ПНСТ 804-2022 Сваи. Сейсмоакустический метод контроля длины и сплошности

        ПНСТ 804-2022

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

СВАИ

Сейсмоакустический метод контроля длины и сплошности

Piles. Low strain impact integrity and length testing

ОКС 93.020

Срок действия с 2023-01-01

до 2026-01-01

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Обществом с ограниченной ответственностью "ОЗИС-Венчур" (ООО "ОЗИС-Венчур") при участии Общества с ограниченной ответственностью "Технотест" (ООО "Технотест")

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 "Строительство"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 22 декабря 2022 г. N 145-пнст

Правила применения настоящего стандарта и проведения его мониторинга установлены в ГОСТ Р 1.16-2011 (разделы 5 и 6).

Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии собирает сведения о практическом применении настоящего стандарта. Данные сведения, а также замечания и предложения по содержанию стандарта можно направить не позднее чем за 4 мес до истечения срока его действия разработчику настоящего стандарта по адресу: 195257 Санкт-Петербург, ул.Вавиловых, д.4, корп.1, лит. В, пом. 455 и/или в Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии по адресу: 123112 Москва, Пресненская набережная, д.10, стр.2.

В случае отмены настоящего стандарта соответствующая информация будет опубликована в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты" и также будет размещена на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.rst.gov.ru)

Введение

Настоящий стандарт направлен на выполнение требований Федерального закона от 30 декабря 2009 г. N 384-ФЗ "Технический регламент о безопасности зданий и сооружений" [1].

Стандарт обобщает отечественный [2], [3] и зарубежный [4], [5] опыт применения сейсмоакустического метода, дополнен экспериментальными данными, полученными при диагностике свай специалистами организаций - разработчиков стандарта.

Стандарт разработан авторским коллективом ООО "ОЗИС-Венчур" (руководитель разработки - А.В.Улыбин, исполнитель - О.Ю.Коренева) при участии ООО "Технотест" (А.Ю.Харитонов).

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает метод определения длины и сплошности свай в полевых условиях посредством сейсмоакустического неразрушающего контроля. Требования стандарта распространяются на следующие виды свай (в соответствии с классификацией СП 24.13330):

- забивные и вдавливаемые железобетонные, стальные, деревянные;

- набивные бетонные и железобетонные;

- буровые бетонные и железобетонные (за исключением буроинъекционных и грунтоцементных);

- винтовые стальные.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие документы:

ГОСТ 5686 Грунты. Методы полевых испытаний сваями

СП 24.13330 "СНиП 2.02.03-85 Свайные фундаменты"

СП 45.13330 "СНиП 3.02.01-87 Земляные сооружения, основания и фундаменты"

СП 46.13330 "СНиП 3.06.04-91 Мосты и трубы"

СП 79.13330 "СНиП 3.06.07-86 Мосты и трубы. Правила обследований и испытаний"

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов (сводов правил) в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный документ, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого документа с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого документа с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку. Сведения о действии сводов правил целесообразно проверить в Федеральном информационном фонде стандартов.

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 сплошность сваи: Свойство сваи, заключающееся в отсутствии значительных дефектов, расположенных в стволе.

3.2 контроль сплошности сваи сейсмоакустическим методом: Выявление нарушений сплошности ствола сваи (дефектов) на основе анализа прохождения и отражения упругих волн, возбужденных в свае при ее диагностике.

3.3 дефект: Каждое отдельное несоответствие объекта требованиям, установленным в нормативных документах.

3.4 значительный дефект: Дефект, снижающий несущую способность и/или долговечность конструкции и требующий выполнения компенсирующих мероприятий.

Примечание - Компенсирующие мероприятия включают в себя один из следующих вариантов: ремонт, усиление, дублирование сваи.

3.5 стержневая скорость C: Скорость распространения продольных волн, вызванных ударным воздействием, в элементе стержневой формы (свае).

3.6 акустический импеданс Z: Параметр, характеризующий волновое сопротивление поперечного сечения сваи, вовлеченного в колебательный процесс.

3.7 источник ударного воздействия: Ручной молоток (со встроенным датчиком или без него), характеризующийся массой и твердостью ударного наконечника (бойка, насадки) и используемый для возбуждения волны.

3.8 акселерометр: Датчик, измеряющий ускорение смещения частиц сечения сваи, в котором он установлен.

3.9 велосиметр: Датчик, измеряющий скорость смещения частиц сечения сваи, в котором он установлен.

3.10 торцевой датчик: Датчик, измерительная ось которого направлена перпендикулярно плоскости установочной поверхности, устанавливаемый на торец сваи.

3.11 боковой датчик: Датчик, измерительная ось которого направлена параллельно плоскости установочной поверхности, устанавливаемый на боковую поверхность сваи.

