Сейсмоакустическая дефектоскопия свай

ЗАКАЖИТЕ КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА И ДЛИНЫ СВАЙ ПРЯМО СЕЙЧАС
+7-908-933-43-54

Изготовление свай буронабивного типа может сопровождаться образованием разных дефектов, связанных со следующими факторами:

  • качество бетона или грунтов;
  • используемый метод строительства;
  • качество изготовления буронабивной сваи;
  • подземные условия.

В соответствии с п.12.7 СП 45.13.330.2012 "Земляные сооружения, основания и фундаменты" при устройстве буровых и буронабивных свай должен выполняться контроль качества изготовленных свай. Проверка сплошности буронабивных свай в условиях строительной площадки может быть полной или выборочной в зависимости от поставленных задач.

В состав работ по контролю качества бетона свай включается:
  • выбуривание кернов на полную длину из 2% общего числа выполненных из монолитного бетона свай на объекте, но не менее 2 свай и испытания образцов бетона, изготовленных из керна, на одноосное сжатие;
  • контроль длины свай и оценка сплошности их стволов с использованием сейсмоакустических испытаний - 20% общего числа свай на объекте;
  • оценка качества (однородности) бетона свай на полную их длину методами радиоизотопных или ультразвуковых измерений - 10% общего числа свай на объекте;
Примечание - При согласовании с проектной организацией допускается ограничиться одним из указанных способов контроля.

ООО НПО «ГЕОСМАРТ» использует несколько методов контроля свай.
Стоит отметить, что мы используем только неразрушающие методы, что является одним из значительных достоинств нашей работы.

Использование сейсмоакустического метода (Сейсмоакустическая дефектоскопия свай)

Метод Соник позволяет делать экспертную оценку актуального состояния сваи, то есть определять ее грунтовую длину, а также производить анализ целостности и структуры сваи. Данный метод является экспресс-контролем и не разрушает бетон сваи. Он может применяться для проведения испытаний любого типа сваи вне зависимости от того, какая технология использовалась для ее устройства.

сейсмоакустического метод обследования свай

В основе метода лежит принцип акустической дефектоскопии. Она позволяет производить анализ движения акустической волны и ее отражений в исследуемой свае. Удар молотком по торцу сваи в направлении, параллельном свайной оси, порождает акустическую волну.

Возникшее вследствие механического воздействия возбуждение, посредством акустической волны проходит по свае. В случае имеющихся дефектов целостности конструкции, в ней возникают отраженные волны, движущиеся к источнику возбуждения. При этом чем сильнее дефекты и больше их количество, тем будет выше значение коэффициента отраженной волны, которое и зарегистрирует прибор.

сейсмоакустический метод обследования свай

Этим методом экспресс-контроля можно не только определять дефекты свай, но и узнать фактическую ее длину. Точность измерения составляет около 5-10%, что является вполне неплохим результатом. Основное достоинство данного метода – высокая скорость проведения испытаний, которая позволяет проверить несколько десятков свай за один день.

Контроль сплошности бетона и длины свай проводится в соответствии с требованиями следующих документов:
1.Технологический регламент по применению неразрушающего экспресс-контроля сплошности свай методом «СОНИК». М., ОАО «ЦНИИС», 2002.
2.ASTM D 5882-96. Standard Test Method for Low Strain Integrity Testing of Piles. Стандартный метод испытания целостности свай низкими напряжениями.
Для обеспечения качественной регистрации волны, предварительно производится зачистка поверхности бетона головы сваи для установки датчика. Для получения достоверной информации, измерения выполняются не менее чем в 3-х различных точках подготовленной поверхности. Для возбуждения импульсов, выполняется не менее 15-20 ударных воздействий в каждой точке с использованием тарированного пластмассового молотка с контролем качества каждого регистрируемого сигнала на полевом компьютере.
Зарегистрированные сигналы фиксируются в памяти компьютера для последующей обработки и анализа.

Результаты обследования оформляются в виде протокола. Ниже приведен пример оформления графического приложения.
пример оформления отчета по сейсмоакустической дефектоскопии свай

Согласно пункту 8.1 ГОСТ 5686-2012 «Перед проведением испытаний статическими нагрузками, буровые сваи должны быть проверены на сплошность стволов, в том числе, в случае необходимости, сейсмоакустическим методом».

