RU2691208C1 - Method of assessing the condition of contact of a foundation slab of a building under construction with a soil base - Google Patents
Method of assessing the condition of contact of a foundation slab of a building under construction with a soil base Download PDFInfo
- Publication number
- RU2691208C1 RU2691208C1 RU2018129827A RU2018129827A RU2691208C1 RU 2691208 C1 RU2691208 C1 RU 2691208C1 RU 2018129827 A RU2018129827 A RU 2018129827A RU 2018129827 A RU2018129827 A RU 2018129827A RU 2691208 C1 RU2691208 C1 RU 2691208C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plate
- contact
- base
- soil
- foundation
- Prior art date
Links
- 239000002689 soil Substances 0.000 title claims abstract description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 238000010276 construction Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims abstract description 41
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 9
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 5
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 4
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 239000011150 reinforced concrete Substances 0.000 description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 2
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 238000010606 normalization Methods 0.000 description 1
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
- G01V1/001—Acoustic presence detection
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
- E02D1/00—Investigation of foundation soil in situ
- E02D1/08—Investigation of foundation soil in situ after finishing the foundation structure
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
- G01V1/28—Processing seismic data, e.g. for interpretation or for event detection
- G01V1/30—Analysis
- G01V1/307—Analysis for determining seismic attributes, e.g. amplitude, instantaneous phase or frequency, reflection strength or polarity
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Geophysics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Soil Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Paleontology (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области контроля качества строительных работ при возведении зданий и, в частности, может быть использовано для определения состояния контакта фундаментной плиты строящегося здания с грунтовым основанием. Определение фактического состояния контакта с грунтовым основанием фундаментной плиты позволит своевременно и обоснованно назначать в необходимом объеме проведение работ по восстановлению несущих свойств насыпного грунта, подстилающего фундаментную плиту, и обеспечить безопасность строительных работ при возведении и последующей эксплуатации здания.The invention relates to the field of quality control of construction work during the construction of buildings and, in particular, can be used to determine the state of contact of the base plate of a building under construction with a soil foundation. Determining the actual state of contact with the ground foundation of the foundation slab will allow timely and reasonably assign the required volume of work to restore the bearing properties of the bulk of the soil underlying the foundation slab, and ensure the safety of construction work during the construction and subsequent operation of the building.
Изготовление (бетонирование) фундаментных плит на твердомерзлом недостаточно уплотненном грунте в зимнее время, из-за прогрева в весенний период верхнего слоя насыпного грунта, может приводить к неравномерным осадкам и деформациям плиты из-за появления ослабленных участков грунта под плитой. Определение положения и площади ослабленных участков является исходными данными для назначения объема работ по усилению грунтового основания и восстановлению плотного контакта фундаментной плиты с грунтовым основанием.Manufacturing (concreting) of foundation slabs on a solid-mortar insufficiently compacted soil in winter, due to the warming up of the top layer of bulk soil in spring, can lead to uneven precipitation and deformation of the slab due to the appearance of weakened soil areas under the slab. Determining the position and area of weakened areas is the source data for assigning the scope of work to strengthen the soil base and restore close contact of the base plate with the soil foundation.
Известен акустический метод обследования фундаментных плит для оценки состояния контакта плиты с грунтовым основанием, в основе которого лежит возможность определения добротности плиты как резонирующей системы под действием свободных или вынужденных колебаний (Капустин В.В.. Куваддин А.В. Применение комплекса геофизических методов при исследовании фундаментных плит. Технология сейсморазведки, №1, 2015, с. 99-105.). Добротность определяется по спектральной характеристике процесса колебаний с учетом резонансной частоты и ширины спектра. Считают, что резкое отклонение значения добротности от линейной зависимости от скорости в сторону увеличения можно интерпретировать как участки нарушения контактных условий. Недостатком метода является низкая достоверность, обусловленная невысокой точностью определения добротности по ширине спектра колебаний плиты, а также субъективностью назначения границ изменения значений добротности при разных состояниях контакта.A known acoustic method for examining base plates for assessing the state of contact of a plate with a soil base, which is based on the possibility of determining the quality of a plate as a resonating system under the action of free or forced vibrations (Kapustin V.V. Kuvaddin A.V. The use of a complex of geophysical methods in the study base plates. Seismic technology, No. 1, 2015, pp. 99-105.). The quality factor is determined by the spectral characteristic of the oscillation process, taking into account the resonant frequency and the width of the spectrum. It is believed that the sharp deviation of the value of the quality factor from the linear dependence on the speed in the direction of increasing can be interpreted as areas of violation of contact conditions. The disadvantage of the method is low reliability, due to the low accuracy of determining the quality factor across the width of the oscillation spectrum of the plate, as well as the subjectivity of setting the boundaries for changing the values of the quality factor in different contact states.
