Способ усиления стен из кирпичной кладки и инъекционное устройство для его осуществления
METHOD OF REINFORCEMENT OF WALLS FROM BRICK MASONRY AND INJECTION DEVICE FOR IMPLEMENTATION THEREOF

Изобретение относится к области промышленного и гражданского строительства и предназначено для усиления и восстановления каменной кладки при проведении ремонтных и реставрационных работ зданий со стенами из кирпичной кладки и многослойными стенами или с заменой поврежденных участков стен здания с каменной кладкой.
В процесс эксплуатации здания наблюдаются различные виды повреждения каменных конструкций стен, которые снижают эксплуатационную надежность здания в целом или отдельных его частей. К сильным повреждениям каменных конструкций относят обвалы в стенах, размораживание и выветривание кладки на глубину 0,25-0,50 толщины стены, трещины в несущих стенах на высоту 4-8 рядов кладки, вспучивание стен в пределах этажа на 0,15-0,30 их толщины, повреждение кладки над опорами прогонов и перемычек в виде раздробления камня, смещение плит перекрытий на опорах более 0,20 глубины заделки в стене, термическое повреждение кладки стен при пожаре на глубину 2-6 см. Для обеспечения достаточной прочности, устойчивости здания и возможности его безопасной эксплуатации производят усиление поврежденных конструкций (Патент РФ №2196868, опубл. от 20.01.2003 г.). В эксплуатирующемся здании каменные конструкции, имеющие повреждения различной тяжести, исправляют, как правило, без демонтажа несущих конструкций.
Известно устройство усиления зданий и сооружений кирпичной или каменной кладки, включающее каркас из парных вертикальных элементов, расположенных с обеих сторон стен здания и связанных между собой стяжными болтами, проходящими через сквозные отверстия в стене, пояса жесткости и ограждающую сетку (Авторское свидетельство СССР №1838551, опубл. от 30.08.1993, Бюл. №32).
Недостатком указанного технического решения является то, что в известном устройстве применена сложная конструкция усиления, частое расположение поперечных связей - стяжных болтов, ведет к пробиванию значительного числа отверстий в стене и ее дополнительному ослаблению.
Известно устройство усиления каменных конструкций, включающее деревянный каркас усиления, состоящий из стержневых вертикальных и горизонтальных элементов, выполненных из неразрезных деревянных прогонов, установленных с обеих сторон стены (Патент РФ №2150557, опубл. от 10.06.2000, Бюл. №16).
Недостатком указанного технического решения является то, что в известном креплении применена громоздкая конструкция усиления, а применение древесины в качестве материала для крепления стен приводит к снижению класса конструктивной пожарной безопасности здания.
Известен способ усиления каменных конструкций зданий и сооружений путем крепления ослабленных и поврежденных каменных стен здания, включающее использование продольных и поперечных стальных тяжей из круглой стали диаметром 20÷38 мм, приваренных к отрезкам уголков, установленных по углам здания с последующим натяжением тяжей стяжными муфтами по всему контуру здания (Рекомендации по усилению каменных конструкций зданий и сооружений. - М.: Стройиздат, 1984, - с. 21-22).
Недостатком данного способа крепления является применение малоэффективных стальных тяжей круглого сечения, которые не плотно прижимаются к поверхности каменных стен здания, стяжные муфты трудоемки в изготовлении и не соответствуют требованиям контроля натяжения стальных тяжей, соединение муфтами несовершенно для включения в работу элементов крепления и не обеспечивает пространственную жесткость здания.
Известен способ для усиления каменных и железобетонных конструкций методом инъекции и устройство для его осуществления, заключающийся в подаче инъекционного раствора в тело каменной конструкции через анкерный болт с последующим оставлением анкерного болта в теле каменной конструкции. Анкерный болт выполнен с анкерным наконечником и отверстиями для инъекционного раствора, при этом фиксация инъектора происходит не за счет вбивания устройства, а за счет распора тела инъектора в теле конструкции (Заявка на изобретение РФ №2009122096, опубл. от 2012.2010).
