Геомаркетинг » ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ СВАЙ ПОД РОСТВЕРКОМ СЕЙСМОАКУСТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

DOI: https://doi.org/10.25296/2221-5514-2023-15-2-66-76

ПРИОБРЕСТИ ПОЛНУЮ ВЕРСИЮ за 250 руб.

“Геотехника”, Том XV, № 2/2023

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ СВАЙ ПОД РОСТВЕРКОМ СЕЙСМОАКУСТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

Чуркин А.А., Лозовский И.Н., Жостков Р.А., Лосева Е.С.

Чуркин А.А., Лозовский И.Н., Жостков Р.А., Лосева Е.С., 2023. Определение местоположения свай под ростверком сейсмоакустическим методом. Геотехника, Том ХV, № 2, с. 66–76, https://doi.org/10.25296/2221-5514-2023-15-2-66-76.

Неразрушающие методы технической геофизики широко применяются для изучения внутреннего строения и свойств железобетонных фундаментов. В статье представлена методика сейсмоакустического обследования объединенных ростверком свай с использованием одноканальной аппаратуры. Исследование построено на анализе синтетических данных, полученных путем трехмерного численного моделирования методом конечных элементов. Моделирование заключалось в расчете пространственно-временной эволюции поля упругих колебаний на основе заданных параметров системы «конструкция — грунт». Расчеты выполнены для модели цилиндрической сваи диаметром 600 мм и длиной 9 м, включенной в состав монолитного ростверка высотой 600 мм. Результаты моделирования представлены в виде сейсмотрасс, зарегистрированных на поверхности ростверка с шагом измерений по профилю 10 см. Для определения местоположения и геометрических размеров сваи предложено совместно применять процедуры, используемые для анализа данных сейсмоакустических испытаний свай и фундаментных плит. Для выделения зон изменения условий контакта ростверка с подстилающей средой выполнен анализ распределения значений атрибутов сейсмоакустических сигналов — энергии нормированного сигнала, выборочной энтропии, площади нормированного спектра и средневзвешенной частоты. Показано, что зона включения сваи в ростверк проявляется в виде аномальных значений атрибутов. Для определения длины сваи выполнен анализ зарегистрированных данных в частотно-временном представлении с использованием комплексного непрерывного вейвлет-преобразования. Малоинтенсивные импульсы, отвечающие регистрации волн, отраженных от подошвы сваи, выделены по характерным особенностям распределения значений фазы вейвлет-коэффициентов. Представленная методика основана на анализе синтетических данных и требует валидации физическими экспериментами.

