Развитие нормативной регламентации неразрушающего контроля качества свайных фундаментов

Введение

Технологичность процесса и высокие темпы устройства свайных фундаментов требуют налаженной системы испытаний и контроля качества [1, 2]. Основные методы технической геофизики [3, 4], применяемые для контроля сплошности бетона и глубины заложения свай, – поверхностный сейсмоакустический и межскважинный ультразвуковой, достаточно хорошо исследованы с научной и практической точек зрения [5–11].

Переход к системе параметрического нормирования и связанные с ним изменения в работе с положениями нормативных документов [12–15] потребовали ряда связанных шагов по регламентации применения геофизики для контроля качества конструкций. Сейсмоакустический и ультразвуковой методы получили свои стандарты ГОСТ Р 71039-2023 [16] и ГОСТ Р 72171-2025 [17], фиксирующие ряд положений по их применению. Область применения документов установлена таким образом, чтобы оставалась возможность выполнения опытно-методических работ по решению специфических задач. Применение методов на практике часто позволяет изучать конструкции, подобные сваям по тем или иным параметрам [18–20].

На рис. 1 [6] представлена сравнительная диаграмма геофизических методов неразрушающего контроля свайных фундаментов, использующих различные по характеру физические принципы. Эти методы значительно различаются по распространенности, объему подготовительных работ и разрешающей способности. Курсивом даны методики, для которых в настоящий момент созданы нормативные документы. Можно заметить, что лучше всего разработан вопрос применения волновых методов.

Общие положения термометрического метода (thermal integrity profiling, TIP) отражены в ГОСТ Р 71733-2024 [21]. Последние научные исследования области применения и ограничений данной методики показывают, что сопровождавший введение метода в широкую практику в 2010-е годы ажиотаж был преждевременен – ограничения области применения метода требуют уточнения [22–24].

Синхронный выход нескольких регламентирующих документов позволит специалистам-геофизикам расширить поле деятельности с учетом возможностей комплекса полевых методов. Необходимость дальнейшего развития методов неразрушающего контроля свай обусловлена техническими сложностями, высокой стоимостью и ограниченной применимостью методов прямого контроля качества, поэтому можно рассчитывать на тот факт, что и другие методы, перечисленные на рис. 1, получат развитие, с дальнейшим включением в нормативы.

В рамках настоящего материала будут обозначены особенности регулирования применения геофизических методов и описан ряд деталей разработанных документов.

Методы исследования

Действующими нормативно-техническими документами обязательного и добровольного применения (СП 45.13330.2017 [25], СП 47.13330.2016 [26], СП 120.13330.2022 [27], СП 122.13330.2023 [28] и др.) установлена необходимость использования геофизических методов для решения следующих задач: проведение инженерно-геологических изысканий, обследование сооружений и строительных конструкций, контроль качества строительства, научно-техническое сопровождение строительства. Применительно к обследованию свайных фундаментов это в первую очередь исследование состояния уже изготовленной конструкции – на этапе выходного контроля либо в рамках оценки технического состояния сооружения.

Чтобы определить комплекс необходимых нормативных мер, коротко опишем путь нормативного регулирования неразрушающего контроля свай в последние годы. Вопросы назначения испытаний свай активно обсуждались в сообществах специалистов в минувшее десятилетие [1–3]. Упоминания методов и указания на определение объемов исследований уже содержались в текстах профильных сводов правил. На практике это приводило к ситуациям, в которых от органов технического надзора, проектировщиков и обследователей требовалось учитывать результаты геофизики в своей работе. На российском рынке появилось оборудование отечественного производства, позволяющее выполнять комплекс исследований (за исключением метода испытаний свай с волновой теорией удара).

Для отдельных методов группами специалистов разрабатывались документы уровня стандартов организаций (СТО) [2], предварительных национальных стандартов (например, ПНСТ 804-2022 [29]), методические руководства. Этапным является «Руководство по контролю качества скрытых работ геофизическими методами при строительстве подземных объектов, включая объекты метрополитена, на территории Москвы» [30], выпущенное в 2021 году, от которого можно вести отсчет появления современной нормативной документации по контролю сплошности свай [14].

