Диагностика состояния устойчивости зданий в г. Салехард ЯНАО
Диагностика состояния устойчивости зданий в г. Салехард в рамках реализации проекта «Система автоматизированного контроля температуры мерзлых грунтов под объектами капитального строительства.
Местоположение объекта:
Российская Федерация, ЯНАО, г. Салехард.
Сроки проведения работ
ноябрь 2024 г.- 20 декабрь 2024 г.
Цель работы
Оказание услуг по диагностике состояния устойчивости зданий в г. Салехард в рамках реализации проекта «Система автоматизированного контроля температуры мерзлых грунтов под объектами капитального строительства» (Проект Западно-Сибирского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня «Прогноз деградации мерзлоты и технология автоматизированного контроля несущей способности мёрзлых грунтов под объектами капитального строительства»)
Результаты работы:
Результаты испытаний сейсмоакустического контроля
Результаты обработки данных сейсмоакустического метода.
Результаты измерений в виде обработанных сейсмограмм даны в Приложении Б.
Пикирование целевых отражений производилось по первому положительному пику целевого импульса (в случае, если отраженный импульс оказывался искажен за счет помехи, пикировка производилась по предполагаемому положению первого положительного пика импульса, см. например данные для сваи 2.2).
Определенное в таблице значение длины представляет среднеарифметическое для результатов, полученных с применением различных ударных источников. Погрешность оценки длины сваи, связанная с выбором скорости распространения волн в 3800 м/с, входит в заявленные 5-10 % погрешности методики.
При анализе использована априорная информация о разнице между уровнем возбуждения и регистрации сигнала, и положение верхнего торца сваи (в случае с сваей Обследование производилось с поверхности балки, в которую была включена исследованная свая, поэтому поправка за уровень измерений взята со знаком «-»).
Полученные оценки медианной глубины заложения свайных фундаментов распределяются для обследованных объектов следующим образом:
-Сооружение 1 («Библиотека ЯНАО»): – медиана определенных длин свай 9,6 м (от 9.1 до 10.3 м); – нарушений сплошности бетона свай не установлено; - для свайных фундаментов данного сооружения наблюдается наибольший разброс значений атрибута площади нормированного спектра для обследованных свай при сравнительно стабильном поведении средневзвешенной частоты, с учетом сравнительной однородности обследованных свай по длине и отсутствию установленных нарушений сплошности материала свай можно указать на возможную неоднородность контакта свай с грунтовым основанием.
- Сооружение 2 («Гимназия»): – медиана определенных длин свай 6,4 м (от 6.4 до 8.7 м); – для испытуемой сваи 2.5 возможно предположить нарушение сплошности бетона конструкции на глубине ок. 4.4 м от оголовка; - несмотря на наличие сваи с предполагаемым нарушением сплошности, для свайных фундаментов данного сооружения наблюдается стабильное поведение атрибутов площади нормированного спектра и средневзвешенной частоты для обоих использованных ударных источников, с учетом сравнительной неоднородности обследованных свай по длине и наличию предполагаемого нарушения сплошности материала одной из свай можно указать на однородность контакта свай с грунтовым основанием.
-Сооружение 3 («ДС Умка»): – медиана определенных длин свай 8,3 м (от 8.3 до 9.0 м); – для испытуемой сваи 3.3 возможно предположить нарушение сплошности бетона конструкции на глубине ок. 4.4 м от оголовка; - несмотря на наличие сваи с предполагаемым нарушением сплошности, для свайных фундаментов данного сооружения наблюдается стабильное поведение атрибутов площади нормированного спектра и средневзвешенной частоты для обоих использованных ударных источников, с учетом сравнительной близости обследованных свай по длине и наличию предполагаемого нарушения сплошности материала одной из свай можно указать на однородность контакта свай с грунтовым основанием.
-Сооружение 4 («ДС Рябинка»): – медиана определенных длин свай 6,9 м (от 5.7 до 9.2 м); – нарушений сплошности бетона свай не установлено; - для свайных фундаментов данного сооружения наблюдается стабильное поведение атрибутов площади нормированного спектра и средневзвешенной частоты для обоих использованных ударных источников, с учетом сравнительной неоднородности обследованных свай по длине можно указать на однородность контакта свай с грунтовым основанием.
