CC BY
124
УДК 614.8
В.Е. Картавых, Д.В. Черняков, А.М. Шахраманьян, А.С. Маклаков
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДОВ ИНЖЕНЕРНОЙ ГЕОФИЗИКИ ПРИ ОЦЕНКЕ ИНЖЕНЕРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
В данной статье рассматриваются вопросы использования геофизических работ при обследовании технического состояния зданий и сооружений
В.Е. Картавых
Д.В. Черняков
А.М. Шахраманьян
А.С. Маклаков
В последнее время участились случаи обрушения зданий и сооружений, связанные с деформациями грунтового массива.
Деформации грунтового массива неизбежно приводят к деформациям конструктивных систем зданий (сооружений).
Для оценки состояния грунтового массива применяются следующие методы:
• Динамическое зондирование грунтов с помощью ручной установки «РЗГ-2 » (рис.1 а);
• Георадиолокационное сканирование грунтового массива с помощью прибора Георадар «ОКО-1М» (рис. 1 б);
• Лабораторные испытания грунтов основания фундаментов для определения основных физико-механических свойств грунтов;
• Бурение скважин с помощью буровой установки «УЗБ-5М-3» для отбора проб грунтов и построения геологического разреза исследуемой геологической площадки;
• Сейсморазведочные работы методами преломленных и отраженных волн (МПВ и МОВ) с помощью цифровой многоканальной инженерной сейсморазведочной станции «Лакколит-24М» (рис.1 в).
Значительная часть грунтов территории нашей страны сложена слабыми водонасыщенными глинистыми грунтами. По структуре, литологическому составу и текстурным признакам к таким грунтам относятся: глины, суглинки, морские и пресноводные илы, водонасыщенные лессовые грунты. К слабым грунтам можно отнести и за-торфованные, которые, наряду со специфическими особенностями, имеют показатели прочностных и деформационных свойств, близкие к показателям слабых глинистых грунтов. Здания и сооружения на таких грунтах претерпевают большую осадку, в отдельных случаях до
0,5 — 2,0 м, что приводит здания и сооружения к непригодным для эксплуатации за короткий период времени.
Существует множество способов исследования геологической площадки. Самым достоверным и точным из них является бурение скважин. Однако бурение дает точечные значения по параметрам грунтов. Для получения достоверной информации необходимо увеличивать количество точек бурения , что приводит к большим временным и финансовым затратам.
Наравне с методом бурения скважин при исследовании геологической площадки, можно использовать методы инженерной геофизики. Преимущество данного способа в том, что сейсморазведка дает возможность вести площадные работы и определять глубинное строение площадки, в то время как бурение скважин дает точную информацию о геологическом строении в одной конкретной точке.
Сейсмический метод основан на изучении полей упругих волн, распространяющихся в горных породах в результате искусственного внешнего воздействия— взрыва, удара или иного начального импульса.
Инженерная сейсмика — молодое развивающееся направление разведочной геофизики. Успех и признание комплекса сейсмических методов исследований обусловлены тем, что они оказались весьма эффективными при решении многих задач, имеющих важное значение
ТЕХНОЛОГИИ ГРАЖДАНСКОЙ безопасности
Научно-технические разработки
59
Научно-технические разработки
60
а) б) в)
Рис. 1. а) - Установка для динамического зондирования грунтов «РЗГ-2»; б) - Прибор для георадиолокационного сканирования грунтов Георадар «ОКО-1М»; в) - Сейсморазведочная станция «ЛАККОЛИТ-24М»
как при инженерно- геологическом картировании, так и при проведении изысканий под различные виды строительства.
Эффективность методов инженерной сейсмики позволила этому виду исследований стать необходимой составной частью комплекса инженерно-геологических изысканий. В настоящее время ни один крупный проект гидротехнического, промышленного и гражданского строительства не обходится без серьезного комплекса сейсмических исследований.
Безусловным достоинством сейсмического метода является возможность быстро и сравнительно недорого изучить значительную площадь.
Задачи, связанные с определением свойств и состояния грунтов, занимают большую часть объема исследований.
Важным достоинством сейсмических методов является возможность определения инженерно-геологических показателей грунтов без отбора образцов, т.е без нарушения сплошности массива и естественной структуры грунта. Это преимущество особенно сказывается при изучении свойств рыхлых грунтов, отбор ненарушенных образцов которых сложен, а подчас невозможен.
Благодаря простоте и массовости исследований сейсмические методы позволяют обоснованно распространять результаты единичных определений тех или иных инженерно-геологических показателей по площади и в глубину. Наконец, сейсмические методы позволяют изучать интересующие нас свойства грунтов в любых объемах. Ни один из прямых методов не обладает такой возможностью. Это особенно важно в свете современных представлений о горных породах, согласно которым свойства породы в малом образце могут быть весьма далеки от свойств той же породы
в большом массиве в условиях естественного залегания.
В инженерной сейсморазведке геологическое строение площадки, упругие, физико-механические и динамические характеристики грунтов определяются корреляционным методом преломлённых волн (КМПВ).
Сейсмические наблюдения выполняются по профилю, расположенному вдоль стены здания на удалении примерно до 10 м.
Сейсмические исследования выполняются по 3-х точечной системе наблюдений встречных и нагоняющих годографов продольных и поперечных сейсмических волн, в результате которых получается сейсмограмма (рис. 2). Для обработки полученных материалов сейсморазведки используется, разработанная В.Е. Картавых программа «MG Seis-123».
Рис. 2. Сейсмограмма, отображающая упругие волны, распространяющихся в толще земной поверхности
ТЕХНОЛОГИИ ГРАЖДАНСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
Рис. 3. Годографы и скоростные разрезы КМПВ
В результате обработки строятся скоростные и глубинные разрезы, на основании которых составляется сейсмогеологический разрез, отражающий строение основания фундамента обследуемой строительной площадки (рис. 3 и 4).
Ї///А ертлинос ГЯЖ6ЛЫЙ. П0Л1Л верлый 1=1 бетонный блок
Рис. 4. Сейсмогеологическийразрез исследуемой площадки
В результате полученных данных динамического зондирования, георадиолокационного сканирования и сейсморазведочных работ можно дать достоверную оценку геологического строения обследуемой площадки, основная роль при этом принадлежит результатам сейсмического метода.
В настоящее время сейсмический метод широко применяется при изысканиях под гидротехническое, промышленное, сейсмическое районирование, дорожное и гражданское строительство, а также используется для оценки технического состояния зданий и сооружений при детальном обследовании.
Литература
1. Никитин В.Н. Основы инженерной сейсмики. М.,1981.
2 Швецов Г.И. Инженерная геология, механика грунтов, основания и фундаменты. М.,1997.