3.12 рефлектограмма: График зависимости скорости смещения частиц сечения сваи от времени (длины).

3.13 помеха: Колебание, вызванное отражением от какого-либо объекта в системе "свая - грунт" или поступившее к датчику извне, накладывающееся на полезный сигнал и затрудняющее его интерпретацию (расшифровку).

3.14 полезный сигнал: Сигнал, полученный в результате измерений и содержащий информацию о длине сваи и наличии дефектов в ее стволе.

3.15 акустическая аномалия: Значительное изменение амплитуды сигнала, которое не интерпретируется как отражение от пяты сваи.

3.16 интерпретация данных: Анализ полученных данных в целях получения выводов о сплошности и длине сваи.

3.17 специализированное программное обеспечение; специализированное ПО: Программное обеспечение для обработки данных, полученных сейсмоакустическим методом.

4 Сейсмоакустический метод контроля длины и сплошности

4.1 Общие положения

4.1.1 Сейсмоакустический метод контроля свай основан на возбуждении в свае продольных акустических волн, регистрации их отражения и интерпретации полученного сигнала. Информация о физических аспектах метода представлена в приложении А.

4.1.2 Возбуждение волн осуществляется путем создания ударного воздействия, направленного вдоль оси сваи, с помощью ручного молотка (виды молотков рассмотрены в 4.2.7).

4.1.3 Регистрацию волн (возбужденной и отраженных) проводят с помощью высокочувствительного датчика (типы датчиков описаны в 4.2.4), устанавливаемого на торец или боковую поверхность сваи.

4.1.4 Сейсмоакустический метод позволяет определять:

- длину сваи (с точностью в пределах погрешности измерения);

- резкие изменения поперечного сечения сваи (сужение, расширение) с величиной более 25% площади сечения сваи;

- поперечные трещины, пересекающие более 25% площади сечения сваи (вне зависимости от ширины раскрытия трещины);

- дефект стыка между частями составных железобетонных свай (только при наличии эталонной сваи).

4.1.5 Сейсмоакустический метод не позволяет определять:

- плавное изменение поперечного сечения, включая уменьшение толщины стальной сваи вследствие коррозии;

- отклонение сваи от вертикали и прямолинейности;

- наличие под пятой сваи непроектного материала (рыхлый грунт, шлам, пустота);

- наличие дефекта вблизи оголовка (ориентировочно на расстоянии 1-2 м от оголовка, в зависимости от времени ударного воздействия и длины возбуждаемых волн);

- тип дефекта (сужение, трещина, полость в бетоне, наличие бетона низкой плотности);

- причину образования дефекта;

- размеры изменения сечения сваи (по длине и площади), в том числе габариты уширения пяты, выполненного по проекту;

- габариты других дефектов, в том числе ширину раскрытия трещин;

- прочность материала сваи;

- несущую способность сваи.

4.1.6 Допускается использование метода для контроля длины и сплошности свай, объединенных ростверком и расположенных под существующим зданием или сооружением при обеспечении возможности выполнения измерений и интерпретации их результатов. Рекомендуемые схемы расположения датчиков и точек воздействия при выполнении измерений на сваях под ростверком представлены в приложении Б.

4.1.7 В случаях, когда из-за высокой акустической жесткости вмещающих грунтов (скальные грунты, дисперсные грунты высокой плотности), большого отношения длины сваи L к диаметру D (L/D>20 для плотных грунтов и L/D>60 для слабых дисперсных грунтов), а также из-за наличия значительных дефектов в стволе сваи невозможно четкое выделение отражения от пяты сваи, сейсмоакустический метод применять для контроля длины свай не допускается.

4.1.8 Информация о точности (погрешности измерения) сейсмоакустического метода приведена в приложении В.

4.2 Требования к средствам контроля

4.2.1 Приборы должны быть изготовлены в соответствии с нормативным документом или технической документацией на разработку соответствующего устройства, указанными в свидетельстве об утверждении типа средств измерений.

4.2.2 К применяемым приборам устанавливаются следующие основные требования:

- диапазон измерения времени, мс, не менее - 0,5-40;

- рабочая полоса частот, Гц, - 10-5000;

- частота дискретизации, кГц, не менее - 32;

- предел допускаемой относительной погрешности, %, не более - ±5.

4.2.3 В состав оборудования для выполнения исследований сейсмоакустическим методом входят:

- датчики для регистрации колебаний в свае;

- устройство для приема и записи сигнала [измерительный блок, портативный персональный компьютер (ПК), включая планшетный или смартфон];

- источник ударного воздействия;

- вспомогательное оборудования для выполнения измерений;

- специализированное программное обеспечение (ПО) для обработки данных на ПК.

