Уникальная разработка, не имеющая аналогов в России – Георадар ОКО-3 с подводным антенным блоком. Данная комплектация предназначена для проведения работ с погружением прибора на глубину до 10 метров. Центральная частота в 700 Мгц обеспечивает широкий круг возможностей по обследованию состояния подводной части бетонных конструкций.
Тип исследований
Глубина
Частота антенного блока
Назначение:
Особенности:
Рисунок 1. Пример георадарного сканирования железобетонного покрытия дна водоема подводной антенной АБ-700М3П
| Тип | Экранированный, подводный |
| Центральная частота | 700 МГц |
| Максимальная глубина зондирования | 2,5 м |
| Разрешающая способность по глубине | 0,1 м |
| Максимальная глубина погружения | 10 м |
Возможности геофизических методов для обследования гидротехнических сооружений.
При проектировании и эксплуатации гидротехнических сооружений необходимым требованием является обеспечение их надежности и безопасности. В соответствии с СП 58.13330.2012 для этого требуется “постоянный инструментальный и визуальный контроль за состоянием гидротехнического сооружения и вмещающего массива горных пород, а также природными и техногенными воздействиями на них “.
При проведении обследования состояния гидротехнических сооружений широко используются методы инженерной геофизики. В частности, геофизические методы применяются для оценки объемов донных отложений (Рис. 1), определения областей повышенной фильтрации земляных плотин, наблюдения за уровнем грунтовых вод, оценки прочностных и деформационных характеристик грунтов, оценка сейсмического и динамического воздействия и т.д..
Рис. 1 Карта глубины до кровли иловых отложений, полученная в результате георадарной съемки (отстойники г.Тверь)
Для решения подобных задач используются методы инженерной ( малоглубинной) геофизики: сейсморазведка, электроразведка, георадиолокация, сейсмоакустика. Сейсмоакустика, георадиолокация и электроразведка могут применяться при съемки с поверхности воды (Рис. 2).
Рис. 2 Рабочий момент георадарной съемки (отстойники г.Тверь)
В настоящее время активно развивается область геофизики, занимающаяся обследованием строительных конструкций и геотехнических сооружений, получившая название техническая геофизика[1]. Техническая геофизика относится к методам неразрушающего контроля и отличается от них возможностью получения интегральных, а не точечных характеристик конструкций. Для обследования крупных ж\б конструкций различных сооружений обычно применяется комплекс состоящий из ультразвуковых, акустических и георадарных методов [2-3]. Применение георадара позволяет оперативно провести съемку обследуемой конструкции по густой сети точек наблюдения. Ультразвуковые и акустические методы позволяют определить прочностные и деформационные характеристики конструкции, но уступают георадарнымм методам в производительности. Поэтому сочетание георадарных и акустических методов дает максимальный эффект [ 4].
Перечень задач, которые могут быть решены с помощью георадарного метода, выглядит следующим образом:
Георадарные технологии широко используются при обследовании гидротехнических сооружений [ 5-7]. . Развитие методов технической геофизики идет по пути создания технологий, направленных на решение отдельных узконаправленных задач. Зачатками подобных технологий в настоящее время являются акустические, ультразвуковые и термометрические методы исследования свай и “стен в грунте”, георадарные и акустические методы исследования фундаментных плит, обделки тоннелей, крепи шахтных стволов, георадарные методы исследования дорожных покрытий и т.п.[2]. Определение с помощью георадара геометрических характеристик и проведение работ с целью контроля качества выполненных строительных работ накладывают требования на необходимость перевода георадаров из категории средств индикаторных в категорию измерительных. Георадарный комплекс «ОКО-3» с набором антенных блоков от 400 до 2500 МГц внесен в государственный реестр средств измерений, регистрационный номер 78251.
