Определение сплошности железобетонных конструкций сейсмоакустическим методом

Сплошность железобетонных конструкций проверяют методом сейсмоакустической дефектоскопии. В технической литературе технологию называют SONIC, PIT, испытанием на удар при низкой деформации, проверкой на целостность свай с низким деформационным натяжением, экспресс-контролем. Все определения относятся к геофизическому комплексу экспресс-диагностики. 

Комплект документов об обследовании содержит информацию о дефектах структуры (трещинах, пустотах, инородных включениях), фактической (заглубленной) длине стержня, и изменениях, произошедших в бетоне, грунте или сечении сваи.

Объекты исследования на сплошность — все типы забивных свай, независимо от технологии устройства и материала. Чаще сейсмоакустическим испытаниям подвергают железобетонные и бетонные конструкции, метод применим к стальным и деревянным заглубленным опорам. Исключения — тонкие стержни. При организации работы с опорами, заглубленными в особо твердые грунты, например, скальные породы, учитывают ограничения.

Важность сейсмоакустики

Свайный фундамент противостоит силе тяжести (весу) надземной части строения, атмосферному воздействию, изменениям в грунте. От надежности основания зависит прочность и безопасность дальнейших этапов строительства и эксплуатации объекта.  

Согласно регламенту, первое обследование конструкций проводят до начала воздействия статических нагрузок. Специалисты приезжают на строительный участок, где недавно провели сваебойные работы (перед обвязкой).

Цель исследования — оценить качество земляных работ: дать добро на продолжение или предотвратить негативные последствия до возведения надземной части здания. При необходимости, демонтировать не соответствующие требованиям стандарта опоры. Если возникают сомнения в прочности железобетонной конструкции, SONIC проводят после введения объекта в эксплуатацию.

Сейсмоакустика относится к методам неразрушающего контроля. До внедрения технологии, «сомнительные» опоры откапывали и демонтировали.

Определение сейсмоакустической дефектоскопии свай

Проверка сплошности бетонных опор основана на способах распространения сейсмологических, ультразвуковых и акустических волн. Метод PEM использует эффект импульсного эха, TRM — переходного отклика.

Свая — опорный элемент фундамента, который постоянно контактирует с грунтом. Мощное и незначительное воздействие на плотные части земной коры вызывают ответную реакцию.  Причины возникновения сейсмологических упругих волн — механические колебания горных пород, вызванные силами природы или искусственным путем. 

Акустические волны — явление возмущения в жидком, твердом или газообразном теле. Применительно к испытаниям, в буронабивной свае. Эксперт воздействует на оголовок (торец) опоры ультразвуком или динамическими нагрузками (ударами специального молотка). При использовании метода PEM возникают акустические волны, которые вызывают низкие деформации.   

Микроскопические силы сжатия и растяжения распространяются в направлении приложения нагрузки. При устройстве оснований зданий буронабивные сваи устанавливают вертикально, в этом направлении ударяют по оголовку. В сплошных конструкциях (без внутренних дефектов), упругая волна не встречает препятствий: проходит вдоль опоры (сверху донизу). Монтаж опор под наклоном применяют при строительстве эстакад, мостов, путепроводов. 

Сейсмоакустические испытания начинают с разметки: на поверхности оголовка выбирают не менее пяти точек приложения силы. Метки расположены в разных местах (на одинаковом расстоянии). Результаты движения упругой волны регистрирует сверхчувствительный датчик, который сообщается с электронным блоком обработки информации: велосиметр и акселерометр.

Регламент проведения испытаний методом сейсмоакустической дефектоскопии

Требования к организации обследования свайного фундамента перечислены в российских и зарубежных стандартах: ГОСТ 5686-2020, ГОСТ Р 71039-2023, ASTM D 5882-07, ASTM D 5882-96, СП 45.13330.2017 и СП 46.13330.2012. Содержание состоит из основной части и приложений с описанием сейсмоакустических испытаний на многолетнемерзлых и иных грунтах, формой журнала учета полевых работ, образцами графического оформления результатов. 

Для российских специалистов действует руководство по контролю качества изделий геофизическими методами (сейсмоакустике). Документ распространяется на объекты строительства и градостроительной политики Москвы. Количество подлежащих обследованию свай рассчитывают по методикам, изложенным в документах СП 46.13330 и СП 45.1333. 

В стандартах описаны требования к ПО и приборам. Велосиметр определяет зависимость между скоростью и временем распространения возмущения. Акселерометр измеряет динамическое ускорение волны, вызванное ударом или ультразвуком.  

Чтобы узнать длину опорной конструкции, используют специальный измеритель типа ИДС-1 и усовершенствованный вариант — ИДС-2. Зарубежный аналог — PIT.