Неразрушающий экспресс контроль сплошности свай сейсмоакустическим методом основан на принципе акустической дефектоскопии - анализе прохождения и отражения в исследуемой конструкции акустической волны, которая инициируется калиброванным ударом по оголовку сваи.

Схема проведения испытания свай на сплошность сейсмоакустическим методом
Схема проведения испытания свай на сплошность сейсмоакустическим методом

Испытания свай на сплошность исследуют реакцию сваи на механическое воздействие, приложенное к оголовку сваи. Воздействие на сваю незначительно и можно предположить, что система «свая-почва» ведет себя линейно-упругим образом и оголовок сваи возвращается в исходное положение после испытания. Это главное отличие сейсмоакустического метода от динамических испытаний, при которых воздействие на сваю гораздо выше и может вызвать смещение сваи. При испытаниях сплошности свай нагрузка прикладывается к оголовку сваи ударом из легкого ручного молотка весом от 1 до 2 кг.

В работе также используются высокочувствительные датчики-акселерометры, устанавливаемые на оголовке сваи, а также отдельный аналого-цифровой прибор, включающий в себя компьютер с дисплеем и программой, обрабатывающей информацию, поступающую от акселерометров.

Механическое воздействие генерирует ударные волны, которые движутся вдоль оси сваи со скоростью, которая зависит от свойств материала сваи. В бетоне скорость распространения ударной волны обычно составляет от 3500 до 4000 м/с. Вызванная волна называется в литературе по-разному: стресс-волна, ударная волна или колебательная волна.

    Скорость распространения ударной волны в теле сваи зависит от следующих факторов:

  1. От свойств материала, из которого изготовлена свая;
  2. От характеристик грунта;
  3. От изменений в теле сваи.

Дефекты в теле сваи заставляют часть ударной волны, вызванной механическим воздействием, отражаться назад к оголовку сваи, в то время как остальная часть волны продолжает движение вниз по свае параллельно её оси. Данный процесс аналогичен отражению световой волны от частично прозрачного зеркала, когда часть света отражается, а остальная часть передается через зеркало.

Все три фактора уменьшают амплитуду стресс-волн в теле сваи. Но наибольшее влияние на амплитуду оказывает третий аспект, на котором основан сейсмоакустический метод оценки сплошности и дефектоскопии сваи.

Таким образом, отражения ударной волны в теле сваи, обусловлено изменением физических свойств сваи, которые влияют на ее акустические или волновые свойства. Изменение акустических свойств в теле сваи характеризуется параметром импеданса, чем больше значение импеданса в точке сваи, где есть дефекты, тем больше количество отраженных волн, движущихся назад к оголовку сваи.

Распределения ударной волны опирающихся в разных типах свай опирающихся на разные грунты
Распределения ударной волны опирающихся в разных типах свай опирающихся на разные грунты

Принципы, на которых основан метод распространения ударной волны, иллюстрирует движение стальных шариков, подвешенных к раме:

Модель взаимодействия упругих тел на примере стальных шариков подвешенных к раме
Модель взаимодействия упругих тел на примере стальных шариков подвешенных к раме

Если отпустить первый шар, он ударит по следующим и так далее к следующему, до тех пор, пока последний шар не будет отодвинут в том же направлении движения, что и первый и стой же скоростью.

    Это иллюстрирует две концепции воздействия упругих тел:

    Семинар по математическим основам волновой теории удара
    Семинар по математическим основам волновой теории удара

  1. Принцип сохранения импульса
  2. Экспериментальный закон Ньютона, касающийся воздействия упругих тел.

На рисунке представлена идеализированная кривая сигнала-ответа для проверки целостности сейсмоакустическим методом во времени.

Как описывалось выше, отражение ударной волны связано с изменением импеданса в теле сваи. Изменение импеданса может быть вызвано трещинами в теле сваи, изменением поперечного сечения сваи, изменением качества бетона, неправильным расположением арматурных стрежней, различных включений в тело сваи или изменением свойств грунта, окружающего сваю.

