При обследовании фундаментных конструкций возникает ряд специфических задач, которые могут быть решены путем применения методов неразрушающего контроля. Данные задачи решаются в основном с помощью комплекса волновых методов: георадиолокации, сейсмоакустики, ультразвуковых методов:
- Определение геометрических характеристик фундамента (глубина заложения, выдержанность требуемой мощности фундаментной плиты по всей ее площади).
- Оценка фактических прочностных характеристик бетона и их соответствие проектным прочностным характеристикам.
- Поиск и локализация дефектных зон: трещиноватые, разупрочненные зоны, пустоты, холодные швы.
- Определение характера армирования плиты (глубина, шаг арматуры, количество слоев армирования).
- Оценка контактных условий на границе фундамент-грунт, поиск пустот под плитой.
В системе «плита-грунт» может существовать довольно сложное волновое поле, содержащее практически все типы колебаний.
Для изучения прочностных характеристик и состояния контакта плиты с грунтовым основанием может быть использован метод, основанный на явлении «толщинного» резонанса, заключающемся в образовании стоячих волн в результате отражения волны от верхней и нижней поверхностей плиты. В зарубежной литературе данный метод носит название Impact Echo Testing Method. Уравнение для набора резонансных частот может быть получено в следующем виде:
f(n) = Vn / 2d,
где f(n) — частота собственных колебаний пластины;
n = 1,2,3,…;
d — толщина пластины;
V — скорость распространения продольных волн в пластине.
Скорость, участвующую в расчете, можно определять различными способами:
- измерения на преломленных волнах;
- измерения на отраженных волнах;
- измерения «на просвет».
Применение Impact Echo Testing Method можно разделить на два случая:
- если известна скорость распространения продольных волн в пластине, то можно определить толщину пластины (глубину заложения фундамента);
- если известна толщина пластины, то можно определить скорость и, используя корреляционные зависимости, оценить прочность материала фундамента.
Данный метод обладает преимуществами, позволяющими применять его в тех случаях, когда затруднено применение иных методов:
- Высокая производительность и относительно небольшая стоимость работ.
- Возможность обследования фундаментных плит произвольной формы и площади.
- Результатом оценки характеристик бетона с помощью данного метода является значение прочности материала в естественном залегании, которое невозможно получить путем лабораторных измерений на образцах.
На значение прочности фундамента оказывает влияние не только класс бетона, но и наличие дефектов: пустот, трещин, систем трещин. Вследствие этого фактическая прочность фундаментной плиты, получаемая по методу Impact Echo Testing, как правило, ниже прочности, соответствующей классу применяемого бетона. Данный факт может остаться без внимания, если при обследовании опираться только на результаты лабораторных испытаний образцов бетона, места отбора которых могут не попасть на существующие в фундаментной плите дефекты.
При возбуждении собственных колебаний фундаментной плиты в спектре помимо основного резонансного пика будет возникать множество побочных, которые могут быть связаны с дефектами в фундаменте или боковыми отражениями от краев плиты. Для увеличения точности метода можно применять мультипликативную обработку измерений, позволяющую выделить в спектре колебаний резонансный пик, соответствующий «толщинному» резонансу.
Impact Echo Testing Method дает наилучшие результаты, если использовать его в комплексе с георадарным методом. Применение георадара позволяет получить информацию о внутреннем строении плиты (строение арматурного каркаса, глубина заложения фундамента, наличие трещиноватых зон и пустот), дополняющую результаты акустического метода.
Результатом применения комплекса методов неразрушающего контроля является карта, иллюстрирующая распределение прочности бетона по площади фундаментной плиты с учетом
Красным цветом закрашены области, соответствующие проектной прочности бетона, синим цветом — области с прочностью бетона ниже проектной.
Выводы:
- Применение комплекса методов неразрушающего контроля, включающего в себя сейсмоакустику и георадиолокацию, позволяет оперативно обследовать фундаментные плиты зданий и сооружений сложной формы и получать распределение прочностных характеристик по всей площади исследуемой конструкции.
- Значение прочности бетона, получаемое с помощью акустического метода, является интегральным значением, учитывающим наличие дефектов в фундаментной плите, которые могут быть пропущены при отборе кернов. Поэтому применение методов неразрушающего контроля в сочетании с лабораторными исследованиями образцов бетона позволяет получить наиболее полную и детальную картину, характеризующую строение и состояние фундаментной плиты.