1. Капустин В.В., 2011. К вопросу о физических основах акустического метода испытания свай. Инженерные изыскания, № 11,
с. 10–15.
2. Капустин В.В., Владов М.Л., 2020. Техническая геофизика. Методы и задачи. Геотехника, Том ХII, № 4, с. 72–85, https://doi.org/10.25296/2221-5514-2020-12-4-72-85.
3. Капустин В.В., Чуркин А.А., Лозовский И.Н., Кувалдин А.В., 2018. Возможности сейсмоакустических и ультразвуковых методов при контроле качества свайных фундаментов. Геотехника, Том Х, № 5–6, с. 62–71.
4. Лозовский И.Н., Сясько В.А., Лосева Е.С., 2022. Фильтрация данных сейсмоакустического контроля сплошности свай с использованием непрерывного вейвлет-преобразования. Контроль. Диагностика, Том 25, № 9, с. 36–45, https://doi.org/10.14489/td.2022.09.pp.036-045.
5. Мухин А.А., Лозовский И.Н., Чуркин А.А., 2019. Технические стандарты ООО «ЭГЕОС» по применению неразрушающего контроля сплошности свай. Сейсмоакустический метод. Геотехника, Том XI, № 4, c. 68–78.
6. Чуркин А.А., Лосева Е.С., Лозовский И.Н., Сясько В.А., 2022. Приемы повышения достоверности оценки длины свай в составе существующих сооружений при обследовании сейсмоакустическим методом. Контроль. Диагностика, Том 25, № 10, с. 24–32, https://doi.org/10.14489/td.2022.10.pp.024-032.
7. Чуркин А.А., Хмельницкий А.Ю., Капустин В.В., 2022. Оценка условий контакта конструкций с грунтовым массивом по атрибутам нормированного акустического отклика. Основания, фундаменты и механика грунтов, № 5, с. 17–21.
8. Чуркин А.А., Широбоков М.П., 2023. Опыт применения многоканального измерителя длины свай ИДС-2 при решении геотехнических задач. ГеоИнфо, URL: https://geoinfo.ru/product/churkin-aleksej-andreevich/opyt-primeneniya-mnogokanalnogo-izmeritelya-dliny-svaj-ids-2-pri-resheniigeotekhnicheskih-zadach-50474.shtml?ysclid=lufvchcy1s982322849 (дата обращения: 18.05.2023).
9. Amir J.M., 2017. Pile integrity testing: history, present situation and future agenda. Proceedings of the 3rd Bolivian International Conference deep foundations, Santa Cruz de la Sierra, Bolivia, 2017, pp. 17–32.
10. Amir J.M., 2020. Integrity Testing, 2nd edition. URL: https://www.piletest.com/show.asp?id=Engineer (дата обращения: 04.08.2022).
11. Baxter S.C., Islam M.O., Gassman S.L., 2004. Impulse response evaluation of drilled shafts with pile caps: modeling and experiment. Canadian Journal of Civil Engineering, Vol. 31, No. 2, pp. 169–177, https://doi.org/10.1139/l03-086.
12. Gao T., 2022. A critical analysis of existing intelligent analytical techniques for pile integrity test. Proceedings of the 8th International Conference on hydraulic and civil engineering: deep space intelligent development and utilization forum (ICHCE), Xi’an, China, 2022,
pp. 740–751, https://doi.org/10.1109/ICHCE57331.2022.10042772.
13. Kharitonov A.Yu., Ulybin A.V., 2020. Low strain integrity testing of piles. Application for piles located under pile cap. Construction of Unique Buildings and Structures, Vol. 92, No. 9201, pp. 1–10, https://doi.org/10.18720/CUBS.92.1.
14. Lai J., Yang B.-H., Pan C.-L., Cheng C.-F., 2019. Boundary effects of pile cap on the integrity testing of group piles. New prospects in geotechnical engineering aspects of civil infrastructures, Proceedings of the 5th GeoChina International Conference 2018, HangZhou, China, pp. 77–88, https://doi.org/10.1007/978-3-319-95771-5_7.
15. Liao S.-T., Yu C.-P., Tong J.-H., Lai J., Chang C.-T., 2021. Improved sonic echo method with multiple receivers and amplifier to evaluate the length of capped piles. International Journal of Applied Science and Engineering, Vol. 18, No. 3, pp. 1–15, https://doi.org/10.6703/IJASE.202109_18(3).002.
16. Lozovsky I.N., Churkin A.A., 2023. Multiscale entropy analysis for slab impulse response testing. Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics, Vol. 87, No. 10, https://doi.org/10.3103/S1062873823703604 (в печати).
17. Ni S.H., Li J.L., Yang Y.Z., Lai Y.Y., 2019. Applicability of complex wavelet transform to evaluate the integrity of commonly used pile types. Journal of GeoEngineering, Vol. 14, No. 1, pp. 21–30, https://doi.org/10.6310/jog.201903_14(1).3.
18. Ni S.H., Yang Y.Z., Tsai P.H., Chou W.H., 2017. Evaluation of pile defects using complex continuous wavelet transform analysis. NDT and E International, Vol. 87, pp. 50–59, https://doi.org/10.1016/j.ndteint.2017.01.007.
19. Richman J.S., Moorman J.R., 2000. Physiological time-series analysis using approximate entropy and sample entropy. American Journal of Physiology —Heart and Circulatory Physiology, Vol. 278, pp. H2039–H2049, https://doi.org/10.1152/ajpheart.2000.278.6.H2039.
20. Sajid S., Chouinard L., 2019. Impulse response test for condition assessment of concrete: a review. Construction and Building Materials, Vol. 211, pp. 317–328, https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.03.174.
21. Watson J.N., Addison P.S., Sibbald A., 1999. The denoising of sonic echo test data through wavelet transform reconstruction. Shock and Vibration, Vol. 6, ID 175750, https://doi.org/10.1155/1999/175750.
22. Wu S., Lai J., Yang B.-H., Cheng C.-F., 2015. Integrity testing of model piles with pile cap. Proceedings of the International Symposium nondestructive testing in civil engineering (NDT-CE), Vol. 47, No. 3, Berlin, Germany, 2015, pp. 1–8.
23. Zheng W., Wang S., Lin C., Yu X., Liu J., 2020. Damage localization of piles based on complex continuous wavelet transform: numerical example and experimental verification. Shock and Vibration, Vol. 2020, ID 8058640, https://doi.org/10.1155/2020/8058640.