-Сооружение 5 («Дирекция»): – медиана определенных длин свай 7,1 м (от 6.4 до 7.8 м); – для испытуемой сваи 5.1 возможно предположить нарушение сплошности бетона конструкции на глубине ок. 4.0 м от оголовка; стоит указать, что положение данной сваи отличалось от положения свай на предоставленной план-схеме сооружения, что может быть связано с поломкой и отклонением оси данной сваи при погружении, после чего рядом с ней был изготовлен дубль; - для свайных фундаментов данного сооружения наблюдается выброс значений атрибута площади нормированного спектра для сваи 5.4 (в сторону сравнительно лучшего контакта с грунтом) при стабильном поведении средневзвешенной частоты, с учетом высокой однородности обследованных свай по длине и наличию одного установленного нарушения сплошности материала сваи можно указать на однородность контакта свай с грунтовым основанием. В качестве общего наблюдения возможно указать на то, что для 19 свай из 22 обследуемых практически не потребовалось применять процедуру амплитудной регулировки усиления сигналов т.к. отражение от нижнего конца свай во всех случаях хорошо выражено на сырых данных. При этом на этапе обработки применялась двумерная сглаживающая фильтрация для подавления различного рода высокочастотных помех. По наличию хорошо выраженного отражения от нижних торцов свай можно сделать косвенное предположение по характеру их работы с грунтом – это сваи, работающие по боковой поверхности. В том случае, если бы сваи работали, как сваи-стойки, нижний торец свай обладал бы контактом с грунтом повышенной плотности и был бы хуже выражен на необработанных данных.
Выводы по результатам испытаний сейсмоакустического контроля
По данным сейсмоакустического обследования заводских монолитных свай, включенных в состав существующих сооружений, выполненному в рамках работ возможно сделать следующие выводы: − длина исследованных свай располагается в пределах от 6,4 до 9,6 м в зависимости от сооружения:
•Сооружение 1 – 9,6 м (наибольшая глубина заложения);
•Сооружение 2 – 6,4 м;
•Сооружение 3 – 8,3 м;
•Сооружение 4 – 6,9 м;
•Сооружение 5 – 7,1 м;- установлено наличие предполагаемых нарушений сплошности для исследованных свай 2.5, 3.3, 5.1, причем во всех трех случаях нарушение сплошности относится к глубинам 4-4,4 м; − по анализу сравнительного поведения динамических атрибутов сейсмоакустических сигналов можно дать следующую сравнительную характеристику контактных условий свайных фундаментов сооружений – для Сооружений 2-4 она более однородные, для Сооружения 1 они наиболее неоднородные, для Сооружения 5 – сравнительно более неоднородные, чем у Сооружений 2-4; − по анализу поведения сейсмоакустических сигналов (хорошо выраженные отражения от нижних концов свай) можно указать на их характер работы с грунтом – это сваи, работающие по боковой поверхности
Измерение уровня вибраций
Методика измерения уровня вибраций Согласно п. 6.13.1 действующего СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений» транспорт, промышленная и строительная техника рассматривается как источник динамического воздействия, влияющий на безопасность эксплуатации конструкций и грунтовых оснований сооружений. Измерения техногенных вибраций проводилось с помощью аппаратурного комплекса «Дельта-03», производства ООО «ЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ» г. Жуковский (Рис. 12) с использованием трехкомпонентного акселерометра А0531.
Технические параметры сейсмостанции Дельта-03 приведены в Таблице.
Для оценки параметров вибрационного поля датчик устанавливался на грунтовое основание в подвалах строений. В случае установки датчика на бетонную стяжку пола подвала, точка записи выбиралась исходя из хорошего акустического контакта стяжка-грунт.
Положение измерительного датчика выбиралось по возможности вдали от локальных объектов в грунте и коммуникаций. Измерение параметров вибрационного поля производилось в 22 точках в подвалах зданий на грунте или бетонной стяжке.
