СПОСОБ ВОЗВЕДЕНИЯ СБОРНОЙ ИЛИ СБОРНО-МОНОЛИТНОЙ БЕТОННОЙ МНОГОСЛОЙНОЙ ГИДРОИЗОЛИРОВАННОЙ СТРОИТЕЛЬНОЙ КОНСТРУКЦИИ В ГРУНТЕ И СПОСОБ МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ ЕЕ КОНТАКТА С ГРУНТОМ
METHOD OF ASSEMBLED OR SEMI-ASSEMBLED MULTILAYER WATER-PROOF STRUCTURE CONSTRUCTION ON GROUND AND METHOD OF MONITORING STRUCTURE CONTACT TO GROUND

Группа изобретений относится к области строительства, в частности - к способам возведения в грунте бетонных заглубленных или частично заглубленных в них гидроизолированных конструкций, таких как подземные переходы, транспортные тоннели, а также к способам диагностики и наблюдения за их состоянием как в процессе возведения, так и на протяжении эксплуатации.
Известен способ возведения строительных сооружений, заглубленных в грунт, при котором бетонную смесь подают за опалубку и там дополнительно перемешивают, чем обеспечивается необходимая ее плотность и отсутствие незаполненных бетонной смесью пустот (SU №620616, 1978 г.).
Наиболее близким из известных является способ возведения в грунте сборной или сборно-монолитной бетонный многослойной гидроизолированной строительной конструкции, включающий гидроизоляционные работы, установку съемной переставной или несъемной опалубки в проектное положение, подачу за опалубку бетонной смеси и определение качества контакта строительной конструкции с грунтом (RU №2181418, 2002 г.).
Известна система мониторинга состояния строительной конструкции, датчики которой связаны с системой обработки сигнала компьютером (RU №2049231, 1995 г.).
Для диагностики, как правило, используются принятые за прототип ультразвуковая и радиолокационная системы контроля дефектов, которые не позволяют достоверно определять качество контакта на границе «обделка-грунт» из-за сильных искажений параметров акустических и электромагнитных сигналов, проходящих через многослойные конструкции, состоящие из неоднородных материалов, особенно таких как бетон и железобетон (Ермолов И.Н., Ланге Ю.В. Ультразвуковой контроль. - М.: «Машиностроение», 2004).
Общими недостатками описанных выше способов является неполнота производимого анализа строительной конструкции из-за невозможности дифференцированного подхода к определению места расположения дефекта, его границ по объему системы «строительное сооружение-грунт», что не позволяет достоверно судить о качестве состояния ее контакта с грунтом. Так в процессе определения состояния контакта подземной строительной конструкции с грунтом сейсмоакустическим методом изнутри ее практически невозможно однозначно определить, на какой глубине от ее внутренней поверхности находится обнаруженная этим методом пустота: находится ли она в теле или за ним - на границе контакта с грунтом. Особенно актуально это для многослойных железобетонных конструкций, какими являются лотковые части объекта обследования (при послойном укладывании бетона).
Как следствие этого, возможно образование не заполненных грунтом или бетоном пустот, что приводит к изменению действующих нагрузок (изменению их расчетной схемы), к нарушению гидроизоляции и к протечкам, а также к нарушению расчетной динамики эксплуатации системы «строительное сооружение-грунт», что отрицательно сказывается на надежности и долговечности строительной конструкции.
Технической задачей изобретений является обеспечение условий работы строительных конструкций в соответствии с их расчетной схемой, т.е. исключение описанных выше недостатков путем обеспечения надежности и долговечности располагаемых в грунте строительных сооружений за счет повышения достоверности определения качества их контакта с грунтом. Это обеспечивается полнотой анализа контакта строительной конструкции с грунтом, исключая влияние возможных дефектов самой строительной конструкции на конечный результат за счет дифференцированного подхода к определению места расположения дефекта, его границ по объему системы «строительное сооружение - грунт».