Наиболее близким аналогом из известных способов (прототипом) является сейсмоакустический способ оценки состояния контакта обделки с заобделочным грунтом (Патент РФ №2367742, кл. G01N 3/32), который основан на анализе параметров затухающих сейсмоакустических колебаний поверхности обделки, вызванных механическим импульсным воздействием с постоянной энергией удара.The closest analogue of the known methods (prototype) is a seismoacoustic method for assessing the state of contact of the lining with the final coating (Patent RF №2367742, class G01N 3/32), which is based on the analysis of the parameters of damped seismic acoustic oscillations of the surface of the lining caused by a mechanical impulse effect with a constant impact energy.
Для принятия решения о состоянии контакта в прототипе использованы следующие параметры колебаний обделки:To make a decision on the state of contact in the prototype, the following oscillation oscillation parameters were used:
- время затухания колебаний;- oscillation decay time;
- начальная амплитуда колебаний;- the initial amplitude of oscillation;
- коэффициент затухания колебаний.- damping coefficient of oscillations.
Состояние контакта оценивается по значению коэффициента К:The state of the contact is evaluated by the value of the coefficient K:
- 0≤К≤3 - зона отсутствия контакта (высокая начальная амплитуда и относительно большое время затухания колебаний);- 0≤К≤3 - zone of absence of contact (high initial amplitude and relatively long oscillation decay time);
- 3≤К≤6 - зона ослабленного контакта;- 3≤К≤6 - zone of weak contact;
- 6≤К≤9 - зона плотного контакта (невысокая начальная амплитуда, высокий коэффициент затухания).- 6≤К≤9 - zone of tight contact (low initial amplitude, high attenuation coefficient).
Недостатком данного способа является его низкая достоверность, обусловленная:The disadvantage of this method is its low reliability due to:
- зависимостью значений начальной амплитуды колебаний и коэффициента затухания от толщины обделки (плиты), упругих свойств бетона, состояния поверхностного слоя бетона, а также от свойств обделки (плиты) в районе положения датчика и нанесения удара;- the dependence of the values of the initial amplitude of oscillation and attenuation coefficient on the thickness of the lining (plate), the elastic properties of concrete, the state of the surface layer of concrete, as well as the properties of the lining (plate) in the vicinity of the sensor position and the impact;
- неопределенностью понятия начальной амплитуды колебаний, которая определяется суммой амплитуд упругих волн, распространяющихся от точки удара и зоны контакта с грунтом, и зависит от состояния поверхностного слоя бетона, соотношения упругих свойств бетона и подстилающего грунта, в то время как максимальная амплитуда колебаний определяется «толщинным резонансом» (Капустин В.В.. Кувалдин А.В. Применение комплекса геофизических методов при исследовании фундаментных плит. Технология сейсморазведки, №1, 2015, с. 99-105.);- the uncertainty of the concept of the initial amplitude of oscillations, which is determined by the sum of the amplitudes of elastic waves propagating from the point of impact and the zone of contact with the ground, and depends on the state of the surface layer of concrete, the ratio of the elastic properties of concrete and underlying soil, while the maximum amplitude of oscillations is determined by "thickness resonance ”(V. Kapustin. A. Kuvaldin. Application of a complex of geophysical methods in the study of foundation plates. Seismic technology, No. 1, 2015, pp. 99-105.);
- необходимостью проводить дополнительные исследования, с использованием ультразвукового дефектоскопа А1220 МОНОЛИТ для нормировки и коррекции шкалы коэффициента К.- the need to conduct additional research using the A1220 MONOLIT ultrasonic flaw detector for normalization and correction of the K-factor scale.
Техническая проблема, которая решается при использовании заявляемого изобретения, - достоверное определение фактического состояния контакта фундаментной плиты строящегося здания с грунтовым основанием для обеспечения безопасности строительных работ и последующей эксплуатации здания.The technical problem that is solved when using the claimed invention is a reliable determination of the actual state of contact between the base plate of a building under construction and the ground foundation to ensure the safety of construction work and the subsequent operation of the building.
В предлагаемом способе определение состояния контакта осуществляется по частотам резонансных вертикальных колебаний фундаментной плиты («толщинный резонанс»), которые зависят от состояния контакта фундаментной плиты с грунтовым основанием в локальном объеме плиты.In the proposed method, the determination of the state of contact is carried out according to the frequencies of the resonant vertical oscillations of the base plate (“thickness resonance”), which depend on the state of contact of the base plate with the soil base in the local volume of the plate.
