15. Методика обследования каменных и армокаменных конструкций; 16. Причины появления дефектов в каменных и армокаменных конструкциях, их виды и особенности; 17. Оценка уровня поврежденности каменных и армокаменных конструкций, методы определения их несущей способности.

Фактическое техническое состояние каменных и армокаменных конструкций зданий и сооружений устанавливается в результате их обследования, поверочных расчетов и натурного испытания.

Дефекты и повреждения каменных и армокаменных конструкций, оказывающие влияние на их техническое состояние, появляются в результате следующих воздействий: механических (статических и динамических), коррозионных, температурно-влажностных, а также неравномерных осадок оснований под фундаментами (по характеру расположения трещин в кирпичных стенах здания можно судить о причине их возникновения, рис 9.1).

Рисунок 9.1 – Расположение трещин в кирпичной кладке стен и причины их возникновения: а) слабый грунт под средней частью здания; б) то же у торца здания; в) твердый грунт под средней частью здания; г) просадка части здания; д) разные давления в подошве фундаментов при разнонагруженных стенах

Обследование каменных конструкций, также как и железобетонных, выполняется в два этапа: общее (визуальное) и детальное (инструментальное). Кроме того, производят отбор и лабораторное испытание образцов материала. На стадии предварительного обследования выявляют конструкции, находящиеся в предварительном состоянии, принимают меры, предотвращающие обрушение. Инструментальное обследование производится однократно, если деформации, вызвавшие повреждения, прекратились, иначе организовывается длительное наблюдение с установкой маяков.

Основной задачей осмотра кирпичных стен является выявление в них дефектов и выяснение причин их образования.

При изучении проекта можно определить такие дефекты, как применение в пределах одного этажа различных марок кирпича и раствора, что дает большую вероятность появления участков кладки с недостаточной прочностью.

По проекту также можно выяснить степень пространственной жесткости здания (наличие в достаточном количестве поперечных стен). Следует обратить внимание на проектное армирование стен, узлы опирания балок, прогонов и плит на стены, анкеровку перекрытий в стенах, места расположения и конструктивное решение температурных швов. Например, если несущий кирпичный столб частично перерезывается железобетонным, то это приводит к эксцентриситету передачи усилия в столбе, когда вместо всего поперечного сечения столба работает только одна часть, соприкасающаяся с железобетонной конструкцией.

В зданиях с влажными условиями эксплуатации (банях, прачечных) должно быть рассмотрено проектное решение по пароизоляции стен.

При осмотре кирпичных стен должны быть выявлены и зафиксированы все трещины и участки с повышенной влажностью, толщина растворных швов, качество перевязки швов, отвесность и прямолинейность углов кладки и откосов проемов, выпучивания и искривление стен, армированные швы, участки стен с расслоением по вертикали, выкрашивание кирпича и раствора, разрушение из-за вымораживания нижней части цоколя, а также штукатурки и облицовки.

Большой объем информации о состоянии кирпичной кладки дают трещины. Все трещины в кладке можно разделить на три вида: 1) трещины, вызванные перегрузкой стен; 2) трещины, образовавшиеся из-за неравномерной осадки фундамента; 3) трещины, вызванные температурными деформациями. Все они по-разному влияют на несущую способность каменных конструкций.

Трещины от перегрузки участков кладки стен могут вызвать обрушение этих участков и расположенной выше кладки. Трещины, вызванные перегрузкой участка стен, как правило, вертикальные, имеют малое раскрытие, расположены на небольшом расстоянии друг от друга. Эти трещины часто сопровождаются выпучиванием версты и вертикальным расслоением кладки.

Трещины от неравномерной осадки фундаментов ослабляют места сопряжения отдельных элементов, нарушают пространственную жесткость здания, увеличивают воздухопроницаемость стен. Трещины, образовавшиеся от неравномерной осадки фундамента, чаще имеют наклонное направление, значительное раскрытие, расположены на большом расстоянии друг от друга. Вертикальное расслоение кладки при этом обычно не встречается. При деформации здания в виде прогиба или перегиба (выгиба) осадочные трещины, как правило, не проходят по всей высоте здания. Трещин не бывает в сжатой зоне кладки (вверху при прогибе и внизу при перегибе). В случае перекоса трещины проходят по всей высоте стены. При различной осадке фундаментов под противоположными стенами здания возникает деформация кручения. При этом трещины на противоположных стенах получают наклон в разных направлениях. Следует иметь в виду, что при неравномерной осадке фундаментов могут возникать и трещины от перегрузки стен в результате перераспределения усилий между участками стен.