Как отмечается в [3], основным направлением нормативного развития для методов технической геофизики является создание на основе существующих методик полноценных инженерно-геофизических технологий. Для этого необходимо решение нескольких задач [4]: определение применимости теоретических моделей; разработка специализированных методов обработки; построение интерпретационных моделей; наличие специализированных аппаратных и программных комплексов; подготовка нормативной и методической документации для процедуры исследования.

С учетом описанной выше специфики можно предложить следующую схему регламентации геофизического метода (рис. 2), опирающуюся на три направления:

– разработка документов, регламентирующих работу специалиста в полевых и камеральных условиях;

– уточнение области применения метода за счет его включения в документы, отвечающие за назначение объемов исследований;

– разработка рекомендаций и указаний по работе с результатами геофизики.

Рассмотрим подробнее реализацию первого направления на примере новейших нормативных документов.

Результаты

Разработка стандартов осуществлялась по государственным заданиям по реализации комплекса мероприятий по развитию нормативной технической базы в области строительства по приоритетным для государства направлениям. К процессу разработки привлекались специалисты научных и производственных организаций, зарекомендовавших себя в использовании регламентируемых методик.

Первым национальным стандартом, регулирующим неразрушающий контроль бетона свай, стал ГОСТ Р 71039-2023 [16] (рис. 3a). Помимо Руководства [30] текст стандарта опирался на СТО ЭГЕОС 1-1.1-001-2018 [31] и международный стандарт ASTM D6760-16 [32].

Аспектом стандартизации стали основные требования к проведению испытаний, включая:

– требования к методике проведения испытаний (зафиксировано положение о минимальном шаге между соседними измерениями по профилю, ранее игнорируемое многими испытателями [2]);

– требования к подготовке конструкции к проведению испытаний (включая рекомендации к количеству труб доступа в зависимости от диаметра сваи);

– требования к применяемой аппаратуре (необходимость соответствовать им уже благотворно сказалась на отечественном приборном парке – ООО НПП «Интерприбор» был выпущен аппаратный комплекс «ДБС-2», не уступающий зарубежным аналогам);

– требования к обработке результатов испытаний (включая указание на расчет нормального значения скорости на профиле и параметра затухания сигнала);

– требования к интерпретации результатов испытаний (включая критерии выделения ультразвуковых аномалий, опирающиеся не только на российскую, но и на зарубежную практику [4, 6]).

Следующим методом, вошедшим в документ уровня национального стандарта, стал термометрический метод (рис. 3б). В рамках ГОСТ Р 71733-2024 [21], основные положения метода были описаны в разделе 5 «Методы контроля качества монолитных и фундаментных конструкций» (табл. 1).

Последние научные исследования в области применения метода показали, что для TIP (thermal integrity profiling, термометрический метод) все еще остается много вопросов, не позволяющих конкретизировать этапы анализа данных (по аналогии с критериями выделения ультразвуковых аномалий).

В [22] показано, что на условия регистрации могут повлиять значительные изменения температуры окружающего сваю грунта. В [23] показано, что ряд фундаментальных для методики вопросов также изучен слабо. К ним отнесены: оценка оптимального времени для проведения измерений; воздействие различных параметров дефектов на тепловое поле; размер зоны, непосредственно определяющей показания датчиков; минимальный локализуемый размер дефекта. Результаты экспериментов показали, что оптимальное время для мониторинга расположено не вблизи температурного пика гидратации, а около 60 % от времени достижения максимальной температуры; минимальный обнаруживаемый размер дефекта составляет не менее 4 % от площади поперечного сечения (что ставит под сомнение возможность успешного контроля состояния защитного слоя). В [24] на основе анализа данных метода обучена модель нейронного классификатора, показавшая высокую эффективность. При этом показано, что наихудшим образом выделяются дефекты, расположенные на удалении от установленных в теле конструкции датчиков, вплоть до полной их незаметности.

