КАД

(контроль сплошности буронабивных и грунтоцементных свай, погружения шпунта и уплотнения грунта методами акустического прозвучивания и сейсмоакустического зондирования)

Доктор технических наук Архипов Алексей Германович

ООО “Геодиагностика”, Санкт-Петербург

ПЕРВАЯ ОЧЕРЕДЬ СТРОИТЕЛЬСТВА КОЛЬЦЕВОЙ АВТОМОБИЛЬНОЙ ДОРОГИ ВОКРУГ САНКТ-ПЕТЕРБУРГА (2004-2006 гг.)

Объект исследований: грунтоцементные сваи

Предистория. В начале 2004г. к автору в кабинет во Всероссийском НИИ методики и техники разведки (ВИТР) на ул.Весельной д.6 зашел главный геолог ООО "Космос СПб" Дубовой Владимир Алексеевич с вопросом о возможности контроля сплошности, прочности и диаметра грунтоцементных свай, изготавливваемых струйной цементацией грунтов "jet grouting" на строящейся Кольцевой автодороге вокруг Санкт-Петербурга. В.А.Дубовой приехал в ВИТР за породоразрушающим инструментом и кто-то в коммерческом отделе подсказал, что А.Г.Архипов занимается акустическими исследованиями. Как понял автор, у ООО "Космос СПб" возникла проблема сдачи Заказчику работ по струйной цементации грунтов из-за невозможности определения сплошности и прочности грунтоцемента в сваях по выбуренному керну. При выбуривании керн, естественно, повреждался в колонковой трубе и его последующие испытания на сжатие показывали прочность грунтоцемента существенно меньше проектного значения. В результате процесс приемки и оплата выполненных ООО "Космос СПб" работ по укреплению основания дороги остановились из-за отказа инженеров технадзора подписывать акты приемки. Стало очевидно, что для контроля грунтоцементных свай в месте изготовления надо использовать неразрушающий метод контроля.

После обсуждения вопроса контроля грунтоцементных свай в отделе и доклада начальству автор решил согласиться. Проблема была совершенно новая с существенными рисками неудачи из-за отсутствия сведений о свойствах грунтоцемента и необходимости эксплуатации обычного персонального компьютера в составе аппаратуры в полевых условиях. Начинать новое дело с нуля было страшновато. Но и предпосылки успешного решения поставленной задачи были достаточно высоки за счет наличия аппаратуры с мощным электроискровым источником и чувствительным упругих приемником волн, а также многолетнего опыта измерения параметров акустических колебаний в различных средах. Да и сидеть в институте, который целеноправленно "убивало" государство, как потом стало понятно, для реализации здания, было скучновато.

Для работы по направлению контроля сплошности грунтоцементных свай руководство института сформировало группу исполнителей в составе Архипова А.Г, Чернышева И.Д., Ивашева В.К., которая занялась испытаниями грунтоцементных свай и одновременным решением комплекса научно-методических вопросов по методике контроля качества струйной цементации сейсмоакустическим методом [1]. Правда, первым делом, пришлось научиться обеспечивать работу персонального компьютера с трубочным монитором в полуоткрытом кузове автомашины "Газель".

После коротких экспериментальных исследований на участке КАД в районе Обухово (Лот 1, ПК576+55 – ПК578+18) была разработана методика сейсмоакустического контроля сплошности грунтоцементных свай. Идея методики заключалась в измерении скорости упругой волны в грунтоцементе методом акустического каротажа в скважине, пробуренной по оси сваи, и контроле прочности грунтоцемента по градуировочной зависимости "скорость упругой волны - прочность грунтоцемента на сжатие".

После согласования методики весной 2004г. начались работы по контролю сплошности грунтоцементных свай. Первые работы проходили под пристальным вниманием инженеров технадзора, но откопка контрольных свай показала хорошую сходимость параметров сваи (сплошность, длина, диаметр, прочность), определенных неразрушающим сейсмоакустическим методом, и прямыми измерениям размеров сваи и прочности на сжатие по отобранным монолитам грунтоцемента. После этого обстановка на площадке стала рабочей. Всего в период 2004-2006 г.г. было исследовано 126 грунтоцементных свай (1,5% от общего числа изготовленных свай).

Участки работ:

- Лот №1 Обухово (рис.1) пикеты ПК570 – ПК579 (2004-2005 г.г.)