Определение резонансных частот осуществляют путем регистрации с заданным шагом по плотной схеме наблюдения на дневной поверхности плиты сейсмоакустических сигналов с помощью двухканальной сейсмостанции и высокочастотных сейсмоприемников под воздействием механической вертикальной импульсной нагрузки (ударе) по плите. Во всех пунктах регистрации на фундаментной плите вычисляют с использованием быстрого преобразования Фурье (далее БПФ) амплитудные спектры вертикальных колебаний, выделяют на них резонансные частоты колебаний плиты в вертикальном направлении. Рассчитывают диапазон изменения резонансных частот при полном контакте и отсутствии контакта плиты с грунтовым основанием с учетом толщины плиты, модуля упругости и коэффициента Пуассона материала плиты, скорости распространения продольных волн, коэффициента постели грунтового основания; строят карты изменения резонансных частот и оценивают фактическое состояние контакта на площади обследуемого участка плиты, выдают рекомендации по проведению восстановительных работ, проводят повторное обследование после проведения восстановительных работ для подтверждения полного восстановления контакта плиты с грунтовым основанием.Determination of resonant frequencies is carried out by recording with a given step on a dense pattern of observation on the day surface of a plate of seismic signals using a two-channel seismic station and high-frequency seismic receivers under the influence of a mechanical vertical impulse load (impact) on the plate. In all registration points on the base plate, the amplitude spectra of vertical oscillations are calculated using the fast Fourier transform (hereinafter referred to as FFT), the resonant oscillation frequencies of the plate in the vertical direction are distinguished on them. Calculate the range of resonant frequency changes with full contact and no contact of the plate with the ground base, taking into account the plate thickness, modulus of elasticity and Poisson’s ratio of the plate material, propagation speed of longitudinal waves, bedding rate of the ground base; build maps of changes in resonant frequencies and evaluate the actual state of contact on the area of the surveyed area of the plate, give recommendations for the restoration work, re-examine after the restoration work to confirm the full restoration of the contact of the plate with the ground base.
Техническим результатом изобретения является повышение достоверности косвенного метода определения расположения зон неполного контакта фундаментной плиты с грунтовым основанием, которая подтверждается бурением и объемом инъектированного раствора, выдача рекомендаций по проведению восстановительных работ и обоснование необходимости проведения повторного обследования.The technical result of the invention is to increase the reliability of the indirect method of determining the location of zones of incomplete contact of the base plate with the ground base, which is confirmed by drilling and the volume of the injected solution, issuing recommendations for the restoration work and justifying the need for re-examination.
Технический результат достигается совокупностью признаков заявляемого способа: последовательно с заданным шагом по плотной сетке наблюдения осуществляют возбуждение колебаний фундаментной плиты вертикальной импульсной нагрузкой (ударом). На дневной поверхности плиты вблизи места приложения нагрузки посредством двухканальной сейсмостанции и высокочастотных сейсмоприемников осуществляют регистрацию сейсмоакустических сигналов (продольных волн). Вычисляют с использованием БПФ амплитудные спектры вертикальных колебаний, выделяют на них резонансные частоты колебаний плиты в вертикальном направлении. Решая частотное уравнение колебаний цилиндра радиуса R~h (короткой балки) для случаев двух свободных поверхностей и наличия контакта нижней поверхности плиты с грунтовым основанием, с учетом толщины, модуля упругости и коэффициента Пуассона материала плиты, скорости распространения продольных волн, коэффициента пастели грунтового основания определяют резонансные частоты. Строят карты изменения резонансных частот и оценивают фактическое состояние контакта фундаментной плиты. Выдают рекомендации по проведению восстановительных работ, проводят повторное обследование после проведения работ для оценки их качества.The technical result is achieved by a combination of features of the proposed method: sequentially with a predetermined step on a dense observation grid, vibrations of the base plate are driven by a vertical impulse load (shock). On the daily surface of the plate near the place of application of the load by means of a two-channel seismic station and high-frequency seismic receivers register seismic acoustic signals (longitudinal waves). The amplitude spectra of the vertical oscillations are calculated using the FFT, and the resonant frequencies of the plate oscillations in the vertical direction are distinguished on them. Solving the frequency equation of oscillations of a cylinder of radius R ~ h (short beam) for the cases of two free surfaces and the contact of the bottom surface of the plate with the soil base, taking into account the thickness, elastic modulus and Poisson’s ratio of the plate material, the propagation velocity of longitudinal waves, the soil base pastel’s ratio resonant frequencies. Maps of resonant frequency changes are constructed and the actual state of the contact of the base plate is assessed. They give recommendations on carrying out restoration work, re-examine after work to assess their quality.
Перечень графических изображений, поясняющих сущность заявляемого изобретения:The list of graphic images explaining the essence of the claimed invention:
Фиг. 1. Реакция плиты, лежащей на грунтовом основании, при разных состояниях контакта с основанием на механический удар по дневной поверхности плиты.FIG. 1. The reaction of the slab, which lies on a soil base, under different states of contact with the base on a mechanical shock on the daily surface of the slab.
Фиг. 2. Фундаментная плита.FIG. 2. Base plate.
Фиг. 3. Карта абсолютных отметок фундаментной плиты в период наблюдений за осадками.FIG. 3. Map of the absolute elevations of the base plate during the period of observation of precipitation.
Фиг. 4. Импульсное воздействие (экранная форма): а) трасса вертикальных колебаний в пункте наблюдения; б) спектр колебаний.FIG. 4. Impulse impact (screen form): a) vertical oscillation path at the observation point; b) the spectrum of vibrations.
Фиг. 5. Изменение частот продольных колебаний до и после инъектирования раствора.FIG. 5. Changing the frequency of longitudinal vibrations before and after injection of the solution.
Заявляемый способ осуществляют следующим образом.The inventive method is as follows.