Это означает, что разработка отдельного национального стандарта в настоящий момент не позволит повысить достоверность применения метода, требуется накопление и анализ результатов испытаний.

Наконец, ГОСТ Р 72171-2025 [17] утвержден приказом Росстандарта от 01 июля 2025 года № 659-ст и вступит в силу с 1 января 2026 года взамен ПНСТ 804-2022 [29].

Стандарт распространяется на железобетонные буронабивные, забивные, вдавливаемые, набивные сваи, барретты и устанавливает порядок проведения неразрушающего контроля длины и сплошности бетона свай сейсмоакустическими методами (рис. 4). Положения стандарта распространяются на исследования, выполняемые на этапе строительства или обследования конструкций. Помимо специалистов НИИОСП им. Н.М. Герсеванова в состав команды разработчиков вошли признанные эксперты в области применения сейсмоакустических методов из МГУ им. М.В. Ломоносова, ЦГЭМИ ИФЗ РАН, ООО «ОЗИС-Венчур».

Отличительной особенностью данного документа стало включение в него информации по нескольким вспомогательным методикам сбора и анализа данных, описанным в [4, 5]. В стандарте даны основные положения:

– поверхностного сейсмоакустического метода, включая вопросы обследования свай в составе ростверков и действующих сооружений, и вопрос статистической обработки результатов при сплошном контроле качества свай фундамента;

– профилирования с общим пунктом возбуждения/ультрасейсмического метода (профилирование ОПВ, ultraseismic testing);

– параллельного сейсмического метода (parallel seismic testing, PSM);

– метода анализа частотной характеристики/метода анализа кривой мобильности (steady-state frequency response, mobility response analysis).

Основным аспектом стандартизации в рамках разработанного документа стало обозначение возможностей и ограничений сейсмоакустических методов, применяемых для оценки длины и сплошности бетона свайных фундаментов.

Документ призван не только нормализовать и упростить работу инженерам-испытателям, но также: помочь проектировщикам в определении методов исследования в зависимости от особенностей обследуемой конструкции; дать органам технического надзора необходимую информацию для организации контроля качества за выполнением сейсмоакустического контроля; дать возможность специалистам-геофизикам использовать малораспространенные методики обследования с опорой на нормативную базу; простимулировать российских производителей геофизического оборудования к разработке новых поколений приборов для выполнения испытаний сейсмоакустическими методами.

Процесс развития нормативной регламентации применения геофизических методов в рамках инженерных и геотехнических изысканий, открытый вопросом контроля качества свай, уже им не ограничивается. Вышли ГОСТ Р 71757-2024 [33] и ГОСТ Р 71771-2024 [34], регламентирующие выполнение работ методами вертикального электрического зондирования и электропрофилирования. В разработке находится проект национального стандарта «Инженерные изыскания. Геофизические исследования. Метод электротомографии».

Начатая с ГОСТ Р 71039-2023 [16] систематическая работа по созданию и внедрению стандартов в области применения методов технической и инженерной геофизики при решении специфических задач капитального строительства будет продолжена.

Заключение

Геофизические методы, наиболее распространенные при неразрушающем контроле качества свайных фундаментов (сейсмоакустический метод и его модификации, межскважинный ультразвуковой метод), в настоящий момент получили необходимую подробную регламентацию в национальных стандартах ГОСТ Р 71039-2023 [16] и ГОСТ Р 72171-2025 [17].

За счет выхода стандарта ГОСТ Р 71733-2024 [21], регламентирующего назначение геофизических методов (включая термометрический метод контроля качества свайных фундаментов) при контроле качества скрытых работ, обеспечена возможность по накоплению информации о возможностях и ограничениях вспомогательных методик обследования.

Перспектива развития нормативной регламентации состоит в дальнейшей гармонизации выпущенных стандартов с действующими сводами правил и ГОСТами, чтобы упростить взаимодействие с результатами геофизических исследований для специалистов-геотехников. Кроме того, требуется дальнейшее накопление эмпирического материала о результативности применения геофизического комплекса, что позволит дорабатывать документы на этапах их пересмотра в будущем.