструкций, кровли и т.д.

Конечным результатом обследования является оценкафизического состояния конструкций и здания в целом.Немаловажная роль при этом отводится ликвидации причинныхфакторов износа конструкций.

Работа по обследованию выполняется в два этапа.

I - предварительное, или общее обследование. Осуществляетсяпутем визуального осмотра здания и его конструкций,ознакомления с технической документацией и другимиматериалами, помогающими составить более полноепредставление об объекте. Осмотром должны быть выявленыучастки и отдельные конструкции, имеющие максимальныеповреждения. На этом этапе должны быть приняты меры повременному усилению конструкций.

В результате изучения проектной документации должны бытьустановлены: период строительства, время проведениякапитальных ремонтов, изменения режимов эксплуатации, датывозможных аварий, связанных с затоплением фундаментов илиподвальной части, подъемом уровня грунтовых вод и т.п. Изучениеархитектурно-строительных, конструкторских, инженерных сетейи коммуникаций и других рабочих чертежей позволит сделатьпредварительный вывод о расчетных и фактических нагрузках и


71

воздействиях, инженерно-геологических условиях строительства иособенностях эксплуатации зданий.

Для более полного представления о состоянии объекта должныбыть использованы дополнительные материалы: акты сдачиобъекта в эксплуатацию, акты на скрытые работы, журналыпроизводства работ, документация о проведенных ремонтно-восстановительных работах и т.п.

В случае частичного или полного отсутствия проектнойдокументации необходимо выполнить натурные обмерыконструкций и восстановить чертежи здания. При этом в процессеобмерочных работ устанавливаются конструктивная схема,размеры сечений несущих и ограждающих конструкций,положение конструкций в пространстве с привязкой ккоординатным осям и отметкам. При этом необходимо определитьдеформации конструкций, условия опирания, конструкции узлови их состояние, имеющиеся дефекты несущих и ограждающихконструкций.

По результатам предварительного обследования проводитсяориентировочная оценка технического состояния здания инамечается программа детального обследования.

II - детальное обследование. Проводится с целью сборадостоверных сведений для оценки технического состоянияконструкций. В результате обследования устанавливают ихположение в плане и по высоте, определяют сечение несущихэлементов, осадок, смещений и других отклонений от проекта.Систематизируются дефекты и повреждения конструкций, узлови сопряжений. Уточняются сведения об эксплуатационной среде,устанавливается величина статических и динамических нагрузок,действующих на основание фундамента, основные несущиеконструкции. Уточняются расчетные схемы несущих конструкцийдля выполнения поверочностных расчетов.

Детальное обследование конструкций следует выполнятьвыборочно или сплошным. Сплошное обследование предполагаетпроверку всех конструкций, а выборочное - отдельных элементов.

Сплошное обследование осуществляется во всех случаях, когда:отсутствует техническая документация, обнаружены дефектыконструкций, снижающие их несущую способность, неоднородныесвойства материалов конструкций, различные условия нагруженияпри воздействии неблагоприятных условий эксплуатации.


72

Если в процессе сплошного обследования обнаружится, что неменее 20 % однотипных конструкций находится вудовлетворительном техническом состоянии, то допускаетсяоставшиеся конструкции обследовать выборочно. Объемвыборочно обследуемых элементов должен составлять не менее 10% однотипных конструкций, но не менее трех.

Особое внимание при детальном обследовании уделяется оценкезначений физико-механических характеристик материалаограждающих и несущих конструкций. Она производится методомотбора проб с последующими испытаниями, а такженеразрушающими методами.

При проведении детальных обследований должны бытьустановлены вид и степень агрессивности окружающей среды,колебания уровня грунтовых вод, характер динамическихвоздействий и природа их возникновения.

На этапе детальных обследований проводятся инженерно-геологические изыскания с целью получения более достоверныхсведений о состоянии и характере залегающих грунтов, в томчисле под подошвой фундаментов, о размерах фундаментов,способах и схемах передачи нагрузок на основание, точностигеометрических осей несущих конструкций. Особое вниманиеуделяется характеру изменения свойств грунтов за периодэксплуатации.

Результатом обследования являются: тип фундамента, его формав плане, размеры и глубина заложения, материал фундамента иего физико-механические характеристики, наличие и состояниегидроизоляции.

Инженерно-геологические изыскания проводят при отсутствиирабочих чертежей фундаментов зданий, исполнительныхдокументов по их возведению, при размещении объектов всложных инженерно-геологических условиях (на подрабатываемыхи подтопляемых территориях, на площадках с большим перепадомвысот, при длительной эксплуатации зданий).

Детальное обследование - весьма продолжительный итрудоемкий процесс, поэтому необходимость его проведениядолжна быть доказана на этапе предварительного обследования.

При выполнении всех видов работ по обследованию конструкцийнеобходима четкая регистрация полученных данных с


73

оформлением актов технического состояния конструкций,материалов, инженерного оборудования.

§ 2.4. Инструментальные средстваконтроля технического состояниязданий

Техническое обследование зданий имеет целью определитьфизическое состояние конструкций, степень изменения свойствматериалов, дефекты конструкций. Оно производится передреконструкцией, учитывает будущую перепланировку помещений,возможную замену перекрытий, надстройку и другие решения. Этоприводит к увеличению постоянных и временных нагрузок.Поэтому получение наиболее полных данных о фактическомсостоянии несущих и ограждающих конструкций с учетомизменения их во времени служит исходным материалом дляпроектирования реконструктивных работ.

В процессе диагностики и освидетельствования строительныхконструкций зданий, для определения физико-механическихсвойств материалов, геометрических характеристик, прогибов иперемещений, дефектоскопии и т.п. применяют самыеразнообразные приборы и оборудование.

Для определения соответствия проектному положениюстроительных конструкций, включая деформации всех видов,применяются геодезические приборы и приспособления(теодолиты, нивелиры). Для измерения кренов и колебаний зданийприменяют оптические лазерные приборы вертикальногопроецирования.

При обследовании конструкций применяют теодолиты Т2, 2Т5К,нивелиры H1, H05, КОН-007, оптические центровочные приборыОЦП-2, «Зенит-ОЦГТ», «Зенит-ЛОТ» и др.

Широко используются фототеодолиты различных марок сприспособлениями для обработки данных измерений в видестереофотограмметрических камер, инженерных фотограмметров,стереокомпараторов и др. Для повышения точности геодезическихизмерений используются лазерные приборы.

Определение прочностных и деформативных свойствматериалов, из которых изготовлены и возведены конструкции


74

зданий, осуществляется методами прямых испытаний образцов.Несмотря на достаточно высокую трудоемкость этих работ, данныйметод позволяет получить более достоверные результаты.

Для извлечения образцов широко используются универсальныекернообразователи с алмазными коронками. Они позволяютполучать образцы материала в виде цилиндров при различномрасположении конструкций. В результате механическихиспытаний определяются: прочность, плотность,водонепроницаемость и другие физико-механическиехарактеристики.

Для получения требуемой достоверности испытанийиспользуются вероятностно-статистические методы, учитывающиеслучайный характер распределения свойств материала.

Извлечение опытных образцов из конструкции частозатруднительно. Поэтому при обследовании зданий широкоиспользуются неразрушающие методы испытаний.

Приборы для определения прочностных и деформативныхсвойств материалов конструкций базируются на применении:

I. механических методов - методы пластических деформаций,основанные на вдавливании штампа в поверхность материала(молоток Кашкарова, склерометр Шмидта, прибор КМ, молотокФизделя и др.); методы испытаний на отрыв и скалывание,основанные на отделении бетона путем отрыва со скалыванием(гидравлические пресс-насосы); метод упругого отскока - приборКМ и др.;

II. физических методов - ультразвуковые методы, основанныена измерении скорости распространения упругих волн.Ультразвуковые дефектоскопы Пульсар, Tico, Бетон 12М, УК-12М(рис. 2.4), измерители прочности бетона, кирпича и другихматериалов конструкций ОНИКС-2.3, Digi Schmidt (рис. 2.5); ПИК-1и т.п.; радиоизотопные, основанные на определении плотности поизменению интенсивности гамма-излучения; магнитный дляопределения толщины защитного слоя арматуры ИЗC-10Н и др.


75

Рис. 2.4. Ультразвуковые дефектоскопы отечественного (Пульсар)(а) и зарубежного производства (Tico) (б)

Рис. 2.5. Измерители прочности бетонаа - Оникс-2.3 производства фирмы «Карат» (РФ); б - молотокШмидта (Германия)

Для определения динамических характеристик используютсявиброметры ВИСТ-2, измеритель механических напряжений иколебаний ИНК-2, амплитудомеры, вибромарки, электроннаявиброизмерительная и записывающая аппаратура в составе:пьезодатчиков ускорения или перемещений, усилителя изаписывающего прибора. При этом запись динамических


76

параметров производится как на ленте с помощью механическихили световых систем, так и на компьютере с программнымобеспечением расшифровки динамических параметров -амплитуды, частоты колебаний, ускорения, а также амплитудно-частотных спектров. По данным тарировочных испытанийопределяются динамические параметры строительных систем.

Современные приборы диагностики обеспечивают не толькодостаточно высокую точность измерений с пределомпогрешностей 3-5 %, но и имеют малые габариты, графическийдисплей с подсветкой, оптоинтерфейс - канал информационнойсвязи с компьютером и программы компьютерного анализа.

Для измерения усилий, передаваемых на конструкциилебедками, домкратами и др., применяют гидравлические ипружинные динамометры, прогибомеры типа ПМ-3, ПАО-5,электронные измерители деформации ЭИД, ТЦМ сиспользованием тензорезисторов различного типа. Дляопределения углов поворота конструкций используют клинометры.

Широкое распространение для оценки состояния конструкцийполучили неразрушающие методы натурных испытаний. Ихприменяют для установления прочности на сжатие R, котораяопределяется как функция R = f(х1) механической или физическойхарактеристики материала, полученной опытным путем.

Особое место в определении дефектов бетонных,железобетонных и каменных конструкций отводитсяультразвуковому методу испытаний. С его помощью определяютсядефекты конструкций (полости и пустоты, глубина трещин,толщина поврежденного слоя и т.п.).

Определение прочности бетона по скорости прохожденияультразвука осуществляется при сквозном, диагональном иповерхностном прозвучивании (рис. 2.6).


77

Рис. 2.6. Принципиальная схема дефектоскопа (а), схемыопределения прочности бетона сквозным (б), диагональным (в) иповерхностным (г) прозвучиванием, (д) - градуированная кривая«прочность - скорость ультразвука»1,2 - точки установки преобразователей; 3 - испытываемаяконструкция; 4 - кабели; 5 - источник ультразвука; 6 - цифровойиндикатор

Используя градуировочную зависимость «прочность бетона -скорость ультразвука», производится оценка прочностныххарактеристик конструкций.

На рис. 2.7 приведены некоторые примеры определениядефектов железобетонных конструкций. Для обнаружения пустоти каверн в теле бетонных и железобетонных конструкцийиспользуется сквозное ультразвуковое прозвучивание. Зонадефекта оценивается как область с резким снижением скоростиультразвука (рис. 2.7,а).

Для обнаружения и оценки глубины трещин в бетонных ижелезобетонных конструкциях используются известные встроительстве импульсные ультразвуковые приборы. Применяютповерхностное прозвучивание. Расстояние междуультразвуковыми датчиками составляет 120-400 мм. О наличиитрещины свидетельствует изменение времени распространенияультразвуковых колебаний на базе измерения. Для обнаружения


78

трещин удобнее использовать приборы с датчиками нафиксированной базе и сухим контактом (рис. 2.7,б).

При заметном увеличении времени распространенияультразвукового сигнала, свидетельствующего о трещине, можетбыть установлена ее глубина. Для этого трещина должнарасполагаться под центром базы установки датчиков. Глубинутрещины определяют по соотношению

-

где l - база установки датчиков; ts, t0 - время распространенияультразвуковых колебаний в бетоне на базе l при наличии иотсутствии трещины.

Толщина поврежденного бетонного слоя (рис. 2.7,в)определяется по характеру падения скорости прохождения

ультразвука (v1, v2) по следующей зависимости где v1,v2 - соответственно скорости распространения импульсов в слое снарушенной и ненарушенной структурой.


79

Рис. 2.7. Определение дефектов железобетонной конструкцииультразвукома - определение пустот; б - определение трещин; в -ультразвуковой прибор; г - определение зон отслоившегося иразрушенного бетона; д - график распространения скоростиультразвука; 1,2 - преобразователи ультразвука; 3 - испытываемаяконструкция; 4 - зона дефектов; 5 - график изменения скоростиультразвука

Сопоставительный анализ неразрушающих методов испытаниябетона конструкций показал правомочность и достаточно высокуюоднородность результатов, полученных прибором упругого отскокаКМ, эталонным молотком Кашкарова, ультразвуковым способом иметодом непосредственных испытаний образцов, выбуренных изтела конструкций. Коэффициенты вариации по прочностисоответственно составили при испытании колонн - 10,3; 10,4; 10,0и 12,6 %; при испытании плит перекрытий - 12,6; 11,8; 12,9 и 13,8%; при испытании блоков фундаментов - 16,8; 20,4; 19,6 и 20,8 %.

Для полной оценки железобетонных конструкций необходимознать состояние арматуры и величины защитного слоя бетона.Наиболее эффективным и достаточно универсальным является


80

магнитный способ, а также вскрытие арматуры на наименеенапряженных участках конструкций с последующимвосстановлением.

Магнитный способ определения защитного слоя арматурыдостаточно прост в обращении, имеет высокую степень точностиизмерения. Переносной прибор ИЗС-10Н позволяет проводитьизмерения в стесненных условиях и не требуетвысококвалифицированного персонала. Он обеспечиваетобнаружение арматуры с определением ее диаметра от 4 до 32мм. Диапазон измерения толщины защитного слоя - от 5 до 50мм. Допустимая погрешность измерения составляет 5 %. Приборудобен в эксплуатации, имеет малые габаритные размеры и массув пределах 4,5 кг.

Новое поколение электронных приборов-измерителей защитногослоя типа ПОИСК-2.2, Profometr и др. (рис. 2.8) имеетавтоматизированную систему оценки диаметра арматуры. Поискарматуры и определение проекций стержней осуществляются поцифровой, тонально-звуковой и мнемонической информации.Прибор имеет габариты 145´40´25 мм, потребляет мощность 0,02Вт, обеспечивает диапазон толщин защитного слоя до 120 мм придиаметре арматуры 3-50 мм.

Рис. 2.8. Прибор для измерения и регистрации защитного слоябетона

Вскрытие арматуры для оценки ее состояния является приемом,когда отсутствуют инструментальные средства контролятребуемых параметров, и широко используется в практикедиагностирования железобетонных конструкций.


81

Для оценки и наблюдения за раскрытием трещин в бетонных,железобетонных и каменных конструкциях используютсяразличные системы маяков, микроскопов и индикаторов часовоготипа.

Помимо физико-механических характеристик и дефектовнесущих конструкций весьма важно произвести оценку следующихпараметров, существенно влияющих на комфортность проживания,санитарно-гигиенические условия и эксплуатационные качестважилища, таких, как: воздухопроницаемость стыков панелей;влажность утеплителя стен; состояние герметика стыков;теплозащитные свойства ограждений; звукоизоляция ограждений;газовый состав воздуха в помещениях; воздухообмен, влажностьвоздуха, температура, освещенность помещений; скоростьдвижения воздуха в помещениях и другие параметры.

Следует отметить, что в последнее время разработан рядприборов, обеспечивающих контактное и бесконтактноеизмерение параметров с цифровой или магнитной записьюпроцессов. Наиболее эффективными следует считать тепловизоры,с помощью которых производится инструментальная съемкадинамики теплопередачи ограждающих конструкций, лазерныесистемы термощупов, электронные газоанализаторы и др.

На рис.2.9 приведен пример регистрации температурных полейфасада здания с помощью тепловизора. Для оценки температурразличных участков используется цветовая шкала, с помощьюкоторой возможно оценить температурные параметры отдельныхучастков и фасадной поверхности в целом.


82

Рис. 2.9. Температурные поля фасада здания, зарегистрированныетепловизором

Для количественной оценки теплопотерь и тепловых полей принеоднородности стенового ограждения и примыканиясветопрозрачных конструкций (окна, балконные двери и т.п.) оченьважен выбор приборов, оптимально решающих задачубесконтактной регистрации тепловых полей, с учетомразрешающей способности и с учетом критерия «цена - качество».

Известно, что одними из основных факторов, определяемых прирегистрации тепловых сетей и влияющих на погрешность оценкитермического сопротивления и обнаружения дефектовстроительных конструкций, являются пространственнаяразрешающая способность и температурная погрешностьрегистрации, а также и временной интервал процесса проведенияконтроля.

С точки зрения получения реальной картины тепловых полейи источников теплопотерь целесообразно использовать приборы сболее высокой разрешающей способностью.

Исследования и анализ аномальных температурных участковограждающих конструкций, проведенные О.Н. Будадиным, и ихоптимизация показали, что пространственный шаг регистрациидолжен находиться в пределах 120 мм. С учетом изложенногоследует применять приборы, обеспечивающие не толькотребуемую разрешающую способность, но и их быстродействие.

В таблице 2.3 приведены зарубежные и отечественные приборыи их разрешающая способность.

Таблица 2.3

Характеристики тепловизоров

Частотакадров, Гц

№п.п.

Наименованиеприбора (тип

прибора,страна-

производитель)

Пространственноеразрешение

(пиксели), М´N

Времярегистрации

одного

Времяконтроля

поверхности1000 м2

(разрешение- 120 мм), с

Погрешностьизмерения

температуры

Цена(базовый

комплект),тыс. долл.


83

измерения,с

1 2 3 4 5 6 7

1 Thermacan PM595

(тепловизор,США)

320´240 60

3

3 ±2°С 85,0

2 TVS-100(тепловизор,

Япония)

320´240 10

3

3 ±2% 35,0

3 Varioscan-3022(тепловизор,Германия)

180´120 0,8

3

10 ±2°С 50,0

4 ИРТИС(тепловизор,

Россия)

220´175 0,5

4

20 ±2 % 19,0

5 Aurora(тепловизор-

сканер,Россия)

110´60 0,6

4

100 ±1°С 19,0

Для достоверной оценки теплотехнических характеристикнеобходимо учитывать их тепловое состояние с периодом 1-3 часа.Из этого критерия следует осуществлять выбор прибора,обеспечивающего получение реального состояния тепловых полей.

Так, время контроля поверхности стен с разрешением 120´120мм составляет от 3 минут до одного часа с уровнем погрешности ±2 °С.

Кроме контрольных функций целесообразно использоватьтепловизоры при назначении технологии производства работ с


84

использованием энергоэффективных блоков стеновогоограждения, где материал швов определяет уровень теплопотерь(рис. 2.10).

Рис. 2.10. Термограмма стены крупнопанельного здания (а) игистограмма (б), построенная с шагом 160´160 мм

Использование экспериментальных участков с различнымиматериалами швов позволит оптимизировать технологию работ спозиций теплотехнической однородности.

Применение тепловизоров при заводском изготовлениинаружных стеновых панелей является эффективным средствомвыбраковки, определения мостиков холода, зон более высокойплотности бетона и др. технологических нарушений.

Отклонение указанных параметров от нормативных значенийприводит к разной потере эксплуатационных качеств, повышениюрасхода тепла на обогрев помещений, изменению микроклиматаквартир и другим негативным моментам.

Так, постоянное увлажнение помещений и высокие теплопотерив результате продуваемости стыков приводят к частомузаболеванию жильцов. Эти же параметры существенно влияют ина долговечность конструкций.

Слабая звукоизоляция внутренних стен, перекрытий,лестничных площадок и лифтовых шахт, характерная длякрупнопанельных жилых зданий, приводит к дискомфортупроживания, а повышенные вибрационные нагрузки - к нарушениюгерметичности стыков и их преждевременному разрушению.

Существенное влияние на условия проживания оказываютхимический состав воздуха и наличие агрессивных компонентов,что может являться результатом внешнего воздействия, а также


85

реакцией материала конструкций и отделочных покрытий привзаимодействии с атмосферой.

Наличие блуждающих токов и других электромагнитныхявлений в конструкциях жилых зданий также приводит кнарушению комфортности проживания.

Использование строительных материалов, не проверенных нарадиоактивность, приводит в некоторых случаях к повышенномурадиационному фону помещений. Это относится прежде всего кстеновым материалам из шлака и золы гидроудаления. Поэтомупостоянный контроль за присутствием радиоактивности в щебне идругих материалах обязателен при выполнении реконструктивныхработ.

Одним из критериев, существенно влияющих на комфортностьпроживания, является воздухообмен помещений. ТребованияСНиП нормируют расход воздуха для различных помещений, чтодостигается методами принудительной и естественнойвентиляции. Особое место при этом отводится оценкевоздухопроницаемости ограждающих конструкций и их влияниюна микроклимат помещений.

Этими требованиями обеспечивается поддержка чистотывоздуха в помещениях, которая достигается не только кратностьювоздухообмена, но и требованиями к элементам зданий иотделочным материалам по их способности выделять вредныевещества.

Экологическая чистота жилых помещений и зданий в целомформирует условия безопасного проживания граждан,обеспечивающие минимально необходимые санитарно-гигиенические условия, образующие внутренний микроклимат:температурный режим; влажностный и подвижный режимывоздуха; приемлемые уровни шума и вибраций; концентрациивредных химических веществ в воздухе; освещенность иинсоляция; уровни электромагнитного и ионообразующегоизлучения; уровень статического электричества.

Комплекс минимально допустимых параметров даетпредставление о критериях экологически чистого жилья иэкологической безопасности. Каждая квартира или жилой домдолжны иметь санитарно-гигиенический паспорт, составленный наоснове инструментальной проверки физического состояния.


86

Особое значение данный документ приобретает при выполненииреконструктивных работ, объемы которых ежегодно возрастают.

§ 2.5. Определение деформаций зданийПод воздействием постоянных и переменных нагрузок в зданиях

могут возникать деформации. Они подразделяются на местные,когда перемещения, прогибы или повороты происходят в узлахи конструкциях, и общие, когда перемещается и деформируетсяздание в целом. В свою очередь, деформации могут бытьостаточными и упругими, исчезающими при снятии нагрузки.

Для измерения местных деформаций используются различныесистемы прогибомеров и индикаторы часового типа.

Общие деформации здания являются следствием просчетов вподборе фундаментов, что приводит к неравномерной осадкеразличных частей здания, а также к нарушениямэксплуатационного режима - замачиванию грунтов вследствиеаварии сетей водо- и теплоснабжения, изменениюгидрогеологических условий.

Для измерения осадок, кренов, смещений зданий используютметоды инженерной геодезии. Смысл диагностики заключаетсяв сопоставлении отметок реперов и осадочных марок. Реперызакладываются на такую глубину, чтобы их основанием служилипрактически несжимаемые грунты. Их располагают вокруг зданияна расстоянии 30-100 м.

Осадочные марки устанавливают в фундаменты по периметруздания. Положение их осей выносят на стены и фиксируютнесмываемой краской. С помощью нивелирования определяютхарактер общих осадок для различных участков здания (рис. 2.11).


87

Рис. 2.11. Схемы определения осадки зданий и кренова - схема регистрации осадки здания: Роп - опорные репера; ОМ -осадочные марки; б, в - определение крена здания методомизмерения горизонтальных углов: А, А1 - центры знаков нарасстоянии 30-50 м от здания; С, С1 - удаленные знаки; В - маркана верхней части здания; g, g1 - измеряемые углы

Крены зданий фиксируют боковым нивелированием илиизмерением горизонтальных углов. Использование клинометров икренометров позволяет получить более точные характеристикидеформаций. Для измерения наклонов используют точные уровнис измерительным винтом.

Линейная величина частных кренов, мм, определяется позависимостям (рис. 2.8,б)

-

где g, g1 - приращение угла в одну сторону; L, L1 - расстояние отсооружения до знака; r - коэффициент перевода углов в линейноезначение.

Измерение сдвигов зданий осуществляется с помощьютеодолита. При этом боковое смещение измеряют от прямых


88

линий, фиксируемых вдоль периметра здания. В качестве линииотсчета используют струну или лазерный луч.

Более точным средством регистрации деформаций являетсяметод фотограмметрии, который позволяет получать графическоеизображение объекта с параметрами отклонений различных еготочек.

Особое внимание при диагностике технического состояниязданий отводится оценке геометрического положения несущих иограждающих конструкций, узлов и сопряжений, деформаций ввиде прогибов, угловых смещений и т.п. Эти параметрыизмеряются традиционными методами и сравниваются сдопустимыми значениями.

В местах, неудобных для геометрического нивелирования из-за стесненности условий работ, используется гидростатическоенивелирование. Гидростатический прибор подвешивается квысотным маркам и по разности отсчетов по соседним трубкамопределяется величина превышений. Точность измеренийсоставляет 0,1 мм.

После регистрации деформаций отдельных конструкцийпроизводят сравнение с допустимыми значениями (табл. 2.4).

Таблица 2.4

Значение предельно допустимых прогибов

№п.п.

Элементы конструкций Предельно допустимыепрогибы

1 Железобетонные перекрытия с плоскимпотолком при пролете, м:

l < 6 1/200

6 < l < 7,5 3 см


89

l > 7,5 1/250

2 Перекрытия с ребристым потолком, м:

l < 5 1/200

5 < l < 10 2,5 см

l > 10 1/400

3 Металлические балки перекрытий при пролете,м:

l < 6 1/250

6 < l < 7,5 2 см

7,5 < l < 10 1/400

4 Стеновые панели самонесущие при пролете, м:

l < 6 1/200

6 < l < 7,5 3 см

l > 7,5 1/250

Данные измерений деформаций представляют в видеисполнительной схемы и журнала изменений. Они используютсядля составления заключения о техническом состоянии здания.


90

§ 2.6. Дефектоскопия конструкцийОбследование оснований и фундаментов

Для зданий, подлежащих реконструкции, требуется в первуюочередь установить несущую способность оснований ифундаментов, их техническое состояние. Работы по обследованиюпредусматривают выполнение инженерно-геологических,гидрогеологических и инженерных работ. Обследованиеоснований выполняется в соответствии с требованиями СНиП2.02.01-83*.

Основная цель обследований состоит в оценке инженерно-геологического состояния грунтов, залегающих под подошвойфундамента, а также состояния фундаментов, их целостности,деформативности, устойчивости и прочности материала.

Обследования производят с помощью открытых шурфов,количество и месторасположение которых определяются в каждомконкретном случае. Проходку шурфов осуществляют в наиболеенагруженных и ненагруженных участках, у наружных ивнутренних стен, колонн, столбов и т.п. Число закладываемыхшурфов принимают по одному у каждого вида конструкции внаиболее нагруженном и ненагруженном местах, при наличииповторяющихся секций - в одной секции отрывают всенеобходимые шурфы, а в остальных по 2-3 шурфа в наиболеенагруженных местах, в местах, где предполагается установкапромежуточных опор или пристройка дополнительных объемов.

Получение достоверных результатов о состоянии основания ифундаментов исключительно важно при увеличении илиизменении характера нагрузки, при надстройке, устройствезаглубленных помещений вблизи существующих зданий и в другихслучаях.

Шурфы отрывают вблизи участков, имеющих значительныедеформации, а также в зонах, где предусматриваются надстройка,пристройка и другое повышение нагрузок.

При отсутствии рабочей документации на основания ифундаменты количество, глубина и расположение шурфов в планедолжны быть достаточными для восстановления планов и разрезовфундаментов и установления несущей способности основания.


91



Обработка результатов исследований позволяет сделать выводо состоянии основания фундаментов, их несущей способности,степени износа конструкций, фактическом сопротивлении грунтов.Устанавливаются зоны, где необходимо укрепление грунтов сцелью повышения их несущей способности.

При оценке состояния фундаментов более поздних построек,выполненных из элементов сборного бетона и железобетона,процесс дефектоскопии существенно упрощается.

При наличии технической документации возможно частичноеобследование, что существенно снижает трудоемкость и стоимостьработ.

В таблице 2.5 приведены характерные повреждения и ихпричины для фундаментов: свайных, ленточных крупноблочных исборно-монолитных фундаментов жилых зданий первых массовыхсерий (кирпичных и крупнопанельных). Причинами дефектов иповреждений служат, как правило, нарушения в технологиипроизводства работ, эксплуатационные условия, отклонения визготовлении конструкций и др.

Таблица 2.5

Повреждения и дефекты фундаментов и грунтов основания

Конструктивныйэлемент или его

частьПовреждения Основные причины

повреждения

Естественные основания

Грунт основанияфундамента

Уменьшение расчетногосопротивления грунта,увеличение агрессивностисреды

Эксплуатационные факторы:увлажнение, увеличениенагрузки и ошибки припроектировании

Свайные фундаменты


92

Сваи не объединены вростверк

Нарушение условий забивкисвай или устройстваростверка

Смещение в плане отпроектного расположениясвай

Нарушение проекта впроцессе устройствасвайного фундамента

Несоответствие классабетона примененных свайпроектному

То же

Сваи

Сваи не забиты до проектнойотметки

Нарушение в процессеустройства свайногофундамента

Коррозионные следы наповерхности конструктивныхэлементов

Коррозия арматуры,закладных деталей

Стальнаяарматура,закладные исоединительныедетали

Коррозия арматуры,закладных деталей,соединительных накладок

Эксплуатационные факторы,нарушения в процессеизготовления


93

Общие деформации ростверкав вертикальной илигоризонтальной плоскости

Нарушения в технологииустройства;эксплуатационные факторы;ошибки при проектировании

Трещины шириной более 0,3мм в бетоне ростверка,распространение отдельныхиз них на цокольные панели

Нарушение технологиипроизводства работ.Эксплуатационные факторы;ошибка при проектировании

Ростверк

Местные деформации(смятие, сколы и др.) бетонаростверка, в том числе вместах опирания панелей

Нарушение технологиипроизводства работ впроцессе возведения;неправильная установкапанелей

Гидроизоляция Полное или частичноеотсутствие вертикальной игоризонтальнойгидроизоляции ростверка

Нарушения в процессевозведения зданий

Защитные изащитно-декоративныепокрытия

Полное или частичноеотсутствие защитногопокрытия на сваях(ростверке)

Нарушения приизготовлении свай

Фундаменты ленточные крупноблочные сборно-монолитные,фундаменты отдельно стоящих стен технических подполий

Горизонтальные ивертикальныеповерхности

Общие деформации ввертикальной или (и)горизонтальной плоскости(искривления, перекосы,прогибы, выпучивания и др.)

Эксплуатационные факторы;неравномерная осадка;пучение грунта; уменьшениеустойчивости грунта и др.


94

Разломы или трещинышириной более 0,3 мм

То жеБетонфундаментов,стен

Высолы и следы сырости настенах техническогоподполья

Нарушение в технологиипроизводства работ иизготовлении цокольныхпанелей, устройствефундаментов и стен

Трещины в растворе швовстыков

Отклонения от технологиипроизводства работ.Эксплуатационные факторы

Выпадение раствора изстыков и мест сопряжений;разрушение бетона в зонестыков по краям панелей имест сопряжений

То же

Стыки блоков ицокольныхпанелей

Увлажнение бетона в зонестыков блоков и панелей

Эксплуатационные факторы:повреждениягидроизоляции; повышениеуровня грунтовых вод и др.

Диагностика каменных и армокаменных конструкций

При обследовании каменных и армокаменных конструкцийпрежде всего выделяются наиболее ответственные несущиеконструкции. С помощью приборов устанавливают степеньотклонения от проектного положения. Особое внимание уделяетсяместам опирания перемычек, балок, плит перекрытия и покрытия,характеру сопряжения стен между собой.

Среди причин возникновения дефектов следует выделить:механические, динамические, температурно-влажностныевоздействия, а также дефекты, обусловленные неравномерностьюосадок основания. Последние, как правило, приводят к наиболеезначительным дефектам.


95

В зависимости от характера изменения осадки фундаментоввследствие технической эксплуатации зданий и другихтехногенных процессов возможно развитие растягивающихнапряжений в кладке, приводящих к образованию трещин.Основные варианты развития трещин состоят в (рис. 2.12):

1 - осадке средней части здания за счет просадочных явленийв грунтах основания. Она вызывает параболические кривые,образованные сетью трещин, расширяющихся книзу инаклоненных к центральной оси здания;

2 - осадке крайних частей здания, что вызывает параболическиекривые, образованные сетью трещин, расширяющихся кверху инаклоненных к краям здания;

3 - разломе здания вследствие максимальных осадок крайнихчастей здания и минимальной осадки в центральной части.Образуется сквозная вертикальная, расширяющаяся кверхутрещина. Причиной может служить местная подпирающая опора вгрунте основания центральной части здания;

4 - просадке части здания, приводящей к образованиювертикальной извилистой трещины одинаковой толщиныраскрытия.

Рис. 2.12. Вид трещин в каменных стенах зданий при основныхвидах осадки грунта основанийа - осадка средней части здания; б - осадка крайних частейздания; в - разлом здания; г - просадка части здания; R -сопротивление грунта основания


96

Вторая группа воздействий, приводящая к трещинообразованиюкирпичной кладки, относится к конструктивным деформациям ивключает три стадии напряженно-деформированного состояния.

1-я стадия - начало трещинообразования происходит принагрузках, составляющих 40-60 % разрушающих, при кладке наслабых растворах (менее 1 МПа), 50-70 % - при кладках нарастворах средней прочности (1-2,5 МПа), 70-90 % - на прочныхрастворах (более 5 МПа). Эта стадия включает появление трещин,распространяемых на высоту 2-3 рядов кладки, совпадающих свертикальными швами кладки. Появление трещин свидетельствуето превышении нагрузки несущей способности кладки;

2-я стадия - при возникновении значительных напряжений вкладке. Она характеризуется появлением вертикальных трещин внескольких рядах кладки;

3-я стадия трещинообразования соответствует аварийномусостоянию.

На рис. 2.13 приведена схема распределения нормальных икасательных напряжений в кирпичной кладке, моделируемойпластиной с прямоугольными отверстиями. При равномернораспределенной нагрузке максимальные нормальные напряженияконцентрируются на границе отверстий, а касательные - впростенках. Примерное соотношение напряжений приведено наэпюрах по характерным сечениям.


97

Рис. 2.13. Распределение напряжений в стене-пластине спроемами и выпучивание кирпичных простенкова - нормальные напряжения; б - касательные напряжения; в -схема деформаций; г - расчетная схема

Определяющее влияние на концентрацию напряженийоказывает процесс старения кладки (выветривание и разрушениешвов) в результате влагомассопереноса и влияния цикличныхпроцессов замораживания-оттаивания. В результате обжатия швовв определенной части кладки возникают напряжения,превышающие ее несущую способность.

Методом визуального наблюдения легко устанавливаетсяналичие трещин, сколов. По характеру их расположения можносудить о причинах возникновения дефектов. Так, при увеличениинагрузки выше расчетной наблюдается образование вертикальныхтрещин различной степени раскрытия. Недостаточная длинаопирания перемычек, неправильное выполнение кирпичнойкладки над проемами, устройство перемычек над витриннымипроемами без устройства портала приводят к характерному


98

образованию трещин. Причиной образования трещин в простенкахмогут служить: применение материалов, не отвечающихпроектным требованиям; некачественная перевязка швов в кладке;неправильное выполнение температурных и деформационныхшвов; нарушение технологии производства работ в зимнее время;перегрузки при надстройке здания и др.

Появление наклонных трещин может иметь различные причины.В первую очередь они вызваны неравномерностью осадокфундамента из-за недостатков в подготовке основания, смещенияосей, наложения дополнительных нагрузок от пристраиваемыхзданий. Нарушение эксплуатационного режима здания происходитв результате подтопления или вымывания основанияатмосферными или техническими водами, увлажнения грунта из-за протечек, понижения уровня грунтовых вод при производстверабот вблизи возведенного здания и др.

Деформации внутренних стен в местах примыкания к наружнымвызваны более высокой нагрузкой и отсутствием в этих местахармирования кладки.

На рис. 2.14,в приведены характерные примеры образованиятрещин для рассмотренных случаев.

В процессе обследования очень важно знать динамикураскрытия трещин во времени. Для этой цели на трещиныустанавливают гипсовые, стеклянные или металлические маяки.Гипсовые и стеклянные маяки устанавливают на стене,предварительно очищенной от штукатурки. Используютсяцементные или гипсовые растворы. Металлические маякиизготавливают из кровельной стали и крепят к стене клеем илидюбелями. На маяках выставляются номер и дата установки.Динамика развития деформаций регистрируется в журналенаблюдений. Глубину трещин определяют с помощью щупов и игл,а ширину раскрытия - с помощью микроскопов МПБ-2, Мир-2.Пределы измерений МПБ-2 составляют до 6,5 мм, а Мир-2 - от0,015 до 0,6 мм.


99

Рис. 2.14. Характерные примеры образования трещин вкирпичных стенаха - вертикальные трещины в простенках; б - то же, в зоне заделкиперемычек; в - деформации внутренних стен в местах примыканияк наружным стенам

Важным этапом обследований является процесс определенияфизико-механических характеристик кладки. Этому этапупредшествуют качественная оценка кладки и ее соответствиетехническим требованиям: толщина швов и перевязка, соблюдениегоризонтальности рядов, вертикальность стен и др. Длямеханических испытаний материала каменной кладки из


100

малонагруженных элементов конструкций извлекаются образцыили выбуриваются керны, которые испытываются сиспользованием стандартного оборудования.

При зондировании отбирают пробы материала не менее чемчерез каждую четверть толщины стены. Число точек зондированияпринимают в зависимости от размеров здания и его этажности(таблица 2.6).

Таблица 2.6

Число точек зондирования для различных зданий

Несущие каменные стены

Число этажейКоличество секций в здании

до 3 4-5 свыше 5

1-2 3 4 4

3-4 5 7 8

Более 4 7 9 10

Определение прочности камней производится в соответствии сГОСТ 8462-85, раствора - ГОСТ 5802-86. Морозостойкостьматериалов каменной кладки испытывают в соответствии с ГОСТ7025-91.

Условие, при котором поврежденные каменные и армокаменныеконструкции подлежат усилению, имеет следующий вид

КбпР > NКТР

где Кбп - коэффициент безопасности (Кбп - 1,7 длянеармированной кладки, 1,5 - для кладки с сетчатымармированием); Р - фактическая нагрузка в момент обследования;N - несущая способность конструкции без повреждений; КТР -


101





коэффициент, учитывающий снижение несущей способности(табл. 2.7) при наличии повреждений.

Таблица 2.7

Значения коэффициента К снижения несущей способности кладкив зависимости от характера повреждений

К при кладке№

п.п.Характер повреждения кладки стен,

столбов и простенковнеармированной армированной

1 Трещины в отдельных кирпичах, непересекающие растворные швы

1,0 1,0

2 Волосяные трещины, пересекающие неболее двух рядов кладки

0,9 1,0

3 То же, при пересечении не более 4 рядовпри числе трещин не более 4 на 1 м

ширины стены, столба или простенка

0,75 0,9

4 Трещины с раскрытием до 2 мм,пересекающие не более 8 рядов кладки,

при числе трещин не более 4 на 1 мширины стены, столба, простенка

0,5 0,7

5 То же, при пересечении более 8 рядов 0 0,5

При этом для расчета конструкций принимается средний пределпрочности кладки , который при известных марках кирпича ираствора принимается равным удвоенной величине расчетногосопротивления кладки .

Для испытаний из различных участков каменной конструкцииотбирают образцы. Предел прочности при сжатии кирпичаопределяется на образцах, состоящих из двух кирпичей или из двух


102

половинок, а предел прочности при сжатии камней определяетсяна целом камне.

Предел прочности при сжатии Rсж (МПа) определяют позависимости

-

где Р - наибольшая нагрузка, кН; А - площадь поперечногосечения, м2.

Предел прочности при изгибе Rизг (МПа) определяют согласносхеме испытания

-

где Р - наибольшая нагрузка; l - расстояние между осями опор; b,h - ширина и высота сечения образца, м.

Полученные данные используются для определения пределапрочности RКЛ кладки при сжатии по средней прочности камня ираствора

-


103

где А - конструктивный коэффициент, зависящий от вида кладкии прочности камня

-

т, п - коэффициенты, зависящие от вида кладки; Rр, RK -прочность раствора и камня.

Значения коэффициентов а, b, т, п приведены в таблице 2.8.

Таблица 2.8

Значениякоэффициентов№

п.п. Вид кладки

а b т п

1 Из кирпича, кирпичных блоков и камней правильнойформы с высотой ряда 50-150 мм

0,2 0,3 1,25 3,0

2 Из сплошных камней правильной формы с высотойряда 180- 360 мм

0,15 0,3 1,10 2,5

3 То же, из пустотелых камней 0,15 0,3 1,50 2,5

4 Из сплошных крупных блоков с высотой ряда более150 мм

0,09 0,3 1,10 2,0

5 Из бутового камня 0,2 0,25 2,50 8,0

Коэффициент изменчивости прочности кирпичной кладкипринимается С = 0,15, а условное нормативное сопротивление RН


104

= RКЛ(1 - 2С) = 0,7RКЛ. Вероятностное понижение прочностикладки с учетом имеющихся ослаблений (пустошовка, гнезда,отклонения от вертикали) дает значение RКЛ = 0,5RН.

При наличии повреждений кладки стен, столбов и простенковвводится коэффициент снижения несущей способности КТР(таблица 2.7).

Диагностика и оценка остаточной несущей способностибетонных и железобетонных конструкций

Обследование бетонных и железобетонных конструкцийосуществляется в соответствии с требованием СНиП 2.03.01-84*«Бетонные и железобетонные конструкции». Обнаруженные приобследовании дефекты разделяются на следующие по степениважности группы: дефекты, приводящие к снижению и потеренесущей способности; частично снижающие несущую способностьс изменением геометрических размеров; отклонения вгеометрических размерах при сохранении несущей способности,вызывающие непригодность к технической эксплуатации.

Одни и те же дефекты могут создавать условия непригодностикак по несущей способности, так и по потере эксплуатационныхкачеств. Например, прогибы, превышающие допустимые значения,исключают нормальную эксплуатацию конструкций. В то же времяснижение несущей способности приводит к аварийномусостоянию. Ширина раскрытия трещин, нормальных к продольнойоси изгибаемого элемента в растянутой зоне, более 0,4 ммсвидетельствует о превышении требований по второй группепредельного состояния и одновременно указывает на возможностьдостижения предела текучести арматурной стали, что сопряженос потерей несущей способности конструкции.

Наиболее характерными дефектами железобетонных и бетонныхконструкций являются трещины. Следует различать трещины,появление которых вызвано напряжениями, возникающими вконструктивных элементах в процессе их изготовления,транспортирования и монтажа, а также обусловленныеэксплуатационными нагрузками и воздействием окружающейсреды.

К трещинам, появившимся в доэксплуатационный период,относятся: усадочные, вызванные нарушением технологическогорежима твердения бетона; в результате резких температурныхперепадов отдельных участков конструкции и напряжений,


105


возникающих при этом; трещины технологическогопроисхождения, возникающие в элементах сборного железобетонапри изготовлении; в результате нарушений условийскладирования, транспортирования и монтажа. Объем дефектовтакого происхождения достаточно велик и составляет около 60 %.

Трещины, появившиеся в эксплуатационный период, имеютследующее происхождение: возникающие в результатетемпературных деформаций, неправильного устройства илиотсутствия температурных и деформационных швов; вызванныенеравномерностью осадок грунтового основания, аварийнымзамачиванием грунтов, проведением земляных работ внепосредственной близости к фундаментам, динамическиминагружениями, связанными с забивкой свай, уплотнением грунта,близким расположением автотранспортных магистралей и т.п.;обусловленные силовыми воздействиями, превышающимирасчетные значения. Последнее обстоятельство связано сувеличением нагрузок от надстройки зданий.

Наиболее опасными являются дефекты, полученные привозведении монолитных конструкций и производстве работ приотрицательных температурах. В этом случае из-занеравномерностей температурных полей возникаютдополнительные напряжения, приводящие не только кобразованию трещин, но и к нарушениям структуры бетона,снижению физико-механических характеристик, адгезииарматуры с бетоном. Трудноисправимые дефекты возникают приранней распалубке монолитных конструкций. Так, при распалубкеперекрытий, не достигших прочности 70 % Rб, наблюдаютсявысокие деформации (прогибы), восстановление которыхпредставляет достаточно большие трудности. Увеличениескорости нагружения стеновых конструкций, превышающейинтенсивность набора прочности бетоном, приводит квозникновению опасных напряжений.

В каждом конкретном случае необходимо проведение анализаи расчета напряженно-деформированного состоянияжелезобетонных конструкций.

В изгибаемых элементах, работающих по балочной схеме,возникают трещины, перпендикулярные продольной оси,вследствие появления растягивающих напряжений в зонедействия максимальных изгибающих моментов и трещины,наклонные к продольной оси, вызванные главными


106

растягивающими напряжениями в зоне действия перерезывающихсил и изгибающих моментов.

Разрушение бетона сжатой зоны свидетельствует о потеренесущей способности конструкции.

Появление в изгибаемых элементах поперечных трещин,проходящих через все сечение, связано с воздействиемдополнительного изгибающего момента в горизонтальнойплоскости, перпендикулярной плоскости действия основногоизгибающего момента.

Трещины в зоне опорной части балок и плит перекрытийуказывают на нарушения в анкеровке преднапряженной арматуры,а также недостаточное косвенное армирование. Смятие опорныхчастей сборных плит является следствием нарушениятехнологического процесса - замоноличивания пустот опорнойчасти или их заполнения бетонными вкладышами.

В изгибаемых элементах появление трещин сопутствуетувеличению прогибов и углов поворота. Аварийными следуетсчитать прогибы изгибаемых элементов более 1/50 пролета приширине раскрытия в растянутой зоне более 0,5 мм.

Оценка прочностных и деформативных характеристик бетонныхи железобетонных конструкций реконструируемых зданийявляется наиболее трудоемкой и важной операцией. Достоверныерезультаты способствуют принятию решения по сохранениюконструкций здания, предотвращению аварийных ситуаций,разборке и ограждению зоны аварийных конструкций.

Оценка повреждения железобетонных конструкцийклассифицируется как слабая при снижении несущей способностидо 15 %, средняя - до 25 %, сильная - до 50 % и полная - свыше 50%.

Получение достоверных данных о состоянии железобетонныхконструкций связано со степенью точности натурныхисследований. На основании полученных результатов даетсяоценка остаточной несущей способности и эксплуатационнойпригодности железобетонных конструкций. В основе оценкизаложен принцип расчета несущей способности иэксплуатационной пригодности согласно СНиП 2.03.01-84*«Бетонные и железобетонные конструкции». На первом этапеопределяются несущая способность сечений, прогибы, ширина


107


раскрытия трещин. Эти данные сравниваются с реальнымсостоянием конструктивных элементов.

Если acrc ≤ [acrc]; f ≤ [f], то конструкция считается пригодной кдальнейшей эксплуатации без усиления или восстановления.

Здесь приняты обозначения: F - фактическое внешнее усилие(продольная сила N, изгибающий момент М, поперечная сила Q);Fn - теоретическая несущая способность сечения элемента; S -фактические геометрические размеры сечения; Rbn - нормативноесопротивление бетона, определенное по фактической кубиковойпрочности бетона Rsn, gb - коэффициент надежности по бетону; gbi- коэффициент условий работы бетона конструкций.

По фактическому значению средней кубиковой прочностибетона, полученной в результате прямых или неразрушающихметодов диагностики, определяется коэффициент Киз. Затем поСНиП 52-01-2003 устанавливаются класс бетона и всехарактеристики, необходимые для расчета железобетонныхконструкций.

Коэффициент изменчивости свидетельствует о степениповреждения материала конструкций. При его значениях менее0,8 эксплуатация конструкций без дополнительных мероприятийпо разгрузке и временного крепления недопустима. В этом случаецелесообразность расчета отпадает, так как требуется принятиеболее радикальных решений. Если Киз ≥ 0,8, то производитсярасчет конструкций. При расчете принимается фактическаяплощадь сечения арматуры с учетом коэффициента Кd,учитывающего степень ослабления площади сечения арматурыкоррозией

-


108


где d0 - исходный диаметр арматуры; - среднийсохранившийся диаметр прокоррозированной арматуры сдоверительной вероятностью 0,95.

-

где di - выборочные значения диаметра; Sdk - среднееквадратичное отклонение; t0,95 - коэффициент Стьюдента; Rsn -нормативное сопротивление арматуры; gs - коэффициентнадежности по арматуре; gsi - коэффициент условий работыарматуры; acrc, f - расчетная ширина раскрытия трещин и прогиб,вычисленные при фактических прочностных характеристикахбетона и арматуры; [acrc], [f] - допустимые ширина раскрытиятрещин и прогиб.

Если в результате расчета разница между полученными идопустимыми по нормам значениями не превышает 25 %, товыполняются расчеты второго этапа, где методами статическогомоделирования определяются надежность конструкции и еебезотказная работа по первой и второй группам предельныхсостояний.

В случае невыполнения одного из неравенств конструкциюнеобходимо усилить.

§ 2.7. Дефекты крупнопанельныхзданий

Малоэтажные крупнопанельные здания первых серийпрактически являлись экспериментальным полигоном поотработке как конструктивных, так и технологическихрегламентов будущих массовых серий полносборногостроительства жилья. В этой связи неизбежны конструктивные,архитектурно-планировочные и технологические недостатки,


109

которые со временем эксплуатации способствоваливозникновению дефектов в зданиях.

Опыт эксплуатации показал, что повреждения начинаются внаиболее уязвимых местах конструкций. Такими являются местасопряжения различных материалов и конструкций; узлы опираниявнутренних, наружных стен и плит перекрытия; места вводакоммуникаций; стыки отвода атмосферных вод, наружныхстеновых панелей, выступающие элементы балконов, козырьков ипарапетов.

Дефекты панельного строительства можно представить в видетрех блоков, представляющих собой: дефекты, возникающие настадиях изготовления конструктивных элементов, монтажаконструкций и технической эксплуатации зданий.

Наиболее характерные дефекты и причины их возникновенияприведены в таблице 2.9.

Таблица 2.9

Классификация дефектов панельных зданий первых массовыхсерий

Взаимосвязь строительных конструкций и функционированиездания как сложной строительной системы приводят в рядеслучаев к компенсации дефектов, но в большинстве - к развитию ихзоны, вовлечению в процесс старения и разрушения прилегающих


110

участков и здания в целом. Анализ дефектов конструкций и аварийпоказывает, что они вызваны действием как одной, так исовокупностью комплекса причин. Ошибки проектных решенийсоставляют 4 % дефектов; низкое качество изготовления деталейи конструкций - 17,6 %; низкое качество монтажа - 41,6 %;неудовлетворительная эксплуатация зданий - 8 %; совокупностьразличных причин - 17,6 %. По времени проявления недостаткираспределяются следующим образом: на период строительства -48 %, на окончание строительства (период сдачи объекта) - 20 %;на процесс эксплуатации - 22 %, на период после капитальногоремонта - 3 %.

Заводское изготовление сборных конструкций крупнопанельногодомостроения характеризуется различными технологиями иоборудованием для производства работ, которые в совокупностидают представление о качестве конструкций, их долговечности иэксплуатационной надежности. В этом плане существенноезначение приобретают процессы приготовления бетонных и другихстроительных смесей, технология укладки и вибрационныхрежимов уплотнения, режимы тепловой обработки ускоренноготвердения, качество форм и их геометрическая неизменяемость.

Приготовление бетонной смеси является одним из важныхтехнологических переделов, существенно влияющих наоднородность материала и в конечном итоге на физико-механические характеристики. Весьма важными являютсяточность дозирования составляющих, учет влажности,однородность перемешивания.

В период начала массового крупнопанельного строительстваотсутствовали эффективные средства управлениятехнологическими свойствами бетонных смесей. Основнымприемом улучшения удобоукладываемости являлось повышениефактора В/Ц. Это приводило к снижению плотности материала и,соответственно, морозостойкости. Избыточная вода, не вступая вхимические реакции с цементом, остается в бетоне в виде пор иликапилляров, испаряется, оставляя воздушные поры. В результатеэтого бетон ослабляется, и чем выше В/Ц, тем ниже прочностьбетона.

При снижении фактора В/Ц технологические свойства бетонаухудшаются. Жесткий бетон для его уплотнения требует мощноговоздействия вибрационными или виброударными режимами. Приэтом достаточно трудно получить высокую однородность и степень


111

уплотнения. Известно, что недоуплотнение бетона на 1 % приводитк потере прочности на 5-8 %.

Снижение однородности бетона наблюдается при использованиикак подвижных смесей за счет частичного расслоения, так ижестких смесей в результате недоуплотнения определенных зон.

Наиболее ярко эти эффекты проявились при кассетномпроизводстве внутренних стеновых панелей, где степеньнеоднородности достигала 20-40 %. При изготовленииоднослойных керамзитобетонных панелей наружных стен разбросплотности по толщине панелей достигал 30 % и более.

По действующим нормам расчетное сопротивление бетонаоценивается зависимостью

-

где VH - коэффициент вариации, оценивающий колебанияпрочности бетона (среднее значение по СНиП VH = 13,5 %); R -прочность бетона; К - коэффициент безопасности по бетону.

Коэффициент безопасности К учитывает возможное ослаблениеконструкции вследствие ряда неблагоприятных технологическихфакторов.

Если фактическая средняя прочность бетона будетсоответствовать проектной, а коэффициент вариации 13,5 %, тонормативные сопротивления будут иметь обеспеченность 97,7 %.На рис. 2.15 показано влияние однородности (коэффициентавариации) на среднюю прочность бетона. С уменьшениемкоэффициента вариации можно снизить требования к среднейпрочности бетона, в то время как с увеличением этого показателятребуется увеличивать нормативное сопротивление бетона вконструкции.


112

Рис. 2.15. Влияние однородности на среднюю прочность бетона

Оценка однородности бетона изготавливаемых конструкций неимела достаточного оснащения контрольными средствамиультразвуковой дефектоскопии, что приводило к снижению ихкачества.

Весьма характерным примером служат дома серии К-7, гдевследствие неоднородности материала плит перекрытийнаблюдаются зоны минимальной прочности, приводящие кзначительным прогибам и разрушению перекрытий.

Усадка бетона. Большое влияние на долговечность конструкций,соприкасающихся с атмосферой, является усадка бетона, котораяпроявляется в образовании усадочных трещин. Усадка бетоназависит от его состава и свойств используемых для егоприготовления материалов. Увеличение усадочных явленийнаблюдается при повышении содержания цемента и воды,использовании мелкозернистых и пористых заполнителей. Какправило, наличие усадочных трещин является источникоминтенсивных разрушений поверхностного слоя бетона привоздействии атмосферных осадков и отрицательных температур.Интенсивность процессов существенно возрастает при наличии ватмосфере химически активных элементов.

Деструктивные процессы, протекающие в твердеющем бетоне,как правило, связаны с тепловлажностными условиями егообработки. Максимальное воздействие при этом наблюдается вранние сроки набора прочности бетоном.


113

Деформации твердеющего бетона, как правило, вызываютдеструктивные процессы как при тепловой обработке в заводскихусловиях, так и при производстве бетонных работ в построечныхусловиях. Они проявляются в образовании микротрещин,расширении капилляров, снижении адгезии крупного заполнителяи сцепления арматуры с бетоном.

Рассматривая сечение конструктивного элемента по высоте,имеем два вида деформаций, являющихся следствием градиентатемпературно-влажностного воздействия. При открытыхповерхностях и влажности воздуха менее 50 % наблюдаетсяпоявление усадочных трещин поверхностных слоев бетона, а припрогреве бетона в термоактивной опалубке - появление усадочныхдеформаций в нижней зоне. Эти процессы особенно частосопровождают технологию монолитного строительства, когдасоздание идентичных условий по толщине конструкциипрактически невозможно или затруднено.

На долговечность бетонов и, соответственно, железобетонныхконструкций влияют такие свойства, как плотность,проницаемость и морозостойкость.

Коррозия бетона. Фактором, существенно влияющим надолговечность бетонных и железобетонных конструкций, являетсякоррозия от агрессивных сред.

Степень агрессивности бетонных и железобетонныхконструкций определяется для жидких сред наличием иконцентрацией агрессивных реагентов, температурой, напоромили скоростью движения жидкости у поверхности. Для газовыхсред - видом и концентрацией газов, растворимостью их в воде,влажностью и температурой среды. Для твердых сред (соли,аэрозоли, пыли) - дисперсностью, растворимостью в воде,влажностью окружающей среды.

В зависимости от глубины разрушения бетона при коррозииимеют место слабо-, средне- и сильноагрессивные среды.

В таблице 2.10 приведены требования по допустимой глубинеразрушения бетона за 50 лет эксплуатации.

Таблица 2.10

Допустимая глубина разрушения бетона за 50 лет эксплуатации


114

Глубина разрушения бетона, см

Степень агрессивности

Железобетонные конструкции Бетонные конструкции

Неагрессивная 1 2

Слабоагрессивная 1-2 2-4

Среднеагрессивная 2-4 4-6

Сильноагрессивная > 4 > 6

Достаточно отметить, что интенсивность разрушения припоявлении первых признаков коррозии возрастает по зависимости,пропорциональной квадрату времени. Поэтому своевременноепроведение предупредительных ремонтов позволяетприостановить либо существенно снизить скорость разрушения.

Обеспечить долговечность арматуры в бетонах возможноповышением плотности самих бетонов, уменьшением ихпроницаемости, путем введения ингибирующих и уплотняющихдобавок.

Статистическая оценка состояния железобетонных конструкцийкрупнопанельных зданий показывает, что наибольшейинтенсивности разрушения подвержены конструктивныеэлементы, имеющие непосредственный контакт с атмосфернымивоздействиями: наружные стены; балконы, парапетные плиты, атакже стыковые соединения, подверженные периодическомузамачиванию. В реальных условиях эксплуатации зданийдолговечность конструктивных элементов существенно ниженормативных значений. Так, для многих конструкций при срокеэксплуатации 30 лет образовались дефекты, существенноснижающие их несущую способность и эксплуатационнуюнадежность.

Транспортирование сборных конструкций в ряде случаеввызывает образование дефектов в виде трещин, сколов,загрязнения наружных поверхностей. Условиями


115

транспортирования предусматривается расположениеконструктивных элементов в положении, близком к проектному.Так, для балочных конструктивных элементов следуетпредусматривать опирание на две опоры. Для плит перекрытий,наружных стеновых панелей, панелей внутренних стен и другихплоскостных элементов - размещение на упругие элементы по всейплоскости опирания, а их транспортирование - в наклонномположении на спецсредствах (панелевозах, плитовозах и т.п.).

На качество перевозок существенное влияние оказываютсостояние дорог, скорость транспортирования, демпфирующиесвойства автотранспортных средств.

Рассматривая систему «дорога - транспортное средство -перевозимая конструкция», легко видеть, что при снижениикачества дорог в виде выбоин и других препятствий существенновозрастают коэффициент динамичности и, как следствие, передачаимпульсивных воздействий на транспортируемую конструкцию.Момент передачи сопровождается ударными воздействиями,приводящими к возникновению дополнительных напряженийпрежде всего в зоне опирания конструкции.

При совпадении собственных частот колебаний системы итранспортируемой конструкции возникает явление резонанса, чтоспособствует в значительной степени увеличению динамическихнагрузок. Это приводит к возникновению очагов местныхдеформаций и напряжений, превышающих расчетные значения, иобразованию трещин, сколов и других дефектов.

На рис. 2.16 приведены графики зависимости коэффициентадинамичности от качества дорог и скорости движениятранспортного средства. При нормированном значениикоэффициента динамичности 1,5 наблюдается его превышение вопределенном диапазоне скоростей. Значительные превышениявозникают при наезде на некоторые препятствия (трамвайныепути, люки колодцев, выбоины и т.п.).


116

Рис. 2.16. Динамические параметры транспортирования сборныхжелезобетонных конструкций автотранспортомI, II, III - классы дорог; 1,2 - изменение коэффициентадинамичности при наезде транспортных средств на предприятия

Как показали статистические исследования, 4-6 % перевозимыхсборных железобетонных конструкций получают поврежденияразличной степени. Максимальное их число возникает из-заплохого качества приобъектных дорог.

Складирование конструкций. Отступление от технологическихтребований при складировании сборных железобетонных изделийприводит к возникновению напряжений, превышающихсопротивление бетона, и образованию трещин. Основнымипричинами являются: слабая подготовка основания, дающаяпросадки грунта различной интенсивности; несимметричноерасположение прокладок между складируемыми элементами;нарушение расчетной схемы опирания, превышение нормативнойвысоты штабелей и т.п.

Длительное хранение конструктивных элементов наприобъектном складе приводит к коррозии закладных деталей ивыпусков арматуры.

Одними из важных причин частичной потери эксплуатационныхсвойств конструкций являются замачивание атмосфернымиосадками и попеременное воздействие отрицательных температур(рис. 2.17). Это приводит к первоначальному образованию центровразрушения в виде микротрещин, которые со временемраспространяются на значительные площади конструкций.


117

Рис. 2.17. Изменение прочности бетона конструкций взависимости от степени увлажнения и воздействия отрицательныхтемператур1 - конструкция защищена от атмосферных осадков; 2 -увлажнение составляет до 20 %; 3 - насыщена атмосфернымиосадками при температуре до 0 °С; 4 - то же, -5...-10 °С; 5 - то же,-10...-15 °С; 6 - то же, -20...-25 °С

Интенсивное замачивание конструкций стенового огражденияспособствует снижению как теплотехнических, так и физико-механических характеристик панелей стен.

Агрессивное воздействие среды является причиной снижениянесущей способности железобетонных конструкций и ихразрушения, когда восстановительные работы либо невозможны,либо требуют больших материальных затрат. Снижениеэксплуатационного срока службы отмечается при увлажнении изнакопеременном температурном воздействии, а для заглубленныхконструкций фундаментов - воздействии агрессивных сред приотсутствии достаточной гидроизоляции (рис. 2.18).


118

Рис. 2.18. Снижение несущей способности железобетонныхконструкций при агрессивном воздействии среды и отрицательныхтемператур1 - конструкция внутренних частей зданий при нормальнойэксплуатации; 2 - то же, при нарушении эксплуатационногорежима; 3 - конструкция наружных стен; 4, 5, 6 - конструкции,подверженные увлажнению и знакопеременным температурнымвоздействиям; 7 - заглубленные конструкции фундамента привоздействии агрессивных сред

Дефекты на стадии монтажа конструкций. Дефекты, связанныес монтажом элементов зданий, являются наиболее частыми изначимыми. При использовании преимущественно свободногометода монтажа происходит поэтажное накопление погрешностей,которые в совокупности существенно снижают эксплуатационныехарактеристики и надежность зданий.

Основными причинами погрешностей являются: отклонениягеометрических размеров конструкций от проектных значений;отклонения в разбивке осей внутренних и наружных стен;колебания отметок монтажного горизонта, непостоянная толщинашвов; невертикальность установки конструктивных элементов.Совокупность указанных причин приводит к накоплениюпогрешностей, значения которых могут оказывать определенноевлияние на устойчивость здания и его эксплуатационныехарактеристики.

Невертикальность смонтируемых конструкций может бытьпредставлена следующей зависимостью


119

-

где A1, A2, А3 - передаточные отношения. При высоте элемента Ни установке верхних связей на высоте A1= A2 = А3 = Н/h, п - числоэтажей; DHB - суммарная погрешность отклонения, h - уровеньрасположения монтажно-выверочного оснащения (струбцин илиподкосов), h = 1,7- 1,8 м.

Здесь первое слагаемое учитывает погрешности элементанижележащего этажа, второе - влияние неточности установки низаэлемента; третье - погрешности, возникающие на данном этаже.

