Full Text

Введение Для защиты бортов котлованов, устройства противофильтрационных завес, строительства подземных частей зданий или восприятия нагрузок от возводимых сооружений изготавливают железобетонные «стены в грунте». По способу устройства «стены в грунте» разделяются на изготавливаемые траншейным способом из последовательно выполняемых участков (захваток) (ТСГ, рис. 1, а) и свайные (ССГ), выполняемые из буросекущихся (рис. 1, б) или бурокасательных свай (рис. 1, в) [1, 2]. При возведении траншейных «стен в грунте» могут возникнуть следующие типы дефектов: трещины или заполненные посторонним материалом полости в теле отдельных захваток; шламовый слой в верхней и нижней частях конструкции; зазоры в областях стыковки захваток [3, 4]. При сооружении свайных «стен в грунте», помимо нарушения сплошности отдельных свай, возможны: появление зазоров, связанных с отклонением осей свай от проектной ориентации; деформация свай первой очереди при некорректном выборе интервала времени для изготовления свай второй очереди; разрушение свай первой очереди при неправильно выбранном размере зоны перекрытия между сваями первой и второй очереди [5, 6]. Дефекты в противофильтрационных завесах могут послужить причиной прорывов обводненных грунтов в котлованы, а снижение эффективности работы фундаментов - вызвать аварийные осадки и разрушение возводимых на них сооружений. Для предотвращения неблагоприятных последствий перед разработкой котлована необходимо выполнять контроль сплошности бетона «стен в грунте» с применением неразрушающих геофизических методов, основанных на анализе искусственно возбужденных в конструкции физических полей различной природы. Рис. 1. Схема конструкций, устраиваемых способом «стена в грунте»: а - монолитная траншейная «стена в грунте»; б - свайная «стена в грунте» из буросекущихся свай; в - свайная «стена в грунте» из бурокасательных свай Fig. 1. Diaphragm and pile walls types in: а - diaphragm wall; b - secant piles; с - tangent piles wall 1. Исследование «стен в грунте» геофизическими методами Геофизические методы контроля качества «стен в грунте» различаются по способу возбуждения и регистрации физических полей: через установленные в составе арматурного каркаса трубы доступа, в пробуренных рядом с конструкцией скважинах или на поверхности сооружения. Методы, основанные на проведении измерений через трубы доступа, обеспечивают максимальную разрешающую способность и позволяют наиболее надежно выполнять диагностику сооружений. Для проведения испытаний на стадии проектирования в арматурный каркас конструкции должны быть включены стальные или пластиковые трубы диаметром не менее 50 мм, равномерно распределенные по поперечному сечению конструкции. Наиболее распространенная методика контроля заключается в возбуждении и регистрации в теле конструкции упругих волн в акустическом или ультразвуковом диапазоне частот [7-12]. Измерения выполняются не ранее чем через 5 дней после окончания бетонирования, после набора бетоном требуемой прочности. Для проведения измерений по методике параллельного просвечивания в одну трубу доступа до нижней отметки погружают источник, а в другую - приемник упругих волн. Источник и приемник синхронно поднимают и с заданным шагом производят возбуждение и регистрацию волн. Нарушения сплошности конструкции (включения грунта, шламового материала, бентонита, бетона пониженной прочности и пр.) приводят к локальному снижению скорости распространения волн и повышению значений затухания зарегистрированного сигнала. Измерения, выполненные по методике межскважинной сейсмической томографии, основанные на применении встречных веерных систем наблюдений, позволяют уточнить геометрические размеры, местоположение и физические свойства выявленных аномальных зон [11]. Длины волн в ультразвуковом диапазоне частот на порядок меньше длин волн в акустическом диапазоне, что обеспечивает более высокую разрешающую способность. Выявление нарушений сплошности малого размера особенно важно для обнаружения дефектов зоны контакта между соседними захватками или сваями [3, 5]. Существенным ограничением методики является невозможность сделать вывод о сплошности бетона конструкции за пределами плоскостей между