Георадарное зондирование грунтов при исследовании оснований строящихся и существующих зданий
Сообщение, сделанное Александром Кремневым и Алексеем Поляковым (Полоцкий государственный университет) на научно-техническом семинаре "Прогрессивные конструкции фундаментов в грунтовых условиях Беларуси".
Данная тема исследовалась коллективом сотрудников ПГУ (А.П. Кремнев, А.Н. Поляков, С.И. Пивоварова) под руководством заведующего кафедрой геотехники и экологии в строительстве БНТУ кандидата технических наук Михаила Никитенко. Как при новом строительстве, так и при реконструкции объектов инженерно-геологические изыскания являются одним из важнейших этапов проектирования фундаментов, напомнил А. Кремнев. Результаты инженерно-геологических изысканий во многом определяют конструктивное решение фундамента, его стоимость, надежность и долговечность. Именно на этом этапе, как показывает опыт, могут появляться ошибки, в конечном итоге приводящие как минимум к значительному удорожанию фундаментов.
В худшем же случае можно ожидать различных повреждений и дефектов уже построенных зданий и сооружений. Данные по одной только Витебской области показывают, что в 80% случаев повреждения наземных конструкций происходят из-за неравномерной осадки грунтов оснований. Не анализируя подробно причины этого явления, можно сказать, что в первую очередь оно имеет место из-за несовершенства существующих методов исследования грунтов оснований, в настоящее время применяемых всеми изыскательскими организациями. Особенно остро названное несовершенство проявляется при изучении структуры уже застроенных площадок, особенно исторических центров городов. Хотя нормы Беларуси, регламентирующие методику проведения испытаний, объемы, состав инженерно-геологических изысканий, можно считать одними из наиболее полных и жестких постсоветских норм, специфику изысканий на застроенных территориях они учитывают не в полной мере. Это и стесненность условий изысканий, при которой не всегда бывает возможно применить буровую технику, и развитость подземных коммуникаций, и загрязненность территорий (особенно касается промышленных комплексов), и наличие слоя техногенных и антропогенных грунтов значительной мощности (в частности, наличие погребенных старых фундаментов).
В подобных ситуациях велика вероятность обнаружения каверн, подземных ходов, заброшенных коллекторов и шахт. Не следует забывать и о том, что техногенная деятельность приводит к изменению гидрогеологического режима подземных вод. Могут образовываться какие-то подземные потоки, которые вымывают грунт и могут привести к образованию пустот. Основным же фактором снижения достоверности современных методов исследований следует считать их дискретность. Грунт изучается фактически в отдельных точках путем проходки скважин, шурфов, и свойства, полученные вокруг этих скважин, априори переносятся на все грунтовое основание. Данная проблема решается путем применения современных геофизических методов исследования грунтов оснований. На средства, выделенные Минобразования Беларуси, ПГУ приобрел прибор "Георадар" производства шведской компании Mala Geoscience. Следует надеяться, что широкое внедрение данной технологии исследования грунтов снимет значительную долю вышеназванных проблем. Об особенностях же георадарного зондирования расказал А. Поляков, проходивший соответствующее обучение в Москве.
Георадар — это цифровой прибор, предназначенный для решения различного рода задач, в том числе и инженерных. Принцип действия георадара основан на радиолокации, то есть на излучении в исследуемую среду широкополосного сигнала и на получении отражения этого сигнала от различных неоднородностей, коими могут быть контакты слоев грунта с различными характеристиками, а также от локальных объектов, коими могут быть вышеназванные подземные коммуникации, старые фундаменты и прочие включения. При этом наибольшую сложность представляют именно локальные объекты, так как размеры их, как правило, не превышают длину волны излучаемого радиосигнала.
В итоге можно установить, на какой глубине находится верх локального объекта, а также установить характеристики окружающего его грунта. Георадарный профиль складывается из множества трасс. Трасса — это один акт посыла-приемки сигналов. Частота излучения георадара влияет и на глубину, и на разрешающую способность, то есть на количество получаемой от одного сигнала информации. Данные Mala Geoscience показывают, что при уменьшении частоты зондирования наблюдается увеличение диапазона рабочих глубин. В то же время разрешающая способность падает. При увеличении частоты зондирования диапазон рабочих глубин сокращается буквально до сантиметра, зато разрешающая способность приближается к миллиметру. Очень сильно на результаты георадарного зондирования влияют диэлектрическая проницаемость и электропроводность среды.
Чем менее диэлектрическая проницаемость, тем более скорость распространения сигнала. Но при этом уменьшается разрешающая способность. Электропроводность влияет на глубину прохождения сигнала. Чем выше электропроводность, тем сильнее радиосигнал. Применение георадара может рассматриваться как решение ряда задач. Первая задача — построение инженерно-геологических разрезов. Сюда же можно отнести определение свойств различных отложений по скорости распространения в них сигналов. Определение толщины ледяного покрова возможно с достаточной точностью, если известны величины диэлектрической проницаемости воды и льда. Успешно решается задача определения и толщины водного слоя и толщины донных отложений. Отдельная и очень важная задача — определение глубины промерзания грунта. Поисковые же задачи — это не только поиск в земле (в первую очередь коммуникаций), но и определение характера армирования железобетонных конструкций. Конечно, установить диаметр арматуры при данном подходе не представляется возможным, но что и как лежит, то есть как в данной конструкции располагаются рабочая и конструктивная арматура, георадар покажет в любом случае.