- Лот 6, пикеты ПК835 - ПК860 (2004-2005 г.г.), развязка Пискаревского проспекта с КАД ПК3+80 - ПК 10+48 (2005-2006г.г.), Восточная рамповая часть тоннеля в створе Токсовской ул., пос. Мурино, 2006г. (рис.2).

Цель работ: Контроль сплошности, размеров (длины и диаметра) и прочности грунтоцемента в грунтоцементных сваях, устроенных в основании дороги

Метод исследований: акустический каротаж в скважине, пробуренной по оси грунтоцементной сваи, и прозвучивание

Исследования проведены в наблюдательной скважине, пробуренной по оси грунтоцементной сваи на проектную глубину сваи.

Аппаратура: Аппаратурный комплекс импульсного акустического просвечивания и зондирования АПЗ-1 (АПИ-3К). Аппаратурный комплекс на участке работ размещался в автомашине “Газель”

Заказчики: ООО “Космос СПб”

а б в

г д е

Рис.1. Контроль грунтоцементных свай на ПК570-579 Лот 1, Кольцевой автодороги вокруг Санкт-Петербурге (в районе Обухово)

а - грунтоцементные сваи, откопанные для контроля, б - выездная комиссия в раздумье у откопанных свай (первый слева новый директор ООО "Космос СПб" Попов А.В., третий слева Директор ГУ "Дирекция по строительству транспортного обхода Санкт-Петербурга" Мурашев Б.М.), в - грунтоцементные сваи, г - Архипов А.Г. в кузове с аппаратурным комплексом АПЗ-1, д - устье наблюдательной скважины в грунтоцементной свае, е - Ивашев В.К, Архипов А.Г. и главный геолог ООО "Космос СПб" Дубовой В.А.

а б в

Рис 2. Участки контроля грунтоцементных свай на Лот 6 Кольцевой автодороги

а - Буровые установки струйной цементации ООО "Космос СПб" на ПК858-860, 15.09.2005, б - Пискаревская развязка 13.02.2006, в - Восточная рампа тоннеля в створе Токсовской ул. 06.03.2006

Исследование прочностных и упругих свойств грунтоцемента (2004-2006 г.г.)

Инициативная работа по исследованию зависимости скорости распространения упругой волны и прочности на одноосное сжатие, выполнявшаяся Архиповым А.Г., Чернышевым И.Д., Ивашевым В.К. для получения градуировочной зависимости "скорость-прочность". Образцы грунтоцемента отбирались из керна контрольных скважин и обнажений свай. Скорость упругой волны в образцах грунтоцемента измерялась ультразвуковым прибором УК-10 ПМС. Затем, на тех же образцах грунтоцемента, на лабораторных прессах измерялась прочность на сжатие. В результате была получена первая градуировочная зависимость “скорость упругой - прочность на сжатие”, которая позволяла контролировать прочность грунтоцемента в массиве без отбора керна.

Объект исследований: Укрепленный грунтовый массив тоннеля в створе Токсовской улицы на участке под железнодорожными путями перед проходкой (2005)г.

Нестандартная задача по контролю состояния укрепленного струйной цементации массива перед проходкой тоннеля. Опасный фактор – осадка железнодорожных путей направления Санкт-Петербург – Сосново в процессе выемки грунта при проходке тоннеля.

Цель работ: Контроль состояние укрепленного массива грунтов под железнодорожными путями

Метод исследований: межскважинное акустическое прозвучивание (МАП)

Аппаратурный комплекс на участке работ размещался на дне стартового котлована

Аппаратура: Аппаратурный комплекс импульсного акустического просвечивания и зондирования АПЗ-1. В состав аппаратурного комплекса уже входит персональный компьютер Note Book, который купили на заработанные деньги.

Заказчики: ООО “Космос СПб”

а б в

Рис.3. Контроль состояния укрепленного струйной цементацие массива грунтов под железнодорожными путями тоннеля в створе Токсовской улицы методом межскважинного прозвучивания.

а - аппаратурный комплекс АПЗ-1 на дне котлована тоннеля, б - скважина с электроскровым излучателем упругих волн, г - забой тоннеля с обнажением горизонтальной грунтоцементной сваи на 31.07.2006

Объект исследований: подстилающие слои песка и щебня лотка рамповой части тоннеля в створе Токсовской улицы и улицы Центральная в р-не Мурино (2005г.).