Поэтажное отклонение верха элементов приведено на рис. 2.19,где рассмотрены два варианта установки внутренних несущихперегородок: а - влияние погрешностей в установке низа элементана поэтажное накопление погрешностей; б - то же, распределениепогрешностей при фиксации низа конструкций на их накоплениепо высоте. При монтаже элементов первого этажа свободнымметодом путем совмещения оси элемента с разбивочной осьюпогрешность положения низа элемента относительно базовой осисоставит

-

где - погрешность в положении разбивочной оси, вызваннаялинейными измерениями; - погрешность установки элементаотносительно разбивочной оси.


120

Рис. 2.19. Влияние погрешностей при монтаже внутренних инаружных панелей стена - при установке низа элемента на их накопление по высоте; 6 -то же, при фиксации низа элемента; в - отклонения наружныхстеновых панелей при нарушении уровня монтажного горизонта игеометрических размеров панелей

Отклонение верха элемента под влиянием погрешностиположения его низа, а также погрешностей, возникающих наданном этапе, составит

-


121

Для элементов второго этапа погрешность положения его верхасоставит

-

Таким образом, имеется полная возможность вычисленияпогрешностей с заданным пределом, обеспечивающимгеометрическую неизменяемость и устойчивость здания. Поимеющимся данным отклонений вертикальных конструкцийпервого этажа путем расчета погрешностей устанавливаетсяположение верха конструктивных элементов, что позволяеткомпенсировать накопление погрешностей (положение элементовI, II). При неучете компенсации погрешностей монтажа(положение III) суммарное отклонение от вертикали верхней частиконструкции может привести к возникновению дополнительногомомента сил М с плечом А.

На рис. 2.19,в приведена технологическая схема возникновенияпогрешностей отклонения наружных стеновых панелей принарушении уровня монтажного горизонта и геометрическихразмеров панелей. Результатом являются отклонения параметровшвов и стыковых соединений. Это обстоятельство приводит кнарушению эксплуатационных характеристик стыков и вызываетих негерметичность.

Анализ используемых конструкций стыков показал, чтомаксимальные погрешности отклонений наблюдаются в стыках сосваркой закладных деталей. При этом особое влияние оказываетпроцесс стыковки панелей перекрытий. Выполнение сварныхсоединений приводит к возникновению деформаций, существенновлияющих на геометрическое положение всех конструктивныхэлементов, входящих в стык.


122

Статистические данные обследования панельных пятиэтажныхзданий первых массовых серий свидетельствуют о том (рис. 2.20),что максимальный процент дефектов относится к наружнымстенам, балконам, козырькам и парапетным плитам (70 %),внутренним стенам (60 %), фасадным поверхностям и стыкам (30%). В меньшей степени (4- 10 %) подвержены дефектам другиеконструктивные элементы.

Рис. 2.20. Распределение дефектов 5-этажных панельных зданий,% числа обследованных

Как правило, большая степень повреждений относится квышележащим этажам, что объясняется увеличением суммарнойпогрешности при монтаже конструкций и более интенсивныминагрузками атмосферного воздействия. Сопоставительный анализраспределения повреждений по этажам 5- и 9-этажных зданий(рис. 2.21) подтверждает тенденцию их роста с увеличениемэтажности.


123

Рис. 2.21. Распределение повреждений и дефектов по этажампанельных зданий1 - пятиэтажные жилые дома; 2 - девятиэтажные жилые дома

Основными причинами появления и развития дефектовявляются: температурные деформации панелей; быстрое старениеи потеря эластичности герметиков; превышение допусков приизготовлении конструкций и монтаже; неравномерные осадкиздания; увлажнение материала заполнения стыков и потеря егосвойств вследствие попеременного замерзания и оттаивания.

Низкая долговечность и наличие дефектов выступающихжелезобетонных конструкций, козырьков, балконных ипарапетных плит являются следствиями нарушения уклона,неорганизованного отвода атмосферных осадков, отсутствиягерметика между панелью стены и верхней поверхностьюбалконной плиты и т.п.

§ 2.8. Статистические методы оценкисостояния конструктивных элементовзданий

Для большинства жилых зданий, планируемых к выполнениюреконструктивных работ, для оценки состояния конструкцийцелесообразно проводить выборочные обследования, при которыхдля определения размеров выборки необходимо задаться


124

вероятностью получаемого результата, характеризующегопоказатель достоверности. Минимум необходимых статистическихданных или число наблюдений оцениваются по зависимости

-

где К - показатель изменчивости, или коэффициент вариации; f -показатель долговечности; L - показатель точности.

Показатель изменчивости, или вариационный коэффициент,оценивается по известной зависимости

-

где М - среднеарифметическое всех имеющихся значений

-

a - среднеквадратическое отклонение всех значений от среднейвеличины

-


125

Здесь - сумма квадратов всех отклонений от среднегоарифметического; N - число

наблюдений.

Средняя ошибка, выраженная в % соответствующегосреднеарифметического, дает показатель точности

-

где

-

- средняя ошибка.

В практике экспериментальных обследований принимаютследующие значения вероятностей:

Р = 0,95 - для оценки предварительных результатов;

Р = 0,99 - для оценки общего критерия надежности;

Р = 0,999 - для критерия максимальной надежности.

Значения показателя достоверности для различных значенийвероятности приведены в табл. 2.11.

Таблица 2.11

Значение показателя достоверности


126

Вероятность результата Показатель f Вероятность результата Показатель f

0,683 1,0 0,970 2,17

0,700 1,04 0,980 2,33

0,750 1,15 0,990 2,58

0,800 1,28 0,995 2,80

0,850 1,44 0,997 3,00

0,900 1,64 0,999 3,29

0,950 1,96 0,9995 3,5

0,955 2,00 0,9999 4,0

0,960 2,05

Для определения исходных прочностных характеристикматериалов конструкций, возведенных в прошлом, необходимопользоваться вероятностно-статистической обработкойрезультатов измерений.

В процессе обследований как отдельной конструкции, так игруппы конструктивных элементов, выполненных путем отборапроб и образцов, а также с использованием неразрушающихметодов диагностики, статистическая обработка результатовизмерений позволяет получить более достоверные данные.

Среднее значение прочностных характеристик материалов(прочность бетона, кирпича, каменной кладки, сопротивлениестали и т.п.) определяется по зависимости


127

-

где п - количество образцов испытаний; Rqi - результат,полученный в i-м испытании образца.

Среднее квадратичное отклонение для выборки

-

Нормативное значение прочностной характеристики

-

где b - коэффициент, учитывающий объем испытаний и сдоверительной вероятностью 0,9 определяющий нижнюю границудля нормально распределенной случайной величины.

Значение b в зависимости от количества испытаний (образцов)приведено в таблице 2.12.

Таблица 2.12

п 5 6 7 8 9 10 11 12 15 20 30 50 и более


128

b 3,34 3,04 2,90 2,69 2,58 2,50 2,44 2,39 2,78 2,16 2,04 1,94

Переход от нормативных значений сопротивлений к расчетным(характеристикам прочности, деформативности и др.)осуществляется в соответствии с требованиями СНиП 2.03.02-86.

При оценке несущей способности конструктивных элементовзданий необходимо учитывать действительные постоянныенагрузки от собственного веса, технологические иэксплуатационные, а также особенности работы конструкций визменившихся условиях.

Физико-механические характеристики материала оцениваютсяпутем извлечения образцов, определения их плотности, прочностии статистической обработки результатов.

Нормативное значение плотности и, соответственно, нагрузки отсобственного веса определяется по зависимости

-

где - среднее арифметическое значение измеряемыхпараметров;

-

- среднеарифметическое отклонениерезультатов определения плотности; М - плотность, определяемаяпо результатам испытаний i-го образца; п - количество образцов;t - коэффициент, учитывающий объем выборки и определяющийдоверительный интервал для среднего значения нормальнораспределенной случайной величины с доверительнойвероятностью 0,95 (табл. 2.13).


129


Таблица 2.13

п 5 6 7 8 9 12 15 20 25 30 40 50 и более

t 2,13 2,02 1,94 1,89 1,86 1,8 1,76 1,73 1,71 1,70 1,68 1,67

Полученные значения нагрузок определяются преимущественнодля конструктивных элементов со сравнительно однороднойплотностью материала, например кирпичная кладка,железобетонные перекрытия, несущие внутренние илисамонесущие наружные стены и т.п. Эти сведения в совокупностис нормативными значениями временных нагрузок позволяютпровести поверочные расчеты с целью определения несущейспособности отдельных элементов и усилий в конструкциях отвнешних нагрузок и воздействий.

ГЛАВА 3МЕТОДЫ РЕКОНСТРУКЦИИЖИЛЫХ ЗДАНИЙ

В основе принятия метода реконструкции должен быть заложенкомплексный подход, отражающий градостроительные,архитектурно-планировочные и социальные требования. В то жевремя каждый реконструируемый объект требует индивидуальныхрешений, что объясняется не столько местом, занимаемымзданием в городской застройке, сколько его техническимсостоянием. Последний фактор может быть определяющим впринятии решения. При высоком моральном и физическом износеконструктивных элементов экономически нецелесообразновосстановление и более рационально будет осуществить снос споследующим возведением нового здания.

Методы реконструкции зависят от возраста зданий, который,в свою очередь, отражает конструктивно-технологические иархитектурно-планировочные особенности, присущие данномупериоду времени, материалы несущих и ограждающихконструкций, а также качество производства работ.


130

Переустраиваемый жилой фонд крупных и средних городов РФможно условно отнести к трем категориям: здания довоеннойпостройки по индивидуальным проектам; типовые жилые доманеиндустриального периода строительства; типовые жилые зданияпервых и последующих массовых серий.

Каждая категория зданий независимо от этажности иархитектурно-планировочных решений отличается конструктивно-технологическим подходом, характерным для рассматриваемогопериода времени. Поэтому при разработке методов реконструкциии технологии производства работ эти факторы носятопределяющий характер.

Значительное влияние на метод реконструкции зданийоказывает уровень стесненности строительной площадки, которыйопределяет возможность организации производства работ, сиспользованием средств механизации, прогрессивных технологийи строительных методов. Особое место при этом отводитсяпроцессам разборки конструктивных элементов и их утилизации.

§ 3.1. Общие принципы реконструкциижилых зданий

На выбор решения о реконструкции прежде всего влияет местореконструируемого объекта в развитии района. В процессеосуществления реконструкции сложившихся частей городапроисходит постоянная переоценка взглядов на предметреконструкции того или иного здания.

Экономические задачи связаны с необходимостью повышенияэффективности использования территории, потребительскаяценность которой возрастает.

Социально-функциональные требования диктуют необходимостьповышения потребительского качества квартир путем устраненияэлементов морального износа.

В таблице 3.1 обобщены факторы, влияющие на принятиерешения по реконструкции отдельно взятого объекта. Онивключают комплекс показателей, совокупность которых приводитк указанной цели.

Таблица 3.1


131

Методы реконструкции зданий

Оценка комфортности расположения зданий учитывает такиепозиции, как степень удаленности от основных видов транспорта,расстояние до центра города, наличие в прилегающей зонеэкологически вредных производств, степень благоустроенностирайона, озеленение и т.п. Совокупность перечисленных факторовявляется определяющей при выборе методов реконструктивныхработ и существенно влияет на рыночную стоимость единицыплощади зданий. Уровень комфортности в ряде случаев диктуетцелесообразность изменения функционального назначенияздания, например, использование жилого здания в качествекоммерческого, общественного или частично производственного.

Степень комфортности расположения реконструируемогоздания оценивается по трем показателям: соблюдение требованийпо ориентации и инсоляции; расстояние до соседних зданий;шумовой режим.

Для ориентации и инсоляции имеются три степени показателей.

I - ориентация вдоль меридиана с отклонением от азимута до30°; II - расположение здания в пределах 30-60° и 120-180°; III -широтное расположение в пределах азимутов 60-120°.


132

Для оценки расстояний до соседних зданий применяются тристепени. I - расстояние больше нормативного, нормативное именьше до 10 %; II - расстояние меньше нормативного от 10-50 %;III - меньше на 50 % и более.

Для оценки шумового режима.

I - расположение здания в глубине постройки или вдольвторостепенной улицы; II - здание располагается параллельношумной улице; III - здание располагается торцом к шумной улицеили с отклонением до 30°.

Общую степень комфортности определяют как сумму оценок покаждой ситуации в баллах от 1 до 3. Балльность оценкикомфортности находится в следующей зависимости: 3-4 - хорошеерасположение; 5-6 - удовлетворительное; 7-9 -неудовлетворительное.

Варианты архитектурно-планировочного переустройствавключают несколько позиций.

I - сохранение здания без изменения объема и композициихарактерно для объектов, имеющих большую архитектурнуюзначимость в районе застройки. Изменение архитектуры фасадовможет нарушить историческую ценность и композицию застройки.При этом допускаются перепланировка помещений, а такжеперепрофилирование здания в целом с изменением егофункциональных качеств.

II - расширение корпусов и надстройка как одна из формреконструкции приемлемы для зданий старой и более позднейпостройки, они способствуют увеличению плотности застройки ссохранением жилых функций и частичным или полнымперепрофилированием. Изменение архитектурного облика зданияв результате пристройки и надстройки этажей должно сочетатьсяс общей композицией квартальной застройки или перспективамиего переустройства. Особое значение при этом уделяетсяисключению факторов морального износа, повышениюэксплуатационных характеристик зданий и созданию условийгибкой планировки.

III - уровень реконструктивных работ определяется степеньюизменения первоначального физического износа элементовздания на основе оценки технического состояния и надежности.Реконструкция предусматривает решение широкого класса


133

инженерных задач - от укрепления основания и усиленияфундаментов до комплекса работ, включающих повышениеэтажности и рациональное использование подземногопространства.

Для зданий старой постройки, имеющих высокий износконструктивных элементов, как правило, требуется комплексинженерных решений. Степень его расширения фиксируетсяконечной целью проектов переустройства.

При реконструкции квартала застройки малоэтажнымитиповыми зданиями первых массовых серий уровеньреконструктивных работ диктуется положением жилого дома врайоне застройки, техническим состоянием, экономическойцелесообразностью и социальной необходимостью. При этомнаиболее важными критериями служат степень морального,физического износа и уровень снижения эксплуатационнойнадежности.

Основой реконструктивных процессов является конструктивно-технологический комплекс, включающий наиболее рациональноерешение, в сочетании с прогрессивными технологиями,обеспечивающими производство работ в условиях стесненнойгородской застройки. При этом особое место отводится адаптацииэффективных технологий, комплексной механизации строительныхпроцессов, повышению организационно-технологическойнадежности строительного производства.

Экономическая оценка проектов реконструкции базируется научете рыночных отношений, в основе которых заложенынадежность инвестиционных проектов, их доходность иприбыльность.

§ 3.2. Архитектурно-планировочныеприемы при реконструкции жилыхзданий ранней постройки

Архитектурные аспекты жилых зданий базируются на полнойили частичной перепланировке помещений и, соответственно,полной или частичной замене внутренних конструкций. Основойпроектов реконструкции являются: конфигурация здания в плане;ширина корпуса; длина фронта, обслуживаемого лестницей;расстояние от лестницы до наиболее удаленной части и др.


134

факторы. Данные обследований свидетельствуют, что около 96 %планировочных элементов рядовых секций имеют ширину до 14,0 ми длину, не превышающую 30,0 м. Это означает, что при габаритахреконструируемых зданий, попадающих в пределы зоны, можновыполнить перепланировку, отвечающую современнымнормативным требованиям.

Влияние ширины корпуса в зависимости от его длинысказывается на эффекте планировочных решений неоднозначно итребует помимо разукрупнения квартир изменения расположениякоммуникаций.

В узких однопролетных корпусах возможна пристройка ксуществующему зданию параллельного объема, что позволяетполучать 2-3 квартирные секции. С внешней стороны лестничнойклетки обеспечивается пристройка лифтовой шахты.

При большой ширине корпуса (15-18 м) в зданиях вдольпродольной оси образуется плохо инсолируемое пространство,которое используется для размещения подсобных помещений.

Приемы архитектурно-планировочных решений жилых зданийкоридорной системы в значительной степени связаны также сшириной корпуса. При ширине зданий до 14 м возможнаперепланировка по квартирному типу с разнообразным составом.

Для жилых домов П-образной формы (рис.3.1) полнаяперепланировка достигается путем замены перекрытий инадстройки этажей. Высота надстройки зависит от несущейспособности фундаментов и стен и может достигать 3-4 этажей.При реконструкции таких зданий предусматривается обязательноеустройство лифтов и мусоропроводов. Дворовое пространствоможет быть использовано под заглубленную автостоянку.


135

Рис. 3.1. Пример перепланировки жилого дома П-образной формыплана со сносом внутренних пристроека - до реконструкции; б - после перепланировки

При реконструкции зданий Г-образной формы с достаточновысокими этажами используется прием превращения 1-2 этажейв нежилые помещения с просторными рабочими помещениями.Здание надстраивается несколькими этажами с посекционнойпланировкой квартир. Изменяется поэтажная планировка квартир,


136

а сама архитектура здания в большей степени отвечаеттребованиям к зданиям, расположенным на магистральной улице.

Для зданий колодцевого типа (рис. 3.2) наиболее рациональнымявляется исключение дворовой вставки, что позволяет улучшитьинсоляцию и аэрацию квартир. Одним из планировочныхвариантов является создание квартир коридорной системы спревращением части лестничных клеток в жилые помещения.

Рис. 3.2. Доходный дом Строгановского училищаа - до реконструкции; б - после реконструкции

Подобный прием перепланировки может быть распространен наздания Т-образной формы. Здесь за счет превращения лестничныхклеток в жилые помещения достигается более рациональнаяперепланировка квартир (рис. 3.3). При благоприятнойориентации здания может быть применена коридорная система споярусной компоновкой квартир.


137

Рис. 3.3. Пример перепланировки Т-образного жилого домасекционной системы в коридорнуюа - до реконструкции; б - после реконструкции

При переходе от коммунального заселения к коммерческомужилью представляет интерес укрупнение квартир. Превращениежилых зданий в систему блочных домов позволяет создатьблагоприятные условия для получения квартир повышеннойкомфортности. При этом расположение квартир может быть в 2-3уровнях с использованием 1-го этажа под гаражи и хозяйственныепомещения.

Архитектурно-планировочное переустройство зданий должноучитывать такие факторы, как расположение внутреннейпродольной стены и шаг оконных проемов, которые влияют напропорции помещений квартир. Параметр высоты этажа


138

существенно влияет на выбор планировочных решений. Так,высота 3-4 м дает минимальный размер комнат 18-20 м2 имаксимальный - 30-45. Естественно, что при реконструкции такихзданий целесообразно размещать квартиры коммерческого планаили перепрофилировать функции жилого дома для перевода внежилой.

При комплексной реконструкции здания путемперепрофилирования из жилого в нежилое (офисное) возможнаболее глубокая перепланировка. При этом кроме надстройкиэтажей осуществляется рациональное использование подвальногопространства, а также прилегающих площадей путем размещениязаглубленных сооружений, предназначенных для организациимагазинов, автостоянок и других объектов социальной сферы.

Особое место при реконструкции старого жилого фондаотводится формированию архитектуры фасадов. Все здания,имеющие архитектурную и историческую ценность, должнырешаться с сохранением существующей композиции фасадов и ихэлементов. Это относится как для частей зданий, не подвергшихсяизменениям, так и для надстраиваемых этажей. При этомвыполнение работ по фасаду основано на использованиисовременных материалов и технологий, обеспечивающихтребуемую долговечность поверхностей.

Примеры подобного решения приведены на рис. 3.4, где жилыездания надстроены и при этом обеспечено сохранение единстваархитектурного стиля за счет использования деталей фасада всоответствии с композицией реконструируемого здания.


139

Рис. 3.4. Решение фасадов жилых домов с надстройкой исохранением архитектурного стиля

§ 3.3. Конструктивно-технологическиерешения при реконструкции жилыхзданий старой постройки

Методы реконструкции жилых зданий старой постройкидостаточно разнообразны и определяются многими факторами.Варианты архитектурно-планировочного переустройства


140

включают: сохранение здания без изменения его объема икомпозиции, но с перепланировкой помещений; сохранение зданияи его функций с перепланировкой и включением его во вновьформируемый комплекс застройки; сохранение здания в видесамостоятельного объема, но с обязательным расширением илинадстройкой; снос здания.

В таблице 3.2 приведена схема, показывающая зависимость ивариантность конструктивных решений и методов реконструкциистарого жилого фонда. В практике реконструктивных работ,учитывающей физический износ несменяемых конструкций,используются несколько вариантов решений: без измененияконструктивной схемы и с ее изменением; без изменениястроительного объема, с надстройкой этажей и пристройкой малыхобъемов.

Таблица 3.2

Первый вариант предусматривает восстановление здания безизменения строительного объема, но с заменой перекрытий,кровельной части и других конструктивных элементов. При этомсоздается новая планировка, отвечающая современнымтребованиям и запросам социальных групп жильцов.Реконструируемое здание должно сохранять архитектурный облик


141

фасадов, а его эксплуатационные характеристики должны бытьдоведены до современных нормативных требований.

Варианты с изменением конструктивных схем предусматриваютувеличение строительного объема зданий путем: пристройкиобъемов и расширения корпуса без изменения его высоты;надстройки без изменения габаритов в плане; надстройкинесколькими этажами, пристройки дополнительных объемов сизменением габаритов здания в плане. Такая формареконструкции сопровождается перепланировкой помещений.

В зависимости от расположения здания и его роли в застройкеосуществляются следующие варианты переустройства: ссохранением жилых функций; с частичным перепрофилированиеми полным перепрофилированием функций здания.

Реконструкция жилой застройки должна осуществлятьсякомплексно, захватывая наряду с реконструкциейвнутриквартальной среды ее озеленение, благоустройство ивосстановление инженерных сетей и т.п. В процессереконструкции производится пересмотр номенклатурывстроенных помещений в соответствии с нормативамиобеспеченности населения учреждениями первичногообслуживания.

В центральных районах городов в реконструируемых зданияхмогут располагаться встроенные общегородские и коммерческиеучреждения периодического и постоянного обслуживания.Использование встроенных помещений превращает жилые дома вмногофункциональные здания. Нежилые помещения размещаютсяв первых этажах домов, расположенных по красным линиямзастройки.

На рис. 3.5 приведены конструктивно-технологические вариантыреконструкции зданий с сохранением (а) и с изменением (б,в)конструктивных схем, без изменения объемов и с их увеличением(надстройкой, пристройкой и расширением плановых габаритовзданий).


142

Рис. 3.5. Варианты реконструкции жилых зданий раннейпостройкиа - без изменения конструктивной схемы и строительного объема;б - с пристройкой малых объемов и превращением чердачногоэтажа в мансардный; в - с надстройкой этажей и пристройкойобъемов; г - с пристройкой корпуса к торцевой части здания; д, е -с обстройкой зданий; ж - с пристройкой объемов криволинейныхформ

Особое место при реконструкции центров городской застройкидолжно отводиться рациональному освоению подземного,примыкающего к зданиям пространства, которое может бытьиспользовано в качестве торговых центров, автостоянок, малыхпредприятий и т.п.


143

Основным конструктивно-технологическим приемомреконструкции зданий без изменения расчетной схемы являетсясохранение несменяемых конструкций наружных и внутреннихстен, лестничных клеток с устройством перекрытий повышеннойкапитальности. При значительной степени износа внутренних стенв результате частых перепланировок с устройствомдополнительных проемов, переносом вентиляционных каналов ит.п. реконструкция осуществляется путем устройства встроенныхсистем с сохранением только наружных стен как несущих иограждающих конструкций.

Реконструкция с изменением строительного объемапредусматривает устройство встроенных несменяемых систем ссамостоятельными фундаментами. Это обстоятельство позволяетосуществлять надстройку зданий несколькими этажами. При этомконструкции наружных и в ряде случаев внутренних стеносвобождаются от нагрузок вышележащих этажей и превращаютсяв самонесущие ограждающие элементы.

При реконструкции с уширением здания возможныконструктивно-технологические варианты частичногоиспользования существующих фундаментов и стен в качественесущих с перераспределением нагрузок от надстраиваемыхэтажей на выносные элементы зданий.

Принципы реконструкции зданий поздней постройки (1930-40-егг.) диктуются более простой конфигурацией домов секционноготипа, наличием перекрытий из мелкоштучных железобетонныхплит или деревянных по балкам, а также меньшей толщинойнаружных стен. Основные приемы реконструкции состоят впристройке лифтовых шахт и других малых объемов в виде эркерови вставок, надстройке этажей и мансард, устройстве выносныхмалоэтажных пристроек административного, коммерческого илихозяйственного назначения.

Повышение комфортности квартир достигается за счет полнойперепланировки с заменой перекрытий, а увеличение объемаздания в результате надстройки обеспечивает повышениеплотности застройки квартала.

Наиболее характерными приемами реконструкции зданийданного типа являются замена перекрытий на сборные илимонолитные конструкции с полной перепланировкой, а такжедополнительная надстройка 1-2 этажами. При этом надстройказданий производится в случаях, когда состояние фундаментов и


144

стенового ограждения обеспечивает восприятие изменившихсянагрузок. Как показал опыт, постройки данного периодапозволяют осуществлять надстройку до двух этажей без усиленияфундаментов и стен.

В случае увеличения высоты надстройки используютсявстроенные строительные системы из сборных, сборно-монолитныхи монолитных конструкций.

Использование встроенных систем позволяет реализоватьпринцип создания больших перекрываемых площадей,способствующих реализации гибкой планировки помещений.

§ 3.4. Методы реконструкциималоэтажных жилых зданий первыхмассовых серий

Реконструкция жилой застройки домами первых массовых серийимеет большое социально-экономическое значение. Ее основныезадачи состоят не только в продлении срока службы зданий, но и вликвидации физического и морального износа, улучшении условийпроживания, в оснащении жилых зданий современныминженерным оборудованием, повышении эксплуатационныххарактеристик и архитектурной выразительности. Актуальностьпроблемы существенно повышается, так как объем жилого фондаданной категории огромен.

Анализ отечественного и зарубежного опыта реконструктивныхработ показывает, что решение данной проблемы встречает многотрудностей инженерно-технического, экономического исоциального характера. Вариантное решение реконструктивныхприемов достаточно многообразно и включает широкий диапазон:от сноса зданий до коренного изменения застройки путемпревращения «пятиэтажки» в 7-9-этажные здания современнойпланировки.

Проблема переустройства жилого фонда из морально ифизически устаревших зданий первых массовых серий носит нестолько инженерно-технический, сколько экономическийхарактер. В первую очередь следует отметить, что эта проблемадолжна быть поставлена в ранг общегосударственных и еерешение зависит от проводимой технической и экономическойполитики. Первые шаги в этом направлении свидетельствуют о


145

полярности принимаемых решений. Так, в условиях Москвыосновной технической политикой являются снос зданий ивозведение на их месте переселенческого и коммерческого жилогофонда улучшенной планировки. Это обстоятельство позволяетосуществить инвестирование проектов и получение достаточновысокой прибыли. Возведение переселенческого фонда изкрупнопанельных зданий обеспечивает загрузкудомостроительных комбинатов и создание дополнительныхрабочих мест.

Опыт работы С.-Петербурга, Екатеринбурга и других городовсвидетельствует о жизнеспособности другого направления -комплексной реконструкции кварталов застройки с сохранениемжилых зданий и превращением их в многоэтажные дома ссовременной планировкой, инженерным оборудованием иблагоустройством.

Для многих регионов, крупных, средних городов и поселковвозможно применение другой модели, базирующейся нанепременном сохранении жилого фонда, но с внесением элементовреконструкции, не затрагивающих коренное конструктивноеизменение зданий и городской застройки в целом. Этообстоятельство продиктовано экономическими аспектами,основанными на получении качественного и количественногоэффекта при минимальных затратах.

Аналитические исследования по улучшению и сохранениюжилого фонда зданий первых массовых серий позволилиразработать достаточно гибкую концепцию решения проблемы,адаптированную к различным экономическим условиям ирегионам РФ. Основные положения концепции базируются намногоуровневом подходе к техническому решениюреконструктивных работ - от модернизации жилых зданий методомархитектурно-планировочного и инженерного переустройства докомплексной реконструкции жилой застройки с решениемградостроительных, архитектурных, инженерных и социальныхзадач.


146

§ 3.5. Конструктивно-технологическиерешения при реконструкции зданийпервых массовых серий

Реконструкция жилых зданий первых массовых серий в силуразнообразных конструктивных схем, степени физического иморального износа, расположения в городской застройке имеетдостаточно широкий диапазон технических решений.

В таблице 3.3 приведена блок-схема многоуровневого подхода,иллюстрирующая основные положения. За критерии,определяющие уровень реконструктивных работ, принятытехнические решения и технологии, обеспечивающие ведениеработ без отселения жильцов и с их переселением.

Таблица 3.3

Уровень реконструктивных работ жилых зданий первых типовыхсерий

Важными циклами реконструктивных работ являютсяповышение эксплуатационных характеристик зданий(теплотехнических характеристик ограждающих конструкций,


147

оконных и дверных заполнений), а также модернизация фасадов сдоведением их архитектурного уровня до современных требований.Особое внимание при этом уделяется модернизациивентиляционных систем как интенсивного источника теплопотерь.

На рис. 3.6 приведены конструктивно-технологические схемымногоуровневой реконструкции жилых зданий первых массовыхсерий.

Рис. 3.6. Конструктивно-технологические схемы реконструкциималоэтажных жилых зданийI - путем пристройки малых архитектурных объемов; II -превращения чердачных помещений в мансардные этажи; III -одностороннего уширения корпуса зданий с надстройкой этажей;


148

IV - двустороннего уширения корпусов зданий с надстройкойэтажей

Наиболее простым и эффективным конструктивным приемом,повышающим комфортность проживания, является пристройка пофасадам одиночных или групповых эркеров, позволяющихувеличить площадь помещений кухонь, жилых комнат илестничных клеток (рис. 3.8).

Следующим этапом по сложности являются устройство мансардна высоту 1-2 этажей с одно- и двухуровневым расположениемквартир, а также пристройка эркеров.

Работы этих циклов могут быть выполнены без отселенияжильцов с соблюдением правил безопасного ведения работ.

Цикл реконструктивных работ с отселением жильцов являетсянаиболее многогранным и включает варианты одностороннего илидвустороннего расширения корпусов, надстройку здания на 3-4этажа с полной перепланировкой помещений, устройством лифтови мусоропроводов.

В зависимости от конструктивных схем зданий и их техническогосостояния варианты реконструкции достаточно разнообразны.

Простейший вариант реконструкции заключается вперепланировке квартир. Перепланировку типового этажа легчевсего осуществлять в домах каркасной конструктивной системы,а также при схеме с тремя продольными несущими стенами. Вдомах же с узким и смешанным шагом внутренних несущих стенизменить положение внутриквартирных перегородок достаточносложно. Именно такие дома составляют основную частьжилищного фонда.

Далее рассмотрим некоторые архитектурно-планировочные иконструктивные решения по реконструкции и модернизациижилых зданий массовых серий.

I - улучшение архитектурно-планировочных решений путемпристройки элементов малых архитектурных форм в виде эркерови пристроек.

Этот прием позволяет увеличить площади кухонь иприлегающих комнат на 20-30 %, увеличить размеры санузлов,улучшить освещенность помещений, повысить комфортность


149

квартир за счет более рациональной перепланировки. На рис. 3.7приведены примеры перепланировки рядовых секций домов серий1-464, 1-447 и 1-510 путем пристройки эркеров размером наширину комнаты или на ширину двух комнат. При этомдостигается возможность перепланировки помещения врезультате размещения ванной комнаты в глубине квартиры,санузла - в прихожей и увеличения площади кухонь до 12-14 м2,смежных комнат - на 4- 6 м2. Более рациональный вариантпредставляет собой сочетание пристройки эркеров спревращением части или всех квартир в двухуровневые.

Рис. 3.7. Примеры планировочных решений при реконструкциикрупнопанельных зданийа, б - путем пристройки эркеров; в - уширения корпусов; г -пристройки эркеров и лифтовых шахт

II - улучшение архитектурно-планировочных решений путемпристройки малых архитектурных форм, перепланировки секций вквартиры с одним и двумя уровнями, а также надстройки верхнегоэтажа в виде мансарды.


150

Сочетание пристроек с возведением мансардных этажейявляется наиболее эффективным и малозатратным по следующимпоказателям:

- как правило, несущая способность здания имеет запаспрочности, обеспечивающий без усиления фундаментовпроведение данного вида работ;

- надстройка с переходом от плоской кровли на скатную смансардным этажом обеспечивает увеличение площади до 20 %при минимальных затратах;

- использование эркерных пристроек различных глубины иформы позволяет помимо увеличения площадей легко вписатьдополнительное инженерное оборудование;

- за счет использования различных архитектурных форммансардного этажа и эркерной части достигается широкая гаммаархитектурных решений.

На рис. 3.8 приведены варианты конкурсных проектных решенийпо надстройке малоэтажных зданий одно-, двух- и трехуровневымимансардами, пристройке эркеров и лифтовых шахт, превращениюбалконов в лоджии и другие технические решения, существеннорасширяющие архитектурную гамму зданий. Применениеразличных геометрических форм мансардных этажей позволяет нетолько повысить комфортность квартир, но и получить достаточногибкие архитектурные решения, преобразующие внешний видтиповых жилых домов.


151

Рис. 3.8. Примеры проектных решений по реконструкциималоэтажных зданий1 - г. Екатеринбург - 5-этажный панельный жилой дом сдвухуровневой мансардой; 2 - г. Орел - 5-этажный жилой дом смансардным этажом; 3 - г. Находка - надстройка 5-этажногожилого дома 3-этажной мансардой; 4 - г. Магнитогорск -5-этажный панельный дом с мансардным этажом в двух уровнях; 5- г. Магнитогорск - проект мансардного этажа на жиломкрупноблочном доме

Стремление уйти от однообразия предельно упрощенных«пятиэтажек» стимулировало появление проектов реконструкции,при которых благодаря различным пристройкам и надстройкампластика здания значительно усложняется. Так, если пристройкак фасаду уменьшается с каждым этажом, то тем самым образуетсядовольно эффективное зрительное восприятие. Такое решениесущественно повышает комфортность квартир и донеузнаваемости изменяет архитектурный облик здания.


152

При создании домов переменной этажности, когда надстройкаделается не над всем домом, а над какой-то его частью, эффектреконструкции существенно повышается. Это особенно важно втех случаях, когда «пятиэтажка» находится в зоне старойзастройки и требуется сблизить архитектурные стили зданий.

III - увеличение общей площади зданий путем относа наружныхстен, надстройки этажей и пристройки объемов.

Архитектурно-планировочные решения, проводимые по даннойконструктивной схеме, весьма разнообразны и могут иметьдостаточно широкий диапазон: от надстройки одного этажа допревращения зданий в 7-9-этажные корпуса и целые комплексы.

На рис. 3.9 приведено архитектурно-планировочное решениепереустройства крупнопанельного жилого дома серии 1-464 сувеличением площади путем относа наружных стен, надстройкимансардного этажа и ступенчатой пристройки с торцов здания.


153

Рис. 3.9. Проектное решение реконструкции жилого дома серии1-464 со ступенчатой пристройкой объемов и надстройкоймансардного этажаа, б - фасады здания; в - фрагмент плана мансардного этажа; г -поперечный разрез; д - фрагмент планов 3-5 этажей

При этом помещения первого этажа превращаются в нежилые,а вышестоящие - в двухуровневые квартиры. Это обстоятельствосущественно улучшает уровень планировочных решений, аиспользование приемов сплошного остекления лестничных клеток,использование арочных конструктивных элементов стен первогоэтажа и сложной формы кровли мансарды позволяет расширитьархитектурную палитру фасадов зданий.


154

Реконструкция с надстройкой до 7-9 этажей представляет собойболее сложную техническую задачу. При этом реконструируемаячасть здания находится как бы внутри вновь возводимого каркаса,а надстройка вышележащих этажей осуществляетсясамостоятельно и имеет свое архитектурно-планировочноерешение. Такой прием сопряжен с серьезными конструктивнымиизменениями, требующими устройства несущих элементов,воспринимающих нагрузки от надстраиваемых этажей. Обычнопосле такой реконструкции либо все здание получается ширесуществующего, либо образуются мощные пилоны, выступающиеперед фасадами первых пяти этажей, либо эркерные части,симметрично расположенные по наружным стенам иобъединенные на пятом этаже мощным диском жесткости (рис.3.10).


155

Рис. 3.10. Реконструкция малоэтажных крупнопанельных зданийметодом обстройки и надстройкиа - фасад здания после реконструкции; б, в, г - планыреконструируемой и надстраиваемой частей; д - поперечныйразрез здания

Практически такой метод реконструкции приводит к созданиюширококорпусных зданий, которые отличаются достаточно гибкойпланировкой и более высокими эксплуатационнымихарактеристиками.


156

Опыт реконструкции по рассматриваемой схеме показал еежизнеспособность. В то же время комплекс работ поперепланировке, усилению и возведению новых фундаментов,стенового ограждения и других элементов свидетельствует одостаточно низкой технологичности конструктивных решений, чтоприводит к увеличению трудозатрат, сопоставимых с возведениемнового здания.

Дополнительные функциональные и композиционныевозможности появляются при реконструкции двух и трехрасположенных рядом жилых зданий. В этих случаях возможноприменение различного рода встроек, подчеркивающихархитектурный стиль микрорайона.

Особое место при реконструкции отводится формированиюнадстраиваемых этажей, максимальному выявлению возможностикрыши как важного элемента композиции жилого здания. Во всехслучаях мансардный этаж позволяет заметно обогатить пластику«пятиэтажек» и тем самым улучшить архитектуру и повыситькомпозиционное значение. Особенно это важно, когда рядом спятиэтажным зданием находится более высокая встройка.

Комплексная реконструкция допускает устройство надстройкирядом стоящих пятиэтажных и устройство многоэтажных,встроенных между ними зданий. Устройство угловых и линейныхвстроек позволяет улучшить пространственную композициюзастройки.


157

ГЛАВА 4МАТЕМАТИЧЕСКИЕМЕТОДЫ ОЦЕНКИНАДЕЖНОСТИ ИДОЛГОВЕЧНОСТИРЕКОНСТРУИРУЕМЫХЗДАНИЙ

Долговечность зданий как сложных систем определяетсяизменчивостью во времени свойств материала за счет физико-химического воздействия окружающей среды, нагрузок ивоздействий от эксплуатации. В конструктивных элементах зданияпроисходят значительные изменения и колебания усилий инапряжений, их концентрация и накопление, в результате чеговозникают остаточные деформации, вызывающие микро- имакроразрушение. Накопление повреждений в элементах зданияприводит к возникновению условий, при которых дальнейшаяэксплуатация невозможна без восстановительных работ. Самонакопление повреждений является, как правило, длительнымпроцессом и зависит от степени эксплуатации, внешних условий,из которых следует выделить прежде всего температурно-влажностные и агрессивные воздействия окружающей среды. В тоже время накопление повреждений носит случайный характер.

Категории надежности и долговечности неадекватны. Какправило, долговечность характеризует эксплуатационный срокздания в целом и конструктивных элементов в отдельности.

Под долговечностью здания понимают такой предельный срокслужбы, за который под воздействием природно-климатическихфакторов конструктивные элементы приходят в состояние, когдадальнейшая эксплуатация становится невозможной, авосстановление - экономически нецелесообразным. Долговечностьздания определяется сроком службы несменяемых при ремонтеконструкций. Некоторые авторы под долговечностью понимаюттакой срок службы, по истечении которого снижается вдвоенесущая способность конструкций.


158

В зависимости от капитальности зданий установленнормативный срок службы конструкций. Так, для первой группыкапитальности срок службы фундаментов, стен и перекрытийсоставляет 150 лет; для второй группы: фундаменты и стены - 120лет, перекрытия - 100 лет; третьей группы: фундаменты и стены -100 лет, перекрытия - 50 лет.

Опытные данные показывают, что технический срок службыконструктивных элементов зданий существенно превышаетнормативный. В то же время достаточная неоднородность попоказателю долговечности используемых строительныхматериалов приводит к возникновению условий, снижающихнадежность отдельных узлов и конструктивных элементов здания.Характерным примером неоднородности по долговечностиявляются деревянные перекрытия, металлическая кровля,инженерное оборудование и др.

Изучение надежности и долговечности зданий является весьмаактуальной проблемой. Этому вопросу посвящен ряд работ, изкоторых следует отметить исследования А.А. Русакова, Б. Г.Бердиневского, В.Д. Райзера, В.Н. Богословского, А.Г. Ройтмана,Е. Арендского, Д. С. Авирома, К.А. Шрейбера, Г. Шлете и другихавторов.

Случайный характер воздействий на строительные конструкциипотребовал применения вероятностно-статистических методов ихрасчета, которые успешно используются при конструировании ирасчете элементов зданий.

В настоящей работе сделана попытка развить имеющиесяпредставления о надежности реконструируемых зданий,разработать методику и использовать математический аппарат,позволяющий приблизить модели к реальным условиям.

Представляет интерес рассмотрение физической,математической, технологической и экономической моделейнадежности. Эти аспекты исследований охватывают широкий кругтехнических, организационно-технологических и экономическихвопросов, комплексная оценка которых дает путь к оптимизации ипринятию решений по проектам реконструируемых объектов каксложных систем.


159

§ 4.1. Физическая модель надежностиреконструируемых зданий

Основой расчетов конструкций жилых зданий является методпредельных состояний. Расчеты ведутся по двум предельнымсостояниям:

- по несущей способности, обеспечивающей прочность, общуюи местную устойчивость зданий в процессе возведения иэксплуатации;

- по деформациям, появлению или расширению трещин,обеспечивающим пространственную жесткость здания,недопустимость появления или развития трещин, нарушающихнормальную эксплуатацию.

По первому предельному состоянию рассчитывают: фундаменты,стены, колонны, перекрытия и покрытия, лестничные площадки имарши и др. По второму предельному состоянию проверяют зданиев целом для оценки деформативности в результате неравномерныхосадок от технологических нагрузок и воздействий от ветра.

Отсутствие определенных данных об изменении свойствматериалов конструкций во времени в результате воздействиявнешних факторов заставляет увеличивать запас прочностиконструкций. Это обстоятельство создает определенную степеньповышения надежности конструкций. Предполагается, что всеэлементы здания должны воспринимать предельную нагрузку и вмаксимальной степени использовать свою несущую способность.На практике сталкиваемся с высокой степенью неравномерностизагрузки конструкций, и только меньшая часть элементов и узловработает в предельном режиме. Кроме того, здания, построенныеи рассчитанные по менее совершенным методикам, имеютдостаточно высокие запасы прочности.

Факторы, влияющие на надежность зданий, можно условноразделить на две группы: внутреннего характера и внешнеговоздействия. К первой группе относятся: физико-химическиепроцессы, протекающие в материале конструкций; нагрузки ипроцессы, возникающие при эксплуатации; конструктивныефакторы; качество изготовления конструкций. Ко второй группепричин относятся: климатические факторы (температура,влажность, солнечная радиация, попеременное замораживание и


160

оттаивание и др.); факторы агрессивности окружающей среды(наличие в атмосфере агрессивных компонентов, биологическиефакторы, ветры, пыль и т.д.), а также качество эксплуатации.Последний фактор имеет в ряде случаев более важное значение,так как по интенсивности износа конструкций может превышатьвсе остальные.

В качестве примера можно привести наличие протечек инеисправностей в системе водоснабжения и канализации, когдасистематические утечки жидкой фазы увлажняют перекрытия,создавая благоприятные условия для возникновения и ростагрибковых образований, коррозии арматуры и закладных деталей,нарушения целостности основания фундаментов. Результатомэтого процесса при длительном воздействии может быть полнаяпотеря устойчивости здания. Таким образом, следует отметитьмногообразие факторов, влияющих на надежность здания. Приэтом выделить группу решающих факторов весьма сложно.

В общем виде физическая модель надежности зданий можетбыть представлена в виде блок-схемы (рис. 4.1).


161

Рис. 4.1. Блок-схема физической модели надежности зданий

Графическая интерпретация критерия надежности здания запериод эксплуатации может быть представлена системойэкспоненциально убывающих кривых. Степень экспоненты, т.е.интенсивность падения надежности, может быть различной,зависимой от характера эксплуатации, конструктивных решений ивида материалов.

На рис. 4.2 приведены графики изменения надежности запериод эксплуатации здания. Здесь заданная надежность системыконструкций здания с начальным резервированием по прочностии деформативности N0. Со временем эксплуатации Т происходитснижение надежности до порогового уровня, т.е. до появления


162

отказа системы, приводящего к снижению или потере несущейспособности основных конструкций здания.

Рис. 4.2. Изменения надежности за период эксплуатации здания1 - теоретическая кривая; 2 - то же, при начальномрезервировании; 3 - повышение надежности привосстановительных работах; DN - увеличение надежности

По мере эксплуатации зданий имеет место выполнениеразличного рода ремонтных работ, которые восстанавливают иповышают надежность конструктивных элементов и в целомздания. Так, в периоды Т1, Т2 произведены восстановительныеработы, которые привели к повышению надежности системы напараметры N1, N2 или N3.

Приведенная модель динамики изменения надежности взависимости от времени эксплуатации здания основана на оценкесистемы в целом и не учитывает надежность и долговечностьконструктивных элементов в отдельности. Однако этот фактор вряде случаев имеет определяющее значение. Так, для зданийдореволюционной и предвоенной построек характерноиспользование деревянных конструкций перекрытий, что приводитк снижению долговечности зданий по этому параметру. В то жевремя конструкции фундаментов и стен, выполненные изкладочного материала, имеют более высокие надежность идолговечность. Эти элементы здания могут быть отнесены кнесменяемым.


163

Доля несменяемых конструктивных элементов зданий старойпостройки составляет 40- 42 %, для построек послевоенных лет53-55 %, современных крупнопанельных и сборно-монолитных - до80 %. К несменяемым элементам относятся фундаменты (5-7 %),стены (35-40 %), перекрытия железобетонные (11-12 %), лестницы(2-3 %), индустриальные кровли (2-3 %), лифтовые шахты,мусоропроводы (2-4 %).

Таким образом, под надежностью здания следует пониматьстабильность показателей качества и эффективности егофункционирования, которая зависит от надежности конструкций исистем здания в их совокупности. Показателем надежности зданияв целом является оптимальный срок его безаварийной службы.

Событие, способствующее нарушению работоспособностиконструкций, называется отказом. Под отказом несущих иограждающих конструкций понимают такое техническоесостояние элемента, которое предшествует потере несущейспособности или полной потере ограждающих функций.

Отказы конструкций классифицируются по характеру действияна последовательные, постепенные и внезапные.

В зависимости от диапазона - частичные, связанные сотклонением характеристик от допустимых значений и невызывающие полной утраты работоспособности, и полные отказы.

В зависимости от последствий - незначительные, не приводящиек ухудшению эксплуатационных характеристик; значительные(критические), приводящие к полному прекращению выполненияфункций.

Постепенные отказы являются функцией времени, вызываемые,как правило, старением материала конструкций. Внезапныеотказы носят случайный характер и являются следствием потеринесущей способности конструкций в результате концентрациинапряжений, превышающих расчетные.

Для простоты анализа строительных систем имеется двавозможных состояния: нормальное эксплуатационное и отказ. Впрактике эксплуатации жилищного фонда здания могут иметьнесколько состояний, соответствующих частичным и постепеннымотказам в результате накопления дефектов, а также критическим.В последнем случае имеются в виду отказы несущих элементовзданий, приводящие к полной потере работоспособности здания.


164

Оценка уровня эксплуатационной надежности зданийпоказывает соответствие состояния и свойств конструктивныхэлементов действующим нормативам. Поэтому любое изменениенормативных требований приводит к снижению или повышениюуровня надежности. Характерным примером такого влиянияявляются изменения норм теплотехнических характеристикограждающих конструкций. Это привело к снижениюэксплуатационной надежности и возникновению отказовпрактически для всех зданий постройки до 1998 г. Подобнуюситуацию наблюдаем при оценке эксплуатационной надежностисистем инженерного оборудования, энергосистем и др. Даже принизком уровне физического износа такие системы не отвечаютновым нормативным требованиям и находятся в состоянии отказа.

На рис. 4.3 приведены характерные типы отказов. В связи сослучайным характером воздействий на конструктивные элементыздания модель надежности здания носит вероятностно-статистический характер.

Рис. 4.3. Характеристика отказов1 - теоретическая кривая; 2 - то же, при начальномрезервировании и влиянии техногенных процессов; 3 - повышениенадежности при восстановительных работах

§ 4.2. Основные понятия теориинадежности

При реконструкции здания в проектах долженпредусматриваться уровень его надежности до и после


165

реконструкции. В зависимости от качества конструкций и узловздания выбирается тот или иной проект реконструкции. Заметим,что уже в проект нового здания закладывается определенныйуровень надежности его элементов (фундаментов, несущих иограждающих конструкций и т.п.). Обычно начальная надежностьздания несколько меньше теоретической. Как уже отмечалось, спервого дня существования здания в отдельных узлах иконструкциях начинают происходить изменения, выражающиесяв ухудшении характеристик и показателей. Эти изменения поважности и интенсивности различны: одни приводят к ухудшениюкомфорта помещений, другие - к авариям и разрушению всегоздания; одни можно быстро устранить, другие - устранить вообщеневозможно; одни протекают во времени постепенно, другие -возникают внезапно, без видимых причин.

Нет нужды говорить о том, что при решении вопроса оцелесообразности реконструкции необходим тщательный анализсостояния здания с точки зрения надежности его узлов иконструкций, а в случае принятия положительного решения -анализ проекта реконструкции, позволяющий оценить, какой будетнадежность реконструированного здания.

Таким образом, с позиции надежности при реконструкциизданий возникают две основные проблемы:

оценка надежности элементов старого здания;

оценка надежности реконструированного здания при принятиитого или иного проекта.

Для дальнейшего нам необходим ряд простейших понятий изтеории надежности.

Как и в других областях науки, основные понятия теориинадежности воспринимаются путем описания соотношений междуними.

Под изделием понимаются элемент, система или ее часть и т.д.Эксплуатация изделия - совокупность всех фаз его существования.Понятие надежности существенным образом связано с понятиемкачества.

Качеством изделия называется совокупность свойств,определяющих степень пригодности изделия для использования поназначению.


166

Качество сложных изделий, например здания (или егоэлементов), как правило, определяется весьма большим наборомсвойств. С течением времени свойства, составляющие качествоизделия, видоизменяются, и чаще всего в нежелательную сторону.

Надежность изделия - это его способность сохранять качествопри определенных условиях эксплуатации.

Следующие из основных понятий теории надежности - отказ ибезотказность. Под безотказностью понимается способностьизделия сохранять работоспособность в течение определенногоинтервала времени в определенных условиях эксплуатации. Отказ- это частичная или полная утрата или видоизменение такихсвойств изделия, которые существенным образом снижают илиприводят к полной потере работоспособности. Несмотря на всюотносительность, понятие отказа является полезной исодержательной характеристикой надежности, так как онопозволяет вводить различные численные характеристикинадежности, а это, в свою очередь, позволяет сравниватьразличные проекты реконструкции с позиции надежностибудущего здания.

Для таких объектов, как здания и другие строительныесооружения, важнейшим понятием надежности являетсядолговечность. Под долговечностью изделия понимают егоспособность к длительной эксплуатации при необходимомтехническом обслуживании, в которое могут входить и различныевиды ремонтов. В конце срока, определяющего долговечность, визделии появляются такие процессы, связанные с износом илистарением, устранение которых либо невозможно, либоэкономически нецелесообразно.

Для тех изделий, в которых работоспособность поддерживаетсяс помощью ремонтов, важным показателем являетсяремонтопригодность. Ремонтопригодностью изделия называетсяего приспособленность к предупреждению, обнаружению иустранению отказов. К показателям ремонтопригодностиотносятся вероятность восстановления в заданное время, среднеевремя ремонта, удельная трудоемкость ремонтов, стоимость и т.п.

Рассмотрим, как работают введенные понятия в такой системе,как здание. В настоящее время жилые и общественные здания,как и другие промышленные изделия, переживают значительноеизменение масштабов сложности. Современное здание с полнойуверенностью можно отнести к большим системам. Большие


167

технические системы - это соединение значительного числаразнообразных компонент, имеющих сложную переплетающуюсясвязь и переменные изменяющиеся нагрузки. Среди частиинженеров и ученых, занимающихся проектированием сложныхсистем, распространено мнение, что понятие теории надежностинеприемлемо для сложных систем. Утверждается тезис, чтопонятие надежности сложной системы лишено смысла и надоговорить только об эффективности таких систем. Действительно,понятие качества сложной системы (например, здания), созданнойдля работы в меняющейся обстановке, включает в себясовокупность многих десятков, а иногда и сотен свойств,определяющих качество. Потому понятие отказа, связанное сполной или существенной потерей работоспособности системы,выглядит весьма искусственно. Более приемлемым являетсявведение сводного показателя качества - эффективности,являющейся мерой производительности системы с учетомвнешней обстановки и способа применения. На самом делепонятие эффективности не зависит от понятия надежности. Можноговорить об эффективности абсолютно надежных систем. Однакоесли составные части системы не являются абсолютно надежными,то их качество существенным образом сказывается наэффективности. Другое возражение применению методов теориинадежности при проектировании новых и реконструированиистарых зданий состоит в следующем. Каждое здание - сложнаясистема, состоящая из большого числа элементов, скажем п. ЕслиPi - надежность i-го элемента, т.е. вероятность того, что в течениеданного промежутка времени элемент не выйдет из строя, тонадежность здания определяется как

-

.

Если п велико, то даже при Pi » 1, Pi < 1 надежность всегоздания Р << 1, что противоречит практике домостроения. В этихрассуждениях много погрешностей. Во-первых, предлагаетсяслишком упрощенная математическая модель. Во-вторых, формула(4.1) верна, если только элементы сложной системы выходят изстроя независимо друг от друга. Это предположение абсолютнонеприемлемо для строительных сооружений. Следовательно,проблема состоит не в неприемлемости идей теории надежности,а в трудностях построения адекватной математической модели.


168

Обычно она оказывается чрезвычайно сложной, и возникаютновые трудности - в получении решения с помощью модели. Естьеще один круг проблем, которого мы не будем касаться в даннойработе. Это - сбор и обработка статистического материала,необходимого для оценки параметров модели.

В заключение параграфа заметим, что часто применительно кзданиям под надежностью понимают только прочностныесвойства. Это не совсем верно. Например, наружные ограждающиеконструкции чаще оказываются ненадежными при выполненииограждающих функций, чем прочностных.

§ 4.3. Основная математическая модельдля изучения надежности зданий

До сих пор мы говорили о понятиях надежности в самом общемплане. Однако если мы попытаемся ввести количественныепоказатели, то неизбежно приходим к вероятностной трактовкеэтих понятий.

Обычно под надежностью понимается вероятность безотказнойработы в течение заданного промежутка времени. Наряду с этимвстречаются и другие толкования этого термина. Вообще говоря,количественных характеристик надежности много, в каждомконкретном случае решающую роль могут играть различныепоказатели надежности.

В отличие от простых систем, где имеются только два возможныхсостояния - нормальное эксплуатационное и отказ, в зданияхбольшая часть конструкций и элементов может иметь несколькосостояний, соответствующих частичным отказам инеисправностям. В связи с этим иногда- отказы классифицируют:частичный отказ узла или элемента, восстановление или усилениекоторого приводит к полному восстановлению надежностисооружений; отказ наиболее ответственных элементов сооружений(основания, фундаментов, колонн, ригелей и т.п.), приводящий кполному отказу всего сооружения. Отказы второй группы могутбыть внезапными, а усиление этих элементов порой связано сбольшими объемами работ и экономическими затратами.

Таким образом, характеристики отказов должны отображатьразличные категории несущей способности здания или его частей.Предельно допустимую вероятность отказа, о которой мы еще


169

будем говорить далее, следует определить в зависимости оттяжести последствий, как это всегда и делается в теории принятиярешений. Обычно более надежным является изделие, работающеев мягких (благополучных) условиях эксплуатации, чем в жестких(предельных). Поэтому одним из способов повышения надежности,например в станкостроении, радиоэлектронике и т.п., являетсясоздание облегченных условий для работы изделий.

Специфика здания как изделия состоит: в невозможностисоздания облегченных условий для работы здания в целом, хотядля отдельных узлов и элементов такая возможность имеется; втрудности (или невозможности для некоторых элементов)использования резервирования.

Современные методы расчетов узлов и конструкций зданий (вчастности, метод предельных состояний) сосредоточиваютвнимание на границах качества, хотя для многих характеристик(тепло-, звукоизоляция и др.) важно не только предельноесостояние, но и распределение качества. Статистика показывает,что большая часть отказов и аварий происходит из-за такназываемых мелочей: невыполнения всех поверочных расчетовконструкций, особенно при проектировании и при работенескольких авторов, неаккуратности рабочих при изготовленииизделий и монтаже, отклонений от технологических режимов,неподготовленности обслуживающего эксплуатационногоперсонала и т.п.

Основной недостаток расчетов конструкций по предельнымсостояниям в том, что отсутствует фактор времени.Статистическую изменчивость нагрузок и механических свойствматериалов конструкций указывают соответствующимикоэффициентами запаса.

К сожалению, зависимость свойств материалов от времениневозможно прогнозировать с достаточной точностью надлительный промежуток времени. Разумеется, есть параметры,характеризующие свойства материалов, для которых тем илидругим статистическим методом удается найти явные временныезависимости. Тем не менее следует отдавать отчет, что все этипараметры являются на самом деле случайными процессами и влучшем случае мы получаем с помощью статистическихисследований среднее их значение. Между тем надежностьсистемы самым существенным образом зависит от статистическихсвойств этих случайных процессов.


170

В связи с этим предлагается достаточно общая математическаямодель для оценки надежности сложной системы,работоспособность которой будет проиллюстрирована при оценкенадежности реконструированных зданий.

Первый шаг состоит в разбиении сложной системы на еесоставляющие - элементы. Способ разбиения определяетсязадачами, которые ставит перед собой исследователь, а такжесовокупностью статистического материала, которым онрасполагает.

В качестве примера рассмотрим здание, подлежащеереконструкции. На первом этапе исследования можно выделитьследующие основные элементы: грунтовое основание;фундаментная часть; перекрытия; несущие стены продольные ипоперечные; кровля.

Для описания состояния здания в каждый момент времени мырассматриваем многомерный процесс X(t) = (x1(t), ..., Xn(t)),n, такчто в момент t состояние процесса описывается n-мерным (в нашемпримере пятимерным) вектором. Каждая из компонент вектораX(t) может, в свою очередь, находиться в различных состояниях,так что компоненты принимают различные значения. Дляпрактических расчетов достаточно предположить, что число этихзначений конечно. Пусть еi1, ..., eik - возможные значения i-йкомпоненты.

Совокупность всех значений процесса X(t) принято называтьфазовым пространством. Обозначим его X. В нашем случае Xпредставляет собой конечное множество, состоящее из К1 ´ К2,..., Кп точек. Если X(t) в момент t находится в точке (е1,j1, е2,j2,..., еп,jn), это означает, что его первая координата принимаетзначение е1,j1, вторая е2,j2 и т.д. С позиции теории надежностив фазовом пространстве X выделяется некоторое подмножествосостояний Q, попадание в которое процесса X(t) означает аварию(отказ). Тогда надежность системы Р(Т) за время Т естьвероятность того, что процесс X(t) за время Т, выйдя из некоторойфиксированной точки, не попадет во множество Q, т.е.

-

.


171

Чтобы сделать это понятие содержательным, необходимо задатьвероятностно-статистические характеристики процесса X{t). Этовторой шаг построения математической модели.

Мы будем строить это описание исходя из следующихпредположений, которые в плане будущих применений к оценкенадежности реконструированных зданий представляютсядостаточно естественными:

за малое время Dt возможно изменение лишь одной изкоординат процесса;

за малое время Dt возможен переход только в соседнеесостояние.

Это означает, что возможные значения координатыперенумерованы таким образом, что возможны только переходытипа i ® i + 1. Позднее мы проиллюстрируем это обстоятельство напримере.

Пусть теперь ai,(x)Dt - вероятность того, что система за время Dtиз состояния х(х1,..., хn) перейдет в состояние

-

Если предположить, что переходы из одногосостояния в другое зависят только от текущего состоянияпроцесса, то совокупность функций {ai(x), i = 1,2,...,п} полностьюопределяет вероятностные свойства процесса и, таким образом,математическая задача поставлена.

При этом возникают две основные проблемы:

- как на основании экспериментальных данных получитьфункцию ai(x);

- как найти вероятность Р(Т), если ai(x) ( i = 1,...,п) дана.

Первая проблема - из области математической статистики, ноона самым тесным образом связана с предметной сторонойисследования. Вторая проблема - очень трудная математическаязадача, решенная к настоящему времени лишь для некоторыхчастных случаев.


172

Тем не менее есть математические идеи, позволяющие получитьприближенное значение Р(Т). Они базируются на рядематематических теорем [95], утверждающих, что времядостижения критического множества Q в достаточно общихпредположениях, выполненных для широкого класса практических

задач, имеет экспоненциальное распределение, так что ,где t - среднее время достижения критического уровня.

Проблема отыскания среднего времени t достижениянесравненно проще отыскания распределения. Более того, онаможет быть получена по результатам прошлых наблюдений заидентичными объектами.

Прежде чем переходить к моделям, связанным с надежностьюзданий при их реконструкции, поясним сказанное на простомпримере.

Пример 1. Рассмотрим систему, состоящую из двух элементов(например, элемент 1 - грунтовое основание здания, а элемент 2 -его фундаментная часть), так что фазовое пространство X являетсядвумерным с точками (х1, х2).

Зададим различные состояния грунтов, т.е. первой координаты,следующим образом:

состояние 1 - уплотненные фунты с допустимой осадкой иравномерной осадкой здания;

состояние 2 - грунты с нарушением их физико-механическихсвойств, однако не вызывающим опасения неравномерных осадокздания;

состояние 3 - грунты с таким нарушением их свойств, котороевызывает опасения относительно целостности здания;

состояние 4 - грунты с таким нарушением свойств, котороеобычно вызывает неравномерную осадку здания и приводит кчастичному разрушению фундамента;

состояние 5 - грунты с нарушением физико-механическихсвойств, обычно приводящим к полной потере несущейспособности фундамента.


173

Итак, первая координата имеет 5 возможных состояний. Приэтом если не производятся работы, направленные на упрочнениеи укрепление оснований, такие как поверхностное и глубинноеуплотнение и инъецирование, закрепление силикатизацией,цементацией и другими техническими приемами, движениепроцесса по первой координате возможно только в одномнаправлении, т.е. схематически мы можем иметь толькотраекторию, представленную на рис. 4.4. Если, например, придостижении состояния 3 проводятся работы по упрочнению иукреплению основания, то возможен переход из состояния 3 в 2или 1.

Рис. 4.4. Траектория процессов для примера 1

Мы предполагаем, что время выполнения работ по укреплениюгрунтов весьма мало по сравнению со временем функционированиясистемы и даже по сравнению со средним временем движениясистемы из одного состояния в другое. Это позволяет не вводитьдополнительную переменную в наш случайный процесс X(t),которая фиксировала бы, на какой стадии находятсяреконструктивные работы в данный момент. Итак,реконструктивные работы могут быть заданы такимивероятностями:

-

- вероятность осуществления восстановительных работ, еслипервая координата находится в состоянии i;

-

- вероятность перехода первой координаты из состояния i всостояние j £ i, если осуществляются восстановительные работы.

Переходим к определению возможных значений второйкоординаты (фундаменты) по состояниям: 1 - нормальное безвидимых нарушений; 2 - локальные нарушения сцепления складочным раствором; 3 - повсеместное нарушение сцепления с


174

кладочным раствором; 4 - сквозные трещины; 5 - потеря несущейспособности (разрушение).