Расположение точек измерений приведено на схеме.. Длительность измерений в каждой точке, согласно действующим рекомендациям (SESAME, 2004) и опыту аналогичных работ, составляет порядка 30 минут (для частот не ниже 0,1 Гц).
Обработка данных виброизмерений Обработка полевых данных проводилась с помощью программного комплекса «GT Software», являющегося разработкой МГУ им. Ломоносова.
Применяемые возможности программного комплекса:
1.Визуализация измеренных данных, определение амплитудных и временных параметров записи;
2.Оценка спектральной плотности сигнала с помощью преобразования Фурье;
3.Оценка плотности спектральной мощности методом Уэлча (для случайных сигналов);
4.Расчет действующего, среднего и максимального значений амплитуды сигнала, преобладающей частоты, коэффициента пространственного затухания и нормированной площади спектра.
5.Частотная фильтрация и удаление постоянной составляющей;
6.Построение спектрограмм для спектров Фурье и Уэлча.
7.Построение пространственных годографов для полного вектора вибрации.
8.Расчет функции взаимной корреляции и автокорреляции;
9.Расчет отношений спектральных компонент и построение фазовых портретов.
10.Определение добротности колебаний.
Результаты виброизмерений
Анализ обработанных полевых записей параметров вибрационного поля показал, что основными источниками вибрационного воздействия на конструкции для исследуемых сооружений являются движение автомобильного транспорта и работа механизмов. В ходе обработки полевых записей выделены узкие максимумы (пики) в спектре сигнала, которые устойчиво определяются по всей записи и могут быть проинтерпретированы как резонансные частоты, создаваемые стоячими волнами. Частоты пиков приведены в Табл. Исключение составляют аномально высокие пики, вызванные работой механизмов и другими техногенными помехами, на частотах 69,6; 72; 75,7 и 96,8 Гц. Можно указать на отсутствие прослеживаемых для всех точек резонансных пиков в диапазоне частот 2-10 Гц, к которому применительно к анализу спектров Накамуры обычно относятся пики, соответствующие акустически жестким границам в разрезе на глубинах 10 и более м. Таким образом, можно косвенно указать на отсутствие вблизи поверхности измерений вибраций границ слоев грунта с высокими деформационнопрочностными свойствами, на которые могли бы быть оперты сваи обследуемых сооружений. Следовательно, сваи работают как висячие сваи, и несущая способность фундамента обеспечивается за счет трения по боковой поверхности.
Среди повторяющихся характерных частот можно указать резонансные пики около 20-28 Гц (наблюдается в спектрах Накамуры для 16 точек измерения из 22, т.е. выделяются для всех исследованных конструкций). Вероятно, частоты в данном диапазоне связаны с наличием приповерхностных особенностей геологического разреза, и, возможно, с проявлениями геокриологических процессов.
Выводы по результатам виброиспытаний:
Выводы и рекомендации На объекте расположенном, по адресу: г. Салехард проведено измерение уровня вибраций в 22 точках. На основе обработанных данных сделаны следующие выводы:
1. Основными источниками вибраций на объекте являются движение автомобильного транспорта и работа механизмов.