4.2.4 Требования к датчикам

Датчики для приема колебаний в свае подразделяются на два типа:

- акселерометр, по результатам измерений которого записывают зависимость ускорения колебаний от времени;

- велосиметр (геофон), по результатам измерений которого записывают зависимость скорости колебаний от времени (график в формате "скорость - время").

В случае использования датчика-акселерометра сигнал должен интегрироваться по времени для отображения графика в формате "скорость - время".

В зависимости от типа соединения с принимающим устройством датчик может быть:

- проводным;

- беспроводным (в том числе Wi-Fi, Bluetooth).

По своей форме и возможности установки на сваю датчики могут быть:

- для установки на торец сваи (торцевой датчик);

- для установки на боковую поверхность сваи (боковой датчик).

По способу крепления к свае датчики могут быть с креплением:

- на адгезив;

- магнитным;

- механическим (например, на дюбель-болт).

Акселерометры должны иметь:

- полосу рабочих частот, Гц, не менее - 5000;

- неравномерность частотной характеристики, дБ, не более - ±3.

В качестве альтернативы для получения данных допускается использовать датчики скорости (велосиметры) при условии, что они эквивалентны по своим характеристикам указанным акселерометрам.

Сигналы от датчиков должны передаваться в устройство для приема и записи сигнала с помощью экранированного кабеля с низким уровнем шума или по беспроводному каналу связи.

4.2.5 Требования к устройству для приема и записи сигнала

Устройство приема и записи должно:

- иметь возможность присваивать каждому записанному сигналу идентифицирующие информационные имена и описания, дату и время проведения контроля свай;

- иметь графический дисплей для визуализации полученных сигналов;

- отображать результаты ранее выполненных измерений;

- в случае использования акселерометра иметь возможность интегрировать сигнал по времени для отображения графика "скорость - время";

- хранить и передавать полученные данные на устройство постоянного хранения информации (портативный или стационарный ПК).

Устройство приема и записи должно обеспечивать следующие технические характеристики:

- аналого-цифровое преобразование с разрешением, бит, не менее - 12;

- полоса рабочих частот, Гц, не менее - 5000;

- неравномерность частотной характеристики, дБ, не более - ±3;

- частота дискретизации для каждого измерительного канала, кГц, не менее - 32;

- стабильность частоты дискретизации, %, не более - 0,01.

4.2.6 Хранение и обработку полученных сигналов-рефлектограмм проводят на ПК с помощью специализированного ПО.

4.2.7 Требования к источнику ударного воздействия

В качестве источника ударного воздействия используют различные по массе ручные молотки со сменными насадками различной твердости (либо молотки без насадок, выполненные из различных материалов). Путем применения различных ударных источников осуществляют удары с различным временем воздействия.

Время ударного воздействия определяют по ширине первого пика на рефлектограмме, отображаемой в формате "скорость - время" (рисунок А.1 приложения А).

Рекомендуемое время воздействия для контроля различных свай представлено в таблице 1.

Таблица 1

При неизвестной длине контролируемой сваи рекомендуется использовать набор молотков с широким диапазоном времени воздействия - от 0,3 до 1,6 мс.

При контроле дефектов, расположенных на небольшом расстоянии от оголовка (1,0 м и более), необходимо использовать молотки с кратким временем воздействия.

Для получения численной информации об амплитуде и частотном диапазоне возбуждаемых колебаний следует использовать молоток со встроенным датчиком.

4.2.8 Требования к вспомогательному оборудованию

К вспомогательному оборудованию относится комплект приспособлений, обеспечивающих возможность установки датчика на сваю, нанесение удара и работоспособность оборудования в различных условиях проведения работ (низкая и высокая температуры воздуха, повышенные влажность, запыленность, установка датчика под уровнем воды).

Для очистки участка установки датчика на оголовок (боковую поверхность сваи) может быть использована щетка-сметка или кордщетка. Рекомендуется использование угловой шлифовальной машины (УШМ) с насадкой в виде кордщетки с мягким кордом.

Для выравнивания торца сваи или создания штрабы для установки торцевого датчика на боковую поверхность сваи используют УШМ с алмазным диском.

При установке датчика на поверхность сваи, выполненной из бетона, необходимо использование адгезива, в качестве которого могут быть использованы: бутил, строительная мастика, пластилин, литол и другие материалы. Выбор типа адгезива проводят в зависимости от температуры воздуха, влажности поверхности сваи, габаритов датчика и прочих условий.

4.2.9 Требования к специализированному ПО

Специализированное ПО должно:

а) позволять просматривать и редактировать полученные в результате измерений рефлектограммы, в том числе иметь возможность применения основных методов обработки сигналов, описанных в 4.4.2;

б) иметь возможность измерять время/длину между характерными пиками на рефлектограмме и сохранять полученный после обработки сигнал.

