Для оценки контактных условий фундамента с грунтом предложено проводить измерения поверхностной волны на поверхности грунта и фундамента при ударном возбуждении колебаний на некотором расстоянии от фундамента. В работе предложено использование спектрального коэффициента передачи и получен экспериментальный материал, который более детально позволяет изучать условия контакта между грунтом и сооружением. Спектральный коэффициент передачи определялся отношением модуля спектра сигнала на фундаменте к модулю спектру сигнала на грунте:

Для определения глубины заложения ленточного фундамента и определения скорости распространения упругих волн в материале фундамента предложено и опробовано использование наблюдений по способу общей глубинной точки.

Контроль качества создаваемых в грунте конструкций требует применения специальных методов, так как большинство традиционных методов, используемых при диагностике железобетонных конструкций, в данном случае неприменимы. Для проведения инструментального контроля бетонных свай наиболее широко используется метод Sonic Integrity Testing (SIT). В основу метода положено изучение распространения продольных волн в теле сваи, возбуждаемых ударным способом на ее поверхности. Наблюдая отражения от конца сваи и от дефектов в теле сваи, делается заключение о сплошности и однородности сваи. Имеющийся опыт применения и предложенные автором методические и технические усовершенствования метода SIT позволяют осуществить решение следующего ряда задач:

С целью расширения возможностей метода SIT автором показана необходимость и возможность использования зондирующих импульсов различного частотного состава (формы), которая позволяет изменять разрешающую способность метода. Как показывают данные натурных экспериментов, это способствует раздельному наблюдению различных целевых объектов (Рис.1). Все сигналы, наблюдаемые во временном интервале между сигналом прямой волны и отраженным от конца сваи, могут рассматриваться, как сигналы, отраженные от различных дефектов и неоднородностей в свае и, в том числе, контрастных слоев во вмещающих грунтах.

При близком расположении свай, опирающихся на несущий высокоскоростной слой, появляется дополнительная возможность выполнения акустического прозвучивания между сваями. В этом случае возбуждение сигнала производится в оголовке одной сваи, а регистрация на соседней свае. При такой методике наблюдений может быть определена скорость распространения волны в опорном слое и оценены его прочностные или деформационные характеристики. Свойства опорного слоя в свою очередь определяют несущую способность сваи.

Для построения процедур обработки и приемов интерпретации с помощью метода конечных элементов получено решение уравнения движения для модели, описывающей нахождение сваи в кусочно однородной линейно-упругой среде.

В результате были построены следующие методики:

1. сравнительная акустическая спектроскопия свай, позволяющая проводить оперативное сопоставление контролируемых свай с эталонными сваями (испытанными статической или динамической нагрузками);

2. расширенная по своим возможностям версия метода SIT с использованием разночастотного возбуждения продольной волны в оголовке сваи;

3. регистрация волн, проходящих между сваями, находящимися на едином основании (для оценки несущей способности).

2. Пассивные сейсмические измерения.

К пассивным сейсмическим измерениям относятся измерения волновых полей, создаваемых техногенными и природными источниками колебаний. Основными источниками техногенного вибрационного поля является городской транспорт (наземный и подземный), строительная и промышленная техника (забивка свай, насосные станции, турбины и т.п.). Вибрационное поле оказывает влияние на грунтовый массив и конструкции зданий и сооружений. Характер поведения грунта при вибрационных воздействиях зависит от его типа.

Величина динамического напряжения создаваемого вибрациями может быть определена в соответствии с уравнением теории упругости для случая однородного полупространства как: σ = ρνϑ, где ρ -плотность грунта, ϑ - скорость смещения частиц грунта (виброскорость), ν -скорость поверхностных волн, переносящих основную часть энергии динамического воздействия.

Раcсмотренные в работе способы измерения и представления полевого материала пассивных сейсмических измерений способствуют решению следующих задач:

1. контроль качества забивки свай с уточнением грунтовых условий;

2. определение скорости распространения динамического воздействия, коэффициента затухания, коэффициента передачи сейсмического воздействия от грунтового массива к сооружению, оценку действующих в грунтовом массиве значений виброскоростей (виброускорений) и динамических напряжений;

3. составление технологического регламента работы сваебойной техники (количество установок, расположение их на строительной площадке в определенные этапы строительства и т.п.) с учетом измеренных параметров динамических полей и результатов математического моделирования с целью обеспечения допустимого воздействия на грунты и окружающую застройку.

3. Акустическая спектроскопия.

Акустическая спектроскопия - это возбуждение различных мод колебаний и измерение их параметров в стержнях, пластинах, оболочках или других локальных телах. Из теории колебаний известно, что основные параметры колебаний: период, декремент затухания (добротность) и резонансная частота - связаны с геометрическими характеристиками локального тела и свойствами его материала.

Так для определения зон нарушенного контакта плиты с грунтовым основанием может использоваться акустическое профилирование на постоянной базе. При обработке данных профилирования удобно использовать методы атрибутного анализа. Традиционно в качестве атрибута используется величина добротности колебаний системы, определенная в точках спектрального диапазона, близких к значению толщинного резонанса: f_рез. = V_p/2d, где V_p-скорость продольных волн в железобетоне, d-толщина плиты. Вместо добротности в качестве атрибута могут быть использованы и более простые атрибуты, в частности, максимум спектральной амплитуды в полосе толщинного резонанса.

Рассмотренные в работе методики наблюдений и формы представления материала способствуют решению следующих инженерных задач:

1. контроль качества устройства плитных фундаментов и укрепления грунтового основания;

2. изучение состояния конструкций подземных сооружений (тоннелей, коллекторов, резервуаров и т.п.);

3. определение геометрических параметров конструкций простой геометрической формы (диаметры свай).

4. Георадиолокационные измерения на грунтах и строительных конструкциях.

Наиболее типичная задача для георадиолокации в условиях городской застройки - определение мощности насыпных грунтов и наличия в них включений строительного мусора и строительных конструкций. В отдельных случаях возможно использование георадарного метода для наблюдения за изменениями напряженно-деформированного состояния грунтового массива.

Для дорожных и железнодорожных насыпей, дамб и плотин и других насыпных сооружений, выполненных из однородного или слоисто-однородного материала, в настоящее время уже в значительной мере разработаны интерпретационные модели, позволяющие определять проблемные участки в данных геотехнических сооружениях (размывы, балластные корыта, водяные мешки и т.п.)

Сходные условия возникают при исследовании состояния строительных конструкций (железобетонных, бутовых, кирпичных, деревянных и т.п.). В результате георадарный метод достаточно успешно может применяться для обследования стен, фундаментов, перекрытий и т.п.

Имеющийся опыт применения георадарного метода при обследовании железобетонных и бетонных тоннелей (деривационных и тоннелей метрополитена) свидетельствует о высокой эффективности метода при решении следующих задач:

Применение рассмотренных в работе методик высокочастотной радиолокации, предложенных автором дополнительных приемов обработки и интерпретационных моделей позволяет решать задачи изучения разнообразных строительных конструкций и получать материал в наглядной и понятной специалистам других профессий форме представления.