2. В ходе обработке полевых записей выделены узкие максимумы (резонансные пики) в спектре сигнала, которые устойчиво определяются по всей записи и могут быть проинтерпретированы как резонансные частоты, создаваемые стоячими волнами. Наибольший интерес с точки зрения косвенной характеристики геологического строения основания представляют резонансные пики в полосе 20-28 Гц. 3. Исключение из общей картины составляют аномально высокие пики, вызванные работой механизмов на частотах 69,6; 72; 75, 7 и 96,8 Гц
Заключение
По результатам, полученным при проведении представленных исследований, в соответствии с данными полученными при анализе инженерно-геологических и геокриологических исследований следуют следующие выводы по объектам:
Сооружение 1 («Библиотека ЯНАО»):
По результатам анализа инженерно-геологических и геокриологических условий объекта, представленных Заказчиком по всем колонкам архивных материалов по всей глубине заложения свай встречены немерзлые песчаные грунты;
Сооружение 2 («Гимназия»):
По результатам анализа инженерно-геологических и геокриологических условий объекта, представленных Заказчиком по всем колонкам архивных материалов по всей глубине заложения свай встречены немерзлые песчаные грунты;
Сооружение 3 («ДС Умка»):
По результатам анализа инженерно-геологических и геокриологических условий объекта, представленных Заказчиком по всем колонкам архивных материалов по всей глубине заложения свай встречены немерзлые песчаные грунты, а также мерзлые грунты на глубине 6-10м;
Сооружение 4 («ДС Рябинка»):
По результатам анализа инженерно-геологических и геокриологических условий объекта, представленных Заказчиком по всем колонкам архивных материалов по всей глубине заложения свай встречены немерзлые песчаные грунты с слоем глинистого немезлого грунта мощностью до 4м по скважине 1,4,5 на глубине до 4 метров; Сооружение 5 («Дирекция»):
По результатам анализа инженерно-геологических и геокриологических условий объекта, представленных Заказчиком по всем колонкам архивных материалов по всей глубине заложения свай встречены немерзлые песчаные грунты с слоем глинистого немезлого грунта мощностью до 2м по всем скважинам на глубине 2-4м.
Для полноценного анализа устойчивости представленных объектов, а также прогноза несущей способности грунтов основания необходимо провести ПОЛНЫЙ комплекс научно-исследовательских работ, состоящий из этапов:
1. Инженерно-техническое обследование зданий. Техническое обследование зданий с обмерными работами, в объеме необходимом для сбора нагрузок на фундаменты; Обследование фундаментов зданий, с оценкой технического состояния и их параметров
2. Инженерно-геодезические изыскания Оценка деформаций вертикальных и горизонтальных конструкций, а также установка необходимых марок, для дальнейшего мониторинга деформаций.
3. Инженерно-геологические изыскания Оценка физико-механических свойств грунтов с возможностью использования данных для расчетов по определению несущей способности грунтов основания, а также выполнению теплофизических расчетов.
4. Инженерно-гидрометеорологические изыскания Необходимые для сбора нагрузок на фундаменты и оценки несущей способности грунтов основания.
5. Организация системы геодезического мониторинга, а также обследование и актуализация ранее выполненной системы геотехнического мониторинга, с целью оценки температурного режима грунтов основания исследуемых зданий.
Список использованных источников
1. Диагностика состояния устойчивости зданий и сооружений по собственным частотам методом стоячих волн;
2. Определение прочности и модуля упругости бетона в сваях, определение длины свай и их устойчивости (Спектр 4.3);
3. СНиП II-A.13-69 «Инженерные изыскания для строительства. Основные положения.»;
4. ГОСТ 18353-79 «Контроль неразрушающий. Классификация»;
5. СП 305.1325800.2017 «Здания и сооружения. Правила проведения геотехнического мониторинга при строительстве»;
6. ГОСТ 34081-2017 «Здания и сооружения. Определение параметров основного тона собственных колебаний»;
7. ГОСТ 31937-2011 «Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния.»;
8. СНиП II-7-81 «Строительные нормы и правила. Строительство в сейсмических районах.»;
9. ГОСТ 24452-80 «Бетоны. Методы определения призменной прочности, модуля упругости и коэффициента Пуассона»;
10.ПНСТ 804-2022 «Сваи. Сейсмоакустический метод контроля длины и сплошности»;
11.Руководство по контролю качества скрытых работ геофизическими методами при строительстве подземных объектов, включая объекты метрополитена, на территории Москвы» (Комплекс градостроительной политики и строительства города Москвы, 2021);
12. ГОСТ Р 71733-2024 «Строительные работы и типовые технологические процессы. Контроль качества скрытых работ геофизическими методами при строительстве подземных объектов»
13. СП 45.13330.2017 «СНиП 3.02.01-87 Земляные сооружения, основания и фундаменты».