Способ основан на зависимости резонансных частот продольных колебаний, возбуждаемых вертикальной импульсной нагрузкой (ударом) на дневной поверхности фундаментной плиты, от состояния контакта верхней и нижней поверхностей плиты.The method is based on the dependence of the resonant frequencies of the longitudinal oscillations excited by the vertical impulse load (shock) on the day surface of the base plate, on the contact state of the upper and lower surfaces of the plate.
Способ основан на явлении «толщинного резонанса», возникающего в плите при возбуждении в ней колебаний вертикальной или горизонтальной импульсной нагрузкой, интерференции падающей и отраженных от верхней и нижней поверхностей плиты упругих волн определенной частоты. В данном случае при вертикальной нагрузке имеются ввиду продольные волн. (Капустин В.В.. Кувалдин А.В. Применение комплекса геофизических методов при исследовании фундаментных плит. Технология сейсморазведки, №1, 2015, с. 99-105).The method is based on the phenomenon of "thickness resonance" that occurs in a plate when oscillations are excited in it by vertical or horizontal impulse loading, interference of elastic waves of a certain frequency that are reflected from the upper and lower surfaces of the plate. In this case, with a vertical load, there are longitudinal waves. (Kapustin VV., Kuvaldin AV. The use of a complex of geophysical methods in the study of foundation plates. Seismic technology, No. 1, 2015, pp. 99-105).
При возбуждении упругих колебаний в плите толщиной h и свободными поверхностями зависимость для резонансных частот плиты выглядит следующим образом:When elastic oscillations are excited in a plate with thickness h and free surfaces, the dependence for the resonant frequencies of the plate is as follows:
где p(i) - резонансные частоты;where p (i) is the resonant frequency;
i=1,2,3 …, - номер гармоники;i = 1,2,3 ..., is the harmonic number;
h - толщина плиты;h is the plate thickness;
V - скорость упругих волн (продольных при вертикальной нагрузке) в материале плиты.V is the velocity of elastic waves (longitudinal with vertical load) in the plate material.
При этом резонанс будет наблюдаться, если толщина плиты будет кратна половине длины волны (Λi):In this case, resonance will be observed if the plate thickness is a multiple of half the wavelength (Λ i ):
где Λсв,i. - длина волны для плиты со свободными поверхностями (полуволновой резонанс).where Λ St, i. - wavelength for a plate with free surfaces (half-wave resonance).
В случае если плита жестко закреплена с несжимаемым полупространством одной поверхностью, а другая свободна, зависимость резонансных частот плиты выглядит следующим образом:If the plate is rigidly fixed with an incompressible half-space with one surface and the other is free, the dependence of the resonant frequencies of the plate is as follows:
При этом резонанс будет наблюдаться, если толщина плиты будет кратна четверти длины волны (Λi):In this case, the resonance will be observed if the plate thickness is a multiple of a quarter of the wavelength (Λ i ):
где Λзкр,i - длина волны для плиты с жестким закреплением одной поверхности и свободной другой (четвертьволновой резонанс).where Λ SCR, i is the wavelength for a plate with rigid fixing of one surface and a free other (quarter wave resonance).
Учитывая, что скорость распространения упругих продольных волн в плите не зависит от частоты и определяется модулем упругости и удельной массой бетона, частота первой гармоники резонансных колебаний плиты (i=1) определяется выражением:Considering that the propagation speed of elastic longitudinal waves in a slab does not depend on frequency and is determined by the elastic modulus and specific mass of concrete, the frequency of the first harmonic of the resonant vibrations of the slab (i = 1) is determined by the expression:
где V - скорость распространения продольных волн в материале плиты.where V is the velocity of propagation of longitudinal waves in the plate material.
Как видно, состояние контакта определяет частоту резонансных колебаний, и для плиты с жестко закрепленной поверхностью с несжимаемым полупространством частота резонансных колебаний будет в два раза меньше, чем для плиты с двумя свободными поверхностями.As can be seen, the state of contact determines the frequency of resonant oscillations, and for a plate with a rigidly fixed surface with an incompressible half-space, the frequency of resonant oscillations will be two times less than for a plate with two free surfaces.
При выводе этих соотношений, предполагается, что граница раздела двух сред не изменяет своего положения. Однако границы не являются резкими - абсолютно жесткими и могут характеризоваться конечным значением отношения волновых (акустических) сопротивлений сред по обе стороны границы (ρV). Благодаря своей податливости граница контакта при отражении волны отодвигается в направлении падающей волны.In deriving these relations, it is assumed that the interface between two media does not change its position. However, the boundaries are not sharp - absolutely rigid and can be characterized by a finite value of the ratio of wave (acoustic) resistances of media on both sides of the boundary (ρV). Due to its compliance, the contact boundary is shifted in the direction of the incident wave when the wave is reflected.