Популярные лицензионные программы для автоматизации процессов, связанных с обработкой, визуализаций и моделированием геологических данных при определении сплошности железобетонной конструкции: PTD, Georeader, GeoTechControl и аналоги. Софт для измерения длины изделия с помощью приборов: ИДС-1 и ИДС-2 — PTD. 

Сейсмоакустический метод контроля: удобство, оперативность, доступность

Преимущество сейсмоакустической дефектоскопии свай — высокая скорость проведения испытаний, быстрое получение результатов, достоверность и простота организации мероприятия. Точность дефектоскопии составляет 5-10 %. В зависимости от местных условий, за день эксперт успевает проверить от нескольких десятков до сотни свай.

Сейсмоакустический метод — оперативный, доступный и экономичный вид исследования. Плюсы технологии SONIC:

• Работа на месте требует минимальной подготовки. 
• Стоимость услуги невелика.
• Экспресс-контроль. Полученную в ходе исследования информацию обрабатывает компьютер, процесс занимает минимальное время.

Велосиметр, акселерометр и прибор для измерения длины сваи — компактные и легкие устройства, рассчитанные на длительную работу. Один из примеров — измерительный прибор ИДС-1. Размер поля изображения равен 120 х 92 мм. Масса электронного блока — 2,8 кг. Продолжительность непрерывной работы в диапазоне температур от -20 ⁰С до +50 ⁰C составляет 10 часов.     

Вычислительные блоки устройств размещены в удобных чемоданах, которые не занимают много места при транспортировке и проведении сейсмоакустических испытаний, имеют встроенный источник питания. Комплект всегда готов к работе. 

Ограничения при проведении испытаний

Задача сейсмоакустики — ответить на вопросы о сплошности и дефектах стержня. Наилучшие результаты сейсмоакустический метод показывает при обследовании сплошных бетонных и железобетонных конструкций. Технология Соник не определяет несущую способность элементов свайного фундамента.

У SONIC есть ограничения, связанные с проведением испытаний на плотных слоях земной коры: многолетнемерзлых грунтах, глинах юрского периода, скальных породах. В последнем случае эксперт гарантирует достоверность результата, если длина буронабивной сваи не превышает 12-15 м. 

Ограничения в сейсмоакустике относятся к заглубленным трубчатым конструкциям (с пустотами и залитыми бетоном полостями), стальным шпунтовым сваям, сборным и деревянным опорам. Трудно определить сплошность сварного шва винтового изделия. При работе со сложными объектами специалисты руководствуются отдельными методиками. 

Оптимальный срок проведения экспертизы — через 7 дней после бетонирования. Документ ГОСТ Р 71039-2023 содержит пункт о возможном уменьшении времени застывания бетона Минимальный срок ожидания — трое суток. 

Проведение испытаний

Перед началом работ торец очищают от грязи и наледи. Участок, где будут устанавливать датчик, слегка шлифуют, чтобы обеспечить плотное прилегание.  

Подготовка заключается в закреплении на оголовке сваи акселерометра. Датчик нечувствителен к внешнему электромагнитному полю, слабо воспринимает поперечную деформацию, работает в одном направлении (вдоль опоры). 

К акселерометру подключают блок обработки информации. Устройство записывает, преобразовывает и отображает данные. Специалист берет в руки молоток с пластиковым наконечником и ударяет по контрольным точкам. Расстояние от поверхности сваи до рабочей части инструмента — 300 мм. Длительность удара — 0,5 с.

При механическом воздействии возникает низкое деформационное напряжение. В целостной конструкции акустическая волна движется сверху вниз по свае. Характер распространения энергии изменяется, когда на пути волнообразной деформации встречаются пустоты в бетоне, неоднородности, шлам, местные сужения или расширения поперечного сечения.  

В зависимости от количества и серьезности дефектов (свойств, размеров, форм), возникают обратные волны, которые направляются к источнику возбуждения, то есть, оголовку сваи. Акселерометр фиксирует звуковые колебания в железобетоне (эхо). Когда все удары молотком сделаны, прибор обрабатывает информацию.

Оформление результата

Подрядчик предоставляет заказчику документов: описание, протоколы и графики: по оси ординат — время, абсцисс — ускорение звука. Центральную часть изображения занимает синусоида, кривая показывает амплитуду распространения волны. В документе указана время бетонирования, схема расстановки на участке, а также длина испытуемых свай. Итог работы — заключение эксперта и рекомендации.

Строительная лаборатория «ТехЛабКонтроль» принимает заявки на оперативное и качественное выполнение работ по определению сплошности железобетонных изделий сейсмоакустическим методом в соответствии с требованиями нормативной документации. Лаборатория выполняет все виды строительно-технических экспертиз, в том числе, испытание асфальтобетона, контроль сварных соединений.

Специалисты профессионально обследуют отдельно стоящие опоры, изделия, включенные в свайно-ростверковый фундамент, другие несущие конструкции. Обращайтесь по телефону в Москве: 8(495)790-98-24 (без выходных).