Материалы Третьей Общероссийской конференции изыскательских организаций. Инженерные изыскания в строительстве

Подождите немного. Документ загружается.

следования не только в пределах суши, но и со

льда на акватории.

Какая же новая информация получена в ре-

зультате? Во-первых, впервые были получены

данные о мерзлотном строении субаквальной ча-

сти профилей в плане, совпадающих с нитками

проектируемого газопровода. Обнаружено нали-

чие многолетнемерзлых пород на восток от бере-

говой линии в сторону губы, положение их грани-

цы и её конфигурация, как в плане, так и по вер-

тикали. Установлено, что мёрзлые породы в пре-

делах акватории залегают в виде «козырька»,

границы которого отстоят от берега на 40 м. Выше

него и ниже располагаются охлаждённые засолен-

ные породы. Субвертикальная граница мерзлоты

ниже «козырька» уходит под него в сторону мате-

риковой части на 80 м. Наличие «козырька», об-

наруженного по данным геофизики, подтвержде-

но бурением (рис. 5) и согласуется с картой хара-

ктерных типов ГЭР Уральского берегового участ-

ка (рис. 4).

Данные ЧЗ в пределах акватории позволили

также расчленить охлаждённые (немерзлые) по-

роды по литологическому составу. На дне выделя-

ется линза песков насыщенных рассолом и имею-

щая более низкие значения

эф

по сравнению с

подстилающими их суглинками, более плотными,

чем пески. В пределах суши выделены ледяные

260

МАТЕРИАЛЫ III ВСЕРОССИЙСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ

Рис. 5. Разрезы: а) инженерно-геологический по данным бурения;

б) геоэлектрический по данным ЗСБ. Цветом показаны области с близкими

значениями УЭС в Ом.м

Sbornic_New_1 01/12/2008 19:42 Page 260

тела в верхней части разреза и незначительные по

объёму пропластки сильно засоленных пород

(возможно с криопэгами).

Наиболее интересными с нашей точки зрения,

оказались результаты интерпретации кривых ЧЗ

на суше в районе проектируемой трассы проклад-

ки линии ВОЛС. Здесь на планах

эф

хорошо вид-

но наличие проводника на глубинах 8-10 м среди

высокоомных пород. Конфигурация его границы

достаточно сложная (рис. 6-8).

Видно как «проводник» внедряется в сушу в на-

правлении материковой части. Низкие его сопро-

тивления обусловлены, по нашему мнению, нали-

чием рассолов среди заведомо мёрзлых пород,

что, вообще говоря, на первый взгляд может по-

казаться парадоксальным. Однако, при бурении

обнаружены напорные солёные воды, что под-

тверждает правильность геофизической интер-

претации полученных данных. Физически это

объясняется изменением по глубине температуры

начала замерзания. Последнее связано с распре-

делением по глубине минерализации растворов,

насыщающих мёрзлые породы.

261

Перспективы развития инженерных изысканий в Российской Федерации

Рис. 6. Карта УЭС по данным ЧЗ на глубине

около 2 м

Рис. 7. Карта УЭС по данным ЧЗ на глубине

около 8 м

Рис. 8. Карта УЭС по данным ЧЗ на глубине

около 20 м

Рис. 4. Карта характерных типов ГЭР Уральский

береговой участок

Sbornic_New_1 01/12/2008 19:42 Page 261

262

ехнологии современного крупного строитель-

ства требуют проведения постоянных наблю-

дений (мониторинга) за состоянием грунтового

массива подземными конструкциями и сооруже-

ниями, попадающими в зону влияния ведущегося

строительства. В силу целого ряда технических ус-

ловий проведение наземных наблюдений на уча-

стке строительства может оказаться затруднитель-

ным, поэтому в ряде случаев приходится прибе-

гать к наблюдениям во внутренних точках среды,

в частности, к скважинным методам.

ООО «Логические системы» в настоящее время

разработан скважинный георадарный комплекс

(рис. 1), в состав которого входят:

ПРИМЕНЕНИЕ СКВАЖИННОЙ

ГЕОРАДИОЛОКАЦИИ ПРИ

ОБСЛЕДОВАНИИ ПОДЗЕМНЫХ

СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Капустин В.В., Семейкин Н. П.