Таким образом, если в колебательной системе, то есть в системе, характеризующейся массой, упругостью и потерями во всей системе или ее части, создать возмущения, которые приведут при определенных условиях к выходу системы из положения равновесия, то система или какая-либо ее часть начнет совершать колебания на одной или нескольких собственных (резонансных) частотах. Значения резонансных частот будет определяться упругими параметрами среды и граничными условиями.Thus, if in an oscillatory system, that is, in a system characterized by mass, elasticity and losses in the entire system or its part, to create disturbances that will lead, under certain conditions, to the output of the system from its equilibrium position, then the system or any part of it will begin oscillate at one or more of its own (resonant) frequencies. The values of the resonant frequencies will be determined by the elastic parameters of the medium and the boundary conditions.
Рассмотрим фундаментную плиту, лежащую на грунтовом основании (фиг. 1).Consider a base plate lying on a dirt base (Fig. 1).
В случае полуволнового резонанса продольных вертикальных колебаний по толщине плиты, который возникает при отсутствии контакта плиты с грунтовым основанием (фиг. 1 а), нейтральная ось плиты не изменяет своего положения, а первая частота резонансных колебаний определяется выражением (1):In the case of half-wave resonance of longitudinal vertical oscillations along the plate thickness, which occurs when there is no contact of the plate with the ground base (Fig. 1a), the neutral axis of the plate does not change its position, and the first frequency of resonant oscillations is determined by the expression (1):
В случае, когда плита контактирует с грунтовым основанием, упругие волны вызывают смещение границы контакта, при этом положение узла формы колебаний стремится к границе контакта (фиг. 1 в).In the case where the plate is in contact with the ground base, the elastic waves cause a displacement of the contact boundary, while the position of the vibration shape node tends to the contact boundary (Fig. 1c).
В качестве оценки области вертикальных резонансных колебаний плиты выбираем радиус первой зоны Френеля, который для плиты высотой h, лежащей на упругом полупространстве, будет равен h/2. Поэтому, если выбрать цилиндр высотой h и радиусом R, который зависит от условий закрепления и изменяется от 
Отсюда можно оценить плотность сетки наблюдений при обследовании плиты. Шаг между пунктами наблюдения на профилях и между профилями для обеспечения минимальной погрешности определения состояния контакта плиты с грунтовым основанием должен быть равен h.From here it is possible to estimate the density of the grid of observations during the inspection of the plate. The step between the observation points on the profiles and between the profiles to ensure the minimum error in determining the state of contact of the plate with the ground foundation should be equal to h.
Частоты собственных форм продольных колебаний указанного цилиндра определяются выражением:The frequencies of the natural forms of the longitudinal vibrations of the specified cylinder are determined by the expression
где 
m - погонная масса;m is the linear mass;
ρ - удельный вес;ρ is the specific weight;
h - высота цилиндра (толщина плиты);h is the height of the cylinder (plate thickness);
λi - характеристические числа (корни частотного уравнения).λ i - characteristic numbers (roots of the frequency equation).
Характеристические числа λi являются корнями частотного уравнения колебаний цилиндра (короткой балки), один конец которой соединен пружиной с неподвижной опорой, а другой свободен:The characteristic numbers λ i are the roots of the frequency equation of oscillations of a cylinder (short beam), one end of which is connected by a spring with a fixed support, and the other is free:
где 
k - жесткость пружины;k - spring stiffness;
F - площадь сечения цилиндра;F is the cross-sectional area of the cylinder;
h - высота цилиндра (толщина плиты).h is the height of the cylinder (plate thickness).
Жесткость пружины на конце цилиндра определяется как жесткость двух пружин, соединенных параллельно:Spring stiffness at the end of the cylinder is defined as the stiffness of two springs connected in parallel:
где k1=πR2kp - жесткость грунта на сжатие (kp - коэффициент постели);where k 1 = πR 2 k p - soil stiffness in compression (k p - bed ratio);
πR2 - площадь прогиба;πR 2 - deflection area;
k2 - изгибная жесткость плиты, поперечное сечение которой представляет собой круг площадью πR2.k 2 is the bending stiffness of the slab, the cross section of which is a circle with an area of πR 2 .
Жесткость относительно изгиба круговой плиты радиусом R, жестко закрепленной по контуру, при точечном воздействии в центре равна:The stiffness relative to the bend of a circular plate of radius R, rigidly fixed along the contour, with a point effect in the center is equal to:
где μ - коэффициент Пуассона;where μ is the Poisson's ratio;
Приведенный коэффициент жесткости вертикальной нагрузке равен:Given the stiffness coefficient of the vertical load is:
Подставляя в уравнение (11) размеры плиты, упругие характеристики материала плиты и грунтового основания, определяют приведенный коэффициент жесткости опорного сечения вертикальной нагрузке η, решают уравнение (8) и определяют характеристические числа λi.Substituting into the equation (11) the dimensions of the plate, the elastic characteristics of the material of the plate and the soil base, determine the reduced stiffness coefficient of the support section of the vertical load η, solve equation (8) and determine the characteristic numbers λ i .