Недостатком данного способа является значительное удорожание работ по усилению каменных конструкций вследствие оставления дорогостоящего инъектора в теле конструкции.
Известен способ упрочнения пород, включающий бурение скважин, нагнетание в одни из них упрочняющего раствора с одновременной откачкой воздуха и контролем истечения упрочняющего раствора из соседних скважин (Авторское свидетельство СССР №973852, опубл. от 15.11.1982, Бюл. №42).
Недостатком данного способа является то, что, несмотря на уменьшение подпора воздуха в инъецируемых трещинах, проникающая способность упрочняющего цементационного раствора будет ограничена величиной их раскрытия.
Известен способ усиления стен из кирпичной кладки и устройство для его осуществления, включающий определение границы поврежденного участка кладки стены плюс один кирпич, далее в стене просверливаются отверстия несколько большего диаметра спиралевидной витой части анкера в шахматном порядке на соответствующую глубину, все отверстия очищаются от пыли сжатым воздухом и промываются, после этого отверстия заполняются на 2/3 глубины специальным клеевым составом в зависимости от раствора кладки, определяется требуемая длина заделки анкера в конструкцию стены, которая должна быть несколько короче глубины отверстия, отрезается кусок проволоки, концы которой, после сгиба пополам, скручиваются между собой при помощи подручных инструментов с организацией прямолинейных отгибов, в приготовленные отверстия, заполненные клеевым составом, устанавливается спиралевидная часть предлагаемых анкеров, выдавившаяся наружу часть клеевого состава удаляется, а прямолинейные отгибы анкеров располагаются в швах новой кладки (Патент РФ №2525091, опубл. от 10.082014, Бюл. №22).
Недостатком данного способа является трудоемкость, поскольку заделки отгибов анкеров располагаются в швах новой кладки, для чего необходимо проводить вычинку кирпичей из старой кладки. Это приводит к значительному увеличению времени и стоимости реставрационных работ при ремонте зданий со стенами из кирпичной кладки.
Известен способ инъекционного уплотнения ограждающих бетонных и железобетонных конструкций, включающий нагнетание внутрь конструкции раствора и отверждение его, при этом нагнетание осуществляют для всей конструкции поочередно через группы точечных инъекторов, закрепленных в предварительно пробуренных в уплотняемой части конструкции скважинах, находящихся в гидравлической связи между собой, и проводят его последовательно в каждой группе инъекторов в три стадии с промежуточными выдержками между стадиями, равными времени отверждения ранее нагнетенного раствора (Заявка на изобретение РФ №95105147, опубл. от 20.01.1997). Однако данный способ инъекционного уплотнения ограждающих конструкций требует значительных финансовых затрат на создание системы гидравлически связанных между собой группе инъекторов, при этом на практике создание данной системы проблематично.
Известен способ закрепления анкеров в скважинах, включающий ввод штанги анкера в скважину и подачу в нее по гибким шлангам закрепляющего раствора под высоким давлением (В.Н. Семевский, В.М. Волжский, О.В. Чумофеев, А.П. Широков, Г.И. Кравченко, Б.К. Чукан, С.И. Этингов. Штанговая крепь. М. Недра, 1965, с. 51, рис. 56).
Недостатком способа является отсутствие операции по выводу воздуха из скважины в момент нагнетания закрепляющего раствора. В связи, с чем необходимо дополнительное время для его удаления через трещины в массиве. Это обстоятельство исключает использование быстротвердеющих составов со сроком схватывания 20-25 секунд. Кроме того, нагнетание закрепляющего раствора в скважину с установленным в ней анкером предопределяет использование скважин с диаметром, значительно большим, чем диаметр штанги анкера. В противном случае при малых кольцевых зазорах подать вязкие растворы становится весьма затруднительно.
Известен способ реставрации, заключающийся в том, что в изделие, выполненное из отдельных элементов, выполненных из кирпича и связанных между собой связующим, вводят упрочняющие средства в виде полимерцементной композиции (Патент РФ №2108924, опубл. от 20.04.1998).