4.3 Порядок подготовки и проведения контроля

4.3.1 Сбор и анализ данных о конструкции свай

Для выбора вспомогательного оборудования, определения условий доступа к сваям, оценки пригодности результатов измерений непосредственно на объекте, а также для последующего анализа полученных рефлектограмм необходимо проанализировать имеющуюся документацию, содержащую информацию о конструкции свай и грунтовых условиях. К такой документации относятся:

- материалы инженерно-геологических изысканий;

- проектная документация (план свайного поля, ведомость свай, армирование, серия на изготовление заводского изделия);

- исполнительная документация (журнал погружения свай, журнал буровых работ, журнал бетонирования, исполнительная съемка планово-высотного расположения свай);

- материалы ранее выполненных исследований.

По материалам инженерно-геологических изысканий необходимо определить:

- глубину залегания плотных грунтов, которые должны быть основанием пяты сваи;

- наличие скальных грунтов в разрезе;

- уровень напорных и безнапорных грунтовых вод;

- отметки смены слоев грунта с резким изменением акустической жесткости;

- нормативную глубину промерзания грунта на площадке;

- наличие многолетнемерзлых грунтов в разрезе;

- данные о специфических грунтах основания и инженерно-геологических процессах.

По материалам проектной, исполнительной документации и результатам ранее выполненных исследований необходимо определить:

- проектную и фактическую (по исполнительной документации) длины свай;

- наличие дефектов в сваях, выявленных ранее прямым осмотром (в том числе путем отбора кернов) или неразрушающим методом контроля (сейсмоакустическим, ультразвуковым, термометрическим).

4.3.2 Подготовка приборов и оборудования

На момент проведения полевых измерений приборы должны быть поверены или калиброваны в соответствии с требованиями паспорта прибора.

Перед началом работы рекомендуется провести самостоятельную проверку работоспособности прибора путем измерения на эталонной свае и/или по сравнению показаний двух параллельно подключенных датчиков на любом объекте контроля.

Энергонезависимые приборы должны быть заряжены. Для приборов с необходимостью подключения к сети переменного тока или внешнему аккумулятору должно быть предусмотрено наличие соответствующего источника питания на объекте.

Объем свободной памяти прибора должен быть достаточным для записи предполагаемого количества измерений на объекте.

Перед началом работы необходимо проверить соответствие условий окружающей среды на объекте (температура и влажность воздуха, атмосферное давление) рабочим диапазонам прибора и датчиков согласно паспорту.

При работе во влажных условиях окружающей среды должны быть предусмотрены защитные конструкции (навесы, защитные кожухи на оборудование) в соответствии с параметрами влагозащищенности приборов. При установке датчика под уровнем воды следует использовать соответствующие герметичные датчики.

При работе в условиях низких температур должны быть предусмотрены мероприятия (устройство тепляков, термокожухи на оборудовании), обеспечивающие работу прибора в допустимом диапазоне температур согласно паспортным данным.

При наличии на объекте источников динамических воздействий, которые создают колебания сваи, самопроизвольно запускающие процесс измерения, необходимо остановить данные воздействия или выполнять измерения в другой промежуток времени (без внешних динамических воздействий).

4.3.3 Подготовка контролируемого объекта

При контроле бетонных и железобетонных свай, изготовленных в грунте, измерения допускается выполнять не ранее 5 сут с даты бетонирования (либо ранее, при условии набора бетоном сваи прочности не менее 70% проектного значения).

Требования к участку установки датчика (расположение на оголовке сваи, ровность, площадь) зависят от его конструкции и габаритов. Для контроля могут быть использованы датчики, устанавливаемые как на торцевую, так и на боковую поверхность сваи.

Участки установки датчика и нанесения удара должны быть очищены от пыли, фрагментированного бетона, грунта, мусора, льда, отслаивающихся покрытий, продуктов коррозии. Ровность участка установки датчика должна позволять обеспечить плотный контакт всей площади датчика с поверхностью сваи. Неровности поверхности могут быть компенсированы адгезивным материалом, но в любом случае не должны превышать 5 мм.

Плоскость участка установки должна позволять установить датчик параллельно оси сваи (при установке как на торец, так и на боковую поверхность). Отклонение плоскости участка может быть компенсировано адгезивным материалом.

Угол отклонения оси датчика от оси сваи не должен превышать 10. Контроль угла допускается осуществлять визуально.

Угол отклонения плоскости нанесения удара от плоскости, перпендикулярной оси сваи, не должен превышать 20.