осями труб доступа [12]. Новым и перспективным направлением контроля сплошности фундаментов глубокого заложения является термометрический метод, основанный на измерении температуры через трубы доступа [13-15]. Сроки проведения измерений определяются интервалом времени, в течение которого температура в конструкции близка к максимальному значению (обычно не ранее 8 и не позднее 48 ч после окончания бетонирования). Метод испытаний позволяет выявить и локализовать по глубине изменения поперечного сечения конструкции, включения бетона с нарушенным составом или инородного материала (как внутри, так и снаружи арматурного каркаса), а также обнаружить смещение или наклон арматурного каркаса. Для исследования готовой конструкции без установленных труб доступа применяют альтернативные методики контроля: ¨ Методы, использующие пробуренные около конструкции скважины (сейсмоакустические, георадиолокационные и радиоволновые просвечивания, вертикальное сейсмическое профилирование и др.), могут применяться как для определения глубины заложения конструкции [16], так и для оценки состояния контакта между соседними захватками ТСГ [4, 17]. ¨ Методы электроразведки: методы постоянного тока могут использоваться для локализации нарушений сплошности неармированных «стен в грунте» [18], методика использования наземно-скважинных измерений - для определения глубины залегания и качества фундаментов [19]. ¨ Методы профилирования (георадиолокационного или сейсмоакустического) вдоль верхней или боковой грани конструкции могут дать информацию о наличии дефектов и армировании в верхней части конструкции [20], возможности и ограничения данных методик нуждаются в уточнении. 2. Исследование опытного участка «стены в грунте» ультразвуковым методом Для устройства ограждения котлована при строительстве станции Московского метрополитена был подготовлен проект траншейной «стены в грунте», отличающийся густым армированием и небольшим защитным слоем - 52 мм (рис. 2, а). Для уточнения возможности реализации проекта был изготовлен опытный участок конструкции размером 7´1´34 м (класс бетона - B40). В арматурный каркас захватки было установлено 24 стальных трубы внутренним диаметром 50 мм для выполнения ультразвукового контроля. Измерения проводились спустя 9 сут после бетонирования конструкции с использованием комплекта оборудования «Пульсар 2.2 ДБС» (ООО «НПП Интерприбор», Россия). Центральная частота ультразвуковых датчиков - 35 кГц. Общее количество выполненных профилей измерений - 56 шт. Результаты измерений ультразвуковым методом на диагональных профилях наблюдений представлены на рис. 2, б в виде разрезов изменения скорости распространения упругих волн в зависимости от глубины погружения датчиков. Значениям скорости распространения ультразвуковых волн сопоставлены оттенки зеленого, желтого и красного цветов (зеленому цвету соответствуют значения скорости в бетоне приемлемого качества, желтому - в бетоне со сниженными физико-механическими характеристиками, красному - аномально низкие значения скорости, связываемые с дефектами). В верхней и нижней частях конструкции выделены многочисленные ультразвуковые аномалии, интерпретируемые в качестве нарушений сплошности защитного слоя. Яркая ультразвуковая аномалия у грани захватки была дополнительно исследована с использованием томографической съемки. По результатам инверсии полученных данных была уточнена форма обнаруженного дефекта (рис. 2, в). Результаты исследования опытной захватки ультразвуковым методом указали на невозможность качественной реализации подготовленного проекта «стены в грунте», и в проект были внесены изменения. Рис. 2. Контроль сплошности опытного участка ТСГ ультразвуковым методом: а - расположение труб доступа и диагональных профилей измерений на схеме захватки; б - результаты измерений по методике параллельного просвечивания для серии диагональных профилей наблюдений; в - результат инверсии данных межскважинной томографии вдоль профиля 2-3 Fig. 2. Diaphragm wall section integrity testing using cross-hole ultrasonic logging: а - locations of access tubes and diagonal ultrasonic profiles; b - measurement results for selected diagonal ultrasonic profiles; c - the result of tomographic