Итак, вторая координата нашего процесса также имеет пятьвозможных значений, и если не производятся работы по усилению,восстановлению или защите фундаментов от агрессивныхвоздействий, движение второй координаты возможно только водном направлении, т.е. из состояния i в состояние i + 1. Учетвосстановительных работ можно проводить так же, как длякоординаты х, вводя соответствующие вероятности

-

и

-

.

Критическое множество фазового пространства состоит из точеквида (i, 5), т.е. содержит все точки, в которых фундамент потерялнесущую способность: Q = {( i,5), i = 1,2,3,4,5}.

Фазовое пространство X(t) состоит из 25 точек. Критическоемножество содержит 5 точек.

На рис. 4.5 изображена одна из возможных траекторийпроцессов.


175

Рис. 4.5. Пример траектории процессов

Эта траектория соответствует такой ситуации: из нормальногосостояния грунта и фундамента (1,1) осуществляется переход всостояние, когда в грунте возникают первичные нарушенияфизико-механических свойств (состояние (2,1)), что приводит клокальным нарушениям сцепления с кладочным раствором вфундаменте (состояние (2,2)), далее в грунте происходят болееглубокие нарушения физико-механических свойств (состояние(3,2)), что приводит к повсеместным нарушениям сцепления складочным раствором фундамента (состояние (3,3)) и т.д.

Математическая модель будет полностью определена, еслибудут заданы вероятностные характеристики, описывающиеслучайный процесс X(t). Наиболее простая модель получается припредположении экспоненциальности.

Времена пребывания случайного процесса X(t) в состоянии (il,i2),коль скоро он туда попал, имеют экспоненциальное распределениес параметром a(il,i2), по истечении этого времени процесс свероятностью р(jl,j2/il,i2) переходит в состояние (jl,j2).

Математически это предположение означает, что процесс X(t)является цепью Маркова с конечным множеством состояний ипоглощающим множеством состояний Q. Задача вероятностипоглощения за определенное время, т.е. по существу надежностисистемы, может быть решена достаточно стандартными приемами,по крайней мере численно.


176

Физически предположение об экспоненциальности означает,что мы рассматриваем только так называемые внезапные отказы,не связанные со старением здания, а вызванные скореенежелательными флуктуациями внешней среды. Безусловно, такиеотказы могут иметь место при эксплуатации зданий, но с точкизрения надежности реконструируемых зданий наибольшийинтерес представляют так называемые постепенные отказы,связанные с изменением свойств материалов при длительнойэксплуатации, постепенной неравномерной осадкой здания,разрушениями кирпичной кладки, потерей несущей способностиперекрытия из-за коррозии опорных частей, балок и т.п.

Некоторые исследователи считают, что распределение временипребывания в любом состоянии близко к нормальному. Тем неменее этот вопрос требует глубокого анализа, который выходитза рамки данной работы, кроме того, в дальнейшем мы укажемприемы для оценки надежности реконструированных зданий,позволяющие обойти предположение об экспоненциальности.

Одним из таких приемов служит предположение о том, чтоинтенсивности изменения состояния системы a(t, x) являютсяфункциями не только состояния, но и времени. Это в значительноймере позволяет учесть старение материалов и конструкций, итакая модель хорошо описывает поведение системы в промежуткахмежду ремонтами, возвращающими систему в начальноенормальное или близкое к нему состояние.

§ 4.4. Методы оценки надежностизданий с помощью математическихмоделей

Простейшая модель в предположении экспоненциальности

Рассматриваем n-мерный случайный процесс X(t) = xx(t),...,xn(t)с конечным множеством значений X и критическим множествомQ, попадание в которое интерпретируется как отказ всей системы.Считаются заданными следующие характеристики: a(х) -интенсивность выхода из состояния х; Р(у/х) - вероятность переходаиз состояния х в состояние

-


177

, если выход из состояния х состоялся.

Пусть

-

- вероятность того, что за время t процесс не попал вкритическое множество Q и в момент t он находится в точке х приусловии, что в начальный момент процесс находился в точке х0.

Обычными методами для функций мы получаем следующуюсистему дифференциальных уравнений

-

(4.1)

для

-

и Px(t,x) = Q.

(4.2)

Начальные условия для системы

-

-


178

если х ¹ x0. Поскольку множество X конечно, система(4.2) имеет единственное решение и может быть решена, покрайней мере численно. Заметим, что число уравнений равночислу точек вне множества Q.

Функция надежности выражается через решение системы (4.2)

с помощью соотношения где суммирование ведетсяпо всем состояниям вне множества Q.

Полученная система кажется слишком сложной дляпрактического использования. Чтобы убедиться, что это не так,рассмотрим численный пример.

Пример 2. Предположим, что система состоит из двухэлементов и имеет три состояния с переходами иинтенсивностями, изображенными на рис. 4.6.

Рис. 4.6. Граф переходов из состояний для примера 2

При этом критическое множество состоит из одного состояния3. В начальный момент система находится в состоянии 1. Насинтересует надежность системы, т.е. время до попадания всостояние 3. Система (4.1) принимает вид

-

(4.3)

с начальными условиями Р(0,1)=1, Р(0,2)=0. (Здесь для удобстваопущен нижний индекс 1). Наиболее короткий метод решениясистемы (4.3) - использование преобразований Лапласа, т.е.функций вида


179

-

Для преобразований Лапласа вместо системыдифференциальных уравнений мы получаем системуалгебраических уравнений, интегрирование по частям дает

-

Итак, вместо (4.3) мы имеем

-

(4.4)

откуда

-

(4.5)

Теперь необходимо обратить преобразование Лапласа для P(s,1).Обозначим s1 и s2 корни знаменателя в выражении (4.5) для P(s,1).Нетрудно проверить, что оба они отрицательны и


180

-

Значения s1,2 определяют из соотношения

-

Для обращения преобразований Лапласа воспользуемсясправочными данными и получим

-

а надежность системы, т.е. вероятность того, что за время t небудет отказа

P(t) = P(t,1) + P(t,2).

(4.6)

На этом элементарном примере мы замечаем одно важноеобстоятельство: функция надежности имеет экспоненциальныйхарактер. Посмотрим, как ведет себя эта функция при большом t.Для определенности выберем s2 < s1, тогда при t ® ¥


181

-

(4.7)

В дальнейшем убедимся, что экспоненциальный характерфункции надежности очень часто возникает в приложениях иобъясняется целым рядом причин, коренящихся в характереслучайных процессов, описывающих соответствующие объекты.

Пример 3. Рассмотрим с этих позиций пример, приведенный в§ 4.2. Для простоты предположим, что грунт может находиться вдвух состояниях: нормальное, без нарушения структуры, с несущейспособностью, обеспечивающей нормальную эксплуатациюздания; нарушены физико-механические свойства, что можетпривести к неоднородным осадкам, просадкам фундамента и егоразрушению.

Фундамент также может находиться в двух состояниях:нормальном, без видимых нарушений, с однородной допустимойосадкой; с потерянной несущей способностью вследствиеразрушения полностью или части фундамента.

Вся система будет иметь четыре варианта состояний: 1 -нормальное состояние грунта и фундамента; 2 - нарушены физико-механические свойства грунта и несущая способность фундамента;3 - нормальное состояние грунта, но фундамент разрушен ипотерял несущую способность; 4 - нарушены физико-механическиесвойства грунта, и фундамент утратил несущую способность.

Критическое множество Q в этом случае содержит двасостояния: (4.3) и (4.4). Граф переходов из состояния в состояниевыглядит, как показано на рис. 4.7.


182

Рис. 4.7. Граф переходовСостояния 3 и 4 образуют критическое множество

Пусть t1 - время, в течение которого в грунте не возникаетопасных изменений; t2 - время между возникновением опасныхнарушений физико-механических свойств грунта и потерейнесущей способности фундамента;

-

- среднее значение ti (i = 1,2).

Переход из состояния 1 в состояние 3 означает разрушениефундамента, не связанное с изменениями состояния грунтовогооснования.

Обозначим t3 - продолжительность нормальногофункционирования фундамента при условии, что грунт неподвергался никаким нарушениям.

В соответствии с развитой ранее техникой получим следующиезначения для интенсивностей переходов

-


183

(4.8)

Система уравнений

-

с начальными условиями Р1(0) = 1, Р2(0) = 0.

Решение:

-

и вероятность отсутствия отказа до t

-

(4.9)

Мы видим, что полученная зависимость (4.9) также носитэкспоненциальный характер.

Небольшое усложнение модели позволяет учесть большое числосостояний.


184

Основные трудности в применении предложенного методасостоят не в объеме вычислений, а в получении необходимыхисходных данных.

Если имеется достаточное число наблюдений за поведениемоднотипных объектов, то величины, обратные интенсивностипереходов, не что иное, как среднее время пребывания объекта всоответствующем состоянии.

Оценка среднего значения случайной величины понаблюдениям - это достаточно элементарная задачаматематической статистики.

Если объект уникален или нет достаточного числа наблюдений,математическая статистика помочь не может. Здесь можноиспользовать физико-механические методы.

Пусть, например, выход системы из данного состоянияопределяется значением некоторого числового параметра x(t)(осадка фундамента, степень уплотненности грунта, деформацияконструкций и т.п.). Обычно x(t) - случайный процесс. Например,на конструкцию здания воздействуют следующие факторы: 1 -нагрузки (постоянные, временные, динамические, аварийные); 2- окружающая среда (ветер, атмосферные осадки, солнечнаярадиация, неравномерные осадки оснований, землетрясения); 3 -внутренние источники напряжений (температура, усадки,ползучесть, перераспределение нагрузок).

Наличие большого числа факторов свидетельствует о том, чтоx(t) гауссовский процесс. Выход системы из состояния возникаеттогда, когда значение характеристики x(t) превышает некоторыйзаданный уровень (например, нагрузка на несущие конструкциистановится больше допустимой). Тогда нам нужно найти среднеевремя, за которое процесс x(t), выйдя из точки т, впервыепересечет уровень R. Эта задача имеет решение для целого рядапроцессов.

§ 4.5. Асимптотические методы воценке надежности сложных систем

Оценка надежности сложной системы не только представляетзначительные вычислительные трудности, но и требует большогочисла данных, сбор которых сопряжен с большими затратами, а


185

иногда просто невозможен. Однако есть широкий класс сложныхсистем, очень часто встречающихся в практике, для которыхработают достаточно точные приближенные оценки.Математические утверждения, в которых изучается предельноеповедение объекта в предположении, что какой-то из параметров,описывающих его функционирование, мал (велик), носят названиеасимптотических. Необходимо изучать надежность сложнойсистемы в предположении малости вероятности отказа законечный промежуток времени. Более точное описание ситуацииследующее.

Пусть X(t) = (x1(t),...,xn(t)) - процесс, описывающийфункционирование изучаемого объекта, как и ранее Q -критическое подмножество в фазовом пространстве. Мыпредполагаем, что процесс X(t) обладает так называемымсвойством регенерации (восстановления). Описательно этоозначает следующее: существует неубывающаяпоследовательность случайных моментов времени 0 = t0 < t1 < t2,... такая, что в момент tп все стохастические свойства процесса X(t)такие же, как и в момент t0, а значения процесса до момента tп невлияют на его будущие значения. Очень часто случайные моментыtп - это моменты попадания X(t) в какое-то состояние.

Например, если мы предполагаем, что капитальный ремонтздания переводит его с точки зрения надежности в некоепервоначальное состояние, то моменты окончания ремонтов - этоточки регенерации. Следовательно, развитая далее теорияприменима для ремонтируемых объектов, которые на протяженииих эксплуатации неоднократно восстанавливают своинадежностные характеристики. Можем считать, что траекторияпроцесса X(t) разбивается на циклы (их называют периодамирегенерации), после каждого цикла стохастический процесс X(t)как бы начинается заново. Наглядно это можно изобразить, какпоказано на рис. 4.8.

Рис. 4.8. Периоды регенерации объекта в результате ремонтно-восстановительных работ


186

На каждом периоде регенерации (в нашем случае междуремонтами) возможен отказ системы (например, снижениенесущей способности фундамента). Обозначим вероятность этогособытия q. Асимптотические результаты для сложной системыверны, когда q мало (математически q ® 0). Тогда в достаточношироких предположениях асимптотика вероятности отсутствияотказов в течение времени t имеет вид

-

(4.10)

где t - средняя длина периода регенерации (у нас - среднее времямежду капитальными ремонтами). Заметим, что среднее времяэксплуатации системы Т » t/q, так что в формуле (4.10) можнозаписать

-

(4.11)

Основное достоинство этого результата в том, что требуетсяограниченное число параметров. В самом деле, среднее времяэксплуатации строительного объекта Т до того, как он придет вполную негодность, для серийных объектов можно оценить. Дляуникальных объектов следует пользоваться формулой (4.10). Здесьтребуются два параметра: t и q, причем t - среднее время междуремонтами - обычно легко оценивается. Трудность - в оценкепараметра q. Это достаточно сложная математическая проблема,далеко выходящая за рамки настоящей работы, тем не менее далеепредложим один прием для вычисления Т.


187

Другое достоинство асимптотического подхода в том, чтоформулы (4.10) и (4.11) дают хорошее приближение для гораздоболее широкого класса процессов, чем указано ранее.

В качестве примера 4 рассмотрим систему «основание-фундамент» (рис 4.9). Интерпретируя модель «основание-фундамент», будем учитывать три состояния системы: 1 -нормальное состояние для грунта и фундамента; 2 - нарушениесвойств грунта и нормальное состояние фундамента; 3 - потерянесущей способности фундамента (критическое состояние).

Мы несколько изменим граф переходов (рис. 4.10).

Рис. 4.9. График функции надежности для различных времен Тэксплуатации объекта до его разрушения для примера 4

Рис. 4.10. Граф переходов для примера 4Состояние 3 является критическим множеством

Если b2 > 0, то это означает, что при нарушении свойств грунтас вероятностью

-


188

происходит его успешное восстановление. Так же, как впримере 1,

-

(4.12)

-

(4.13)

только из-за наличия g1, корни s1 и s2 вычисляются последующей зависимости

-

Формулы (4.12) и (4.13) дают точное решение для модели. Мыимеем дело с восстанавливаемой системой, и асимптотическоевыражение должно получаться в предположении g1 ® 0, a2 ® 0.

Чтобы упростить выражение, положим g1 = 0, а a2 ® 0. Понятно,что предположение g1 > 0 вносит не принципиальные, а чистотехнические трудности. Итак, при a2 ® 0 имеем асимптотикукорней


189

-

Отсюда и поэтому

-

и функция надежности системы может быть описана вследующем виде

-

(4.14)

Мы получили результат, вытекающий из общих математическихтеорем. Одновременно можно оценить среднее времяэксплуатации системы как

-


190

Напомним смысл параметров:

-

- среднее время до возникновения в грунте опасныхнарушений физико-механических свойств; (a2 + b2)-1 = q - среднеевремя существования грунта в таком состоянии либо доразрушения фундамента, либо до начала восстановительных работ;

- вероятность того, что восстановительные работыначнутся раньше, чем разрушится фундамент, и они будутуспешными.

В терминах , q, р формула (4.14) примет вид

-

(4.16)

В заключение этого параграфа заметим, что основноедостоинство асимптотического метода состоит в том, что напроцесс не накладывается никаких условий, кроме наличиявосстановления (или регенерации), что характерно длябольшинства строительных объектов.

§ 4.6. Оценка среднего времени довозникновения отказа

Для многих практически важных случаев функция надежностиможет быть оценена, если известно среднее время достижениякритического множества, т.е. среднее время эксплуатации объектадо полной потери несущей способности. Вернемся к модели,описанной в § 4.1.


191

Пусть т(х) - среднее время до попадания в множество Q изсостояния

-

. Для функций т(х) выполняется система уравнений

-

(4.17)

Эта система линейных алгебраических уравнений состоит изконечного множества уравнений, так что ее решение непредставляет собой значительных трудностей.

Пример 5. Для наглядности рассмотрим объект, описанныйранее, с графом переходов (рис. 4.11).

Рис. 4.11. Граф переходов для примера 5

Здесь

-


192

Система (4.17) принимает вид

-

откуда

-

(4.18)

Если g1 = 0, a2 ® 0, как это было в предыдущем параграфе, тоасимптотика среднего времени эксплуатации

(4.19)

что совпадает с зависимостью (4.15).

§ 4.7. Иерархические моделинадежности

Метод наиболее вероятных траекторий

Асимптотические методы при оценке надежности объектовприменимы, когда имеются неоднократные восстановления(регенерации) объекта.


193

Если предположить, что объект не ремонтируется или ремонтыне возвращают его в первоначальное состояние, а толькозадерживают в том, в котором он уже находился, то состояниякоординат процесса могут быть перенумерованы таким образом,что с течением времени их значения только увеличиваются.

На рис. 4.12 показана типичная траектория такого процесса.

Рис. 4.12. Пример траектории иерархического процесса

По каждой координате возможно только увеличение. На рис.4.12 показано движение вправо и вверх, но не вниз и влево.Процессы такого рода никогда не возвращаются в состояние, вкотором они уже были.

Граф переходов таких процессов не имеет петель и выглядит, какпоказано на рис. 4.13.


194

Рис. 4.13. Граф переходов в различные состояния

Такие процессы можно назвать иерархическими, поскольку всемножество состояний разбивается на классы К1, К2, ..., Ki идвижение возможно только из одного класса в другой или вкритическое множество (рис. 4.14).

Рис. 4.14. Иерархический процессК - классы состояний

Задачи теории надежности для таких процессов весьмасвоеобразны, и для них не работает асимптотическая теория.Сразу заметим, что система (4.1) может быть решена рекуррентно.В самом деле, введем двойную нумерацию для состояний,перенумеровав классы и состояния внутри класса, так чтосостояние (i,j) означает i-е состояние j-го класса. При такойнумерации вместо рис. 4.13 будем иметь схему, представленную нарис. 4.15.

Рис. 4.15. Пример разбиения на классы для иерархическойсистемы

Пусть

-


195

- среднее время пребывания процесса в состоянии (i,j), a -вероятность перехода из состояния (l,j-1) в состояние (i,j), т.е. изсостояния l класса j-1 в состояние i класса j.

Обозначим Pi,j(t) - вероятность того, что до момента t не былопопадания в Q и в момент t процесс находился в состоянии i классаj. Тогда вместо системы (4.1) получаем

-

(4.20)

С начальным условием Р11(0) = 1, Рij(0) = 0, ij ¹ 1. Мы считаем,что класс К1 состоит из одного состояния и движение начинаетсяиз него.

Система (4.20) может быть решена последовательно, так каксправедлива рекуррентная формула

-

(4.21)

С самого начала мы знаем вероятность P11(t), затем по формуле(4.21) находим вероятности состояний второго класса, потомтретьего, пока не переберем все классы. Функция надежности вэтом случае может быть оценена следующей зависимостью

-


196

(4.22)

Формула (4.21) показывает также, что P(t) будет представлятьлинейную комбинацию экспонент.

Отметим также, что для объектов описанного рода можнорассматривать aij как функции от t, что значительно расширяеткруг приложений этой модели.

Значительно упрощается для данных моделей и вычислениесреднего времени достижения критического множества, т.е.времени безаварийной эксплуатации. Пусть m(i,j) - среднее времядостижения критического множества из состояния i класса j. Тогда

-

(4.23)

где l - номер последнего класса. Для других классов имеемрекуррентное соотношение

-

(4.24)

Формулы (4.23) и (4.24) позволяют последовательно вычислитьm(i,j). Пример 1 превращается в иерархическую модель, если b2 =0, т.е. имеет граф переходов (рис. 4.16).


197

Рис. 4.16. Граф переходов для иерархических систем

В этой простейшей модели имеются два класса К1 и К2, каждыйиз которых содержит по одному состоянию. Тогда

-

(4.25)

и надежность системы

P(t) = P1(t) + P2(t).

(4.26)

Среднее время достижения критического множества изсостояния i

-

Иерархическая модель позволяет получить оценки для среднеговремени достижения уровня и в более сложных случаях, когдаимеются системы с регенерацией. Мы знаем, что для оценки этоговремени необходимо знание двух чисел: t - среднее время периодарегенерации и q - вероятность достижения критическогомножества на периоде регенерации.


198

Первое из этих чисел обычно нетрудно найти. Вся проблема вовтором. В ряде математических работ ясно и наглядно показано,что основной вклад в q вносят так называемые монотонныетраектории, грубо говоря, траектории без петель. Но это иозначает иерархичность системы. Более подробно с этим методомможно познакомиться в указанной литературе. Мы жепродемонстрируем его применение на следующих примерах.

Система с графом переходов (рис. 4.17). Здесь q удается найти вявном виде

-

(4.26)

Более сложная система с графом переходов (рис. 4.18). Точкирегенерации - моменты возвращения в первое состояние.

Рис. 4.17. Граф переходов из состояния для примера 4

Рис. 4.18. Граф переходов из состояния для примера 5

В качестве оценки для q берем траектории, не имеющие петель.Перечислим их:

1 ® 4, 1®2® 4, 1®2® 3®4.I II III


199

Вероятности этих траекторий

-

так что

q » P(I) + P(II) +P(III).(4.28)

На самом деле есть еще траектория типа 1 ® 2 ® 3 ® 4, ноее вероятность существенно меньше вероятностей уже указанныхтраекторий.

Результаты аналитических исследований позволили по-новомуподойти к оценке надежности зданий за период длительнойэксплуатации. При этом здание рассматривается как сложнаявзаимосвязанная система. Рассмотренные математические моделимогут использоваться не только для прогнозирования надежностизданий в период эксплуатации, но и в случаях, когда требуетсяосуществить комплекс реконструктивных работ различной степенисложности. Установлены способы оценки входящих в моделипараметров, которые преимущественно базируются на результатахстатистической обработки наблюдений в сочетании с методамистроительной механики и теории случайных процессов.

Установлены области рационального применения исследуемыхмоделей с учетом старения материала конструктивных элементов,наличия восстановленных свойств объекта после ремонтов спостоянно ухудшающимися свойствами конструктивных элементови т.п.

Методический подход к оценке функции надежностипредставлен материалами в таблице 4.1.

Таблица 4.1

Методики оценки функции надежности P(t) реконструированныхзданий


200

Предположения Модели и методы

Способы оценкивходящих в

модельпараметров

I. Предложениеэкспоненциальностираспределения всехслучайных величин

1. Цепь Маркова. Методдифференциальных уравнений

-

1.Статистическаяобработкарезультатовнаблюдений зааналогичнымиобъектами.

2. Методыстроительноймеханики всочетании стеориейслучайныхпроцессов

II. Учет старенияэлементов впредположенииэкспоненциальности

2. Цепь Маркова с параметрами,зависящими от времени. Методдифференциальных уравнений


2. Методыстроительноймеханики всочетании стеориейслучайныхпроцессов.

3. Методнаименьшихквадратов


201

III. Наличиевосстановленныхсвойств объектапосле ремонтов.Малая вероятностьаварии междуремонтами

Модель - регенерирующий процесс.Асимметрические методы

-

1. Оценкасреднеговремениэксплуатацииобъекта понаблюдениям заоднотипнымиобъектами.

2. Оценкасреднеговремени доаварии спомощьюалгебраическихуравнений.

3. Методнаиболеевероятностныхтраекторий

IV. Движение толькопо монотоннымтраекториям, т.е.нет регенерации,свойства объектапостоянноухудшаются

Иерархическая модель. Рекуррентнаяформула для вычисления вероятностейсостояния

-

-


2. Методыстроительноймеханики всочетании стеориейслучайныхпроцессов.

3. Методсреднихзначений спомощью


202

решениясистемыалгебраическихуравнений

Она включает:

раздел предположений, которые позволяют учитыватьразличный характер случайных величин воздействия и изменениясвойств реконструируемого объекта;

математические модели и методы, приемлемые для каждогоконкретного случая; способы оценки входящих в модельпараметров.

Как будет показано ниже, исследованные модели и методырешения адекватно описывают процессы снижения надежностисистем как в период длительной эксплуатации, так и послепроведения восстановительных работ (реконструкции).

§ 4.8. Пример оценки надежностиреконструируемого здания

Анализ надежности реконструируемых зданий рациональнопроводить с применением численных методов решения уравнений.Наиболее простой является двухэлементная система «основание- фундамент», на примере которой покажем ее количественныехарактеристики надежности в зависимости от времениэксплуатации и состояния элементов. Выбор данной системынеслучаен, так как она определяет прежде всего необходимостьи объем проведения восстановительных работ для обеспечениязаданного уровня надежности здания в целом, а также позволяетпрогнозировать поведение системы во времени. В то же времяэта система является наиболее ответственным элементом здания,определяющим его эксплуатационную надежность идолговечность. Зависимость (4.9) может быть распространена намногоэлементные системы, включающие стены перекрытия идругие несущие конструкции. При этом учитываютсясоответствующие графы переходов.


203

В качестве исходных данных берутся следующие параметры: t1- среднее время от момента постройки до момента, когда в грунтевозникают опасные физико-механические изменения; t2 - среднеевремя между возникновением опасных нарушений физико-механических свойств грунта и потерей несущей способностифундамента; t3 - средняя продолжительность функционированияфундамента при условии, что грунт не подвергается никакимнарушениям. Для расчетов брались следующие значенияпараметров (в годах)

t1 = 20; 30; 40; 50; t2 = 10; 20; 50; t3 = 50; 100.

Таким образом, получены 24 кривые, приведенные на рис. 4.19.


204

Рис. 4.19. Графики функций надежности в Р-мерном пространстве

Анализ показывает, что функция надежности монотонно убываетсо временем. Кроме того, все кривые в промежутке между 30 и50 годами меняются медленно, а после 60 лет ведут себя какэкспоненты.


205

При выполнении реконструктивных работ без изменения объемаздания и технологических нагрузок, т.е. когда сохраняетсяпрежняя расчетная схема, оценка надежности производится позависимости (4.9) с введением временных параметров, отвечающихуровню конструктивно-технологических решений.

Пусть, например, в возрасте t лет здание подвергаетсяреконструкции, и при этом проводятся работы по укреплениюфундаментов и грунтов основания. Результат этих работ таков, чтопараметры t1, t2, t3 принимают значения

-

. Тогда функция надежности реконструируемой системыполучается в результате склеивания двух кривых

-

где a1, a2, Р12 находятся по формулам (4.8), а

-

- по тем же формулам с заменой ti на

-

(i = 1,2,3).

На рис. 4.20,а приведены графики функции надежности зданиядо реконструкции и после проведения реконструктивных работ.


206

Реконструкция проводится в возрасте 100 лет, и значения послереконструкции приближаются к первоначальным.

Рис. 4.20. Графики изменения показателя надежности зданий до ипосле реконструкцииа - при сохранении конструктивной схемы без измененийстроительного объема; б - то же, при усилении конструктивныхэлементов и использовании встроенных строительных систем

Анализ графиков функций надежности показывает, что в целомсистема при начальной функции надежности, равной единице,


207

постепенно снижает этот показатель до определенного минимума,который является предельным и служит основанием дляпроведения восстановительных (реконструктивных) работ.Продолжительность реконструкции обеспечивает восстановлениепервоначальных характеристик, но с некоторым снижениемнадежности, которое является следствием длительнойэксплуатации некоторых невосстанавливаемых элементов здания.

Изменение надежности после реконструктивного периода снезначительными отклонениями повторяет характер кривыхдореконструктивного периода эксплуатации здания.

Более низкая степень снижения показателя надежности (рис.4.20,б) после реконструкции достигается в результате заменысменяемых конструкций на более долговечные, усиленияфундаментов, стен, замены перекрытий и т.п. В совокупностикомплекс реконструктивных работ повышает эксплуатационнуюнадежность и продляет срок службы здания,обеспечивая менееинтенсивное падение показателя надежности. Как правило,повышение капитальности конструктивных элементовспособствует безотказной работе здания в достаточно большомпромежутке времени.

Полученные зависимости при использовании достаточногоколичества статистических данных позволяют прогнозироватьснижение надежности элементов и здания в целом, а привозникновении экстремальных условий - аварийные ситуации.

Таким образом, с учетом случайного характера воздействия настроительные конструкции предложена и изучена физическаямодель надежности реконструируемых зданий. При этомнеобходимо учитывать две группы факторов: внутреннегохарактера, включая режимы эксплуатационного воздействия, атакже внешнего, существенно влияющих на изменение физико-механических характеристик конструктивных элементов.

Экспоненциальный характер снижения надежности во временипрактически преобладает для всех типов зданий, дойдя допорогового значения (отказа), после предотвращения которого(восстановления) система приобретает требуемую надежность.Характер возникновения отказов зависит от режимовэксплуатации зданий. Как правило, имеют местопоследовательные и постепенные отказы, и только в критическихслучаях наблюдаются внезапные отказы, вызванные потерейнесущей способности конструктивных элементов в короткий срок


208

эксплуатации. Они являются критическими и приводят к потереработоспособности элементов или в целом здания.

Анализ надежности и долговечности реконструируемых зданийдолжен опираться на описание функционирования объекта каксложной системы. Математически это означает рассмотрениемногомерных случайных процессов. При этом отказ возникает припопадании этого процесса в некоторое критическое множество.

При наличии ремонтных работ, предполагающих полноевосстановление объекта с точки зрения надежностныххарактеристик, функция надежности хорошо приближается кэкспонентной. Для использования этого результата необходимознать два параметра: среднее время между восстановительнымиработами и вероятность отказа в течение этого промежуткавремени.

В случаях когда ремонтные работы либо не ведутся, либо неполностью восстанавливают объект с точки зрения егонадежностных характеристик, эти параметры с течением временитолько ухудшаются. В качестве модели, описывающейфункционирование таких объектов, предлагаются иерархическиепроцессы. Для них функция надежности вычисляется с помощьюрекуррентной формулы.

Предложенные методики позволяют оценивать долговечностьзданий до и после реконструкции при наличии довольно большогочисла исходных данных. Часть из них может быть получена наосновании статистических данных, а часть - с использованиемрезультатов натурных обследований, расчетных методовстроительной механики в сочетании с теорией случайныхпроцессов. Оценка надежности и долговечностиреконструированных зданий должна учитывать интенсивностьразличных воздействий внешнего и внутреннего характера.


209

ГЛАВА 5ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯТЕХНОЛОГИИ ИОРГАНИЗАЦИИРЕКОНСТРУКЦИИ ЗДАНИЙ

§ 5.1. Общая частьДолговечность зданий и их способность в полной мере отвечать

назначению достигаются благодаря комплексу организационныхи технических мероприятий по содержанию и своевременномувосстановлению конструктивных элементов, инженерных систем иоборудования. Этот комплекс работ является системой планово-предупредительных ремонтов. Существуют текущий икапитальный ремонты. Они подразделяются на планово-предупредительный (профилактический), аварийный(непредвиденный), текущий ремонт, планово-предупредительный(комплексный) и выборочный капитальный ремонт.

Текущий ремонт состоит в систематически проводимых работахпо предохранению частей здания и оборудования отпреждевременного износа и ликвидации возникающих мелкихповреждений и неисправностей.

Капитальный ремонт заключается в восстановленииэксплуатационной надежности всех конструкций, санитарно-технических систем и инженерного оборудования в связи с ихфизическим или моральным износом.

При каждом очередном плановом капитальном ремонте составвосстанавливаемых элементов меняется, т.к. межремонтные срокислужбы конструкций, инженерных систем и оборудованияразличны. В соответствии с действующими нормативамипериодичность восстановительных работ различна и зависит отдолговечности конструктивных элементов. Например, через девятьлет с начала эксплуатации здания ремонтируют крышу, фасады,лестничные клетки, систему горячего водоснабжения и т.д.


210

Через очередные девять лет ремонтируются система отопления,водоснабжения и канализации, электрооборудования, элементыблагоустройства.

Работы текущего и капитального ремонтов не предусматриваютперепланировки помещений и изменения объема здания.

Модернизация зданий предусматривает его переустройство счастичным изменением планировочных решений, снижениемуровня физического и морального износа как конструктивныхэлементов, так и инженерного оборудования. При модернизациизданий их габариты и объем остаются неизменными.

Основная цель модернизации состоит в повышенииэксплуатационной надежности зданий и продлении жизненногоцикла.

Санация зданий состоит из комплекса ремонтно-восстановительных работ, отвечающих современным требованиямСНиП, без изменения планировочных решений. В состав работданного цикла входят: повышение теплоизоляции наружных стенпутем замены оконных и балконных заполнений, утеплениястенового ограждения; выполнение кровельных работ сутеплением чердачного пространства; замена моральноизношенного инженерного оборудования, сетей отопления иводоснабжения; производство внутренних ремонтно-восстановительных работ; создание архитектурнойвыразительности фасадных поверхностей.

Реконструкция зданий представляет собой их переустройство сизменением планировочных решений, надстройкой и пристройкойдополнительных объемов, с изменением назначения, повышениемэксплуатационной надежности и долговечности. Приреконструкции достигаются продление жизненного цикла зданий,повышение энергоэффективности, ликвидация физического иморального износа.

Роль технологии в процессах реконструкции зданий достаточновелика. Она объединяет простые и сложные строительныепроцессы, различающиеся по основным элементам производства.Эффективность технологий зависит от уровня взаимодействияпроцессов, современных средств механизации, использованияновых материалов.


211

Производство строительно-монтажных работ по реконструкцииосновывается на ряде общих принципов, к числу которыхотносятся:

- технология отдельных строительных процессов должнасоответствовать современному уровню производства иобеспечивать строительную продукцию, отвечающую требованиямнорм и стандартов;

- ведущим строительным процессом является технологическийпроцесс возведения или усиления несущих конструкций здания;

- возведение несущих конструкций должно обеспечиватьгеометрическую неизменяемость, пространственную устойчивостьи прочность отдельных частей и здания в целом;

- ведущий строительный процесс осуществляется в полнойтехнологической увязке с производством смежных видов работ;

- ведущие процессы осуществляются поточными методамипроизводства работ, обеспечивающими максимальное совмещениесопутствующих процессов и сокращение сроков производствареконструктивных работ;

- каждый специализированный поток оснащаетсягрузоподъемным механизмом, комплектом технологическихсредств, инструментом и инвентарем;

- материальные ресурсы, необходимые для производства работ,должны отвечать параметрам современных технологий;

- технологические процессы должны соответствоватьэкологическим требованиям и не наносить ущерб окружающейсреде.

Технология реконструктивных работ, как правило, связана сусилением, разборкой ограждающих или несущих конструкций,надстройкой и обстройкой зданий. Это обстоятельство требуетразработки методов и принятия прогрессивных технологий,снижающих возможность потери устойчивости отдельныхэлементов и здания в целом.

Фактор безопасности жильцов и рабочих существенно влияетна принятие технологий, уровень их механизации и методы


212

производства работ, особенно при реконструкции зданий безотселения или с частичным отселением жильцов.

В первую очередь это относится к размещению кранов,подъемников, бетононасосов и др. технических средств, работакоторых связана с перемещением грузов в определенном радиуседействия, и к наличию опасных зон.

Должны приниматься технические решения, снижающиезатраты ручного труда, повышающие производительность иисключающие негативное влияние на проживающих:производственного шума, вибраций, запыленности и т.п.

Фактор стесненности существенно влияет на принятиетехнологий, методы производства работ, степень механизации,обеспечивающие сокращение трудоемкости и продолжительностьстроительных процессов.

Одними из главных требований технологического процессаявляются высокий технико-экономический уровень, стабильностьпроизводственных показателей, технологичность иконкурентоспособность технологий, что позволяет получатьвысокий уровень качества продукции.

На технологию реконструктивных работ решающее влияниеоказывают соблюдение требований технологических карт,инструкций, руководств и пооперационный контроль качестваработ инструментальными средствами.

Снижение продолжительности работ достигаетсяиспользованием новых технологий и материалов, организационно-технологическими приемами, основанными на поточных методахпроизводства работ: частный поток - для простых процессов;специализированный - для комплексных и объектный поток - дляобщих строительных процессов.

§ 5.2. Технологические режимыГлавными параметрами, влияющими на технологические

режимы при реконструкции зданий, являются:

- температурные пределы применения строительныхматериалов;


213

- температура и относительная влажность воздуха;

- скорость воздушных потоков;

- жизнеспособность технологий в зависимости от параметровокружающей среды;

- эксплуатационные режимы машин и механизмов.

В зависимости от используемых конструкций, материалов иполуфабрикатов в технологических процессах протекаютфизические, физико-химические, гидромеханические,механические и другие процессы, которые определяют условияработы. Эти условия и составляют технологические режимы.

Наибольшее влияние на технологические процессы оказываеттемпературный фактор, который ускоряет или замедляетхимические реакции, связанные с набором прочности бетоном,раствором и другими материалами (рис. 5.1). Переход в зонуотрицательных температур приводит к возникновениютехнологических перерывов, к повышенному расходу энергозатрат,увеличению продолжительности работ. В ряде случаев понижениетемпературы окружающей среды исключает использование техили иных технологий. Многими техническими условиями наматериалы регламентируются температура и относительнаявлажность. Отклонения от технологических регламентов приводятк снижению физико-механических характеристик и качестваработ.

Рис. 5.1. Кривые набора прочности бетона в зависимости оттемпературы бетонной смеси


214

Существенное влияние на качество работ оказываюттехнологические режимы динамического воздействия. Например,нарушение технологического регламента по вибрационнойобработке бетонной смеси приводит к снижению плотности бетонаконструкций, его однородности и прочности. При этомопределяющими факторами являются продолжительностьвибрирования, частота и амплитуда колебаний, а такжегеометрическое положение вибратора относительно опалубки(рис. 5.2). Отклонение от технологических режимов приводит красслоению смесей при увеличении продолжительностивибрирования и снижению физико-механических характеристикконструкций при недостаточной продолжительностивиброобработки.

Рис. 5.2. Изменение плотности слоев бетонной смеси взависимости от продолжительности вибрирования (а) ираспределение амплитуд колебаний от глубинного вибратора (б)Z - зона уплотнения бетонной смеси; А1, А2 - амплитуда колебанийвибратора; Zр - зона расслоения бетонной смеси

Регламентированы режимы работы машин, механизмов иручного механизированного инструмента. Их параметры и областьдопустимых отклонений содержатся в технических условиях ипаспортах. Они учитываются при проектировании механизациистроительных процессов. Температура, относительная влажностьи скорость движения воздуха регламентируются не толькотехническими условиями на материалы, но и санитарныминормами, ограничивающими продолжительность пребываниярабочих или запрещающими производство работ.


215

§ 5.3. Параметры технологическихпроцессов при реконструкции зданий

Производственный процесс реконструкции зданий являетсясовокупностью простых и сложных технологических процессов,протекающих в пространстве и во времени.

Пространственным параметром служит фронт работ, состоящийиз участков, захваток и делянок.

Организация строительного процесса в пространствеосуществляется путем разделения объемного пространствареконструируемого здания на участки и захватки, где внеобходимой технологической последовательности выполняютсястроительные процессы бригадами или звеньями рабочих.

Участками являются части зданий, в пределах которыхсуществуют одинаковые производственные условия, позволяющиеприменять одинаковые технические и технологические средства.

Захватками служат части зданий, на которых повторяютсяодинаковые комплексы строительных процессов. Онихарактеризуются примерно равными объемами работ,трудоемкостью, продолжительностью, составом и количествомстроительных процессов. Фронт работ на захватках должен бытьдостаточным для одновременной работы бригады или звенарабочих. Строительные процессы на захватках должнысовмещаться во времени, что обеспечивает снижениепродолжительности работ при непрерывном производстве.

Развитие и функционирование технологических процессов впространстве зависят от уровня реконструктивных работ,конструктивно-технологических решений, организации работ безотселения или с отселением жильцов.

При реконструкции зданий с отселением жильцов наиболеераспространенной является вертикально-восходящая схемаразвития технологических процессов. При этом в качествезахватки принимается секция жилого дома или здания. Работыпо усилению фундаментов, как правило, проводятся погоризонтально-продольной схеме, производство отделочных работ- по вертикально-нисходящей, утепление фасадных поверхностей -по вертикально-восходящей (рис. 5.3).


216

Рис. 5.3. Развитие технологических процессов в пространствеа - вертикально-восходящая схема развития технологическихпроцессов при замене перекрытий; б - вертикально-нисходящаясхема при выполнении отделочных работ; в - горизонтально-восходящая схема при утеплении фасадов

При санации и реконструкции зданий без отселения жильцовиспользуются различные технологические схемы,обеспечивающие безопасное производство и созданиеминимального дискомфорта для проживающих. Для каждоготехнологического процесса разрабатывается оптимальная схемапроизводства работ, обеспечивающая максимальное совмещениево времени смежных процессов. Их осуществление производитсяпараллельным, последовательным и поточными методами.

При реконструкции зданий строительные процессы имеютпространственные параметры, как правило, с неоднороднымихарактеристиками по количеству захваток, направлению развитияпроцессов, размеров захваток и т.п., что вызвано различнымиархитектурно-планировочными решениями зданий, степеньюизноса конструктивных элементов, методами реконструкции.Несмотря на эти обстоятельства, принимается производство работ,базирующееся на максимальном использовании современныхтехнологий, обеспечивающих высокие показатели эффективности:трудоемкость, интенсивность производства, продолжительность,расход энергоресурсов, себестоимость работ и др.


217

§ 5.4. Подготовительные работыДо начала основных строительных работ должен быть выполнен

цикл подготовительных работ. Его состав, уровень механизации,последовательность выполнения процессов зависят от принятойтехнологии производства работ.

При варианте с отселением жильцов осуществляетсяпредоставление постоянного или временного жилья длярасселения. Затем производят непосредственно циклстроительных подготовительных работ. К ним относятся:

- предварительная планировка площадок, обеспечивающая стокатмосферных осадков при отрывке котлованов под входы,лифтовые шахты, эркеры и другие конструктивные элементы;

- вскрытие асфальтобетонных покрытий для организации трассперемещения механизмов, перекладки сетей и других элементов;

- устройство подготовок под площадки различноготехнологического назначения;

- установка временных бытовых помещений и складов;

- устройство временного забора, козырьков безопасности надвыходами из здания в безопасные зоны;

- установка предупреждающих и запрещающих знаков у въезда,входов, проемов;

- отключение постоянных коммуникаций при варианте сотселением;

- перенос постоянных сетей, попадающих в зону производстваземляных работ;

- подключение временного электро- и водоснабжения для нуждстроительства;

- устройство крановых путей и монтаж кранов при варианте сотселением;

- устройство подъездных путей и стоянок под мобильныепневмоколесные краны;


218

- подготовка площадок и установка крышевых кранов;

- установка подъемников и других средств вертикальноготранспорта;

- устройство площадок для приема бетонной смеси,складирования материалов и полуфабрикатов.

Подготовительный цикл при реконструкции зданий старойпостройки, требующий демонтажа отдельных конструктивныхэлементов и частей, кроме перечисленных работ включаетмероприятия по обеспечению безопасного производства с цельюисключения самопроизвольного обрушения конструкций,использование инвентарных мусоропроводов для удаленияматериалов разборки, специальных средств механизации дляразрушения конструкций, предотвращение запыленностиплощадки и другие мероприятия.

При варианте без отселения жильцов необходимо предусмотретьработы, обеспечивающие защиту здания от атмосферных осадков,возможного промерзания и протечек, связанных с производствомработ на надстраиваемых этажах.

В подготовительный период и в процессе строительства следуетвыполнять натурные наблюдения по определению осадок, кренов исмещений подземной части как строящегося, так и близлежащихзданий, определять напряжения и деформации в грунтовоммассиве.

§ 5.5. Механизация строительныхпроцессов

Механизация строительных процессов при реконструкциизданий определяется принятыми конструктивно-технологическими решениями, технологией производства работ истесненностью строительной площадки. В зависимости от уровняреконструктивных работ (с сохранением строительного объема,надстройкой этажей, пристройкой объемов), геометрическихразмеров и массы конструктивных элементов механизацияосновных технологических процессов осуществляется путемрационального использования кранов, грузопассажирскихподъемников, бетононасосного транспорта, а также специальныхгрузоподъемных механизмов и средств малой механизации,


219

обеспечивающих снижение трудозатрат, повышениепроизводительности труда и сокращение продолжительностиработ.

Определяющими факторами выбора средств механизацииявляются методы производства работ: устройство встроенногокаркаса из сборных или сборно-монолитных конструкций,пристройка или надстройка здания из штучных, укрупненныхплоских или объемных элементов и т.п.

Подбор грузоподъемных механизмов осуществляется исходя изгеометрических размеров здания в плане и по высоте, в результатечего определяются параметры монтажных кранов: высота подъемакрюка, вылет стрелы, длина кранового пути. В зависимости отмассы перемещаемых грузов и требуемого вылета стрелыопределяется его грузоподъемность. Выбор типа кранов игрузоподъемности определяется технологией производства работ ив первую очередь максимальной массой монтируемых элементов.

При выполнении реконструктивных работ с применениеммонолитного железобетона определяющими факторами служатмасса опалубочных щитов и бадьи с бетонной смесью, принадстройке мансардных этажей из объемных блоков - их масса игабариты, при устройстве перекрытий - геометрические размеры имасса железобетонных панелей и т.п.

Для каждого грузоподъемного механизма осуществляетсявертикальная и горизонтальная привязка к зданию с обеспечениемустойчивой и безопасной работы. Для самоходных стреловыхкранов на автомобильном или пневмошасси определяются местастоянок и проездов, а также площадки для складирования илиукрупнительной сборки. Грузопассажирские подъемникиразличных систем располагаются по торцам и фасадам зданий. Ихустойчивость и безопасность работы достигаются путем крепленияк конструктивным элементам зданий.

Расположение грузоподъемных механизмов и схемы ихдвижения являются неотъемлемой частью строительногогенерального плана.

На различных стадиях производства работ возможноиспользование нескольких видов средств механизации. Ихфункционирование должно обеспечивать безопасное производстворабот, различных технологических процессов и обслуживать


220

определенные пространственные зоны в виде захваток, участков ирабочих мест.

Наиболее распространенными средствами механизации приреконструкции зданий с отселением жильцов являются башенные,башенно-стреловые, приставные, крышевые и пневмоколесныекраны. Они отличаются грузоподъемностью, мобильностью игабаритными размерами.

Современные средства вертикального транспорта имеютдостаточно широкий диапазон грузоподъемности, регулируемыйвылет и длину стрелы. Это обстоятельство позволяет дляразличных технологических процессов применять на одном и томже объекте различные средства механизации.

Принципиальные схемы расстановки монтажных средстввертикального транспорта при реконструкции зданий снадстройкой этажей приведены на рис. 5.4.


221


222

Рис. 5.4. Технологические схемы размещения средствмеханизации при реконструкции зданий с надстройкой этажей ирасширением корпусова - самоподъемный кран; б - башенный; в - крышевой кран; г -мобильный кран на пневмоходу с телескопической стрелой; д -бетононасос с распределительной стрелой и башенным краном; е -лебедки для надвижки объемных блоков, механизм вертикальногоперемещения

Наиболее распространенной является схема (рис. 5.4,б), когдав качестве грузоподъемного механизма используются башенныекраны. В зависимости от конструктивно-технологических решенийнадстройки применяют башенные и башенно-стреловые краныгрузоподъемностью до 8-10 т при надстройке из объемныхэлементов или сборного железобетона и 3-5 т при монолитномвозведении.

В условиях стесненного производства работ используютсятехнологические схемы, основанные на применениисамоподъемных (рис. 5.4,а), приставных и крышевых кранов,располагаемых на усиленном перекрытии (рис. 5.4,в). Принадстройке зданий объемными блоками мансардных этажейнаиболее предпочтительным является использование мобильныхавто- и кранов на пневмоходу с телескопическими стрелами, атакже специальных подъемников и системы надвижки.

Выбор средств механизации осуществляется путемэкономических расчетов по величине прибыли строительнойорганизации.

В ряде случаев применение определенного типа крана диктуетсястесненностью строительной площадки, а также конструктивнымрешением надстраиваемых этажей.

Наиболее распространенные типы кранов и область ихрационального применения приведены в таблице 5.1.

Таблица 5.1

№п.п.

Наименованиекранов, марка

Грузоподъемность,т

Ширинаколей,

м

Вылетстрелы,

м

Высотаподъемакрюка,

м

Областьрационального

применения


223

I. Башенные краны

1 КБ-101.1 5 4,5 20 33

2 МСК-5-30 5 4,0 30 40

3 КБ-100.2 5 4,5 20 44

4 МСК3-5-20 5 4,0 20 37

Надстройкизданий до 3-4этажей

5 КБ-100.3 8 4,5 35 48

6 КБ-160.2 8 6,0 25 60

Надстройказданий сприменениемтоннельнойопалубки

II. Приставные башенныекраны

7 КБ-573, КБ-180 10 - 30-40 До 100м

Надстройказданий сприменениемперекрытий измногопустотногонастила

8 Башенныекраны фирмыPOTAIN HDT-70

1,1-3,0 4,0 До 45 До 90 Надстройка иобстройказданий измонолитногобетона вщитовойопалубке


224

9 Крышевой кранGMR HD 32

1,0-4,0 3,5 До 30 До 30

10 Самоподъемныекраны ТОРК1ТMD 185A

5-8 - До 30 -

Надстройказданий сразмещениемкрана наперекрытии

III. Краны на пневмоходу

11 Поклейн

КС-Т473, Т-250,А-331

До 23

12 КС-4561, 4362,5363

16-25 2,6 10 13

Надстройказданий изукрупненныхплоских иобъемныхблоков

13 Локомо А-335КС-6471

До 35 3,2 - 30 То же

14 Крупп КМК2025

20 2,5 - 26 »

15 Като NK-200S 22 2,5 - 36 »

IV. Автокраны


225

16 КС-2561,КС-2572,

6,3 2,6 12 12,0

17 СМК-10,КС-3575

10,0 3,0 - 16,5

18 КС-3571 10,0 2,6 - 18,0

19 КС-3471, 4572,КС-162

16 2,8 - 24,0

Для обстройкизданий изобъемныхблоков ивозведенияэркеров измонолитногобетона

Для подачи строительных материалов и конструкцийиспользуются подъемники грузоподъемностью 0,8-10 т (РЛ-1000,МГП-1000, ДВМ-1003/100, ПГПМ-4272). Наиболее эффективнымявляется подъемник ПГПМ-4272, который снабжен короткойстрелой для подъема и размещения груза в кабине. Конструкциямачты предусматривает выход на крышу строящегося здания.

Для подъема материалов используются реечные грузовыеподъемники ПГР-630, ПГ-800, ПГР-500 грузоподъемностью до 1,0 т.

Для перемещения крупногабаритных грузов подъемникиоснащаются грузовой консолью, а подача материаловосуществляется в оконные проемы (рис. 5.5).


226

Рис. 5.5. Грузопассажирский подъемник ПГПМ-4272 (а) и вариантоснащения подъемника грузовой консолью (б)

Транспортирование и подача бетонной смеси к месту укладкиосуществляются с применением автобетононасосов истационарных бетононасосов производительностью до 40 м3/ч(Штеттер V315, Шеле М27/30, БН-80-20М и др.).

Наиболее рациональным является использованиеавтобетононасосов при усилении фундаментов, замене перекрытийи других конструктивных элементов с подачей смеси черезоконные и дверные проемы (рис. 5.6). Широко применяютсясредства малой механизации в виде ленточных транспортеров,мототележек, ручного механизированного инструмента.

Рис. 5.6. Подача бетонной смеси через оконные проемыавтобетононасосами при возведении фундаментной плиты иперекрытий

Особый интерес представляет использование манипуляторов дляподъема и перемещения строительных грузов. При расположениина перекрытии они обеспечивают зону обслуживания в радиусе до30 м.

Для подъема строительных материалов непосредственно в зонувосстановительных работ на этаже используются краны с балочнойстрелой, устанавливаемые в оконных проемах (рис. 5.7). Ониобеспечивают подъем грузов и их перемещение с помощьютельфера вглубь помещений, что существенно снижаеттрудоемкость работ.


227

Рис. 5.7. Грузоподъемное устройство, устанавливаемое в оконномпроеме1 - емкость; 2 - опоры; 3 - тельфер; 4 - балка; 5 - ограничитель; 6 -рукоять

В зарубежной практике широко используются подъемники снаклонными направляющими для подачи мелкоштучныхматериалов. Они оснащены электролебедками и грузовымитележками (рис. 5.8). Путем наращивания секций изменяетсявысота подачи материалов.


228


229

Рис. 5.8. Подъемник системы Lift (Германия) для подачимелкоштучных материалов1 - направляющие; 2 - электролебедка; 3 - грузовая тележка

§ 5.6. Технологическое проектированиеЦелью технологического проектирования является разработкарациональных организационно-технологических решений длявыполнения строительных процессов, обеспечивающих выпускстроительной продукции в планируемые сроки и приминимальном использовании всех ресурсов.

Технология производства работ по реконструкции существенноотличается от нового строительства. Прежде всего, это связано снеобходимостью использования существующих частей зданий, какправило, имеющих определенную степень физического износа. Этообстоятельство требует принятия мер по усилению или замененесущих или ограждающих конструкций, что, в свою очередь,влечет к комплексу работ по демонтажу и разборке частей зданий.Стесненные условия производства работ не позволяют в полноймере использовать средства механизации, что приводит кувеличению доли ручного труда. Снижение несущей способностиконструктивных элементов требует как временного, так ипостоянного их усиления для обеспечения устойчивости зданий ибезопасности производства работ.

Реконструкции зданий базируется на эффективномиспользовании капитальных вложений, инвестиций трудовых иматериально-технических ресурсов, прогрессивныхорганизационно-технологических решений. Она требуетсистемного подхода, учитывающего организационно-техническую,технологическую и экономическую надежность производства,обеспечивающую снижение сроков строительства и максимальнуюприбыль от реализации проектов.

Методы организации и технологии реконструктивных работдолжны быть адаптированы к условиям городской застройки иоптимизированы по основным показателям. При этом должен бытьдостигнут высокий уровень инженерно-технологическойподготовки строительного производства.

Проекты производства работ


230

Одним из основных этапов подготовки строительногопроизводства является разработка проектов организацииреконструкции (ПОР) и проектов производства работ (ППР). Ониразрабатываются на базе рабочей документации, отражаюткачество организационно-технологического проектирования ивключают подготовку и создание производственной базы,управление процессами реконструкции с учетом потребностей вматериально-технических ресурсах, рабочих кадрах, складских иадминистративно-бытовых помещениях, разработкупрогрессивных методов ведения работ и технологий,базирующихся на создании долговременных строительных потокови т.п.

Проект организации реконструкции квартала микрорайоназастройки или отдельно стоящего здания включает:

календарный или сетевой график производства работ сопределением очередности реконструкции отдельных зданий икомплексов;

строительные генеральные планы на основные периодыреконструкции;

организационно-технологические решения для конкретныхзданий, включая схемы производства работ;

потребность в конструкциях, материалах и полуфабрикатах сраспределением материально-технических ресурсов покалендарным срокам с учетом очередности реконструкции зданий;

потребность в основных машинах, механизмах, инвентаре итранспортных средствах, привязанных к календарному планупроизводства работ;

потребность в основных категориях рабочих кадров и ихраспределение во времени в общем цикле реконструктивныхработ;

обоснование решений, принятых в проекте организацииреконструкции. Основным документом, отражающим технологиюпроизводства работ, является ППР. Проекты производства работразрабатываются на отдельные строительные циклы: разборка идемонтаж отдельных конструктивных элементов здания; усилениеили восстановление несущей способности фундаментов и другихконструктивных элементов; производство работ по замене


231

перекрытий, пристройке и надстройке, специальных и отделочныхработ.

В состав ППР входят технологические карты.

Технологические карты разрабатывают на отдельные иликомплексные процессы, результатом выполнения которыхявляются законченные конструктивные элементы или частизданий. Технологические карты предусматривают применениеновых технологических процессов или адаптацию известных кусловиям реконструкции зданий, определяют уровень качестваработ, совмещение строительных процессов, соблюдение правилохраны труда и безопасного производства работ.

Технологические карты, адаптированные к реконструируемомуобъекту и местным условиям, включают следующие разделы:область применения; технология и организация строительногопроцесса; контроль качества работ; технико-экономическиепоказатели; материально-технические ресурсы.

Технологические карты сопровождаются схемами и графикамипроизводства работ, где отражаются особенности итехнологические регламенты выполнения наиболее сложныхстроительных процессов.

Особое внимание уделяется разработке документации,направленной на контроль качества работ. При этом предпочтениеотдается инструментальным методам контроля как наиболееэффективным и достоверным.

Особое внимание уделяется безопасным методам производстваработ, защите жильцов, эффективной работе грузоподъемных,землеройных и других строительных машин в стесненныхусловиях.

Отдельным разделом разрабатываются мероприятия идокументация на обеспечение экологической безопасностипроизводства работ: рекультивация земли; применениетехнологий, снижающих или исключающих пыление, вибрации ишумы в ночное время; работа машин и механизмов.

Вариантное проектирование. Особое место в организацииреконструктивных работ отводится вариантному проектированию.Используя принципы организационно-технологическогомоделирования, осуществляется оптимизация конструктивно-


232

технологических решений по критериям общейпродолжительности, уровню механизации, рациональномуиспользованию ресурсов и другим параметрам.

Вариантное проектирование технологии и организацииреконструктивных работ должно производиться на стадиях ТЗ итехнико-экономического обоснования. С учетом полученныхрезультатов осуществляется разработка рабочей документации.Все стадии проектирования должны осуществляться с участиемархитекторов, конструкторов и технологов.

По данным состояния реконструируемого объекта или группызданий осуществляется оптимизация конструктивных иорганизационно-технологических решений. На процессоптимизации решающее влияние оказывает ряд факторов, изчисла которых следует выделить уровень реконструктивных работ:с сохранением объема здания; с увеличением объема, надстройкойэтажей и перепланировкой помещений; с отселением или безотселения жильцов; с освоением подземного пространства; счастичной или полной заменой инженерных сетей и оборудованияи т.п.

На рис. 5.9 приведена принципиальная схема вариантногопроектирования реконструкции квартала застройки. Она включаетнесколько блоков технического, организационного иэкономического плана. Каждый из перечисленных блоковпреследует цель оптимизировать технические и организационно-технологические решения с обеспечением требуемого уровнянадежности и доходности проектов.


233

Рис. 5.9. Вариантное проектирование реконструкции кварталазастройки


234

Решение задач каждого из перечисленных блоков требуетпроведения оптимизационных исследований с учетом постоянныхфакторов и факторов, носящих случайный характер. В качествепостоянных следует выделить градостроительные факторы,определяющие объемно-планировочные и конструктивныерешения. К числу случайных факторов следует отнести измененияинтенсивности технологических процессов и сроков выполненияотдельных видов работ, влияние инфляционных процессов и т.п.Значительное влияние на экономическую эффективность проектовоказывают организационно-технологические факторы. Ониоцениваются определенным блоком, включающимтехнологичность конструктивных решений и организационно-технологическую надежность. Как правило, приведенные факторывключают параметры случайных воздействий. Их учет и оценка наоснове принятия вероятностно-статистических моделей позволяютоптимизировать конечную цель проектов.

Результатами маркетинговых исследований являются выборприоритетных объектов реконструкции, определениепродолжительности и этапов реализации проектов.Непосредственная связь специалистов различного профиляпозволяет максимально учесть особенности реализации проектовв условиях квартальной застройки, применить наиболеепрогрессивные архитектурно-конструктивные и организационно-технологические решения, обеспечивающие надежность идоходность проектов.

Этапы реализации проектов предусматривают разработкудолгосрочной программы, требуют принятия организационно-технологических решений, обеспечивающих непрерывностьпроизводства, ритмичность и экономическую надежность.

Поквартальная комплексная реконструкция жилого фондагородов является наиболее рациональной формой восстановления,обновления и продления жизненного цикла зданий, болеерационального использования наземной территории, подземногопространства и инженерных сетей. Как правило, квартальнаязастройка различных периодов возведения имеет своиспецифические особенности и по многим показателям не отвечаетсовременным требованиям.

Исследования по реализации проекта реконструкциипредставляют собой достаточно сложную многофакторную задачу,решение которой зависит от положения квартала в городскойзастройке, уровня реконструктивных работ, полноты


235

информационного обеспечения, глубины маркетинговыхисследований при формировании строительных программ,обладающих высокой экономической надежностью.Немаловажную роль при разработке проектов отводится факторуриска, основанному на финансовом прогнозировании инвестиций.Положительный результат маркетинговых исследований поинвестиционному строительству проекта реконструкции вусловиях конкуренции и инфляции может быть получен принадежном финансовом прогнозировании, учитывающемретроспективные данные оценки инфляционных процессов иценовой ситуации в строительстве, строительной техники,производстве материалов, конструкций и др.

Опыт реконструктивных работ показывает, что более высокуюдоходность приносят объекты офисного и торгового назначения,мини-производств и индивидуальной трудовой деятельности,гостиницы. Поэтому при проектировании реконструктивных работцелесообразно перепрофилирование зданий с превращениемпервых этажей в нежилые помещения с пристройкой инадстройкой дополнительных объемов.

Повышенный интерес к спортивно-оздоровительныммероприятиям делает экономически целесообразным возведениеобъектов данного профиля. При этом могут использоватьсяназемные спортивные площадки с комплексом сооруженийподземного размещения, включающих тренировочные залы,бассейны, массажные, сауны и др. Их подземное размещениепозволяет снизить эксплуатационные затраты, повыситьрентабельность и сократить период окупаемости.

Реконструкция объектов жилого фонда с внутриквартальнымрасположением позволяет получить жилье с повышенным уровнемкомфортности. Это обстоятельство обеспечивает егокоммерческую значимость и ликвидность. Подобную картинунаблюдаем для вновь возводимых зданий в результате сносаморально и физически изношенных строений. Высокая рыночнаястоимость единицы продукции за счет создания болеекачественного жилья повышает доходность инвестиций и снижаетстепень риска.

Строительные генеральные планы

Стройгенпланы являются частью ППР и разрабатываются впределах технических параметров генерального плана объекта навсе этапы реконструкции: подготовительный период, устройство


236

подземной части, включая усиление фундаментов, надстройкаэтажей и пристройка объемов. Разрабатываются, а по существудетализируются, планы на выполнение отдельных видов работ:геодезические, санитарно-технические, электромонтажные,отделочные, утепление фасадов и др.

На стройгенплане приводятся итоговые решения как результатрасчетов и обоснований. К ним относятся границы участка иопасные зоны, расположение грузоподъемных машин имеханизмов, временные дороги для автотранспорта и самоходныхкранов, зоны и площадки складирования, санитарно-бытовыепомещения, временное энергоснабжение, канализация,водопровод и др.

Стройгенпланы на реконструкцию зданий, в силу стесненностиплощадок и функционирования прилегающих зданий, могут иметьразличные технические решения, хотя основные принципы инормы расчета остаются такими же, как при новом строительстве.

В общем цикле формирования стройгенплана к параметрам,требующим оптимизации, относятся условия производства работ истепень механизации технологических процессов. В то же времяони взаимосвязаны с конструктивно-технологическимирешениями, которые, в свою очередь, непосредственно зависят отуровня стесненности площадки. Взаимосвязь указанныхпараметров и технических решений определяет организационно-технологическую надежность производства работ. На рис. 5.10приведена схема формирования стройгенпланов, котораявключает блок решений, требующих расчета параметров, а такжеоптимизационный блок, учитывающий конструктивно-технологические параметры и внешние факторы. Определяющимииз них на принятие организационно-технологических решенийявляются показатели объектного строительного генеральногоплана, вызванные уровнем стесненности строительной площадки.Как правило, объектные стройгенпланы включают территории,непосредственно примыкающие к реконструируемым объектам.Проектные организации согласовывают стройгенпланы сзаказчиком и генподрядной организацией. Они согласуются сорганами санитарно-эпидемиологического контроля, пожарногонадзора, службами безопасности движения, отделами подземныхсооружений, энергоснабжающими организациями,административной инспекцией и др.