Многочисленные проблемы, возникающие при эксплуатации гидротехнических сооружений, обусловлены физическим износом и разрушением бетонных конструкций, а также процессами размыва и техногенной суффозии, происходящей в грунтовых массивах, в которых находятся данные сооружения. Подобные явления приводят к нарушению контактных условий сооружения с грунтом, возникновению провалов и просадок поверхности.
Однако, если методика исследования наземной части бетонных плит и покрытий каналов и плотин достаточно неплохо отработана, исследования конструкций, находящихся под водой до недавнего времени представляли большую проблему. При георадарном обследовании конструкций с поверхности воды решить выше перечисленные задачи в большинстве случаев не удается. Это, в первую очередь, относится к задаче оценки контактных условий “плита-грунт”. Для обследования конструкций находящихся под водой для георадара “ОКО-3” в ООО “ЛОГИС” (г. Раменское) была создана подводная антенна с центральной частотой 700 МГц (Рис.4).
Рис.4 Герметизированный антенный блок АБ-700М3П
Герметизированный антенный блок АБ-700М3П совместим со штатными блоками управления георадара «ОКО-3», предназначен для обследования радиопрозрачных подводных объектов в пресноводных водоёмах, имеет следующие параметры:
– Герметичное исполнение, глубина погружения до 10 м
– Центральная частота 700 МГц.
– Глубина зондирования до 3 м.
– Разрешающая способность 0,1 м.
– До 4096 точек.
– 400 трасс в сек. (для 512 точек)
– Встроенный кабель (10 м).
– Потребляемая мощность 3,6 Вт.
– Габариты 30х20х18 см ( без учёта узла крепления штанги) .
– Масса 6,5 кг (без учёта веса пригрузов).
В составе герметизированного антенного блока АБ-700М3П был использован серийный антенный блок АБ-700М3, который был помещён внутри защищённого ударопрочного кейса.
Для обеспечения гарантированной герметичности конструкции внутренний объём в кейсе был заполнен специальным герметизирующим компаундом.
Для обеспечения отрицательной плавучести в конструкции используются свинцовые пригрузы. Интерфейсный кабель имеет гибкую износостойкую полиуритановую оболочку. В перспективе для улучшения эксплуатационных характеристик ( в том числе уменьшения веса пригрузов) в конструкции АБ-700М3П будет отрабатываться вариант с заливочными компаундами во внутренние части самого антенного блока АБ-700М3.
Появившаяся возможность проводить измерения непосредственно на поверхности конструкции, находящейся под водой, с одной стороны облегчает ее обследование, но с другой стороны приходится учитывать особенности проведения работ в водной среде (Рис.6).
Рис. 6 Георадиолокационная съемка с подводной антенной АБ-700 (Нарвская ГЭС) .
В электромагнитном поле георадара изменение контактных условий выражается в изменении амплитуды отраженного сигнала обусловленного изменением коэффициента отражения от границы “плита-грунт”. Для экспресс-анализа удобно использовать целый ряд связанных с изменением амплитуды атрибутов [13], например, максимальной амплитуду или максимальную спектральную амплитуду или энергию сигнала. Для более надежного определения участков нарушения контакта можно определять изменения спектральной амплитуды в зоне “толщинного резонанса”.
При проведении обследования монолитных железобетонных конструкций определение прочности бетона регламентируется рядом ГОСТов (ГОСТ 18105- 2010, ГОСТ 22690-2015 и др.), которые позволяют весьма точно оценить прочность бетона в пределах определенной партии бетона с помощью стандартных неразрушающих методов контроля. Используемые при оценке прочности бетона стандартные методы являются точечными: выбуривание и испытание кернов, отрыв со скалыванием, склерометрия, ультразвук и т.п. Получаемый при этом параметр прочности определяется свойствами небольшого объема среды и, по существу, относится к физической точке. Выполнение измерений прочностных характеристик монолитных конструкций большой площади целесообразно выполнять в два этапа: на первом оценивать однородность бетона с помощью георадарных наблюдений и разбивать площадь конструкции на зоны с однородным бетоном, а на втором этапе в пределах каждой выделенной зоны определять прочность бетона стандартными методами с минимальным количеством испытаний. В результате такого подхода может существенно снизиться трудоемкость обследования и повысится достоверность получаемых результатов.
