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.