237

Рис. 5.10. Блок-схема формирования стройгенпланов

При проектировании стройгенпланов должны устанавливатьсязоны, в пределах которых могут действовать опасные для жизнижильцов производственные факторы. Это приобретает особоезначение, когда реконструкция зданий осуществляется вблизизаселенных зданий, и еще большее значение, когда работы ведутсябез отселения жильцов.

При проектировании стройгенплана особое внимание уделяетсяопределению мест установки и движению грузоподъемныхмеханизмов в стесненных условиях. При этом возникаетнеобходимость в ограничении поворота стрелы, изменении ее


238

вылета, передвижения грузовой тележки или самого механизма.Условия ограничения рассчитаны на соблюдение правилбезопасности машинистами, стропальщиками и строительнымирабочими.

Под стесненными понимаются такие условия, при которых взоне работ башенного крана находятся действующие здания исооружения, дороги, пешеходные переходы. Они включают такие«зоны потенциально действующих опасных производительныхфакторов», которыми являются места и траектории перемещениястроительных грузов.

Для безопасного строительного производства согласно СНиП12-03-2001 «Безопасность труда в строительстве. Часть 1. Общиетребования» и «Правилами устройства и безопасностиэксплуатации грузоподъемных кранов» ПБ-10-382-00Госгортехнадзора РФ предусматриваются следующие решения:

выселение людей из зданий,находящихся в зоне действия крана;

сооружение дополнительных защитных устройств (козырьковнад дорогами, пешеходными путями, ограждений), устройствосигнализации и т.п.

Наиболее эффективным является оснащение башенных крановсистемой ограничения зоны работы (СОЗР), разработаннойЦНИИОМТП. СОЗР представляет собой комплект датчиков,электронных блоков и устройств, монтируемых на различныхэлементах крана (рис. 5.11).


239




Рис. 5.11. Расположение башенного крана при реконструкциижилого дома в квартале застройки и ограничение зоны егодействия (а)А - зона ограничения поворота стрелы; Б - зона ограничениявылета грузовой тележки; 1 - реконструируемое здание; 2, 3 -жилые дома; 4 - здание школы; блок-схема системы ограниченийзоны работы крана (б); ДВГ - датчик ограничения вылета крюка;ДВП - датчик ограничения высоты подъема груза; ДПС - датчикограничения угла поворота стрелы; БПСП - блок параметровстроительной площадки; ДПК - датчик ограничения перемещениякрана; А/О - преобразователь аналогового сигнала; РУ - решающее


240

устройство; У - усилитель/согласователь; Р - реле; БУ - блокуправления

В блок управления в электронном виде записываетсяситуационная обстановка, соответствующая проекту производстваработ. В соответствии с этой информацией СОЗР ограничиваетперемещение крана по путям, стрелы и груза в вертикальной игоризонтальной проекциях, автоматически блокируясоответствующие приводы.

В состав СОЗР входят: микропроцессорный блок управления(БУ); блок параметров строительной площадки (БПСП); блокпитания и реле (БПР); датчик положения крана (ДПК) на крановомпути; датчик углового положения стрелы (ДГТС); датчик вылетагруза (ДВГ); датчик высоты подъема крюка (ДВПК).

Функционирование СОЗР осуществляется путем цифровойобработки сигналов аналоговых датчиков и устанавливается накраны заводов-изготовителей РФ и европейских стран.

Зона работы крана осуществляется по минимальнымпараметрам, при которых обеспечивается строительноепроизводство, а зона ограничения устанавливается с учетомнормативов минимально допустимых расстояний стрелы и грузадо выступающих частей зданий и других объектов, находящихсяв зоне действия крана. Зона предупреждения устанавливается нарасстоянии 1,5-2 м по периметру от зоны ограничения. В зонепредупреждения срабатывают звуковые и световые индикаторы.

Расположение коммуникаций должно обеспечивать подъездтранспортных средств в зону действия грузоподъемныхмеханизмов и средствам вертикального транспорта.Использование существующих дорог и проездов можетсущественно снизить затраты. Обязательными условиямирасположения транспортных зон являются их за-кольцованность, атакже возможность беспрепятственного подъезда в экстремальныхусловиях.

При технологии реконструкции зданий с использованиемсборных конструкций размеры складских зон определяютсяинтенсивностью производства работ и ритмичной организациейскладируемого ресурса. При этом снижение запаса влечет кдестабилизации технологических процессов, а завышение - кувеличению площадей. При обеспечении нормативных запасовконструктивных элементов, соответствующих интенсивности


241

ведения работ, достигается ритмичная работа бригад исохраняются плановые сроки возведения. При ресурсосбережении,превышающем интенсивность ведения работ, снижение сроковстроительства не достигается, а избыток ресурсосбереженияприводит к дополнительным затратам.

Более стесненные условия производства работ требуютприменения принципиально новых технологий. Так, принадстройке жилого здания двумя этажами из объемных блоков,включая мансардный, процесс их установки достигается методомнадвижки с использованием специальных катучих устройств исистемы привода в виде лебедок. Такая технология требуетминимальных площадей, примыкающих к торцевым участкамздания, и обеспечивает производство работ с сохранением всехмер безопасности. На рис. 5.12 приведен фрагмент стройгенплана,иллюстрирующий данную технологию.


242

Рис. 5.12. Фрагмент стройгенплана на период возведениямансардного этажа методом надвижки объемных блоков1 - реконструируемое здание; 2 - лебедки; 3 - направляющие; 4 -объемный блок на тележке; 5 - монтажный кран; 6 - площадка дляприведения блоков из транспортного в монтажное состояние; 7 -объемный блок на кондукторе; 8 - автотранспортное средстводоставки блоков

При надстройке жилых домов серии 1-511 до трех этажей сприменением металлических рамных конструкций решениестройгенплана приведено на рис. 5.13. Проведение работ безотселения жильцов потребовало применения специальныхограждений в виде лесов по периметру здания, входных тамбуровс защитными козырьками, ограждения опасных зон работы машини механизмов и других решений. Особое внимание при этомуделяется созданию условий, исключающих протечки путемпопадания атмосферных осадков в процессе производства работ,


243

что достигается устройством перемещаемых временныхпленочных покрытий по легкому каркасу. На период производстваработ строители не используют для переноса грузов лестничныеклетки. Транспортирование грузов и перемещение рабочихвыполняются грузопассажирскими подъемниками и по наружнымлесам. Бытовые помещения строителей оборудуютсяавтоматической пожарной сигнализацией и снабжаютсяогнетушителями марки ОГП-10 не менее двух на вагончик.Обязательным является устройство пункта очистки и помываколес автотранспорта.

Рис. 5.13. Стройгенплан на реконструкцию жилого дома серии1-5111 - реконструируемое здание; 2 - грузопассажирский подъемник; 3- автобетононасос; 4 - наружные леса; 5 - защитные козырькивыходов; 6 - временные дороги; 7 - площадки для складирования; 8


244

- площадка для размещения временных зданий; 9 - площадкаконтейнеров для мусора; 10 - переносное сигнальное ограждение;11 - временный забор; 12 - биотуалеты; 13 - пункт очистки ипомыва колес автотранспорта

Различные технические решения по реконструкции зданий,особенно их размещению в городской застройке, требуютиндивидуального подхода в проектировании строительныхгенеральных планов.

Наиболее полно процесс формирования стройгенплановосуществляется с использованием ЭВМ. В этом случаепрограммное обеспечение учитывает координаты постоянныхзданий и сооружений, транспортных и инженерных коммуникаций.В зависимости от принятой технологии и средств механизацииосуществляется их привязка на местности с определениемопасных зон, радиусов действия, ограничений по углу поворотаи т.п. С учетом потребностей конструкций, материалов иполуфабрикатов осуществляются расчет площадей складов и ихрасположение в плане. По количеству работающих определяетсяпотребность в инвентарных бытовых помещениях. Аналогичнымпутем осуществляется расчет потребностей в электроэнергии,воде, сжатом воздухе т.д. Решение оптимизационных задачвключает выбор мест установки машин и механизмов, определениемонтажных стоянок и прилегающих площадок для складирования.Определяется взаимосвязь местоположения машин и механизмов срасположением инвентарных зданий. Оптимизируется положениевременных инженерных и транспортных коммуникаций.

Особое место в проектировании стройгенплана уделяетсявозможности использования существующих сетей, дорог и зданийдля строительных целей.

§ 5.7. Проектирование технологическихпроцессов реконструкции зданий

Проектирование следует осуществлять с детального изучениятехнической документации объекта и подбора аналоговорганизационно-технологических схем по технологииреконструкции, имеющих сходные архитектурно-планировочные иконструктивные решения.


245

Производственный процесс реконструкции зданий проходит впространстве и времени. Пространственными параметрами служатучастки, захватки, рабочие места, фронт работ. Временныепараметры характеризуют продолжительность процессов, а ихвзаимодействие основано на поточных методах производстваработ, предусматривающих максимальное совмещение во времени.

На схеме, приведенной на рис. 5.14, дается комплекс параметрови характеристик строительных потоков. Они формируются взависимости от сложности реконструируемых объектов,применяемых методов и технологий. При этом каждый потокоснащается технологическим комплексом машин и механизмов, аих движение подчинено общему ритму в соответствии с учетоморганизационно-технологической готовности.


246

Рис. 5.14. Характеристики строительных потоков приреконструкции зданий и их комплексов


247

При реконструкции зданий используют частные,специализированные, объектные и комплексные потоки.

Частный поток характеризуется последовательнымвыполнением одного технологического процесса на различныхзахватках.

Специализированный поток включает совокупность частныхпотоков, объединенных общей продукцией в виде элементовзданий.

Объектный поток состоит из совокупности специализированныхпотоков, продукцией которого является законченный объект.

Комплексный поток является совокупностью объектных,необходимых для реконструкции квартала застройки изразнотипных зданий и сооружений в общий комплекс.

Одним из важных показателей организационно-технологическихрешений является интенсивность производства работ.Проектирование поточного строительства и увязка с ритмомпотоков обеспеченности материально-техническими ресурсамислужат одними из необходимых и достаточных условийнепрерывности производства и выполнения работ в заданныесроки. Это положение достигается при разработке календарныхили сетевых графиков производства работ. Любое отклонениересурсообеспечения приводит к изменению сроков производстваработ. Дестабилизирующее действие указанных факторов можетбыть усилено отклонениями от технологических регламентовпроизводства работ, снижением качества продукции в результатенесоответствия профессионального уровня рабочих уровнюмеханизации, а также нарушениями в системе управления.

Оценка надежности строительных потоков

Типовые архитектурно-планировочные решения различныхсерий домов позволяют выполнять цикл реконструктивных работс применением поточных методов. Путем подбора состава бригад,средств механизации и использования прогрессивных технологийвозможно создание долговременных объектных ритмичных иликратных изменениям ритма потоков.

Строительный поток представляет собой развивающийся вовремени и пространстве производственный процесс. Строительныйпоток рассматривается как совокупность ряда последовательно


248

включаемых и параллельно выполняемых частных потоков. Егоразвитие может быть представлено в виде линейных графиков илициклограмм.

Продолжительность выполнения частного ритмичного tпстроительного потока Т на т3 захватках определяетсясоотношениями: t = m3K; Т = К(т3+п-1), где К -продолжительность выполнения работ частным потоком на однойзахватке или ритм потока; п - число частных потоков или видовспециализированных работ.

Интенсивность частичного потока оценивается зависимостью

-

Для строительного потока интенсивность может бытьопределена соотношением

-

где Рr - объем работ по частному потоку; Рс - тоже, по строительному потоку.

На рис. 5.15 представлена циклограмма строительного потока,состоящего из 5 частных потоков, при работе на четырехзахватках.


249

Рис 5.15. Циклограмма ритмичных специализированных потоков1 - работа нулевого цикла; 2 - демонтаж наружных стеновыхпанелей; 3 - монтаж объемных эркеров; 4 - возведение надстройки;5 - отделочные и специальные виды работ

Параметры потока оцениваются по следующим показателям:

пространственные - захватки, фронт работ;

технологические - число частных потоков, объемы работ,трудоемкость, интенсивность потока;

временные параметры - модуль цикличности (ритм), шаг потока(интервал времени между включениями частных потоков), темппотока.

Вследствие стохастичности условий функционированиястроительного потока его расчет по детерминированныманалитическим зависимостям не дает точного представления опродолжительности и интенсивности работ, которые носятвероятностный характер строительного производства.

Большинство параметров строительного потока (число частныхпотоков, объем работ и др.) являются детерминированными, в товремя как интенсивность и продолжительность производства работ(шаг потока) имеют вероятностный характер, что приводит к ихотклонению от расчетных значений.


250

Так, при постоянном значении объема работ q на захваткеинтенсивность производства работ i и продолжительность ритма Кмогут быть непостоянными.

Зная закон распределения ритма потока К как вероятностныйпараметр, можно постепенно оценить параметр i.

Для комплекса работ, связанных с реконструкцией жилыхзданий, наиболее подходящими являются технологии,основывающиеся на применении сборных несущих конструкций.Значения К аппроксимируются бета-распределением, а для другихвидов работ - Пуассоновским процессом.

Плотность бета-распределения выражается зависимостью

-

где К - продолжительность ритма; Кmin и Кmax - максимальноеи минимальное значения ритма потоков, принимаемые постатистическим данным.

Кривые теоретического и физического распределениявероятностей продолжительности работ достаточно близки, чтосвидетельствует об адекватности принятой модели.

Количественные характеристики надежности строительныхпотоков оцениваются следующими параметрами:

вероятность функционирования потока с заданнойинтенсивностью

-


251

где i, i3 - интенсивности потока фактическая и заданная;

вероятность выполнения объема работ в заданный срок

-

математическое ожидание по интенсивности потока

-

среднестатистическая интенсивность потока

-

-

где тj - частота функционирования потоков с j-йинтенсивностью; п - количество наблюдений; Рj - вероятностьфункционирования потоков с j-й интенсивностью;


252

дисперсия продолжительности выполнения заданного объемаработ Dt

-

Вероятностный характер интенсивности процессов и сроковвыполнения работ обусловлен влиянием большого числавозмущающих факторов, которые проявляются в виде различныхпростоев или увеличения продолжительности работ за счетнарушения или изменения технологических режимов.

На рис. 5.16 приведена фактическая циклограмма производстваработ, которая свидетельствует о переходе ритмичных потоков скратным изменением ритма.

Рис. 5.16. Реальная циклограмма объектного потока припараллельно-последовательной схеме производства работ пореконструкции 4-секционного жилого дома1 - работы нулевого цикла; 2 - демонтаж наружных стеновыхпанелей; 3 - монтаж эркеров; 4 - возведение надстройки; 5 -отделочные и специальные виды работ


253

Математическое ожидание продолжительности вынужденных

простоев определяется соотношением с

дисперсией

Вероятность отказа потока оценивается как величина простоя,

достигшего критического параметра

Факторы, влияющие на надежность потока, разделяются на:управляемые, частично управляемые и неуправляемые.

К управляемым факторам следует отнести: сбалансированностьобъемов работ с мощностью строительной огранизации; выборнаиболее прогрессивных технологий производства работ;обеспечение средствами механизации, соответствующимипринятой технологии.

Частично управляемые факторы: создание текущих запасовматериалов и конструкций; соблюдение необходимого интерваламежду вступлением в работу отдельных частных потоков; полнаяобеспеченность проектно-сметной и технологическойдокументацией; плановое финансирование объекта; соблюдениетехнологии выполнения строительных процессов.

Неуправляемые: разработка мероприятий против воздействияпогодно-климатических и техногенных условий.

Одним из приемов повышения надежности строительного потокаявляется резервирование производственных мощностей.Определение необходимых мощностей осуществляется методамипарного и множественного корреляционного анализа с введениемпоправочных коэффициентов на однородность работ,концентрацию работ с учетом возможных резервов временибригад.

Применение резервных ресурсов для повышения надежностистроительного потока должно удовлетворять некоторому критериюоптимальности.


254

На рис. 5.17 приведена принципиальная зависимость междунадежностью строительного потока, стоимостью содержаниярезервов и величиной экономического эффекта от повышениянадежности.

Рис. 5.17. К определению оптимальной надежности строительныхпотоков в зависимости от затрат на резервирование1 - текущие затраты на производства работ; 2 - затраты нарезервирование

Оптимальная надежность будет достигнута в точке пересечениякривых 1,2, что позволит определить затраты на резервирование,соответствующие оптимальному уровню надежности.

§ 5.8. Календарные планы и сетевыеграфики

Календарные планы разрабатываются на реконструкциюобъекта. Их основой являются объемы в физических единицах,трудоемкость работ, состав бригад и звеньев, степеньиспользования средств механизации. Для обеспечениянормативного срока производства работ осуществляетсяоптимизация по подбору состава бригад и их квалификационномусоставу. Используются методы ведения работ: последовательный,параллельный или совмещенный. Выбор метода диктуетсяособенностями технологических процессов, уровнем стесненностии безопасности производства работ. При разработке календарных


255

планов применяются преимущественно детерминированныеорганизационно-технологические модели, в которых неучитывается вероятностный характер продолжительностивыполнения строительных процессов. В то же время находятприменение имитационные модели, которые учитываютстохастические характеристики строительного производства.Такие модели учитывают вероятностный характер производстваработ и более полно учитывают возможные колебания ихпродолжительности.

Объектный календарный план включает несколько циклов,которые отражают технологические особенности производстваработ: подготовительный, цикл нулевых работ, работы поподземной части; специальные; отделочные и работы поблагоустройству территории.

В зависимости от уровня реконструктивных работ, принятойтехнологии и объемов рассчитывается потребность в материально-технических и людских ресурсах. Продолжительность работкаждого цикла зависит от объемов работ, трудоемкости, степенииспользования средств механизации, ручного инструмента,приспособлений и других факторов. При проектированиикалендарных планов учитываются технологические перерывы,связанные с набором прочности бетоном, кирпичной кладкой и др.,что связано с обеспечением фронта последующих работ.

Календарный план представляет собой систему графиков,изображаемых продолжительность и последовательность работ, ихинтенсивность, совмещение во времени и пространстве отдельныхпроцессов, продолжительность работ на конкретных участкахмашин и механизмов, движение ресурсов, включая финансовые,трудовые, энергетические, материально-технические и др.

Целевая задача при разработке календарного плана состоит вдостижении максимальной прибыли подрядчиком при выполнениидоговорных обязательств по срокам завершения работ, вводу вэксплуатацию зданий. Параллельно решаются задачиравномерного использования всех ресурсов, особенно трудовых,создания безопасных условий труда, обеспечения нормативныхсанитарных требований и нормальных бытовых условий.

Особое значение календарного плана отводится приреконструкции зданий без отселения жильцов, когда любоеувеличение продолжительности работ влияет на снижениекомфортности и безопасности проживающих.


256

При разработке календарных планов оптимизируются работыосновных технологических процессов во времени и производитсямаксимальное совмещение вспомогательных работ.

Основой календарного планирования является поточноепроизводство работ, что обеспечивает сокращение общейпродолжительности.

Календарный план реконструкции объекта должен охватыватьвсе общестроительные и специальные работы, начиная отинженерной подготовки площадки и кончая отделочнымиработами.

Если специальные работы (санитарно-технические,электромонтажные, устройство лифтов и др.) выполняютсяспециализированными организациями на правах производстваработ, разрабатываемых общестроительной организацией,указываются лишь согласованные с субподряднымиорганизациями периоды выполнения специальных работ, началои окончание которых увязаны с общестроительными работами.Субподрядные организации должны составлять детальныекалендарные планы выполнения своих работ исходя изкалендарного плана строительно-монтажных работ.

Сроки производства работ каждого цикла рассчитываютсяисходя из трудоемкости и состава бригад и звеньев.

При разработке календарного плана устанавливаются периодработ машин, время установки подъемников и других средствмеханизации, доставка сборных конструкций, полуфабрикатов,поставка оборудования.

Работы каждого цикла ведутся поточными методами, чтопозволяет достичь максимального совмещения работ во времени.

Сетевая модель отображает взаимосвязь отдельных работ пореконструкции объекта и позволяет осуществить математическийанализ, способствующий рациональному календарномупланированию, прогнозированию и управлению процессами, атакже объективной оценке эффективности применяемыхтехнологий.

Метод сетевого планирования, аппарат построения, расчета,анализа и оптимизации моделей позволяет в автоматизированномрежиме осуществлять управление ходом выполнения строительно-


257

монтажных и других видов работ. Это достигается путем оценкивыполнения фактических объемов работ, которые могутотличаться от запланированных. Основные виды работ, какправило, лежат на критическом пути и определяют общуюпродолжительность реконструкции. Остальные работы имеютчастный или общий резерв времени, что позволяет в реальныхусловиях строительной площадки корректировать ихпродолжительность путем изменения состава исполнителей илиуровня механизации.

Обычно сетевые графики строят от исходного события кзавершающему. При этом событие - это факт окончания однойили нескольких работ, необходимый и достаточный для началаследующих работ.

События устанавливают технологическую и организационнуюпоследовательность работ.

В ходе построения сетевого графика последовательность ивзаимосвязь работ определяются условиями, которые определяют,какие работы необходимо выполнить и какие условия обеспечить,чтобы можно было начать данную работу.

Расчет временных параметров сетевого графика аналитическимпутем выполняется по работам и событиям.

Ранние сроки начала и окончания работ рассчитываютсяначиная с исходного события, последовательно по всем путямсетевого графика.

Ранний срок свершения начального события определяютмаксимальной величиной суммы ранних сроков свершенияпредшествующих событий и продолжительности работ, входящих вданное событие.

Поздний срок окончания и начала работ производят после того,как определены все ранние сроки и общая продолжительность.

Сопоставление ранних и поздних сроков работ и событийпозволяет рассчитать их резервы времени, критический путь ипровести анализ параметров графика. Если ранние и поздниехарактеристики работ совпадают, то работы лежат на критическимпути.


258

Для работ, лежащих на критическом пути, резерв времени равеннулю.

Работы, установленные в сетевой модели, могут иметь общийили частичный резерв времени. Общий резерв времени - этомаксимальное время, на которое можно задержать начало работыили увеличить ее продолжительность без изменения общего срокастроительства.

Частичный резерв времени - это максимальное время, накоторое можно перенести начало работы или увеличить еепродолжительность без изменения раннего начала последующихработ. Частичный резерв имеет место, когда в событие входят двеили больше работ, и определяется разностью значений раннихсроков, событий и продолжительностью работ.

Наиболее рациональным и удобным в оперативной работеявляется построение сетевого графика в масштабе времени.Корректировка графиков имеет цель сократить общуюпродолжительность работ, т.е. длину критического пути. Длясокращения срока реконструкции применяют следующие приемыкорректировки: перераспределение трудовых резервов;совмещение технологических процессов во времени; привлечениедополнительных ресурсов для параллельного выполнения работ.

Для информационного обеспечения моделиавтоматизированного проектирования стройгенпланов требуетсябольшой объем исходной информации в виде базы данных,представленной в графической форме и в виде организационно-технологической и справочно-информационной документации(рис. 5.18).


259

Рис. 5.18. Схема автоматизированного проектированиястройгенплана

Для решения задач формируются три массива информации:постоянная, переменная и информация по общекомпоновочнымрешениям.

Массив постоянной информации состоит из архитектурно-технологических решений, принятых на предыдущих стадияхпроектирования.

Массив переменной информации формируется в процессерешения комплекса задач расчетно-оптимизационного плана.

Массив информации по общекомпоновочным решениямпредставляет собой графическую часть рассчитанных вариантовстройгенплана.

Основными задачами вариантного автоматизированногопроектирования стройгенплана являются разработка методов иалгоритмов выбора и размещения на территории площадкивременных зданий и сооружений, определение оптимальных трасспрокладки временных инженерных коммуникаций, выборрасположения складов, мест установки машин и механизмов и др.Решение этих задач носит оптимизационный характер.


260

Автоматизированное проектирование стройгенплановнеразрывно связано с результатами формирования календарныхпланов, определения материально-технических ресурсов,оптимизации методов производства работ, использованиярационального парка машин и механизмов. Влияние этих данныхявляется определяющим при выборе и привязке монтажныхкранов, определении площадей складов, количества инвентарныхзданий и т.п.

В практике технологического проектирования получилиширокое распространение система «Гектор» и ее модификации.

«Гектор-АРМ ППР» предназначен для автоматизации выпусканаиболее сложных и часто встречающихся в практике разделовпроектов производства работ. АРМ ППР обеспечиваетнеобходимые расчеты, ведение текстовых и графических базданных, составление графической и текстовой документации вдиалоговом режиме: подбор и вычерчивание строительно-монтажных кранов, автоматизированное составлениетехнологических схем, подбор землеройной техники и транспорта,подсчет объемов работ, расчет потребностей в машинах имеханизмах, рабочих кадрах, временных административно-бытовых зданиях и т.д.

«Гектор-календарь» - предназначена для подготовки иуправления ходом реконструкции. Система позволяет создатьсетевые технологические модели, рассчитывать календарныепланы, корректировать их с учетом выделения ресурсов, получатьграфики потребности в ресурсах, в том числе в машинах имеханизмах, рабочих кадрах, финансировании, фиксироватьвыполнение объемов работ календарного плана и др.

Поиск наиболее распространенных методов и технологийпроизводства работ осуществляется на основе технологическихкритериев строительных процессов в виде функциональныхзависимостей. К ним относятся:

материалоемкость конструкций, которая характеризуетудельный расход материалов на единицу площади: M=f(R,L,KM),где R - физико-механические характеристики материала; L -геометрические параметры конструктивных элементов; KM -коэффициент использования материалов;

трудоемкость работ T=f(Мизг,Mтр,MM,Z,Mпр), где Мизг -трудоемкость изготовления сборных конструкций в зависимости


261

от принятой технологии, уровня механизации и автоматизациипроизводства; Mтр - затраты на процесс транспортированияконструкций к месту монтажа; MM - трудоемкость монтажа взависимости от геометрических параметров конструкций Z иметодов производства работ Mпр;

продолжительность работ N=f(Мв,Moтp,KT), где Мв - методвозведения конструкций; Moтp - организационно-технологическиерешения; KT - технологичность конструктивных элементов;

энергоемкость Э= f(СМ CM,NМ,Kгр), где СМ CM - стоимостьмашино-смен средств механизации; NM - мощность строительныхмашин и механизмов; Kгр - коэффициент использования кранов погрузоподъемности.

Оценка весомости критериев эффективности технологийосуществляется путем построения матрицы ожидаемыхрезультатов

-

где a1, ..., aj - варианты сравнения различных технологий

-

х1,...,хп - разноразмерные показатели эффективности

-

Хт1,…,Хтп - значения показателей эффективности; Р=(Хij)- разноразмерная матрица принятия решений.


262

Для перехода к однородным показателям эффективностиматрицу Р преобразуют в матрицу оценок ожидаемых результатов

-

методами нормативных векторов или трансформации шкалы

-

где индекс Э соответствует эталонному значению и в матрице Риспользуются стоимостные минимизируемые показатели.

Оптимизация методов и технологий реконструкции зданий исооружений осуществляется путем вариантного сопоставленияминимизируемых параметров.

§ 5.9. Организационно-технологическаянадежность строительногопроизводства

В процессе проектирования организации реконструкции объектаи группы зданий основной задачей является построениеорганизационно-технологической модели, учитывающей структурустроительных потоков, их функционирование и взаимодействие.Создание такой модели базируется на использовании проектно-сметной документации, нормативов удельных затрат труда,выработки, продолжительности работ. Организационно-технологическая надежность в отличие от надежностистроительных конструкций и систем является показателемнадежности строительного производства как критерия надежностиконечных результатов.

Организационная надежность предусматривает принятиерешений по реконструкции объектов, с заданной вероятностьюобеспечивающих получение запланированного результата


263

функционирования специализированного или объектного потока вусловиях случайных воздействий.

Надежность технологических решений должна обеспечиватьбесперебойное функционирование строительных процессов. Приэтом должен быть осуществлен выбор способов производстваработ, позволяющий строительному потоку функционировать сзаданными параметрами в определенных пределах несмотря навоздействие случайных производственных факторов.

Основными задачами на этапе реализации проектовреконструкции при поточном производстве работ являютсяоперативное планирование СМР и управление ими,обеспечивающее предупреждение возникновения отказов,ликвидацию отказов и их последствий. Для этой целиосуществляются расчет и создание страховых ресурсов и запасов,разработка организационно-технологических решений поповышению надежности.

При анализе функционирования строительного потока имеютместо отклонения фактических параметров его работы отзначений, установленных в технологических картах или графикахпроизводства работ.

Полное или частичное прекращение функционированиястроительного потока или процесса, вызывающее отклонение отзаданных параметров, является технологическим отказом. Онивозникают в результате воздействия различных организационно-технологических факторов, дестабилизирующих производстворабот. Технологический отказ не обязательно связан с полнойостановкой процесса. Наиболее частыми являются частичныеотказы, которые самоустраняются или ликвидируются в процессепроизводства работ. Причины отказов достаточно разнообразны.Они разделяются на:

технические - выход из строя машин и механизмов, инженерныхсетей, коммуникаций, низкое качество материалов;

технологические - нарушения технологических регламентовпроизводства работ, устранение брака, появление непредвиденныхработ, изменение численного и квалифицированного составаисполнителей, нарушение правил техники безопасности;

организационные - смещение сроков представления фронтаработ, несвоевременное обеспечение документацией, срыв сроков


264

работ субподрядными организациями, изменениепоследовательности выполнения работ, перерывы сресурсообеспечением, отсутствие рабочих требуемойквалификации;

управленческие - нарушения производственной связи иинформации, несвоевременное принятие решений, ошибкиоперативного планирования, некомпетентность руководства;

климатические, включая стихийные бедствия.

Наиболее характерными причинами отказов при выполненииреконструктивных работ являются: появление непредвиденныхработ в результате недостаточного уровня диагностики элементовздания; снижение интенсивности производства работ в стесненныхусловиях; несвоевременное обеспечение техническойдокументацией; отсутствие специальных машин и механизмов,ручного инструмента, средств диагностики и контроля качестваработ. Перечисленные факторы служат причинами внезапных,постепенных, частичных или полных отказов. Так как большинствопроизводственных факторов являются случайными, то надежностьстроительного производства оценивается статистически, акритерии и количественные характеристики - вероятностнымиметодами. Отказы в строительном производстве, являясьслучайными величинами, могут быть дискретными инепрерывными. Они характеризуются функциями распределениявероятностей.

На этой основе производится имитационное моделирование. Приэтом распределение вероятностей отказов подчиняетсяопределенным законам. Основной задачей при оценкераспределения вероятностей отказов для расчета уровнянадежности реконструктивных работ является определениефункций, характеризующих вероятностные свойстварассматриваемого строительного процесса.

Наибольшее распространение получили следующие законыраспределения вероятностей отказов: нормальный, пуассоновский,экспоненциальный, гамма- и бета-распределения.

Основной задачей при выборе адекватной модели являетсяустановление закономерностей распределения отказов илифункций, характеризующих вероятностные свойстварассматриваемых строительных процессов.


265

Закон нормального распределения используется в теориинадежности для описания событий, зависящих от многих факторов,каждый из которых слабо влияет на распределение случайногособытия. По нормальному закону распределяются параметрывыработки бригад и звеньев на строительных процессах,продолжительности технологических процессов, срокиреконструктивных работ и др.

Плотность распределения нормального закона имеет следующийвид

-

где а = М[х] - математическое ожидание; s = D[х] - дисперсияраспределения.

Распределение зависит от параметров а и s. Кривая плотностираспределения (рис. 5.19,а) симметрична относительноматематического ожидания, и ее максимальное значение равно

.

Вероятность попадания случайных величин на заданныйинтервал измерения параметра х от a до b определяетсяинтегрированием плотности распределения

-

или с применением функции Лапласа


266

-

Распределение Пуассона наиболее успешно используется дляопределения вероятности дискретных событий (число отказов намонтаже элементов здания в смену, сутки, месяц или числоотказов башенных кранов в сутки и т.п.). Закон распределенияПуассона описывается в следующем виде:

-

Рис. 5.19. Распределение вероятностей отказов по законама - Гаусса; б - Пуассона

На рис. 5.19,б приведены графики функций для lt = 2, 4 и 6.Исследования статистических данных показали, чтопродолжительность работы сетевого графика tij есть случайнаявеличина, распределенная в интервале (а, b) чаще всего по законуb-распределения с плотностью

-


267

Здесь а - нижняя граница интервала распределения случайнойвеличины времени выполнения работы tij; b - верхняя границаинтервала; a, b - степенные параметры распределения.

Случайное распределение значений продолжительности работможет быть аппроксимировано частным видом b-распределения.

В проектировании организации работ в управлениистроительством процессы строительного производствамоделируются с помощью линейных графиков, циклограмм исетевых графиков (рис. 5.20). Перечисленные модели должныотвечать следующим требованиям:

отражать процесс реконструкции во взаимосвязи составляющихэлементов; отражать динамику строительных процессов ивозможные отклонения параметров работ от первоначальныхзначений; отражать взаимосвязь отдельных отклонений наконечные результаты; отображаться в математических символахдля анализа строительных процессов.


268

Рис. 5.20. Модели случайных процессов- линейный график; б - циклограмма; в - сетевой график; i - номер

работы (потока); j - номер конечного события работы; п -количество работ (потоков); т - количество захваток; t -продолжительность работы; qа - трудозатраты; а - количестворабочих в бригаде; tсовм - продолжительность совмещенноговыполнения двух работ; tр - ритм потока; Kр - коэффициенткратности ритмов; Lкр - критический путь; Ткр -продолжительность критического пути; Т - общаяпродолжительность строительства

Сравнение приведенных видов моделей показывает, чтолинейный график в полной мере не отражает взаимосвязи работ.


269

Циклограмма более полно отражает взаимосвязь работ нестолько по технологическим требованиям, сколько посоображениям поточного производства работ. В то же времяциклограмма не в состоянии отражать динамику строительстваи может функционировать при строгом соблюдениипродолжительности работ. Отклонения продолжительности работ,вызванные случайными факторами, требуют пересчетациклограмм.

Сетевой график является более приемлемой моделью дляотражения вероятностных производственных процессов.Преимуществом сетевого графика является наличие работ,лежащих на критическом пути. Для работ, лежащих нанекритическом пути, возможно определить резервы времени, чтодает отклонения, не влияющие на дальнейший ход работ. Модельсетевого графика более динамична, так как позволяет в рядеслучаев снимать ресурсы с некритических работ и направлять накритические.

Наиболее эффективным методом анализа сетевых графиковявляется метод усреднения. Он предполагает для каждой извходящих в сетевой график работ две вероятностные оценкипродолжительности - tmin и tmах. Ожидаемое значениепродолжительности определяется как tож =(3tmin + 2tmах)/5,дисперсия

-

Показатель организационно-технологической надежности какфункция, зависящая от многих параметров случайныхвоздействий, может быть представлен несколькими состояниями,зависящими от ресурсообеспечения принятой технологиипроизводства работ и организационных факторов.

На рис. 5.21,а приведены графические зависимости,свидетельствующие о влиянии ресурсосбережения наорганизационно-технологическую надежность (ОТН). ПоказательОТН более интенсивно стремится к предельному состоянию придостижении нормативных параметров ресурсообеспечения.


270

Рис. 5.21. Графические зависимости организационно-технологической надежности от ресурсообеспечения (а) и (б),использование ресурсов (в) и методов производства работ (г)1,2 - совмещенные методы производства работ; 3 -комбинированные; 4 - раздельные; s - среднеквадратическиезначения продолжительности работ

Увеличение ресурсообеспечения до определенного пределаприводит к возрастанию ОТН и последующему более интенсивномупадению (рис. 5.21,б).

Повышение ресурсообеспечения сверх нормативного, крометого, приводит к дополнительным экономическим затратам,связанным с хранением материалов и конструкций, аренднойплатой за использование механизмов, простоем рабочей силы ит.д. Для каждого реконструируемого объекта существуетколичественный показатель ресурсов, при котором стоимость ипродолжительность возведения принимают свои рациональныезначения. Уровень ОТН зависит от степени использованияресурсов. В частности, вследствие простоев или неполногоиспользования производительности машин и механизмовнаблюдается его снижение (рис. 5.21,в).

Методы производства реконструктивных работ и принятиесовременных технологий также существенно влияют на уровень


271

ОТН (рис. 5.21,г). Применение раздельных, комбинированных исовмещенных методов производства работ показывает, чтосовмещенные методы обладают более высоким уровнемнадежности. Следствием данного обстоятельства являютсяснижение продолжительности работ и повышение экономическихпоказателей.

Анализ факторов, влияющих на ОТН, свидетельствует онеобходимости рационального использования различных видовресурсов при календарном планировании строительногопроизводства с учетом вероятностной продолжительностивыполнения работ.

ГЛАВА 6ТЕХНОЛОГИЯПРОИЗВОДСТВА РАБОТ ПОПОВЫШЕНИЮ ИВОССТАНОВЛЕНИЮНЕСУЩЕЙ ИЭКСПЛУАТАЦИОННОЙСПОСОБНОСТИКОНСТРУКТИВНЫХЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙОбщая часть

Итогом обследования состояния реконструируемого зданияявляется заключение о его техническом состоянии: состоянииоснования, фундаментов, несущих и ограждающих конструкций.Ключевой является оценка несущей способности конструктивныхэлементов и надежности здания в целом с учетом изменившихсярасчетных схем и нагрузок. Осуществляют проведение поверочныхрасчетов несущей способности оснований и конструкций. При этомнагрузки и воздействия следует принимать, руководствуясь


272

положениями норм, и уточнять на основании проведенныхисследований.

Самостоятельной целью диагностики реконструируемых зданийв ряде случаев является определение резервов прочности идеформативности.

Кроме технических запасов прочности возможно использование«расчетных», которые оцениваются разностью величин расчетныхпоказателей характеристик по современным нормампроектирования и величин характеристик по нормампроектирования в период постройки.

Так, например, в таблице 6.1 приведено сравнение расчетногосопротивления грунтов оснований по современным нормампроектирования (СНиП 2.02.01-83*) с ранее действующиминормами на период возведения реконструируемых зданий.

Таблица 6.1

Расчетное сопротивление грунтов по нормам 1932 - 1983 гг.

Расчетное сопротивление грунтов R , кгс/см2

№п.п.

Вид грунтовоснований ОСТ

45431933 г.

У-24-411941 г.

НИТУ127-55,

СНиП II-Б.1-62

СНиПII-15-74

СНиП2.02.01-83* Rгр/R

1 Песок крупный:

плотный 4,5 4,5 4,5 6 6 1,33

среднейплотности

3,5 3,5 3,5 5 5 1,43

2 Песок среднейкрупности:


273




плотный 2,5-3,0 4 3,5 5 5 1,25-2


2,5-2,25 3 2,5 4 4 1,33-1,78

3 Песок мелкий:

плотныймаловлажный

2,0 3,5 3 4 4 1,14-2,0

Влажный среднейплотности

1,5 2,5 2 3 3 1,5-2,0

4 Песок мелкийсильновлажный иводонасыщенный:

плотный 0,5 3,0 2,5 3,0 3,0 1-6


1,0 2,0 1,5 2,0 2,5 1-2

5 Суглинок:

В-0 3,5-2 4-2,5 3-2,5 3-2,5 3-2,5 1-1,25

В-1 2,5-1,0 2,5-1 2,5-1 2-1 2-1 0,8-1,0

Анализ приведенных данных показывает, что расчетные запасыпрочности достаточно велики, что весьма важно при принятиирешений о надстройке зданий. Сопоставление с зарубежныминормативными данными свидетельствует о том, что расчетноесопротивление подобных типов грунтов в европейских странах в2-2,5 раза выше, чем по действующим СНиП РФ.


274

Аналогичные запасы прочности имеются и при расчетекаменных, железобетонных, металлических и других конструкцийзданий.

Несмотря на имеющиеся запасы прочности, длительный срокэксплуатации зданий, а также техногенные процессы приводят кзначительным изменениям структуры грунта, его несущейспособности. Экстремальные условия технической эксплуатациизданий способствуют изменению свойств материалов, снижениюили потере несущей способности конструктивных элементов,утрате теплотехнических, звукоизоляционных и других свойствограждающих конструкций, функций кровли и т.п.

Поэтому одними из первостепенных задач при реконструкциижилых зданий являются восстановление и повышение несущейспособности конструктивных элементов и надежности зданий вцелом.

Анализ конструктивно-технологических решений жилых зданийранней постройки свидетельствует о значительном запасе несущейспособности фундаментов и стен. Так, плотность размещенияфундаментов для различных периодов построек составляет от 40,4% (1890-1900 гг.) до 35,9 % (1940-1950 гг.). При невысокой степенифизического износа для зданий этого периода возможнанадстройка 2-3 этажами без дополнительного усиленияфундаментов.

Подобная ситуация наблюдается для построек 1960-70-х гг.,когда запасы несущей способности грунтов в 1,5-2,0 раза больше.Как показали исследования, сборные железобетонныеконструкции, используемые для устройства ленточныхфундаментов, панелей несущих стен и др. конструктивныхэлементов, за период эксплуатации более 30 лет приобрелиприрост прочности в 1,3-1,5 раза, что связано с использованиемцементов грубого помола, активная гидратация которыхнаблюдалась за весь период эксплуатации. Эти обстоятельствапозволяют с учетом изменившихся физико-механическиххарактеристик несущих конструкций осуществлять 2 - 3-этажнуюнадстройку домов первых массовых серий.

При выполнении реконструируемых работ выбор того или иногоспособа усиления зависит от многих факторов и в первую очередьот изменения объемно-планировочных решений, нагрузок иусловий эксплуатации. Итогами выбора методов усиленияявляются экономические показатели. Как правило, процесс


275

усиления весьма трудоемкий и дорогостоящий, требующийбольших затрат ручного труда. В ряде случаев экономическицелесообразнее произвести замену конструктивных элементов вцелом, чем осуществлять их усиление.

Проект усиления различного рода конструкций разрабатываетсяна основе рабочих чертежей и данных детального обследованиязданий, включая дефектоскопию конструкций. Особое вниманиепри этом уделяется изменившимся условиям эксплуатации:постоянным и временным нагрузкам; изменениямгидрогеологического режима; требованиям по тепло- извукоизоляции зданий, комфортности помещений и т.п.

Рациональный вариант усиления или восстановления несущейспособности конструкций разрабатывается путем технико-экономического сопоставления. При этом первостепенноезначение уделяется технологии выполнения процессов, созданиюусловий обеспечения требуемого уровня качества работ ипооперационного контроля, соблюдению технологическихрегламентов и в целом надежности конструкций.

При выборе вариантов усиления предпочтение отдается такимрешениям, при которых расчетная схема обеспечивает совместнуюработу усиливаемой конструкции. Важно установитьдействительный характер работы конструкций, фактическидействующие нагрузки, учитывать оценку влияния узловсопряжения и соответствие выбранных расчетных схем реальнымусловиям работы. Особое внимание следует уделять ликвидациидефектов конструкций.

При усилении или восстановлении несущей способностинеобходимо соблюдать плавное включение усиления в работу ссуществующими конструкциями. Это особенно важно прииспользовании монолитных вариантов, когда интенсивностьнабора прочности может иметь различные показатели. Для этойцели следует обеспечивать временную разгрузку усиливаемыхэлементов.

Расчет железобетонных конструкций усиления долженвыполняться с учетом фактических физико-механическиххарактеристик материала и их степени износа. Так, приповреждении площади сечения арматуры более 50 % несущаяспособность существующей конструкции в расчетах неучитывается. При сварке к существующей арматуре стержнейусиления расчетное сечение следует снижать на 25 %.


276

Для усиливаемых конструкций следует применять арматуруклассов А240 (A-I), A300 (A-II), А400 (А-III), а для предварительнонапряженных - А600 (А-IV), А800 (A-V), A1000 (A-VI), арматурныеканаты классов К1400 (К-7), К1500 (К-19) и др.

Бетон усиления должен приниматься на один класс выше, чемкласс прочности усиливаемой конструкции, но не ниже В15.Раствор для заделки штраб, отверстий, защитной штукатурки - нениже марки 150.

Следует применять средства и методы ускоренного твердениябетона и раствора.

§ 6.1. Технологии укрепленияоснований

Снижение несущей способности основания фундаментоввызвано несколькими причинами, к которым следует отнести:изменение гидрологического режима площадки вследствиеповышения или понижения уровня грунтовых вод; изменениесвойств насыпного грунта вследствие временного параметра;воздействие динамических нагрузок от подземного или наземноготранспорта, способствующих снижению плотности основания;перераспределение естественного напряженного состояния врезультате дополнительных нагрузок от здания и нарушенияприродного сложения грунтов; нарушения естественноготеплового режима и условий аэрации. Анализ аварийных ситуацийв Москве и других крупных городах показал, что одной из причинслужат карстовые явления. Они являются результатомрастворения некоторых видов грунтов подземными водами, атакже действия антропогенных факторов. Растворенные грунтывыносятся из мест залегания водяным потоком, и на их местеобразуются провальные воронки. Это может привести ккатастрофическим явлениям. Поэтому, планируя работы поусилению несущей способности оснований, необходимо этиизменения учитывать.

Для повышения физико-механических свойств основанийреконструируемых зданий и предотвращения развития в ихконструкциях деформаций широко применяют различные методызакрепления грунтов, которые разделяют на три группы:химическое, термическое и физико-химическое. Наиболееэффективны технологии химического закрепления фунтов, так как


277

они не требуют перерыва в эксплуатации зданий, являютсядостаточно быстрым и надежным приемом повышения несущейспособности оснований. Химический метод как наиболееэффективный включает: силикатизацию, электросиликатизацию,газовую силикатизацию, аммонизацию и смолизацию.

§ 6.1.1. Силикатизация грунтов

Основным компонентом для силикатизации является жидкоестекло - коллоидный раствор силиката натрия. В зависимости отсостояния грунтов используют: однорастворную силикатизацию -путем инъецирования в грунт гелеобразующего раствора из двухили трех компонентов (силикатно-фосфорнокислые, силикатно-сернокислые, силикатно-фтористоводородные и другие составы)при закреплении песчаных и лессовых грунтов с коэффициентомфильтрации 0,5-5 м/сут; двухрастворный способ силикатизации -для закрепления песчаных грунтов с коэффициентом фильтрациидо 0,5 м/сут, который заключается в поочередном инъецированиидвух растворов (силиката натрия и хлористого кальция). Врезультате химической реакции образуется гель кремниевойкислоты, придающий фунту в короткие сроки прочность 2-6 МПа.

Электросиликатизация основана на сочетании силикатизации содновременным воздействием постоянного электрического тока ипредназначена для закрепления переувлажненныхмелкозернистых песков и супесей с коэффициентом фильтрации до0,2 м/сут.

Газовая силикатизация впервые разработана и применена внашей стране. В качестве отвердителя силиката натрияиспользуют углекислый газ, что позволяет закреплять песчаныегрунты с коэффициентом фильтрации 0,1-0,2 м/сут, лессовые игрунты с высоким содержанием органических примесей.Прочность закрепленного грунта составляет 0,5-2 МПа идостигается в кратчайшие сроки.

Смолизация - закрепление песчаных грунтов с коэффициентомфильтрации 0,5-5 м/сут и лессовых грунтов путем инъецированияводных растворов синтетических смол (карбамид-ных, фенольных,фурановых и др.). Время гелеобразования регулируетсяколичеством вводимого отвердителя. Смолизация не толькоспособствует повышению прочности до 1-5 МПа, но и обеспечиваетводонепроницаемость грунтов.


278

Технологические параметры эффективности укрепления грунтовметодами инъецирования приведены в таблице 6.2.

Таблица 6.2

Радиусы закрепления грунтов в зависимости от коэффициентафильтрации

№п.п.

Способзакрепления

грунтаВид грунта

Коэффициентфильтрации,

м/сут

Радиусзакрепления, м

1 Силикатизация:

двухрастворная Песчаный 2-10

10-20

20-50

50-80

0,3-0,4

0,4-0,6

0,6-0,8

0,8-1,0

однорастворная » 0,8-0,5

0,5-1,0

1,0-2,0

2,0-5,0

0,3-0,4

0,4-0,6

0,6-0,8

0,8-1,0

2 Газовая » 0,5-1,0

1,0-5,0

5,0-20

0,3-0,5

0,5-0,8

0,8-1,0

3 Однорастворная Просадочный 0,1-0,3

0,3-0,5

0,4-0,7

0,7-0,8


279

0,5-2,0 0,8-1,0

4 Смолизация Песчаный 0,3-1,0

1,0-5,0

5,0-10,0

10,0-20,0

20,0-50,0

0,3-0,5

0,5-0,65

0,65-0,85

0,85-0,95

0,95-1,00

5 Электрохимическоезакреплениегрунтов

Водонасыщенныеглинистые,пылеватые, илистые

0,10-0,20 0,4-1,2

Способ инъекционного закрепления заключается в нагнетанииреагентов в виде растворов или газов в грунты основания безнарушения их структуры. Инъекционное закреплениераспространяется на грунты, обладающие определеннойводопроницаемостью. Инъекционному закреплению не подлежатводонасыщенные грунты при скорости фунтовых вод более 5 м/сут.

При закреплении фунтов учитываются конкретные условия:гидрогеологические, характер заложения фундаментов,стесненность производства работ.

Способ закрепления назначается исходя из конкретных условийпроизводств работ и характеристики грунтов.

На рис. 6.1 в схематичном виде приведены методы закреплениягрунтов для фундаментов мелкого заложения. В зависимости отпринятой технологии расположение инъекторов может бытьвертикальным, наклонным и горизонтальным.


280

Рис. 6.1. методы закрепления грунтов для фундаментов мелкогозаложенияI - схемы расположения инъекторов при закреплении грунтовоснования фундаментов: 1 - фундамент; 2 - инъектор; 3 – зонаукрепления; II - зоны закрепления оснований: а - ленточная; б -сплошная; в - прерывистая; г - кольцевая

Для зданий с подвальной частью закрепление грунтов можетосуществляться с наружной или внутренней стороны. Наиболеераспространенным является укрепление грунтов с наружныхфасадных поверхностей. Из-за меньшей стесненностипроизводительность работ существенно выше.

Технология и организация производства работ

Инъекционное закрепление грунтов выполняется порезультатам инженерного обследования здания с техническимрешением о необходимости усиления основания фундамента. Приназначении метода укрепления оснований определяющимифакторами являются себестоимость производства работ ипродолжительность процесса.


281

До начала производства работ уточняются наличие ирасположение подземных коммуникаций, а также размещениезданий и сооружений вблизи мест закрепления. Затемосуществляется комплектование оборудования и материалов всоответствии с проектом производства работ.

Производится контрольное закрепление грунта с последующимиспытанием. В результате контрольного закрепления уточняютсярадиус действия инъекторов, скорость набора прочности фунтом,расход материалов и физико-механические характеристикиуплотненного грунта. В зоне контрольных испытаний отрываетсяшурф, который позволяет оценить геометрические характеристикизоны укрепления. С помощью кернообразователей извлекаютсяобразцы из 3-4 зон, которые подвергаются механическимиспытаниям.

Инъекционное закрепление грунтов включает последовательноследующие виды работ:

подготовительные и вспомогательные работы, включаяприготовление закрепляющих растворов;

работы по бурению скважин, погружению инъекторов,обустройству инъекционных скважин;

нагнетание закрепляющих реагентов в грунт;

извлечение инъекторов и заделка инъекционных скважин;

работы по контролю качества закрепления.

Подготовительные и вспомогательные работы

До начала работ следует выполнить цикл подготовительныхработ: подготовить территорию и фронт работ; провести временноеограждение, подвести электроэнергию, водоснабжение,канализацию; при необходимости установить геодезическоенаблюдение за осадками фундаментов; обеспечить зоныскладирования, площадки или стационарные узлы дляприготовления растворов; осуществить разметку погруженияинъекторов или бурения инъекционных скважин; приготовитьзакрепляющие растворы рабочих концентраций; выполнить работыпо закреплению контрольных участков; обеспечить выполнениеправил безопасного ведения работ.


282

Закрепляющие растворы рабочих концентраций приготавливаютисходя из требуемой консистенции и необходимого объема.

Погружение и извлечение инъекторов

Способ погружения инъекторов зависит от физико-механических характеристик грунтов, глубины закрепления иможет быть осуществлен: забивкой; вибропогружением;задавливанием; установкой в предварительно пробуренныескважины.

На рис. 6.2 приведены конструктивная схема инъекторапеременного сечения и метод его погружения. Инъектор состоитиз наконечника, перфорированного звена, переходных ниппелей,глухих звеньев. Наличие глухих звеньев позволяет изменять длинуинъектора, тем самым обеспечивая необходимую зонуинъецирования.


283

Рис. 6.2. Конструктивная схема инъектора (а), метода погружения(б), реечного домкрата для извлечения инъекторов (в)1 - наконечник; 2 - перфорированное звено; 3 - переходнойниппель; 4 - глухое звено

После окончания работ по инъецированию необходимо провестиизвлечение инъектора. Оно производится виброметодом, а такжепутем использования специального реечного домкрата (рис. 6.2,в).

Погружение инъекторов забивкой и вибропогружениемприменяют при силикатизации песчаных грунтов на глубину до15 м. Применяют ударные инструменты механического илипневматического типа. Забивка осуществляется по заходкам впоследовательности, отраженной в проекте. При погруженииинъекторов через железобетонные плиты фундаментов, отмостки,полы в них предварительно выбуриваются отверстия.

Погружение и установка инъекторов в предварительнопробуренные инъекционные скважины применяются присиликатизации просадочных грунтов при обычной идополнительной цементации. Бурение ведется вертикальными инаклонными скважинами.

Устройство скважин для цементации зоны контакта подошвыфундамента с основанием рекомендуется производитьколонковыми станками сплошным забоем, а в условияхстесненного производства работ - пневмоударными мобильнымиустановками. При наличии слабых грунтов требуется установкаобсадных труб.

Расстояние между скважинами колеблется в пределах 1,7-3 м.Очередность бурения скважин и инъецирования определяетсяпроектом производства работ. Чаще всего инъецированиепроизводится с интервалом в последовательности 1; 3; 5; 7 и 2;4; 6; 8 и т.д. Потребность в оборудовании, приспособлениях имеханизмах приведена в таблице 6.3.

Таблица 6.3

Механизмы, оборудование и приспособления для проведенияинъекционных работ


284

№п.п.

Оборудование,механизмы,

приспособленияТип Марка Количество Техническая

характеристика

1 Станок бурильный Вращательноебурение

СКБ-4 1

2 Компрессор ПСК-6м 2 Рра6 = 0,7 МПа

3 Насосы Одноплунжерный

Двухплунжерный

Шестиплунжерный

ПС-45

НГП-1М

НС-3

1

1

1

Рра6 = 1,5 Мпа

Рра6 = 1,5 Мпа

Рра6 = 1,2 МПа

4 Насос-дозатор НЛ1000/10

2 П = 1 м3/ч

5 Растворосмесители РН-500 1 V = 500 л

6 Пневматическиемолотки

ОМ-506

СМ-5ОСМП-6

1

1

Рра6 = 0,4-0,5МПа

7 Резиновые рукавадиаметром 25 мм

Р = 3 МПа

8 Резиновыевоздушные рукавадиаметром 19-25мм

Р= 1 МПа

Для нагнетания растворов можно применять насосы с расходом1-10 м3/мин и давлением до 1,5 МПа. К таким насосам относятся:одноплунжерный ПС-45, двухплунжерный НПГ-1М


285

шестиплунжерный НС-3 и др. Для погружения инъекторов можноприменять пневматические и отбойные молотки КЦМ-4, ОМ-506,ОМСП-6, СМ-5 и др. с рабочим давлением 0,4-0,55 МПа и расходомвоздуха 1,0-1,6 м3/мин.

Для контроля технологических процессов используетсяаппаратура: манометры на давление 1-3 МПа, ареометры дляизмерения плотности растворов, термометры, редукторы УР-2,КРР-50 для регулирования давления углекислого газа.

Инъекторы после окончания цикла нагнетания извлекаютсягидравлическими, реечными домкратами или другимиприспособлениями грузоподъемностью 5-10 т.

Нагнетание закрепляющих реагентов

Закрепляющие реагенты нагнетают отдельными заходами втехнологической последовательности, предусмотренной проектомпроизводства работ. В однородные по водопроницаемости грунтынагнетание производится от устья в глубину или из пяты скважинык устью. В неоднородных по водопроницаемости грунтах в первуюочередь закрепляют слои с большей водопроницаемостью.

Величина расхода закрепляющих химических растворовуточняется при контрольном закреплении и контролируется порасходомерной шкале и счетчику расходомера.

Расход раствора Q на одну заходку можно рассчитать поформуле Q=nR2l3a, где п - пористость грунта, %; R - радиусзакрепления, м; l3 - длина заходки, м; а - коэффициент,принимаемый в зависимости от способа силикатизации (5 - придвухрастворной; 12 - при однорастворной; 7 - при газовой; 8 - дляплывунов; 5 - для просадочных грунтов).

Требуемое количество раствора на одну заходку рассчитываетсяисходя из радиуса действия, пористости грунта и коэффициентанасыщения раствором Q=nR2(1,33R+1)na1000 л, где п - пористостьгрунта; а - коэффициент насыщения грунта раствором (таблица6.4).

Таблица 6.4

Значения коэффициента насыщения грунта раствором


286

Скоростьраспространенияраствора, см/мин

Коэффициентнасыщения

грунта

Скоростьраспространенияраствора, см/мин

Коэффициентнасыщения

грунта

0,3 1,0 3 0,5

0,6 0,8 6 0,4

1,0 0,7 10 0,35

1,8 0,6

На рис. 6.3 приведена технологическая схема инъекционногозакрепления грунтов в основаниях фундаментов способомоднорастворной силикатизации. Технология выполнения работпредусматривает: разметку мест бурения скважин; пробивкусквозных отверстий под устьем скважин в бетонном основании иотмостки; установку и перемещение бурового станка;непосредственно бурение скважин; приготовление растворов;установку инъекционных труб; нагнетание растворов; заделкускважин; отрывку контрольных шурфов; взятие образцов;обратную закопку с уплотнением шурфов.


287

Рис. 6.3. Технологическая схема инъекционного закреплениягрунтов основания фундаментов способом однорастворнойсиликатизации

1 - компрессор; 2, 3, 4, 5 - емкости для отвердителя, крепителя,рабочей концентрации; 6 - насосы; 7 - дозатор; 8 - емкость длярабочего раствора; 9 - инъекторы; 10 - расходомер; 11, 12 -инъекционные скважины 1-й и 2-й очередей; 13 - бурильныйстанок; 14 - зона ограждения; 15 - зона складирования

При двухрастворной силикатизации жидкое стекло и растворхлористого кальция нагнетаются рядами с чередованиеминъекторов через ряд. Перерывы между нагнетанием жидкого


288

стекла и хлористого кальция зависят от скорости грунтовых вод3-1,5 м/сут. Каждый раствор нагнетается отдельным насосом.

Подобная технология применима для однорастворнойсиликатизации песчаных грунтов. Химические реагенты доводятдо требуемой концентрации и через дозаторы подают в рабочиеемкости, где готовится гелеобразная смесь. Затем с помощьюнасоса закачиваются в инъектор.

При закреплении грунтов способом газовой силикатизациичерез инъектор нагнетаются углекислый газ и раствор силикатанатрия, а затем снова углекислый газ. Давление при нагнетаниигаза для отвердения силикатного раствора должно находиться впределах 0,4-0,5 МПа. Перерыв во времени между нагнетаниемсиликата натрия и газа не должен превышать 30 мин.

§ 6.1.2. Закрепление грунтов цементацией

Такой метод закрепления грунтов может быть применен длязакрепления скальных, песчаных и гравелистых грунтов приследующих коэффициентах фильтрации: для скальных грунтов -0,01 м/сут, для песчаных - 50 м/сут. Для цементации применяютсмеси цементного раствора с В/Ц = 1-0,8. Для улучшения свойств,а также для связывания химически несвязанной воды в раствордобавляется бетонит в количестве до 10 % массы цемента.

В грунт через инъекторы под давлением 3-6 атм нагнетаютраствор. Расстояние между скважинами назначают в зависимостиот величины удельного поглощения. Радиус закреплениясоставляет 0,3-1,5 м.

Цементация грунтов обеспечивает создание монолитностиоснования и повышает прочность в пределах 1,0-4,0 МПа. При этомповышается водонепроницаемость грунта. Вид и марку цементапринимают в зависимости от наличия и агрессивности вод.

Контроль качества работ

Контроль качества работ осуществляется на всех этапахпроизводства работ, проверяются: качество исходных материалов,рабочих закрепляющих реагентов и составов; опытной проверкой- расчетные параметры закрепления и технических условийпроизводства работ; проверкой - соответствие требованиямпроекта физико-механических свойств закрепленных грунтов иоднородность их закрепления; проверкой - размеры закрепленных


289

массивов, радиусы действия инъекторов, а также сплошностьзакрепления; контролем - осадка фундаментов геодезическимисредствами наблюдения; количество и расположение контрольныхскважин и шурфов, количество и качество отбираемых черезбурение проб; контрольное бурение должно осуществлятьсяколонковым способом с диаметром скважин не менее 84 мм;испытания образцов закрепленных грунтов производят влабораторных условиях; отбор кернов (образцов) осуществляетсячерез каждые 0,8-1,0 м по глубине; инструментальныегеодезические наблюдения за осадками фундаментовосуществляются до, во время и по окончании инъекционных работ.

При сдаче и приемке законченных работ предъявляютследующую техническую документацию: документы срезультатами проверки качества исходных материалов; журналыбурения скважин, погружения инъекторов и нагнетания в грунтыреагентов; планы, профили и сечения закрепленного грунтовогомассива с указанием положения контрольных выработок; актывскрытия контрольных шурфов, журналы контрольного бурения ирезультаты физико-механических испытаний.

В развитие технологии закрепления грунтов цементациейпоявился метод «Геокомпозит», сущность которого состоит внагнетании цементной композиции под давлением 5-20 атм какпод подошву фундамента, так и в область слабых грунтов болееглубокого заложения.

Под действием высокого давления осуществляется гидроразрывгрунтового слоя с расположением трещин радиально отинъекторов вглубь массива. Раскрытие трещин происходит поослабленным участкам грунта с одновременным заполнениемцементным раствором и уплотнением. В результате этогоформируется каркасная матрица из цементной составляющей сэлементами уплотненного грунта. Композитный массив грунтаприобретает повышенное значение модуля деформации,увеличиваются сцепление и угол внутреннего трения.

Одним из технологических приемов повышения физико-механических характеристик грунтов является устройствомикросвай в результате использования инъекторов. Вокругкаждого из них образуется грунтоцементная свая с несущейспособностью 7-10 т.

Технология «Геокомпозит» успешно используется длявосстановления и повышения несущей способности фундаментов


290

из бутовой и кирпичной кладки, когда путем инъекции растворапод большим давлением восстанавливается монолитностьфундаментов, достигается заполнение полостей от деревянныхсвай и лежней, происходит цементация слабых и неустойчивыхгрунтов основания.

§ 6.1.3. Электрохимическое закрепление грунтов

Достаточно эффективной технологией закрепленияводонасыщенных глинистых, пыле-ватых и илистых грунтовявляется электрохимический метод. В грунт с наружной ивнутренней сторон фундамента погружают трубчатые электроды,один из которых служит анодом, а другой - катодом. Расстояниемежду электродами одного знака 0,8-1,0 м. Через анодныйэлектрод самотеком поступают растворы солей СаС12, затемFe2(SО4)3 или A1(SО4)3. Из катода откачивают поступающуюгрунтовую воду, тем самым создавая дополнительный градиентскоростей. Под действием напряжения постоянного тока 100-120 Впроисходит направленное движение солевых растворов от анода ккатоду. Тем самым обеспечивается насыщение зоны укрепленногогрунта поочередно различными солями, взаимодействие которыхпозволяет получать плотные структуры грунтов с прочностью0,4-0,6 МПа. При этом средний расход электроэнергии составляет60-100 кВт·ч/м3 закрепляемого грунта.