Определяют по формулеDetermined by the formula
значения наинизших резонансных частот в случае упругой нижней границы плиты и свободных поверхностей плиты. Полученные две частоты задают интервал изменения резонансных частот вертикальных колебаний при отсутствии контакта плиты с подстилающим грунтом и при упругом (плотном) контакте.the values of the lowest resonant frequencies in the case of the elastic lower boundary of the plate and the free surfaces of the plate. The obtained two frequencies set the interval of change of the resonant frequencies of vertical oscillations in the absence of contact of the plate with the underlying soil and with elastic (tight) contact.
Пример реализации заявляемого изобретения.An example implementation of the claimed invention.
Способ определения состояния контакта фундаментной плиты строящегося здания с грунтовым основанием был использован при обследовании фундаментной железобетонной плиты строящегося 17-ти этажного жилого здания размерами 64,2×17,6 метров и толщиной 1,2 метра (фиг. 2). При изготовлении ж/б фундаментной плиты использовался бетон марки М250.The method of determining the state of contact of the foundation slab of a building under construction with a ground base was used in the examination of the foundation reinforced concrete slab of a 17-story residential building under construction with dimensions of 64.2 × 17.6 meters and a thickness of 1.2 meters (Fig. 2). In the manufacture of reinforced concrete base plate used concrete brand M250.
Основанием плиты является насыпной грунт - песчано-гравийная смесь (ПГС). Бетонная подготовка выполнена из бетона В15 толщиной 100 мм с химическими добавками и увеличением толщины по периметру на 100 мм.The base of the slab is a loose soil - sand and gravel mix (CBC). Concrete preparation is made of B15 concrete with a thickness of 100 mm with chemical additives and an increase in thickness around the perimeter of 100 mm.
В процессе строительства произошла неравномерная осадка плиты, которая показана в виде карты, полученной в результате геодезических измерений (фиг. 3).During the construction process, an uneven slump of the slab occurred, which is shown in the form of a map obtained as a result of geodetic measurements (Fig. 3).
В процессе обследований для определения состояния контакта ж/б фундаментной плиты с грунтовым основанием были проведены измерения частот продольных колебаний, возбуждаемых вертикальным ударом в 60 пунктах наблюдения.In the process of surveys, in order to determine the state of the contact of the reinforced concrete base plate with the ground foundation, measurements were made of the frequencies of longitudinal vibrations excited by a vertical impact at 60 observation points.
Состояния контакта плиты с грунтовым основанием определялись по частоте продольных волн в акустическом диапазоне частот, возбуждаемых механическим ударом по плите и регистрируемых в пунктах наблюдения вблизи точки удара.The states of contact of the slab with the ground base were determined by the frequency of the longitudinal waves in the acoustic range of frequencies excited by a mechanical shock on the slab and recorded at observation points near the point of impact.
Параметры регистрации при измерении частот продольных колебаний в железобетонной фундаментной плите: частота оцифровки 8192 Гц, полоса частот регистрации сигнала 0,1-2500 Гц, продолжительность регистрации в точках наблюдения 8 сек.Recording parameters when measuring the frequencies of longitudinal vibrations in a reinforced concrete base plate: the digitization frequency is 8192 Hz, the signal recording frequency band is 0.1-2500 Hz, the recording time at the observation points is 8 sec.
Измерение скоростей распространения упругих волн в фундаментной плите произведено методом возбуждения волн в акустическом диапазоне частот ударом по дневной поверхности плиты. Скорость распространения упругих продольных волн по высоте плиты по результатам измерений составила 4150±150 м/с.Measurement of the propagation velocities of elastic waves in the base plate was made by the method of excitation of waves in the acoustic frequency range by impact on the daily surface of the plate. The speed of propagation of elastic longitudinal waves along the height of the plate according to the measurement results was 4150 ± 150 m / s.
В случае упругой границы плиты с грунтовым основанием для оценки диапазона резонансных частот принято R≈h. Учитывая что коэффициент постели грунтового основания равен kp=665 [тс/м3]=6.7 МПа/м, значение начального модуля упругости бетона плиты Е=4⋅106 тс/м2, коэффициент Пуассона μ≈0,3 и R≈h приведенный коэффициент жесткости вертикальной нагрузке грунта равен:In the case of an elastic plate boundary with a ground base, R≈h was taken to estimate the range of resonant frequencies. Considering that the bedding coefficient of the soil foundation is equal to k p = 665 [tf / m 3 ] = 6.7 MPa / m, the value of the initial modulus of elasticity of concrete slab E = 4⋅10 6 tf / m 2 , Poisson's ratio μ≈0.3 and R≈ h the reduced stiffness coefficient of the vertical load of the soil is equal to:
Решение уравнения (8) при η=1,465 определяет характеристическое число для первой формы продольных колебаний λ1≈2,6371 и значение наинизшей частоты толщинного резонанса в случае упругой границы (заниженное значение):The solution of equation (8) with η = 1.465 determines the characteristic number for the first form of longitudinal oscillations λ 1 ≈ 2.6371 and the value of the lowest frequency of the thickness resonance in the case of an elastic boundary (low value):
При свободных концах η=0 (k=0)→λ1=π, что определяет значение наинизшей частоты толщинного резонанса в случае свободных поверхностей плиты: р1=1750 Гц.With free ends, η = 0 (k = 0) → λ 1 = π, which determines the value of the lowest frequency of the thickness resonance in the case of free surfaces of the plate: p 1 = 1750 Hz.