ООО «Инжстройизыскания», Москва

Рис. 1. Состав скважинного георадарного комплекса

Sbornic_New_1 01/12/2008 19:42 Page 262

1. Экранированный скважинный антенный блок с

центральной частотой зондирующего сигнала

700 МГц. Антенна имеет разрешение по азимуту.

Глубина зондирования до 3,0 м, разрешение 0,1

м. Возможно применение в водонаполненных

скважинах. АБ-700СК совместим как со специ-

ализированным блоком управления (пункт 2),

так и с базовыми комплектами георадара Око-2.

2. Блок управления специализированный для АБ-

700СК со встроенным радиомодемом, двумя

встроенными аккумуляторами 9А/ч, базовой

версией ПО.

3. Подъемно-поворотный механизм для АБ-700СК.

4. Подъемные штанги.

Георадарный комплекс позволяет решать зада-

чи исследования грунтового массива в необса-

женных или обсаженных пластиковыми трубами

скважинах глубиной до 20 метров. С помощью

скважинных георадарных наблюдений могут ре-

шаться также геотехнические задачи:

Определение глубины заложения фунда-

ментов

2. Контроль качества изготовления грунтоце-

ментных, буроинъекционных и буронабивных

свай. Определение сплошности и геометриче-

ских характеристик свай.

3. Контроль качества ограждающих конструкций

котлованов.

4. Наблюдения за режимом набора прочности ис-

кусственно закрепляемых грунтов и бетонных

конструкций.

5. Поиск объектов и конструкций в околосква-

жинном пространстве.

В тех случаях, когда вскрытие фундамента по

техническим причинам невозможно, определе-

ние глубины залегания его подошвы при обсле-

довании существующих зданий и сооружений

может быть выполнено с помощью скважинного

георадара (рис. 2). Вблизи фундамента (на рас-

стоянии порядка 1-го метра) оборудуется на-

блюдательная скважина, глубиной заведомо

превышающей глубину фундамента, в которой

проводятся георадарные наблюдения. По на-

блюдению отражений от поверхности фунда-

263

Перспективы развития инженерных изысканий в Российской Федерации

Рис. 2. Определение глубины фундамента скважинным георадаром

Sbornic_New_1 01/12/2008 19:42 Page 263

264

МАТЕРИАЛЫ III ВСЕРОССИЙСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ

Рис. 4. Георадарное исследование ж/б сваи, изготовленной по разрядно-импульсной технологии

Рис. 3. Георадарное профилирование внутри грунтоцементной сваи для оценки сплошности и

диаметра

Sbornic_New_1 01/12/2008 19:42 Page 264

мента может быть определена глубина залегания

его подошвы.

Следующей областью применения скважинной

георадиолокации является определение сплош-

ности и геометрических размеров свай изготавли-

ваемых буровыми способами. Георадарные на-

блюдения проводятся внутри пластиковых труб

устанавливаемых внутри свай при их изготовле-

нии (рис. 3).

В тех случаях, когда по техническим причинам

не удается устроить наблюдательную скважину

внутри ж/б сваи, наблюдения могут быть проведе-

ны из скважины, пробуренной вблизи сваи. По-

добные наблюдения позволяют, в частности, про-

водить наблюдения за сваями переменного сече-

ния (рис. 4).

Аналогично проводится георадарное исследо-

вание ограждающих конструкций котлованов и

фундаментных конструкций, изготавливаемых на

основе ж/б или грунтоцементных свай. При про-

ведении искусственного закрепления грунтовых

массивов могут быть оборудованы наблюдатель-

265

Перспективы развития инженерных изысканий в Российской Федерации

Рис. 5. Георадарный профиль и график энергии трасс в искусственно закрепленном массиве грунта.

Стрелками показаны области максимального набора прочности грунта

Sbornic_New_1 01/12/2008 19:42 Page 265

ные скважины, в которых проводятся режимные

наблюдения за процессом изменения прочности

грунта (рис. 5).

Антенна скважинного георадара имеет неко-

торую характеристику направленности, что

позволяет проводить круговое сканирование

околоскважинного пространства с возможно-

стью получения трехмерного изображения

объектов (рис. 6).

По мнению авторов, область применения сква-

жинного георадара может быть значительно ши-

ре, в особенности при условии его комплексиро-

вания с другими скважинными геофизическими

методами.