На рис. 6.4 приведена технологическая схема производстваработ. Основной технологический процесс состоит в устройствескважин и установке электродов с перфорированной частьюнижней зоны.


291

Рис. 6.4. Технологическая схема производства работ позакреплению грунтов электрохимическим методом1 - фундамент; 2, 3 - анод, катод; 4 - емкость для раствора солей; 5- генератор постоянного тока; 6 - насос для откачки воды откатода; 7 - трубопровод


292

Оборудованием для проведения работ служат: генераторпостоянного тока, система трубопроводов, насос для откачки водыиз катода, система коммутации анодов и катодов, бак для растворасолей.

Процесс электрохимического закрепления грунтовосуществляется по захваткам длиной 15-20 м в следующейпоследовательности производства работ: подготовительные работына захватке; разметка скважин и бурение; размещение анодов икатодов; установочных емкостей с раствором солей; коммутация,в том числе электрических цепей; откачивание воды из катода;процесс электрохимического закрепления.

По окончании закрепления грунта на одной захватке цикл работповторяется. При этом особое внимание уделяется процессуконтроля качества работ, эффективности набора прочностигрунтов, устройству контрольных участков и оценке физико-механических свойств.

При выполнении пробных работ уточняются параметрыэлектромагнитного поля, концентрация солевых растворов и времяпроизводства работ. По уточненным техническим параметрамведутся работы в объеме всего здания.

Сопоставительный анализ методов закрепления грунтов посебестоимости производства работ показал, что минимальнаясебестоимость работ относится к методам электрохимическогозакрепления грунтов, а также одноразовой силикатизации. В тоже время следует отметить, что постоянный рост цен наэлектроносители и химикаты, а также повышениеэксплуатационной стоимости комплекта машин приводят кзначительному удорожанию работ.

Опыт реконструктивных работ показывает, что в ряде случаевэкономически целесообразно произвести повышение несущейспособности фундаментов, нежели укрепление грунтов основания.

Вторым достаточно объективным фактором является слабаястепень контроля укрепления грунтов из-за их неоднородности потолщине и периметру здания. Это требует достаточно плотногозондирования, что приводит к дополнительным затратам.

Таким образом, выбор способа и схем закрепления грунтазависит от характеристик основания, формы и размеровфундамента, требуемой несущей способности основания. Ширина


293

основания закрепляемого грунта может быть определена изсоотношения В=b(2К+1), где b - ширина фундамента в плане; К- коэффициент, определяющий связь со средним давлением Р науровне подошвы фундамента реконструируемого здания. Значениякоэффициента К и давления Р даны ниже.

Р, МПа 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8

К 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45

§ 6.1.4. Восстановление оснований фундаментов скарстовыми образованиями

При реконструкции жилых зданий старого фонда частовстречаются ситуации, когда многочисленные аварии сетейводоснабжения и канализации приводят к размыву и образованиюполостей и карстовых явлений. Их образование приводит кзначительному перераспределению нагрузок на фундаменты испособствует неравномерной осадке и появлению трещин в стенах,перекрытиях и узлах сопряжения конструктивных элементов.

Наиболее важным этапом является определениегеометрического положения полостей и карстовых образований.До настоящего времени это была довольно сложная и трудоемкаязадача, основанная на сейсмическом зондировании имеханическом определении с помощью устройства скважин.Несмотря на высокую трудоемкость и стоимость выполненияработ, точность оценки карстовых образований и ихгеометрических размеров была достаточно условной.

Для более точной оценки «просвечивания» толщи грунта исостояния основания фундаментов ГПНИИ Приборостроения им.В.В. Тихомирова разработан ряд георадаров, работающих вдиапазоне частот от 25 до 1200 МГц и обеспечивающихзондирование сред, грунта и включений на глубине от 0,5 до 30 мс разрешающей способностью от 0,05 до 2 м.

Георадары состоят из антенного блока, блока обработки иуправления индикацией, питания, телескопическими штангами,датчиками перемещения и др.


294

Антенный блок включает приемопередающие антенны,передающие и приемные устройства и системы обработкиинформации. Тип антенного блока определяет глубинузондирования и разрешающую способность георадара.

Основной принцип работы георадаров состоит в подаче сигналас поверхности земли определенной частоты и регистрацииотраженного от границы раздела сред менее интенсивногосигнала. Для получения физической картины толщи грунтаосуществляется перемещение георадара в исследуемой площадис периодической или непрерывной подачей частоты. Обработкарезультатов путем оценки интенсивности отражения сигналовпозволяет получать трехмерную картину состояния основания наразличной глубине (рис. 6.5).

Рис. 6.5. Регистрация георадаром металлических труб (1) икарстовых полостей (2)

Для обработки оценки результатов измерений используетсяпрограммное обеспечение с разнообразными методами обработкина основе математического моделирования, спектральногоанализа и различной формы визуализации георадиолокационнойинформации. Использование персональных ЭВМ в виде«ноутбуков» с операционной системой Windows позволяетполучать пространственное очертание различного рода полостей идефектов по толщине слоев и объему исследуемой площадки.


295

Для глубины зондирования от 1,0 до 30 м используются двемодели георадаров: «Око-М1Д» и «Око-М1».

Первая модель использует генерируемую частоту 25, 50 и 100МГц, что обеспечивает глубину зондирования от 30 до 10-15 м. Дляменьших глубин используется вторая модель, которая генерируетчастоту от 150 до 1200 МГц, что позволяет зондировать толщиныгрунта от 12 до 0,3 м.

Георадар «Око-М1» может успешно использоваться для оценкине только карстовых образований, но и различных включений ввиде валунов, металлического лома и др., что исключительноважно при выполнении реконструктивных работ путем пристройкипо периметру зданий объемов, требующих устройства свайногооснования.

Различные конструкции георадаров используют излучатели суправляемой частотой излучения, которая определяет ихтехнические возможности. В таблице 6.5 приведены зависимостиразрешающей способности георадаров от центральной частотыизлучения. Она же определяет максимальную глубину и метровыезоны.

Таблица 6.5

Центральная частота

Параметры

2 ГГц 900 МГц 500 МГц 300 МГц 150 МГц 75 МГц 38 МГц

Разрешение, м 0,06-0,1 0,2 0,5 1,0 1,0 2,0 4,0

Мертвая зона,м

0,08 0,1-0,2 0,25-0,5 0,5-1,0 1,0 2,0 4,0

Глубина, м 1,5-2 3-5 7-Ю 10-15 7-10 10-15 15-30

Более высокой разрешающей способностью обладает георадар«Лоза». Он состоит из излучателя, приемника и блока обработкиинформации (сигналов).


296

Технические решения, используемые в данном комплекте,позволяют получать на экране радарограммы, лишенныепаразитных колебаний, что дает возможность без компьютернойобработки решать многие задачи непосредственно на участкеобследования.

Разрешающая способность георадара зависит от характеристикигрунта, его влажности и плотности. Глубина зондирования длясухих и влажных песков составляет соответственно 50 и 25 м, дляглин - 8, супесей - 12 м. Разрешение по глубине составляет 0,1 м.

С помощью георадара обеспечивается контроль за положениеминженерных сетей, фактическим расположением свай ифундаментов, контроль за состоянием грунта в зоне строящихся иэксплуатируемых зданий.

Одним из эффективных средств борьбы с карстовыми явлениямии образованием полостей является нагнетание расширяющихсясамоотверждающих композиций. К таким композициям следуетотнести вспененные тампонажные растворы с поверхностно-активными веществами (ПАВ) (амоносульфонафтен, акрилсульфати др.). Разработками ВНИИОСП им. Н.М. Герсеванова доказанаэффективность использования вспененных цементно-песчаныхрастворов. Устойчивый пенистый раствор (двукратноевспенивание) получается при внесении 1 % добавки массыцемента. Плотность образующегося раствора составляет 0,3-1,7 г/см3. Замкнутые поры затвердевшего раствора достигаютпрочности в пределах 0,5-4,5 МПа.

Более дешевыми материалами являются сульфатостойкиетампонажные растворы с добавлением гипса в количестве 5-7 %массы цемента. Прочность массы после твердения в течение 28 сутсоставляет 6-7 МПа при расходе цемента М400 до 380 кг, воды - 47л, песка - 1135 кг, гипса - 7,5 кг (плотность раствора 1,9-1,93 т/м3).

Имеется достаточно успешный опыт использования в этих целяхфосфогипса, зол ТЭЦ гидроудаления с небольшой добавкойцемента и ПАВ и других материалов.

Технология производства работ (рис. 6.6) предусматривает:определение зон и границ расположения полостей сиспользованием виброакустического зондирования; устройствовходных и контрольных отверстий для нагнетания композиции;приготовление смесей и их закачивание в полости.


297

Рис. 6.6. Технологические схемы заполнения карстовых полостейтампонажными растворамиа - с использованием бетононасосного транспорта; б - с помощьюкрана и бадьи; 1 - автобетоносмеситель; 2 - бетононасос; 3 -обсадная труба; 4 - бадья с тампонажным раствором; 5 - автокран;6 - смеситель; 7 - загрузочный транспортер; 8 - зонатампонирования

Комплект машин и механизмов включает: бурильные станцииколонкового действия, обсадные трубы; смесители дляприобъектного приготовления тампонажных смесей итрубопроводный транспорт - растворо- и бетононасосы.


298

По мере заполнения полостей тампонажными растворамипроизводится контроль заполняемости, интенсивности тверденияи физико-механических характеристик затвердевшей массы.Последние определяют путем выбуривания кернов на полнуюглубину с испытанием отдельных зон.

§ 6.1.5. Струйная технология закрепления грунтовоснований фундаментов

Наиболее эффективным методом повышения несущейспособности оснований и фундаментов является устройствогрунтоцементных свай и массивов по струйной технологии (JetGrouting), который широко используется в зарубежной практике.Метод разработан в Японии в конце 70-х годов и получил развитиево многих странах. Лидерами в изготовлении технологическогооборудования в Европе являются немецкие фирмы Keller, Bauer,итальянская Rodo, французская Колагранде и др. (рис. 6.7).

Рис. 6.7. Общий вид буровых установок струйной технологиизакрепления грунтова - для работ на открытых поверхностях; б - при производстверабот в стесненных условиях

Для усиления фундаментов внутри здания используется мини-установка SC-1 на гусеничном ходу фирмы Keller (ФРГ) (рис. 6.7,б).Ее габаритные размеры позволяют перемешаться через проем


299

шириной 0,8 м и работать в подвальном помещении высотой неменее 2,8 м.

Первый опыт использования данной технологии в РФ былосуществлен при реконструкции гостиницы «Метрополь» в Москвев 1986-87 гг. фирмой Bauer.

Способ струйной технологии устройства грунтоцементных свай имассивов состоит из нескольких этапов:

I - осуществляют бурение скважин диаметром 40-90 мм напроектную глубину с погружением оборудования.

II - под давлением 100-400 атм и углом 90° к оси сваиосуществляется резка грунта струей воды или суспензией сдобавлением воздуха.

В качестве режущего инструмента используют специальныевращающиеся форсунки, что обеспечивает круговое разрушениегрунта. По мере резания осуществляется плавный подъемрабочего инструмента. Частота вращения и скорость подъемазависят от вида грунта и его физико-механических характеристик.Вспученный грунт в виде пульпы может частично вымываться наповерхность.

III - одновременно с резкой и размывом грунта осуществляетсяего смешивание с цементной или цементно-глинистой суспензиейна основе бентонитового порошка. В результате интенсивногоперемешивания и разрушения грунта образуется однороднаягрунтоцементная масса плотностью 1,4-1,9 т/м3. В зависимости отрасхода цемента и гранулометрии размытого грунта физико-механические характеристики грунтоцемента могут составлять5-15 МПа.

IV - для получения грунтоцементного массива осуществляютсоединение ранее возведенных элементов. Создание массиваможет осуществляться как до набора проектной прочности, так ипосле.

Комбинация различных массивов может повторять плановыеочертания фундаментов и иметь разнообразную форму.

Технологические схемы производства работ приведены на рис.6.8. Они раскрывают перечисленные технологические этапы и


300

особенности производства работ. Усиление фундаментов можетосуществляться как с наружной, так и подвальной частей зданий.

Рис. 6.8. Технологические этапы струйной технологии (а), схемыобразования грунтоцементных массивов (б) и технологияусиления основания фундаментов (в)I - бурение скважины; II - разрушение и вспучивание грунтаструей воды; III - резка с размывом грунта и смешиванием сцементной суспензией; IV - соединение грунтоцементныхмассивов; 1 - буровая установка; 2 - компрессор; 3 - насос для


301

воды; 4 - растворонасос; 5 - отстойник для обратной пульпы; 6 -форсунка

В зависимости от технологических режимов производства работвозможно получение различного профиля грунтоцементногооснования:

- при вращении форсунки вокруг оси обеспечивается получениецилиндрической поверхности в виде колонны или сваи;

- при перемещении форсунки на угол 180° обеспечиваетсяполучение укрепляемой зоны в виде полуцилиндра;

- при использовании двух форсунок и отсутствии вращениясоздается плоский профиль;

- при последовательной проходке с шагом установки инъекторов,равным зоне действия струйной технологии, обеспечиваетсяполучение плоской вертикальной стены;

- создание массива для переопирания фундаментовосуществляется путем комбинации различных форм и режимовдвижения режущего инструмента.

При устройстве массивов для переопирания фундаментов грунтразмывается струей воды под давлением 300-400 атм. Черездополнительную форсунку подается цементная суспензия поддавлением до 15 атм. Полученная грунтоцементная смесь послезатвердения обладает высокой несущей способностью иповышенной плотностью, обеспечивающей водонепроницаемость.

Струйная технология укрепления фунтов и устройства свайпредусматривает использование сжатого воздуха, которыйсмешивается с цементной суспензией, а грунт вспучивается иобразуется гомогенный грунтоцементный массив.

Варианты технологических режимов производства работприменяются в зависимости от грунтовых условий итехнологических целей (рис. 6.9).


302

Рис. 6.9. Варианты технологических режимов устройствагрунтоцементных свай и массивовI - однокомпонентная; II - двух- и III - трехкомпонентнаятехнологии образования грунтоцемента

Грунтоцементный массив можно выполнять любой формы и влюбом участке грунта: на поверхности, под подошвой фундамента,на определенной глубине.

Устройство грунтоцементных свай может производиться в оченьстесненных условиях при любой необходимой глубине.Выполнение работ допускает присутствие подземныхкоммуникаций и не вызывает их повреждения. Струйнаятехнология экологически чиста на всех технологическихоперациях.

При реконструкции зданий данная технология можетиспользоваться при заглублении подвальной части зданий,усилении фундаментов, устройстве заглубленных сооружений встесненных условиях городской застройки и других случаях.

В зависимости от грунтовых условий применяютсяоднокомпонентная, двухкомпонентная и трехкомпонентнаяструйные технологии.

При наличии большого объема органических включенийиспользуются специальные приемы предварительной промывкиобрабатываемых грунтов или их полное замещение послегидроразмыва и выноса на поверхность цементным раствором сдобавлением мраморной пудры. Режим предварительного размыва


303

позволяет повысить соотношение «цемент - грунт» и прочностьзакрепленных грунтов.

Использование цементно-песчаных растворов для замещенияфунта недопустимо из-за высокой абразивности зерен кварца ибыстрого износа раствороподающих шлаков высокого давления.

Однокомпонентная струйная технология (рис. 6.10,а). Основанана размыве, перемешивании и закреплении грунта струейцементного раствора с соотношением

-

Основные параметры струйной технологии включают:давление подачи раствора - 35-45 МПа; расход раствора - 50-150 л/мин; скорость подъема монитора - 25-50 см/мин; частота вращениямонитора - 10-30 об/мин.

Рис. 6.10. Технологические схемы струйной цементации грунтова - однокомпонентная; б - двухкомпонентная с воздушной струей;в - двухкомпонентная с водной струей; г - трехкомпонентная; 1 -грунтоцементная свая; 2 - форсунка для подачи цементногораствора; 3 - то же, цементного раствора в воздушном потоке; 4 -форсунка для подачи воды; 5 - то же, для подачи воды и воздуха


304

Двухкомпонентная струйная цементация (рис. 6.10, б, в) состоитиз размыва, перемешивания и закрепления грунтов с помощьюдвух струй.

Используют воздушную систему, когда струя цементногораствора перемешивается внутри струи сжатого воздуха и за счетэтого возрастает энергия разлива.

Водная система состоит из предварительного разлива струейводы и подачи цементного раствора.

Параметры двухкомпонентной струйной цементации включают:давление подачи раствора - 35-45 МПа; расход раствора - 100-180л/мин; давление подачи воздуха - 0,7-1,7 МПа; расход воздуха -8-12 м3/мин; скорость подъема монитора - 15-25 см/мин; частотавращения - 7-15 об/мин.

Для двухкомпонентной водной системы: давление подачираствора - 5-8 МПа; расход раствора - 50-100 л/мин; давлениеподачи воды - 40-60 МПа; расход воды - 80-120 л/мин; скоростьподъема монитора - 4-7 см/мин; частота вращения монитора - 3-10об/мин.

Трехкомпонентная струйная цементация (рис. 6.10,г) состоит изразлива, перемешивания и закрепления грунтов с помощью трехструй. Струя воды помещается внутрь струи сжатого воздуха иподается через верхнее сопло, что позволяет использовать эффект«эрлифта» для выноса на поверхность легких частиц разливаемогогрунта. Струя цементного раствора подается через нижнее сопло ислужит для перемешивания разлитых частиц грунта.

Основные параметры трехкомпонентной технологии включают:давление подачи раствора - 5-8 МПа; расход раствора - 50-100 л/мин; давление подачи воды - 40-60 МПа; расход воды - 80-120 л/мин; давление подачи воздуха - 0,7-1,7 МПа; расход воздуха - 8-12м3/мин; скорость подъема монитора - 4-7 см/мин; частота вращениямонитора - 3-10 об/мин.

Струйный размыв грунта основан на движении струи малогодиаметра и высокой скорости рабочей среды. Разрушение грунтаопределяется следующими факторами: кавитациоииымвоздействием струи на грунт; действием динамического и ударноговоздействия струи; снижением прочности грунтов, вызываемыхпульсирующей нагрузкой; размывающим воздействиемвысокоскоростной водяной струи.


305

Значительное влияние на эффект размыва оказывают физико-механические и реологические характеристики грунтов. Длянасыщенных водой грунтов размыв происходит более интенсивнопо сравнению с менее влажным или сухим грунтом. Размывпротекает по схеме интенсивной суффозии при большихградиентах напора.

Сила гидродинамического давления на частицы грунтапропорциональна градиенту давления и объему частицы.Разрушение мелкозернистой породы происходит менееинтенсивно, чем крупнозернистой.

Расчетная зависимость для оценки и определения радиусадействия (создания) грунтоцементной полости R может бытьопределена из соотношения

-

где К - коэффициент, учитывающий свойства грунта; dg - диаметрструи на выходе из насадки; Reg - число Рейнольдса для растворнойструи, оценивающее турбулентность потоков; рg - плотностьцементного раствора; Е0 - кинетическая энергия струи; Jгр -размываемость грунта; Vс - скорость струи.

По данным И.И. Бройда, значение некоторых параметров вприведенной зависимости требует экспериментальногоподтверждения.

Процесс выноса разрушенной структуры грунта (рис. 6.11)определяется плотностью и вязкостью транспортирующейжидкости (цементного раствора), диаметром рабочей скважины,сечением затрубного пространства и др. параметрами. Приразработке тонкодисперсных грунтов образуется пульпа,обладающая высокой вязкостью, что в ряде случаев приводит ккратковременной закупорке скважины («клапану»). В результатеразмыв прекращается и происходит инъекция раствора вокружающий грунт с гидравлическим разрывом структуры и


306

последующим выталкиванием «пробки» из скважины(фонтанированием раствора).

Рис. 6.11. Схема формирования грунтоцементной сваи пооднокомпонентной технологии1 - поступление цементного раствора; 2 - форсунка; 3 - выходпульпы (грунтоцементной смеси) через затрубное пространство; 4- водоцементная струя; 5 - обрабатываемый объем грунта; 6 -грунтоцементный массив предыдущих циклов; h - высотагрунтоцементного слоя за одну проходку; D - диаметр сваи

В ряде случаев, вследствие временного повышения давления вразмываемой полости, происходит подъем поверхности грунта, чтоявляется недопустимым явлением.

При двух- и трехкомпонентной технологиях возможностьзакупорки скважины практически отсутствует из-за образованияпульпы с низкой вязкостью, а также в результате ее воздухо-насыщения. Изливающаяся пульпа сбрасывается по открытымканалам в пульпоприемник. Частичное вовлечение цементногораствора после обезвоживания пульпы позволяет получатьслабосцементированный грунт, который может использоватьсяпри устройстве земляных сооружений.


307

По данным А.Г. Малинина, в зависимости от используемыхтехнологий, продолжительности цикла обработки грунта расходцемента аппроксимируется рядом кривых, представленных на рис.6.12.

Рис. 6.12. Содержание цемента в объеме грунтоцементной сваи взависимости от продолжительности цикла обработки грунта1 - расход цемента в составе струи цементного раствора; 2 -фактическое содержание цемента в теле сваи; 3 - потери цементав виде пульпы

Увеличение времени инъекции способствует увеличению потерьцемента в виде пульпы с незначительным повышением егосодержания в грунтовой массе. Для каждого вида грунтовсуществует оптимальный режим инъекции, обеспечивающийполучение высоких физико-механических характеристикгрунтоцемента.

Соотношение между прочностью грунтоцемента и расходомвяжущего зависит от характеристик грунтов и составляет от 150 до500 кг/м3 при прочности на сжатие 5-20 МПа.

Минимальный расход цемента при более высокой прочностиобеспечивается для песчаных и гравелистых фунтов, амаксимальный - для глинистых фунтов. Ориентировочные данныепо прочности грунтоцементных образований для различныхкатегорий фунтов представлены в таблице 6.6.


308

Таблица 6.6

Прочность грунтоцементных образований

№ п.п. Грунт Прочность, МПа

1 Торф <3,0

2 Ил <12,0

3 Глина <12,0

4 Суглинок 1,5-10,0

5 Супесь 5-14

6 Песок 6-18

7 Гравий 10-20

Реальные показатели физико-механических характеристикгрунтоцемента определяются путем отрывки экспериментальныхобразований, испытаний кернов или использованиянеразрушающих методов.

Достаточно высокие прочностные показатели подводимыхфундаментов позволяют осуществлять углубление подвальныхчастей зданий с целью использования заглубленных помещенийдля различных технологических нужд.

Струйная технология усиления фундаментов успешноиспользуется путем устройства свай. Она основана на выбуриваниискважины через тело фундамента и подведении свай подоснование. Для повышения несущей способности сваи армируютсяметаллическими трубами на полную высоту. Их погружение


309

производится до периода схватывания грунтоцемента сиспользованием вибраторов.

Технологическая последовательность производства работ поподведению грунтоцементного массива под фундаменты должнаосуществляться отдельными заходками (захватками),исключающими дополнительные осадки фундаментов припластическом состоянии грунтоцемента. Длина захватокопределяется скоростью набора его прочности, что зависит отхарактеристики грунтов и расхода цемента.

Минимальное значение прочности должно быть не нижерасчетного сопротивления фунтов основания. Эти данныеполучают расчетным путем с экспериментальной проверкой иотражают в проекте производства работ. В общем случае параметрзахватки колеблется в диапазоне 3,0-6,0 м.

Струйная технология находит широкое применение втоннелестроении, устройстве ограждений котлованов,горизонтальных и вертикальных противофильтрационных завес,возведении фундаментов под опоры мостов и др. случаях.Возможность производства работ в стесненных условиях городскойзастройки существенно повышает ее конкурентоспособность.

§ 6.2. Технологии восстановления иусиления фундаментов

Важными параметрами, определяющими несущую способностьздания, являются состояние и степень износа фундаментов.Косвенным параметром может служить осадка фундаментов. Самапо себе однородная осадка фундаментов не приводит кдополнительным напряжениям в конструктивных элементах, в товремя как неоднородная осадка приводит к возникновениюконцентраций напряжений, превышающих прочностныехарактеристики стен, перекрытий и других несущих элементов.

Величина возникновения неоднородных осадок являетсяследствием неоднородной потери несущей способности грунта врезультате размыва грунтовыми или техногенными водамиоснований в локальных зонах, возведения зданий вблизисуществующих, нарушения условий их эксплуатации и т.п.


310

При достаточно однородной структуре грунтов и нормальнойэксплуатации зданий величина осадки носит экспоненциальныйхарактер. Осадку в момент времени t определяют по зависимости

-

где SК - конечная осадка; е - основаниенатурального логарифма; x - коэффициент, зависящий от свойствгрунтов основания; t - время эксплуатации.

Зная значения осадок, накопившихся за время tНП, можноопределить конечную осадку

-

, где tНП - время от начала строительства доначала геодезических наблюдений.

На рис. 6.13 приведен график развития осадок фундамента вовремени. SНП - осадка, накопившаяся до начала наблюдений; S'H -осадки в момент наблюдения.


311

Рис. 6.13. График развития осадок фундамента во времени1 - при нормальной эксплуатации здания; 2 - возникновениепросадок при замачивании отдельных участков основания; 1*, 2* -нагрузки на фундамент при нормальной эксплуатации изамачивании; [S] - допустимая осадка

На характер осадок существенное влияние оказываетпространственная жесткость коробки здания (стен). На жесткостьстен влияют такие геометрические характеристики, какотношение длины L и высоты Н. Этот показатель принят нормамиза исходный в определении коэффициента условий работы зданияпри расчете давления на основание фундаментов.

Показатель жесткости здания имеет определяющее значениепри выборе метода реконструктивных работ. Так, при среднемзначении

-


312

для зданий массовой постройки при надстройке зданийстарого фонда в процессе реконструкции показатель

-

- снижается до 1,5 и менее, что позволяет увеличить давлениена основание на 20 %. В то же время с увеличением этажностивозрастает продольная жесткость стен.

В результате обследования более 400 объектов былоустановлено, что для зданий старой постройки величина осадокфундаментов в 70,6 % случаев не превышает 0,7R. Абсолютнаявеличина осадок как до надстройки, так и после значительноменьше нормативных значений. Это обстоятельство позволяетаприорно принимать решение по надстройке зданий при ихреконструкции.

Повышение несущей способности фундаментов как одних изосновных конструктивных элементов зданий возможнонесколькими технологическими и конструктивными приемами.Проектирование усиления фундаментов эксплуатируемых, а такжереконструируемых зданий значительно сложнее проектированияновых конструкций. Это объясняется тем, что в каждомконкретном случае следует учитывать условия эксплуатацииздания, причины проявления различных деформаций, стесненныеусловия производства работ.

Методы усиления и реконструкции фундаментов предполагаютвосстановление несущей способности; усиление за счетувеличения площади опирания; подведение под существующиефундаменты таких сборных конструктивных элементов, как плиты,столбы, сваи; усиление буроинъекционными и корневиднымисваями и другие приемы. Каждый вариант технического итехнологического решения должен быть адаптирован кконкретным условиям реконструируемого здания на основаниирезультатов натурных обследований.

Наиболее распространенные дефекты фундаментов, ихустранение и усиление выполняются следующими приемами.


313

Усиление кладки фундаментов цементацией. Технологияпредусматривает при образовании пустот в швах кладки иразрушении материала фундаментов осуществить инъекциюцементного раствора. Для этой цели освобождается поверхностьфундамента, устраиваются инъекционные каналы и с помощьюинъектора закачиваются цементная суспензия или раствор в телофундамента.

Способ широко апробирован и применяется при незначительныхразрушениях конструкций фундаментов.

При средней степени разрушения материала фундаментаиспользуют частичную замену кладки. Это весьма трудоемкийпроцесс, требующий вскрытия поверхностей фундамента,удаления разрушенных элементов кладки и ее восстановления.Поданным практического опыта, трудозатраты на восстановление1 м3 кладки фундамента в 200-300 раз выше, чем при новомстроительстве.

При значительных разрушениях материала фундаментапоследний забирается в обойму без уширения подошвы. В качествеобоймы выступают металлические каркасы в виде уголков илиарматурной стали, которые в последующем обетонируются.

При увеличении нагрузки на фундамент и недостаточной егонесущей способности производится устройство обойм с уширениемподошвы фундамента. Варианты уширения и технологияпроизводства работ зависят от конкретных условий площадки.

Подведение свай под подошву фундамента осуществляется вслучаях, когда при небольшой глубине заложения фундаментаневозможно осуществить его уширение. Как правило, в этомслучае используются составные сваи.

Усиление буронабивными сваями принимается призначительном увеличении нагрузок и большой толще слабыхгрунтов основания.

Устройство корневидных буроинъекционных свай производитсяпри невозможности частичной разборки и усиления фундаментовв стесненных условиях строительства, при значительномувеличении нагрузок и наличии слабых грунтов основания.


314

§ 6.2.1. Технология усиления ленточныхфундаментов монолитными железобетоннымиобоймами

Конструктивные решения усиления ленточных фундаментовмонолитными обоймами: с односторонним расширением;двусторонним; расширением ростверка фундамента сиспользованием железобетонных обойм (рис. 6.14).

Рис. 6.14. Усиление ленточных фундаментов монолитнымиобоймамиа - двустороннее уширение с анкеровкой; б - одностороннеерасширение; в - двустороннее при большом развитиисуществующего фундамента; г - двустороннее при большойглубине заложения фундаментов; 1 - фундаменты; 2 - монолитныежелезобетонные обоймы; 3 - анкеры из прокатного металла илиарматурных стержней; 4 - опалубка; 5 - балки; 6 - щебеночноеоснование; 7- опалубка; 8 - рабочий настил


315

Общая технологическая схема производства работ может бытьиспользована для кирпичных, бутовых, бетонных ижелезобетонных ленточных фундаментов.

При выполнении комплекса работ по усилению фундаментовпредусматривается следующая очередность процессов: понижениеуровня грунтовых вод при их наличии; отрывка траншей с однойили двух сторон фундаментной стены; очистка поверхностифундаментов; послойная укладка бетонной смеси с вибрационнымуплотнением; уход за бетоном; распалубка конструкций;проведение цикла гидроизоляционных работ; обратная засыпка иустройство отмостки; контроль качества и приемка работ.

Для повышения несущей способности фундаментов широкоиспользуется жесткая арматура из прокатных профилей,размещаемая в виде консольных элементов, при сквозномрасположении с объединением балочной системой. В каждомконкретном случае производятся расчет фундамента надополнительные нагрузки, определение геометрическихпараметров измерения, степени армирования и класса бетона.

Особое значение отводится созданию монолитностиусиливаемого фундамента и железобетонных обойм. Этодостигается путем устройства штраб и анкерных систем.

Работы по усилению фундаментов должны проводиться всоответствии с рабочей документацией и проектом производстваработ. Они выполняются участками протяженностью не более 1/4длины фундаментной стены по одной из осей здания, но не более10-12 м. Для коротких несущих стен допускается отрывка на всюдлину. Работы на следующей захватке могут начинаться не ранеечем через двое суток по окончании бетонных работ. Этот циклможет быть сокращен при использовании ускоренных методовтвердения бетона.

При глубине заложения фундаментов более 2 м условияпроизводства работ будут меняться в зависимости от величиныподпора грунта и состояния фундаментов, обеспечивающих ихустойчивость.

Следует отметить, что усиление фундаментов монолитнымиобоймами является самым трудозатратным способом. Он требуетбольшого объема вскрышных работ и ручной разработки грунта,мероприятий по обеспечению устойчивости стенок траншей, работпо устройству анкеров, дополнительному армированию, установке


316

неинвентарной опалубки и т.д. Это приводит не только кзначительным трудозатратам, но и повышению стоимости работ ирасхода материалов.

Данная технология не исключает нарушений структуры грунтаоснований фундаментов в результате атмосферных воздействий иотрицательных температур.

§ 6.2.2. Восстановление несущей способностиленточных фундаментов методом торкретирования

Достаточно эффективной технологией восстановления несущейспособности фундаментов неглубокого заложения являетсяустройство бетонной рубашки. После очистки стен фундаментовна ее поверхность наносятся 2-3 слоя торкрет-бетона.Технологический эффект повышается при использованиипневмонагнетателей с подачей смеси с дисперснымармированием.

На рис. 6.15 приведена технологическая схема производстваработ. Процесс восстановления несущей способности включаетэтапы: механизированной отрывки траншей по периметру здания;ручной подчистки грунта и очистки поверхности фундаментов;увлажнения и промывки; нанесения нескольких слоев торкрет-бетона; устройства гидроизоляции; обратной засыпки пазух спослойным уплотнением; восстановления отмостки.


317

Рис. 6.15. Технология восстановления несущей способностифундаментов методом торкретированияа - общий вид процесса; б - схема организации площадки: 1 -компрессор; 2 - бак с водой: 3 - цемент-пушка; 4 - сопло; 5 -материальные шланги; 6 - зона складирования грунта; 7 -восстанавливаемый фундамент; 8 - стена; 9 - ограждение; 10 -арматурная сетка на поверхности фундамента; 11 - дренажнаясистема; в - распылительное сопло для нанесения дисперсно-армированного бетона: 1 - шланг для подачи цемента; 2 - то же,для подачи фибры; 3 - шланг для подачи воды; 4 – водяное кольцо;5 - сопло

При достаточно высокой степени износа фундаментов возможноих усиление путем расположения на поверхности арматурныхсеток диаметром 4-6 мм с ячейкой 50-100 мм. Их крепление ктелу фундамента осуществляется путем анкеровки, а такжепристрелкой дюбелями.

После нанесения торкрет-слоев достигаются высокая адгезияи монолитность конструкции. Кроме повышения физико-механических характеристик и монолитности фундамента методторкретирования позволяет создать водонепроницаемую оболочку,что весьма важно при наличии высоких уровней грунтовых вод.


318

Процесс торкретирования осуществляется с помощьюоборудования, включающего: компрессор, бак с водой, цемент-пушку, комплект материальных шлангов и сопло.

Нанесение торкрет-слоев осуществляется последовательно,снизу вверх с перекрытием ранее нанесенного слоя не менее0,15-0,5 м.

Для торкретирования используются заполнитель с модулемкрупности не менее 2, цемент марок не ниже 400. Особыетребования предъявляются к влажности песка, которая не должнапревышать 3-5 %. Смесь песка с цементом подается поматериальному шлангу к соплу.

Туда же подается по отдельному шлангу вода. Для обеспечениянормального технологического процесса давление в шланге сводой должно быть на 0,5-0,75 атм выше, чем в материальномшланге с цементно-песчаной смесью.

При торкретировании поверхностей сверху вниз составматериалов принимается в соотношении 1:3,75, 1:4,4.Приготовление смеси осуществляется в растворомешалках сдлительностью перемешивания 1,5-2 мин. Для повышения физико-механических свойств торкрет-слоя в смесь добавляютсясуперпластификаторы в сухом состоянии из расчета 1-1,2 % массыцемента. При наличии заводов сухих смесей возможна доставка наобъект готовых составов в затаренных емкостях.

Нанесение осуществляется с помощью сопла, отнесенного отповерхности на расстояние 0,5-0,8 м. При скорости выходаувлажняющей смеси 120-150 м/с химически несвязанная водаудаляется за счет воздушного потока. Жесткая смесь адгезируетсяс торкретируемой поверхностью. При выполнении комплексаработ используется компрессор. При этом осуществляется егоочистка от масел и других загрязнений путем фильтрации черезводяной затвор. Давление в цемент-пушке 2,0-3,5 атм при шлангахдлиной 30-120 м соответственно.

Для обеспечения технологического регламента ведения работосуществляется пооперационный контроль: влажностисоставляющих, дозирования цемента и заполнителей, расходаводы. Особое внимание уделяется параметрам давления, котороеконтролируется манометрами и редукторами.


319

После нанесения каждого слоя производятся его увлажнениеи защита от прямого попадания солнечных лучей. Нанесениевторого и последующих слоев производится после достиженияпрочности не менее 1,5-2 МПа.

Качество нанесения слоев контролируется визуально. Итоговымконтролем являются определение степени адгезии с поверхностьюфундамента, а также физико-механические характеристикизащитных слоев. Путем отбора механических проб (кернов) влабораторных условиях осуществляется комплекс испытаний.

§ 6.2.3. Усиление фундаментов сваями

При степени износа фундаментов, превышающих 50 %, иувеличении нагрузок за счет надстройки этажей усилениефундаментов целесообразно производить методом устройствабуронабивных и корневидных свай. Этот весьма прогрессивныйметод позволяет провести повышение несущей способностифундаментов с минимальными трудозатратами и предельнымсокращением объемов земляных работ.

Ненарушенные структуры грунта позволяют максимальноиспользовать их физико-механические характеристики. Взависимости от характера залегающих под подошвой фундаментагрунтов сваи могут работать как сваи-стойки при опирании устьяскважины на плотные грунты и сваи висячие, когда основнаянагрузка воспринимается силами трения поверхности свай о грунт.

Бурение скважин производится бурильными станкамиколонкового типа, что позволяет выбуривать отверстия вусиливаемых фундаментах под различным углом наклона. Кустнаклонных забетонированных скважин носит названиекорневидных свай (рис. 6.16,а).


320

Рис. 6.16. Схема усиления фундаментова - корневидными сваями: 1 - усиляемый фундамент; 2 - стена; 3 -корневидные сваи; 4 - плотные грунты; б - технологическаяпоследовательность выполнения работ: I - бурение скважин; II -армирование; III - бетонирование скважины с извлечениемобсадной трубы; IV- готовая свая; 1 - рабочий орган буровоймашины; 2 - обсадная труба; 3 - арматурный каркас; 4 - бетоннаясмесь

При использовании бурового оборудования в слабых инеустойчивых грунтах, а также при значительной глубинезаложения свай используются обсадные трубы, предохраняющиестенки скважин от обрушения, а также бурение под слоембентонитового раствора.

Технологический процесс устройства буронабивных свайприведен на рис. 6.16,б. Он включает четыре этапа: бурениескважин с установкой обсадных труб на заданную глубину и подтребуемым наклоном; армирование скважин каркасом (какправило, цилиндрической формы); подачу, укладку и уплотнениебетона при одновременном извлечении по мере бетонированияобсадных труб; обустройство оголовка монолитной сваи.

Наибольшее распространение получила технология усиленияфундаментов зданий буроинъекционными сваями. Онипредставляют собой разновидность буронабивных свай, имеютмалый диаметр (50-250 мм) и большую длину (до 40 м).


321

При устройстве таких свай пластичную мелкозернистуюбетонную смесь инъецируют под давлением 0,2-0,3 МПа вскважину с предварительно установленной арматурой. Послезаполнения скважины бетонной смесью ее устье тампонируют иопрессовывают, создавая избыточное давление растворонасосомили сжатым воздухом.

При усилении фундаментов жилых зданий буроинъекционнымисваями их длина существенно сокращается, а технологияразделена на несколько стадий (рис. 6.17).

Рис. 6.17. Технологическая схема усиления фундаментовбуроинъекционными сваямиI - бурение скважины в теле фундамента; II - нагнетаниетампонажного раствора; III - повторное бурение; IV - установкаармокаркасов и нагнетание цементно-песчаной смеси; 1 -фундамент; 2 - буровой станок; 3 - бур; 4 - инъекция тампонажногораствора; 5 - зона укрепления фундамента; 6 - инъектор; 7 -армокаркас; 8 - установка для инъецирования; 9 – ростверк сваи


322

На первой стадии осуществляется выбуривание наклоннойскважины в теле фундамента на глубину, не превышающуюзаглубление 0,5 м. Затем осуществляется цементация фундаментапод давлением 0,1-0,2 МПа с целью повышения его монолитностии ликвидации расслоения в швах. После набора прочности 0,2-0,3МПа производится повторное выбуривание данной скважины, нона глубину, превышающую заложение фундамента. Затемпогружается арматурный каркас и производится нагнетаниецементно-песчаного раствора или мелкозернистой бетонной смесис дальнейшей опрессовкой.

В результате многостадийной технологии обеспечиваетсяповышение физико-механических характеристик кладкифундамента, а за счет создания свай достигается значительныйприрост несущей способности фундамента в целом.

Для производства работ используются мобильные бурильныестанки колонкового бурения с перфораторами.

Скважины выбуривают станками вращательного буренияСБА-500, которые производят бурение скважин через фундаменты,полы и другие конструктивные элементы под любым угломнаклона. Малые габариты станка, отсутствие вибрации и ударовпозволяют успешно использовать его в стесненных условияхреконструируемых зданий.

Технологический цикл устройства буроинъекционных свайвключает: подготовку площадки; разметку мест бурения;устройство скважин первой стадии; тампонирование телафундамента. После технологического перерыва в 2-3 дня,связанного с набором прочности тампонажного раствора,производят вторичное бурение на проектную глубину,превышающую глубину заложения фундаментов. Затемпроизводят армирование и нагнетание бетонной смеси споследующей опрессовкой. При наличии слабых грунтов ибольшой глубине скважин используют обсадные трубы.

Малые габариты бурильной установки позволяют выполнятьработы как с фасадной стороны здания, так и из подвальныхпомещений. Это обстоятельство существенно снижаетматериалоемкость и трудоемкость работ. Использование коронокс алмазным покрытием позволяет существенно ускорить циклбурения.


323

Качество производства работ контролируется пооперационно:контроль ведется при разметке мест бурения, установлении угланаклона, глубины бурения. При тампонировании скважинпроверяются качество тампонажного раствора, рабочее давление,расход материала. Дальнейшее бурение скважин требует оценкихарактера и глубины залегающих грунтов, что определяется повыбранным кернам. Устойчивость скважин обеспечиваетсяустановкой обсадных труб или бурением под слоем глинистогораствора при наличии грунтовых вод.

Особое место в пооперационном контроле отводится качествубетонной смеси, ее технологическим и физико-механическимсвойствам, характеру армирования и точности установкиармокаркасов в проектное положение, соблюдениютепловлажностного режима твердения бетона. Всеконтролируемые параметры отражаются в материалахтехнологических карт и проекте производства работ.

Для уточнения несущей способности свай осуществляютконтрольное бурение с заданными параметрами. Результатыиспытания контрольных свай позволяют внести коррективы вконструктивное решение по усилению фундаментов.

Усиление фундаментов буроинъекционными сваями наиболееэффективно в условиях слабых грунтов. Принимая модель в видетонких и относительно длинных изгибаемых строений,находящихся в упругом полупространстве, их устойчивость длялинейно деформируемой среды оценивается под действиемнагрузок. Длинная и гибкая свая-стойка может деформироватьсявследствие выпучивания. Под действием силы потеряустойчивости достигается при изгибе по нескольким полуволнам.Для определения критической силы К. Терцаги предложилзависимость следующего вида:

-

где т - число полуволн синусоиды, по которойсвая изгибается в грунте; r - радиус сечения сваи; EJ - изгибнаяжесткость сваи.

Число полуволн определяется из уравнения


324

-

где l - длина сваи; K - горизонтальный коэффициентпостели.

Изгибающий момент в центрально нагруженной свае можетбыть оценен зависимостью Мизг = Pa/(1 - Р/Ркр), здесь Р - нагрузкана сваю; Ркр - критическая сила, вызывающая потерю устойчивостисваи; a - коэффициент кривизны, определяемый как отношениепрогиба и длины сваи.

В практике усиления фундаментов, как правило, используютсяложные сваи, которые рассчитываются по деформированнойсхеме. С учетом граничных условий по заделке оголовка сваи ина нижнем конце, опирающемся в плотные слои грунтов, А.Г.Шашкиным разработаны расчетные модели, которыеприближаются к реальным условиям работы. Установлено, чтопотеря устойчивости свай невозможна, поскольку необходимая дляэтого критическая сила в 10 раз превышает несущую способностьсвай по грунту. Максимальные изгибающие моменты возникаютв месте заделки головы сваи в теле фундамента, что требует припроизводстве работ дополнительного инъецирования этой зоны.

На рис. 6.18 приведены расчетные и экспериментальные данныепо осадке наклонных свай, которые свидетельствуют о достаточновысокой степени адекватности результатов.


325

Рис. 6. 18а - графики осадки наклонных свай по экспериментальным (1) ирасчетным данным (2); б - схемы деформирования свай прикритической нагрузке Р

Отечественный и зарубежный опыт показывает, чтоиспользование буроинъекционных свай является одной изэффективных технологий усиления фундаментов жилых иисторически значимых зданий. Они применяются длявосстановления бутовых и кирпичных фундаментов старойпостройки с основанием на деревянных лежнях и сваях, которыепри длительной эксплуатации утратили несущую способность.

Усиление основания и фундаментов буроинъекционными сваямикостела Св. Екатерины в С.-Петербурге потребовало более 1200свай в веерном расположении и опиранием на относительнопрочную толщу песчаных грунтов. Дополнительная опрессовкасвай позволила увеличить их диаметр на 10-15 %, уплотнитьприлегающие слои грунта, тем самым повысить несущуюспособность.

Подобной технологией осуществляется усиление фундаментовжилых зданий ранней постройки в условиях слабыхводонасыщенных грунтов с потерей несущей способностидеревянных свай и лежней (рис. 6.19).

Рис. 6.19. Усиление фундаментов жилого зданиябуроинъекционными сваями1 - фундаменты; 2 - лежни из дубовых бревен; 3 - деревянные сваи;4 - буроинъекционные сваи; 5 - зона плотных грунтов


326

Устройство буроинъекционных свай осуществляется как свнешней стороны здания, так и с уровня первого этажа. При этомглубина свай принимается из условия их опирания в плотные слоигрунта.

Буроинъекционные сваи выполняют армированными изотдельных стержней диаметром до 25 мм класса А400 при ихсечении от 93 до 135 мм и арматурными каркасами с рабочейарматурой из 4 стержней диаметром 16-18 мм из стали классаА400. При сечении свай 150- 200 мм используютсямелкозернистые высокоподвижные бетонные смеси класса бетонане ниже В15.

§ 6.2.4. Усиление фундаментовбуроинъекционными сваями с электроимпульснымуплотнением бетона и грунтов

Электроимпульсная технология уплотнения бетонабуроинъекционных свай основана на передаче кратковременныхимпульсов большой мощности в теле скважины, заполненнойподвижной бетонной или цементно-песчаной смесью. Длясоздания импульсов используются специальные установки,обеспечивающие повышение напряжения с 220-380 В до 4,0-10кВ. Электроэнергия повышенного напряжения, проходя черезвыпрямитель, накапливается в блоке конденсаторов. С помощьюспециального разрядника - коммутатора накопленная энергиячерез коаксиальный кабель подается к излучателю, помещенномув свежеуложенную бетонную смесь. Излучатель состоит из двухэлектродов с фиксированным расстоянием между ними. Приподаче напряжения образуется разряд, который сопровождаетсяповышением температуры и гидродинамического давления до107-108 МПа за период времени 10-4-10-5 с. В результатегидравлического удара образуются сферические волны сжатия,которые через жидкую фазу бетонной смеси распространяютсяв окружающем грунте, тем самым уплотняя это пространство ирасширяя стенки скважины. Одновременно происходитуплотнение мелкозернистой бетонной смеси. Совокупностьфакторов уплотнения грунта стенок скважины и бетонной смесидает увеличение несущей способности свай. По данным фирмы«Рита», достигается повышение несущей способности свай в 2раза, сопротивление грунта под пятой возрастает в 1,3-2,0 раза, ана боковых поверхностях - в 1,2-1,5 раза.


327

На рис. 6.20 приведены принципиальная схема формированияэлектрогидравлических импульсов в бетонной смеси и динамикапередачи давления на стенки скважин.

Рис. 6.20. Схема формирования электрогидравлических импульсовпри устройстве свайа - общая технологическая схема; б - схема разрядника имеханизма уплотнения стенок скважины; в - распределениеплотности зоны грунта, примыкающей к скважине; г -распределение пульсации давления в бетонной смеси и грунте; 1 -скважина; 2 - погружная труба с разрядником; 3,4 - генератор


328

импульсного тока; 5 - литая бетонная смесь; 6,7 - разрядник сизолятором; Рmax - плотность грунта после электроимпульсноговоздействия; Р0 - начальная плотность

Распространение сферических волн через бетонную смесьобеспечивает уплотнение стенок скважины.

Для повышения технологического эффекта целесообразноиспользовать высокопластичные смеси с добавкойсуперпластификатора С-3 в объеме 0,2-0,3 % массы цемента.Меньшая сжимаемость смеси создает предпосылки болееэффективной передачи импульсов стенкам скважины.

При этом в силу высокого коэффициента затухания bнаблюдается экспоненциальное снижение амплитуды давленияпропорционально коэффициенту затухания Pg = P0e-br, где r -расстояние от источника импульса до исследуемой точки; P0 -динамическое давление на стенку скважины.

Таким образом, достигается локальное уширение скважины засчет кратковременного действия динамической нагрузки иповышения плотности грунта.

Зона уплотнения стенок зависит от величины динамическогодавления и реологических характеристик грунта. В свою очередь,динамическое давление в зоне разряда Pg = f(V,D,R), где V -подаваемое напряжение; D - зазор между электродами; R -электрическое сопротивление бетонной смеси.

При подаче электроэнергии на электроды излучателя вмежэлектродном пространстве создается высокая плотностьэнергии порядка 1013-1014 Дж/м2. В результате образуется плазмас высокой температурой и давлением до 108-1010 Па. Парогазоваясмесь совершает работу по формированию сферической ударнойволны, которая распространяется по бетонной смеси, совершаяработу по уплотнению грунта начиная с границы раздела «бетон-грунт» (рис. 6.21).


329

Рис. 6.21. Характер распределения динамического давления вбетонной смеси (1) и грунте (2)Р0 - давление на границе раздела сред; Рст.гр - статическоедавление грунта; Рг.б - гидростатическое давление бетонной смеси

К моменту окончания ввода энергии канал разряда развиваетсяв парогазовую полость, продолжая расширяться, что способствуетобразованию камуфлетного уширения. Когда в полости давлениеснизится до гидростатического давления бетонной смеси,происходит процесс «схлопывания» полости, а этот объемзанимает бетонная смесь. За полный цикл подачи импульсапроисходит уплотнение грунта на величину Dr c последующимзатуханием волны также по экспоненциальной зависимости, но сдругим коэффициентом затухания.

По экспериментальным данным, давление ударной волны врадиусе 1 м от центра разряда составляет 3,56 МПа, а нарасстоянии 1,2 м - 1,82 МПа. Это свидетельствует о высокомкоэффициенте затухания ударной волны в грунтовых условиях иболее высоких давлениях на границе раздела сред.

По данным Г.Н. Гаврилова, при энергии в 20-40 кДж достигаетсяуплотнение грунта на 10-15 % в радиусе до 0,8 м.


330

Динамический режим пульсации требует учета характеристикгрунта, которые определяются путем бурения контрольныхскважин с целью определения залегания различных по физико-механическим и реологическим характеристикам грунтовых слоев.Эти данные позволяют осуществлять электрогидравлическуюобработку с переменным режимом (энергии) воздействия.Компьютерное управление процессами позволяет получать сваи сзаданной несущей способностью.

Технологическая последовательность операций приизготовлении свай состоит в: установке инвентарного кондуктора;бурении скважины и монтаже обсадной трубы; заполнениискважины мелкозернистой литой бетонной смесью подвижностьюП5; установке электродной системы в забой скважины и обработкепяты сваи; импульсной обработке ствола сваи по расчетномурежиму с дополнением бетонной смеси; погружении арматурногокаркаса; демонтаже инвентарного кондуктора; формированииоголовка сваи.

На рис. 6.22 приведена технологическая схема устройства свай.


331

Рис. 6.22. Технологическая схема устройства свай по разрядно-импульсной технологии1 - буровой станок; 2 - трансформаторная подстанция; 3 -генератор импульсного тока; 4 - металлическая труба дляразмещения системы подачи напряжения; 5, 6 - разрядник; 7 -кондуктор; Dn - диаметр уширения пяты; Dу - диаметр уширенияпо высоте сваи; d1 - диаметр скважины; s1 - s1 - сопротивлениеслоев грунта сжатию

При производстве работ необходимо определить так называемыйотказ, т.е. такое камуфлетное уширение, при которомпоследующее разрядно-импульсное воздействие не приводит куширению полости сваи.

Это условие контролируется понижением и стабилизациейуровня бетонной смеси.


332

Особое место в производстве работ отводится процессууширения «пяты», что в целом определяет несущую способностьсваи.

Методика определения несущей способности свай производитсясогласно нормативному документу СНиП 2.02.03-85 «Свайныефундаменты».

При расчете свайных фундаментов по предельным состояниямпервой группы требуется выполнить расчет по несущейспособности грунта основания свай (п. 3.1 СНиП 2.02.03-85).

Несущую способность грунтов основания одиночной сваи всоставе фундамента и вне его рассчитывают исходя из условия(п. 3.10 СНиП 2.02.03-85): PCB=Fd/gK, PCB - расчетная нагрузка,передаваемая на сваю; Fd - расчетная несущая способность грунтаоснования одиночной сваи (несущая способность сваи); gK -коэффициент надежности, принимаемый в соответствии стребованиями СНиП 2.02.03-85.

Несущая способность висячей сваи определяется позависимости Fd = gс×(gCR×R×A + uSgcf××fi×li), gс =1 -коэффициент условий работы сваи; gс = 1,3 - коэффициент условийработы грунта под нижним концом сваи (принимается как для сваис камуфлетным уширением); gcf - коэффициент условий работыгрунта на боковой поверхности сваи (при разрядно-импульснойобработке i-го горизонта принимается gcf = 1,3); R - расчетноесопротивление грунта под нижним концом сваи (кПа).

Серия электрических разрядов в зоне скважины образуетуширения, которые заполняются бетонной смесью под действиемгидростатического давления.

Понижение уровня бетонной смеси равно: Dh = hнач - hкон.

Расход бетона на заполнение полости равен: Vб = pd2c/4Dh, гдеdc - диаметр скважины, м.

Приравняв объем полости к расходу бетона, требуемого на еезаполнение, получим диаметр условной полости, равный

-


333





Из теории камуфлетных взрывов известно, что отношениевеличины зоны уплотнения к радиусу образуемой полости независит от масштаба взрыва и находится в пределах 3,0-3,5: Dу= (3,0 - 3,5)Dn, Dу - диаметр зоны уплотнения, м; Dn - диаметрусловной полости, м. F - площадь опирания сваи, принимаемаяравной площади поперечного сечения уширения, получаемая врезультате обработки ее забоя по разрядно-импульснойтехнологии, составляет F = pD2у/4, где Dу - наибольший диаметр,м, разрядно-импульсного уширения; определяется по зависимости

-

где gб = 0,9 - коэффициент, учитывающийпотери бетонной смеси и уменьшение объема смеси вформируемом уширении за счет фильтрации воды из растворнойчасти в окружающий грунт; h = Dh/dc - коэффициент,учитывающий отношение изменения уровня бетонной смеси кдиаметру скважины; иi - периметр поперечного сечения стволасваи на i-м горизонте, м: иi = DDу, м; sгр - расчетное сопротивлениеi-го слоя грунта на боковой поверхности сваи, кПа (тс/м2),принимается по СНиП 2.02.03-85; hi - толщина i-го слоя грунта,соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м.

Технология усиления фундаментов сваями поразрядно-импульсной технологии

Технологические схемы усиления фундаментов с применениемнаклонных свай РИТА осуществляются с выполнением работ как состороны подвального помещения, так и по наружному периметрузданий. Устройство свай производится с наклоном в пределах 5-20°от вертикали. При удовлетворительном состоянии кладкиэлектроимпульсное уплотнение осуществляется за пределамиподошвы фундаментов.

Значительное повышение несущей способности достигаетсяпутем возведения распределительных железобетонных балок,располагаемых в поперечном сечении, с последующимустройством выносных буроинъекционных свай симметрично осиленточных фундаментов (рис. 6.23).


334


Рис. 6.23. Усиление ленточных фундаментов сваями РИТАа - с внешней стороны бесподвального фундамента; б -двустороннее усиление; в - передача нагрузки на сваи черезраспределительные балки

Для усиления фундаментов сваями энергия пульсации должнасоставлять 20-50 кДж с частотой подачи до 60 имп/мин.

Количество свай на 1 мп фундаментов определяется из условияих несущей способности с учетом дополнительных нагрузок отнадстраиваемых этажей. Шаг размещения свай оптимизируется нетолько с техническим, но и с экономическим обоснованием.

Для более полной оценки несущей способности свай производятоценку структуры грунтов, их глубины залегания и физико-механических характеристик. Эти данные получают путемзондирования. Они необходимы для назначения технологическихпараметров электроимпульсной обработки и компьютерногоконтроля качества работ.

Для уточнения фактических параметров несущей способностипроизводят испытания контрольных свай, устраиваемых в зонепроизводства работ. Это обстоятельство позволяет свести доминимума риск снижения их несущей способности с расчетнымипараметрами.

Технологический эффект от использования электроимпульснойтехнологии иллюстрируется данными контрольных испытанийбуроинъекционных свай без опрессовки, с опрессовкой под


335

давлением 0,4 МПа и свай с электроимпульсным уплотнением (рис.6.24).

Рис. 6.24. Сопоставительный анализ буроинъекционных свай безопрессовки (1), с опрессовкой под давлением 0,4 МПа (2) и свай сэлектроимпульсным уплотнением (3), (4)

Двух-трехкратное повышение несущей способности и снижениеосадок зарегистрированы для сложных инженерно-геологическихусловий при реконструкции объектов различноготехнологического назначения.

Восстановление несущей способности ленточных фундаментов

Технология восстановления несущей способности ленточныхфундаментов по разрядно-импульсной технологии состоит в ихцементации путем бурения скважин на 2/3 глубины фундаментас последующим заполнением цементным раствором. Разрядно-импульсное устройство мощностью до 4,0 кВ погружается вскважины и производится серия импульсов с последовательнымподъемом разрядника и дополнением смеси в скважину. В моментпрохождения импульсов создается избыточноегидродинамическое давление, которое способствует заполнениюразрушенных швов и отдельных полостей ленточных фундаментов.


336

Для восстановления бутовой или кирпичной кладкифундаментов энергия электрического разряда принимается впределах 0,3-1,5 кДж, а частота подачи импульсов 10-150 в минуту.Для цементации зоны «фундамент-грунт» энергия электрическогоразряда повышается до 5-15 кДж. Воздействие разряднымиимпульсами производят до полного насыщения цементнымраствором кладки, которое визуально оценивается, например, состороны подвальной части.

На рис. 6.25 приведена принципиальная схема восстановления иусиления фундаментов по данной технологии. Она осуществляетсяс внешней и внутренней сторон фундамента с шагом размещенияскважин 0,5-0,8 м. Образование скважин с внутренней стороныосуществляется легкими бурильными установками,размещаемыми на подвальном перекрытии.

Рис. 6.25. Технологические схемы восстановления и усиленияфундаментов цементацией с использованием разрядно-импульсной технологииа - схемы насыщения цементным раствором швов кладки; б -технологическая последовательность производства работ; в - зоныдействия цементации; 1 - фундамент из бутовой кладки; 2 -скважина диаметром 30-40 мм; 3 - зоны проникновения


337

цементного раствора в кладку; 4 - возможное укреплениеоснования цементацией

Для восстановления несущей способности фундаментовразрабатываются проект производства работ и технологическиекарты. С учетом степени износа фундаментов назначаютсятехнологические режимы цементации: энергия электрическогоразряда, частота пульсации, шаг скважин и продолжительностьдинамического воздействия.

Для оценки технологической эффективности и качества работосуществляют контрольную отрывку шурфов по периметру здания,визуальную и инструментальную оценки степени заполнения швовцементным раствором, а также монолитности фундаментов вцелом.

По результатам обследований составляют акт на скрытыеработы.

Для более детальной оценки несущей способности фундаментовпроизводят отбор кернов и их испытания в лабораторных условиях.

§ 6.2.5. Усиление фундаментов сваями враскатанных скважинах

Достаточно эффективной является технология усиленияфундаментов с применением свай в раскатанных скважинах.Скважины, выполненные такими снарядами, имеют повышеннуюустойчивость стенок и более высокую их плотность.

Раскатка скважин с целью уплотнения стенок грунта,прилегающих к скважине, осуществляется с применениемспециальных раскатчиков, которые представляют собойцельнометаллическую сварную или литую конструкцию,состоящую из смещенных и развернутых на определенный уголотносительно друг друга цилиндров и усеченных корпусов. Онимогут выполняться также из подвижных элементов, посаженныхна общем валу, оси вращения которых смещены относительнопродольной оси, что позволяет получить спиралевиднуюповерхность (рис. 6.26).


338

Рис. 6.26. Схемы рабочих органов раскатчиков скважина - цельнометаллический со смещением цилиндров и усеченныхконусов; б - с подвижными катками и взаимным смещением на90-120°; в - с катками сложной геометрической формы; 1 -приводной вал; 2 - расшатывающие катки; 3 - диски; 4 -спиралевидная траектория раскатки; 5 - стены скважины; I - зонасочленения с приводным валом; II - зона, формирующая стенкискважины; III - элементы раскатки скважины; IV - конусообразнаячасть раскатчика

При внедрении рабочего органа в грунт и вращении его поддавлением достигается уплотнение области грунта вокруграскатчика, что способствует повышению несущей способностисвай. Раскатка скважин - непрерывный процесс образованияцилиндрическо-конической полости в грунте путем егоуплотнения. Длина и диаметр (глубина) скважин принимаются взависимости от инженерно-геологических условий. Для усиленияфундаментов целесообразно использовать раскатчики скважиндиаметром 200-300 мм при длине скважин до 4 м.

Они могут располагаться вертикально и наклонно. Приустройстве свай в плотных грунтах возможно использованиелидирующей скважины.


339

В зависимости от нагрузок и воздействий сваи армируютсяотдельными стержнями, каркасами или жесткой арматурой.Бетонирование производится бетоном класса не ниже В15 суплотнением глубинными вибраторами.

В качестве базовых машин для раскатчиков используютсяотечественные экскаваторы на пневмоходу ЕК-12 и ТО-49.Гидравлическая система сочленения раскатчика со стрелойобеспечивает высокую мобильность системы и возможностьустройства скважин под различным углом наклона (рис. 6.27).

Основные технические характеристики на базе ТО-49 и ЭК-12показаны в таблице 6.7.

Таблица 6.7

№п.п. Характеристика ТО-49 ЕК-12

1 Диаметр раскатчика, мм До 250 До 300

2 Глубина раскатки скважин,м

До 8 До 8

3 Расположение скважин впространстве

Вертикальное инаклонное ±30° к

вертикали

Вертикальноенаклонное,

горизонтальное

4 Ширина захватки дляраскатки скважин с однойстоянки, м

До 2,7 До 15


340

Рис. 6.27. Общий вид установки для раскатки скважин на базеэкскаватора ТО-49

Отличительной особенностью технологии является возможностьуплотнения прослоек слабых грунтов за счет дополнительноговтапливания щебня, шлака и др. сыпучего материала. Этообеспечивает значительное повышение несущей способности засчет вовлечения в работу свай объема уплотненного грунта.

Инженерно-технологические изыскания проектирования иустройства свай должны содержать подробные сведения осостоянии, видах и физико-механических характеристиках грунтовпод подошвой фундамента, наличии прослойки слабых,просадочных, насыпных, а также грунтов с повышеннойвлажностью. Материалы инженерно-геологических изысканийрекомендуется уточнять дополнительными исследованиями сшагом по глубине через 0,2 м с использованием установокстатического зондирования.


