Оборудование для прессиометрических испытаний

Предприятие Геотест выпускает несколько модификаций радиального электровоздушного прессиометра ПЭВ 89МК, предназначенного для испытания грунтов в скважинах боковым давлением в соответствии с ГОСТ 20276.2–2020.

Прессиометр ПЭВ-89МК

Прессиометр ПЭВ-89МК выпускается с 2006 года, предназначен для проведения испытаний в полуавтоматическом режиме. С момента разработки в конструкции прессиометра мало что изменилось. Он показал себя простым в использовании и надёжным прибором.

Основные проблемы, с которыми обращаются к нам для ремонта Заказчики- это разрыв оболочки и поломка штоков датчиков перемещений. На наш взгляд, это связано только с ошибками исполнителей при работе с прессиометром. Часто при установке прессиометра на отметку испытания зонд прессиометра, посредством буровой установки, вдавливают в оплывшую скважину, что и приводит к разрыву оболочки. То же самое происходит и при извлечении зонда прессиометра из оплывшей или осыпавшейся скважины, а иногда, «по запарке», исполнители пытаются извлечь из скважины зонд, не сбросив при этом давлением в нём.

При установке в скважину обсадных труб и аккуратной установке зонда на отметку испытаний (что мы всегда и рекомендуем) этих проблем можно избежать. Поломка штоков датчиков происходит при проведении испытаний в скважинах с начальным диаметром большее 100 мм, что является нарушением требований ГОСТ 20276.2–2020 к подготовке скважины для прессиометрических испытаний или при испытании слабых грунтов.

Испытания слабых грунтов прессиометром- это отдельная тема, но иногда наши Заказчики пытаются это сделать с использованием наших прессиометров в обычном порядке.

Как известно, для испытаний слабых грунтов есть насколько способов, которые могут быть реализованы, в том числе и посредством электровоздушных прессиометров ПЭВ 89МК.

Первый из них — подъём обсадных труб на отметке испытания, второй — испытания под глинистым раствором. Оба способа достаточно трудоёмкие и требуют специального оборудования, поэтому не популярны у изыскателей, но по другому- никак: или самозабуривающийся прессиометр, которых у нас нет, или лопастной прессиометр Л.С. Амаряна. Так что, извините…

В состав комплекта ПЭВ-89МК входят следующие основные узлы: зонд прессиометра с пневмомагистралью, манометрическая головка с редуктором, ресивер и измерительный прибор контроллер ТЕСТ-ПРК.

В зонде прессиометра установлено шесть индуктивных датчиков для измерения перемещений оболочки.

Пневмагистраль длиной от20 до 50 метров служит для подачи в зонд воздуха и коммутации датчиков перемещений с измерительным прибором (контроллером ТЕСТ ПРК).

Манометрическая головка с редуктором и ресивером, служат для регулирования и поддержания постоянного давления воздуха на ступени. В ресивере хранится запас сжатого воздуха для проведения опыта, который может быть пополнен в любой момент посредством автомобильного насоса.

Контроллер ТЕСТ-ПРК выполняет функции измерительного прибора, который позволяет проводить опыт в полуавтоматическом режиме. В процессе опыта он питает, оцифровывает и нормирует сигналы датчиков, показывает результаты измерений на цифровом дисплее, сохраняет отсчёты с заданным интервалом времени и, при подключении к ПК, передаёт их из внутренней памяти в программу обработки. Одновременно копия результатов измерений сохраняется на внешнем флешдиске.

Для проведения опыта зонд прессиометра посредством троса или буровых штанг, устанавливают на отметку испытания. До отметки испытания, независимо от вида грунтов, скважина должна быть обсажена трубой большего диаметра, например 127,146 мм, а участок для испытания бурится коронкой 89 мм ниже забоя скважины на 1.0–1.2 метра, причём диаметр этого участка скважины не должен превышать 100 мм.

Прессиометр на отметку испытания устанавливается сразу после бурения, при этом тщательно контролируется его положение в скважине- для этого можно использовать миниатюрную видеокамеру (есть в свободной продаже).

Зонд прессиометра должен полностью находиться в пределах участка скважины, подготовленного для испытаний, диаметром менее 100 мм, Ресивер с воздухом присоединяют к манометрической головке, к ней подключают также пневмомагистраль и измерительный прибор ТЕСТ-ПРК.

Оператор в процессе проведения опыта может находиться вблизи скважины или на расстоянии нескольких метров от неё, в зависимости от длины пневмомагистрали. Например, в КУНГе или в салоне автомашины. Рядом с оператором, для контроля и управления опытом, располагаются манометрическая головка с ресивером и измерительный прибор ТЕСТ-ПРК.

