25.10.2008 17:56:42
Встатье описываются преимущества георадиолокационного метода при комплексномобследовании различных строительных сооружений. Приводятся конкретные примеры(полы и перекрытия Пушкинского музея).
В последнее время в современной практике обследованиястроительных сооружений появляется большое количество новых способов и методикпроведения работ. Одним из наиболее активно развивающихся являетсягеорадиолокационный (георадарный) метод подповерхностного зондирования.Сущность метода заключатся в распространении электромагнитных волн метрового и дециметровогодиапазона в изучаемой среде-диэлектрике и приеме сигналов, отраженных от границраздела слоев, имеющих различные электрофизические свойства. Несмотря на то,что сам метод был впервые опробован еще в 1970-х годах, интерес к нему былнестабильным. Круг решаемых задач ограничивался в основном геофизическимизучением геологических толщ, поиском локальных металлических объектов, а такжеопределением уровня грунтовых вод и отдельных мест увлажнения пород.
В последнее десятилетие вместе с активным развитиемаппаратуры контроля и методик анализа результатов (в частности, улучшение разрешающейспособности, применение высокочастотных экранированных антенн) георадиолокация эпизодическистала применяться и в практике обследования строительных конструкций. Однако допоследнего времени использование георадара в этой области ограничивалось лишьопределением армирования (в большинстве случаев только верхнего ряда),трассировкой электрокабелей и труб водоснабжения, определением толщинконструкций, наличия локальных протечек. Основной проблемой недостаточногоиспользования потенциала метода было то, что в большинстве случаевгеорадиолокационные изыскания проводились отдельно от других видов работ.
Использование ЗАО «Триада-Холдинг» георадиолокации в комплексе сдругими видами обследовательских работ позволило существенно расширить кругзадач, решаемых данным методом.
В качестве одного из удачных примеров применения георадарав комплексе с другими видами работ можно привести результаты обследованияосновного здания ГМИИ им. А. С. Пушкина.
В процессе выполнения комплексного обследованияконструкций основного здания были проведены исследования межэтажных перекрытийи полов подвальной части. Целью исследований являлось определение составаперекрытий, состава основы под полами, состояния несущих конструкций перекрытийи полов.
Необходимость исследования межэтажных перекрытий быласвязана с наличием множества трещин в полах и сводах. Характер расположениятрещин не давал однозначного ответа на вопрос о причинах их возникновения. Ни водном из множества технических заключений и отчетов о ранее проведенных инженерныхобследованиях строительных конструкций здания не содержалось сведений оконструкции и качестве перекрытий. Также существовала необходимость обнаружениянеиспользуемых пространств под помещениями 1-го этажа. Отсутствовалидостоверные данные о структуре и состоянии грунтов основания здания. Решениевышеуказанных задач усложнялось невозможностью проведения вскрытий и большого числазондирований конструкций: перекрытия музея представляют собой большую историческуюи художественную ценность. На потолках перекрытий выполнена декоративнаяотделка, роспись, гипсовая лепнина и т. д. Полы перекрытий сохранились впервоначальном виде с начала XX века и представляют собой наливные монолитныепокрытия с мраморной крошкой.
Все вышесказанное определило необходимостьиспользования методов неразрушающего контроля при исследовании конструкцийперекрытий и полов здания. В качестве основного был выбран георадиолокационныйметод подповерхностного зондирования.
Выбор георадиолокационного метода был обусловленследующими обстоятельствами: данный метод является неразрушающим, позволяетвыполнять значительный объем необходимых исследований при бесконтактном способеполучения информации, проводить оперативные наблюдения при непрерывномдвижении, в условиях одностороннего доступа к изучаемой среде.
При использовании георадиолокационного методапланировалось установить примерную толщину перекрытия и отдельных конструкций,скрытых от визуального наблюдения; тип материала конструкций (металл, бетон,кирпич, дерево и пр.); дать раскладку основных и второстепенных перекрытий;оценить параметры сечений металлических конструкций; выявить (ориентировочно) наличиеи раскладку стержневой арматуры в бетоне; установить форму скрытого перекрытия(плоское, сводчатое); определить места неоднородностей в материале конструкций;выявить причины трещинообразования и др.
К сожалению, как и все неразрушающие методы, георадарныйметод имеет ограниченные возможности по полноте получаемых данных, и в каждой конкретнойситуации требуется тщательный анализ целесообразности его применения. К недостаткамметода относится, например, невозможность установления коррозионного состоянияметаллоконструкций, скрытых в перекрытиях. Еще один недостаток — трудоемкостьобработки (в отдельных случаях) и интерпретации полученных результатов попричине конструктивной сложности исследуемых объектов.
Особенностью проведениягеорадарных работ в закрытых помещениях по сравнению с открытыми является необходимостьвыполнения большего числа физических наблюдений. Это определяется наличиембольшого количества отражающих объектов в воздушном полупространстве (стены,потолок, мебель и т. д.), создающих помехи при записи данныхгеорадиолокационного зондирования.
Для проведения георадарных работ в здании музеяиспользовался георадар «ОКО» («Логис», Россия) с набором экранированных антеннс центральной частотой излучения 400, 700 и 1700 МГц. Выбор антенн производилсяисходя из предполагаемых электрофизических и геометрическиххарактеристик изучаемых объектов. Наблюдения проводились по системе взаимноперпендикулярных профилей, что было необходимо для обнаружения предполагаемыхортогональных систем конструкций. Некоторые наблюдения повторялись с разнымтипом антенн с целью получения дополнительных данных.