341

Несущая способность свай оценивается как висячих с учетомрасчетного сопротивления слоев грунта, соприкасающихся сбоковой поверхностью. Методика расчета потока забивным сваямдана в соответствии со СНиП 2.02.03-85:

-

где и - периметр цилиндрическойсваи, м; hi - толщина i-го слоя грунта основания по боковойповерхности цилиндрической и конической частей сваи; fi -расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания по боковойповерхности цилиндрической и конической частей сваи; Ei -модуль деформации i-го слоя; xr, Ki - коэффициенты, учитывающиерасположение и физико-механические свойства грунта; ip - наклонбоковой поверхности конической части сваи.

Для усиления фундаментов внутренних стен, а также при работев подвальной части зданий используется малогабаритнаяустановка УРС-150, которая обеспечивает производство работ встесненных условиях. Диаметр раскаточных скважин составляет150 мм. Использование стандартных буровых штанг длиной 1,8-2,0м позволяет получать скважины глубиной до 4,5 м.

При проектировании усиления фундаментов определяютсярасчетным путем диаметр, длина и размещение свай в плане.Технологическая эффективность такого метода усиленияповышается при объединении тела фундамента со сваями путемустройства монолитного железобетонного ростверка.

Преимущества данной технологии состоят в улучшении физико-механических характеристик грунтов основания; обеспечениипримерно равной несущей способности свай в плане фундаментовза счет повышения однородности грунтов околосвайногопространства; отсутствии вибрационных воздействий;возможности производства работ в эксплуатируемых и аварийныхзданиях.

Расположение свай в плане фундамента должно учитыватьнеобходимость устранения просадочных свойств грунтамежсвайного пространства.

Производство работ


342

На рис. 6.28 приведены варианты технологических схемусиления фундаментов короткими сваями, расположенными подразличным углом к вертикальной оси фундамента. Для реализациипроцессов усиления требуется отрывка траншей по периметруфундаментов, которая осуществляется участками длиной 6-10 м.Затем производится устройство раскаточных скважин с расчетнымшагом размещения (1,0-1,5 м) и заданной глубиной.

Рис. 6.28. Технологическая схема усиления фундаментов сприменением свай в раскаточных скважинаха, б - на уровне залегания подошвы фундамента; в, г - путемустройства вертикальных свай и ростверка; д - наклоннымисваями без отрывки фундамента; 1 - приямок; 2 - ограждениеприямка; 3 - железобетонная свая; 4 - ростверк; 5 - фундаментреконструируемого здания; 6 - штраба; 7 - зона уплотненногогрунта; 8 - засыпка щебнем с уплотнением


343

При наличии слабых прослоек фунта повышение их плотностидостигается путем заполнения щебнем, шлаком и др. сыпучимиматериалами, которые втапливаются в стенки скважин.

Песчаные грунты с низкой влажностью перед устройствомскважины увлажняются.

При работе с водонасыщенными грунтами особое вниманиеуделяется сохранению устойчивости скважин.

Процесс устройства свай состоит в армировании скважин иукладке бетонной смеси. Как правило, бетонная смесьприготавливается на объекте. Для этого используютсяпередвижная бетономешалка и сухие расфасованные смеси.Подача бетона производится из бункера или с помощью лотков.Необходимо обязательное вибрационное уплотнение глубиннымивибраторами.

Более трудоемким является процесс усиления фундаментоввнутренних стен. Стесненные условия производства работ требуютзначительного объема подготовительных работ, дополнительныхтрудозатрат по доставке материалов, перемещения установки дляраскатывания скважин и др.

Наиболее технологичным является усиление фундаментовнаружных стен путем устройства вертикальных скважин. Дляпередачи нагрузки в местах примыкания сваи к фундаментуустраивается штраба, которая служит элементом ростверка. Такоерешение позволяет снизить объемы земляных работ и существенноинтенсифицировать основные технологические процессы.

По окончании работ по устройству ростверка на захватке инабора прочности бетоном восстанавливается гидроизоляция ипроизводится обратная засыпка пазух с послойным вибрационнымуплотнением грунта.

Оценка уровня трудозатрат и технологичности производстваработ показывает, что наиболее эффективными являютсятехнологические схемы, исключающие или снижающие доминимума объемы земляных работ.

Использование коротких свай в раскатанных скважинахобеспечивает снижение расхода бетона и металла в 1,5-1,8 раза итрудоемкости работ до трех раз.


344

Наибольшая технологическая эффективность достигается длявозведения свайных фундаментов под пристройки объемов(эркеров, лоджий, лифтовых шахт) при реконструкциималоэтажных жилых зданий.

Использование в качестве раскатчика скважин экскаваторовпозволяет совмещать производство земляных и свайных работ.

Контроль качества работ осуществляется в период раскаткискважин. Допускается отклонение сваи от проектного положенияне более 0,1 диаметра сваи. При наличии слабых грунтов в верхнейзоне раскатка скважин ведется в два этапа: с укреплением грунтовв начальной фазе и последующим прохождением раскатчика допроектной отметки.

Оценка несущей способности свай осуществляется поматериалам контрольных испытаний свай, которые устраиваются внепосредственной близости к усиляемому фундаменту.

В процессе производства работ ведется журнал, в которомотражаются технологические режимы, характеристикииспользуемых материалов и нестандартные ситуации.

§ 6.2.6. Усиление фундаментов многосекционнымисваями, погружаемыми методом вдавливания

В стесненных условиях производства работ, когда невозможноиспользовать буровую технику, применяются технологииустройства многосекционных свай методом вдавливания.

Для производства работ используются гидродомкраты икороткие пустотелые элементы железобетонных илиметаллических свай, которые наращиваются по мере погружения.Для создания необходимого усилия вдавливания используютраспределительные балки при двухстороннем расположении свайи железобетонный ростверк, устраиваемый в нишах фундаментапри одностороннем расположении.

По окончании погружения полость заполняется мелкозернистойбетонной смесью, чем достигается монолитность.

Одностороннее размещение свай используется в случаях, когдакроме повышения несущей способности фундамента необходимопроизвести углубление подвальной части.


345

При одностороннем расположении свай со стороны подвальнойчасти используются комплект механизмов для разборки кладкипри устройстве ниш, опалубочные системы для возведенияростверка, бетононасосный транспорт. Стесненность условийпроизводства требует высокой квалификации рабочих, соблюдениятехнологических регламентов и применения техникибезопасности.

При значительном углублении подвальной части зданийтехнологические схемы производства работ включают (рис. 6.29):подготовку участка фундамента под усиление и устройствожелезобетонного ростверка на уровне существующей отметкиподвальной части, который служит опорной частью дляразмещения гидравлических домкратов для погруженияэлементов механических свай; монтаж домкратов и вдавливаниеэлементов свай в грунт на проектную отметку; армирование иомоноличивание участка фундамента, в результате чегообразуется стена подвальной части требуемого заглубления;разработку грунта, устройство бетонной подготовки,гидроизоляции и монолитного железобетонного пола подвала.

Рис. 6.29. Схема усиления фундаментов многосекционнымисваями с двусторонним (а) и односторонним размещением (б)1 - фундамент; 2 - стена; 3 - распределительная балка; 4 –гидравлический домкрат; 5 - короткие пустотелые элементы; 6 -


346

железобетонная опорная плита, размещаемая в теле фундамента;7 - гидравлическая насосная станция

Производство работ осуществляется по захваткам 4,5-6,0 м, чтоисключает дополнительные осадки старых фундаментов исвязанное с этим процессом нарушение сплошности кладки.

Другим вариантом усиления фундаментов и углубленияподвальной части является технология устройства набивных свай,размещаемых на консольной части железобетонного ростверка,размещаемого в теле существующего фундамента (рис. 6.30).

Рис. 6.30. Технология усиления фундаментов и заглубленияподвальных частей зданийа, б - погружение свай; а', б' - омоноличивание и углублениеподвальной части; 1 - железобетонный опорный элемент; 2 -гидравлический домкрат; 3 - инвентарная опалубка; 4 - элементысвай; 5 - штраба в фундаменте; 6 - монолитный участок

Железобетонный ростверк выполняется с отверстиями, которыеслужат направляющими для размещения гидравлической системывдавливания труб.

После погружения труб на проектную отметку осуществляютсяих дополнительное армирование и бетонирование.


347

Совместная работа старого фундамента и усиления в виде свайпозволяют углубить подвальную часть на требуемую отметку,объединить сваи в единый ростверк, создав дополнительную стенуподвала.

Рассмотренные технологии требуют большого объема ручноготруда по устройству штраб, ростверка, консолей. Процесспогружения свай осуществляется из отдельных короткихэлементов, что исключает применение механизированныхспособов ведения работ.

Наиболее распространенной технологией является подведениепод существующие фундаменты отделанных столбчатых элементов(рис. 6.31), располагаемых в шахматном порядке, на глубину до0,5 м ниже новой отметки пола подвала, с последующим ихобъединением в общий массив. Технология производства работпредусматривает отрывку грунта под подошвой фундаментакороткими захватками длиной 1,2-1,5 м с устройством инвентарнойопалубки в плоскости существующего фундамента и укладкойбетонной смеси.

Рис. 6.31. Углубление подвальных частей зданий путемподведения монолитных элементов фундаментов1 - существующий фундамент; 2 - монолитная часть фундамента; 3


348

- опалубка; 4 - вибратор; 1-10 - технологическаяпоследовательность подведения фундаментов

Углубление фундамента осуществляется с интервалом внесколько захваток, что исключает дополнительную осадку.

После набора прочности бетоном не менее 50 % проектнойосуществляются разработка грунта в прилегающих зонах иподведение промежуточных монолитных элементов фундамента.

Стесненные условия производства работ исключаютиспользование механизированных средств отрывки грунта, чтоделает данную технологию весьма трудоемкой.

§ 6.3. Усиление фундаментов сустройством монолитных плит

Способы и технологии усиления или восстановления несущейспособности фундаментов определяются уровнемреконструктивных работ, а также методами создания новыхархитектурно-планировочных решений. При критическом износевнутренних стен и перекрытий возникает необходимость усиленияфундаментов с изменением расчетной схемы. В таких случаяхэкономически целесообразно принять комбинированную системуфундаментов: фундаменты для самонесущих стен и монолитнаяжелезобетонная плита для встроенных конструктивных элементов.Передача нагрузки на монолитную плиту снимает ограниченияпо высоте и количеству надстроенных этажей. При этом взависимости от состояния фундаментов наружных стен неисключаются их восстановление, усиление и укреплениеоснования подошвы рассмотренными ранее методами итехнологиями.

Устройство монолитной фундаментной плиты предусматриваетполный демонтаж конструктивных элементов внутри коробкиздания, подготовку основания, устройств для объединенияфундаментов стен с плитой с целью перераспределения нагрузок.

На рис. 6.32 приведены некоторые конструктивные решения,способствующие созданию устойчивых, малодеформативныхсистем, объединяющих фундаменты стен с монолитнойфундаментной плитой. Они основаны на использовании анкерныхустройств в виде металлических консолей в фундаментных стенах,


349

которые затем объединяются с армокаркасами плит изамоноличиваются.

Рис. 6.32. Конструктивные решения сопряжений фундаментовнаружных стен с монолитной фундаментной плитойа - с размещением анкеров в стене фундамента; б - то же, подподошвой фундамента; в - с подведением монолитной плиты подстену фундамента; г - с размещением анкеров в стене фундаментаи омоноличиванием с фундаментной плитой: 1 - фундаментнаружных стен; 2 - сквозные отверстия в фундаменте; 3 -металлический анкер из прокатной стали; 4 - монолитнаяжелезобетонная плита; 5 - бетонная подготовка; 6 - уплотненныйгрунт; 7 - гидроизоляция

В каждом конкретном случае техническое решение можетотличаться как конструктивной схемой, так и технологиейпроизводства работ. Наиболее простым вариантом являетсяустройство в основании фундамента штрабы глубиной 0,3-0,5толщины стены с последующим подведением монолитнойармированной плиты. При этом арматурный каркас долженвходить в штрабу, тем самым объединяя конструктивные элементыфундамента стены и монолитной плиты.

В местах размещения внутренних стен устраиваютсядополнительные ленточные углубления с проектнымармированием и омоноличиванием совместно с основным теломплиты (рис. 6.32). При устройстве фундаментов под колонны над


350

поверхностью плиты устраиваются сборные или монолитныестаканы.

При достаточно больших нагрузках на общий фундаментвозможно устройство свайного основания из буронабивных свай споследующим объединением их оголовков с монолитной плитой.Такие решения, как показал опыт реконструктивных работ,экономически целесообразны и весьма технологичны. Посравнению с методами, основанными на увеличении иливосстановлении несущей способности старых фундаментов,себестоимость работ снижается на 30-40 %, в то же время резкосокращается продолжительность работ вследствие возможностииспользования высокоэффективных машин и механизмов.

На рис. 6.33 и 6.34 в качестве примера приведеныконструктивно-технологические схемы устройства монолитнойплиты фундамента реконструируемого здания. Наличие большогофронта работ и отсутствие стесненности позволяют применятьпоточные методы производства работ и высокопроизводительноеоборудование. Так, при подготовке основания используютсясамоходные вибротрамбующие плиты. Армированиеосуществляется армокаркасами заводской готовности. Подача иукладка бетонной смеси - автобетононасосамипроизводительностью 20-40 м3/ч или с помощью бадьи и башенногокрана. Большие размеры захваток обеспечивают нормальныйфронт работ и возможность использования современных техники итехнологии.


351

Рис. 6.33. Варианты переустройства ленточных фундаментов вплитныеа - устройство сплошной плиты снизу подушек; б - то же,сплошной плиты с балками на шпонках; 1 - фундамент; 2 -монолитная плита; 3 - отметка верха пола подвала; 4 - рабочаяарматура плиты; 5 - кирпичная плита; 6 - штрабы; 7 - подготовкапод монолитную плиту; 8 - гидроизоляция


352

Рис. 6.34. Технологические схемы укладки бетонной смеси вмонолитные плиты фундаментова - с подачей бетононасосным транспортом; б - то же, башеннымкраном; 1 - бетоновоз; 2 - автобетононасос; 3 - распределительнаястрела; 4 - бетонная плита; 5 - бадья; 6 - башенный кран

Анализ трудоемкости работ по усилению фундаментовпоказывает, что в зависимости от конструктивного решенияпринятой технологии и производства работ этот показатель можетколебаться в достаточно широких пределах (от 1,2 до 12 чел.-дн/м3). В таблице 6.8 приведены статистические данные трудоемкостивыполнения работ различных методов усиления фундаментов.

Таблица 6.8

№п.п. Методы усиления фундаментов Трудоемкость работ на 1 м3

фундамента (чел.-дн/м3)

1 Бетонными обоймами 3,0-5,0:

2 Железобетонными обоймами 3,5-6,6

3 Методом токретирования 2,4-5,0


353

4 Уширение фундаментов сиспользованием металлических связей

1,8-5,6

5 Свайным основанием 4,6-10,8

6 Короткими сваями в раскатанныхскважинах

1,2-2,6

7 Сваями с электроимпульснымуплотнением бетона (РИТА)

2,0-2,4

8 Корневидными сваями 5,0-12,0

9 Восстановление фундаментов сустройством монолитной плиты

2,8-4,6

10 Замена фундаментов 7,0-18,0

Несмотря на значительный разброс трудоемкости производстваработ, на каждом объекте возможно применение толькоопределенного метода усиления, который учитывает конкретныеусловия. При возможности использования технология усиления спомощью свай в раскатанных скважинах является наиболееэффективной и экономичной. Ее отличительной особенностьюявляется возможность уплотнения прослоек слабых фунтов засчет дополнительного втапливания щебня, шлака и другогосыпучего материала. Это обеспечивает значительное повышениенесущей способности за счет вовлечения в работу свай объемауплотненного грунта.

Применением коротких (до 4 м) набивных свай в раскатанныхскважинах достигаются снижение расхода бетона и металла в1,5-1,8 раза и трудоемкости производства работ до 3 раз. Другимпреимуществом данной технологии является возможностьустройства фундаментов в насыпных грунтах, что характерно приустройстве пристроенных объемов реконструируемых зданий,находящихся в зоне обратной засыпки.


354

Для восприятия возросших нагрузок от надстраиваемых этажейэффективно использование буровых свай с электроимпульснымуплотнением (сваи РИТА). Достаточно адаптированная технологияк стесненным условиям производства работ может найти массовоеприменение для восстановления и повышения несущейспособности фундаментов жилых зданий различных периодовпостройки.

Технологический эффект может быть существенно повышен присочетании технологии раскатанных скважин и разрядно-импульсной.

При всем разнообразии технологий следует отметить, чтометоды усиления фундаментов, основанные на их вскрытии,требуют специальных мер по предотвращению нарушениясложившейся структуры грунта в уровне подошвы от воздействияатмосферных осадков и других техногенных процессов. Какправило, это приводит к дополнительным трудовым иматериальным затратам и, в ряде случаев, способствует снижениюих надежности.

§ 6.4. Восстановлениеводонепроницаемости и гидроизоляцииэлементов зданий

При реконструкции зданий особое внимание должно уделятьсяпроцессам восстановления горизонтальной, вертикальнойгидроизоляции и водонепроницаемости стен и подвальныхпомещений. Значение этих работ трудно переоценить, так какнарушение функционирования приводит к постоянной миграцииатмосферных осадков и грунтовых вод по поверхностям стен ифундаментам. Скорость миграции как процесса влагопоглощениязависит от состояния конструктивных элементов, их материала,технического состояния, а также уровня воздействий. Например,нарушение горизонтальной гидроизоляции приводит кпостоянному увлажнению наружных и внутренних стен,появлению различного рода высолов, потере физико-механическиххарактеристик штукатурных слоев, снижению адгезии скирпичной кладкой и их разрушению. Постоянное увлажнениенесущих конструкций при расположении в зоне отрицательныхтемпературных воздействий способствует постепеннымразрушениям, приводящим к потере несущей способности.


355

Восстановление горизонтальной гидроизоляции

Восстановление горизонтальной гидроизоляции является весьмаответственным и трудоемким процессом. В большинстве случаевмногооперационные процессы восстановления горизонтальнойгидроизоляции проводятся в стесненных условиях, требуютбольших затрат ручного труда, мало механизированы.

Анализ отечественного и зарубежного опыта показывает, чтонаряду с традиционными и трудозатратными методами веденияработ осваиваются более прогрессивные, обеспечивающиедостаточную степень надежности и долговечности, аиспользование высокоэффективного и производительного ручногоинструмента позволяет снизить до минимума трудоемкость работ.Особое место при этом отводится нетрадиционным способамустройства гидроизоляции, что является результатом внедрениядостижений научно-технического прогресса в область технологииреконструктивных работ.

§ 6.4.1. Вибрационная технология устройстважесткой гидроизоляции

Наиболее прогрессивным и технологически эффективнымследует считать метод установки жесткой гидроизоляции сиспользованием вибрационной технологии. Она основана наразрушении материала шва кирпичной кладки или стыка панелейпод действием высокочастотной вибрации или виброударныхвоздействий. При этом вибрационное или виброударноевоздействие передается через гофрированную пластину, котораяпосле разрушения материала оставляется в разрабатываемойполости и служит жесткой гидроизоляцией.

На рис. 6.35 приведена технологическая схема производстваработ. Оборудованием для ведения работ служит вибрационныйагрегат с частотой колебаний 200 Гц и амплитудой 0,1-0,3 мм.Использование горизонтально направленных гармоническихколебаний обеспечивает эффективное разрушение материала шваи проникновение пластины. После прохождения 3/4-4/5 глубинырезания осуществляется ручная добивка гофрированной пластиныдо проектного положения. Установка очередной пластиныосуществляется последовательно за предыдущей с обязательнымвзаимным перекрытием не менее чем на 2 паза.


356

Рис. 6.35. Вибрационная технология устройства жесткойгоризонтальной гидроизоляцииа - технологическая схема; б - схема размещения элементовжесткой гидроизоляции в плане: 1 - горизонтальный элементгидроизоляции; 2 - вибратор направленного действия; 3 -струбцина для крепления с элементами изоляции; 4 - тележка; 5 -кирпичная стена; в - зоны перекрытия элементов жесткойгидроизоляции; г - технологическая эффективность разрушенияшва в зависимости от режимов колебаний: 1 - частота 50 Гц,амплитуда 0,5 мм; 2 - то же, 200 Гц; 3 - виброударный режим счастотой 20 Гц

Горизонтально направленная вибрация создает условиявиброударного взаимодействия погружаемой пластины иматериала шва. Такие режимы существенно повышаюттехнологический эффект, увеличивая скорость погруженияпластин.

С целью однородного воздействия на обрабатываемый материалпластина по всей ширине закрепляется с источником колебаний


357

с помощью струбцин, а виброагрегат снабжаетсявиброизолированными рукоятками. При общей массевиброагрегата 6-8 кг обеспечивается ручная работа по устройствужесткой гидроизоляции.

Для обеспечения требуемой долговечности материал жесткойгидроизоляции выполняется из оцинкованной стали толщиной1,0-1,2 мм или из алюминиевого сплава. Ширина полос составляет0,4-0,6 м при длине, равной толщине изолируемой стены.

В зависимости от физико-механических характеристикматериала шва скорость погружения может колебаться вдостаточно широких пределах.

На процесс разрушения материала шва существенное влияниеоказывают профиль рабочего органа, а также интенсивностьвибрационного воздействия. В первом случае гофрированныйпрофиль обеспечивает необходимую жесткость системы, а еепериодический профиль - более интенсивное разрушениематериала.

Исследования процесса вибрационного разрушения показали,что эффективность виброударных режимов существенно выше, чемгармонических колебаний. В общем случае интенсивностьколебаний оценивается соотношением J = а2f3, где а - амплитудаколебаний, f - частота. Из соотношения следует, что повышениечастоты приводит к более высокой интенсивности по сравнениюс амплитудой. Поэтому использование вибраторов дебалансноготипа с частотой колебаний 200 Гц приводит к достаточно высокойинтенсивности при относительно низкой амплитуде колебаний.

Виброударный режим в отличие от гармонических колебанийнесет более высокую энергию при более низкой частотеколебаний. Так, при частоте 25-30 Гц и амплитуде колебаний0,5-0,8 мм эффективность разрушения материала более высокая,чем при гармонических колебаниях с частотой 50, 100 и 200 Гц иамплитудой колебания соответственно 1,0; 0,6; 0,3 мм.

Интенсивность колебаний при виброударных режимах можетбыть оценена зависимостью более сложного вида.

Увеличение прочностных характеристик раствора приводит кнекоторому снижению скорости разрушения. Эта зависимостьблизка к линейной. Установлена некоторая пропорциональность


358

скорости разрушения от механических характеристик растворнойчасти.

Создание эффективного камнерезательного оборудованияпозволило перенести достижения в этой области нареконструктивные работы. В частности, фирмой Cedimaвыпускается резательное оборудование в виде дисковых и цепныхалмазных пил, обеспечивающих сухую резку железобетонных икаменных конструкций с глубиной реза до 800 мм. Использованиеалмазного инструмента позволяет существенноинтенсифицировать процессы и повысить производительностьтруда.

Так, ручная алмазная пила 823Н имеет массу рабочего органа4,6 кг, гидравлический привод с маслостанцией HAG-11мощностью 7,5 кВт с набором гидрошлангов длиной до 10 м. Онаобеспечивает образование прорезей в кирпичной кладке,железобетоне и других материалах с радиусом действия до 10 м.Компактное решение гидропривода на пневмоходу обеспечиваетего размещение в зоне производства работ.

Отличительной особенностью данного оборудования являетсяотсутствие недопустимых вибраций и шума.

Для выполнения небольшого объема работ возможноиспользование гидравлической ручной цепной пилы JCS-823H сглубиной резания до 450 мм в бетоне, кирпичной кладке и другихматериалах.

§ 6.4.2. Восстановление гидроизоляцииинъецированием кремнийорганическихсоединений

Этот способ заключается в выбуривании горизонтальныхотверстий диаметром 20-25 мм на глубину 0,8-0,9 толщины стеныпо одной горизонтальной линии на уровне гидроизоляционногослоя с расстоянием 0,6-0,7 м. Затем в образовавшиесяцилиндрические полости устанавливаются инъекторы, в которыенагнетаются кремнийорганические соединения типа ГКЖ-10 илиГКЖ-11. Обладая высокой проницаемостью и малой вязкостью,кремнийорганические соединения распространяются попериметру инъекционных трубок в радиусе 0,5-0,6 м.


359

Отверстия под инъектором после окончания цикла нагнетаниятампонируются. Расстояние между инъекторами принимаетсятаким образом, чтобы зоны инъецирования пересекались не менее1/3 диаметра. Этот параметр, как правило, принимаетсяэкспериментально и учитывает пористость материала кладки,состояние швов и отдельных камней.

Как правило, работы по восстановлению гидроизоляцииосуществляются изнутри подвального помещения и только вредких случаях - со стороны фасадных поверхностей.

Способность кремнийорганических соединений вступать вреакцию с элементами кладки и образовывать плотные геле-выеструктуры обеспечивает требуемый уровень гидроизоляции.

На рис. 6.36 приведена принципиальная схема производстваработ. Она включает: разметку мест выбуривания полостей,выбуривание отверстий и нагнетание кремнийорганическойкомпозиции. Работу выполняют 3 человека: бурильщик IV разряда- 1, изолировщики III разряда - 1 и IV разряда - 1.


360

Рис. 6.36. Технологическая схема восстановления горизонтальнойгидроизоляции методом инъецирования кремнийорганическихсоединений1 - стена фундамента; 2 - отверстие для инъекций; 3 - зонаинъецирования; 4 - материальный шланг; 5 - гидронасос; 6 -перфоратор; 7 - инъектор; 8 - зона разрушения гидроизоляции

Рис. 6.37. Схемы восстановления горизонтальной гидроизоляциистен путем инъецирования изолирующего состава в швы кладкиа, б - общий вид процесса гидроизоляции; в - принципиальнаясхема: 1 - емкость с изолирующим составом; 2 - трубопроводы; 3 -шов кладки с отверстием; 4 - зона насыщения раствором

Контроль качества выполнения работ осуществляетсявизуально, по моменту появления инъецируемой среды нанаружной поверхности кладки. При этом трудоемкость работ в1,5-3 раза ниже, чем для случаев, рассмотренных выше.

При восстановлении горизонтальной гидроизоляции дляфундаментов с малой степенью физического износа применяетсяболее простая технология, основанная на созданиикристаллизационного барьера путем инъекциивысокопроникающих растворов щелочных кремнийорганическихсоединений типа метилсиликонатов калия с низкой плотностью -«вязкостью».

В результате взаимодействия химически активныхкремнийорганических соединений с углекислым газом воздуха, а


361

также с растворами солей и известью образуются кристаллынерастворимых гидросиликатов. С течением времени происходитрост кристаллов, которые блокируют капилляры, поры и трещиныв материале стен, а также создают внутренний гидрофобныйбарьер.

Благодаря пропиточной технологии введения растворасоздается водонепроницаемый экран толщиной 30-40 см.Химический процесс завершится через 28-30 сут.

Средний расход раствора для кирпичной стены толщиной 52 смсоставляет 6-8 л на погонный метр в горизонтальном направлении.

Технология производства работ состоит в устройстве отверстийв швах кладки на 2/3 ее толщины, установке инъекторов и системыполимерных труб, отходящих от емкости с композиционнымраствором.

Основными преимуществами данной технологии являются малаятрудоемкость подготовительных работ, универсальность и высокаятехнологичность.

Процесс насыщения раствором контролируется по расходуиспользуемого композита и времени, необходимого длякристаллизации новообразований.

§ 6.4.3. Восстановление наружной вертикальнойгидроизоляции стен фундаментов

Наиболее частыми являются повреждения вертикальнойгидроизоляции с внешней стороны фундамента. Разрушениевертикальной гидроизоляции и высокий уровень грунтовых водприводят к насыщению фундаментов водой, затоплениюгрунтовыми водами помещений и постепенному их разрушению.

Усиление или устройство новой наружной гидроизоляциивыполняют в следующей последовательности.

Вдоль стен подвала отрывают траншею на глубину на 0,5 м вышеподошвы фундамента. После этого для устройства изоляциинижнего пояса стены отрывают траншею отдельными участкамидлиной 2-3 м с интервалом 6-8 м. Лицевую сторону стены очищаюти промывают поверхность. Затем наносят цементно-песчаныйраствор.


362

Гидроизоляционный слой может быть устроен в зависимости отпроектного решения из рулонных материалов, асфальтовыхмастик, полимерных композиций, цементно-песчаного раствора.

При устройстве изоляции из рулонных материалов, в том числеполимерных пленок, по высушенной оштукатуренной поверхностипроизводят огрунтовку с последующей наклейкой рулонногоматериала в несколько слоев.

Для исключения доступа грунтовых вод к изолируемойповерхности используется водо-понизительные установки, а послевыполнения работ устраивается глиняный замок из жирноймягкой глины толщиной не менее 20 см. Затем производятобратную засыпку с послойным уплотнением.

На рис. 6.38 приведены некоторые технологические схемыпроцесса замены и восстановления вертикальной гидроизоляцииподвальных стен и фундаментов здания.

Рис. 6.38. Технологическая схема процессов восстановлениявертикальной гидроизоляции1 - изолируемые стены фундаментов; 2 - траншея; 3 - комплектоборудования для торкретирования; 4 - комплект оборудованиядля наклейки рулонной изоляции; 5 - обратная засыпка траншеибульдозером с послойным уплотнением; 6 - ограждение площадки;7 - складирование грунта; 8 - зона складирования материалов


363

Отрывка траншей с целью освобождения поверхности стены отгрунта осуществляется экскаватором с вместимостью ковша0,15-0,25 м3. Затем вручную осуществляется доработка грунта дооснования фундамента. Поверхность стены и фундаментовочищается, промывается и высушивается.

Если проектом предусмотрена рулонная гидроизоляция, топоверхность стены и фундамента выравнивается штукатурнымцементно-песчаным раствором, после затвердения которогопроизводятся огрунтовка поверхности и наклейка 2-, 3-слойногогидроизоляционного ковра.

При устройстве гидроизоляции в виде торкрет-слоя последнийустраивается после очистки и увлажнения поверхности. При этом2-3 слоя торкрет-бетона наносятся сверху вниз с взаимнымперекрытием слоев.

При наличии в проекте защиты гидроизоляционного слоя в видекирпичной кладки или кладки из бетонных блоков этот процессвыполняется параллельно ведению работ по гидроизоляции.

Объект разбивается на приблизительно равные захватки, накаждой из которых ведется определенный вид работ.

После окончания гидроизоляционных работ осуществляются ихприемка и оценка качества. Затем производят обратную засыпку спослойным уплотнением, восстановление отмостки и асфальтовогопокрытия.

§ 6.4.4. Технология повышенияводонепроницаемости заглубленных конструкцийзданий и сооружений путем созданиякристаллизационного барьера

Повышение водонепроницаемости заглубленных конструкцийполучило все большее развитие как принципиально новый метод,основанный на создании кристаллизационного барьера путемпроникновения в капилляры, поры цементного камня,микротрещины в бетоне, кирпичной кладке насыщенныхрастворов, содержащих химические соединения. Образующиесяпри контакте с минералами цемента на стенках пор и капилляровнитевидные игольчатые кристаллы создают плотные участкибетона, препятствующие водопроницаемости.


364

Основной принцип создания кристаллизационного барьерасостоит в эффекте осмоса, когда растворимые химически активныедобавки перемещаются от большей концентрации к меньшей,проникая вглубь капилляров, пустот и микротрещин.Внутрикапиллярное кристаллообразование уплотняет структурубетона на большую глубину, вступает в реакцию с негидратиро-ванными цементными зернами, образуя повышенный объем геля.

При разработке составов для гидроизоляции пористыхматериалов (бетон, кирпич и др.) учитывается эффект сниженияразмеров за счет повышения их смачиваемости и проникновениякомпозиции на большую глубину. Проникая в капилляры, онивступают в реакцию с компонентами бетона или кирпича, образуяхимические связи с сохранением капилляров, диаметр которыхсоизмерим с молекулами воды. Такой механизм взаимодействиязащищает конструкции из бетона или кирпича от проникновениявлаги, сохраняя их воздухопроницаемость.

Для восстановления гидроизоляции используются составызарубежных и отечественных разработок. Материалы,обеспечивающие формирование кристаллизационного барьера,производятся в Канаде, США, Бельгии и в основномпредназначены для повышения водонепроницаемости бетона.Составы Клайпекс, Пенетрон, Кальматрон, Вендекс, Торасилпозволяют повысить стойкость бетона не только по отношениюк воде, но и к агрессивным средам. Глубина пропитки такимисоставами составляет до 100 мм и возрастает со временем. В С.-Петербурге освоена технология изготовления Кальматрона иналажено массовое производство, а Пенетрон различныхмодификаций производится в Екатеринбурге и др. городах России.

Результаты испытаний состава Клайпекс приведены на рис. 6.39,где показано, что сопротивление водопроницаемости со временемвозрастает и достигает к 28-суточному сроку со дня обработкиболее 1,6 МПа. Уплотнение структуры бетона сопровождаетсяповышением его долговечности. Получен эффект резкогоповышения морозостойкости.


365

Рис. 6.39. Физико-механические характеристикиводонепроницаемости (а) и морозостойкости (б) необработанных(1), обработанных концентратом Клайпекс (2) и Акватроном (3)бетонных конструкций

Отечественная разработка - состав Акватрон существеннопревышает технологический эффект восстановлениягидроизоляции эксплуатируемых конструкций и вновь возводимых.Он обладает двойным защитным действием: капиллярным -композиционный материал глубоко проникает в поры изолируемойповерхности и бронирующим - образует на поверхности плотныйи высокопрочный защитный слой. Механизм повышениясопротивления водопроницаемости основан на реакции междукомпонентами Акватрона и гидроксидом кальция бетона. Врезультате химической реакции образуются нерастворимыекристаллы игольчатой формы, которые заполняют капилляры итрещины, вытесняя при этом воду. При эксплуатации действиеАкватрона носит эстафетный характер. Как только возникаетновый контакт с водой, возобновляется реакция и процессуплотнения структуры материала развивается в глубину до 150 мм.


366

Такое проникновение внутрь материала обеспечиваетводонепроницаемость до 20 МПа и повышение морозостойкости доF300 и более.

Применение гидроизоляционной смеси в качестве защитногопокрытия увеличивает стойкость материала к растворам серной,азотной, ортофосфорной кислот, морской воде, обеспечиваетнепроницаемость по отношению к нефтепродуктам.

Серийно изготавливаются два состава гидроизоляционнойсмеси: Акватрон-6 и Акватрон-8.

Состав Акватрон-6 обладает периодом схватывания (твердения)4-5 ч, а Акватрон-8 - 15-20 с. Быстродействие смеси успешноиспользуется при наличии активных протечек.

В таблице 6.9 приведены основные показатели и свойствагидроизоляционных смесей.

Таблица 6.9

Наименованиепоказателей

Гидроизоляционная смесь

Акватрон-6 Акватрон-8

Состав Цемент, песок, химические добавки

Внешний вид Порошок серого цвета

Область применения Обеспечениегидронепроницаемости бетона,

кирпича

Зачеканкаактивныхпротечек

Растворитель дляприготовления смеси

Вода


367

Водонепроницаемость W12 W5

Прочность на сжатие,МПа

45 Не менее 6

Прочность нарастяжение, МПа

6,2 Не нормируется

Глубина проникновения,мм

150 Не нормируется

Адгезия, МПа:

к бетону

к кирпичу:

красному

силикатному

шамотному

кислотостойкому

1,0

1,2

0,8

1,8

1,75

Не нормируется

Время твердения 4-5 ч 15-20 с

Расход материала, кг/м2 0,8-5 В объеме швазачеканки

Морозостойкость F300 Не нормируется

Влажность, % 0,1 0,1


368

Температураэксплуатации, °С

-60...+200

Время хранения, мес 9 6

Наибольшее распространение получила технология, реализующаяметод кристаллизационного барьера при помощи нанесения наизолируемую поверхность смеси портландцемента и мелкогокварцевого песка с набором химических добавок. Такая смесьзатворяется водой и наносится на влажную поверхность спомощью кисти, щеток, малярных валиков или распылителей.

При значительном повреждении гидроизоляции заглубленныхчастей фундаментов и подвальных помещений нанесениекомпозиционной смеси осуществляется методами набрызга илиоштукатуривания.

Цементно-песчаная составляющая композиция служитматрицей, обеспечивающей распределение химических добавок поизолируемой поверхности. В то время как в цементно-песчаномрастворе проходят процессы гидратации, на влажной изолируемойповерхности образуется высококонцентрированный растворхимических добавок, который проникает вглубь капилляров,пустот и микротрещин.

Средний расход состава Акватрон-6 - 1-3 кг/м2 изолируемойповерхности и зависит от состояния конструкции игидростатического давления жидкости.

При высоком гидростатическом напоре (до 1,2 МПа)осуществляется нанесение состава в виде штукатурного покрытиятолщиной 10-12 мм с расходом 5-9 кг/м2.

При значительном износе заглубленных конструкцийтехнология восстановления гидроизоляционных свойствосуществляется путем нагнетания раствора в пробуренныескважины. Это обеспечивает более глубокое проникновениесостава и восстановление не только гидроизоляционных, но ифизико-механических характеристик материала.

Отличительной особенностью композиционных смесей Акватронявляется высокая адгезия к бетону, кирпичу (керамическому,


369

силикатному, шамотному), что существенно расширяет диапазониспользования при восстановлении гидроизоляцииреконструируемых заглубленных частей зданий и сооружений, атакже при ликвидации дефектов возводимых конструкций.

Невысокая трудоемкость работ способствует снижениюсебестоимости, повышению долговечности и эксплуатационнойнадежности реконструируемых зданий.

§ 6.5. Технология усиления кирпичныхстен, столбов, простенков

При реконструкции жилых зданий со стенами из кирпичнойкладки возникает необходимость восстановления несущейспособности или усиления элементов кладки вследствиеувеличения нагрузок от надстраиваемых этажей. При длительнойэксплуатации зданий наблюдаются признаки разрушенияпростенков, столбов и кладки стен в результате неравномерныхосадок фундаментов, атмосферных воздействий, протечек кровли идр.

Процесс восстановления несущей способности кладки следуетначинать с исключения основных причин трещинообразования.Если этому процессу способствует неравномерная осадка здания,то следует исключить это явление известными и описаннымиранее методами.

До принятия технических решений по усилению конструкцийважно оценить фактическую прочность несущих элементов. Этаоценка выполняется методом разрушающих нагрузок,фактической прочности кирпича, раствора, а для армированнойкладки - предела текучести стали. При этом необходимо наиболееполно учитывать факторы, снижающие несущую способностьконструкций. К ним относятся трещины, локальные повреждения,отклонения кладки от вертикали, нарушение связей, опиранияплит и т.п.

Что касается усиления кирпичной кладки, то накопленный опытреконструкционных работ позволяет выделить ряд традиционныхтехнологий, основанных на использовании: металлических ижелезобетонных обойм, каркасов; на инъецированииполимерцементных и других суспензий в тело кладки; на


370

устройстве монолитных поясов по верхней части зданий (в случаяхнадстройки), предварительно напрягаемых стяжек и др. решений.

На рис. 6.40 приведены характерные конструктивно-технологические решения. Представленные системы направленына всестороннее обжатие стен с использованием регулируемыхнатяжных систем. Они выполняются открытого и закрытого типов,при внешнем и внутреннем расположении, обеспечиваютсяантикоррозионной защитой.

Рис. 6.40. Конструктивно-технологические варианты усилениякирпичных стена - схема усиления кирпичных стен здания металлическимитяжами; б, в, г - узлы размещения металлических тяжей; д - схемаразмещения монолитного железобетонного пояса; е - то же,тяжами с центрирующими элементами: 1 - металлический тяж; 2 -натяжная муфта: 3 - монолитный железобетонный пояс; 4 - плитаперекрытий; 5 - анкер; 6 - центрирующая рама; 7 - опорнаяпластинка с шарниром


371

Для создания требуемой степени натяжения используютсястяжные муфты, доступ к которым должен быть всегда открыт. Онипозволяют по мере удлинения тяжей в результате температурныхи других деформаций производить дополнительное натяжение.Обжатие элементов кирпичных стен производится в местахнаибольшей жесткости (углы, сопряжения наружных и внутреннихстен) через распределительные пластины.

Для равномерного обжатия кладки стен используетсяспециальная конструкция центрирующей рамы, которая имеетшарнирное опирание на опорно-распределительные пластины.Такое решение обеспечивает длительную эксплуатацию сдостаточно высокой эффективностью.

Места расположения тяжей и центрирующих рам закрываютсяразличного рода поясами и не нарушают общий вид фасадныхповерхностей.

Для элементов стен, простенков, столбов, имеющих разрушениякирпичной кладки, но не потерявших устойчивость, производитсяместная замена кладки. При этом марка кирпича принимается на1-2 единицы выше, чем существующая.

Технология производства работ предусматривает: устройствовременных разгрузочных систем, воспринимающих нагрузку;разборку фрагментов нарушенной кирпичной кладки; устройствокладки. При этом необходимо учитывать, что удаление временныхразгрузочных систем должно осуществляться после наборапрочности кладки не менее 0,7RКЛ. Как правило, такиевосстановительные работы ведутся при сохраненииконструктивной схемы здания и фактических нагрузок.

Весьма эффективны приемы восстановления неоштукатуреннойкирпичной кладки, когда требуется сохранить прежний видфасадов. В этом случае очень тщательно подбираются кирпич поцветовой гамме и размерам, а также материал швов. Послевосстановления кладки производится пескоструйная очистка, чтопозволяет получать обновленные поверхности, где новые участкикладки не выделяются из основного массива.

В связи с тем что каменные конструкции воспринимают восновном сжимающие усилия, то наиболее эффективным способомих усиления является устройство стальных, железобетонных иармоцементных обойм. При этом кирпичная кладка в обоймеработает в условиях всестороннего сжатия, когда поперечные


372

деформации значительно уменьшаются и, как следствие,увеличивается сопротивление продольной силе.

Расчетное усилие в металлическом поясе определяется позависимости N = 0,2RKJl×l×b, где RKJl - расчетное сопротивлениекладки скалыванию, тс/м2; l - длина участка усиливаемой стены, м;b - толщина стены, м.

Для обеспечения нормальной работы кирпичных стен ипредотвращения дальнейшего раскрытия трещин первоначальнымэтапом является восстановление несущей способностифундаментов методами усиления, исключающей появлениенеравномерных осадок.

На рис. 6.41 приведены наиболее распространенные вариантыусиления каменных столбов и простенков стальными,железобетонными и армоцементными обоймами.


373

Рис. 6.41. Усиление столбов стальной обоймой (а), армокаркасами(б), сетками и железобетонными обоймами (в, г)1 - усиливаемая конструкция; 2 - элементы усиления; 3 -защитный слой; 4 - щитовая опалубка с хомутами; 5 - инъектор; 6 -материальный шланг

Стальная обойма состоит из продольных уголков на всю высотуусиливаемой конструкции и поперечных планок (хомутов) изплоской или круглой стали. Шаг хомутов принимается не болееменьшего размера сечения, но не более 500 мм. Для включенияобоймы в работу следует инъецировать зазоры между стальнымиэлементами и кладкой. Монолитность конструкции достигаетсяпутем оштукатуривания высокопрочными цементно-песчанымирастворами с добавкой пластификаторов, способствующихбольшей адгезии с кладкой и металлоконструкциями.


374

Для более эффективной защиты на стальную обоймуустанавливается металлическая или полимерная сетка, по которойосуществляется нанесение раствора толщиной 25-30 мм. Принезначительных объемах работ раствор наносится вручную спомощью штукатурного инструмента. Большие объемы работвыполняются механизированным путем с подачей материаларастворонасосами. Для получения высокопрочного защитногослоя используются установки торкретирования и пнев-мобетонирования. Из-за высокой плотности защитного слоя ибольшой адгезии с элементами кладки достигается совместнаяработа конструкции и повышается ее несущая способность.

Устройство железобетонной рубашки осуществляется путемустановки арматурных сеток по периметру усиливаемойконструкции с креплением ее через фиксаторы к кирпичнойкладке. Крепление осуществляется путем использования анкеровили дюбелей. Железобетонная обойма выполняется измелкозернистой бетонной смеси не ниже класса В10 с продольнойарматурой классов А240-А400 и поперечной - А240. Шагпоперечной арматуры принимается не более 15 см. Толщинаобоймы определяется расчетом и составляет 4-12 см. Взависимости от толщины обоймы существенно меняетсятехнология производства работ. Для обойм толщиной до 4 смиспользуются методы нанесения бетона торкретированием ипневмобетонированием. Окончательная отделка поверхностейдостигается устройством штукатурного накрывочного слоя.

Для обойм толщиной до 12 см по периметру усиливаемойконструкции устанавливается инвентарная опалубка. В ее щитахустанавливаются инъекционные трубки, через которыемелкозернистая бетонная смесь нагнетается под давлением 0,2-0,6МПа в полости. Для повышения адгезионных свойств и заполнениявсего пространства бетонные смеси пластифицируются путемвведения суперпластификаторов в объеме 1,0-1,2 % массы цемента.Снижение вязкости смеси и повышение ее проницаемостидостигаются дополнительным воздействием высокочастотнойвибрации путем контакта вибратора с опалубкой рубашки.Достаточно хороший эффект

дает импульсный режим подачи смеси, когда кратковременныевоздействия повышенного давления обеспечивают более высокийградиент скоростей и высокую проницаемость.

На рис. 6.41,г приведена технологическая схема производстваработ путем инъецирования железобетонной обоймы. Установка


375

опалубки производится на всю высоту конструкции собеспечением защитного слоя арматурного заполнения.Нагнетание бетона осуществляется по ярусам (3-4 яруса). Процессокончания подачи бетона фиксируется по контрольнымотверстиям с противоположной стороны от места нагнетания. Дляускоренного твердения бетона используются системытермоактивных опалубок, греющих проводов и другие приемыповышения температуры твердеющего бетона. Демонтаж опалубкиосуществляется по ярусам при достижении бетономраспалубочной прочности. Режим твердения при t = 60 °Собеспечивает распалубочную прочность в течение 8-12 ч прогрева.

Железобетонные обоймы могут выполняться в виде элементовнесъемной опалубки (рис. 6.42). При этом наружные поверхностимогут иметь мелкий или глубокий рельеф или гладкуюповерхность. После установки несъемной опалубки и крепления ееэлементов обеспечивается замоноличивание пространства междуусиливаемой и ограждающей конструкцией. Использованиенесъемной опалубки имеет значительный технологическийэффект, так как отпадает необходимость в разборке опалубки, аглавное - исключается отделочный цикл работ.


376

Рис. 6.42. Усиление столбов с использованием опалубки-облицовки из архитектурного бетона1 - усиливаемая конструкция; 2 - армокаркас; 3 - элементыоблицовки; 4 - бетон омоноличивания

Наиболее эффективными несъемными опалубками следуетсчитать тонкостенные элементы (1,5-2 см), изготовленные издисперсно-армированного бетона. Для вовлечения опалубки вработу она снабжается выступающими анкерами, существенноповышающими адгезию с укладываемым бетоном.

Устройство растворных обойм отличается от железобетонныхтолщиной наносимого слоя и составом. Как правило, для защитыарматурной сетки и обеспечения ее адгезии с кирпичной кладкойиспользуются штукатурные цементно-песчаные растворы сдобавкой пластификаторов, повышающих физико-механическиехарактеристики. Технология строительных процессов практическине отличается от выполнения штукатурных работ.

Для обеспечения совместной работы элементов обоймы по еедлине, превышающей в 2 и более раз толщину, необходимаустановка дополнительных поперечных связей через сечениекладки. Усиление кирпичной кладки может быть произведенометодом инъецирования. Оно осуществляется путем нагнетаниячерез заранее пробуренные шпуры цементного илиполимерцементного раствора. В результате достигаетсямонолитность кладки и повышаются ее физико-механическиехарактеристики.

К инъекционным растворам предъявляются достаточно жесткиетребования. Они должны обладать малым водоотделением, низкойвязкостью, высокой адгезией и достаточными прочностнымихарактеристиками. Раствор нагнетается под давлением до 0,6МПа, что обеспечивает достаточно обширную зонупроникновения. Параметры инъекции: расположение инъекторов,их глубина, давление, состав раствора в каждом конкретномслучае подбираются индивидуально с учетом трещиноватостикладки, состояния швов и других показателей.

Прочность кладки, усиленной инъецированием, оценивается поСНиП II-22-81* «Каменные и армокаменные конструкции». Взависимости от характера дефектов и вида инъецированногораствора устанавливаются поправочные коэффициенты: тк = 1,1 -при наличии трещин от силовых воздействий и при использованиицементного и полимерцементного растворов; тк = 1,0 - при


377


наличии одиночных трещин от неравномерных осадок или принарушении связи между совместно работающими стенами; тк =1,3 - при наличии трещин от силовых воздействий при инъекцииполимерных растворов. Прочность растворов должна быть впределах 15-25 МПа.

Усиление кирпичных перемычек достаточно распространенноеявление, что связано со снижением несущей способностираспорной кладки вследствие выветривания швов, нарушенияадгезии и другими причинами.

На рис. 6.43 приведены конструктивные варианты усиленияперемычек с использованием различного рода металлическихнакладок. Они устанавливаются путем пробивки штраб иотверстий в кирпичной кладке и в дальнейшем омоноличиваютсяцементно-песчаным раствором по сетке.

Рис. 6.43. Примеры усиления перемычек кирпичных стена, б - путем подведения накладок из уголковой стали; в, г -дополнительными металлическими перемычками из швеллера: 1 -


378

кирпичная кладка; 2 - трещины; 3 - накладки из уголков; 4 -полосовые накладки; 5 - анкерные болты; 6 - накладки изшвеллера

Для перераспределения усилий на железобетонные перемычкивследствие увеличения нагрузок на перекрытия используютсяметаллические разгрузочные пояса, выполненные из двухшвеллеров и объединенные болтовыми соединениями.

Усиление и повышение устойчивости кирпичных стен.Технология усиления базируется на создании дополнительнойжелезобетонной рубашки с одной или двух сторон стены (рис.6.44). Технология производства работ включает процессыподготовки и очистки поверхности стен, сверления отверстий поданкеры, установки анкеров, крепления к анкерам арматурныхстержней или сеток, омоноличивание. Как правило, придостаточно больших объемах работ используетсямеханизированный метод нанесения цементно-песчаногораствора: пневмобетонированием или торкретированием и режеручным способом. Затем для выравнивания поверхностейнаносится затирочный слой и выполняются последующиеоперации, связанные с отделкой поверхностей стен.


379

Рис. 6.44. Усиление кирпичных стен армированиема - отдельными стержнями арматуры; б - арматурными каркасами;в - арматурной сеткой; г - железобетонными пилястрами: 1 -усиливаемая стена; 2 - анкеры; 3 - арматура; 4 - штукатурный илиторкрет-бетонный слой; 5 - металлические тяжи; 6 - арматурнаясетка; 7 - армокаркас; 8 - бетон; 9 - опалубка

Эффективным приемом усиления кирпичных стен являетсяустройство железобетонных одно- и двусторонних стоек в штрабахи пилястр.

Технология устройства двусторонних железобетонных стоекпредусматривает образование штраб на глубину 5-6 см,высверливание сквозных отверстий по высоте стены, креплениес помощью тяжей арматурного каркаса и последующееомоноличивание образовавшейся полости. Для омоноличивания


380

используют цементно-песчаные растворы с пластифицирующимидобавками. Высокий эффект достигается при использованиирастворов и мелкозернистых бетонов с предварительным домоломцемента, песка и суперпластификатора. Такие смеси кромебольшой адгезии обладают свойством ускоренного твердения ивысокими физико-механическими характеристиками.

При возведении односторонних железобетонных пилястртребуется устройство вертикальных штраб, в полости которыхустанавливают анкерные устройства. К последним осуществляетсякрепление арматурного каркаса. После его размещенияпроизводится установка опалубки. Она выполняется из отдельныхфанерных щитов, объединенных хомутами и прикрепляемых кстене с помощью анкеров. Мелкозернистая бетонная смесьнагнетается с помощью насосов поярусно через отверстия вопалубке. Подобная технология применяется при двустороннемустройстве пилястр с той разницей, что процесс крепления щитовопалубки осуществляется с помощью болтов, перекрывающихтолщину стены.

§ 6.6. Технология усиленияжелезобетонных колонн, балок иперекрытий

Основной принцип усиления конструкций заключается вовключении в работу дополнительных элементов, увеличивающихсечение и степень армирования, также и за счет изменениярасчетной схемы путем введения дополнительных опор.

Усиление железобетонных колонн возможно производитьразличными методами. Ряд из них подобен способам усилениякирпичных столбов.

Широко используются способ устройства железобетонных истальных обойм, метод усиления путем приварки металлическихуголков к рабочей арматуре, установка предварительнонапряженных хомутов, металлических обойм из уголка и листа,предварительно напряженного арматурного каркаса или хомутов.

На рис. 6.45 приведены некоторые варианты усиления колонн.


381

Рис. 6.45. Технологические схемы усиления железобетонныхколонна - стальными обоймами: 1 - колонна; 2 - металлический лист; 3 -уголки; б - наращиванием железобетонных обойм: 1 -железобетонная обойма с отверстием для нагнетания цементно-песчаного раствора; 2 - растворная часть; 3 - дополнительноеармирование сеткой; 4 - патрубок; 5 - насос-инъектор; в - усилениерабочей арматуры дополнительными стержнями и обоймой изуголков: 1 - усиливаемая колонна; 2, 3 - рабочая и наращиваемаяарматура; 4, 5 - уголки; г - усиление рабочей арматурыотдельными стержнями с последующим омоноличиванием: 1 -колонна; 2 - рабочая арматура; 3, 4 - наращиваемая арматура; 5, 6- опалубка; 7 - фиксаторы опалубки

При выполнении работ следует руководствоваться следующимиположениями технологии строительных процессов.


382

При усилении методом наращивания сечения в видежелезобетонных обойм следует произвести тщательную очисткуповерхности колонн; выполнить насечку, обеспечивающую болеевысокое сцепление с новым бетоном; при нарушении защитногослоя очистить выступающую на поверхность арматуру, произвестиантикоррозийную защиту; перед укладкой бетонной смесиповерхность колонн увлажнить.

При усилении с помощью металлических уголков и хомутовобязательным условием является плотное сопряжениеусиливаемых элементов с поверхностью колонны. Для этой целиосуществляются удаление неровностей и шлифовка поверхностиколонн.

Усиление методом наращивания к продольной арматуредополнительных уголков требует очистки швов после выполнениясварочных работ и омоноличивания вскрытых полостейполимерными растворами. Использование напрягаемых хомутовтребует применения инструмента, обеспечивающегоравномерность натяжения до расчетных усилий. Залогомкачественного выполнения технологических операций являютсяправильная организация пооперационного контроля и соблюдениетехнологического регламента.

Особый интерес представляет усиление колонн, примыкающихк наружным или внутренним стенам. Наиболее эффективнойтехнологией остается устройство железобетонной рубашки. Такоерешение принимается в случае, когда поверхность колонн сильноразрушена, имеют место отслоение защитного слоя бетона,высокая трещиноватость. Производство работ заключается вочистке поверхности колонны, устройстве насечки, установкедополнительного арматурного каркаса, монтаже опалубочныхщитов и нагнетании бетонной смеси в полость. Как правило, переднагнетанием мелкозернистой бетонной смеси производитсяобильное увлажнение поверхности колонн.

Нагнетание смеси производится известными установками собязательным контролем качества работ. Особое вниманиеуделяется вибрационным воздействиям на щиты опалубки, чтообеспечивает более равномерное распределение смеси изаполнение всех пустот и дефектов.

Возможно поярусное бетонирование усиливаемого слоя. В этомслучае торцевой щит опалубки выполняется разъемным. Послезаполнения одного яруса бетонной смесью производят


383

наращивание торцевого щита, и цикл повторяется. В процессеукладки необходимо тщательное уплотнение бетонной смесиглубинным вибрированием.

Достаточно высокий эффект омоноличивания достигается прииспользовании опалубки в виде вакуум-щитов. Это обстоятельствопозволяет удалить значительное количество химическинесвязанной воды, что приводит к повышению прочности бетонана 25-30 %. При этом сокращается цикл набора прочности иобеспечивается более ранняя распалубка конструкции.

При увеличении нагрузок на колонну, а также вследствиедеструктивных процессов, протекающих в бетоне, повышениенесущей способности достигается путем установки разгрузочныхэлементов в виде швеллеров, объединенных по периметру колоннхомутами.

Несмотря на простоту решения, метод усиления металлоемок ималопригоден в условиях реконструкции жилого фонда.

Для вовлечения в работу элементов стены используютнаклонные напряженные хомуты, объединяющие колонну состеной. Для этой цели на поверхности колонн устраивают штрабы,фиксирующие положение хомутов, а в кирпичной стене -наклонные сквозные отверстия. С помощью натяжных устройствобеспечиваются равномерное натяжение хомутов и вовлечениестены в совместную работу с колонной.

При высокой прочности стен такое решение позволяет усилитьколонну. В то же время оно может выполнять и противоположнуюфункцию - повысить устойчивость наружных стен. Это решениеможет быть успешно использовано при реконструкции старогожилого фонда с применением метода встроенных систем, когдаимеет место снижение устойчивости кирпичной кладки стен.

Усиление балочных конструкций осуществляется, как правило,несколькими способами: наращиванием арматуры растянутойзоны; наращиванием балок снизу с увеличением степениармирования и высоты сечения; установкой железобетонныхобойм; устройством шпренгельных систем; устройством затяжекпо нижнему поясу балок.

Если по расчету требуется незначительное увеличение сеченияарматуры растянутой зоны, то процесс усиления осуществляетсяследующим образом. С шагом 500-600 мм отбивают защитный слой


384

бетона от боковых стержней, оголяют арматуру. Затемосуществляют приварку z-образных коротышей диаметром 20-40мм, длиной до 200 мм. Далее приваривают дополнительныестержни продольной арматуры (рис. 6.46).

Рис. 6.46. Конструктивно-технологические схемы усиленияжелезобетонных балока - наращиванием арматуры растянутой зоны: 1 - усиливаемаяконструкция; 2 - наращиваемая зона; 3 - рабочая арматура; 4 -кронштейн для крепления дополнительной арматуры; 5-наращиваемая арматура; б - наращивание арматуры растянутойзоны в виде уголков: 1 - усиливаемая конструкция; 2 - рабочаяарматура; 3 - опорный уголок; 4 - дополнительное армирование; 5 -зона заделки цементно-полимерным раствором; в - устройствозатяжки по нижнему поясу: 1 - усиливаемая конструкция; 2 -дополнительная арматура; 3 - коротыш; 4 - натяжное устройство; г- дополнительное армирование нижнего пояса: 1 - усиливаемаяконструкция; 2 - арматура усиления; 3 - полимерцементныйраствор

После установки дополнительной арматуры осуществляется еезащита. Наиболее эффективной технологией являетсяторкретирование. В то же время имеется ряд композиционныхрастворов, которые обладают хорошей адгезией со старым бетономи арматурой и наносятся методом оштукатуривания.

Для более высокой степени усиления балочных конструкцийиспользуется для дополнительного армирования уголковая сталь,


385

которая с помощью коротышей и сварных соединений фиксируетсяк крайним стержням арматуры.

Сколы бетона после выполнения всех операций заделываютсяцементно-песчаным раствором.

Усиление нижнего пояса отдельными стержнямиосуществляется путем устройства затяжек, а также путемрасположения дополнительных стержней в пазы с последующимомоноличиванием полимерцементными высокоадгезионнымисоставами. Пазы образуют, используя специальный ручнойинструмент с алмазным напылением.

Для зданий жилого фонда шпренгельное усиление балокиспользуется чрезвычайно редко, так как требует периодическогонаблюдения за состоянием конструкции, а содержание без экранови подвесных потолков нарушает интерьер помещений.

Усиление и восстановление несущей способности перекрытийявляются наиболее распространенными задачами приреконструкции зданий.

По результатам обследований и оценки степени износаконструктивных элементов принимают решение о восстановлении,усилении несущей способности, частичной или полной заменеперекрытий. Принятию решения предшествует технико-экономическая оценка вариантов.

Конструктивные решения перекрытий для зданий различногопериода строительства весьма разнообразны. К наиболеераспространенным следует отнести: каменные перекрытия понесущим металлическим балкам; монолитные балочные ибезбалочные; сборные из сплошного и многопустотного настилов;сборные по балкам из штучных материалов и др. В перечисленныетипы перекрытий не вошли деревянные, так как срок ихэксплуатации и физический износ многократно превышаютдопустимые нормы.

Каменные перекрытия по металлическим балкам, как правило,выполнялись в подвальных этажах жилых зданий. Онипредставляют собой арочное перекрытие из кирпича по несущимметаллическим балкам из двутавра или рельса. В зависимости отстепени физического износа кирпичной кладки возможныследующие варианты усиления: установка затяжек для восприятияраспора с частичным восстановлением кладки; устройство


386

железобетонного наращивания сверху; устройствожелезобетонного наращивания снизу в виде арочной плиты;замена кирпичного арочного перекрытия на железобетонные.

Способы усиления монолитных перекрытий достаточноразнообразны и приведены на рис. 6.47. Основой усиленияявляется увеличение степени армирования растянутой или сжатойзоны с одновременным наращиванием сечения.

Рис. 6.47. Конструктивно-технологические схемы усилениямонолитных перекрытийа - путем наращивания арматуры растянутой зоны иторкретирования поверхностей; б, в - устройствомдополнительного армирования плиты с наращиванием верхнегожелезобетонного слоя; г - установкой звуко- и виброизоляционныхплит и наращиванием верхнего железобетонного слоя; 1 -железобетонное перекрытие; 2 - наращиваемая арматура; 3 -дополнительный слой бетона; 4 - штрабы; 5 - подвесная опалубка;6 - шумо- и виброзащитные плиты


387

Наиболее сложным и достаточно трудоемким является вариантусиления, основанный на установке дополнительных стержнейарматуры в растянутой зоне. В этом случае с интервалом 60-120 смпо длине вскрывается рабочая арматура на участках длиной 2-12см, к которой с помощью Z-образных кронштейнов привариваетсядополнительная арматура. Затем осуществляется торкретированиеповерхности для обеспечения требуемой адгезии и защитногослоя.

Рассматриваемый способ целесообразно использовать, когданижняя поверхность перекрытия имеет существенные дефекты ввиде разрушения бетона, при утрате защитного слоя арматуры,высокой трещиноватости поверхности и в других случаях.

Перед выполнением работ по наращиванию дополнительнойарматуры осуществляют очистку поверхности с помощьюпескоструйных аппаратов, обеспечивающих также очисткуарматуры от коррозии.

Процесс торкретирования осуществляется по известнойтехнологии путем нанесения 3-4 слоев. Как правило, работы поторкретированию потолочных поверхностей весьма трудоемки,требуют использования специальных составов бетона и методовпооперационного контроля. Особое внимание при этом должноуделяться соблюдению режимов тепловлажностной обработки иуходу за поверхностью торкрет-слоев, чтобы не допуститьвысыхания.

Более простыми и эффективными являются методы, основанныена поверхностном наращивании железобетонных слоев, а такжеустройстве дополнительных балочных систем.

По данной технологии в плите перекрытия вырезаются сквозныепродольные штрабы параллельно расположению рабочейарматуры. Затем устанавливаются подвесная опалубка,арматурный каркас, после чего производят укладку бетоннойсмеси. Одновременно производят работы по армированиюнаращиваемого поверхностного слоя. До укладки бетонной смесинеобходимо выполнить работы по насечке бетонной поверхности, аперед непосредственной укладкой смеси - увлажнение.