Трещины температурного происхождения ослабляют участки стен под опорами балок и перемычек, а в торцевых участках здания они по отрицательным последствиям аналогичны трещинам от неравномерной осадки фундаментов.

Трещины температурного происхождения обычно бывают у торнов здания и у торцов перемычек и заходят по наклонным направлениям в простенок и в перемычечный пояс кладки. В результате многократного повторения температурного воздействия температурные трещины, расположенные у торцевых стен, могут получить значительное (до нескольких сантиметров) раскрытие.

Осмотр трещин в стенах, возникших вследствие перегрузки, дает полную информацию о состоянии кладки. Первичный осмотр трещин, вызванных неравномерной осадкой фундамента и перепадом температуры, позволяет определить их происхождение и раскрытие, но не дает возможность выяснить, произошла или нет стабилизация деформации. Для получения представления о динамике развития трещин и их стабилизации на стены устанавливают маяки. На каждую трещину ставят не менее двух маяков: один — в месте максимального развития трещины, другой – в месте начала ее развития. Маяки чаще всего изготавливают из гипса (алебастра). На наружных поверхностях стен иногда делают цементные маяки. Маяки могут быть также стеклянными и металлическими.

Гипсовые (цементные) маяки устанавливают на очищенную от штукатурки поверхность стены. Маяки должны иметь уширения на концах (типа восьмерки). Толщина гипсового маяка у трещины должна быть минимальной (6–8 мм).

Стеклянные маяки также имеют уширения на концах и по периметру скреплены с поверхностью стены гипсовым раствором.

Металлические маяки изготавливают из двух полосок кровельной стали и наклеивают на очищенную поверхность стены синтетическим клеем или прибивают гвоздями. Узкая полоска должна иметь нахлестку на широкую полоску. Маяк из оцинкованной стали окрашивают масляной краской. На более широкой полоске наносят риски через 1 мм.

С помощью гипсовых (цементных) маяков можно ус­тановить только факт продолжения развития деформаций (образование трещины на маяке) и замерить раскрытие трещины.

Металлические маяки с рисками позволяют выявить значения как раскрытия, так и закрытия трещин.

Необходимо следить не только за раскрытием трещин, но и за их удлинением. С этой целью после того, как произошло удлинение трещины, на ее конец ставят новый маяк.

При анализе поведения маяков следует иметь в виду, что трещина в кладке становится естественным температурным швом. Установленный на ней маяк будет регистрировать не только деформации от неравномерной осадки фундамента, но и температурные. Поэтому при перепадах температуры даже при отсутствии неравномерной осадки фундаментов в маяке практически всегда будут возникать волосные трещины.

Необходимо постоянно проверять, не произошел ли отрыв мачка от поверхности стены. В случае отрыва устанавливают новый маяк.

Ширину раскрытия трещин измеряют следующим образом: при раскрытии более 2 мм — масштабной линейкой (точность измерения — 0.3 мм); при раскрытии менее 2 мм – целлулоидными или бумажными трафаретами с нанесенными на них линиями толщиной 0.05-2 мм. Краями трещину совмещают с соответствующей линией на трафарете.

Глубину несквозных трещин в кладке находят по следу на поверхности керна, высверленного из тела конструкции, и с помощью стальных комбинированных щупов.

Качество перевязки швов кладки, прямолинейность ее и вертикальность стен позволяет судить о квалификации каменщиков, что важно для оценки прочности кладки.

Вертикальность углов и участков стен устанавливают при визуальном обследовании с помощью отвесов и вертикальных уровней.

Выпучивание и искривление стен определяют с помощью стальной проволоки, натянутой вдоль стены горизонтально и вертикально, или деревянной рейкой. От проволоки или рейки измеряют расстояние до поверхности стены.

Толщину стены при отсутствии доступа к ее другой стороне можно найти, просверлив в ней сквозное отверстие (зондирование).