ЧУРКИН А.А.*
НИИОСП им. Н.М. Герсеванова АО «НИЦ “Строительство”», г. Москва, Россия, chaa92@mail.ru
Адрес: Рязанский пр-кт, д. 59, г. Москва, 109428, Россия
Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, г. Москва, Россия
Адрес: ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1, г. Москва, 123242, Россия
ЛОЗОВСКИЙ И.Н.
Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, г. Москва, Россия, i.n.lozovsky@yandex.ru
ЖОСТКОВ Р.А.
Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, г. Москва, Россия, shageraxcom@yandex.ru
ЛОСЕВА Е.С.
Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, г. Санкт-Петербург, Россия, elizaveta_loseva@mail.ru
Адрес: 21 линия В.О., д. 2, г. Санкт-Петербург, 199106, Россия
Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, г. Москва, Россия

Geotechnics, Vol. XV, No. 2/2023

LOCALIZING PILES UNDER A PILE CAP USING LOW STRAIN IMPACT TESTING

Churkin A.A., Lozovsky I.N., Zhostkov R.A., Loseva E.S.

Churkin A.A., Lozovsky I.N., Zhostkov R.A., Loseva E.S., 2023. Localizing piles under a pile cap using low strain impact testing. Geotechnics, Vol. XV, No. 2, pp. 66–76, https://doi.org/10.25296/2221-5514-2023-15-2-66-76.

Non-destructive methods of technical geophysics are widely employed to investigate the internal structure and properties of reinforced concrete foundations. The paper presents the methodology for conducting low strain impact testing on pile caps using single-channel instruments. The approach is based on the analysis of synthetic data obtained by three-dimensional numerical simulations using the finite element method. These simulations involve calculating spatial-temporal evolution of elastic wave fields based on specified parameters of the “structure — soil” system. The calculations were performed for the model of a cylindrical pile with a diameter of 600 mm and a length of 9 m, included in a monolith foundation with a height of 600 mm. The simulation results are presented as seismic traces recorded on the surface of the pile cap, with measurements taken at 10 cm intervals along the profile. To determine the location and geometric dimensions of the pile we propose a combined application of procedures commonly used in the analysis of low strain impact tests on piles and foundation slabs. To highlight changes in the contact between the pile cap and the underlying medium, we analyzed variations in signal attributes such as normalized signal energy, sample entropy, normalized spectrum area, and mean weighted frequency. Abnormal attribute values indicate the presence of the pile beneath the cap. To evaluate the pile length we studied the registered data in the time-frequency domain using the complex continuous wavelet transform. Low-intensity pulses corresponding to waves reflected from the pile toe were identified by distinct changes in the phase angles of wavelet coefficients. As the methodology presented here is based on synthetic data analysis it requires validation through physical experiments.

“technical geophysics”nondestructive testing pile foundations pile inspection low strain impact test cast-in-place piles pile cap numerical simulations

1. Kapustin V.V., 2011. On the acoustic method basic physics of pile testing. Engineering Survey, No. 11, pp. 10–15. (in Russian)
2. Kapustin V.V., Vladov M.L., 2020. Technical geophysics. Methods and tasks. Geotechnics, Vol. XII, No. 4, pp. 72–85, https://doi.org/10.25296/2221-5514-2020-12-4-72-85. (in Russian)
3. Kapustin V.V., Churkin A.A., Lozovsky I.N., Kuvaldin A.V., 2018. Capabilities of seismoacoustic and ultrasonic methods for quality control of pile foundations. Geotechnics, Vol. X, No. 5–6, pp. 62–71. (in Russian)
4. Lozovsky I.N., Loseva E.S., Syasko V.A., 2022. Wavelet denoising for low strain pile integrity testing. Kontrol. Diagnostika, Vol. 25,