Укладку смеси производят за один прием с использованиемвиброреек и маячных досок с соблюдением известноготехнологического регламента. Особое внимание уделяетсявибрационной проработке густоармированной области штраб, где


388

используются глубинные вибраторы с гибким валом.Предотвращение смещения арматуры от проектного положениядолжно обеспечиваться использованием фиксаторов. Болеепростым технологическим решением является усилениеперекрытий путем наращивания слоя железобетона. В этой связиследует отметить, что для повышения адгезии старого бетона свновь укладываемым целесообразно на предварительноочищенную поверхность осуществить наклейку полимерной илиметаллической сетки на бентонитовом растворе. Помимо высокойадгезии при этом исключается весьма трудоемкий и экологическинеблагоприятный процесс устройства насечек на старойповерхности бетона. Процесс бетонирования производится через6-8 ч после наклейки сетки.

На рис. 6.47, г приведена конструктивно-технологическая схема,направленная на повышение не только несущей способностиперекрытия, но и на повышение его вибро-, шумоизолирующихсвойств. В качестве изоляционного материала могутиспользоваться плитный пенополистирол толщиной 2-4 см,жесткие минераловатные плиты, прессованный картон и другиематериалы. Они наклеиваются на заранее подготовленнуюповерхность перекрытия таким образом, чтобы оставалосьсвободное пространство для армирования и устройства ребранаращиваемого перекрытия. После выполнения работ поармированию производят подачу и укладку бетонной смеси однимиз приемлемых способов.

Конструктивное решение такого метода усиления позволяет бездополнительного расхода бетона увеличить высоту сжатой зоны,тем самым повысив несущую способность перекрытия.

Технологические схемы производства работ по усилениюперекрытий реконструируемого здания базируются намеханизированных процессах транспортирования композиционныхсмесей к месту укладки. Кроме широко распространенногобетононасосного транспорта используются пневмонагнетатели,цемент-пушки, растворонасосы. Они обеспечивают шланговуюподачу смесей на высоту до 30 м и до 200 м по горизонтали.Как правило, для сохранения стабильных физико-механических итехнологических свойств смеси приготавливаются в сухомсостоянии с заданными пропорциями. На строительную площадкуони доставляются в упакованной таре, и достаточно внестиуказанное количество воды, чтобы получить требуемуюконсистенцию.


389

Отличительными особенностями использования транспортныхсредств для доставки композиционных смесей являются ихвысокая производительность (до 5 м3/ч), малочисленностьобслуживающего персонала и надежность в работе. Этиобстоятельства позволяют довести выработку на одного рабочего впределах 150-200 м2 в смену.

Усиление перекрытий из многопустотного настилаосуществляется технологическими приемами, приведенными нарис. 6.48, путем верхнего наращивания слоя железобетона;установки дополнительной арматуры нижнего пояса ииспользования пустот. Последний вариант является наиболееэффективным, так как позволяет значительно увеличить несущуюспособность конструкции без заметного увеличения ее высоты придополнительном армировании зоны пустот. Технологияпроизводства работ мало отличается от ранее рассмотренных иведется традиционными приемами.


390

Рис. 6.48. Технологические схемы усиления перекрытий измногопустотного настилаа - методом наращивания железобетонного поверхностного слоя: 1- многопустотная плита перекрытия; 2 - металлическая сетка; 3 -слой наращиваемого бетона; б - дополнительным армированиемнижнего пояса: 1 - многопустотная плита перекрытия; 2 -дополнительная арматура, устанавливаемая в пазы; 3 -омоноличивание арматуры; в, г - путем армирования ибетонирования пустот: 1 - многопустотная плита перекрытия; 2 -продольные и поперечные сетки; 3 - слой наращиваемого бетона;4 - арматура в виде двутавров; д, е - схемы дополнительногоармирования зон опирания на стены

Метод верхнего наращивания плит перекрытий железобетономкроме увеличения несущей способности способствуетобразованию горизонтальных дисков жесткости, что взначительной степени приводит к повышению пространственнойжесткости реконструируемых зданий.

Локальные приемы и технологии повышения монолитностиперекрытий (рис. 6.49) могут быть достигнуты путем анкеровкижелезобетонных плит с наружными стенами, установкой анкерныхсвязей в виде стержней и каркасов, устройством шпонок,монолитного обвязочного пояса, объединенного с плитами, и др.приемами.


391

Рис. 6.49. Конструктивно-технологические решения включения всовместную работу железобетонных плит перекрытияа - усиление анкеровки железобетонных плит; б - установкаанкерных связей в виде стержней; в - то же, армокаркасами; г -устройство обвязочного монолитного пояса; д, е - устройствошпонок и железобетонного наращивания

Совместная работа плит перекрытий позволяетперераспределить постоянные и временные нагрузки, снизитьвеличину прогибов и исключить случаи нарушения сцепленияматериала шва между плитами.

Усиление конструкций композитными материалами изуглеродных волокон

Данный метод является наиболее прогрессивным, менеетрудоемким и более надежным. Его использование достаточноуниверсально, не вызывает дополнительных нагрузок.

Углеродные композитные материалы обладают высокойпрочностью на растяжение, модулем линейной упругости,коррозийной стойкостью.


392

Они успешно используются при выполнении ремонтно-восстановительных работ с целью повышения несущейспособности различных конструктивных элементов колонн, балок,плит перекрытий, выполненных из железобетона, металла,кирпича, дерева и др. материалов.

Разработаны три типа графитопластиковых лент с расчетнымсопротивлением растяжению 2800, 2400 и 1300 МПа.

Ленты поставляются в бухтах с общей длиной до 250 м, ширинойот 50 до 120 мм и толщиной 1,2-1,4 мм.

Основной способ усиления состоит в наклейке лент илиполотнищ из углеродистых волокон на усиливаемые конструкции(рис. 6.50). В качестве клеящего материала используютспециальные составы эпоксидных клеев, а также ремонтныерастворы. Качество усиления конструктивных элементов зависитот подготовки основания и соблюдения технологическогорегламента.

Рис. 6.50. Усиление несущих конструкций композитнымиматериалами в виде лент из углеродистых волокона - колонн; 6 - балок; в - плит перекрытий; г - графики наборапрочности клея на сжатие (I) и растяжение (II); 1 - наклеиваемыеленты; 2 - защитные покрытия


393

Основание усиливаемой конструкции должно быть ровным,обезжиренным, обеспыленным и чистым. При наличии раковини выколов основание шпатлюется ремонтным полимернымраствором.

Технология производства работ состоит в нанесении наподготовленную поверхность и ленту клеящего состава толщинойпрослойки в пределах 3-5 мм. Затем осуществляется наклейкаленты с прижатием с помощью ролика таким образом, чтобыизбыток клеящей массы был выдавлен за пределы кромок.

Усиление колонн цилиндрической или прямоугольной формыосуществляется наклейкой ленты с расположением по спиралис расчетным шагом, а также путем наклейки полотнищ попериметру колонн.

Балочные конструкции получают дополнительное усилениепутем размещения лент в растянутой зоне, а для восприятияпоперечных сил - по периметру. Плиты перекрытия могутусиливаться путем наклейки лент в продольном и поперечномнаправлениях. При усилении конструкций целесообразноосуществлять небольшую тепловую обработку составов. Этопозволяет за 8-12 ч достигать требуемой адгезии с поверхностьюусиливаемой конструкции.

Простота технологии наклейки, малая масса и коррозионнаястойкость позволяют широко использовать данную технологию дляусиления конструкций реконструируемых зданий при наличиидефектов, трещинообразования, а также при возросших нагрузках.


394

ГЛАВА 7ИНДУСТРИАЛЬНЫЕТЕХНОЛОГИИ ЗАМЕНЫПЕРЕКРЫТИЙ

§ 7.1. Конструктивно-технологическиерешения замены междуэтажныхперекрытий

В большинстве случаев основной причиной проведенияреконструкции жилых и гражданских зданий старой постройкиявляется повышенный износ конструкций междуэтажныхперекрытий, лестничных маршей и площадок. Замена такихконструктивных элементов не только является дорогостоящим итрудоемким видом работ, но и вносит значительные измененияв нагрузки на стеновые конструкции и фундаменты. Поэтомупроцессу принятия решения о материале и конструкциизаменяемых перекрытий предшествуют расчеты несущейспособности стен и фундаментов.

Повышение капитальности и огнестойкости реконструируемыхзданий достигается путем замены перекрытий из сборных,монолитных и сборно-монолитных железобетонных элементов.

Анализ конструктивных решений при сборном вариантепоказывает, что серьезными препятствиями на путиосуществления общей технической политики в областипроектирования реконструкции жилых зданий являются большаяноменклатура конструкций и их высокая себестоимость.

Тенденции использования эффективных сборных конструкцийшли по пути моделирования старых технологических схемперекрытий по деревянным или металлическим балкам садаптацией их к железобетонным конструкциям. Это привело ких разнотипности, мелко-штучности и нетехнологичности как впроцессе изготовления, так и монтажа.


395

При замене перекрытий целесообразно выделить несколькоконструктивных решений, отличающихся более высокимииндустриальностью и технологичностью. К ним следует отнести:использование балочных систем с заполнением пустотелымикерамическими или керамзитобетонными блоками; сборно-монолитные перекрытия по металлическим балкам с заполнениеммелкоштучными плитами-вкладышами; сборно-монолитныеперекрытия с применением несъемной опалубки изжелезобетонных плит-скорлуп, профнастила, пенополистирольныхплит; монолитные балочные и безбалочные перекрытия;перекрытия из железобетонных плит многопустотного настила пометаллическим балкам.

Область применения конструктивных решений зависит отстепени износа несущих стен, изменившихся нагрузок и условиймеханизации технологических процессов.

При использовании средств механизации в виде подъемников,тельферов и кранов малой грузоподъемности широко применяютсябалочные системы с заполнением керамзитобетоннымипустотелыми балками (рис. 7.1).

Рис. 7.1. Сборные и сборно-монолитные перекрытия измелкоразмерных блоков по балкам


396

а - сборное перекрытие из керамических блоков по стальнымбалкам; б - сборно-монолитное перекрытие из керамическихблоков «Симплекс»; в - сборное перекрытие по железобетоннымтавровым балкам с заполнением керамзитобетонными блоками; г -сборно-монолитное перекрытие системы Omnia (Великобритания):1 - балки; 2 - блоки и вкладыши; 3 - монолитный участок; 4 -арматурный каркас; 5 - арматурная сетка; 6 - поддерживающиебалки; 7 - телескопические стойки

Основные нагрузки воспринимаются балками, которыерасполагаются с шагом, соответствующим ширине проемов, а ихконцы заделываются в несущие стены. Используютсяметаллические балки в виде двутавров, таврового ипрямоугольного сечений из преднапряженного железобетона илимонолитные балки, образуемые пространством междупродольными рядами блоков, устанавливаемых на временныеподдерживающие балки и телескопические стойки.

После установки в проектное положение блоков их наружнаяповерхность омоноличивается легкобетонной смесью спредварительным сетчатым армированием.

Приведенные конструктивно-технологические решенияпозволяют получать перекрытия требуемой несущей способностии толщины с минимальным расходом материала. Они обладаютдостаточно высокими показателями по звукоизоляции за счетиспользования пустотных элементов и легкобетонных смесей.

Широкое распространение при замене перекрытий получилатехнология с использованием несъемной опалубки в видепрофнастила по балкам и тонкостенных железобетонных плит сарматурными выпусками (рис. 7.2).


397

Рис. 7.2. Сборно-монолитные перекрытия в несъемной опалубкеа - с использованием металлических балок и профнастила: 1 -стена; 2 - балка; 3 - подвесной потолок; 4 - технологическиеотверстия в стенке балки; 5 - монолитная железобетонная плита;6 - профнастил; б - с использованием железобетонной несъемнойопалубки; 1 - стена; 2 - монолитный бетон; 3 - несъемная опалубка;4 - распределительные балки; 5 - телескопические стойки

В Германии, Франции, Бельгии нашли распространениеоставляемые опалубочные системы из пенополистерольных плит.Основными их преимуществами являются малый вес, достаточнаяпрочность и невозгораемость. Малая масса элементов опалубкипозволяет выполнить работы вручную, используя системуподмостей и распределительных стоек, исключающих деформацииот свежеуплотненного бетона.

Оставляемая опалубка (Интербаусистем) предусматриваетиспользование армоопалубочных плит на пролет. Они опираютсяна штрабы, а по длине устанавливаются распределительныестойки для исключения деформаций. После плотного сочлененияпанелей производится укладка бетонной смеси. Размер плит,степень их армирования и толщина укладываемого бетонного слоярассчитываются индивидуально для каждого перекрытия с учетомпролета и нагрузок. Для повышения несущей способности верхняязона перекрытия армируется дополнительной сеткой. Такоерешение обеспечивает совместную работу плит несъемнойопалубки.

При реконструкции зданий достаточно часто встречаютсяслучаи, когда применение сборных и сборно-монолитныхконструкций бывает нерационально. Так, для зданий, имеющих вплане сложную конфигурацию, применение сборных конструкцийтребует использования большого количества типоразмеров (прималом количестве деталей каждого типа), что сводит «на нет» самуидею повышения уровня индустриализации реконструктивныхработ. То же самое происходит и при реконструкции зданий сразновеликими или неповторяющимися пролетами.

В подобных случаях наиболее рационально устройствомонолитных железобетонных междуэтажных перекрытий. Онимогут оказаться более эффективными в тех случаях, когда нетвозможности установить на объектах реконструкциисоответствующие грузоподъемные механизмы.


398

Монолитные перекрытия, нашедшие в настоящее времяширокое применение при реконструктивных работах,применяются в зависимости от величины пролетов, состояниянесущих стен и других элементов в различных конструктивно-технологических схемах (рис. 7.3). Они выполняютсябезбалочными, балочными, ребристыми или кессонного типа.

Рис. 7.3. Конструктивно-технологические схемы монолитныхперекрытийа - монолитное безбалочное перекрытие; б - балочное монолитноеперекрытие; в - кессонное безбалочное; г - монолитное ребристоеперекрытие с пенополистирольными вкладышами; 1 - монолитнаяплита; 2 - опалубка; 3 - поддерживающие элементы опалубки; 4 -балка; 5 - пенополистирольный вкладыш

Немаловажным фактором является возможность проведенияреконструктивных работ с частичным отселением жильцов, когда,например, одна секция здания реконструируется, а все остальныенаходятся в эксплуатации.

Другим примером может служить вариант замены перекрытийнескольких первых этажей, когда при ранее выполняемойнадстройке здания применены долговечные материалы, аконструкции находятся в хорошем состоянии.

Технология замены перекрытий предусматривает ведение работпо захваткам. В строительном процессе участвуют несколькотехнологических потоков: разборка перекрытий и демонтажвнутренних перегородок; устройство штраб и опорных элементовпод балки; возведение опалубки перекрытия; армирование


399

конструкций; подача, укладка и уплотнение бетонной смеси; уходза бетоном и его тепловая обработка до набора распалубочнойпрочности; демонтаж поддерживающих элементов стоек,прогонов, палубы.

В зависимости от конструктивно-технологических решенийразмер захваток может колебаться в широких пределах. Привозведении перекрытий из мелкоштучных конструкций по балкамза захватку принимается часть секции, обслуживаемаягрузоподъемным механизмом. При устройстве перекрытий внесъемной опалубке из профнастила размер захватки можетдостигать площади секции или этажа. Это связано с применениембетоноукладочного комплекса на базе бетононасосов. Их высокаяпроизводительность обеспечивает непрерывную укладку смеси наразмер захватки в течение рабочей смены.

В общем плане размер захваток определяется уровнеммеханизации производства работ. При этом интенсивность работобеспечивается количественным составом рабочих для созданияритмичного производства.

В таблице 7.1 приведен примерный график производства работпо устройству монолитного перекрытия с применением несъемнойопалубки из профнастила. Секция жилого дома имеет 4 захватки,на которых с отставанием на две смены ведется комплексстроительно-монтажных работ поточным методом. Общаяпродолжительность работ составляет 8 рабочих дней.

Таблица 7.1

График производства работ при устройстве монолитногоперекрытия по профнастилу


400

§ 7.2. Технология замены перекрытийиз мелкоштучных бетонных ижелезобетонных элементовВесьма распространенным решением при замене перекрытийявляется устройство междуэтажных перекрытий из несущихсборных железобетонных балок разного сечения и различногорода вкладышей. По своим конструктивным решениямжелезобетонные балки подразделяются на несколько типов: балкицельного сечения (тавровые и прямоугольные с выпускамиарматуры); балки составного сечения (швеллерные, Г-образные).

Балками таврового сечения перекрывают пролеты до 7 м. Этибалки изготавливаются преднапряженными на специальныхдлинных стендах с последующей разрезкой на требуемые размеры.Основным видом вкладышей в междуэтажных перекрытиях такойконструкции являются пустотелые железобетонные,керамзитобетонные и керамические блоки.

Недостатком данной технологии является необходимостьчастого расположения балок (через каждые 60-80 см), что влечет


401

за собой потребность вырубки в несущих стенах проемов для ихопирания.

В зависимости от принятой технологии и подъемно-транспортных механизмов производство работ осуществляетсяснизу вверх или сверху вниз. Преимуществом замены перекрытийначиная с верхнего этажа является возможность сохраненияпространственной жесткости и геометрической неизменяемостинесущих и ограждающих конструкций стен. При этом в качествеподъемно-транспортных средств используются приставныеподъемники и консольные краны, которые обеспечивают подачуконструктивных элементов через оконные проемы.

Недостатком этой технологической схемы является тообстоятельство, что процессы замены перекрытий и демонтажанижележащих конструкций должны производиться параллельно.Это требует дополнительных мер по технике безопасности испециальных мероприятий по исключению запыленности рабочихмест. Такое решение возможно при выполнении малых объемовработ в зданиях небольшой этажности.


402

Рис. 7.4. Технологическая схема замены перекрытий измелкоштучных блоков по железобетонным балкам1 - подъем балок на этаж; 2 - подъем блоков системой Lift; 3 -подача бетонной смеси автобетононасосом; 4 - распределительныестойки; 5 - подмости

На рис. 7.4 приведена организационно-технологическая схемапроизводства работ по устройству междуэтажных перекрытий изпустотных вкладышей по железобетонным балкам с последующимомоноличиванием бетоном или пенобетоном.

Работа по замене перекрытий ведется по захваткам сприменением башенного крана. До начала работ по устройствуперекрытия должны быть выполнены: разборка, демонтаж иудаление элементов конструкций, пришедших в негодность;ремонт, перекладка или усиление несущих и ограждающихкирпичных стен; пробивка и заделка проемов в перекрываемомэтаже в соответствии с проектом; подача на возведенноеперекрытие нижележащего этажа материалов и изделий дляпослемонтажных работ.

Для укладки балок в стенах пробивают гнезда глубиной в 1,5кирпича, высотой 4-5 рядов и шириной в 1 кирпич. По нижнейграни гнезд, соответствующей проектной отметке, устраиваетсяоснование для опор балок. Оно может выполняться из бетонныхподушек или цементно-песчаной стяжки. Монтируемую балкуподают в наклонном положении, обеспечивающем заведение ееконцов в опорные гнезда. При монтаже балок обязательнособлюдаются единый монтажный горизонт и фиксированноерасстояние между осями балок. Последнее обеспечивается путемиспользования шаблонов.

После установки и выверки балок осуществляются их анкеровкак стене и заделка гнезд бетоном или кирпичом на цементно-песчаном растворе. При выполнении работ по установке балокиспользуют монтажные подмости и инструмент для выверки впроектное положение. Затем производят укладку плит-вкладышеймежбалочного заполнения, пустотелых блоков и других элементов,предусмотренных проектом.

Для обеспечения монолитности перекрытия на верхний слойблоков укладывается арматурная сетка и осуществляетсябетонирование. Толщина укладываемого слоя не превышает 10 см.Используются высокопластичные и литые бетонные смеси, чтопозволяет с минимальным вибрационным воздействием получать


403

достаточно высокую плотность бетона и горизонтальностьповерхности. После приобретения бетоном прочности 1,5-2,0 МПаосуществляются его затирка и последующая шлифовка. Этопозволяет получать поверхности, готовые к укладке чистых полов.Эффективно использование бетонов на легких заполнителях, атакже пенобетона.

Последние достижения в области технологии приготовления итранспортирования пенобетона показывают, что использованиемобильной установки обеспечивает приготовление иперекачивание смесей на высоту до 30 м и до 300 м погоризонтали. При этом возможно получать поризованные смесиразличной плотности - от 300 до 1800 кг/м3 и прочностью от 0,5до 20,0 МПа. Пенобетон плотностью 300-400 кг/м3 возможноиспользовать в виде изоляционного слоя при возведенииперекрытий из железобетонных плит по металлическим илижелезобетонным балкам таврового сечения.

Организация работ по замене перекрытий предусматриваетиспользование звена рабочих в количестве 5 человек: монтажники4-го разряда - 1, 2-го разряда - 1, каменщики-бетонщики 4-горазряда - 2, такелажники 2-го разряда - 1.

Монтаж балок и заделку гнезд выполняет звено в полномсоставе, пробивку гнезд и подготовку опорных площадокпроизводят каменщики 2-го и 4-го разрядов, укладку арматурнойсетки и бетонной смеси - бетонщики (2 человека). Прииспользовании высокопроизводительного бетононасосноготранспорта или пенобетонной установки площадь захваток должнабыть увеличена из условия сменной производительностимеханизмов подачи смеси. Поэтому размер захваток прибетонировании может достигать 400-500 м2, что соответствуетплощади одного или двух этажей.

При производстве работ необходимо соблюдать правила техникибезопасности: запрещается хождение по уложенным плитам; дляпередвижения рабочих по балкам должны использоватьсявременные настилы из досок или щитов; запрещается перегружатьбалки сосредоточенными нагрузками от штабелей строительныхматериалов и деталей; не разрешается устанавливать монтажныестолики или подмости на балки без дополнительного настила.

Оценка качества работ должна производиться пооперационно.Смещение осей балок и расстояния между ними должныотличаться от проектных размеров не более 15 мм.


404

Отклонение нижних горизонтальных поверхностей потолка на 1м длины должно быть не более 2 мм и не более 10 мм на всю длинупомещений или его части, ограниченной балками.

§ 7.3. Технология замены перекрытийиз крупноразмерных плит

Замена перекрытий из крупноразмерных плит являетсянаиболее индустриальным и высокопроизводительным методомведения реконструктивных работ. При этом используюттехнологические схемы с опиранием консольных выпусков плит настены, металлические балки или железобетонные ригели. В связисо значительным увеличением массы перекрытия такое решениедопустимо при достаточной несущей способности стен ифундаментов.

Обязательным условием технологии и организации работявляется наличие подъемно-транспортных механизмов -башенных, стрелковых или кранов на пневмоходу.

До начала монтажа перекрытий из многопустотных плит сконсольными выпусками выполняется комплекс работ,включающий: разборку конструкций на захватке; монтажперекрытий нижележащих этажей; ремонт и перекладкуотдельных участков стен; пробивку и заделку проемов вперекрываемом этаже; подачу на смонтированное перекрытиематериалов и изделий для послемонтажных работ.

Для укладки плит при двухпролетной схеме здания (рис. 7.5)пробиваются гнезда во внутренней продольной стене и борозды(штрабы) глубиной 0,5 кирпича в наружной или противоположнойстене. Пробивку борозд и гнезд осуществляют с подмостей попредварительной разметке. На нижнюю поверхность гнезд иборозд укладывается цементно-песчаная подготовка,обеспечивающая единую отметку монтажного горизонта. В целяхобеспечения устойчивости стен пробивку гнезд и бороздпроизводят участками длиной, равной ширине 5-6 плит.


405

Рис. 7.5. Технология замены перекрытий из крупноразмерныхжелезобетонных плита - план участка перекрытий из железобетонного пустотногонастила; б - монтаж с подачей настила в наклонном положении; в


406

- монтаж с поворотом настила в горизонтальной плоскости; I, II, III- этапы монтажа

Работы по монтажу плит перекрытий производят снизу вверх научастках, ограниченных капитальными стенами. Железобетонныеплиты подают в наклонном положении, для чего используютчетырехветвевой строп с различной длиной ветвей,обеспечивающий наклон в пределах 20-30°. Монтаж элементовосуществляется с инвентарных подмостей. Последние 2-3 плитызахватки монтируют с установленных плит.

После установки 4-5 плит производят их анкеровку, заделкугнезд и борозд кирпичной кладкой или цементно-песчанымраствором. Должное внимание уделяется устройствутеплоизоляции торцов плит, опирающихся на наружные стены, сцелью исключения мостиков холода. Швы между плитамизаделываются цементно-песчаным раствором с уплотнениемвибратором, оснащенным штырьевой насадкой.

На участках недоборов в промежутках между выпускамиконсолей плит производится омоноличивание. Для этой целииспользуют подвесную инвентарную опалубку, армированиесетками или каркасами и бетонирование подвижными смесями.Разборка опалубки производится после достижения 70 %-нойпрочности бетона.

Основные требования к качеству работ включают: обеспечениеплотного примыкания плит перекрытий; обязательноезамоноличивание швов; разница в отметках опорных частей плитне должна превышать 4 мм, а в отметке верхней поверхности - 8мм; отклонение от горизонтали (разность отметок опирания плит)не должно превышать 8 мм.

Особое внимание в производстве работ должно уделятьсявопросам техники безопасности при пробивке гнезд и борозд,своевременному обнаружению деформаций стен, предотвращениюпотери их устойчивости. При подаче в монтажную зону плитперекрытия должны быть исключены раскачивание и удары остены.

Замена перекрытий из крупноразмерных плит выполняетсязвеном в составе 5 человек, из них: монтажники конструкций 4-горазряда - 1, 2-го разряда - 1, каменщики 3-го разряда - 1, 2-горазряда - 1. В звено входит также такелажник 3-го разряда.


407

При частом расположении внутренних несущих стениспользуется технология замены перекрытий большеразмернымиплитами по металлическим балкам.

На рис. 7.6 приведена организационно-технологическая схемапроизводства работ по замене перекрытий. Из-за частогорасположения поперечных стен, различного пролета требуетсябольшое число типоразмеров плит и балок. Это требуетиспользования башенного крана грузоподъемностью до 8 т дляобеспечения монтажного процесса наиболее тяжелых и удаленныхплит.


408

Рис. 7.6. Технологическая схема и план площадки по заменеперекрытий многопустотным настилом по металлическим балкам1 - металлическая балка; 2 - многопустотный настил; 3 - бетоннаяопорная площадка; 4 - штраба омоноличенная

Снижение себестоимости работ из-за большой номенклатурыизделий достигается путем использования преднапряженных плитперекрытий, изготовляемых по экструзионной технологиибезопалубочного формирования. Резательная технологияпозволяет получать практически любую номенклатуру изделий всоответствии с принятым планом перекрытия. При этомиспользуются специальные захваты для беспетлевого монтажаплит.

§ 7.4. Возведение сборно-монолитныхперекрытий в несъемной опалубке

Сборно-монолитные перекрытия с применением оставляемойопалубки являются наиболее эффективной технологиейреконструктивных работ. Основным преимуществом таких системявляется возможность получения высококачественныхпотолочных поверхностей.

На рис. 7.7 приведены организационно-технологические схемывозведения перекрытий с использованием железобетоннойтонкостенной опалубки.


409

Рис. 7.7. Технология устройства сборно-монолитных перекрытий внесъемной опалубке из железобетонных плит с выпускамиарматуры (а) и пенополистирольных плит (б) с последующимомоноличиванием1 - несъемная опалубка; 2 - ригели; 3 - телескопические стойки; 4 -монолитный бетон

При толщине железобетонной несъемной опалубки 4-6 см массамонтажных элементов (ширина 1,2-2 м, длина - 5,8 м) составляетсоответственно 0,72 и 1,2 т, что обеспечивает организациюмонтажного процесса путем использования башенного кранагрузоподъемностью до 3 т.

Технологический процесс возведения перекрытий включает:устройство штраб по периметру или продольным сторонам стенглубиной 0,5 кирпича и высотой 1 - 1,5 кирпича; устройство


410

единого монтажного горизонта путем выравнивания опорнойповерхности цементно-песчаным раствором; установкураспределительных балок на телескопических стойках инепосредственно монтаж элементов несъемной опалубки.

Установку элементов несъемной опалубки производят приработе крана «на себя», в наиболее удаленном пролете. Свободныеконцы панелей заводятся в полость штраб, затем осуществляетсяболее плотное примыкание внутренней кромки панели к ранееустановленной. Учитывая достаточно высокую гибкость панели, еегоризонтальность обеспечивается установкой 2-3 направляющихдеревянных ригелей на телескопических стойках, снабженныхвинтовыми домкратами. Это обеспечивает проектное положениеи точное совмещение потолочных плоскостей. Панели крепятсямежду собой распределительными стержнями арматуры иливременными устройствами. В местах контакта панелейустанавливается дополнительное сетчатое армирование в 2-3местах по длине пролета.

По окончании монтажа панелей осуществляется контроль ихгеометрического положения. Отклонения по горизонтали недолжны превышать 3-4 мм на пролет. Перепад высот смежныхпотолочных поверхностей ± 1 мм. Выполнение этих требованийосуществляется путем выверки панелей в проектное положениес помощью винтовых домкратов, устанавливаемых нараспределительных балках.

Омоноличивание конструкций перекрытия производится понескольким технологическим схемам. Если принята крановаяподача бетонной смеси, то ее укладка производится по окончанииработ на захватке. В случае использования бетононасосноготранспорта захваткой может служить один этаж, что позволяетмаксимально использовать технические возможностибетононасоса.

Укладка бетонной смеси производится по очищенномуоснованию панелей несъемной опалубки. Перед укладкой смесидолжно быть проведено обязательное увлажнение поверхности.Для укладки смеси используются переходные мостики ивременные настилы для расположения рабочих. Обязательнымтребованием является вибрационная проработка смеси сиспользованием глубинных или поверхностных вибраторов(виброреек). Карта бетонирования рассчитывается в каждомслучае в зависимости от конкретных условий и особенностейпланировочных решений. Подача смеси начинается с наиболее


411

удаленной точки. Бетонирование производится на проектнуютолщину. При этом особое внимание уделяется получениюгоризонтальных поверхностей, для чего используют системумаяков и маячных досок. После набора прочности бетоном 1,5-2,0МПа осуществляют затирку и шлифовку поверхности бетонногопокрытия. До начала бетонирования производят работы попрокладке электропроводки, канализационных труб и др.элементов.

После набора прочности бетоном 30-40 % проектнойосуществляется освобождение панелей от поддерживающихэлементов.

Работы выполняет звено в составе 4 человек: монтажники 4-горазряда - 1, 3-го разряда - 1; бетонщики-арматурщики 4-го разряда- 1, 2-го разряда - 1. При подаче смеси бадьями в звено включаетсятакелажник 2-го разряда - 1, а при подаче бетононасоснымтранспортом - машинист и оператор 5-го разряда.

Применение виброреек позволяет получать горизонтальныеповерхности с достаточно высокой вибрационной проработкойсмеси. Это обстоятельство способствует повышению адгезииукладываемого слоя с бетоном несъемной опалубки и арматуры.

Особый интерес представляет возможность использованиямонолитного слоя из пенобетона. Обладая значительнойпористостью и достаточно высокой прочностью, он способенсущественно повысить звукоизоляционные характеристикиперекрытий.

Для указанных целей целесообразно использование пенобетонаплотностью 900-1000 кг/м3 при прочности на сжатие 10-12 МПа.При использовании несъемной опалубки с более высокими физико-механическими характеристиками плотность пенобетона можетбыть понижена до 600-800 кг/м3, что заметно влияет на снижениевиброакустических характеристик перекрытия. Подачапенобетона осуществляется трубопроводным транспортом прицикличном или непрерывном его приготовлении.

Отечественной промышленностью выпускаются прицепныемобильные установки производительностью 5-8 м3/ч. При среднейтолщине монолитного слоя 10-12 см часовая производительностьустановки позволяет забетонировать 50-60 м2 перекрытия.


412

Эффект бетонирования повышается при использованиипенобетона с температурой на выходе 30-40 °С. При этом циклтвердения существенно ускоряется. Через 10-12 ч выдерживанияпенобетон набирает до 50 % прочности, что достаточно длядальнейшего ведения реконструктивных работ. Регулированиетемпературы пенобетона достигается за счет подогрева воды до80-90 °С.

§ 7.5. Технология возведениямонолитных перекрытий

Комплексный технологический процесс возведения монолитныхконструкций включает: подготовительные работы по устройствуштраб; устройство опалубки перекрытия с использованиемнаиболее эффективных опалубочных систем; армированиеотдельными стержнями или арматурными каркасами; подачу иукладку бетонной смеси средствами механизации; ускоренноетвердение бетона с применением различных энергоэффективныхметодов воздействия; уход за бетоном; демонтаж опалубки;контроль качества производства работ, в том числе режимовтепловой обработки; оценку интенсивности набора прочности ивремени распалубочных работ инструментальными методами.

Эффективность технологии достигается во взаимосвязиуказанных процессов, обеспечивающих ритмичную работу позахваткам и высокую оборачиваемость опалубки. При этомопределяющим фактором интенсивности является процесс наборапрочности бетоном.

В качестве опалубок могут быть использованы: опалубочныесистемы конструкции Алума-Системс (Канада); Пашал (ФРГ),Утинорд (Франция), Ишебек (ФРГ), Пери, ЦНИИ-ОМТП (РФ) и др.

Основными принципами формирования опалубливаемойповерхности являются: устройство поддерживающих элементов ввиде телескопических стоек и фиксаторов, пространственных рамиз стоек; размещение ригельной системы, воспринимающейнагрузки; устройство палубы из отдельных унифицированныхщитов или листов водостойкой фанеры.

На рис. 7.8 приведены конструктивные схемы наиболеераспространенных и адаптированных к условиямреконструктивных работ опалубочных систем. Общим элементом


413

систем являются телескопические поддерживающие стойки илирамы. Они снабжены различными элементами, обеспечивающимиустановку поддерживающих балок или щитов опалубки на данномуровне.

Рис. 7.8. Конструктивно-технологические схемы устройствамонолитных безбалочных перекрытий с использованиемразличных опалубочных системa - опалубка перекрытия системы Ишебек: 1 - телескопическиестойки; 2 - системы балок и подвижных ригелей; 3 - палуба излистов фанеры; 4 - армирование; 5 - бетон; б - опалубка системыАлума-Системс; в - опалубка системы Пери: 1 - телескопическиестойки; 2 - опорные балки; 3 - прогоны; 4 - палуба из фанеры; 5 -монолитный железобетон; 6 - виброрейка; г - опалубка системыУтинор: 1 - телескопические стойки с оголовником; 2 -инвентарные опалубочные щиты; 3 - железобетонное перекрытие;4 - доборные элементы опалубки

Конструкция стоек такова, что она позволяет, изменяя высоту,производить распалубку с сохранением устойчивости всейсистемы. Ригели и балки, воспринимающие непосредственнонагрузки от бетона, выполняются с возможностью размещения


414

палубы из многослойной водостойкой фанеры с гвоздевымкреплением. Это обстоятельство позволяет успешно выполнятьработы по устройству перекрытий сложной геометрическойформы.

Применение инвентарных щитов с палубой из фанеры такжевесьма эффективно, однако требует дополнительных затрат наустройство доборных элементов. Такие системы могут бытьуспешно использованы при реконструкции зданий прямоугольнойформы.

Наиболее приемлемой для целей реконструкции итехнологичной следует считать систему опалубки Ишебек. Ееотличительным признаком является создание балочной системы,опирающейся на телескопические стойки, между которымирасполагаются прогоны с изменяемым расстоянием междуопорами. Такое решение позволяет за счет изменения шагапрогонов возводить перекрытия различной толщины, а такжеуспешно использовать палубу в виде фанерных щитов.Механическая система крепления балок к опорным стойкамсущественно упрощает процесс сборки и распалубки. Комплекстехнических новшеств позволяет повысить технологичностьсистемы и довести трудоемкость монтажа опалубки до 0,2-0,28чел.-ч на 1 м2 перекрытия.

В целом трудоемкость опалубочных работ зависит от многихфакторов: материала опалубки, конструктивного решения, уровнясобираемости и точности сохранения геометрической формы,массы отдельных элементов и степени подготовленностиинженерно-технического состава и квалификации рабочегоперсонала.

Анализ трудозатрат на устройство 1 м2 опалубки перекрытийдля различных систем показал, что при ручной установке этотпоказатель колеблется от 0,3 до 1,2 чел.-ч/м2. Наиболеетехнологичными следует считать опалубочные системы Пашал,Алума-Системс, Пери, у которых трудоемкость возведенияопалубки не превышает 0,3 чел.-ч/м2, а масса элементов опалубкисоставляет 24-17 кг/м2. За счет использования фанерной палубывместо отдельных щитов трудозатраты могут быть снижены до0,2-0,22 чел.-ч/м2.

С целью снижения удельной массы опалубочных щитов иподдерживающих элементов используются легкие сплавы изалюминия, а также титана. Это обстоятельство позволяет вручную


415

осуществлять сборку, что делает процессы малозависимыми откранового оборудования. Таким образом, интенсивность веденияопалубочных работ можно повысить путем увеличениячисленности рабочих.

Технология производства работ по устройству безбалочныхперекрытий ведется по захваткам. Обязательным конструктивнымусловием является устройство штраб по периметру стен приопирании плит по контуру или при опирании по двум сторонам.Эта технологическая операция выполняется традиционнымспособом с использованием приставных подмостей и ручногомеханизированного инструмента. Затем производится циклопалубочных работ.

При ручной установке опалубочной системы предварительно наперекрытие нижележащего этажа подается с помощью кранакомплект опалубки в соответствии с расстановкой опорных стоек,раскладкой прогонов, балок, щитов или фанерных листов палубы.Выполнение опалубочных работ сопровождается геодезическимконтролем уровней и отметок, контролем качества сборки щитов,оценкой устойчивости стоек и опалубочной системы в целом.

После окончания работ на захватке осуществляют армированиеплиты. Как правило, эти работы выполняют из отдельных стержнейс ручной вязкой и установкой фиксаторов, обеспечивающихполучение заданного защитного слоя. Это обстоятельствопозволяет высвободить крановое время на другие операции иобеспечивает заданный цикл работ путем регулированиячисленности рабочих.

Цикл бетонирования осуществляется с подачей смеси краномили бетононасосным транспортом. Принятие той или иной схемызависит от объема одновременно укладываемой смеси. Циклукладки бетонной смеси сопровождается обязательнымвибрационным уплотнением, затиркой поверхности и еешлифовкой.

Фактором, определяющим цикл бетонных работ, являетсяпроцесс набора прочности бетоном. Для перекрытийраспалубочная прочность должна составлять 70 % проектной.

Современные технологии термообработки бетонных смесей всовокупности с использованием химических добавок позволяютдостигать указанные пределы прочности за 24-36 ч. На основанииданных параметров процесса набора прочности осуществляется


416

выбор потребного количества опалубочных систем с учетомпоточного производства работ. Как правило, используютсякомплекты опалубки на две захватки. На одной осуществляютсябетонирование, выдержка и тепловая обработка, а на второй -монтаж и арматурные работы. Распалубливаемые конструкцииопалубочной системы очищаются, при необходимостивосстанавливаются и поступают на монтаж третьей захватки.Таким образом, осуществляется поточное производство работ повозведению перекрытий.

На рис. 7.9 приведена организационно-технологическая схемавозведения перекрытий для здания сложной конфигурации.Перекрытие каждого этажа реконструируемого здания разбито на3 захватки, где поочередно или с совмещением ведутся работыпо монтажу опалубки, армированию перекрытия и бетонированию.На фрагменте стройгенплана приведены схема размещенияскладских зон, участок подготовки опалубочной системы, местаприема бетонной смеси. Весь технологический процессобслуживается башенным краном грузоподъемностью 3,0 т.Организация работ предусматривает групповую подачу элементовопалубки на ранее возведенное перекрытие и ручную ее установку.


417

Рис. 7.9. Организационно-технологическая схема возведениямонолитных безбалочных перекрытий при реконструкции зданиясложной формы планаЗахватка 1 - устройство опалубки; захватка 2 - армирование;захватка 3 - укладка бетонной смеси

На схеме раскладки щитов показаны участки, где требуетсявозведение индивидуальной опалубки (доборные зоны).


418

Бетонирование конструкций перекрытия производится сподачей бетонной смеси бадьями вместимостью 0,3 м3. Укладка иуплотнение осуществляются с помощью виброреек.

При достижении распалубочной прочности бетона на захватке №1 производятся демонтаж опалубки, ее очистка, смазка, ремонт иустановка на захватке № 3.

В зависимости от используемых опалубочных систем удельнаятрудоемкость на возведение 100 м2 перекрытий находится впределах 32,5-42,6 чел.-ч. При организацииэлектротермообработки бетонных конструкций суммарныетрудозатраты возрастают на 15-20 % и составляют 48,7-50 чел.-ч.

§ 7.6. Эффективность конструктивно-технологических решений по заменеперекрытий

Критерием эффективности конструктивно-технологическихрешений и непосредственно технологии и организации веденияработ служит дополнительная прибыль для строительнойорганизации, получаемая за счет снижения себестоимостистроительно-монтажных работ.

Сравнительная экономическая эффективность осуществляетсяна основе анализа факторов, влияющих на изменение показателей:трудоемкости строительно-монтажных работ; продолжительностипроизводства работ; снижения показателей за счет сокращенияпрямых затрат (материальных ресурсов, основной заработнойплаты, эксплуатации машин) и уменьшения накладных расходов.

Снижение трудоемкости, сокращение основной заработнойплаты и продолжительности реконструктивных работ приводят кснижению затрат по накладным расходам.

В целом эффективность принятой технологии оцениваетсяпоказателем прибыли.

Оценивая конструктивно-технологические решения поприведенным критериям, можно получить показательэффективности организационно-технологических решений.


419

Имеется прямая связь между надежностью реконструируемыхзданий и уровнем прибыли. Так, при варианте реконструкции снадежностью, превышающей средний уровень, стоимость исебестоимость работ существенно возрастают и будут влиять настоимость реализации 1 м2 площади. Важным фактором встоимостной оценке является долговечность применяемыхконструкций, которая, в свою очередь, оказывает влияние наэксплуатационные расходы.

Общий принцип оценки должен осуществляться с учетомтребований рыночной экономики.

В таблице 7.2 приведены данные о трудозатратах и расходематериала при замене перекрытий рассматриваемых вариантов.

Таблица 7.2

Трудозатраты на устройство междуэтажных перекрытий приреконструкции жилых зданий

Машины и механизмы дляпроизводства работ

№п.п.

Описаниереконструктивных

работ

Трудоемкость,чел.-дн/м2

Наименование Грузоподъемность,т

Средстваподачи

бетоннойсмеси

1 Междуэтажныеперекрытия постальным балкам сзаполнениемсборных плоскимижелезобетоннымиплитами

0,16-0,37 Башенныйкран

2-3

2 То же, пожелезобетоннымбалкам тавровогосечения сзаполнениемпустотными блоками

0,20-0,27 То же 3-5 Крап-бадья


420

3 Междуэтажныеперекрытиябалочнойконструкции сзаполнениемсреднеразмернымижелезобетоннымиэлементами

0,27-0,32 » 3-5 »

4 То же, изкрупноразмерныхплит с консольнымопиранием

0,20-0,24 » 5-7

5 То же,крупноразмернымиплитами сопиранием наметаллическиебалки

0,19-0,23(0,34)*

7-10 -

6 Сборно-монолитныеперекрытия внесъемной опалубке:

из железобетонныхплит

0,51-0,59

0,31-0,32

» 2-3 Кран-бадья,бетононасос

изпенополистирольныхармоконструкций

0,36-0,4

0,19-0,2

Башенныйкран

2-3 Кран-бадья,бетононасос

7 Междуэтажныемонолитныебезбалочныеперекрытия

0,48-0,50

0,36-0,4

Башенный,стреловой

кран



421

8 То же, стермовкладышами

0,52-0,64 Подъемник Кран-бадья

9 Балочныемонолитныеперекрытия

0,52-0,64

0,39-0,42

Башенный,стреловой

кран


* С учетом омоноличивания металлических балок.

Принимать к руководству данные таблицы 7.2 можно только сопределенными оговорками. Прежде всего следует отметить, чтоне всегда трудоемкость работ определяет экономическуюэффективность. Так, при возведении перекрытий по балкамтаврового сечения с заполнением пустотными блоками около 50 %трудозатрат приходится на ручной труд. Но несмотря на это,общий эффект такого конструктивного решения достаточновысок, так как исключает ряд дополнительных трудоемкихпроцессов, связанных с утеплителем и звукоизоляциейперекрытия.

Другим примером может служить устройство монолитныхперекрытий с термовкладышами (рис. 7.3). Здесь, кроме подачибетонной смеси, все процессы ведутся вручную. Несмотря на это,эффективность технологических решений достаточно велика.

Анализ таблицы показывает, что использование монолитных исборно-монолитных систем по трудозатратам в 1,5-2,0 раза выше,чем в сборном варианте. При этом следует учитывать, что оценкатрудоемкости работ с использованием элементов сборногожелезобетона не учитывает трудозатрат на их изготовление.

Комплексная оценка технологической эффективностивозведения перекрытий должна учитывать помимо этого прямыезатраты, связанные с использованием транспортных и подъемно-транспортных средств. Их доля повышается при нерациональномиспользовании, например, башенных кранов. Так, снижениегрузоподъемности кранов с 10 до 3 т приводит к сокращениюрасходов в 2-2,5 раза.

Достаточно высоки колебания прямых затрат в виде заработнойплаты. В этой связи возможно определить дополнительнуюприбыль за счет более дешевой рабочей силы.


422

Себестоимость работ по статье затрат «Эксплуатация машин»вносит существенные колебания в зависимости от принятойтехнологии ведения работ. Так, использование бетононасосноготранспорта может снизить себестоимость работ и сократить ихпродолжительность при условии максимального использованияего производительности.

Снижение накладных расходов достигается прежде всегосокращением трудоемкости работ. В то же время переход отмеханизированных процессов к ручным может привести кповышению прибыли. Примером может служить армирование сручной вязкой по сравнению с каркасами заводскогоизготовления.

Изменение заработной платы непосредственно связано струдоемкостью работ. В монолитном и сборно-монолитномвариантах этот показатель имеет тенденцию роста.

Анализ европейского опыта (таблица 7.3) использованияразличных конструктивно-технологических схем показывает, чтопри возведении перекрытий преимущественно используютсборный и сборно-монолитный варианты и в меньшей степени -монолитный. Рациональный диапазон перекрываемых пролетовдля сборных перекрытий достаточно велик и достигает 20 м; длясборно-монолитных - 7-9 м и монолитных - до 7 м.

График производства работ по устройству сборно-монолитныхперекрытий показан в таблице 7.4.

Таблица 7.3

Область эффективного применения различных конструктивныхсхем перекрытий

Схема перекрытия Пролет Высота,мм

Нагрузка,кН/м2

Ширинаэлементов, мм

£9 100-300 2,1-4,0 300-2400


423

£20 100-500 2,0-4,8 1200

£7,2 100-200 2,4-4,8 600-2400

£9,0 150-350 1,0-3,0 600-2400

£7,2 200-300 1,8-2,4 600-800

£7,0 140-180 1,8-2,0

Таблица 7.4

График производства работ по устройству сборно-монолитныхперекрытий


424

ГЛАВА 8ПОВЫШЕНИЕЭКСПЛУАТАЦИОННОЙНАДЕЖНОСТИРЕКОНСТРУИРУЕМЫХЗДАНИЙ

§ 8.1. Эксплуатационныехарактеристики ограждающихконструкций

Функция ограждающих конструкций - поддерживать внутриздания заданный температурно-влажностный режим, которыйвлияет на комфортность проживания и зависит оттеплотехнических свойств строительного материала, из котороговыполнены ограждающие конструкции.

Ограждающие конструкции - многофункциональные имногоэлементные системы. Их функции обеспечиваютсяопределенными свойствами материалов и конструкций:


425

теплозащита - теплопроводностью и теплоемкостью; водозащита- воздухопроницаемостью, герметичностью узлов и стыковконструкций; звукозащита - звукопоглощением извуконепроницаемостью; физико-механические свойства -долговечность стенового ограждения. Кроме того, ограждающиеконструкции выполняют архитектурную функцию, которая связанас приданием поверхности ограждающих конструкций заданнойформы и цветовой гаммы.

Изменение во времени свойств материала ограждающихконструкций приводит не только к нарушению тепловлажностногорежима помещений, но и повреждению конструкций, снижениюих несущей способности и долговечности. Недостаточнаятеплоизоляция стен способствует увеличению влажности, которая,конденсируясь и распространяясь на несущие конструкции,приводит к изменению их физико-механических свойств.

Наружные стены должны обеспечивать не только защиту отпроникновения атмосферной влаги, но и свободную диффузиюводяных паров из внутренних помещений в наружную среду.Важнейшее условие нормального режима состоит в том, чтобыатмосферная влага, конденсат и диффузия паров имеливозможность испаряться во внешнюю среду. Эффективностьзащиты от переувлажнения атмосферными осадками имеет своиположительные и отрицательные аспекты. Для стен с различнымивидами наружной отделки динамика влагопереноса зависит отмногих факторов. Так, защита в виде штукатурного покрытияспособствует постоянному накоплению влаги, в то время как длястен без наружной отделки влага быстро отдается наружу. Такоеявление особенно ярко проявляется для стеновых ограждений изпористого материала (газосиликата, газо- и пенобетона).Устройство покрытий из керамической плитки препятствуетпопаданию атмосферных осадков, но не обеспечивает миграциивлаги из помещений.

Скорость водоотдачи зависит от паропроницаемости материалаконструкции и от упругости пара. При нанесении на наружнуюштукатурку ограждения защитного слоя краски или облицовочнойплитки снижается паропроницаемость, что приводит кконденсации воды под изоляционным слоем и разрушениюповерхностных слоев при цикличном воздействии отрицательныхтемператур.

Жидкая и газообразная фазы атмосферной влаги воздействуютна ограждающие конструкции под действием капиллярных сил,


426

ветрового напора, градиента давления и проникают во внутренниеслои, что приводит к увеличению влажности материала иухудшению теплотехнических и прочностных свойств.

Эксплуатационные качества несущих и ограждающихконструкций в значительной степени зависят от величиныдеформаций. Их суммарные параметры являются следствиемвозрастания вертикальных нагрузок в период возведения идлительных процессов усадки и ползучести в окончательносформированной системе здания. Вторая составляющая полныхдеформаций может превышать расчетные значения первой.

Определяющее влияние на эксплуатационные характеристикизданий оказывают температурно-влажностные деформации. Приперепадах температур наблюдаются перемещения вгоризонтальной и вертикальной плоскостях. Наиболее опаснымидля панельных зданий являются деформации, вызванныеперепадом температур по сечению стен. Деформированноесостояние панели представляется в виде сферы, выгнутой всторону нагреваемой поверхности. Наличие напряженийрастяжения в нагреваемом слое и сжатия в ненагреваемомвызывает деформации и напряжения, которые могут превышатьпредел прочности материала, что приводит ктрещинообразованию. Циклические воздействия постоянноувеличивают число трещин и ширину их раскрытия.

Эксплуатационные показатели зданий значительно ухудшаютсяв связи с возникновением отказов в результате инфильтрациивоздуха под действием градиента давления между наружной ивнутренней средами. Основным полем воздухопроницаемости впомещение являются стыки панелей и примыкания оконных ибалконных заполнений. Воздухопроницаемость значительноповышается при изменении свойств герметиков в результате ихстарения и для домов первых массовых серий выше нормативныхзначений в несколько раз. Это обстоятельство создаетдополнительный инфильтрационный тепловой поток, нарушаякомфорт помещений.

Важное значение для воздухозащиты помещений имеетправильная технология установки окон и балконных заполнений,т.к. теплопотери через их примыкания достигают до 50 % общих.Увеличение герметичности окон должно повышаться с ростомэтажности зданий. Так, для зданий высотой до 17 этажейгерметичность должна быть повышена в 2-3 раза по сравнению спятиэтажными.


427

Большое влияние на процесс воздухообмена оказываютвентиляционные системы и системы инженерного оборудования(лифтовые шахты, мусоропроводы). Отклонения от проектныхрешений приводят к интенсивному воздухообмену, чтонезамедлительно сказывается на температурно-влажностномрежиме жилых помещений.

В то же время недостаточный воздухообмен приводит к рядунегативных явлений.

Так, опыт эксплуатации санированных панельных жилых зданийв Германии показал, что около 30 % квартир подверженыобразованию грибковой плесени. Основная причина интенсивногороста грибковых колоний состоит в недостаточном воздухообменепри утеплении фасадов панельных домов. Применениегерметичных окон и стремление снизить энергозатраты за счетсокращения вентиляционных потерь существенно повышаютвлажность воздуха. Другой причиной служат ошибки в проектах,способствующие возникновению мостиков холода, что приповышенных влажности и температуре внутренней поверхностинаружной стены являются причиной выпадения конденсата.Достаточно высока вероятность появления конденсата в угловыхкомнатах, что связано с аэродинамическим эффектом,способствующим более эффективной теплоотдаче и снижениютеплоизоляционных свойств материала.

Важным условием комфортного проживания являетсяпоказатель звукоизоляционных свойств конструкций. Изоляциясмежных помещений оценивается звукоизолирующейспособностью разделяющих ограждений и интенсивностьюпередачи звука прямым и косвенным путями. В этом планебольшое влияние оказывают архитектурно-планировочныерешения, материал разделительных стен и перекрытий, а такжеконструктивное решение узлов и примыкающих элементов.Звукоизолирующие качества конструкций со временемэксплуатации ухудшаются в результате изменения их физико-механических характеристик: упругости, деформативности,образования и раскрытия трещин.

Особое влияние на виброакустические параметры помещенийоказывают структурные шумы и вибрации, которые передаютсяпо каркасу стен и перекрытий. Основным методом борьбы с нимиявляется создание узлов с демпфилирующими прокладками,обеспечивающими гашение колебаний, разрезных конструктивныхсистем с виброизоляцией, плавающих полов и т.п.


428

Наибольшая дискомфортность жилых помещений появляется врезультате воздействия воздушных шумов от автомобильного идругих видов транспорта. Она определяется интенсивностьюдвижения и удаленностью зданий от основных магистралей.Снижение этого воздействия осуществляется методамизвукоизоляции поверхности стен, устройством 3-слойного илипакетного остекления, снижение воздействия звуковых колебанийдостигается путем посадки шумозащитных зеленых насаждений ивозведения специальных отражающих барьеров.

В соответствии с нормами МГСН 2.04-97 «Допустимые уровнишума, вибрации и требования к звукоизоляции в жилых иобщественных зданиях» активизируется борьба с воздушными иударными шумами методами строительной физики.

При выполнении реконструктивных работ необходимо учитыватьпроцессы и явления, направленные на повышение техническойи эксплуатационной надежности зданий, снижение вредноговоздействия окружающей среды, применение энергосберегающихконструкций, эффективных материалов и технологий, существеннооздоровляющих условия комфортного проживания.

§ 8.2. Повышение энергоэффективностиограждающих конструкций

Энерго- и ресурсосбережение являются главныминаправлениями технической политики в различных отрасляхпроизводства.

На диаграмме рис. 8.1 приведены усредненные значенияполучаемой энергии топлива на различных технологическихэтапах и потери при транспортировании, генерации,коммуникации и в жилищно-коммунальном хозяйстве. Анализграфика показывает, что максимальные потери наблюдаются всекторе ЖКХ. Это обстоятельство ставит задачу резкого сниженияэнергозатрат в первую очередь за счет максимального исключениятеплопотерь при строительстве нового и эксплуатации старогожилого фонда.


429

Рис. 8.1. Потери полезной энергии топлива на различныхтехнологических этапах

В энергосбережении большое значение отводится повышениютеплозащиты ограждающих конструкций. Сравнение видовпотребления энергии показывает, что на жилищно-коммунальноехозяйство расходуется около 117 млн. т усл.т., из которых 75 - наотопление, что составляет около 43 % общего расхода энергии.

Анализ существующего положения в строительном секторепоказал, что вновь построенные жилые здания в средней полосеРоссии расходуют на нужды отопления многоквартирных зданийот 350 до 800 кВт×ч/м2. В целом по РФ расходы на отоплениесоставляют 55 кг усл. т/м2 в год и на горячее водоснабжение - 19 кгусл. т/м2, т.е. суммарно 74 кг усл. т/м2 в год. Для сравнения: в ФРГрасходуют 260 кВт×ч/м2 в год, Швеции и Финляндии - 135 кВт×ч/м2 в год. Или, если сравнивать по расходу условного топлива, тов ФРГ - 34 кг усл. т/м2 в год, Швеции - 18 кг усл.т/м2 в год, что в2,0-2,5 раза превышает средние показатели по РФ.

Следует отметить, что с 1986 года нормативы по теплозащитезданий в нашей стране не менялись, в то время как западныестраны за этот период времени несколько раз ужесточалитребования.

На рис. 8.2 приведены сведения о динамике изменениятеплопроницаемости стен на примере европейских стран. Резкийскачок в сторону энергоснабжения приходится на периодэнергетического кризиса 1970-1980-х годов. Начиная с этогопериода ведется планомерная работа по увеличению термического


430

сопротивления ограждающих конструкций и, как следствие,достигнуто существенное снижение энергозатрат.

Рис. 8.2. Динамика изменения сопротивления теплоотдачи дляряда европейских стран и РФ в соответствии с действующиминормами1 - Россия; 2- Франция; 3 - Германия; 4 - Нидерланды; 5 -Великобритания; 6 - Швеция; 7 - Норвегия; 8 - Дания

Для уменьшения неоправданно большого эксплуатационногоэнергопотребления зданий Госстроем РФ введены новыенормативы, которые предусматривают снижениеэнергопотребления на 20-40 % путем увеличения до 3,5 разасопротивления теплопередаче стеновых конструкций и снижениятеплопотерь различных конструктивных элементов. Особое местов решении данной проблемы отводится не только новомустроительству, но и эксплуатируемому и реконструируемомужилому фонду.

Актуальность проблемы энергосбережения повышается приреформе жилищно-коммунального хозяйства, когда уменьшаетсяили прекращается дотация государства на содержание жилыхзданий.

Снижение энергопотребления может быть решено комплексомархитектурно-планировочных приемов путем повышениятеплотехнических характеристик ограждающих конструкций,сверхпрозрачных элементов, совершенствования вентиляционныхсистем, использования отопительных систем с управляемымитепловыми режимами и др. решениями.


431

Для повышения энергоэффективности зданий требуетсякомплексный подход, учитывающий все источники теплопотерь.Поэтому выполнение неполного цикла работ по теплоизоляции,например, только стенового ограждения, не может привести кположительным результатам. На рис. 8.3 приведены диаграммытеплопотерь через различные конструктивные элементы зданий,что подтверждает необходимость комплексного подхода в решенииданной проблемы.

Рис. 8.3. Распределение теплопотерь через различныеконструктивные элементы

Особенностью новых нормативных положений является тообстоятельство, что приведенное сопротивление теплопередачеограждающих конструкций следует принимать в зависимости отградусо-суток отопительного периода, но не менее Rотр, котороеопределяется из санитарно-гигиенических и комфортных условийR0 ³ Rотр

Величина ГСОП (градусо-сутки отопительного периода) зависитот климатических условий местности и определяется позависимости ГСОП = (tв – tот.пер)×Zот.пер, где tв - расчетнаятемпература внутреннего воздуха согласно СНиП 31-01-2003«Здания жилые многоквартирные», tв =18 °С при расчетнойтемпературе наружного воздуха до -30 °С, tв = 20 °С при расчетнойзимней температуре наружного воздуха от -31 °С и ниже; tот.пер- средняя температура периода со среднесуточной температуройвоздуха t £ 8 °С; Zот.пер - продолжительность периода (в сутках) сосреднесуточной температурой воздуха t £ 8 °С.

Требуемое сопротивление теплопередаче различныхограждающих конструкций R0TР при выполненииреконструктивных работ определяется в зависимости от величиныГСОП.


432

В новых нормативах ограничен температурный перепад длязданий различного назначения и конструктивных элементов.

При выборе конструктивной схемы ограждающих конструкцийучитывается коэффициент теплотехнической однородности.

Внесены новые требования по ограничениювоздухопроницаемости ограждающих конструкций.

В результате использования новых конструктивных решенийоконных заполнений и балконных дверей приведенноесопротивление теплоотдаче должно находиться в определенныхпределах. Выполнение комплекса нормативных требованийпозволит не только повысить комфортность проживания жильцов,но и обеспечить существенное снижение эксплуатационныхрасходов на отопление, которое, по данным Госстроя РФ, составитдо 40 % нынешнего потребления.

Методика теплотехнического расчета осуществляется как длямногослойных конструкций, определяется требуемая толщинатеплоизоляционного слоя dут при заданных теплоизоляционныхсвойствах материалов и конструктивных слоев

-

где - требуемое приведенноесопротивление теплопередаче стен; r - коэффициенттеплотехнической однородности; Rl,…,Rn - термическоесопротивление конструктивных слоев; lв, lн - нормируемыекоэффициенты теплоотдачи внутренней и наружной поверхностей.

Для проверки правильности принятой толщины утепленногослоя dут выбирается фрагмент стены с проемом, и для негоопределяется приведенное сопротивление теплопередаче.Фрагмент стены разбивается на участки. Для каждого участкаопределяется приведенное сопротивление теплопередаче с учетомвлияния включений с различными термическимисопротивлениями (перемычек, противопожарных рассечек,оконных откосов и т.п.):

-


433

Для полного фрагмента стены

-

где SF - площадь фрагмента стены за вычетом проемов; F1,F2,...,Fn - площади участков фрагмента стены; F01, F02,..., F0n -приведенные сопротивления теплопередаче участков фрагментастены; п - число участков.

Если

-

то конструкция стены считается удовлетворяющейтребованиям строительной теплоизоляции.

§ 8.3. Характеристикитеплоизоляционных материалов

Выбор теплоизоляционных материалов для повышениятеплотехнических характеристик ограждающих конструкцийоснован на учете наиболее важных физико-механических,эксплуатационных, технологических и экологических параметров.Помимо этого теплоизоляционный материал должен отвечатьтребованиям огнестойкости.

В настоящее время спектр теплоизоляционных материаловдостаточно ограничен и состоит из материалов, которые можноразбить на несколько групп.

I. Волокнистые материалы в виде матов, плит и других элементовплотностью от 50 до 350 кг/м3. В качестве волокон используетсяминеральное сырье, а для придания геометрической формы -различного рода связующие (на синтетической, битумной или


434

крахмальной основе). Наибольшее распространение получилиминераловатные и плиты из базальтового волокна, у которогоболее низкий коэффициент теплопроводности и достаточноширокий диапазон физико-механических характеристик(эластичные маты, полужесткие и жесткие плиты). Основнымипроизводителями теплоизоляционных материалов этой группыявляются фирма «Партек» (Финляндия), «Изовер» и «Ирса»(Германия) и др.

Для теплоизоляции наружных стен целесообразно применениетолько минераловатных плит из базальтового волокна плотностью90 кг/м3 с перпендикулярным направлением волокон и 150 кг/м3

с горизонтальным направлением волокон. Содержание фенольногосвязующего не должно превышать 3,5 %. Для повышениядолговечности теплоизоляционного слоя его поверхностьпропитывается водоотталкивающим составом.

Наибольшее распространение при решении вопросовтеплозвукоизоляции нашли теплоизоляционные материалы наоснове базальтового и стеклянного волокон. Полужесткиеизоляционные плиты могут выполняться с водоотталкивающейобработкой. Они отвечают самым высоким требованиям:несгораемые, экологически безопасные, с низким коэффициентомтеплопроводности (0,044-0,047), обладают физико-механическимихарактеристиками, обеспечивающими высокую эксплуатационнуюнадежность при утеплении вертикальных поверхностей.