Семинар по математическим основам волновой теории удара
Семинар по математическим основам волновой теории удара

Одним из результатов сейсмоакустического метода проверки сплошности свай является определение длины сваи. Если свойства сваи не изменяются (или практически идентичны) по всей длине сваи (отсутствие дефектов в теле сваи), то механическое воздействие на оголовок сваи вызовет ответную ударную волну, которая достигнет пяты сваи и затем отразится обратно, к оголовку сваи. Если известна длина сваи, можно предполагать промежуток времени, необходимый для отражения ударной волны. Более короткий интервал времени, чем ожидалось, указывает на то, что ударная волна отразилась, не достигнув уровня пяты сваи. Это отражение стресс-волны указывает на наличие дефектов сваи.

Контроль, производимый сейсмоакустическим методом, позволяет обнаружить дефекты в сваях, составляющие не менее 10 % от площади их поперечных сечений, с точностью до 5 % определить фактическую длину конструкций.

Величина изменения импеданса определяет степень отражения ударной волны. Небольшое изменение импеданса (незначительные дефекты в теле сваи) приводит к отражению относительно небольшой части волны, в то время как остальная часть волны продолжает свое движение вниз. И наоборот значительное изменение импеданса (существенные дефекты испытываемой сваи) сопровождается тем, что все или почти все волны отражаются, и ни одна из них, или очень мало не передается на более глубокий уровень.

Уменьшение сечения сваи, уменьшение прочности грунтов, внутренние дефекты приводят к распространению волны аналогично распространению волн сваи без дефектов, опирающейся на дисперстные (сжимаемые) грунты.

Семинар по математическим основам волновой теории удара
Семинар по математическим основам волновой теории удара

Возникающее при ударе возмущение, смоделированное как случайная одноосная продольная волна сжатия, входит в тело сваи, опирающейся на дисперсные грунты.

Семинар по математическим основам волновой теории удара
Семинар по математическим основам волновой теории удара

И наоборот, если увеличены поперечное сечение свай или прочность грунта, распространение ударной волны можно моделировать как для сваи без дефектов, опирающейся на скальный грунт.

Семинар по математическим основам волновой теории удара
Семинар по математическим основам волновой теории удара

В данном случае внешнее воздействие приводит к распространению сжимающей волны.

Семинар по математическим основам волновой теории удара
Семинар по математическим основам волновой теории удара

Используя сейсмоакустический метод, следует иметь в виду, что для свай, погруженных в весьма плотные грунты (например, в скальные породы или юрские глины), надежность получаемых результатов обеспечена 12-15 м длины конструкций.

Для повышения достоверности информации о результатах испытания свай измерения выполняются не менее чем на 5-ти различных точках оголовка сваи. Точки измерения (приложения ударной нагрузки) должны распределяться равномерно по площади оголовков.

Ударная волна представляет собой сочетания большого количества отдельных колебаний различных частот, амплитуд и фаз. При рассмотрении волн с точки зрения частоты, импульс от удара молотка и полученные отражения можно представить из ряда синусоидальных волн, движущихся в одном направлении, но с различной амплитудой и частотой.

Таким образом, волны иногда находятся в фазе, а иногда вне фазы, в результате чистая амплитуда всех волн будет изменяться предсказуемым, поддающимся расчету образом.

Для проведения анализа сложного внешнего движения волн используют блок записи и обработки данных.

Алгоритм распознавания образов и расчет координат дефектов и длины свай реализуется методом многопараметрического анализа измеренных импульсов и нелинейных эффектов их распространения в бетоне.

Семинар по математическим основам волновой теории удара
Семинар по математическим основам волновой теории удара

Результаты обработки данных представляются в виде компьютерного графического изображения (рефлексограммы) с указанием длины сваи, наличия и характеристики (классификации) дефектов и повреждений.

Семинар по математическим основам волновой теории удара
Семинар по математическим основам волновой теории удара

К достоинствам метода относятся высокая оперативность и экономичность выполнения исследований - в день может быть проконтролировано не менее 100 свай при минимизации объемов подготовительных работ.

Получите консультацию специалиста по телефону:
Инженер ООО НПО "Геосмарт" Александр +7-908-933-43-54

Другие услуги компании "ГЕОСМАРТ":

В НАЧАЛО