Россия
Новочеркасск, Ростовская область, Россия
В статье рассмотрен практический опыт определения фактической длины свай сейсмоакустическим методом в рамках производственного контроля на площадках нового строительства и обследования существующих зданий. Дана оценка точности сейсмоакустического метода контроля. Рассмотрена возможность проведения испытаний сборных железобетонных составных свай со сварным стыком. Описан опыт применения сейсмоакустического контроля при испытаниях грунтоцементных свай.
сваи, сейсмоакустический метод контроля, прибор Спектр-4.3
Введение
Повсеместное использование свайных фундаментов в строительстве зданий и сооружений промышленного и гражданского назначения диктует необходимость своевременного и достоверного контроля качества.
Среди контролируемых параметров можно выделить: геометрические параметры (длина и постоянство сечения) и наличие дефектов (трещины, локальные нарушения сплошности) в теле свай.
Метод исследования
Для решения поставленных задач, в настоящее время, широкое применение получил сейсмоакустический (эхо) метод контроля.
Принцип метода основан на свойстве акустической волны отражаться от границ раздела сред с различным акустическим импедансом. Акустическая волна возбуждается в свае с помощью удара. Удар наносится специальным молотком с демпфером (насадкой различной твердости) по торцу сваи. Волна распространяется по стволу сваи с некоторой скоростью (V, м/с), частично отражаясь от границ раздела сред (бетон - грунт, бетон - инородное включение, трещина, грунт-грунт и т.д.). Отраженные волны возвращаются к верху сваи и регистрируются датчиком, установленным на торце сваи на некотором расстоянии от места нанесения удара. В датчике сигнал фиксируется акселерометром, оцифровывается и передаётся в вычислительный комплекс. Вычислительный комплекс производит выделение и измерение временного интервала (∆𝑡, сек.) между моментом удара и моментом прихода на датчик волны, отражённой от границы раздела сред. Временной интервал (∆𝑡, сек) рассчитывается по формуле:
∆𝑡 = 2𝐻 / 𝑉,
где 2H — путь волны от точки удара до границы отражения и обратно, м;
V — скорость распространения волны в свае, м/с.
Длина сваи, при известной скорости распространения волны, рассчитывается по формуле:
𝐻 = (𝑉 × ∆𝑡) / 2
Рис. 1. Отклик сваи на удар молотком как функция времени v(t)
В настоящее время, исследованиями в области сейсмоакустического контроля длины и сплошности свай занимаются такие ученые, как Улыбин А.В. [1], Дегаев Е.Н. [2], Шабалин В.А. [3] и многие другие.
В данной статье авторы представляют собственный опыт использования сейсмоакустического метода контроля длины и сплошности свай, основанный на многолетнем опыте теоретического изучения и практического применения.
В качестве инструмента измерения, авторами использован прибор Спектр-4.3 производства ООО НПП «Интерприбор».
Объекты и результаты исследований
Объект №1: Ростовская обл., г. Таганрог. Обследование фундаментов неоконченного строительством многоквартирного дома.
В рамках работ по визуально-инструментальному обследованию технического состояния существующих фундаментов неоконченного строительством многоквартирного жилого дома в г. Таганрог Ростовской области авторами данной статьи выполнено определение фактической длины сорока восьми сборных ж/б забивных свай сечением 350х350 мм длиной (согласно проектной документации) 12 м.
В ходе полевых работ и последующей камеральной обработки установлено значительное (на величину до 4 м в меньшую сторону) несоответствие фактической длины исследуемых свай требованиям проектной документации.
Рис. 2. График виброускорения сборной ж/б сваи сечением 350х350 мм
Особый интерес, в рамках указанного объекта, вызвала находка в пределах строительной площадки штабеля срубленных голов ж/б свай с маркировкой на торце С120.35-8 (согласно серии 1.011.1-10 вып.1 данной маркировке соответствуют сваи длиной 12 м) длиной до 4 м. Данный факт стал прямым подтверждением результатов сейсмоакустического контроля фактической длины свай устроенного свайного поля.
Объект №2: Ростовская обл., г. Волгодонск. Обследование фундаментов реконструируемого здания общественного назначения.
В рамках работ по визуально-инструментальному обследованию технического состояния существующих фундаментов реконструируемого здания общественного назначения в г. Волгодонск Ростовской области авторами данной статьи выполнено определение фактической длины семи сборных ж/б забивных свай сечением 350х350 мм.
Согласно предоставленной архивной (исполнительной) документации свайное поле обследуемого здания было устроено составными (со сварным стыком) забивными ж/б сваями итоговой длины 24 м.
Бытует мнение, что сейсмоакустический метод контроля длины свай не подразумевает возможности определения длины нижней части составной ж/б сваи (т.к. стык свай осуществляется за счет сварки металлических пластин верхней и нижней частей свай, а металл обладает акустическим импедансом отличным от бетона) [2].
Однако, в ходе выполненных испытаний, по каждой исследуемой свае значения фактической длины соответствовали данным архивной (исполнительной) документации (с учетом погрешности прибора).
Рис. 3. График виброускорения составной сборной ж/б сваи сечением 350х350 мм
Объект №3: Нижегородская обл., р.п. Пильна. Производственный контроль фактической длины грунтоцементных свай укрепления основания автомобильной дороги.
В рамках работ по производственному контролю основания автомобильной дороги вблизи р.п. Пильна Нижегородской области авторами данной статьи выполнено определение фактической длины 6-и грунтоцементных свай диаметром 0,7 м.
Возможность определения фактической длины и сплошности грунтоцементных свай изначально была поставлена под сомнение как производителями измерительных приборов, так и научным сообществом (т.к. акустический импеданс грунтоцементного раствора близок акустическому импедансу грунта).
Однако, изучив инженерно-геологические условия площадки строительства, было принято решение произвести контроль именно сейсмоакустическим методом.
В ходе испытаний, по четырем из шести исследуемых свай получены результаты, соответствующие исполнительной документации (с учетом погрешности прибора).
Рис. 4. График виброускорения грунтоцементной сваи диаметром 0,7 м
Что показательно, по одной из исследуемых свай график виброускорения вовсе не имел выраженных пиков, что свидетельствует о распространении акустической волны в грунтовый массив вне сваи (рис. 5).
Рис. 5. График виброускорения грунтоцементной сваи диаметром 0,7 м (без выраженного пика)
Вывод
В ходе теоретического изучения и практического применения сейсмоакустического метода контроля длины и сплошности свай, авторами данной статьи сделан вывод, что сейсмоакустический метод контроля, хотя и нуждается в дополнительном изучении, может стать надежным инструментом в арсенале инженера строительной лаборатории.
1. Улыбин А.В., Зубков С.В., Федотов С.Д., Закревский А.Ю. Обследование свайных фундаментов при надстройке зданий // Инженерно-строительный журнал, №4, 2014. С. 17-27.
2. Дегаев Е.Н., Краев Б.С., Бобылев Д.Г. Особенности оценки сплошности свай методом сейсмоакустической дефектоскопии // Строительство: наука и образование. 2022. T. 12. Вып. 1. Ст. 4.
3. Шабалин В.А., Журавлев А.Ю., Бордюгов М.Д. Определение глубины заложения и плотности бетона буронабивных столбов на объектах строительства мостов методом сейсмоакустики (на примере строительства моста через бухту золотой рог в г. Владивостоке) // Научно-техническое и экономическое сотрудничество стран АТР в XXI веке. 2012. Т. 1. С. 207-210.