При обследовании конструкций большой площади, обычно, применяется следующая стратегия: вначале производится площадная георадарная съемка, позволяющая с помощью оперативного построения карт атрибутов выяснить основные моменты строения конструкции (Рис.7).
Рис 7. Фрагмент схемы распределения энергии сигнала (правый берег) характеризующий изменение контактных условий под плитами облицовки на суше и под водой (Нарвская ГЭС)
Данный пример иллюстрирует неоднородность контактных условий между плитами облицовки подводящего канала и грунтом.
Для изучения прочностных свойств бетона гидротехнических сооружений могут быть использованы акустические методы, основанные на ударном возбуждении и изучении распространения акустических волн в бетонных конструкциях. Выбор акустических методов производится тогда, когда ультразвуковые методы не обеспечивают необходимую глубинность исследования и возможность обследования протяженных объектов. В тех случаях, когда физический износ бетона на поверхности довольно высок, поверхностные условия могут быть непригодными для проведения измерений. Для преодоления данного обстоятельства требуется специальная методика наблюдений. Для решения задач обследования конструкций могут применяться методы многоволновой инженерной сейсмоакустики. Данный вид работ предусматривает применение различных типов и видов сейсмических волн: продольных, поперечных, поверхностных, преломленно-рефрагированных, отраженных, обменных. Совокупность определяемых кинематических и динамических характеристик множества волновых полей позволяет более полно изучать строение и упругие свойства обследуемого объекта (Рис.8).
Рис. 8 Области ослабленного бетона, выделенные на конструкциях шлюза по результатам георадарных и акустических измерений
Комплекс акустических и георадарных методов может быть использован при обследовании состояния деривационных тоннелей. Акустические методы позволяют оценить интегральные характеристики обделки и охарактеризовать состояние контакта между конструкциями тоннеля и заобделочным пространством. Обследование ведется с применением двухспособов: импакт-метода (impact-echo method) и виброакустического метода (impulse response method), которые отличаются частотными диапазонами и имеют разную разрешающую способность в плане. Виброакустический метод применяется для обнаружения крупных нарушений контакта (от 1 метра в плане и выше). В основе метода лежит явление возникновения изгибных колебаний объема среды, через который распространяются акустические волны, между дефектом и свободной поверхностью. Исследование состояния контакта основано на анализе акустических колебаний плиты, возбуждаемых ударом, направленным по нормали к поверхности обделки. Длительность акустического импульса отклика характеризует степень плотности контактного слоя. В случае нарушения контакта с грунтом наблюдается т.н. «звон» обделки тоннеля – заметный рост продолжительности и амплитуды основного цуга колебаний (Рис.8).
Рис. 8. Фрагмент развертки карты акустических наблюдений тоннеля. Атрибут энергия нормированного сигнала.
Атрибут энергия нормированного сигнала характеризует длительность сигнала. Отраженные сигналы наименьшей длительности (синий цвет) определяют участки нормального состояния контакта обделки тоннеля с вмещающим грунтом.
Для изучения состояния грунтового массива под основанием гидротехнического сооружения могут применяться методы акустической томографии, позволяющие оценить прочностные и деформационные характеристики грунтового массива и проявления негативных процессов (Рис.9).
Рис.9. Инженерно-геологически разрез, составленный по результатам сейсмоакустической томографии через скважины 5 и 17 под днищем щлюза.
На приведенном разрезе в верхней части известняков обнаружена область развития карстово-суффозионных процессов.
Таким образом рассмотренный комплекс геофизических методов позволяет решать целый ряд задач, возникающих при обследовании гидротехнических сооружений.
Список литературы
Скачать:
Листовка АБ-700М3ПФотоматериалы