Рекомендуется выравнивание бетона на участках установки датчика и нанесения удара с помощью УШМ с алмазным диском. Поверхность стальных свай рекомендуется очистить кордщеткой, а в случае отсутствия ровного участка обрезать металлорежущим инструментом. Участок установки датчика и удара на деревянных сваях подготавливается с помощью инструмента для резки древесины (ножовка, циркулярные или цепные пилы).

Для обеспечения адгезии датчика к поверхности сваи материал на участке установки должен быть сухим. При контроле стальных свай, а также железобетонных свай со стальными элементами (обсадная труба, стальная насадка, закладные детали) рекомендуется использовать датчик с магнитным держателем. При контроле деревянных свай рекомендуется установить на сваю металлическую пластину с последующим креплением к ней датчика с магнитным держателем.

4.3.4 Порядок проведения контроля

Контролю подлежат сваи, указанные в техническом задании на выполнение работ, проектной документации, программе выполнения изысканий (обследования). Общие указания о количестве свай, подлежащих контролю сейсмоакустическим методом на строительной площадке, приведены в СП 45.13330, СП 46.13330, СП 79.13330.

Рекомендуется выполнять контроль на трех участках каждой сваи, расположенных в разных частях ее сечения. Количество измерений можно сократить, используя несколько датчиков, расположенных на разных участках сваи и одновременно регистрирующих сигнал. Если при полевой обработке полученного сигнала на первых двух участках измерения (с двух датчиков) результат окажется идентичным, допускается ограничиться выполнением измерений только на двух участках.

Датчик устанавливают на подготовленный участок с помощью адгезива, виды которого описаны в 4.2.8.

После установки датчика, включения и настройки прибора проводят нанесение ударного воздействия, сбор и первичный анализ полученных сигналов.

Удар молотка по свае должен быть одиночным, повторные удары после первого отскока не допускаются. Минимальное время между отдельными ударами определяется временем, необходимым для считывания и записи информации измерительным блоком.

Количество ударов (записей сигналов) должно быть не менее десяти для каждого из применяемых ударных источников.

Полученные на объекте рефлектограммы оценивают с точки зрения их стабильности (постоянства между различными ударами) и наличия отражения от пяты сваи на ожидаемой глубине (при известной конструкции сваи).

При обнаружении отражений от дефектов, расположенных на участке длиной, равной первым метрам от уровня оголовка, рекомендуется сразу удостовериться в их наличии путем осмотра ствола (при возможности осмотра ствола сваи на участке данной длины), а при необходимости - контрольной откопки.

4.4 Обработка результатов

4.4.1 Общие рекомендации по обработке

Первичную обработку полученных данных следует осуществлять в полевых условиях для оценки полученных сигналов непосредственно на объекте контроля.

Окончательная обработка осуществляется в камеральных условиях и выполняется на ПК с применением специализированного ПО.

4.4.2 Методы обработки сигналов

Целями применения методов обработки являются снижение влияния помех, выделение полезного сигнала и приведение итоговой (обработанной) рефлектограммы к виду, наиболее близко соответствующему типовой рефлектограмме (таблица Г.1 приложения Г) или сочетанию типовых рефлектограмм для последующей интерпретации.

При обработке сигналов могут быть применены следующие основные методы: интегрирование, инвертирование, амплитудная коррекция (усиление), частотная фильтрация, усреднение.

При обработке сигналов допускается применять другие приемы геофизической обработки данных: накопление, нормализация, сглаживание, пространственно-временная фильтрация.

Необходимость применения конкретного метода обработки или комплекса методов определяется специалистом, проводящим обработку результатов измерений, в зависимости от применяемого оборудования, объекта исследования, условий контроля, а также их результатов (в необработанном виде).

Если полученная рефлектограмма (до ее последующей обработки) позволяет установить наличие или отсутствие дефектов и длину сваи, допускается методы обработки не применять.

Интегрирование сигнала применяют в случае использования в качестве измерительных датчиков акселерометров. Данный метод позволяет преобразовать полученный сигнал в формате "ускорение - время" в формат "скорость - время", подлежащий в дальнейшем обработке. При использовании в качестве измерительных датчиков велосиметров интегрирование не требуется.

Инвертирование сигнала (переворот графика относительно горизонтальной оси) выполняют для приведения рефлектограмм в единый вид для удобства анализа графиков, полученных разными приборами (с различной полярностью записи).

Амплитудная коррекция (усиление) сигнала позволяет компенсировать затухание амплитуды сигнала, вызванное потерей энергии возбужденного импульса по длине сваи.

Частотная фильтрация позволяет удалять из обработки колебания в заданных диапазонах частот. С помощью фильтрации могут быть устранены высокочастотные помехи, в том числе отражение от дефектов, расположенных вблизи оголовка сваи.