No. 9, pp. 36–45, https://doi.org/10.14489/td.2022.09.pp.036-045. (in Russian)
5. Mukhin A.A., Lozovsky I.N., Churkin A.A., 2019. AIGEOS LLC technical standards for the nondestructive pile integrity testing. Low strain impact method. Geotechnics, Vol. XI, No. 4, pp. 68–78. (in Russian)
6. Churkin A.A., Loseva E.S., Lozovsky I.N., Syasko V.A., 2022. Increasing the reliability of the low strain integrity testing of piles under existing structure. Kontrol. Diagnostika, Vol. 25, No. 10, pp. 24–32, https://doi.org/10.14489/td.2022.10.pp.024-032. (in Russian)
7. Churkin A.A., Khmelnitsky A.Yu., Kapustin V.V., 2022. Evaluation of soil-structure contact state by normalized acoustic response analysis. Osnovaniya, Fundamenty i Mehanika Gruntov, No. 5, pp. 17–21. (in Russian)
8. Churkin A.A., Shiribokov M.P., 2023. Experience of using the IDS-2 multi-channel pile length meter when solving geotechnical problems. GeoInfo, URL: https://geoinfo.ru/product/churkin-aleksej-andreevich/opyt-primeneniya-mnogokanalnogo-izmeritelya-dliny-svaj-ids-2-pri-resheniigeotekhnicheskih-zadach-50474.shtml?ysclid=lufvchcy1s982322849 (accessed: 18 May 2023). (in Russian)
9. Amir J.M., 2017. Pile integrity testing: history, present situation and future agenda. Proceedings of the 3rd Bolivian International Conference deep foundations, Santa Cruz de la Sierra, Bolivia, 2017, pp. 17–32.
10. Amir J.M., 2020. Integrity Testing, 2nd edition. URL: https://www.piletest.com/show.asp?id=Engineer (accessed: 04 August 2022).
11. Baxter S.C., Islam M.O., Gassman S.L., 2004. Impulse response evaluation of drilled shafts with pile caps: modeling and experiment. Canadian Journal of Civil Engineering, Vol. 31, No. 2, pp. 169–177, https://doi.org/10.1139/l03-086.
12. Gao T., 2022. A critical analysis of existing intelligent analytical techniques for pile integrity test. Proceedings of the 8th International Conference on hydraulic and civil engineering: deep space intelligent development and utilization forum (ICHCE), Xi’an, China, 2022,
pp. 740–751, https://doi.org/10.1109/ICHCE57331.2022.10042772.
13. Kharitonov A.Yu., Ulybin A.V., 2020. Low strain integrity testing of piles. Application for piles located under pile cap. Construction of Unique Buildings and Structures, Vol. 92, No. 9201, pp. 1–10, https://doi.org/10.18720/CUBS.92.1.
14. Lai J., Yang B.-H., Pan C.-L., Cheng C.-F., 2019. Boundary effects of pile cap on the integrity testing of group piles. New prospects in geotechnical engineering aspects of civil infrastructures, Proceedings of the 5th GeoChina International Conference 2018, HangZhou, China, pp. 77–88, https://doi.org/10.1007/978-3-319-95771-5_7.
15. Liao S.-T., Yu C.-P., Tong J.-H., Lai J., Chang C.-T., 2021. Improved sonic echo method with multiple receivers and amplifier to evaluate the length of capped piles. International Journal of Applied Science and Engineering, Vol. 18, No. 3, pp. 1–15, https://doi.org/10.6703/IJASE.202109_18(3).002.
16. Lozovsky I.N., Churkin A.A., 2023. Multiscale entropy analysis for slab impulse response testing, Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics, Vol. 87, No. 10, https://doi.org/10.3103/S1062873823703604 (in press).
17. Ni S.H., Li J.L., Yang Y.Z., Lai Y.Y., 2019. Applicability of complex wavelet transform to evaluate the integrity of commonly used pile types. Journal of GeoEngineering, Vol. 14, No. 1, pp. 21–30, https://doi.org/10.6310/jog.201903_14(1).3.
18. Ni S.H., Yang Y.Z., Tsai P.H., Chou W.H., 2017. Evaluation of pile defects using complex continuous wavelet transform analysis. NDT and E International, Vol. 87, pp. 50–59, https://doi.org/10.1016/j.ndteint.2017.01.007.
19. Richman J.S., Moorman J.R., 2000. Physiological time-series analysis using approximate entropy and sample entropy. American Journal of Physiology — Heart and Circulatory Physiology, Vol. 278, pp. H2039–H2049, https://doi.org/10.1152/ajpheart.2000.278.6.H2039.
20. Sajid S., Chouinard L., 2019. Impulse response test for condition assessment of concrete: a review. Construction and Building Materials, Vol. 211, pp. 317–328, https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.03.174.
21. Watson J.N., Addison P.S., Sibbald A., 1999. The denoising of sonic echo test data through wavelet transform reconstruction. Shock and Vibration, Vol. 6, ID 175750, https://doi.org/10.1155/1999/175750.
22. Wu S., Lai J., Yang B.-H., Cheng C.-F., 2015. Integrity testing of model piles with pile cap. Proceedings of the International Symposium nondestructive testing in civil engineering (NDT-CE), Vol. 47, No. 3, Berlin, Germany, 2015, pp. 1–8.
23. Zheng W., Wang S., Lin C., Yu X., Liu J., 2020. Damage localization of piles based on complex continuous wavelet transform: numerical example and experimental verification. Shock and Vibration, Vol. 2020, ID 8058640, https://doi.org/10.1155/2020/8058640.