Ожидаемый диапазон изменения резонансных частот продольных колебаний составляет при отсутствии контакта плиты с подстилающим грунтом p1=1750 Гц, а при упругом (плотном) контакте p1=1470 Гц.The expected range of variation of the resonant frequencies of the longitudinal oscillations in the absence of contact of the plate with the underlying soil is p 1 = 1750 Hz, and with elastic (tight) contact p 1 = 1470 Hz.
В пунктах наблюдения равномерно расположенных по площади фундаментной плиты при ударном воздействии были зарегистрированы резонансные частоты продольных колебаний в диапазоне 1500-1750 Гц (фиг. 4).At the observation points, the resonant frequencies of the longitudinal oscillations in the range of 1500–1750 Hz (FIG. 4) were recorded evenly distributed over the area of the base plate under impact.
На фиг. 4 приведены характерная трасса (временная развертка) и спектр колебаний при вертикальном воздействии. В данном пункте наблюдения зарегистрированы резонансные продольные вертикальные колебания плиты 1645 Гц, колебания на частотах соответствующих резонансной частоте пьезокерамического датчика 1210-1230 Гц и низкочастотные колебания, частота которых соответствует частоте продольных колебаний между длинными торцами плиты.FIG. 4 shows the characteristic path (time sweep) and the spectrum of oscillations under vertical exposure. In this observation point, resonant longitudinal vertical oscillations of the plate 1645 Hz, oscillations at frequencies corresponding to the resonant frequency of the piezoceramic sensor 1210-1230 Hz and low-frequency oscillations whose frequency corresponds to the frequency of longitudinal oscillations between the long ends of the plate are recorded.
Изменение частот продольных колебаний фундаментной плиты, возбуждаемых механическим ударом в пунктах наблюдения вдоль профилей, показаны на фиг. 5.Changes in the frequencies of longitudinal oscillations of the base plate, excited by mechanical shock at observation points along profiles, are shown in FIG. five.
В результате проведенного обследования было установлено:As a result of the survey was established:
1. Изменение значений резонансных частот вдоль центральной продольной оси плиты (оси Б-Г) соответствует эпюре осадок, при этом наихудший контакт наблюдается в районе максимальных осадок на данном профиле (числовые оси 8-10).1. The change in the values of the resonant frequencies along the central longitudinal axis of the plate (axis Gd) corresponds to the sediment diagram, while the worst contact is observed in the region of maximum sediment on this profile (8-10 numerical axes).
2. Изменение значений резонансных частот вдоль оси Д в районе максимальных значений осадки всей плиты (числовые оси 8-10) соответствуют наличию контакта плиты и основания, что является признаком деформации плиты на данном участке. Зоны неполного контакта на данном профиле находятся на участках, ограниченных числовыми осями 5-7 и 12-17.2. Changes in the values of resonant frequencies along the D axis in the region of maximum values of precipitation of the entire plate (numerical axes 8-10) correspond to the presence of contact between the plate and the base, which is a sign of deformation of the plate in this area. Incomplete contact zones on this profile are located in areas bounded by numerical axes 5-7 and 12-17.
3. После инъектирования раствора произошло улучшение контактных условий в областях неполного контакта. Необходимо отметить, что после инъектирования произошло небольшое поднятие центральной части плиты в числовых осях 8-11 и ухудшение контакта. Также можно отметить, что в районе числовых осей 12-16 полное восстановление контакта плиты с грунтовым основанием не достигнуто, поэтому необходимо провести дополнительное инъектирование.3. After injection of the solution, contact conditions improved in areas of incomplete contact. It should be noted that after injection, a slight elevation of the central part of the slab in the numerical axes 8-11 and deterioration of the contact occurred. It can also be noted that, in the area of numerical axes 12-16, full restoration of the contact of the plate with the soil foundation is not achieved, therefore, additional injection is necessary.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018129827A RU2691208C1 (en) | 2018-08-15 | 2018-08-15 | Method of assessing the condition of contact of a foundation slab of a building under construction with a soil base |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018129827A RU2691208C1 (en) | 2018-08-15 | 2018-08-15 | Method of assessing the condition of contact of a foundation slab of a building under construction with a soil base |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2691208C1 true RU2691208C1 (en) | 2019-06-11 |
Family
ID=66947506
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018129827A RU2691208C1 (en) | 2018-08-15 | 2018-08-15 | Method of assessing the condition of contact of a foundation slab of a building under construction with a soil base |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2691208C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2743547C1 (en) * | 2020-10-02 | 2021-02-19 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" | Method for monitoring the condition of permafrost soils serving as base for buildings and structures, and device for implementing it |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020193952A1 (en) * | 2001-05-22 | 2002-12-19 | Vibration Instruments Co., Ltd. | Ground analyzing system and recording medium recording analysis program used therefor |