Известен состав полимерцементной тампонажной композиции (раствора), содержащий цемент, добавку на основе полимерных смол, например, водорастворимый полимер нелатексного типа CFL-117 и водно-полимерную систему поли-N-виниламида «Контрепол», и воду (Заявка на изобретение РФ №2319722, опубл. от 20.03.2008, Бюл. №8). Полимерцементная композиция имеет высокую адгезию к стенкам скважин в строительных конструкциях, а также высокую прочность на изгиб отвержденного цементного камня и является безусадочной тампонажной композицией.
Известен способ усиления стен из кирпичной кладки и устройство для его осуществления, при котором сначала просверливается в стене скважина необходимой глубины несколько больше внешнего диаметра спиралевидного анкера, затем скважина прочищается и продувается, после этого оно полностью заполняется клеевым составом и в скважину, заполненную клеевым составом, вставляется спиралевидный анкер, при этом длину анкера делают несколько короче глубины скважины и его полностью погружают в скважину, выдавившееся наружу часть клеевого состава удаляют, после этого незаполненное пространство скважины скважину полностью заполняют клеевым составом и зашпаклевывают для придания эстетического вида. Устройство для его осуществления данного способа, включает в себя инъектор для заполнения скважины клеевым составом и анкер, представляющий из себя прямой металлический стержень из нержавеющей стали с витым телом, имеющий центральное тело с выступающими крыльями, при этом центр поперечного сечения спиралевидного анкера сформирован в виде овала, вдоль короткой оси овала выходят два прямых плоских крыла в противоположные стороны, а поверхность спиралевидного анкера выполнена шершавой, что обеспечивает прочное и надежное соединение строительных элементов (Патент на полезную модель РФ №116873, опубл. от 10.06.2012, Бюл. №16).
Однако, в описании данного способа не указано каким способом или устройством выполняется наполнение скважины клеевым составом, контролируется отсутствие пустот при заполнении скважины клеевым составом, отсутствует информация о составе клеевого вещества и его характеристик сцеплении в кирпичной кладкой, анкер имеет сложное строение в виде постоянного спиралевидного сечения зеркально симметричного по вертикали и горизонтали из нержавеющей стали, что определяет сложную технологию его изготовления только в заводских условиях и высокую стоимость.
Технический результат, который может быть получен при применении данного изобретения, заключается в снижении стоимости за счет повышения технологичности и скорости ремонтных работ вследствие быстрого заполнения скважины инъекционным раствором и использования в качестве анкерных элементов серийно производимой рифленой арматуры, а также эксплуатационной надежности за счет высокой прочности на изгиб отвержденного цементного камня и эффекта безусадочности при использовании в качестве инъекционного раствора полимерцементной композиции, содержащий цемент, полимерную добавку и воду.
Для достижения данного технического результата в предлагаемом способе усиления стен из кирпичной кладки, при котором сначала просверливают в стене скважину, проходящей через трещины в кирпичной кладке, с диаметром несколько больше внешнего диаметра анкера, затем скважину прочищают и продувают, после этого она полностью заполняется инъекционным раствором и в скважину, заполненную инъекционный раствором, вставляется анкер, при этом длину анкера делают несколько короче глубины скважины и его полностью погружают в скважину, выдавившуюся наружу часть инъекционного раствора удаляют, после этого незаполненное пространство скважины полностью заполняют инъекционным раствором и зашпаклевывают для придания эстетического вида, согласно изобретению, после просверливания в стене скважины необходимой глубины ее закрывают снаружи съемной защитной шайбой, крепящейся к кирпичной кладке и имеющей центральное отверстие с диаметром меньшим диаметра скважины и отверстие меньшего диаметра в верхней части шайбы над центральным отверстием, при этом совмещают центральное отверстие шайбы с осью скважины, в центральное отверстие вводят инъектор на всю глубину скважины и через него под давлением нагнетают в скважину инъекционный раствор, медленно выводя инъектор из скважины, при наполнении скважины раствором воздух вытесняется из скважины через отверстие меньшего диаметра в верхней части шайбы над центральным отверстие, при появлении из отверстия меньшего диаметра в верхней части шайбы инъекционного раствора, подачу инъекционного раствора через инъектор прекращают и его окончательно выводят из скважины, после этого через центральное отверстие шайбы в скважину вводят анкер, после затвердения инъекционного раствора шайбу открепляют от кирпичной стены и поверхность стены зашпаклевывают, при этом в качестве инъекционного раствора применяют полимерцементную композицию, а в качестве анкера используют металлический пруток необходимой длины из серийно производимой рифленой арматуры.