Сергей ЗОЛОТОВ
Данная тема исследовалась коллективом сотрудников ПГУ (А.П. Кремнев, А.Н. Поляков, С.И. Пивоварова) под руководством заведующего кафедрой геотехники и экологии в строительстве БНТУ кандидата технических наук Михаила Никитенко. Как при новом строительстве, так и при реконструкции объектов инженерно-геологические изыскания являются одним из важнейших этапов проектирования фундаментов, напомнил А. Кремнев. Результаты инженерно-геологических изысканий во многом определяют конструктивное решение фундамента, его стоимость, надежность и долговечность. Именно на этом этапе, как показывает опыт, могут появляться ошибки, в конечном итоге приводящие как минимум к значительному удорожанию фундаментов.
В худшем же случае можно ожидать различных повреждений и дефектов уже построенных зданий и сооружений. Данные по одной только Витебской области показывают, что в 80% случаев повреждения наземных конструкций происходят из-за неравномерной осадки грунтов оснований. Не анализируя подробно причины этого явления, можно сказать, что в первую очередь оно имеет место из-за несовершенства существующих методов исследования грунтов оснований, в настоящее время применяемых всеми изыскательскими организациями. Особенно остро названное несовершенство проявляется при изучении структуры уже застроенных площадок, особенно исторических центров городов. Хотя нормы Беларуси, регламентирующие методику проведения испытаний, объемы, состав инженерно-геологических изысканий, можно считать одними из наиболее полных и жестких постсоветских норм, специфику изысканий на застроенных территориях они учитывают не в полной мере. Это и стесненность условий изысканий, при которой не всегда бывает возможно применить буровую технику, и развитость подземных коммуникаций, и загрязненность территорий (особенно касается промышленных комплексов), и наличие слоя техногенных и антропогенных грунтов значительной мощности (в частности, наличие погребенных старых фундаментов).
В подобных ситуациях велика вероятность обнаружения каверн, подземных ходов, заброшенных коллекторов и шахт. Не следует забывать и о том, что техногенная деятельность приводит к изменению гидрогеологического режима подземных вод. Могут образовываться какие-то подземные потоки, которые вымывают грунт и могут привести к образованию пустот. Основным же фактором снижения достоверности современных методов исследований следует считать их дискретность. Грунт изучается фактически в отдельных точках путем проходки скважин, шурфов, и свойства, полученные вокруг этих скважин, априори переносятся на все грунтовое основание. Данная проблема решается путем применения современных геофизических методов исследования грунтов оснований. На средства, выделенные Минобразования Беларуси, ПГУ приобрел прибор "Георадар" производства шведской компании Mala Geoscience. Следует надеяться, что широкое внедрение данной технологии исследования грунтов снимет значительную долю вышеназванных проблем. Об особенностях же георадарного зондирования расказал А. Поляков, проходивший соответствующее обучение в Москве.
Георадар — это цифровой прибор, предназначенный для решения различного рода задач, в том числе и инженерных. Принцип действия георадара основан на радиолокации, то есть на излучении в исследуемую среду широкополосного сигнала и на получении отражения этого сигнала от различных неоднородностей, коими могут быть контакты слоев грунта с различными характеристиками, а также от локальных объектов, коими могут быть вышеназванные подземные коммуникации, старые фундаменты и прочие включения. При этом наибольшую сложность представляют именно локальные объекты, так как размеры их, как правило, не превышают длину волны излучаемого радиосигнала.
В итоге можно установить, на какой глубине находится верх локального объекта, а также установить характеристики окружающего его грунта. Георадарный профиль складывается из множества трасс. Трасса — это один акт посыла-приемки сигналов. Частота излучения георадара влияет и на глубину, и на разрешающую способность, то есть на количество получаемой от одного сигнала информации. Данные Mala Geoscience показывают, что при уменьшении частоты зондирования наблюдается увеличение диапазона рабочих глубин. В то же время разрешающая способность падает. При увеличении частоты зондирования диапазон рабочих глубин сокращается буквально до сантиметра, зато разрешающая способность приближается к миллиметру. Очень сильно на результаты георадарного зондирования влияют диэлектрическая проницаемость и электропроводность среды.
Чем менее диэлектрическая проницаемость, тем более скорость распространения сигнала. Но при этом уменьшается разрешающая способность. Электропроводность влияет на глубину прохождения сигнала. Чем выше электропроводность, тем сильнее радиосигнал. Применение георадара может рассматриваться как решение ряда задач. Первая задача — построение инженерно-геологических разрезов. Сюда же можно отнести определение свойств различных отложений по скорости распространения в них сигналов. Определение толщины ледяного покрова возможно с достаточной точностью, если известны величины диэлектрической проницаемости воды и льда. Успешно решается задача определения и толщины водного слоя и толщины донных отложений. Отдельная и очень важная задача — определение глубины промерзания грунта. Поисковые же задачи — это не только поиск в земле (в первую очередь коммуникаций), но и определение характера армирования железобетонных конструкций. Конечно, установить диаметр арматуры при данном подходе не представляется возможным, но что и как лежит, то есть как в данной конструкции располагаются рабочая и конструктивная арматура, георадар покажет в любом случае.
Сергей ЗОЛОТОВ
Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 42 за 2008 год в рубрике материалы и технолгии