Задача контроля степени уплотнения грунтов под уложенным бетоном лотка возникла после обнаружения бдительным сотрудником технадзора несоответствия значения влажности уложенного песка нормативному значению в протоколе контроля уплотнения подстилающих слоев. А бетон на рампе тоннеля уже был уложен. Испуганный Заказчик слезно просил помочь, так работы не принимали. Идея контроля уплотнения грунтов под уже уложенным бетоном лотка тоннея заключалась в сравнении сейсмоакустических характеристик (скорость распространения, амплитуда и частота импульса упругих волн) грунтов под лотком с характеристиками уплотненных и неуплотненных грунтов. Сейсмоакустические характеристики в уплотненных и неуплотненных грунтах (песке и щебне) были установлены в ходе специальных исследований (градуировки) на участках КАД (ЩПС №6, ПК836, ПК851+70) с измеренной степенью уплотнения уложенных слоев и складе щебня бетонного завода. Контроль уплотнения щебня осуществлялся согласно СНиП 3.0603-85 “Автомобильные дороги”; песка - методами режущего кольца по ГОСТ 5180-84 “Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик” и экспресс методом с помощью динамического плотномера Д-51А№56. В результате исследований была получена градуировочная кривая “скорость упругой волны – степень уплотнения грунта”, которая была использована для контроля уплотнения подстилающих слоев рампы тоннеля по данным прозвучивания между скважинами, пробуренными с лотка рампы тоннеля. Глубина скважин пробуренных в лотке тоненля составила 1,5 м, шаг прозвучивания по глубине 0,1-0,3 м. В целом получилась добротная научно-исследовательская работа, которая, вполне вероятно, была первой работой по контролю уплотнения грунтов в дорожном строительстве методом прозвучивания.

Участок работ: Рамповая часть тоннеля в створе Токсовской улицы, ПК13+55,14-ПК14+02,435

Цель работ: Контроль уплотнения подстилающих слоев песка и щебня под бетоном лотка тоннеля.

Метод исследований: межскважинное акустическое прозвучивание (МАП)

Аппаратура: Аппаратурный комплекс импульсного акустического просвечивания и зондирования АПЗ-1 (АПИ-3К)

Рис.4. Контроль степени уплотнения грунтов под уложенным бетоном лотка рампы тоннеля в створе Токсовской улицы методом межскважинного прозвучивания.

а - общий вид котлована рампы тоннеля, б - аппаратурный комплекс АПЗ-1 на лотке рампы тоннеля, в - грудуировка аппаратуры на участке уплотненного песка

Объект исследований: буронабивные сваи (2004г.)

Участки работ:

- опора 5.1.2 путепровода №5 главного хода КАД лот 5 Ржевка – Шафировский проспект,

- опора 13-7, 25-4 путепровода транспортной развязки на пересечении КАД с Рябовским шоссе на ПК774+62

Цель работ: Контроль сплошности и длины буронабивных свай

Метод исследований: сейсмоакустическое зондирование

Аппаратура: Аппаратурный комплекс импульсного акустического просвечивания и зондирования АПЗ-1 (АПИ-3К)

Заказчики: ЗАО «Балтийская строительная компания-2», Филиал ОАО «Мостострой №6» Мостоотряд №75.

На участке ЗАО «Балтийская строительная компания-2» автор попал в неприятную историю. Машину прораба, где находились автор и аппаратура, окружило несколько десятков разъяренных рабочих, требовавших выплаты зарплаты. К сожалению достаточно типичная картина для строительства. В гуще толпы, обратившись к собравшимся словом "товарищи", автор сделал заявление о принадлежности к российской науке и о своей непричастности к их деньгам. Странно, но обращение "товарищи" подействовало и машину пропустили.

а б в

Рис. Сейсмоакустическое зондирование буронабивных свай на опорах путепровода транспортной развязки на пересечении КАД с Рябовским шоссе

а - общий вид на опоре 25-4, б - аппаратурный комплекс в балке, в - голова сваи с излучателем и приемником упругих волн

Объект исследований: шпунт котлована тоннеля в створе Токсовской улицы (2004г.)