В контроллер ТЕСТ-ПРК вводятся Исходные Данные, которые включают: номер опыта, глубину испытания, вид грунта (пески, суглинки или глины), режим испытания (быстрый или медленный), и схему нагружения (нагрузка или нагрузка- разгрузка).

На основании Исходных Данных, контроллер, в соответствии с ГОСТ 20276.2–2020, во внутреннем СПО выбирает Программу испытаний для заданного вида грунта и назначает нагрузочно-временные параметры опыта (величина первой и последующих ступеней нагрузки, интервал снятия отсчётов и время для проверки критерия стабилизации).

На дисплее высвечивается величина давления для первой ступени нагрузки. Оператор, посредством редуктора, задаёт нужное давление, контролируя его величину на дисплее и запускает выполнение опыта. Контроллер начинает сохранение опытных данных с заданным интервалом времени и проверку критерия стабилизации (КС).

При выполнении КС, контроллер подаёт звуковой сигнал и предлагает задать следующую степень нагрузки, величина которой показана на дисплее контроллера, и опыт продолжается. Вся текущая информация во время проведения опыта, а именно: № ступени, время, величина давления в зонде и текущий диаметр зонда отображается на дисплее контроллера. Завершение опыта происходит по команде оператора при достижении заданного предельного давления. При выборе схемы нагружения «нагрузка-разгрузка», испытания продолжаются в режиме разгрузки.

Такой пользовательский интерфейс позволяет проводить опыты специалистам невысокой квалификации и избегать ошибок при назначении нагрузочно-временных параметров испытания и протоколировании результатов.

При задании Исходных Данных все параметры испытания назначаются контроллером автоматически в соответствии с ГОСТ 20276.2–2020 по формальным признакам: глубина испытания, вид и состояние грунта, а в процессе проведения опыта Оператору даются подсказки для назначения давления для ступеней.

Объём опытных данных, сохранённый в контроллере и переданный в ПК для обработки, позволяет объективно оценить корректность проведения опыта. .

Тарировка прессиометра выполняются при его изготовлении, результаты сохраняются в памяти контроллера и передаются в Программу обработки наряду с опытными данными. В процессе эксплуатации прессиометра, для проверки состояния измерительной системы, требуется лишь выполнение простых тестов по измерению диаметра контрольной трубы, входящей в состав комплекта.

Некоторые детали.

Прессиометр ПЭВ 89МК поддерживает методики испытаний грунтов по медленному (0.1) и быстрому (0.1) режиму, в соответствии с ГОСТ 20276.2–2020, с критерием стабилизации 0.1 мм. Учитывая, что реальное цифровое разрешение прессиометра составляет 30мм / 2500 делений = 0.012 мм, в соответствии с Примечанием 2 к Таблице 2 ГОСТ 20276.2–2020, формально можно принять более жёсткий критерий стабилизации (КС), например в два раза меньше 0.05 мм и пропорционально сократить при этом время условной стабилизации.

При этом появляются ещё два, вполне корректных, режима для проведения испытаний: медленный (0.05) и быстрый (0.05), которые реально сокращают время проведения опыта на 20–30%.

Эти настройки во внутреннем СПО контроллера и в Программе обработки результатов испытаний PNEUMATOR можно сделать индивидуально, по просьбе Заказчика, но при этом возможны вопросы со стороны Экспертизы…

Подробное техническое описание прессиометра ПЭВ-89МК- на сайте, в Информационном листке.

Прессиометр ПЭВ-89МК + Терминал Блок П

Предназначен для проведения прессиометрических испытаний в полуавтоматическом режиме с трансляцией данных на удалённый компьютер (ноутбук).

Его основное отличие от ПЭВ-89МК состоит в том, что в состав комплекта дополнительно входит беспроводной терминал передачи данных- Блок П, который размещается на штативе рядом с местом испытания. Он имеет автономное питание и подключается к пневмомагистрали прессиометра.

Терминал Блок П обеспечивает питание индуктивных датчиков перемещений, установленных в зонде прессиометра, выполняет аналогово-цифровое преобразование сигналов, анализ и передачу опытных данных на удалённый компьютер через радиоинтерфейс ZigBee.

Подготовку опыта выполняют аналогично прессиометру ПЭВ-89МК, но вместо контроллера ТЕСТ-ПРК, к разъёму пневмомагистрали подключают Блок П. При работе оператор с манометрической головкой и компьютером располагается в удобном месте на расстоянии до 30 метров от скважины.