266

МАТЕРИАЛЫ III ВСЕРОССИЙСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ

Рис. 6. Круговое георадарное сканирование вблизи деревянной сваи

Sbornic_New_1 01/12/2008 19:42 Page 266

267

ысокие темпы гражданского и промышлен-

ного строительства и возрастающие тенден-

ции освоения подземного пространства, наблю-

дающиеся в последнее время, способствуют раз-

витию и применению новейших строительных

технологий, позволяющих создавать различные

подземные сооружения. Задачи по исследованию

подземных сооружений и конструкций возника-

ют при следующих обстоятельствах:

•

при необходимости проведения контроля ка-

чества в период строительства подземных со-

оружений (контроль «скрытых» работ);

•

при эксплуатации сооружений с целью предот-

вращения аварийных состояний;

•

при ремонте и реконструкции сооружений.

Обследование наземных и подземных сооруже-

ний состоит, как правило, из следующих этапов:

•

обследование строительных конструкций;

•

определение инженерно-геологических ус-

ловий;

•

определение условий взаимодействия соору-

жения с окружающей средой.

Для решения данных задач применяется комп-

лекс различных методов, включающих методы не-

посредственного испытания материалов и конст-

рукций и инструментальные методы, в состав ко-

торых входят также методы неразрушающего кон-

троля. Методы непосредственного испытания

материалов и конструкций, как правило, трудоем-

ки и дорогостоящи, что не позволяет выполнить

большой объем испытаний. Инструментальные

методы, которые являются, в основном, косвен-

ными методами и поэтому не обеспечивают высо-

кой точности наблюдений, напротив, недороги и

производительны. Применяемые в числе инстру-

ментальных методов наблюдения за распростра-

нением упругих волн позволяют достаточно опе-

ративно получать необходимый объем информа-

ции при решении вышеперечисленных задач.

Волновые (сейсмические и акустические) мето-

ды по способу своего применения делятся на три

группы: поверхностные (источник и приемник на-

ходятся на поверхности среды), наблюдения во

внутренних точках среды и смешанные. Спектр

объектов, для изучения которых могут применять-

ся акустические методы, довольно широк, поэто-

му рассмотрим только основные объекты, где при-

меняемые способы наиболее отработаны.

К настоящему времени имеется опыт примене-

ния сейсмических и акустических методов при

исследовании существующих и строящихся фун-

даментов, в частности, сплошных (фундаментные

плиты), свайных и ленточных фундаментов.

1. Фундаментные плиты

При обследовании фундаментных плит акустиче-

скими методами могут решаться следующие зада-

чи: определение прочностных и деформационных

характеристик бетона, обнаружение трещин и де-

фектов, контроль толщины бетона, определение

состояния контакта фундаментной плиты с грун-

товым основанием. Для этой цели используются

наблюдения колебаний, возбуждаемых в диапазо-

не от единиц до десятков килогерц. Определение

прочностных и деформационных характеристик

бетона осуществляется путем измерения скоро-

стей продольных, поперечных или поверхност-

ных волн на постоянной базе или при известной

толщине фундаментной плиты и расчета на осно-

вании соотношений теории упругости и корреля-

ционных зависимостей, полученных для бетона.

Для надежной работы фундаментной плиты в со-

ставе сооружения необходимо, чтобы по всей

площади плиты существовал хороший контакт

ПРИМЕНЕНИЕ СЕЙСМИЧЕСКИХ И

АКУСТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ

ИССЛЕДОВАНИИ СОСТОЯНИЯ

ПОДЗЕМНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ

КОНСТРУКЦИЙ

Капустин В.В.

ЗАО «Компания «Экостройпроект», Одинцово

Sbornic_New_1 01/12/2008 19:42 Page 267

плиты с желательно однородным грунтовым ос-

нованием. При наличии пустот или разуплотне-

ний под подошвой плиты могут возникнуть до-

полнительные напряжения и деформации. Для

оценки состояния контакта плиты и основания

производится возбуждение и регистрация акусти-

ческих колебаний на частоте близкой к частоте

толщинного резонанса:

f = V/2d

где: V-скорость продольных волн в плите, d-тол-

щина плиты.