Предистория. При откопке нижней части котлована тоннеля в створе Токсовской улицы произошел выплыв грунта с локальным оседанием земной поверхности. Причина аварии - недопогружение одной шпунтины грунта до проектной отметки. Для ограждения использовался составной шпунт и, по-видимому, в ночную смену работники субподрядчика забыли нарастить одну секцию перед погружением шпунтины. Главный инженер ООО "Космос СПб" Шейман Владимир Эрнстович обратился с просьбой проверить глубину погружения шпунта ограждения котлована. Это была первая экспериментальная работа по контролю глубины погружения шпунта методом сейсмоакустического зондирования. Исследований проводились на расположенной на поверхности земле шпунтине. Цель исследований заключалась в получении эхо-сигнала отраженного от противоположного конца шпунтины. В процессе экспериментальныхисследований изучались типы и скорости упругих волн, распространяющихся по шпунтине, способы и точки возбуждения упругой волны, способы крепления и точки расположения приемника упругих волн. В результате была определена принципиальная возможность получения эхо-сигнала в объектах в форме пластин длиной несколько метров, а также проверена глубина погружения нескольких шпунтин в ограждении котлована. О положительных результатах доложили В.Э.Шейману. Но дальнейших исследований не потребовалось, так как глубина откопки котлована уже приближалась к проектной, а начавшаяся после заделки зоны несплошности выемка грунта прошла без осложнений.

Цель работ: Контроль глубины погружения шпунта в ограждении котлована тоннеля

Метод исследований: сейсмоакустическое зондирование

Аппаратура: Аппаратурный комплекс импульсного акустического просвечивания и зондирования АПЗ-1 (АПИ-3К).

Заказчики: ООО «Космос СПб»

а б

Рис.5. Контроль глубины погружения шпунта приемного котлована тоннеля в створе Токсовской улицы методом сейсмоакустического зондирования.

а - общий вид, б - шпунт с излучателем и приемником упругих волн

ВТОРАЯ ОЧЕРЕДЬ СТРОИТЕЛЬСТВА КОЛЬЦЕВОЙ АВТОМОБИЛЬНОЙ ДОРОГИ ВОКРУГ САНКТ-ПЕТЕРБУРГА (2009-2010 гг.)

Объект исследований: буронабивные сваи (2009г.)

Участки работ: опоры 1 и 2 эстакады на съезде №5 Второй очереди Кольцевой автомобильной дороги вокруг Санкт-Петербурга (Лот 1. Участок от автомобильной дороги “Нарва” до поселка Бронка)

Цель работ: Контроль сплошности и длины буронабивных свай

Метод исследований: сейсмоакустическое зондирование

Аппаратура: Аппаратурный комплекс импульсного акустического просвечивания и зондирования АПЗ-1

Заказчики: ООО “Космос СПб”

а б в

Рис.6. Сейсмоакустическое зондирование буронабивных свай на опорах 11 и 2 эстакады на съезде №5 Второй очереди Кольцевой автомобильной дороги вокруг Санкт-Петербурга в 2010г.

а, б - общий вид на опорах 1 и 2 (на рис. "а " на заднем плане автомашина ВАЗ 2107 с аппаратурным комплексом), в - голова сваи с излучателем и приемником упругих волн

Объект исследований: грунтоцементные сваи (2010г.)

Участок работ: транспортной развязки на пересечении Кольцевой автодороги (КАД) с автодорогой Стрельна-Пески-Яльгелево на ПК 6+50 – ПК 7+40 второй очереди строительства КАД, Лот № 2 в Санкт-Петербурге”

Цель работ: Контроль сплошности, размеров (длины и диаметра) и прочности грунтоцемента в грунтоцементных сваях в естественном залегании

Аппаратура: Аппаратурный комплекс импульсного акустического просвечивания и зондирования АПЗ-1

Заказчики: ООО “Космос СПб”

а б в

Рис.7. Контроль сплошности грунтоцементных свай на транспортной развязке на пересечении Кольцевой автодороги с автодорогой Стрельна-Пески-Яльгелево 16.04.2010

а, б - общий вид (на левой фотографии человек у машины главный геолог ООО "Космос СПб" В.А.Дубовой), в - устье наблюдательной скважины в грунтоцементной сваи с излучателем и приемником волн

Литература

1. Архипов А.Г "История грунтоцементной плиты второй сцены Мариинского театра". СПб. Политехника. 2018.

Вверх

Информация для связи:

E-mail: arhipov8@mail.ru

Telephone: +7(911)1582796

Internet: www.geodiagnostics.ru

Полное или частичное копирование материалов разрешено только при обязательном указании автора и прямой гиперссылки на сайт www.geodiagnostics.ru