Мягкие эластичные маты марок ММ и МП имеют плотность 14и 22 кг/м3, выпускаются в виде плит и рулонов длиной 4000-18000мм, шириной 500-1400 мм и толщиной 50, 60, 80, 100, 120, 140 мм.Они предназначены для утепления горизонтальных поверхностей(полы, чердачные перекрытия, кровля и т.п.), экологически ипожаробезопасные. Их высокие технологические параметрыобеспечивают широкий диапазон применения.

II. Синтетические вспученные материалы и их композиции:пенополистирол, пенополиуретан, пенопласт. Они обладаютдостаточно низкой плотностью и являются эффективнымутеплителем. Основной их недостаток - горючесть и плавление притемпературе 120-150 °С. При горении могут выделяться вредныехимические соединения.

Основным материалом этой группы следует считатьпенополистирольные плиты марок ПСБС-25 и 35. Ониприменяются в комбинации с минераловатными плитами, когда


435

поверхности по периметру проемов стен изолируются негорючимматериалом, а остальное пространство - пенополистирольнымиплитами.

К группе пенолистирольных вспученных теплоизоляционныхматериалов следует отнести продукцию ТИГИ Knauf, котораяпроизводится по технологии австрийской фирмы «Визер»беспрессовым способом из суспензионного вспенивающегосяполистирола. Пенополистирол состоит из 95-98 % воздуха и 2-5 %полистирола. Это позволяет получать изделия с плотностью от 15до 50 кг/м3 с прочностью на сжатие от 0,05 до 0,2 МПа и на изгиб0,07-0,35 МПа с водопоглощением 3,0-2,0 %.

Для повышения огнестойкости изделий в состав вводятсядобавки антипирена, а для борьбы с грызунами - специальныебиодобавки. Продукция ТИГИ Knauf из-за широкого диапазонатеплотехнических и физико-механических характеристик можетбыть использована как тепло- и звукоизоляционный материал. Поданным исследований фирм-производителей, долговечностьматериала превышает 50-70 лет, что вызвано отсутствием иливесьма слабыми химическими реакциями с окружающей средой.

Теплоизоляционным материалом, отвечающим современнымтребованиям, является экструдированный пенополистиролStyroform, который разработан фирмой The Dow Chemical Co.Отличительными особенностями данного плитного материалаявляются его сравнительно высокая прочность на сжатие, котораясоставляет 0,4-0,5 МПа, а также нечувствительность катмосферным воздействиям. Эти показатели расширяют диапазонрационального использования, включая теплоизоляциюзаглубленных конструкций зданий, кровли, дорожных покрытий ит.п.

III. Строительные конструкционно-теплоизоляционныекомпозиционные материалы, выполняющие функции утепления иограждения конструктивных элементов. К ним относятся:пенополистиролбетон; пенобетон; газосиликат и другиематериалы, имеющие достаточно высокие теплотехнические имеханические характеристики. Они могут широко использоватьсяпри реконструкции зданий с надстройкой этажей. Ограждающиеконструкции при этом могут выполняться многослойными вкомбинации с эффективным утеплителем, облицовкой кирпичомили штукатурным покрытием.


436

Наиболее перспективными и долговечными являютсятеплоизоляционные плиты из базальтовой ваты, вспененногоэкструзионного полистирола, пеностекла и др.

§ 8.4. Технологии утепления фасадовзданий с изоляцией штукатурнымипокрытиями

Технология утепления конструкций жилых зданий включаетнесколько самостоятельных технологических процессов. Их числои последовательность выполнения определяются технологическимрегламентом, взаимоувязаны общей продолжительностью работ исогласуются с ведущим процессом. Независимо от материалаконструкций стенового ограждения обязательным является периодподготовительных работ, который включает очистку поверхностейи восстановление внешних слоев, имеющих дефекты. К ним могутбыть отнесены сколы кирпичной кладки, трещины, разрушенияотдельных элементов и т.п. Для крупнопанельных зданий кромевосстановления поверхностных слоев необходимо обеспечить водо-и воздухонепроницаемость стыков и межпанельных швов. Этипроцессы выполняются известными из практики ремонтных работприемами и материалами.

Кроме этого, осуществляется процесс замены оконных ибалконных заполнений. Эти работы должны выполняться снебольшим опережением основного процесса или отдельнымстроительным потоком. Замена светопрозрачных заполнений наэнергоэффективные состоит в извлечении старого оконного блока,подготовке проема и установке нового блока. Его установкаосуществляется с использованием струбцин и домкратов, чтообеспечивает проектное геометрическое положение.Пространство между коробкой и проемом заполняетсятеплоизоляционным материалом и оштукатуривается.

Утепление наружных поверхностей стен осуществляется, какправило, плитным утеплителем (минвата, пенополистирол) скреплением с помощью распорных дюбелей или на мастике спромежуточной установкой и креплением направляющих кповерхности стен.

При устройстве утепляющего слоя из пенополистирольныхблоков их выполняют пазо-гребневыми, что обеспечивает плотноесопряжение. Нижний ряд блоков располагается на направляющих


437

из перфорированного уголка, устанавливаемого на заданнойотметке и фиксируемого к поверхности стены дюбелями. Затемустанавливаются очередные ряды с креплением полимернымираспорными анкерами. При размере блока 40´60 см используются4-5 анкеров. Для обеспечения плотного примыкания блока кповерхности стены верхняя головка распорных дюбелейвыполняется диаметром не менее 50 мм с перфорированнойповерхностью.

При отклонениях плоскости стены образуемый зазорзаполняется полимерцементной мастикой. Это исключаетобразование вентилируемых зон и дополнительные теплопотери.

Особое место отводится укреплению угловых элементов зданияи откосов оконных заполнений. Для этой цели используетсяполимерная сетка с угловым элементом из металлическогопрофиля, которые объединяются с утепляемым слоем с помощьюполимерцементной мастики. По окончании установкиутепляющего слоя яруса или захватки производят креплениеполимерной сетки на поверхность утеплителя. Она такжезакрепляется с помощью полимерной мастики или полимерныхдюбелей, ввинчиваемых в теплоизоляционный слой. Затемосуществляется оштукатуривание поверхностей. В утеплителе изпенополистирола необходимо устройство поэтажныхпротивопожарных рассечек полосой из минераловатных плитшириной не менее 200 мм. По периметру оконных и балконныхпроемов также применяют невозгораемый утеплитель.

При использовании в качестве утеплителя минераловатных плиттехнология их крепления к стенам осуществляется сиспользованием клеющих мастик и механического креплениядюбелями. Необходимое количество дюбелей на 1 м2 фасадаопределяется расчетом, учитывающим массу системы и ветровуюгоризонтальную нагрузку (откос воздуха).

Различают фасадные системы с тяжелой и облегченнойштукатуркой. В первой системе 3-слойное штукатурное покрытиенаносят с помощью пневмонабрызга, с последующим устройствомнакрывочного и финишного слоев. Несущими элементамиявляются арматурная сетка и анкера, располагаемые в толщинестенового ограждения. Толщина покрытия может составлять 30-40мм.

Для облегченной системы используется полимерная сетка,которая крепится через утеплитель к несущей части стены. При


438

этом трехслойное покрытие составляет 15-20 мм по толщине.Технологическая схема производства работ по утеплению стен сзащитой штукатурным покрытием приведена на рис. 8.4.

Рис. 8.4. Технологическая схема утепления фасадов плитнымутеплителем (а) с креплением распорными анкерами и (б)защитой штукатурным покрытием1 - утепляемая стеновая конструкция; 2 - направляющая первогоряда блоков; 3 - пенополистирольный пазогрсбневый блок; 4 -полимерный анкер; 5 - направляющая порядовка; 6 - анкер-дюбель; 7 - подмости; в, г - рабочие моменты нанесенияштукатурного покрытия

Наиболее трудоемкими являются процессы утепления иоформления оконных примыканий и проемов. Для повышенияэксплуатационной надежности места примыкания обрабатываютсяуплотнительной лентой, а для усиления откосов - уголковымпрофилем. Поверхность откосов усиляется сеткой из стеклоткании оштукатуривается.

Оценка долговечности и эксплуатационной надежностиразличного рода покрытий показала, что наиболее эффективнымиследует считать известково-цементные дисперсно-армированныесоставы, наносимые с помощью пневмоустановок.

Подбор состава штукатурного покрытия должен осуществлятьсяс учетом паропроницаемости. Это обстоятельство способствует


439

созданию нормального тепловлажностного режима ипредотвращению увлажнения граничных слоев утеплителя.

Влагомассоперенос в этих условиях оказывает существенноевлияние на долговечность покрытия, так как постоянноеувлажнение в сочетании с воздействием отрицательныхтемператур приводит к интенсивному разрушению изоляционногослоя.

Для климатических условий РФ наиболее надежными идолговечными являются 100 %-ные минеральные связанныесистемы теплозащиты стен. Синтетические илиполусинтетические технологии за счет содержанияпленкообразующих компонентов (клей, смеси, краски) необладают требуемыми паро- и влагопроницаемостью и подверженыотслаиванию слоев.

В теплоизоляционных системах должны применятьсякрепежные дюбеля из полиамида с аксидированным илинержавеющим сердечником. Все цокольные и шахтовые защитныепрофили должны применяться из нержавеющей стали илищелочестойкой стекловолокнистой ткани. Применениеармированной или оцинкованной стали приводит к распадуматериала через 2-3 года.

При выполнении штукатурного покрытия необходимо строгоесоблюдение технологических регламентов по составу, методамнанесения, температуре и влажности окружающей среды.

Выполнение работ по теплоизоляции должно осуществляться вкомплексе с надстройкой, заменой инженерного оборудования ивосстановлением эксплуатационной надежности элементовздания. После производства работ достигаются более высокиеэксплуатационные характеристики жилых домов, а такжеповышается архитектурная выразительность фасадов и ихмногообразие (рис. 8.5).


440

Рис. 8.5. Общий вид крупнопанельного дома после утепления иоштукатуривания фасадных поверхностей

§ 8.5. Теплоизоляция стен сустройством вентилируемых фасадов

Жилые дома с вентилируемым фасадом начали возводиться вконце XIX века в России. Было обнаружено, что если создатьотносительно наружной поверхности стен воздушную прослойку сзащитной системой из дощатой сплошной обрешетки с утеплениемвойлоком и последующим штукатурным покрытием, тотеплотехнические характеристики таких домов резко возрастают,а несущая конструкция стен из бревен сохраняет длительноевремя физико-механические характеристики, исключаютсяпроцессы гниения и другие повреждения.

Подтверждением тому явилась оценка состояния срубов послеэксплуатации более 100 лет, когда в результате разборкиустановлено отсутствие каких-либо видимых поврежденийдревесины. Причиной тому явилось постоянное проветриваниенаружной поверхности стен, что исключало замачивание иобеспечивало воздухообмен между внутренней и внешнейповерхностями жилых домов.

Начиная с конца 80-х годов XX века эта идея былараспространена на современные здания путем строительствавентилируемых фасадов. Впервые такие фасады появились вГермании, это было связано со стремлением снизитьэнергозатраты на их отопление и обеспечить более высокуюдолговечность ограждающих конструкций.


441

Принципиальная схема зданий с вентилируемым фасадомиллюстрируется рис. 8.6.

Рис. 8.6. Схема создания вентилируемых фасадов для жилыхдомов из дерева (а) и композиционных материалов (б)1 - наружные стены; 2 - воздушная прослойка; 3 - сплошнаяобрешетка; 4 - утеплитель из войлока; 5 - штукатурное покрытие;6 - плитный утеплитель; 7 - защитный элемент фасаднойповерхности

Учитывая, что воздушная прослойка является хорошимтеплоизолятором, ее создание обеспечивает снижениетеплопотерь, а движение воздуха создает условия воздухообменамежду внутренней и внешней средой. Эффект вентиляциипозволяет удалить избыток влаги при атмосферных осадках споверхности стен, что обеспечивает повышение долговечности какнесущих конструкций, так и защитного слоя в виде штукатурногопокрытия или слоя теплоизоляции.

Современные конструкции вентилируемых фасадов состоят изкаркаса в виде кронштейнов, прикрепляемых к теплоизолируемойповерхности с помощью распорных анкеров, и направляющих свертикальным или смешанным размещением. На элементыкаркаса навешиваются мелкоштучные изделия или крепятся спомощью заклепок, кляммер или специальных приспособленийоблицовочные плиты.

В отдельных случаях в качестве направляющих могутиспользоваться деревянные брусья. Расчетная схема кронштейновпредставляет собой консоль с опорной площадкой, котораякрепится дюбелем к наружной поверхности стен (рис. 10.8).


442

Вертикальный профиль, который крепится к кронштейну,рассчитывается на вертикальные нагрузки от массы облицовочныхпанелей (а) и горизонтальные - ветровые нагрузки (б). Расчетнаясхема горизонтального профиля при толщине утеплителя более100 мм может представляться неразрезной многопролетнойбалкой.

Горизонтальный профиль кроме объединения каркасавыполняет функции регулирования сечения вентиляционногоканала и, соответственно, скоростного потока воздуха.

В зависимости от материала облицовки параметры системы «шагразмещения вертикальных и горизонтальных направляющих»может меняться. Большое значение оказывает толщинаутепляемого слоя, которая в целом определяет размер кронштейнаи создает соответствующие моменты от нагрузок.

Исследования взаимодействия элементов анкера для креплениякронштейнов с материалом стены позволили выявить ряд весьмаважных параметров, к которым относятся: наружный диаметранкера; глубина заложения в стену; угол наклона распорнойпробки и др. Как следует из полученных зависимостей,перечисленные конструктивные параметры распорных анкеровзависят прежде всего от материала стен и их физико-механическиххарактеристик (рис. 8.7).

Рис. 8.7. Взаимодействие распорных анкеров с материалом стена - расчетная схема; б - взаимодействие сил при разрушенииматериала; в - зависимость параметров анкера от несущейспособности для: 1 - бетона классов В12- В20; 2 - кирпича; 3 -керамзитобетона

При испытаниях системы «кронштейн-нагрузка» установлено,что анкеры обладают определенной величиной податливости. В


443

этой связи проведены экспериментальные исследования, которыепоказали, что при нагрузках на кронштейн соединение работаеткак сдвиго-устойчивое.

Площадь сечения болтовой части анкера можно определить позависимости

-

где N - нагрузка, действующая на кронштейн; Ra - расчетноесопротивление болтовой части растяжению; тн = 1,7 -коэффициент надежности; тy.p = 0,8 - коэффициент условияработы соединения; а - расстояние от стены до точки приложениянагрузки; l - расстояние от анкера до нижнего края пятыкронштейна.

На основании проведенных исследований установленыпараметры анкеров для установки в стенах из тяжелого и легкихбетонов и кирпича.

Очевидно, увеличение прочностных характеристик материаластен приводит к уменьшению диаметра анкеров и глубинызаложения. В то же время была установлена взаимосвязь глубинызаложения анкера с его диаметром. Это соотношение находится впределах 4-6. На расклинивающий эффект определенное влияниеоказывает угол наклона стенок расклинивающей пробки. Длявысокопрочных материалов стен из бетона и железобетона уголнаклона составляет 6-8°, в то время как для менее прочных(кирпичная кладка, ячеистые бетоны, керамзитобетон) этотпараметр возрастает до значений 11-12°.

В результате проведения экспериментальных исследований и ихстатистической обработки получены зависимости, позволяющиепроизвести выбор или конструирование распорного анкера дляопределенного вида материала стен с учетом их физико-механических характеристик, определяемых методом прямыхиспытаний.


444

При этом учет погрешностей испытаний, колебанияпрочностных характеристик стен и отклонения в технологиипроизводства работ требуют дополнительного запаса прочности, в2-3 раза превышающего расчетные значения.

В практике теплоизоляционных работ используются различныеконструктивные системы, обеспечивающие получение эффектавентилируемых фасадов.

Рис. 8.8. Системы вентилируемых фасадов «Словения» (а) и«Марморок» Швеция (б)1 - стена; 2 - дюбель для крепления бруса (3) или кронштейна (3);4 - воздушный зазор; 5 - утеплитель; 6 - направляющие; 7 -облицовочная плитка; 8 - крепление вертикальных направляющихк кронштейну; в - профиль и размеры облицовочных плит


445

На рис. 8.8, а приведены варианты, когда в качестве несущихконструктивных элементов используется деревянная обрешетка,промежуток между которой заполняется минераловатнымутеплителем. В продольном направлении крепятся вертикальныенаправляющие из профильного листового металла свыступающими кронштейнами. На них навешиваются цементно-песчаные мелкоразмерные плиты, профиль которых повторяетпрофиль направляющих. Цементно-песчаные плитыизготавливаются по экструзионной технологии, что обеспечиваетстабильную постоянность поперечного сечения. Конструкция плиттакова, что вышележащий ряд частично перекрываетнижележащий. Такое решение исключает прямое попаданиеатмосферных осадков и в меньшей степени влияет на процессувлажнения утеплителя.

Развитием данной технологии явилась система «Марморок»(Швеция), которая основана на использовании горизонтальныхнаправляющих, выполняющих роль кронштейнов, вертикальныхнаправляющих в виде специального профиля из оцинкованнойстали (рис. 8.8, б) и облицовочных плиток двух типоразмеров.

Процесс создания вентилируемого фасада состоит в установкегоризонтальных и вертикальных профилей, заполнениитеплоизоляцией с креплением дюбелями и навеске облицовочныхплит.

Основными преимуществами данной системы являются малыйрасход металла, ограниченное число типоразмеров плитки и ихсамофиксация. Используя различную цветовую гамму, возможнодостичь необходимой архитектурной выразительности фасадовзданий. По данным разработчиков, долговечность системыпревышает 50 лет.

Система «Этернит» (Германия) базируется на использованииалюминиевого каркаса на кронштейнах с вертикальными игоризонтальными направляющими. Это обстоятельство позволяетосуществлять облицовку фасадов с применением цементно-волокнистых плит. Их крепление к полкам каркаса осуществляетсяс использованием заклепочных соединений.

Для создания вентилируемого фасада крупнопанельных зданийс наружными стенами из 3-слойных панелей используютсяспециальные анкеры, соединяющие наружную и внутреннююнесущие железобетонные части. Затем к этому анкеру крепятся


446

кронштейны с последующей установкой вертикальных игоризонтальных направляющих (рис. 8.9).

Рис. 8.9. Утепление фасадов крупнопанельных зданий соблицовкой панелями из этернита (Германия)а - дефекты фасадных поверхностей; б - схема утепления соблицовкой; в - рабочий момент производства работ; г - общий видфасада; в - конструктивная схема вентилируемого фасада; 1 -3-слойная стеновая панель; 2 - анкер; 3 - утеплитель; 4 -кронштейн; 5 - направляющие; 6 - этернитовая панель; 7 -заклепки; 8 - продольная направляющая; 9 - подмости

Конструктивное решение кронштейна позволяет регулироватьвертикальность облицовки в случае неровности стен. Применение


447

взаимно пересекающихся горизонтальных и вертикальныхнаправляющих обеспечивает гидроизоляцию вентилируемогопространства. В то же время такое решение требует расходаметалла на 1 м2 поверхности до 5 кг. Использованием различныхразрезки фасадов и цветовой гаммы достигается обновлениеархитектурной выразительности зданий.

Системы вентилируемых фасадов с применением тольковертикальных направляющих Т-образной формы и облицовкиплитами из стекла или керамогранита представлены фирмамиAliva (Италия) и BWM (Германия). Принципиальные техническиерешения представлены на рис. 8.10. Для крепления фасадныхпанелей используются кляммеры или заклепочные соединения.

Рис. 8.10. Конструктивные технологические схемы утепленияфасадов с облицовкой листами из керамогранита и стекла AlivaИталия (а) и BWM Германия (б)1,9 - облицовочные панели; 2 - направляющие Т-образной формы;3 - кронштейны; 4 - распорные анкеры для креплениякронштейнов; 5 - минераловатный утеплитель; 6 - ограничительоконного проема; 7 - заклепки; 8 - кляммеры

Отличительной особенностью данных систем является наличиегоризонтальной щели между плитами, что создает


448

дополнительный вентиляционный эффект. В зависимости отскорости внешнего воздушного потока, перепадов атмосферногодавления и других факторов существенно снижается скоростьпотока в вентилируемой зоне, что исключает применениегоризонтальных разделительных диафрагм. Высокие физико-механические характеристики облицовочных плит позволяютиспользовать шаг вертикальных направляющих от 600 до 1200 мм.

Использование только вертикальных направляющихспособствует снижению расхода металла до 2,0-2,5 кг/м2

вентилируемого фасада.

Широкому распространению данной технологии препятствуетвысокая стоимость облицовочных плит (от 30 до 80 $ США).

Технически подобные решения разработаны в РФ фирмами«Пластоун, РФ» - система «Броня», ПКФ «Профис»-«Красколор»,«Фаест», которые используют цементно-волокнистые плиты«Ферпост» с декоративным покрытием из минеральной крошки,плиты «Красколор» - окрашенные цементно-волокнистые,асбоцементные, фиброцементные, цементно-стружечные плиты идругие, стоимость которых по известным причинам существеннониже.

Большой практический интерес представляет технологияутепления и облицовки фасадов из дисперсно-армированныхбетонных плит, разработанная в МГСУ. Данная технологияоснована на использовании только вертикальных направляющих,которые крепятся традиционным способом, но имеют специальныепрорези для навески плит (рис. 8.11).


449

Рис. 8.11. Конструктивные технологические схемы утепления иоблицовки фасадов армоцементными плитами1 - стеновая панель; 2 - распорный анкер; 3 - кронштейн; 4 -вентилируемый зазор; 5 - утеплитель; 6 - направляющая; 7 -облицовочная панель; 8 - объемный элемент оконного обрамления

Отличительной особенностью облицовочных плит кромецветовой гаммы является возможность создания рельефнойповерхности. Это обстоятельство позволяет разнообразитьархитектурные решения фасадов при достаточно низкойсебестоимости работ.


450

Рис. 8.12. Схема дождевальной установки (а) и испытываемыестыки (б)

Для практической оценки водонепроницаемости различныхтипов стыков облицовочных панелей (рис. 8.12) аспирантом П.Монастыревым использована специальная методика исследованияс использованием дождевальной установки. Она позволялаизменять угол дождевого потока, интенсивность, диаметр панели,а также менять расстояние между утеплителем и облицовочнойпанелью. Обработка экспериментальных данных позволилаоптимизировать конструктивные и теплотехнические решениятеплозащиты. Испытания проводились для горизонтальных ивертикальных стыков. В экспериментах регистрировалосьотношение объемов влаги, попадающей в пространство междуоблицовочными панелями, к объему влаги, оставшейся снаружи, взависимости от ширины зазора между панелями, размера фаски наторцевых гранях облицовочных плит, направлении ветродождевогопотока.

Построена регрессионная модель следующего вида:

у = 43,11 - 4,75х1 + 14,64х2 + 1,22х3 + 2,2х4 +8,07х12-6,31х22-1,56х32-14,7х42.

Анализ уравнения регрессии показал, что наибольшее влияниеоказывает фактор х2 - ширина зазора между облицовочнымипанелями. Доля проникающей влаги составляет от 22 до 51 % приизменении ширины зазора от 3 до 9 мм.


451

На втором месте по влиянию оказался фактор х1 - размер фаскина торцевых гранях облицовочных плит. Водопроницаемость сувеличением размера фаски от 0 до 5 мм снижается с 56 до 43 %.

Установлено, что диаметр панели х3 практически не влияет наводопроницаемость стыка.

Максимальное значение проникающей влаги имеет место приперпендикулярном направлении ветродождевого потока (факторх4). Водопроницаемость стыков редко снижается при уменьшении(х4 = 45°) или увеличении угла падения потока (х4 = 135°).

По результатам исследований математической моделипостроены области факторного пространства и графикизависимости у=f(х1, х2) (рис. 8.13).

Рис. 8.13. Доля влаги (%), проникающей в стык (сплошная линия)и попадающей на утеплитель (пунктирная линия), принаправлении ветродождевого потока перпендикулярно стене исреднем диаметре капель, в зависимости от ширины стыка (мм)а - размера фаски; б - угла наклона торцевой грани

Установлено, что величина стыка между гранями панелейдолжна быть не более 6 мм, а угол наклона верхней и нижнейграней к горизонту должен находиться в интервале от 20 до 30°.

Полученные зависимости позволили оптимизировать размерыоблицовочных плит при их приготовлении. Установленытехнологические режимы формования плит из дисперсно-


452

армированных тяжелого и легкого бетонов, обеспечивающиевысокие физико-механические характеристики (табл. 8.1) инизкую поверхностную пористость. Использование матрицразличного рельефа и цветовой гаммы бетонной смеси позволилополучать облицовочные плиты широкого спектра.

Таблица 8.1

Физико-механические характеристики облицовочных плит

Тип бетона изделий

Тяжелый бетон

Наименованиепоказателей

на беломбетоне

на серомбетоне

Пескобетон Легкийбетон

Прочность при сжатии,МПа

90 60 45 25

Прочность при изгибе,МПа

9 60 5 3

Водопоглощение, % 2 3 4 8

Водонепроницаемость Более W20 W20 W15 W8

Истираемость, гс/см3 Менее 0,3

Морозостойкость Более F300

Технологический процесс монтажа плит состоит в ихнавешивании с использованием самофиксирующегося замка. Дляоформления оконных заполнений изготавливается объемный


453

дисперсно-армированный блок, который после теплоизоляцииоткосов размещается в проеме.

Наибольший эффект данная технология может дать приоблицовке и утеплении цокольных и первых этажей зданий.Удельный расход металла, включая анкеры и направляющие,составляет 2,0-2,2 кг/м2 вентилируемого фасада при толщинеоблицовочных плит 20-30 мм.

Большой практический интерес представляет системаутепления фасадов «Диат». В ее основе заложена телескопическаяконструкция кронштейнов, что позволяет создавать единуюплоскость фасада при значительных отклонениях вертикальностистен и различной толщине утеплителя. Система универсальна(рис. 8.14) за счет использования различного профилянаправляющих, что позволяет применять облицовочные плиты изкерамогранита, стекла, металлических кассет из алюминия,листового металла и других материалов. Система крепленияоблицовочных плит осуществляется с помощью кляммер,саморезов, заклепок.


454

Рис. 8.14. Система с телескопическими кронштейнами длясоздания вентилируемых фасадова, б - общий вид телескопического кронштейна после крепления кстене и установки теплоизоляции; в, г - варианты использованияразличных направляющих для крепления облицовочных плит; д, е- крепления облицовочных плит из керамогранита и кассетами изметалла; 1 - стена; 2 - телескопический кронштейн; 3 - элементкрепления к стене; 4 - теплоизоляция; 5 - вертикальныенаправляющие для крепления облицовки; 6 - облицовка изкерамогранита; 7 - то же, из металлических кассет

Подвижность направляющих относительно кронштейнов повертикали существенно уменьшает трудоемкость при монтаже.

После крепления направляющих к кронштейнам сохраняетсявозможность плавной регулировки относа, что обеспечиваетполучение единой плоскости по всему фасаду. Фиксацияутеплителя прижимом при накалывании его на кронштейноблегчает монтаж теплоизоляции и дополнительно фиксируетположение, исключая возможные смещения.

В качестве материала кронштейнов используются алюминиевыесплавы или нержавеющая сталь. С учетом более низкойтеплопроводности нержавеющей стали и высоких прочностныххарактеристик такие кронштейны обеспечивают высокуюэксплуатационную надежность и долговечность.

Система «Диат» обеспечивает свободное перемещение плитоблицовки, что исключает негативное влияние температурныхдеформаций на систему в целом.

При реконструкции фасадов зданий получила распространениеоблицовка с утеплением декоративными фасадными плитамиПолиаплан. Конструктивная особенность фасадных плит состоит виспользовании замкнутого объема пенополистирола с наружнымии внутренними слоями из сплава алюминия, марганца и натриятолщиной 0,5 м. Наружный слой имеет рельефную поверхностьпод декоративную штукатурку, дерево и др. Теплоизолирующийслой состоит из пенополиуретана плотностью 30 кг/м3 степлопроводностью 0,03 Вт/м×К. Внутренний слой выполняют излегированной алюминиевой фольги толщиной 0,005 мм.

Теплоизоляционные панели изготавливаются в виде досоктолщиной 25 и 50 мм. С плотным замковым соединением,


455

обеспечивающим теплотехническую однородность покрытия иводонепроницаемый стык. Длина плит составляет 12 м и более.

Крепление плит к поверхности стен осуществляется с помощьюсоединений с деревянной обрешеткой из бруса или сиспользованием специальных монтажных профилей.

Малая масса панелей (3,5 кг/м2) и высокая технологичностьстыков позволяют осуществлять установку до 100 м2 облицовки всмену.

Поскольку монтаж не требует использования мокрых процессов,реконструкция фасадов может производиться без всякихограничений, связанных с сезонными или погодными условиями.

Стойкость лакокрасочных покрытий к солнечной радиации,атмосферным и механическим воздействиям гарантируетдлительный срок эксплуатации.

Большой выбор фактуры и цветовой гаммы позволяет создатьнеповторимый облик реконструируемого здания.

Технология производства работ состоит в создании каркаса издеревянных брусков или монтажных профилей, в разрезке панелейна размеры в соответствии с планом фасадных поверхностей, ихустановке в вертикальном или горизонтальном расположении.

Для сопряжения с оконными проемами используютсяспециальные элементы, обеспечивающие крепление и созданиетеплотехнически однородного стыка.

§ 8.6. Технологии устройствавентилируемых фасадов

Технологические процессы утепления и облицовкивентилируемых фасадов включают следующие циклы:подготовительные работы, связанные с приведением поверхностистен в состояние, близкое к эксплуатационному. Этот цикл работвключает также проведение геодезических и измерительных работпо уточнению размеров фасадных поверхностей, высотныхотметок; ликвидацию дефектов, снятие облицовочной плитки;очистку поверхностей, ремонт и усиление выступающихконструкций козырьков, балконов и других элементов.


456

До производства работ по утеплению фасадов должна бытьпроизведена замена оконных и балконных заполнений. Вподготовительный цикл включаются также работы, связанные сподготовкой площадок и стоянок для средств механизации, дляподачи материалов, с подводом временных линийэлектроснабжения для подключения рабочего инструмента, атакже площадок резки и подготовки направляющих, панелей идругих элементов. Сюда входят работы, связанные с устройствомсистем подмащивания (установка лесов, самоходных вышек и т.п.).

Основной цикл работ может быть разделен на три потока:устройство несущих конструкций каркаса; установка и креплениеплит утеплителя; монтаж облицовочных плит и оконныхобрамлений.

В отдельный поток может быть выделен цикл работ поутеплению и облицовке цокольных элементов здания, а такжеустройству входных тамбуров.

Кроме перечисленного комплекса теплоизоляционных работ нерассматриваются процессы, связанные с утеплением чердачныхперекрытий, кровельной части, сопряжений вентиляционных идругих каналов, инженерного оборудования.

Наиболее ответственными этапами являются перенесение нафасадную поверхность положения распорных анкеров,направляющих, определение монтажного горизонта и т.п.Перечисленный комплекс работ выполняется геодезистами сиспользованием достаточно точной лазерной техники. Наиболееэффективным является лазерный нивелир LNA10 фирмы Leica слазером видимого диапазона с возможностью заданиявертикальных и горизонтальных плоскостей.

Производится несколько геодезических ходов, обеспечивающихснижение погрешностей при измерениях. Особое вниманиеотводится оценке вертикальности стен, так как это существенновлияет на качество работ при облицовке.

В результате геодезических работ на фасаде здания наносятсяс помощью несмываемой краски осевые линии расположениянаправляющих, положения анкеров и кронштейнов, а такжемонтажный горизонт каждого ряда плит. При определениинеровностей стен и отклонений от вертикали в местах установкикронштейнов указываются параметры отклонения, которыекомпенсируются.


457

После выполнения цикла геодезических работ производятутепление и облицовку элементов цокольного этажа. Дляобеспечения более эффективной работы теплоизоляции попериметру цокольной части отрывается приямок глубиной 0,4-0,5м, поверхности стен очищаются. Затем размещаются ираскрепляются анкеры для крепления направляющих. Поокончании данного вида работ производят утепление поверхностистен. Наиболее эффективным является плитный утеплитель изпенополистирольных плит типа Styroform, которые обладают болеевысокими физико-механическими характеристиками. Ихкрепление осуществляется с помощью дюбелей с возможнымплотным примыканием к поверхности стен. При необходимостивыполняются работы, связанные с восстановлением поверхности, атакже нанесением гидроизоляционного слоя.

После окончания цикла утепления производят установкунаправляющих и монтаж облицовочных плит.

С целью повышения физико-механических характеристикоблицовочные цокольные панели выполняют с большей толщиной,с отличной от фасада здания фактурой и цветовой гаммой.Обязательным условием является устройство вентиляционныхотверстий, которые должны совпадать с каналами фасада.Возможен вариант усиления облицовки путем заполненияпространства цементно-песчаным или другим раствором. Верхняяоблицовочная панель цоколя, как правило, выполняется сэлементом, обеспечивающим отвод атмосферных осадков исопряжение облицовочных плит фасада.


458

Рис. 8.15. Технологическая схема производства работ поустройству вентилируемого фасада (а), узел крепления угловыхэлементов (б) и рабочий момент установки панелей «под кирпич»(в)

Технологическая схема утепления и облицовки фасадныхповерхностей приведена на рис. 8.15. Установка анкеров икронштейнов, как правило, производится с подвесных люлек позаранее зафиксированным местам. Высверливание отверстий поданкеры производится перфораторами с ограничением глубинывыбуривания. Процесс установки элементов каркаса, утепленияи облицовки производится поэтажно по вертикальной илигоризонтальной схеме движения. Как правило, для производстваработ используются леса, что обеспечивает нормальное


459

перемещение материала по плоскости фасадов. Такая схемапозволяет организовать строительные потоки, так как создаетсядостаточно большой фронт работ.

Для производства работ используются средства подмащивания,подвесные люльки, вышки леса и другое оборудование (таблица8.2).

Таблица 8.2

Характеристика средств подмащивания

№п.п. Средства подмащивания Допускаемая

нагрузка, кгсВысота,

м

Размеры рабочейплощадки, мм

(длина´ширина)

1 УПС-2 - подмости 200 40,0 9500´1200

2 То же, ПС-1-100-300 300 До100,0

6000´1200

3 Подмости самоходныеПВС-12

600 12,0 5000´2000

4 Л-100-600 - люлькиподвесные

600 До100,0

4435´935

5 То же, ЛЭ-100-300 300 До100,0

6300´1000

6 Вышки телескопическиеВО-10,6-12

500 10,60 4000´2000

7 Передвижнаятелескопическая люлькаН-15

250 15,0 2000´2000


460

8 Леса самоходныеуниверсальные ЛС-18

2000 17,5 3000´900

9 Леса приставные ЛОР-3316 200 40,0 12500´1200

10 Леса безболтовые К913-00 250 40,0 1200´1200

Использование различных технических средств приводит кзначительному разбросу суммарных трудозатрат. Так, прииспользовании самоходных лесов трудозатраты составляют2,64-2,8 чел.-ч/м2; при работе с подвесных люлек - 2,75-2,93;приставных лесов - 4,15-4,32 чел.-ч/м2.

Несмотря на более высокие трудозатраты, предпочтениеотдается приставным лесам, так как они могут использоватьсямногофункционально на всех этапах работ по ремонту, утеплениюи облицовке фасадов.

В зависимости от площади облицовочных панелей и схемыразрезки фасадов производительность работ может колебаться вдостаточно широких пределах. Так, применение в качествеутеплителя напыляемого пенополиуретана позволяет поднятьсменную производительность до 300-400 м2, в то время как прииспользовании плитного утеплителя выработка на одного рабочегоне превышает 50-70 м2. Поэтому при формировании бригад следуетучитывать данный фактор.

После окончания цикла утепления производят установкунаправляющих и монтаж облицовочных плит.

На рис. 8.16 приведены схемы выполнения работ в зависимостиот используемых средств подмащивания. Примерный графикпроизводства работ по теплозащите жилого дома серии 1 -464показан в таблице 8.3. Большое влияние на производительностьработ оказывают материал стен и эффективность ручногоинструмента. Так, для образования отверстия под распорныйанкер 016 мм и глубиной 120 мм в бетоне марки 200 необходимозатратить 0,1-0,2 чел.-ч, в то время как в кирпичной кладке этавеличина в 2-2,5 раза ниже.


461

Рис. 8.16. Технологические схемы производства работ сприменением различных средств механизацииа - самоходных лесов; б - подвесных люлек; в - приставных лесов; г- приставных лесов и подвесных люлек

Таблица 8.3

График производства работ по теплозащите стен пятиэтажного80-квартирного жилого дома серии 1-464


462

Значительная доля трудозатрат может быть отнесена наустройство лесов, которые необходимо устанавливать на полнуювысоту здания. Эти расходы возможно снизить путемиспользования специальных шарнирных вышек АО «Пекканиска»(Финляндия). Подъемная платформа позволяет выполнить работына высоте до 18 м, что соответствует 6-7-этажным зданиям.Наличие рабочей площадки длиной 6 м позволяет использоватьдостаточно широкий фронт работ. Применение таких механизмовобеспечивает технологию вертикальной теплоизоляции, аиспользование 2-3 вышек позволяет организовать комплексноевыполнение работ с меньшими затратами.

Практический опыт модернизации фасадов показывает, чтонаиболее технологичным оборудованием являются подвесныелюльки. Они обеспечивают производство работ в стесненныхусловиях строительной площадки, весьма мобильны, долговечны ибезопасны в работе.


463

§ 8.7. Оценка эксплуатационнойнадежности и долговечностиутепленных фасадных поверхностей

Эксплуатационная надежность утепленных фасадныхповерхностей может быть оценена путем учета различныхфакторов конструктивного и технологического характера.

К конструктивным факторам следует отнести систему крепленияутеплителя, сетки, технологию нанесения защитных штукатурныхпокрытий, устройство температурных швов и другие факторы.

Для систем со штукатурным покрытием их долговечностьопределяется периодом эксплуатации до появления и раскрытиятрещин, когда наблюдаются активная миграция влаги иувлажнение утепляющего слоя. По данным исследований,начальный период оценивается промежутком времени от 2,0 до5 лет эксплуатации и зависит от соблюдения технологическихрегламентов нанесения штукатурного покрытия: минимальнодопустимой температуры и влажности окружающей среды.

Нарушение контролируемых параметров приводит к снижениюнадежности системы.

Увлажнение штукатурного покрытия и, соответственно,теплоизоляционного слоя приводит к возникновениюдополнительных температурных деформаций, превышающихрасчетные сопротивления и способствующих более интенсивномутрещинообразованию. Эти процессы ускоряются призначительных колебаниях температуры окружающей среды.

Увлажнение теплоизоляционного слоя приводит к снижениюкоэффициента теплопроводности, а периодическое замерзание иоттаивание - к снижению сцепления защитного покрытия инарушению связей в утепляющем слое.

Общая математическая и физическая модели эксплуатационнойнадежности системы «стена-утеплитель-защитное покрытие»могут быть представлены в виде графа переходов в различноесостояние за счет влияния внешних факторов среды.

Существенное влияние на эксплуатационную надежностьсистемы оказывает создание температурных швов,


464

компенсирующих относительные деформации. Онирассчитываются исходя из максимальных температур в летнийпериод времени и минимальных - в зимнее время.

Наиболее рациональным является поэтажное устройствогоризонтальных и вертикальных швов.

Существенное повышение долговечности штукатурныхпокрытий достигается при использовании дисперсно-армированных растворов.

В современных условиях используется щелочестойкоестеклопластиковое армирование, представляющее собой отрезкинитей длиной 20-30 мм с толщиной 0,1-0,2 мм.

Нанесение защитного штукатурного покрытия осуществляетсякак вручную, так и с применением пневмонагнетателей.Механизация процессов обеспечивает многократное повышениепроизводительности труда.

При создании вентилируемых фасадов факторами,определяющими эксплуатационную надежность и долговечность,являются: способы устройства каркаса, обеспечивающиевосприятие механических и динамических воздействий ответровых нагрузок и массы панелей; управление скоростнымпотоком вентилируемого пространства путем устройстваразделительных перегородок и отсечек; использованиеветрозащитных покрытий утеплителя, предотвращающихразрушение поверхностных слоев; создание ремонтопригоднойсистемы вентилируемых фасадов с возможностью заменыутеплителя.

Анализ факторов свидетельствует о случайном характеревоздействий ветровых нагрузок, скоростного потока ввентилируемом пространстве вследствие колебаний атмосферногодавления, влажности и направления ветрового потока. Приопределенной форме здания и скорости обтекания ветровогопотока возможны условия создания зон разряжения, когдавентиляционный эффект меняет знак на противоположный.

Исследование процессов старения теплоизоляционныхматериалов показало, что изменение теплотехническихпараметров носит экспоненциальный характер и зависит отфизико-механических характеристик, степени защиты от внешнихвоздействий, деформативных свойств при наличии градиента


465

температурных деформаций и возникающих при этом напряженийв многослойных ограждающих системах.

Для оценки долговечности системы теплоизоляции наружныхстен возводимых и реконструируемых зданий наиболееприемлемой является математическая модель, основанная наасимптотических методах оценки надежности сложных систем.При этом в рассматриваемую систему входят: непосредственнотеплоизоляция и способы ее крепления к поверхности стен;многослойное защитное штукатурное покрытие; устройствокаркаса с последующим креплением облицовочных плит на относеот поверхности утеплителя и т.п.

В силу разнодолговечности применяемых материалов возможенотказ системы, который проявляется в нарушении защитных слоевштукатурного покрытия, снижении или потеретеплоизоляционных свойств утеплителя, разрушении илинарушении функций защитных панелей, деформации каркаса,коррозии и разрушении кляммер для крепления облицовочныхплит.

Интерпретация системы теплоизоляции может бытьпредставлена в виде графа переходов (рис. 8.17), учитывающеготри состояния системы: 1 - отсутствуют физико-механическиеизменения в системе «стена-теплоизоляция-защитное покрытие»;2 - имеет место изменение защитного покрытия, но нарушениетеплоизоляции отсутствует; 3 - потеря теплоизоляционных свойствв результате снижения функций утепляющего слоя или защитногопокрытия (критическое состояние).

Рис. 8.17. Граф переходов для оценки состояния системыутепления фасадных поверхностей

Функция надежности системы может быть записана вследующем виде:

-


466

и среднее время эксплуатации до возникновения отказаможет быть рассчитано по зависимости

-

где смысл параметров a1, a2, b1, состоит в следующем:

-

- среднее время до возникновения нарушений физико-механических и теплоизоляционных свойств; (a1 + b1)-1 = Q -среднее время до начала восстановительных работ;

-

- вероятность того, что восстановительные работыначнутся раньше, чем теплоизоляционное покрытие утратит своифункции.

Тогда функция надежности для оценки системы принимаетследующий вид:

-

На рис. 8.18 приведены расчетные зависимости измененияфункции надежности теплоизоляционной системы в зависимостиот времени эксплуатации. Экспоненциальный характер измененияфункции свидетельствует о различной интенсивности сниженияуровня надежности для систем утепления со штукатурнымпокрытием и облицовкой из бетонных плит.


467

Рис. 8. 18. Изменение уровня эксплуатационной надежноститеплоизолированного стенового ограждения1, 2 - теплоизоляция со штукатурным покрытием; 3, 4 - системы свентилируемым фасадом; 5 - предельно допустимое снижениетеплотехнических и эксплуатационных характеристик

При одинаковом утепляющем материале более долговечнойявляется система, обеспечивающая эффект вентилируемогофасада. В то же время применение различных систем крепленияоказывает существенное влияние на эксплуатационнуюнадежность и долговечность защитных покрытий. Так,долговечность каркаса из дерева, при равных параметрах другихэлементов системы, является определяющим факторомэксплуатационной надежности.

Поэтому при выборе теплоизоляции необходиморуководствоваться математической моделью, учитывающейнеоднородные характеристики элементов системы, критическоесостояние которой наступает при отказе одной из составляющих.

Экономическая и технологическая оценки эффективностисоздания вентилируемых фасадов показали, что дляреконструируемых зданий наиболее рациональным являетсясоздание комбинированных систем, когда первые два этажаоблицовываются железобетонными дисперсно-армированнымиплитами по вертикальным направляющим, а на остальных этажахустраиваются дисперсно-армированное штукатурное покрытие иливентилируемый фасад с применением плоских облицовочных плит.Такое решение позволяет разнообразить архитектурнуювыразительность зданий, повысить долговечность иэксплуатационную надежность, а также снизить стоимость работ.


468

§ 8.8. Управляемые технологииэнергопотребления жилых зданий

Пути снижения энергозатрат на эксплуатационные нуждыдостаточно разнообразны. Кроме технологий повышениятеплотехнических характеристик жилых зданий следует выделитьметод модернизации систем отопления, вентиляции, горячего ихолодного водоснабжения, а также электроэнергии.Нерегулируемые системы, используемые до настоящего времени,приводят к значительным расходам тепла, горячей и холоднойводы. В то же время отсутствует возможность управлениятемпературно-влажностным режимом помещений квартир, чтоприводит к резкому снижению комфортности проживания,вызывает сезонные вспышки заболеваний в результате пониженияили повышения температуры воздуха квартир.

При комплексной реконструкции квартала или микрорайоназастройки повышается нагрузка на тепло-, электро-, водо- иканализационные сети за счет увеличения плотности застройкии числа проживающих. Это обстоятельство требует детальныхрасчетов и исследований экономической целесообразностипрокладки сетей, использования автономных источниковэнергоснабжения и других нетрадиционных решений.

Автономные системы теплоснабжения снижают расход топливана 20-50 %. Это достигается за счет сокращения потерь притранспортировке, использования управляемых режимовтеплоснабжения, а также в результате рационального примененияболее совершенных отопительных систем и теплогенераторов.

Использование верхней и нижней разводок в эксплуатируемыхзданиях приводит к неоднородному распределению тепловойэнергии по этажам и значительным колебаниям тепло-влажностного режима помещений. Это обстоятельствосущественно снижает комфортность проживания и приводит кдополнительным потерям и затратам за счет наращиванияотопительных приборов или создания принудительной вентиляции.Поэтому при реконструкции зданий оснащение теплосистемамис горизонтальным поквартирным распределением теплоносителяот стояков позволяет осуществить индивидуальное регулированиетеплового режима квартир и поквартирный учет потребляемойтепловой энергии. Регулирование теплового режима производитсяпутем установки терморегуляторов.


469

Теплоснабжение реконструируемых зданий можетосуществляться:

- от существующих городских теплосетей при условии ихудовлетворительного технического состояния и возможностиобеспечения теплом с учетом надстраиваемой части здания сустройством ИТП в здании;

- от городских тепловых сетей через реконструируемую ЦТП,перекладкой подводящих тепловых сетей к зданию с учетомувеличения тепловой нагрузки на отопление и горячееводоснабжение и устройством ИТП в здании.

При реконструкции жилых домов производится капитальныйремонт существующей системы отопления с полной заменойтрубопроводов, арматуры, нагревательных приборов.Проектируется новая система отопления - единая длясуществующей и надстраиваемой частей здания.

Система отопления принимается однотрубная или двухтрубнаяс разводкой магистральных трубопроводов по техническомуподполью.

Параметры теплоносителя системы отопления составляют: 95-70°С - для двухтрубных систем; 105-70 °С - для однотрубных систем.

В качестве нагревательных приборов могут применятьсячугунные или стальные радиаторы, конвекторы типа «Универсал»,которые оборудуются терморегуляторами фирмы «Дан-фосс».Термостаты, утилизируя свободное тепло от воздействиясолнечной энергии, работы электрических приборов, тепло отлюдей и т.п., обеспечивают большую экономию тепла. Термостатымаксимально используют это тепло и поддерживают постояннуютемпературу, которая регулируется самим потребителем.Полученная экономия может достигать 15 %.

Наибольший эффект экономии тепловой энергии достигаетсяпри автоматизированной системе управления режимомтеплоснабжения.

Для автоматизации коммерческого учета количества теплотыприменяется теплосчетчик ТЭМ-05М (производится НПФ «ТЭМ-Сервис», г.Москва).


470

На подающем теплопроводе системы отопления, а также наподающем и обратном трубопроводах системы горячеговодоснабжения (ГВС) устанавливаются первичныепреобразователи расхода.

На подающем и обратном трубопроводах систем отопления, атакже на подающем системы ХВС и ГВС устанавливаютсяпреобразователи температуры.

Показания преобразователей расхода и температурырегистрируются и обрабатываются микропроцессорнымустройством ИВБ. Оно устанавливается в шкафу учета тепла, гдекроме этого размещаются интерфейсная розетка и адаптер.

Система автоматического управления режимом теплоснабжениявключает: регулятор давления, погодный конденсатор, наружныеи внутренние датчики температуры, термостатический иавтоматический компенсационные клапаны, радиаторныетермостаты и др. Это оборудование позволяет в автоматическомрежиме поддерживать заданный температурный режим. В случаезначительного (выше расчетного) понижения температурынаружного воздуха предусматривается использованиеэлектрических подогревателей теплоносителя.

Авторегулирование отопительной нагрузки основано напрограммном обеспечении системы. Регулируемыми параметрамиявляются температура обратной воды из системы отопления сучетом возможных теплопотерь здания и температура помещений,обеспечивающие комфортные условия проживания.Энергоэффективность в сфере потребления обусловливаетсяинформационными потоками, характером и направленностьюуправляющих воздействий в системе теплоснабжения. Для системцентрализованного отопления управление микроклиматом зданияи отдельных помещений может быть осуществлено путемреализации принципиальной схемы, приведенной на рис. 8.19. Всвязи с этим регулирование теплоотдачи нагревательного приборас термостатом является функцией индивидуального потребителяс экономической заинтересованностью в виде платы заэнергоресурсы.


471

Рис. 8.19. Принципиальная схема управления микроклиматом прицентральном теплоснабжении=> - управление; -----► - передача информации; ® -тепломассоперенос; НО - наружные ограждения; ЕВ - системаестественной вентиляции; НП - нагревательный прибор; СЦО -система центрального отопления; ГВ - система горячеговодоснабжения; ТП - тепловой пункт; ЦТИ - центральныйтеплоисточник; БЭ - бытовые источники энергии; П - программауправления; АУУ - автоматическое управляющее устройство

Автоматизированные системы управления подачи тепловойэнергии наиболее эффективны при создании локальных газовыхкотельных, монтируемых на крышах или вблизи зданий иобслуживающих группу жилых домов или квартал. Возможноиспользование комбинированных систем теплоснабжения отмагистральных и локальных сетей.

Перспективным с точки зрения энергозатрат и созданиякомфортных условий пребывания в помещениях являетсяиспользование напольных отопительных систем. Они разделяютсяна системы с теплопроводами из полимерных труб, греющихкабелей и плоских графито-пластиковых нагревательныхэлементов. Расположение отопительных систем в покрытии полаили подготовке под полы обеспечивает плотность теплоотдачи с 1м2 50-55 Вт/(м2×°С), что соответствует температуре пола 24-26 °С.


472

При использовании обычного теплоносителя принимаютсяполимерные трубы диаметром 15-25 мм, имеющие расчетный срокэксплуатации около 100 лет и выдерживающие температуру 120°С.

Техническое решение напольного отопления представляет собойзмеевидные контуры, подключаемые к стояку отопительнойсистемы с терморегулятором. Равномерное распределениетеплового потока позволяет улучшить комфортность помещений, аотказ от навесных отопительных радиаторов не только расширяетсвободное пространство помещений, но и снижает нагрузки наэлементы здания.

Для компенсации зон нисходящего с наружных стен и оконхолодного воздуха предусматривается более частое расположениетруб по периметру, что позволяет получать указанные зоны стемпературой поверхности пола 28-32 °С.

Технология производства работ предусматривает укладку трубнепосредственно в подготовку под полы. Для этой целииспользуются специальные шаблоны, которые обеспечиваютзаданный шаг труб, радиус поворота и геометрическуюнеизменяемость положения при укладке смесей.

Первоначально размещают направляющие шаблоны с шагом,обеспечивающим минимальный прогиб полимерных труб. Своимиконцами они крепятся к перекрытию с помощью крепежныхсистем. Затем укладываются полимерные трубы с обязательнымкреплением к направляющим с помощью прижимных фиксаторов.Концевые элементы труб с помощью соединительных муфтподнимаются к стоякам теплоснабжения. Там же располагаютсятерморегуляторы. Высота их установки принимается на уровнеплинтуса пола.

Наиболее эффективна технология устройства стяжки сиспользованием пенобетона, бентонита и других типовсаморазравнивающихся смесей. Подача и укладка смесей спомощью растворонасосов снижают в 8-10 раз трудозатраты иобеспечивают горизонтальную поверхность, не требующуюдальнейшей обработки. Затем на полученные поверхностиукладывается чистый пол из различных материалов: ковролина,керамической плитки или паркета. При малых объемах работ, какнапример, устройство теплого пола ванной комнаты или кухни,процесс укладки поверхностного слоя может осуществляться


473

вручную с приготовлением раствора из сухих смесей внепосредственной близости к помещениям.

При реконструкции зданий нашли применение напольныеотопительные системы с использованием греющих электрическихкабелей. Отечественной промышленностью выпускаются кабелис удельной мощностью 16-32 Вт/пм. В качестве нагревательнойжилы используют нихром, сталь, медь. Допустимая температура вкабеле достигает 150 °С. Рабочая температура на жиле составляет70-80 °С. Изоляция кабеля стойка к воздействию воды, 20 %-мусоляному раствору, 30 %-му раствору щелочи. Греющие провода икабели могут использоваться при температуре окружающей средыот минус 60 до плюс 50 °С.

В зависимости от площади помещений и требуемой температурыгреющие кабели и нагревательные провода выполняются в видесекционных комплектов.

Система обогрева располагается в толщине цементно-песчанойподготовки толщиной 3-5 см, снабжается термодатчиком итермостатом. Подключение производится к сети жилогопомещения напряжением 110-220 В. Наиболее эффективнымявляется расположение греющих кабелей в цементно-песчанойподготовке пола. В этом случае материал, обладая высокойтеплоемкостью, может длительное время отдавать тепло приотключенной подаче энергии. Поэтому возможна цикличнаяподача тепла во время суток, когда стоимость и потреблениеэлектроэнергии минимальны. При использовании в качестве поладеревянного покрытия греющий кабель располагается нарасстоянии 3-5 см от его внутренней поверхности в промежуткахмежду ними. Теплотехнический эффект в данном варианте менееэффективен, так как из-за воздушной прослойки и низкойтеплопроводности дерева период нагрева значительноувеличивается. При этом требуется более высокая удельнаямощность.

Технология производства работ заключается в раскладкекабельной системы на поверхности перекрытия, фиксациигеометрического положения с помощью направляющих, установкетермодатчиков и терморегуляторов.

По мере выполнения монтажных работ осуществляетсяпооперационный контроль, включающий сохранение проектногошага расположения кабеля, горизонтальность размещения по


474

высоте, фиксацию мест установки термодатчиков и проверкуфункционирования системы в целом.

Для обеспечения требуемого шага расположения кабеляиспользуются металлические или полимерные направляющие сфиксаторами. С помощью фиксаторов осуществляют крепление ивывод системы термодатчиков.

После подготовки системы осуществляют укладку цементно-песчаной стяжки или настилку деревянного пола.

Греющие кабельные системы возможно располагать также подштукатурной поверхностью стен или фиксировать на стенах сэкранированием плоскими элементами. Они могут использоватьсядля отогрева тротуаров, пандусов гаражей и в других случаях.

Одним из эффективных средств создания греющих полов,потолков и стен являются стеклопластиковые графитовыенагреватели. Они представляют собой графитовую ткань,запрессованную в стеклопластиковую оболочку с концевымивыводами для коммутации.

Размеры панелей составляют от 10´70 мм до 800´1200 мм притолщине 0,8-2,5 мм. Возможно использование как постоянного,так и переменного тока. Температура рабочей поверхности можетдостигать 100 °С. Коэффициент теплоотдачи составляет 0,96-0,99.Системы обладают низким коэффициентом тепловой инерции, чтопозволяет через 30-40 с после включения получать заданныйтепловой поток.

Стеклопластиковые греющие панели имеют высокий уровеньэнергобезопасности и долговечности. Они одинаково хорошовыполняют свои функции при непрерывной и цикличной работе,сохраняют работоспособность при наличии сквозных отверстий.Это качество существенно упрощает процесс их монтажа, так какпозволяет использовать различные крепежные средства взависимости от материала основания.

Основным преимуществом электрических систем отопленияявляется то, что излучаемый тепловой поток имеет большуюплощадь и малую тепловую инерцию. Так, для греющих половпериод стационарного режима снижается до 30-45 мин, а плоскихнагревательных систем - 10-15 мин. При этом излучаемое тепло несжигает кислород и не создает воздушных потоков, поднимающихпылевые частицы. Это обстоятельство существенно улучшает


475

экологическую ситуацию, благоприятно воздействуя на психикучеловека.

Следует отметить высокую надежность и долговечностьотопительных систем, а также низкие трудозатраты и стоимостьпри их устройстве. По сравнению с традиционными решениямидостигается снижение затрат до 30 %. Однако наиболее ощутимымфактором является эксплуатационная надежность таких систем.По данным финских экспертов, срок эксплуатации таких системможет достигать 100 лет.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ1. Авиром Л.С. Надежность конструкции сборных зданий и

сооружений. -Л.: Стройиздат, 1971. - 171 с.

2. Ананьев В.П., Зеленский Ю.В., Шувалова Л.П., Исаев Б.Н.Силикатизация лессовых грунтов. - Ростов: Изд-во Рост, ун-та,1985. - 124 с.

3. Арендский Е. Долговечность жилых зданий/ Пер. с польского.- М.: Стройиздат, 1983. -255 с.

4. Афанасьев А.А., Матвеев Е.П., Монастырев В.П.Индустриальные методы облицовки зданий при их утеплении//ПГС. - № 6. - 1997. - С. 49-52.

5. Бедов А.И., Сапрыкин В.Ф. Обследование и реконструкцияжелезобетонных и каменных конструкций эксплуатируемыхзданий и сооружений. - М.: АСВ, 1995. - С. 180.

6. Боровков А.А. Теория вероятностей. - М.: Наука, 1986. - 431 с.

7. Бойко М.Д. Технологическое обслуживание и ремонт зданий исооружений. - М.: Стройиздат, 1993. - 207 с.

8. Грунау Э. Предупреждение дефектов в строительныхконструкциях/ Пер. с нем. - М.: Стройиздат, 1980. - 186 с.

9. Гусаков А.А. Системотехника строительства. - М.: Стройиздат,1993. - 366 с.


476

10. Гнеденко Б.В., Беляев Ю.К., Соловьев А.Д. Математическиеметоды в теории надежности. - М.: Наука, 1965.

11. Егнус М.Я., Каграманов Р.А., Левинзон АЛ. Технологическоеобеспечение сборки зданий. - М.: Стройиздат, 1979. - 341 с.

12. Жилкин Г.Н. Электромеханическое закрепление фунтов встроительстве. - Л.: Стройиздат, 1966. - 246 с.

13. Калинина В.Н., Панкин В.Ф. Математическая статистика. -М.: Высшая школа, 1994.-335 с.

14. Карлин С. Основы теории случайных процессов. - М.: Мир,1971. -386 с.

15. Коновалов П.А. Основания и фундаменты реконструируемыхзданий. -М.: Стройиздат, 1980. -242 с.

16. Мензуренко А.С. Механизация строительно-монтажныхработ при реконструкции, модернизации и капитальном ремонтежилых зданий// ПГС. - № 4. - 1995. С. 30-31.

17. Методические рекомендации по оценке эффективностиинвестиционных проектов и их отбору для финансирования. - М.,1994. - 80 с.

18. Михалко В.Р. Ремонт конструкций крупнопанельных зданий.- М.: Стройиздат, 1986.- 310с.

19. Пилягин А.В. Опыт определения осадок фундаментов поданным краткосрочных геодезических наблюдений// Геология икартография. -1973. - № 11.

20. Пискунов М.Е. Методика геодезических наблюдений задеформациями сооружений. - М.: Недра, 1980. - 186 с.

21. Попов Г.Г., Бурак Л.Я. Техническая экспертиза жилыхзданий старой постройки. - Л.: Стройиздат, 1986. - 210 с.

22. Перлей Е.М., Раюк В.Ф., Беленькая В.Ф., Алмазов А.Н.Свайные фундаменты и заглубленные сооружения приреконструкции действующих предприятий. - Л.: Стройиздат,1989.-175 с.


477

23. Райзер В.Д. Теория надежности в строительномпроектировании. -М.: АСВ, 1998. - 302 с.

24. Рекомендации по обследованию и оценке техническогосостояния крупнопанельных и каменных зданий/ ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко. - М.: Стройиздат, 1988. - 57 с.

25. Рекомендации по усилению каменных конструкций зданий исооружений/ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко. - М.: Стройиздат, 1984. -36 с.

26. Ройтман А.Г. Надежность конструкций эксплуатируемыхзданий. - М.: Стройиздат, 1985.-174 с.

27. Ройтман А.Г. Деформации и повреждения зданий. - М.:Стройиздат, 1987. - 157 с.

28. Саурин А.Н., Таранцева Е.А. Опыт устройства набивных свайв раскатанных скважинах применительно к различным инженерно-геологическим и построечным условиям площадок// Основания,фундаменты и механика грунтов. - 1998. - С. 40-43.

29. Соловьев А.Д. Асимптотическое поведение момента первогонаступления редкого события в регенерируемом случайномпроцессе// Изв. АН СССР. Техническая кибернетика. - 1971.-№6. -С.79-89.

30. Соловьев А.Д., Саходов О.В. Двусторонние оценки длявероятности отказа на одном периоде регенерации// Изв. АНУзССР. - 1977. - № 2. - С. 41-46.

31. Соколов В.К. Реконструкция жилых зданий. - М.: Стройиздат,1986. - 245 с.

32. Столбов Ю.В. Статистические методы контроля качествастроительно-монтажных работ. - М.: Стройиздат, 1982. - 86 с.

33. Седых Ю.И., Лазебник В.М. Организационно-технологическая надежность жилищно-гражданскогостроительства. - М.: Стройиздат, 1989. - 398 с.

34. Смолко С.Я., Хотяков В.Я., Яковлев В.Г. Применениекоротких свай и плитных фундаментов в жилищном строительствена слабых основаниях// Основания, фундаменты и механикагрунтов. - 1991. - № 2. - С. 5-6.


478

35. Соколевич Л.Е. Химическое закрепление грунтов. - М.:Стройиздат, 1980. - 268 с.

36. Штепе Г. Надежность несущих строительных конструкций/Пер. с немец. - М.: Стройиздат, 1994. - 287 с.

37. Шторм Р. Теория вероятностей. Математическая статистика.Статистический контроль качества/ Пер. с немец. - М.: Мир, 1970.-364 с.

38. Управление инвестиционным комплексом в новых условиях/Под ред. А.И. Ресина. - М., 1994. - 104 с.

39. Физдель И.А. Дефекты в конструкциях, сооружениях иметоды их устранения. - М.: Стройиздат, 1987. - 335 с.

40. Пособие к МГСН 2.01-99 «Энергосбережение в зданиях». -М., 1999.

41. Проектирование тепловой защиты зданий. СП 23-101-2004. -М., 2001.

42. Рекомендации по проектированию и устройству оснований,фундаментов и подземных сооружений при реконструкциигражданских зданий и исторической застройки/ ПравительствоМосквы, Москомархитектура. - М., 1998.

43. Рекомендации по обследованию и мониторингу техническогосостояния эксплуатируемых зданий, расположенных вблизинового строительства или реконструкции/ Москомархитектура. -М., 1998.

44. Рекомендации по проектированию и устройству основанийи фундаментов при возведении зданий вблизи существующих вусловиях плотной застройки в г. Москве/Правительство Москвы,Москомархитектура. - М., 1999.


479

rekonstruktsiya zhilykh zdanii chast i tekhnologii vosstanovleniya ekspluat

Documents