Введение в предлагаемый способ усиления стен из кирпичной кладки съемной защитной шайбой, крепящейся к кирпичной кладке и имеющей центральное отверстие с диаметром меньшим диаметра скважины и отверстие меньшего диаметра в верхней части шайбы над центральным отверстием, при этом совмещают центральное отверстие шайбы с осью скважины, введение в центральное отверстие инъектор на всю глубину скважины и нагнетание через него в скважину под давлением инъекционного раствора, медленно выводя инъектор из скважины, вытеснение воздуха при наполнении скважины раствором через отверстие меньшего диаметра в верхней части шайбы над центральным отверстие и прекращение подачи инъекционного раствора при появлении его из отверстия меньшего диаметра в верхней части шайбы инъекционного раствора, введение анкера в скважину через центральное отверстие шайбы, а также использование в качестве инъекционного раствора полимерцементной композиции, а в качестве анкера металлического прутка из серийно производимой рифленой арматуры позволяет получить новое свойство, заключающееся в возможности снижения стоимости, повышения технологичности и скорости ремонтных работ вследствие быстрого плотного заполнения скважины инъекционным раствором за счет нагнетания раствора под давление через инъектор и свободного выхода воздуха из скважины через отверстие меньшего диаметра в верхней части шайбы над центральным отверстием (без образования воздушных «рыковин» в скважине), снижения потерь инъекционного раствора вследствие его фиксации в скважине съемной защитной шайбой при все инъекционных операциях и определения момента прекращения подачи раствора при его появлении отверстие меньшего диаметра в верхней части шайбы над центральным отверстием, снижения стоимость анкера за счет использования в качестве его металлического прутка из серийно производимой рифленой арматуры, а также повышение эксплуатационной надежности за счет высокой адгезия к стенкам скважин в строительных конструкциях, высокой прочности на изгиб отвержденного цементного камня и эффекта безусадочности при использовании в качестве инъекционного раствора полимерцементной композиции, содержащий цемент, полимерную добавку и воду.
Предлагаемый способ усиления стен из кирпичной кладки может быть реализован при использовании следующего инъекционного устройства для его осуществления.
Инъекционное устройство, включающий в себя инъектор для заполнения скважины инъекционным раствором и анкер, представляющий из себя металлический стержень с шершавой поверхностью, что обеспечивает прочное и надежное соединение строительных элементов, снабжено съемной защитной шайбой, крепящейся снаружи к кирпичной кладке и имеющей центральное отверстие с диаметром меньшим диаметра скважины и отверстие меньшего диаметра в верхней части шайбы над центральным отверстием, при этом середина центрального отверстия шайбы совмещена с осью скважины, инъектором, вставляемым в центральное отверстие на всю глубину скважины и перемещаемым в обратном направлении для подачи через него в скважину инъекционного раствора под давлением, при этом инъектор, выполнен в виде полого корпуса, наконечник которого имеет сквозные отверстия, а также анкером, выполненным в виде металлического прутка необходимой длины из серийно производимой рифленой арматуры, который устанавливается в скважине, заполненной инъекционным раствором, после удаления инъектора из скважины.
На фиг.1 изображено инъекционное устройство, используемое при реализации предлагаемого способа усиления стен из кирпичной кладки.