Усреднение сигналов (построение рефлектограммы по нескольким полученным сигналам) используют для удобства сравнения сигналов, подавления случайных помех и повышения надежности обработки.

Для удобства интерпретации сигнал, полученный в формате "скорость - время", может быть преобразован в формат "скорость - длина". Для этого в ПО вводится значение стержневой скорости распространения волны в свае.

4.4.3 Задание стержневой скорости в свае

Стержневая скорость может быть задана на основании табличных данных (см. таблицу Д.1 приложения Д), определена путем калибровки на эталонной свае (свае известной длины) или измерена ультрасейсмическим методом, описанным в приложении Е.

Использование при обработке полученных данных табличного значения скорости приводит к увеличению погрешности результата измерений. Величина погрешности в данном случае должна оцениваться не менее 10% полученного результата.

В случае контроля свай заводского изготовления в период их погружения в грунт наиболее доступным способом определения стержневой скорости является калибровка на сваях, расположенных на строительной площадке (складируемых на объекте), перед их погружением.

В случае измерения стержневой скорости на эталонной свае или ультрасейсмическим методом использование определенного в результате контроля значения скорости допустимо только для свай, причисленных к одной партии с эталонной (исследованной ультрасейсмическим методом). Для причисления свай к одной партии в пределах одного объекта допускается использовать имеющуюся документацию, а также соответствие свай по результатам осмотра и измеряемым параметрам (тип, внешний вид, диаметр, габариты сечения, армирование). На ранних сроках набора прочности бетоном буровых свай (до 28 сут) к одной партии допускается причислять сваи с отличием в дате бетонирования не более 5 сут.

4.4.4 Оценка (интерпретация) результатов контроля

Основной задачей интерпретации полученных сигналов после их обработки является идентификация на рефлектограмме наличия или отсутствия пика отражения от искомого объекта (пяты сваи, дефекта, стыка между частями железобетонной сваи, участка изменения сечения).

На основании интерпретации и анализа полученных рефлектограмм с учетом имеющихся данных по объекту делается вывод о длине сваи, отсутствии или наличии дефектов в стволе и глубине их расположения.

Длина сваи (глубина расположения дефекта) определяется от уровня установки датчика на свае.

При интерпретации рекомендуется учитывать результаты обработки данных по всем исследованным на объекте сваям для их совокупного анализа.

В случае, когда во вмещающих грунтах присутствуют контрастные геологические границы (например, между скальными и дисперсными грунтами), рефлектограммы могут быть осложнены отражениями, связанными со сменой вмещающих грунтов. Поэтому глубину выделенных на сигналах акустических аномалий рекомендуется сопоставить с геологическим разрезом.

В случае если при интерпретации и анализе полученных рефлектограмм идентифицируется наличие схожих акустических аномалий у ряда свай, рекомендуется выполнить контрольную откопку свай для визуального контроля наличия или отсутствия дефекта, а также для определения вида дефекта и установления, является ли дефект значительным.

В случае невозможности контрольной откопки свай, а также для определения влияния выявленных дефектов (акустических аномалий) на несущую способность свай следует выполнить испытание свай, имеющих наиболее характерную акустическую аномалию, статической нагрузкой по ГОСТ 5686.

4.5 Оформление результатов

Состав технического отчета по результатам контроля свай сейсмоакустическим методом представлен в приложении Ж.

Приложение А

(справочное)

Физические основы метода

А.1 В свае возбуждается волна сжатия (растяжения), которая, отражаясь от различных объектов по пути распространения в стволе сваи (пята, дефект, изменение площади сечения, стык, контрастная смена вмещающего грунта), возвращается к участку возбуждения.

А.2 Амплитуда и знак (растяжение или сжатие) отраженной волны зависят от изменения акустического импеданса Z, который в свою очередь зависит от конструктивных особенностей сваи, свойств вмещающих грунтов и параметров отражающего объекта.

А.3 На границах, разделяющих участки сваи с различными значениями акустического импеданса, образуются отраженные волны. Чем значительней изменение акустического импеданса, тем выше энергия отраженной от границы волны.

А.4 Акустический импеданс Z определяют по формуле

C - стержневая скорость, м/с;

А.6 Отражение от пяты сваи, а также наличие дефектов в стволе определяются по амплитудным пикам на рефлектограмме. Длина сваи L, м, а также расстояние до дефекта определяются от уровня установки датчика за счет измерения времени прохождения волны t, мкс, по формуле

Пример рефлектограммы с указанием ее основных параметров приведен на рисунке А.1.

Рисунок А.1 - Пример рефлектограммы в формате "скорость - длина"

А.7 Стержневую скорость распространения волн в материале сваи C определяют по табличным данным или экспериментально. Основные подходы к определению стержневой скорости описаны в приложениях Д и Е.