Достигается это тем, что:
- в способе возведения в грунте сборной или сборно-монолитной бетонной многослойной гидроизолированной строительной конструкции, включающем гидроизоляционные работы, установку съемной переставной или несъемной опалубки в проектное положение, подачу за опалубку бетонной смеси, операции сейсмоакустического метода определения качества контакта строительной конструкции с грунтом: возбуждение после набора бетоном распалубочной прочности механических колебаний строительной конструкции, измерение их параметров в контролируемой точке поверхности и выявление зон с градиентом измеряемых параметров, причем для обеспечения достоверности качества контакта строительной конструкции с грунтом дополнительно в выявленных зонах дефектов или предварительно осуществляют ультразвуковой контроль наличия и глубины расположения непосредственно в бетонной конструкции ее дефектов, например пустот и/или расслоений, при отсутствии которых определенное сейсмоакустическим методом качество контакта строительной конструкции с грунтом считают достоверным, а при наличии - устраняют обнаруженные дефекты подачей в зону их обнаружения твердеющей или закрепляющей смеси и повторно производят указанные возбуждение механических колебаний строительной конструкции и измерение их параметров в этой же или другой контролируемой точке поверхности, предпочтительно в зоне обнаруженного дефекта;
- в способе мониторинга состояния контакта возводимых или эксплуатируемых бетонных многослойных гидроизолированных строительных конструкций в грунте, включающем условное разбиение ее поверхности на участки, в пределах которых она имеет равные параметры по толщине бетона и толщине гидроизоляции с последующим проведением на них операции сейсмоакустического метода определения качества контакта строительной конструкции с грунтом: возбуждение механических колебаний строительной конструкции, измерение их параметров в контролируемой точке поверхности и выявление зон с градиентом измеряемых параметров в пределах выбранного участка, причем для обеспечения достоверности качества контакта строительной конструкции с грунтом дополнительно или предварительно осуществляют, например, ультразвуковое обследование в контролируемой точке поверхности наличия и глубины расположения непосредственно в бетонной конструкции ее дефектов, например пустот и/или расслоений, при отсутствии которых определенное сейсмоакустическим методом качество контакта строительной конструкции с грунтом считают достоверным, а при наличии - повторно производят указанные определение качества контакта строительной конструкции с грунтом сейсмоакустическим методом и оценку достоверности результата определения качества контакта ультразвуковым методом путем контроля наличия и глубины расположения непосредственно в бетонной конструкции ее дефектов в другой контролируемой точке поверхности, предпочтительно в зоне обнаруженного дефекта, причем возбуждение колебаний и измерения производят неразрушающим методом с одной стороны строительной конструкции.
На фиг.1 - состояние контакта "обделка-грунт" перегонного тоннеля 2-го пути по результатам сейсмоакустического обследования на ПК187+21-ПК188+10.7 между станциями метро "Теплый стан" и "Ясенево". Прямоугольное очертание. (ПК - пикет, разметка по длине тоннеля, 1 пикет равен 100 м).
На фиг.2 - расположение «лент» ультразвукового сканирования зон пустоты, обнаруженных сейсмоакустическим методом, на ПК187+21 - ПК188+10.7 между станциями метро "Теплый Стан" и "Ясенево". Прямоугольное очертание.
Способ возведения сборной или сборно-монолитной бетонной многослойной гидроизолированной строительной конструкции в грунте включает гидроизоляционные работы, обеспечивающие предотвращение проникновения грунтовых или почвенных вод в сооружение. Как правило, гидроизоляция выполняется многослойной с внешней стороны строительной конструкции. Возведение строительной конструкции выполняется путем установки съемной переставной или несъемной опалубки в проектное положение и подачи за опалубку бетонной смеси с последующей распалубкой. Операции сейсмоакустического метода определения качества контакта строительной конструкции с грунтом производят путем возбуждения после набора бетоном распалубочной прочности механических колебаний строительной конструкции, в процессе которого измеряют их параметры в контролируемой точке поверхности. Дополнительно или предварительно осуществляют контроль, например ультразвуковой, наличия и глубины расположения непосредственно в бетонной строительной конструкции дефектов строительной конструкции, например пустот и/или расслоений. При отсутствии дефектов определенное сейсмоакустическим методом качество контакта строительной конструкции с грунтом считают достоверным, а при наличии - устраняют обнаруженные дефекты подачей в зону их обнаружения твердеющей или закрепляющей смеси и повторно производят указанные возбуждение механических колебаний строительной конструкции и измерение их параметров в этой же или другой контролируемой точке поверхности, которую выбирают, предпочтительно, в зоне охвата предыдущего измерения.