data inversion along profile 2-3 3. Исследования «стены в грунте» в основании жилого дома термометрическим и ультразвуковым методами Термометрический метод широко применяется за рубежом для контроля сплошности буронабивных свай с середины 2010-х. Практика использования метода для контроля «стен в грунте» до настоящего времени сводилась к лабораторным измерениям [17]. При строительстве жилого комплекса в г. Москве новая методика была опробована компанией ООО «ЭГЕОС» на траншейной «стене в грунте». Полученные результаты были сопоставлены с данными ультразвукового метода. В качестве объекта исследований были выбраны два участка монолитной железобетонной «стены в грунте» - захватки № 28 и 33, сечением 0,6´3,1 м, высотой 8,5 и 10,0 м. В каждую секцию было установлено по 8 стальных труб доступа внутренним диаметром 40 мм (рис. 3). Для изучения изменения количества выделяемого конструкцией тепла с течением времени был выполнен мониторинг температуры в теле захваток (таблица). Измерения были начаты спустя 13-16 ч после бетонирования конструкций и выполнялись с шагом 2-3 ч. Рис. 3. Схема расположения труб доступа Fig. 3. Location of access tubes Мониторинг температуры на секциях «стены в грунте» Temperature monitoring for sections of the diaphragm wall Номер секции Начало измерений (после завершения бетонирования), ч Длительность мониторинга, ч Время регистрации максимальных значений температуры (после завершения бетонирования), ч 28 16 41,5 28-30 33 13 56,0 28-30 Измерения проводились с использованием термометрического дефектоскопа ТДБС-МГ4 (ООО «СКБ Стройприбор», Россия), разработанного по техническому заданию ООО «ЭГЕОС» и оснащенного скважинным зондом с 4 инфракрасными датчиками. На рис. 4 представлены графики изменения температуры в захватке № 33 на глубине 1,5 м (относительно проектной отметки верха бетона конструкции) в зависимости от времени, прошедшего с окончания бетонирования. Средний уровень значений температуры в трубах доступа 1, 2, 7 и 8 ниже значений, зарегистрированных в трубах 3-6. Это объясняется расположением труб доступа 1, 2, 7 и 8 в пределах сечения захватки и, соответственно, меньшим объемом активного вещества (цемента) вокруг труб. Характер изменения графиков температуры близок для всех труб доступа. Максимальные значения температуры достигаются спустя 28-30 ч после окончания бетонирования. Рис. 4. Мониторинг температуры в захватке № 33 на глубине 1,5 м (относительно отметки верха бетона «стены в грунте») Fig. 4. Temperature monitoring for section № 33 at depth 1.5 m from the top of the diaphragm wall Результаты мониторинга температуры для захваток № 33 и 28 представлены на рис. 5 в виде графиков изменения значений температуры в зависимости от глубины погружения зонда (относительно проектной отметки верха бетона). Распределение температуры в процессе твердения бетона «стены в грунте» с ненарушенной сплошностью должно быть неизменно по всей длине конструкции, за исключением участков у верхнего и нижнего концов конструкции, где должно быть зарегистрировано снижение температуры, связанное с выделением тепла не только в поперечном, но и в продольном направлении. В центральной части температурных профилей захватки № 28, в трубах доступа, расположенных с «внешней» стороны секции (сторона конструкции, не вскрываемая при разработке котлована), выделена значительная положительная аномалия температуры мощностью до 2,2 м. Аномалия интерпретируется в качестве уширения сечения конструкции (рис. 5, б; зона 1) - косвенно это подтверждает зафиксированный в исполнительной документации повышенный расход бетона. В центральной части температурных профилей в трубах доступа, расположенных с «внутренней» стороны секции (со стороны разработки котлована), выделена менее яркая положительная аномалия мощностью до 1 м (рис. 5, зона 2). Глубина аномалии соответствует местоположению установленной в конструкцию деревянной закладной детали (необходимой для отгиба арматурных выпусков в этом уровне на последующих этапах строительства), причина повышения значений температуры связывается с теплоизолирующими свойствами материала детали [13]. Рис. 5. Результаты мониторинга температуры «стены в грунте»: а - захватка № 33; б - захватка № 28 Fig. 5. Temperature monitoring results for diaphragm wall section: а - section № 33; b - section № 28 В нижней части температурных профилей захватки № 33 не зарегистрировано ожидаемого снижения температуры (рис. 5, а). Это свидетельствует о том, что нижний конец труб доступа удален от проектной отметки низа конструкции. В нижней части профилей захватки № 28 зарегистрировано снижение температуры начиная с отметки 9,5-9,7 м (см. рис. 5, б; зона 3). Для изучения аномалии была применена процедура коррекции данных путем ввода поправок за распространение тепла через нижний торец сооружения по методике, предложенной в работе [15]. Результаты коррекции указывают на то, что нижний торец захватки расположен на 30-40 см выше проектной отметки (рис. 6). Спустя 10 дней после бетонирования секций, после набора бетоном конструкции необходимой прочности, были выполнены ультразвуковые измерения с использованием аппаратурного комплекса Multichannel Cross-Hole Analyzer (Solgeo slr, Италия). Результаты контроля представлены в виде графиков скорости распространения и затухания ультразвуковых волн (рис. 7, а, б; результаты приведены для 4 профилей измерений). Ультразвуковой контроль захватки № 33 подтвердил сплошность бетона конструкции. В нижней части ультразвуковых профилей захватки № 28 зарегистрированы аномальное снижение значений скорости ультразвуковых волн и повышенные значения затухания сигнала, которые интерпретируются в качестве нарушения сплошности бетона конструкции мощностью до 40 см. Рис. 6. Захватка № 28. Коррекция нижней части температурных профилей Fig. 6. Section 28. Toe correction procedure for temperature profiles Рис. 7. Контроль сплошности «стены в грунте» термометрическим и ультразвуковым методами: а, б - результаты контроля сплошности захваток № 33 и 28 ультразвуковым методом; в - проведение измерений термометрическим методом; г - проведение измерений ультразвуковым методом Fig. 7. Thermal and ultrasonic diaphragm wall integrity testing: а, b - cross-hole ultrasonic logging results for sections № 33 and 28; c - thermal integrity profiling procedure; d - ultrasonic integrity testing procedure Результаты ультразвукового контроля хорошо согласуются с результатами термометрических измерений. Однако термометрический метод позволил дополнительно выявить превышение проектной отметки низа бетона захватки № 33 и уширение сечения в центральной части захватки № 28. Заключение 1. Применение неразрушающих геофизических методов для контроля качества «стен в грунте», различных по способу возбуждения и регистрации физических полей, позволяет выявить основные дефекты конструкций данного типа. 2. Для обеспечения возможности эффективного контроля на стадии проектирования «стены в грунте» в арматурный каркас конструкции рекомендуется включить трубы доступа. 3. Ультразвуковой контроль опытного участка траншейной «стены в грунте», выполненной для ограждения котлована станции Московского метрополитена, выявил многочисленные нарушения сплошности бетона. Результаты испытаний указали на необходимость пересмотра проекта конструкции. 4. Новая методика неразрушающего контроля качества фундаментов глубокого заложения - термометрический метод - была успешно применена для исследования сплошности захваток траншейной «стены в грунте». Результаты термометрического контроля хорошо согласуются с ультразвуковыми измерениями - сплошность бетона конструкций была подтверждена, за исключением участка мощностью 40 см в нижней части одной из захваток. Термометрический метод позволил подготовить заключение о сплошности бетона спустя 2 сут после бетонирования и дополнительно выявить превышение проектной отметки низа бетона и уширение сечения конструкций. 5. Совместное использование термометрического и ультразвукового методов позволяет получить достаточно полную информацию о сплошности бетона «стен в грунте» и может быть рекомендовано проектным организациям в качестве инструмента неразрушающего контроля качества «стен в грунте».

About the authors

A. A Churkin

“AIGEOS” LLC

I. N Lozovsky

Schmidt Institute of Physics of the Earth

References

Statistics

Views

Abstract - 834

PDF (Russian) - 342

Refbacks

• There are currently no refbacks.