| JP2007132854A (en) * | 2005-11-11 | 2007-05-31 | Earth Tect:Kk | Method for measuring ground vibration velocity |
| RU2367742C1 (en) * | 2008-02-12 | 2009-09-20 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт транспортного строительства" (ОАО ЦНИИС) | Method of assembled or semi-assembled multilayer water-proof structure construction on ground and method of monitoring structure contact to ground |
-
2018
- 2018-08-15 RU RU2018129827A patent/RU2691208C1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020193952A1 (en) * | 2001-05-22 | 2002-12-19 | Vibration Instruments Co., Ltd. | Ground analyzing system and recording medium recording analysis program used therefor |
| JP2007132854A (en) * | 2005-11-11 | 2007-05-31 | Earth Tect:Kk | Method for measuring ground vibration velocity |
| RU2367742C1 (en) * | 2008-02-12 | 2009-09-20 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт транспортного строительства" (ОАО ЦНИИС) | Method of assembled or semi-assembled multilayer water-proof structure construction on ground and method of monitoring structure contact to ground |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Золотухин Е.П., Кузьменко А.П., Сабуров В.С., Короленко Д.Б. и др. "Сейсмометрический мониторинг технического состояния несущих строительных конструкций зданий и сооружений по динамическим характеристикам", Журнал "Вычислительная техника", том 18, 2013, с.29-36. * |
| Капустин В.В., Кувалдин А.В. "Применение комплекса геофизических методов при исследовании фундаментных плит", Журнал "Технология сейсморазведки", номер 1, 2015, с. 99-105. * |
| Капустин В.В., Кувалдин А.В. "Применение комплекса геофизических методов при исследовании фундаментных плит", Журнал "Технология сейсморазведки", номер 1, 2015, с. 99-105. Золотухин Е.П., Кузьменко А.П., Сабуров В.С., Короленко Д.Б. и др. "Сейсмометрический мониторинг технического состояния несущих строительных конструкций зданий и сооружений по динамическим характеристикам", Журнал "Вычислительная техника", том 18, 2013, с.29-36. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2743547C1 (en) * | 2020-10-02 | 2021-02-19 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" | Method for monitoring the condition of permafrost soils serving as base for buildings and structures, and device for implementing it |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9822504B2 (en) | Systems, apparatuses and methods for assessing soil heave | |
| Chekroun et al. | Analysis of coherent surface wave dispersion and attenuation for non-destructive testing of concrete | |
| RU2413055C1 (en) | Method to measure subsidence of foundations and device for its realisation | |
| Shiotani et al. | Elastic wave validation of large concrete structures repaired by means of cement grouting | |
| Goueygou et al. | Assessment of porosity of mortar using ultrasonic Rayleigh waves | |
| Xu et al. | Damage detection of ballastless railway tracks by the impact-echo method | |
| Irfan et al. | Novel evaluation of bender element transmitter response in transparent soil | |
| RU2691208C1 (en) | Method of assessing the condition of contact of a foundation slab of a building under construction with a soil base | |
| Khan et al. | Measurement of dynamic properties of stiff specimens using ultrasonic waves | |
| Wiciak | Quality assessment of composite materials using ultrasonic non-destructive testing methods | |
| Freeseman et al. | Concrete Strength Required to Open to Traffic | |
| du Tertre et al. | Ultrasonic inspection of asphalt pavements to assess longitudinal joints | |
| CN116090051A (en) | Method and device for establishing rail transit-soil-structure coupling model | |
| Heymann | Ground stiffness measurement by the continuous surface wave test | |
| Rodríguez Roblero | Condition Assessment of Concrete Elements through Two Nondestructive Ultrasonic Techniques | |
| Goel et al. | A brief review on different surface wave methods and their applicability for non-destructive evaluation of pavements | |
| Al-Khafaji | The Effect of Coupling Media on the Pulse Velocity of Concrete | |
| Grimaz et al. | 205 Rapid instrumental check of vulnerability parameters on bridges for seismic risk mitigation purposes. | |
| RU2791457C1 (en) | Method for monitoring the technical condition of the tunnel lining using the seismoacoustic method | |
| Du Tertre | Nondestructive evaluation of asphalt pavement joints using LWD and MASW tests | |
| Shabalin et al. | Using seismoacoustic sounding technique for the purpose of structural integrity evaluation of the solid reinforced-concrete foundation for the power transmission line supports | |
| Irfan et al. | Evaluation of bender transmitter response inside soil using novel laser measurements | |
| Si-Chaib et al. | As-built modal characteristics identification of an RCC gravity dam using ambient vibration testing | |
| ムハンマド,アクマル,プテラ | ELASTIC SETTLEMENT PREDICTION OF CEMENT-TREATED CLAYEY GROUND IN SMALL STRAIN MECHANICAL BEHAVIOR | |
| RU2038595C1 (en) | Seismoacoustic method of control over quantity of laying of inhomogeneous soils in embankment |