Реализацию описанного выше способа обеспечивает способ мониторинга состояния контакта возводимых или эксплуатируемых бетонных многослойных гидроизолированных строительных конструкций в грунте, который включает операции сейсмоакустического метода определения качества контакта строительной конструкции с грунтом: возбуждение механических колебаний строительной конструкции и измерение их параметров - амплитудно-фазо-частотных характеристик в контролируемой точке поверхности. Дополнительно (т.е. после сейсмоакустического обследования) или предварительно (т.е. перед ним) осуществляют ультразвуковое обследование в контролируемой точке поверхности на наличие и глубину расположения непосредственно в бетонной конструкции ее дефектов, к которым, как правило, относятся пустоты и/или расслоения. Далее, при отсутствии дефектов, качество контакта строительной конструкции с грунтом, определенное сейсмоакустическим методом, считают достоверным, а при наличии - повторно производят указанные определение качества контакта строительной конструкции с грунтом сейсмоакустическим методом и оценку достоверности результата определения качества контакта, например, ультразвуковым методом путем контроля наличия и глубины расположения непосредственно в бетонной конструкции ее дефектов в другой контролируемой точке поверхности, причем все воздействия и измерения производят неразрушающим методом с одной стороны строительной конструкции, обрабатывая полученные данные о состоянии зоны контакта с нанесением их на развертку обследуемого участка строительной конструкции, что позволяет наглядно - с построением карт или на мониторе, получить сканированное изображение распределения дефектных зон по площади строительной конструкции.
Такой способ мониторинга позволяет исключить влияние дефектов непосредственно строительной конструкции, в том числе и дефектов ее гидроизоляции, на достоверность и границы определяемых дефектов контакта ее с грунтом, наличие которых может привести к разрушению строительной конструкции из-за изменения расчетных условий ее работы.
Таким образом, метод контроля качества контакта подземных сооружений с грунтом включает выполнение следующих операций:
- определение сейсмоакустическим методом качества контакта многослойной конструкции подземного сооружения, например лотковой части перегонного тоннеля метрополитена с грунтом;
- построение карт качества контакта на развертке обследуемого объекта по результатам сейсмоакустического контроля;
- анализ результатов сейсмоакустического обследования качества контакта и выбор зон контроля ультразвуковым методом;
- ультразвуковое обследование (сканирование) выбранных зон дефектоскопом, например А 1220 «МОНОЛИТ»;
- обработка результатов ультразвукового сканирования и их анализ;
- корректировка карт качества контакта «обделка-грунт» на развертке обследуемого объекта по результатам ультразвукового контроля с уточнением глубины расположения зон пустоты, обнаруженных в процессе проведения обследований сейсмоакустическим методом.
В связи с этим для обследования заглубленных строительных сооружений было принято решение скомплексировать сейсмоакустический метод и ультразвуковой метод, реализованный, например, в дефектоскопе А 1220 «МОНОЛИТ».
Сейсмоакустический метод оценки состояния контакта обделки с заобделочным грунтом основан на анализе параметров затухающих сейсмоакустических колебаний поверхности обделки, вызванных механическим импульсным воздействием. Для принятия решения о состоянии контакта использованы следующие параметры колебаний обделки:
- время затухания колебаний;
- начальная амплитуда колебаний;
- коэффициент затухания колебаний.
В ходе экспериментальных исследований, проведенных на стенде НИЦ "ТМ" и на физических моделях, имитирующих различное состояние контакта строительной конструкции с грунтом, установлено, что хороший контакт характеризуется невысокой начальной амплитудой колебаний поверхности обделки, быстрым их затуханием и, следовательно, высоким коэффициентом затухания за счет наличия присоединенной массы грунта. В случае плохого контакта колебания обделки имеют высокую начальную амплитуду и относительно долго затухают.