А.8 Для измерения времени ударного воздействия (рисунок А.1) необходимо использовать рефлектограмму в формате "скорость - время".

Приложение Б

(рекомендуемое)

Применение метода на сваях, объединенных ростверком

Б.1 Необходимость контроля длины свай, объединенных ростверком, возникает в ходе строительства зданий и сооружений, когда сваи не были проконтролированы в свободном состоянии и задача контроля возникла позже, на недостроенных зданиях и сооружениях (при отсутствии исполнительной документации), а также при реконструкции зданий и сооружений в ходе их обследования при отсутствии проектных данных о длине свай или проверки информации, имеющейся в документах.

Б.2 Контроль дефектов в сваях, объединенных ростверком, обычно не проводят, так как наличие ростверка осложняет обработку полученного сигнала и приводит к необходимости применения фильтрации, скрывающей дефекты.

Б.3 Осложняющими факторами для применения метода на сваях под ростверком являются:

а) отсутствие свободной площадки на торце сваи для установки датчика;

б) отсутствие участка для нанесения ударного воздействия над сваей соосно ее продольной оси;

в) наличие на рефлектограмме дополнительных отражений от ростверка, а также от конструкций, расположенных на нем (надземные конструкции здания или сооружения). Дополнительные отражения могут быть отфильтрованы при обработке полученного сигнала.

Б.4 Установка датчика на сваю под ростверком может осуществляться по одной из схем, представленных на рисунке Б.1:

а) установка на ростверк над сваей [вариант предпочтителен при небольшой толщине ростверка (менее 1,0 м) и наличии свободного участка на обрезе ростверка над сваей];

б) установка на боковую поверхность сваи с помощью внешней консоли;

в) установка в штрабу, вырезанную на боковой поверхности сваи под ростверком;

г) установка на боковую поверхность сваи бокового датчика.

Рисунок Б.1 - Схемы установки датчика

Б.5 Ударное воздействие для создание продольной волны в свае при наличии ростверка может быть осуществлено одним из следующих способов:

а) по обрезу ростверка над сваей (в случае наличия свободного горизонтального участка) [схемы а)-г) на рисунке Б.1];

б) по горизонтальной поверхности штрабы, вырезанной на боковой поверхности сваи [схема в) на рисунке Б.1];

в) по нижней поверхности ростверка рядом со сваей (создание волны растяжения, удар вверх) [схема г) на рисунке Б.1].

Б.6 Во всех случаях, когда для измерений используется ростверк (датчик устанавливается на ростверк, удар наносится по ростверку), необходимо проверить наличие контакта ростверка с исследуемой сваей (свая должна монолитно сопрягаться с ростверком без зазоров, прокладок, трещин, инородных материалов в зоне стыка). Контроль контакта проводят путем осмотра узла сопряжения сваи с ростверком.

Б.7 В случае опирания на ростверк несущей конструкции с формой, близкой к стержневой (колонна, стойка, пилон), необходимо учитывать возможность отражения волны от ее верхнего конца, а также примыкающих по длине элементов (плит, ригелей и балок перекрытия). Минимизировать влияние надземной конструкции допускается за счет проведения измерений на сваях, расположенных в кусте наиболее удаленно от оси надземной несущей конструкции.

Приложение В

(справочное)

Погрешность измерения

Общая погрешность состоит из следующих составляющих:

Приложение Г

(рекомендуемое)

Типовые рефлектограммы

Таблица Г.1 - Типовые рефлектограммы, полученные в результате численного моделирования [2]

Приложение Д

(обязательное)

Определение стержневой скорости в свае

Д.1 Стержневая скорость распространения волн в материале сваи С принимается постоянной по ее длине и зависит от различных параметров, среди которых:

б) модуль упругости Е, который в том числе зависит от возраста бетона сваи;

в) процент армирования железобетонной сваи.

Д.2 Стержневая скорость в контролируемой свае определяется одним из следующих способов или их комбинацией:

а) по табличным данным (таблица Д.1);

б) путем измерения на эталонной свае (свае известной длины), причисленной к одной партии с контролируемой сваей, а также на фрагменте свае известной длины;

в) ультрасейсмическим методом (приложение Е).

Таблица Д.1 - Примерные значения стержневой скорости в сваях различных типов

Приложение Е

(рекомендуемое)

Ультрасейсмический метод определения длины сваи и стержневой скорости

Е.1 Ультрасейсмический метод представляет собой последовательность сейсмоакустических измерений на свае с переменным по высоте уровнем (отметкой) установки датчика на боковой поверхности.