ALEKSEI A. CHURKIN*
Gersevanov Research Institute of Bases and Underground Structures (NIIOSP), Research Center of Construction JSC; Moscow, Russia; chaa92@mail.ru
Address: Bld. 59, Ryazanskiy Ave, 109428, Moscow, Russia
Schmidt Institute of Physics of the Earth, Russian Academy of Sciences; Moscow, Russia
Address: Bld. 10, Pde 1, Bolshaya Gruzinskaya St., 123242, Moscow, Russia
ILYA N. LOZOVSKY
Schmidt Institute of Physics of the Earth, Russian Academy of Sciences; Moscow, Russia; i.n.lozovsky@yandex.ru
RUSLAN A. ZHOSTKOV
Schmidt Institute of Physics of the Earth, Russian Academy of Sciences; Moscow, Russia; shageraxcom@yandex.ru
ELIZAVETA S. LOSEVA
Saint Petersburg Mining University; Saint Petersburg, Russia; elizaveta_loseva@mail.ru
Address: Bld. 2, 21st Line of Vasilyevsky Island, 199106, Saint Petersburg, Russia
Schmidt Institute of Physics of the Earth, Russian Academy of Sciences; Moscow, Russia

Статьи из журнала

ПЕРВЫЕ ГЕОТЕХНИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО ПОКРОВА ЛУНЫ

“Геотехника”, Том XV, № 2/2023

Автор: Исаев О.Н.

Среди глобальных проблем, которые будут решаться в будущем, пожалуй, на одном из первых мест — освоение околоземного космического пространства. Для развертывания работ на ближайших к Земле планетах и астероидах всегда ...

ПОЛЕВЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ. НАКОПЛЕННЫЙ ОПЫТ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ГОРЯЧЕГО ШТАМПА

“Геотехника”, Том XV, № 2/2023

Авторы: Болдырев Г.Г., Идрисов И.Х.

Основываясь на результатах работ за период с 1960-х до средины 1990-х гг. в статье подробно рассмотрены известные исследования полевых испытаний мерзлых грунтов горячим штампом. Полевые испытания горячим штампом регламентированы в ...

ПОДГОТОВКА ИСХОДНОЙ ИНФОРМАЦИИ И РАСЧЕТ ДЕФОРМАЦИЙ НАДКАРСТОВОЙ ТОЛЩИ В ВИДЕ «МУЛЬД ОСЕДАНИЯ» ПО СХЕМЕ «ТИПОВЫХ КРИВЫХ»

“Геотехника”, Том XV, № 2/2023

Авторы: Шейнин В.И., Готман Н.З., Дзагов А.М., Челпанов П.Е.

Описываются особенности подготовки исходной информации и последовательность выполнения расчетов оседания надкарстовой грунтовой толщи по схеме «типовых кривых», используемой в расчетах для зданий и сооружений на подрабатываемых территориях. В качестве примера ...

НАДЕЖНОСТЬ ФУНДАМЕНТОВ ГАЗОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ ПРИ ВИБРАЦИОННЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ В СЛОЖНЫХ ГРУНТОВЫХ УСЛОВИЯХ КРИОЛИТОЗОНЫ

“Геотехника”, Том XV, № 2/2023

Авторы: Тюрин М.А., Белаш Т.А.

Современные фундаменты под газовое оборудование, эксплуатируемые в сложных условиях, в т.ч. на мерзлых грунтах, при воздействии динамических нагрузок часто оказываются с завышенными показателями жесткости и материалоемкости. Сокращение затрат, сроков строительства ...