Экспериментальные исследования на стенде НИЦ "ТМ" позволили также установить, что достоверность обнаружения пустот сейсмоакустическим методом составляет 55-60%, что не удовлетворяет исходным условиям применения метода также и в связи со значительной протяженностью заглубленной строительной конструкции.
Оценку состояния контакта строительного сооружения с грунтом проводят в два этапа:
- запись и систематизация исходных данных на объекте обследования;
- автоматизированная обработка данных.
Для записи и систематизации колебаний поверхности конструкции использовали комплект оборудования и программного обеспечения, который включает в себя систему регистрации сигналов на базе портативной двухканальной сейсмостанции. В систему регистрации сигналов также входит подключаемый к сейсмостанции посредством коаксиального кабеля чувствительный элемент - электродинамический сейсмоприемник, например, типа "GS-20DX", воспринимающий колебания поверхности конструкции и преобразующий их в электрический сигнал. В качестве источника возбуждения местных колебаний поверхности строительной конструкции использовали молоток одиночного удара, созданный на базе склерометра ОМШ-1, с постоянной энергией удара 1,93 Дж или мерный молот, созданный на базе ручного зонда для зондирования грунтов РЗГ-2, с постоянной энергией удара 20,8 Дж. Постоянство энергии удара необходимо для корректного сравнительного анализа записей сигналов в различных точках строительной конструкции. Все удары, возбуждающие колебания обследуемых конструкций обделки, наносили в нормальном к поверхности конструкции направлении. В ходе проведения обследования ее поверхность разбивали на участки таким образом, чтобы в пределах каждого участка параметры обделки, такие как ее толщина, материал и т.п., оставались неизменными. На каждом участке размечали регулярную сетку, образованную параллельными сечениями, состоящими из нескольких точек. Затем в каждой точке регулярной сетки выполняли несколько записей затухающих колебаний поверхности обделки. Для этого в отмеченную точку на поверхности конструкции устанавливали чувствительный элемент, включали режим записи и в непосредственной близости от чувствительного элемента по поверхности наносили удар.
Пример
По результатам выполненных сейсмоакустическим методом обследований объекта (например, перегонный тоннель прямоугольного очертания на ПК187+21 - ПК188+10.7 между станциями метро "Теплый Стан" и "Ясенево") на его развертке строят карты изменения состояния контакта обделки тоннеля с заобделочным грунтовым массивом в виде нанесенных на развертки изолиний состояния контакта. Такая карта выбранного для примера объекта представлена на фиг.2, где приведена шкала (легенда), отображающая состояние контакта «К» обследованных участков обделки от уровня "отсутствие контакта" до уровня "плотный контакт". Зоне отсутствия контакта (пустоте) согласно шкале соответствует интервал значений контакта 0≤К<3, зоне ослабленного контакта  соответствует интервал значений состояния контакта 3≤К<6 и зоне плотного контакта соответствует интервал значений состояния контакта 6≤К≤9. Проставленные на изолиниях карт числа соответствуют уровням состояния контакта (номерам) шкалы. Для лучшей наглядности карты каждая из трех зон состояния контакта - зона отсутствия контакта, зона ослабленного контакта и зона плотного контакта закрашены соответствующим цветом.
Методика уточнения глубины расположения обнаруженных сейсмоакустическим методом зон пустоты в многослойных частях сооружения заключается в следующем. На построенных картах изолиний состояния контакта обделки объекта (см. фиг.1) выбирали участки с обнаруженными сейсмоакустическим методом пустотами и участки перехода состояния контакта в пустоту (через границу зоны пустоты) и проводили обследование («ленточное» сканирование) выбранных зон с помощью дефектоскопа А 1220 «МОНОЛИТ». В дальнейшем, на компьютере, анализировали результаты записи сигналов таких «лент» с помощью программы «Интровизор 2.4», разработанной изготовителем дефектоскопа А 1220 «МОНОЛИТ». Расположение «лент» ультразвукового сканирования на построенной карте качества контакта «обделка-грунт» приведено на фиг.2. На этом же рисунке приведены результаты коррекции первоначальной карты качества контакта по результатам ультразвукового обследования (см. пустоту, отсканированную по ленте №12).