С помощью зондирования определяют состояние отдельных слоев кладки по глубине стены.

Расслоение кладки по высоте легко определяется простукиванием стены с поверхности. Если звук удара глухой, то в толще стены имеется или вертикальное расслоение, или пустота (канал). При наличии пустоты (канала) глухой звук получается только в пределах этой пустоты. У краев пустоты звук будет звонкий. При вертикальном расслоении кладки глухой звук прослушивается по всему участку стены (например, по всей поверхности простенка или столба). 

Если арматура кладки не выходит на ее поверхность, то характер армирования можно определить только путем частичной расчистки швов.

Предаварийное состояние каменных и армокаменных конструкций характеризуется следующими признаками:

- силовые трещины раскрытием более 2 мм, пересекающие более 8 рядов кладки (рис. 9.2, а);

- образование под опорами пролетных конструкций вертикальных и наклонных трещин, пересекающих более 4 рядов (рис. 9.2, б);

 - краевое повреждение кладки под опорами на глубину более 1/5 опирания (рис. 9.2, в);

- повреждение кладки на глубину более 50% толщины (рис. 9.2, г);

- отклонение от вертикали и выпучивание стен в пределах этажа более 1/3 их толщины (рис. 9.2, д);

- смещение конструкций перекрытия на опорах более ½ глубины заделки в стене (рис. 9.2, е);

- разрушение анкерных связей крепления стен к колоннам и перекрытиям (рис. 9.2, ж).

Прочность кладки при обследовании находят взятием образцов кирпича и раствора.

Каменная кладка является неоднородным материалом. Она состоит из отдельных камней, находящихся под воздействием нагрузки в условиях сложного напряженно-деформированного состояния, которые объединены слоем раствора. Поэтому прочность и деформативность каменной кладки зависит от многих факторов: вида и прочности камня, прочности раствора, вида напряженного состояния, качества выполненной кладки (заполнения, толщины и необходимой перевязки швов, соблюдение горизонтальности рядов) и др. Методика определения непосредственно прочности каменной кладки эксплуатируемых конструкций отсутствует, поэтому прочность определяется косвенно по характеристикам камней и раствора.

Рисунок 9.2 – Признаки предаварийного состояния каменных конструкций

Расчетное сопротивление каменной кладки для поверочных расчетов определяется исходя из марки кирпича и марки раствора (при выполнении расчетов по проектным данным) или из условной марки кирпича и условной марки раствора (при выполнении поверочных расчетов по результатам испытаний) по СНиП II-22-81 «Каменные и армокаменные конструкции» с учетом коэффициентов условий работы. Для промежуточных значений условных марок кирпича и растворной составляющей, отличающихся от значений параметрического ряда, расчетное значение каменной кладки определяется линейной интерполяцией.

Условная марка кирпича определяется по результатам испытания - не менее 5 образцов-двоек при сжатии и не менее 5 образцов при изгибе в соответствии с требованиями ГОСТ 8462-85. Допускается определять прочность кирпича при сжатии на образцах-цилиндрах диаметром 50мм, высверленных из кирпича кладки, или ультразвуковым методом. Значения предела прочности кирпича при сжатии R_сж, изгибе R_изг и среднее определяется по формулам:

                                                      (9.1)

где Р - разрушающее усилие; А - площадь поперечного сечения образца-двойки;

 - расстояние между опорами при испытании кирпича на изгиб (200 мм); b,

h - ширина и высота поперечного сечения кирпича; n - количество испытаний.

Условная марка раствора устанавливается по результатам испытаний не менее 5 образцов-кубов с ребром 30…50 мм, изготовленных из двух пластинок раствора, отобранных из горизонтальных швов кладки и склеенных гипсовых тестом. Условная марка определяется как среднее значение, умноженное на коэффициент 0,7.

Опытный специалист может ориентировочно установить прочность кирпича путем его раскалывания молотком, а прочность раствора — царапаньем гвоздем. Ошибки в определении прочности кирпича и раствора при этом незначительно скажутся на определении прочности кладки, ибо при изменении прочности кирпича в 3 раза прочность кладки меняется приблизительно в 1,7 раза, а при изменении прочности раствора в 4 раза, прочность кладки изменяется в 1,2 раза.