Инъекционное устройство включает в себя съемную защитную шайбу 1, крепящейся снаружи к кирпичной кладке 2 и имеющей центральное отверстие 3 с диаметром меньшим диаметра скважины 4 и отверстие 5 меньшего диаметра в верхней части шайбы над центральным отверстием 3, при этом середина центрального отверстия 3 шайбы 1 совмещена с осью скважины 4, инъектором 6, вставляемым в центральное отверстие 3 на всю глубину скважины 4 и перемещаемым в обратном направлении для подачи через него в скважину 4 инъекционного раствора под давлением. Инъектор, выполнен в виде полого корпуса, наконечник которого имеет сквозные отверстия 7, а также анкером 8, выполненным в виде металлического прутка необходимой длины из серийно производимой рифленой арматуры, который устанавливается в скважине 4, заполненной инъекционным раствором, после удаления инъектора 6 из скважины 4. Скважина 4 просверливается на необходимую глубину в кирпичной кладке 2, но при этом обязательно проходит через трещины 9 в кладке 2.
После затвердения инъекционного раствора шайбу 1 открепляют от кирпичной кладки 2 и поверхность стены зашпаклевывают, например, гипсом, закрывая устье скважины 4 шпаклевочной пробкой 10.
Предлагаемый способ усиления стен из кирпичной кладки реализуется с помощью инъекционного устройства следующим образом.
Сначала просверливают в кирпичной кладке 2 с трещинами 9 скважину 4 с диаметром несколько больше внешнего диаметра анкера 8. Затем скважину 4 прочищают и продувают. После скважину 4 снаружи закрывают съемной защитной шайбой 1, которая крепиться к кирпичной кладке 2, например, с помощью клея или на шурупах, таким образом, что середина центрального отверстие 3 шайбы 1 совпадает с осью скважины 4. В центральное отверстие 3 вводят инъектор 6 на всю глубину скважины 4 и через него под давлением нагнетают в скважину 4 полимерцементную композицию через сквозные отверстия 7 наконечника инъектора 6, медленно выводя инъектор 6 из скважины 4. Нагнетание полимерцементной композиции в кирпичную кладку 2 производится, например, механическим растворонасосом (на рис. не показан). Медленное выведение инъектора 6 из скважины 4 обеспечивает поэтапное и плотное (без воздушных «рыковин») заполнение скважины 4 полимерцементной композицией. При наполнении скважины 4 полимерцементной композицией воздух вытесняется из скважины 4 через отверстие 5 меньшего диаметра в верхней части шайбы 1 над центральным отверстие 3. При этом происходит не только заполнение скважины 4 полимерцементной композицией, но и трещин 9 в кирпичной кладке 2. При появлении из отверстия 5 меньшего диаметра в верхней части шайбы 1 фрагментов полимерцементной композиции, подачу композиции через инъектор 6 прекращают и его окончательно выводят из скважины 4. После этого через центральное отверстие 3 шайбы 1 в скважину 4 вводят анкер 8, в качестве которого используют металлический пруток необходимой длины (меньше длины скважины) из серийно производимой рифленой арматуры. После затвердения полимерцементной композиции шайбу 1 открепляют от кирпичной кладки 2 и поверхность стены зашпаклевывают, например, гипсом, закрывая устье скважины 4 шпаклевочной пробкой 10.
Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки:
1. Патент РФ №2196868, опубл. от 20.01.2003 г.
2. Авторское свидетельство СССР №1838551, опубл. от 30.08.1993, Бюл. №32.
3. Патент РФ №2150557, опубл. от 10.06.2000, Бюл. №16.
4. Рекомендации по усилению каменных конструкций зданий и сооружений. - М.: Стройиздат, 1984, - с. 21-22.
5. Заявка на изобретение РФ №2009122096, опубл. от 2012.2010.
6. Авторское свидетельство СССР №973852, опубл. от 15.11.1982, Бюл. №42.
7. Патент РФ №2525091, опубл. от 10.082014, Бюл. №22.
8. Заявка на изобретение РФ №95105147, опубл. от 20.01.1997.
9. В.Н. Семевский, В.М. Волжский, О.В. Чумофеев, А.П. Широков, Г.И. Кравченко, Б.К. Чукан, С.И. Этингов. Штанговая крепь. М. Недра, 1965, с. 51, рис. 56.
10. Патент РФ №2108924, опубл. от 20.04.1998.
11. Заявка на изобретение РФ №2319722, опубл. от 20.03.2008, Бюл. №8.
12. Патент на полезную модель РФ №116873, опубл. от 10.06.2012, Бюл. №16 - прототип.