Посредством ПО компьютера оператор выбирает вариант Исходных данных, соответствующий конкретным условиям опыта. В соответствии с исходными данными и требованиями ГОСТ 20276.2–2020 автоматически назначаются нагрузочно-временные параметры для проведения испытания, включается таймер и начинается трансляция отсчётов датчиков перемещения и давления в ПК с заданным интервалом времени. При этом проверяется критерий стабилизации и, при его выполнении, на мониторе ПК появляется сообщение о величине следующей ступени нагрузки. Оператор, управляя давлением посредством редуктора, задаёт следующую ступень. И так до завершения опыта.

Все опытные данные сохраняются в программе обработки результатов испытаний Pneumator, и в процессе проведения опыта представлены на мониторе в графическом и цифровом виде. Посредством ПО, установленного на компьютере, оператор может одновременно проводить несколько опытов с разными прессиометрами.

Контроллер ТЕСТ-ПРК входит в комплект и выполняет функции «Резервного прибора», который штатно используется при выходе из строя основного оборудования (компьютер или Блок П). Подробное описание комплекта ПЭВ 89МК + Блок П, в ИЛ на сайте.

Прессиометр ПЭВ 89МК + БД1

Прессиометр ПЭВ 89МК + БД1 предназначен для автоматизации испытаний грунтов прессиометрами.

Блок давления БД1 был разработан 2019 году для работы с прессиомером ПЭВ 89МК и винтовым штампом ШВ60+КРП1 для проведения испытаний в автоматическом режиме без участия Оператора, под управлением контроллеров ТЕСТ ПРК или ТЕСТ ШВК.

Блок давления БД1 может поставляться как отдельная опция к стандартному комплекту ПЭВ 89МК или Штампу ШВ60 + КРП1. Для этого при поставке Блока БД1 необходимо в контроллеры ТЕСТ ПРК или ТЕСТ ШВК загрузить новую версию СПО. После чего комплект будет работать как по старой схеме, в полуавтоматическом режиме, так и в автоматическом режиме с БД1 под управлением контроллера.

Технические характеристики и краткое описание работы БД1 в составе указанных комплектов, приведены в ИЛ на сайте, а подробное описание работы с данным устройством, приведено в Руководстве по эксплуатации (РЭ) для ПЭВ 89МК и ШВ60+КРП1.

Комплект ПЭВ 89МК + Блок УБ1

Предназначен для проведения испытаний в полуавтоматическом режиме с сохранением результатов испытаний на микрокомпьютере (МК) илиПК.

Блок УБ1 является универсальным устройством, он применяется при испытаниях грунтов прессиометрами ПЭВ-89МК вместо контроллеров ТЕСТ-ПРК, а при проведении испытаний грунтов штампами ШВ60 и ШП20 вместо контроллеров ТЕСТ ШВК. Испытания проводятся в полуавтоматическом режиме в соответствии с ГОСТ 20276.2–2020 «Грунты. Метод испытания радиальным прессиометром».

Блок УБ1 осуществляет приём и усиление аналоговых сигналов от индуктивных измерителей перемещений зонда прессиометра или Измерителей Э и датчика пневматического давления, расположенного в пневмомагистрали зонда прессиометра или, в случае работы с комплектами ШВ60+КРП1 и ШП20+КРП1/ВД), в пневмо- или гидромагистрали комплектов КРП1 или КРП1/ВД.

Выполняет оцифровку сигналов и транслирует результаты измерений по бескабельному каналу в программу Pneumator для представления, сохранения и последующей обработки опытных данных. До начала испытания в Программу Pneumator вводятся Исходные данные опыта, в соответствии с которыми выбираются нагрузочно — временные параметры испытания в соответствии с методикой ГОСТ 20276.2–2020.

В процессе испытания Оператор, следуя рекомендациям программы, устанавливает необходимые ступени нагрузки, а Блок УБ1 транслирует результаты измерений с заданным шагом по радиоканалу Bluetooth на удалённый ПК для визуализации данных измерений и их сохранения в Базе данных Программы PNEUMATOR для последующей обработки.

Наблюдение за ходом испытания в режиме реального времени позволяет внести изменения в параметры испытания, например: увеличить количество ступеней нагрузки, скорректировать предельное давление или незамедлительно перейти к режиму разгрузки, а также экстренно завершить испытание, в случае нештатной ситуации. После завершения испытания, или когда угодно, программа Pneumator позволяет обработать результаты в соответствии с 20276.2–2020.