Обработка данных георадарных исследований проводилась впакете программ RadExpro-2. Полный набор процедурсостоял из введения статической поправки, коррекции амплитуд, корректирующейфильтрации, миграционного преобразования данных, импульсной деконволюции иконверсии. Граф обработки составлялся каждый раз индивидуально, всоответствиями с условиями решаемой задачи. При обработке и интерпретациигеорадарных данных использовался также спектральный анализ. Скорости распространенияэлектромагнитных волн определялись по годографам дифрагированных волн. Дляопределения типа материала конструкции (кирпич, бетон) выполнялся анализкинематических и динамических особенностей волновых полей и характерадифракционного рассеяния.
Использование георадиолокационного метода в комплексе сдругими инструментальными методами, применяющимися при обследовании здания ГМИИим. А. С. Пушкина, способствовало оперативному получению предварительнойинформации и сокращению объемов трудоемких исследований.
Работы по исследованию конструкций полов 2-го этажапроводились с использованием экранированных антенн с центральной частотой 700 и1700 МГц. Наблюдения проводились по системе взаимно перпендикулярных профилей.На первом этапе осуществлялись исследования в дециметровом диапазоне радиоволнс целью определения общего конструктивного строения перекрытий, для детальногоуточнения элементов конструкций и выяснения обнаруженных дефектов. Были такжепроведены наблюдения в сантиметровом диапазоне (антенна 1700 МГц).
В результате проведенных исследований было установлено,что несущими конструкциями перекрытий второго этажа являются металлическиебалки, опирающиеся на кирпичные стены. Балки выполнены из металла и имеютдвутавровое сечение. Для образования наливных полов поверх несущих балокуложены металлические второстепенные балки. Потолки залов первого этажаподвесные. В связи с тем, что георадиолокационное зондирование перекрытийвторого этажа производилось со стороны пола, детальное строение потолка неможет быть установлено. Толщина потолка (исключая элементы декора) по георадарнымданным составляет 10–12 см. В ряде случаев для образования потолка на нижниетавры несущих балок укладывались металлические балки. По определенным с помощьюгодографов дифрагированных волн скоростям установлено, что заполнение междуполом и потолком — воздушное. Общая толщина перекрытий составляет около 1 м.
В ходе георадарных работ крупных дефектов в строенииперекрытий выявлено не было. Типичными дефектами явились трещины в наливных икерамических полах. При сопоставлении результатов детального визуальногообследования и георадарных исследований было установлено, что б?льшая частьтрещин проходит в местах расположения металлических балок.
Результаты проведенных георадарных исследованийперекрытия 2-го этажа были подтверждены несколькими контрольными зондированиями.С учетом того, что при зондированиях были неизбежны повреждения облицовок,точное место зондирования принималось на уже имеющих повреждения участках полов(трещины раскрытием более 10 мм, отколы плитки по набранным полам, местапоздней вычинки плиточных полов обычным раствором и т. п.), где факт зондажавизуально не был бы столь заметным. Также зондирования проводились на участкахпола, закрытых от взглядов посетителей экспонатами или стендами. Результатызондирований полностью подтвердили данные, полученные в ходегеорадиолокационных исследований.
При исследовании перекрытий между подвальной частью и1-м этажом использовались экранированные антенны с центральной частотой 700 и1700 МГц.
В результате проведенных работ установлено, что основнаячасть перекрытий 1-го этажа образована бетонными сводами различной геометрии(цилиндрические, крестовые, своды Манье). В качестве опорных конструкций длясводов используются металлические балки и колонны. Результаты определениягеорадаром наличия металлических элементов в сводах были подтверждены локаторомарматуры Profometer-5 (Proceq,Швейцария).
В ходе проведения георадиолокационных исследований подперекрытиями 1-го этажа были обнаружены замкнутые неэксплуатируемые помещения,частично засыпанные грунтом. В дальнейшем обнаруженные помещения могут бытьиспользованы для нужд музея.
Обследование строения пола и грунтового основанияподвальных помещений позволили выявить строение пола и верхнего слоя грунтовоснования. По данным георадарных исследований, пол подвальных помещенийобразован бетонной стяжкой толщиной 15–20 см, общая толщина вместе с грунтовойподготовкой до 50 см. В грунтовом основании пола до глубины порядка 2 м обнаруженстроительный мусор и обломки конструкций ранее существовавших сооружений. Такжебыли выявлены участки локальных намоканий грунтов основания техногенногохарактера.
В результате проведенных исследований можно утверждать,что применение георадиолокационного метода при комплексном обследовании зданияпозволило решить ряд задач и выявить те необходимые данные, которые в этих конкретныхусловиях не могли быть получены никаким другим методом. Это выявление строенияконструкций межэтажных перекрытий и полов подвальных помещений музея, дефектовв исследуемых конструкциях, привязка существующих трещин к несущим элементамконструкций, обнаружение полостей, скрытых объектов, инженерных коммуникацийпод полами подвальных помещений, исследование неиспользованного пространствапод некоторыми залами музея.
В завершение хотелось бы отметить, что применениетолько одного георадиолокационного метода при решении вышеописанных задач безиспользования других методов исследования не позволило бы получитьрезультативных данных.
Литература:
1. Владов М. Л„ Старовойтов А. В. Георадиолокационныеисследования верхней части разреза. — М.: Изд-во МГУ, 1999.
2. Инженерно-геологические исследования грунтовогооснования. Конструкции межэтажных перекрытий. Мониторинг за деформациями // Результатыинженерно-технического обследования строительных конструкций памятникаархитектуры здания ГМИИ им. А. С. Пушкина по адресу: ул. Волхонка, 12. — М.,2005. — Т. 2, кн. 3.
3. Ляховицкий Ф. М., Хмелевской В. К., Ященко З. Г. Инженернаягеофизика. — М., Недра, 1989.