Е.2 В результате ультрасейсмических измерений определяют длину измеряемого элемента (длину свай, расстояние до стыка, глубину расположения дефекта) без введения в расчет значения стержневой скорости распространения волны в свае. Также по результату исследований определяют точное значение стержневой скорости в свае с последующим использованием полученного значения для контроля свай, причисленных к данной партии (типу, возрасту и т.п.) на данном объекте.

Е.3 Для выполнения измерений рекомендуется выбрать сваю с наиболее просто интерпретируемым сигналом (четким амплитудным отражением от пяты, минимальной фильтрацией сигнала, отсутствием дополнительных отражений от дефектов, смены вмещающих грунтов, примыкающих конструкций).

Е.4 На боковую поверхность контролируемой сваи наносят разметку с заданным шагом по высоте (рисунок Е.1). Начало разметки соответствует наиболее высоко расположенному сечению для установки датчика (в общем случае - оголовок сваи). Шаг по высоте и количество сечений измерения выбирается исходя из длины участка, доступного для измерения. Рекомендуемое значение шага 0,3-0,5 м. Рекомендуемое количество сечений не менее шести. При уменьшении шага количество сечений рекомендуется увеличить, чтобы суммарная длина участка измерений составляла не менее 1,5 м.

Е.5 Установка датчика может осуществляться одним из способов, указанных в Б.4, схемы б)-г). Для сокращения трудозатрат и увеличения точности измерения рекомендуется применение бокового датчика [Б.4, схема г)].

Е.6 Ударное воздействие возбуждается по оголовку сваи. Участок нанесения удара не меняется при измерении в каждом из сечений. Для увеличения точности результата измерения рекомендуется нанесение ударов молотком с твердой насадкой.

Е.7 На каждом из сечений выполняют измерение согласно требованиям 4.3.4.

1 - свая; 2 - сечение измерения; 3 - участок нанесения удара; 4 - шаг; 5 - общая длина участка измерения; I; II, III ... n - номера сечений установки датчика

Рисунок Е.1 - Схема проведения ультрасейсмического контроля

Е.8 Полученные рефлектограммы анализируют в камеральных условиях, при необходимости их отбраковывают и обрабатывают основными методами, описанными в 4.4.2. Рекомендуется не применять фильтрацию сигнала или минимизировать ее использование. Рекомендуется получить усредненный график по всем отобранным рефлектограммам с каждого отдельного сечения измерения. По усредненным или выбранным отдельным рефлектограммам на каждом сечении проводят измерение времени между моментом возбуждения сигнала и моментом прихода отраженной волны.

Е.9 Измеренное время в микросекундах (x) и данные об отметке сечения (y) в миллиметрах относительно начального заносят в специализированное ПО или другие программы математической обработки данных. По полученным данным "время - отметка сечения" методом наименьших квадратов строится линейное уравнение регрессии, представленное в формуле

y=a·x-b, (Е.1)

где a - коэффициент регрессии;

b - определенная ультрасейсмическим методом длина сваи от уровня верхнего сечения измерения, мм.

Стержневую скорость в свае C, м/с, определяют по формуле

C=2000·a. (Е.2)

Е.10 Пример обработки и результат измерения на сборной железобетонной свае длиной 9,0 м представлены в таблице Е.1 и на рисунках Е.2, Е.3.

Таблица Е.1 - Результаты измерения времени по различным сечениям

Рисунок Е.2 - Рефлектограммы по результатам ультрасейсмических измерений

Рисунок Е.3 - Пример построения зависимости по результатам ультрасейсмических измерений

Приложение Ж

(обязательное)

Состав технического отчета

Ж.1 Отчет по контролю свай сейсмоакустическим методом должен содержать следующую информацию:

а) наименование, местоположение, краткое описание объекта проведения работ;

б) описание инженерно-геологических условий (при наличии данных);

в) тип и размеры свай (длина и диаметр) по данным исполнительной или проектной документации;

г) технологию изготовления/погружения свай;

д) описание исследованных свай:

1) нумерация свай (согласно имеющейся документации или условная);

2) схема расположения свай (при необходимости);

3) дата бетонирования/погружения сваи;

4) сведения о свойствах материала сваи (при наличии);

5) длина секций (для составных свай);

е) результаты контроля сплошности и длины свай сейсмоакустическим методом:

1) дата проведения контроля;

2) описание оборудования (с указанием даты и номера свидетельства о поверке);

3) описание примененной методики измерения;

4) графическое представление результатов обработки сигналов в виде рефлектограмм;

5) основные параметры обработки сигналов, включая принятую при обработке стержневую скорость;

6) результат определения длины свай;

7) заключение о сплошности свай;

ж) копию документа, подтверждающего членство в саморегулируемой организации по инженерным изысканиям.

Библиография