Технические характеристики УБ1 и краткое техническое описание устройства приведены в ИЛ на сайте.

Прессиометр ПЭВ-89МК + комплект КАП2

Прессиометр ПЭВ-89МК + комплект КАП2 предназначен для проведения прессиометрических испытаний под управлением удалённого ПК (ноутбука) в автоматическом режиме.

В комплект автоматизации КАП2 входит пневмоблок CAP2 и ПО Pneumator. Использование комплектов автоматизации позволяет существенно снизить трудоёмкость испытаний и повысить достоверность, т.к после ввода Исходных Данных и запуска испытания опыт проводится автоматически без участия Оператора.

Подготовку опыта выполняют аналогично, но в данном случае, к пневмомагистрали, вместо контроллера ТЕСТ-ПРК, подключают пневмоблок CAP2. К специальным портам Пневмоблока подключают ресивер, автомобильный электрический компрессор и пневмомагистраль прессиометра. Пневмоблок устанавливают вблизи скважины на штативе, а его автономное питание осуществляется от аккумуляторной батареи.

На удалённом компьютере запускают ПО Pneumator и устанавливают двусторонний радиообмен с Пневмоблоком CAP2 на расстоянии до 20 метров. Посредством ПО компьютера, оператор выбирает во внутренней памяти Пневмоблока CAP2 вариант Исходных Данных, соответствующий конкретным условиям данного опыта и запускает программу его выполнения. При необходимости Оператор может назначить свои оригинальные Исходные Данные и сохранить их во внутренней памяти Пневмоблока для дальнейшего многократного использования.

В соответствии с принятым вариантом Исходных Данных внутреннее СПО Пневмоблока CAP2 назначает нагрузочно-временные параметры для проведения опыта и включает таймер. Пневмоблок устанавливает давление в зонде, соответствующее первой ступени нагрузки и начинает сохранение отсчётов с заданным интервалом, проверяя критерий стабилизации.

При выполнении критерия стабилизации, пневмоблок увеличивает давление до величины следующей ступени и автоматически поддерживает его, и так до последней ступени нагрузки. После достижения максимального давления, Пневмоблок CAP2 завершает опыт и снижает давление в зонде прессиометра до нуля.

Во время проведения опыта Пневмоблок поддерживает оптимальное давление воздуха в ресивере посредством электрического автокомпрессора. Возможны варианты испытаний в режиме «нагрузка — разгрузка», «повторное нагружение — разгрузка» и другие.

Все испытание выполняются автоматически, а данные испытания транслируется на удалённый ПК для контроля за ходом опыта; при этом все результаты сохраняются в Базе данных программы Pneumator для дальнейшей обработки. При проведении испытания оператор может в любой момент внести корректировки в программу проведения опыта.

Возможен и вариант полностью автономной работы комплекта КАП2, когда испытание проводится по заданной программе только под управлением СПО Пневмоблока CAP2.

В этом случае оператор задаёт Исходные Данные, запускает программу выполнения опыта, и … выключает ПК.

Пневмоблок CAP2 проводит и завершает опыт по выбранной программе и сохраняет опытные данные во внутренней памяти. Они могут быть переданы в ПК по запросу Программы обработки результатов испытаний. В памяти пневмоблока сохраняются результаты 10–15 полноценных опытов.

Во время проведения испытания комплектом ПЭВ 89МК + КАП2 в автономном режиме Контроль за ходом опыта можно вести посредством ноутбука.

В ПО Пневмоблока CAP2 и ПО Pneumator заложены все методики испытаний, предусмотренные ГОСТ 20276.2–2020, с критерием стабилизации КС=0.1 мм за время УС, а для упрощения ввода Исходных Данных в ПО предусмотрены стандартные варианты испытаний для различных видов и состояний грунтов.

При форсмажорных обстоятельствах и выходе оборудования из строя (пневмоблок CAP2 или компьютер), испытания могут быть продолжены с использованием контроллера ТЕСТ-ПРК.

Технические характеристики и краткое техническое описание комплекта КАП2 приведено на сайте.

В статье дана краткая информация о комплектах прессиометрического оборудования, выпускаемого предприятием Геотест, и рассмотрены особенности работы всех модификаций.

Надеюсь, что эта информация будет полезной для наших Заказчиков и поможет им выбрать оборудование, которое наиболее полно соответствует их производственным задачам и профессиональной квалификации исполнителей.

С Уважением, главный специалист АО «Геотест»,
к.т.н. Е. Л. Пылаев, 10.10.2020