Для определения зон нарушенного контакта

плиты с грунтовым основанием может использо-

ваться акустическое профилирование на постоян-

ной базе.

Для обработки данных профилирования удобно

использовать методы атрибутного анализа. Тради-

ционно в качестве атрибута используется величи-

на добротности колебаний, определенная в спект-

ральной полосе близкой к значению толщинного

резонанса. Вместо добротности в качестве атрибу-

та могут быть использованы и более простые атри-

буты, в частности, максимум спектральной амп-

литуды в полосе толщинного резонанса.

Как показывают данные проведенного матема-

тического моделирования, при ухудшении кон-

тактных условий происходит подъем амплитуды

частотного спектра сигнала в полосе толщинного

резонанса (рис. 1).

Пользуясь этим обстоятельством, можно про-

водить наблюдения на фундаментных плитах, оп-

ределяя возрастание спектральной амплитуды в

полосе близкой к значению толщинного резонан-

са (рис. 2), которое будет соответствовать участ-

кам нарушения контактных условий.

Акустические наблюдения, проводимые на

фундаментных плитах очень хорошо сочетаются с

георадарными исследованиями, позволяющими

прослеживать изменения толщины плиты, харак-

тер армирования, трещины и дефекты.

2. Свайные фундаменты

Для исследования свайных фундаментов исполь-

зуются, в основном, поверхностные акустические

268

МАТЕРИАЛЫ III ВСЕРОССИЙСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ

Рис. 1.Трассы акустических колебаний и их спектры, рассчитанные на поверхности бетонной плиты

при различных прочностных характеристиках подстилающего грунта.

1 – трассы акустических колебаний, рассчитанные методом конечных элементов,

2 – максимум амплитудного спектра на частоте толщинного резонанса

Sbornic_New_1 01/12/2008 19:42 Page 268

технологии, так как оборудование наблюдатель-

ных скважин в железобетонных сваях является

весьма трудоемкой технической проблемой. При-

менение поверхностных акустических методов

возможно при выполнении двух условий: посто-

янстве скорости распространения продольных

волн и размеров сечения вдоль оси сваи. Подоб-

ным требованиям могут удовлетворять промыш-

ленные сваи, погружаемые в грунт забивным или

вибрационным способом, а также некоторые бу-

ровые железобетонные сваи. В производственной

практике зарубежных компаний много лет ис-

пользуется метод Sonic Integrity Testing (называе-

мый в других источниках как Low Strain Dynamic

Test, Sonic Echo Test, или Low Strain Integrity Test).

В основу метода положено изучение распростра-

нения продольных волн в теле сваи возбуждаемых

ударным способом на ее поверхности [3]. Наблю-

дая отражения от конца сваи и от дефектов в теле

сваи можно сделать заключение о сплошности и

однородности сваи. Применение данной методи-

ки позволяет определять:

•

отражение от конца сваи;

•

отражение от значительных включений (разме-

ром 10-20% от радиуса сваи);

•

отражение от систем горизонтальных трещин;

•

отражение от каркасных соединений;

•

отражение от участков резкого сужения или

расширения сваи;

•

отражение от контрастных слоев вмещающего

грунта;

•

отражение от различных по прочности слоев

бетона.

Как отмечалось выше, корректное применение

данной методики требует соблюдения ряда усло-

вий: скорость распространения продольных волн

в свае считается постоянной и равной стержневой

скорости

где Е – модуль Юнга, p – плотность материала

сваи, свая изначально считается имеющей посто-

янное сечение, требуется представление о свойст-

вах грунтов, в которые погружена свая, в свае изу-

чается распространение низкочастотных мод про-

дольных колебаний, имеющих низкую геометри-

ческую дисперсию фазовой скорости.

В отечественной практике подобные методы

также используются (метод ИНАД ЦНИИС, аку-

стические методы контроля сплошности свай –

ЭЛГАД-топ) и имеется отечественная аппаратура

ИДС-1, производства фирмы «ЛОГИС», аппара-

269

Перспективы развития инженерных изысканий в Российской Федерации

Рис. 2. Пример определения пространственного положения участков нарушения контакта плиты с

грунтовым основанием.

1 – возрастание спектральной амплитуды, соответствующее нарушению контактных условий

Sbornic_New_1 01/12/2008 19:42 Page 269