Пьезометр

Что такое пьезометр?

Пьезометр, также называемый измерителем порового давления, используется для измерения давления поровой воды в почве, грунте/скальных породах, фундаментах и бетонных конструкциях. На этом применение пьезометра не исчерпывается. С его помощью также можно получить достоверные количественные данные о величине и распределении порового давления, а также о его изменении с течением времени. Данный геотехнический датчик помогает оценить характер просачивания, зоны потенциальной просадочности и эффективность предпринятых мер по борьбе с этими явлениями. Пьезометр также используется для измерения уровня воды в резервуарах, колодцах и скважинах.

Что измеряет пьезометр?

Давление, которое создаёт вода, содержащаяся в порах грунта, бетонных конструкций или горных пород, принято называть давлением поровой воды. В любой приборной схеме для геотехнических или геоструктурных исследований, связанных с крупными инженерными сооружениями, такими как высокие здания, плотины, подземные туннели и т.д., измерение давления поровой воды (также известное как пьезометрический уровень) играет важную роль. Пьезометры измеряют поровое давление, что помогает контролировать поведение конструкции после того. как строительство завершено.

Датчик указывает на потенциально опасные условия, которые могут негативно повлиять на устойчивость сооружения, его фундамента и вспомогательного оборудования. Он также предоставляет исходные данные для совершенствования конструкции, что способствует более безопасному и экономичному проектированию и строительству.

Воздействие воды в порах грунта или горной породы приводит к снижению несущей способности грунта или горной породы. Этот эффект становится более выраженным при повышении давления поровой воды, что может привести к полному разрушению несущей способности грунта. В связи с этим, при изучении порового давления можно выделить следующие основные цели:

• Определение уровня и характера течения грунтовых вод
• Определение характера течения воды в земляных, каменно-набросных и бетонных плотинах и их основаниях и выделение фреатической линии.

Применение пьезометров

Пьезометры используются для следующих целей:

• Контроль строительства, исследование устойчивости и мониторинг земляных плотин, насыпей, фундаментов, неглубоких подземных работ и открытых выемок.
• Определение уровня подъема и перепадов порового давления в фундаментах, насыпях, примыканиях и отсыпках.
• Гидрологические исследования, изучение давления подземных вод и работы по водоснабжению.
• Исследования порового давления, связанные с отходами и окружающей средой.
• Мониторинг порового давления для улучшения и стабилизации грунтов и устойчивости склонов.
• Рекультивация земель в районах с высокой плотностью населения в прибрежных регионах для строительства автомагистралей, многоэтажных сооружений, портовых терминалов или рекреационных объектов.

Почему пьезометры с применением вибрирующей проволоки являются лучшими?

Пьезометры с вибрирующей проволокой измеряют давление поровой воды в полностью или частично насыщенном грунте и горной породе. Частотный выход пьезометров Encardio Rite не подвержен влиянию внешних шумов. Он может выдерживать влажную проводку, которая часто встречается в геотехнических приложениях, и обеспечивает передачу сигналов на большие расстояния. Он также находит применение при измерении положительного или отрицательного порового давления в грунте, бетонном массиве или горной породе.

Конструкция пьезометра включает чувствительную мембрану из нержавеющей стали, магнитный высокопрочный растягивающийся провод, керамический фильтр нижнего слоя воздуха, термистор, уплотнение "стекло - металл" и корпус из нержавеющей стали, устойчивый к ржавлению и коррозии.

Вибропроводной пьезометр - принцип работы

Принцип работы пьезометра с вибрирующей проволокой заключается в следующем. Устройство состоит из магнитной высокопрочной натянутой проволоки, один конец которой закреплен на якоре, а другой - на мембране, отклоняющейся пропорционально приложенному давлению. При изменении давления мембрана прогибается соразмерно, что влияет на напряжение в натянутой проволоке. Таким образом, любое изменение порового давления напрямую влияет на натяжение проволоки.

Проволока притягивается магнитом катушки.

Пропорционально натяжению проволоки она резонирует с частотой "f", которая может быть определена следующим образом
  f = [σ g/ ρ]1/2/ 2l Гц
  где σ = натяжение проволоки
     g = гравитационная постоянная
     ρ = плотность проволоки
     l = длина провода

Резонансная частота, с которой вибрирует проволока, индуцирует переменный ток в магнитной катушке. Поровое давление пропорционально квадрату частоты, и регистратор показаний Encardio Rite модели EDI-54V может отображать его непосредственно в инженерных единицах.

Ассортимент вибрационных проволочных пьезометров Encardio Rite

Вибропроводные пьезометры выпускаются различной мощности. Вибрирующий провод и катушечный магнит заключены в корпус из нержавеющей стали и приварены к мембране электронным лучом. В результате внутри датчика создается вакуум порядка 1/1000 Торр, что делает его невосприимчивым к воздействию воды и других агрессивных веществ, которые могут присутствовать в воде. Поскольку пьезометр выполнен из нержавеющей стали, он не подвержен обычной химической коррозии в местах его эксплуатации.

В каждый пьезометр встроен термистор для контроля температуры и, при необходимости, для внесения температурной поправки в нулевое показание. Триполярный плазменный предохранитель от импульсных перенапряжений внутри корпуса преобразователя защищает от воздействия скачков напряжения, возникающих при прямых или косвенных ударах молнии.

При этом обычно используется керамический плоский фильтр с низкой пропускной способностью воздуха толщиной 3 мм и размером зерен 40-60 мкм. Вода, просачиваясь через внутренние поры или швы в скальных породах оснований плотин, бетонной массе сооружений, грунте оснований сооружений, почве мелиорированных земель и т.д., проходит через фильтр и оказывает давление на мембрану. В зависимости от назначения выпускаются фильтры с различными значениями пористости и воздухопроницаемости.

• Модель Encardio Rite EPP-30V представляет собой свариваемый электронным лучом прочный вибрирующий проволочный пьезометр, предназначенный для контроля порового давления в тяжелых конструкциях, таких как земляные/каменные плотины и монолитный бетон, во время строительства, а также для последующего долгосрочного мониторинга после окончания строительства.
• Пьезометр Encardio Rite модели EPP-40V с малым диаметром (19 мм) специально разработан для контроля порового давления при проведении строительных работ в скважинах малого диаметра. Кроме того, он оснащен штыревым разъемом под пайку "стекло-металл" для удобства подключения кабеля.
• Пьезометр низкого давления Encardio Rite модели EPP-60V предназначен для контроля низких поровых давлений. Он широко используется для измерения осадки и уровня/давления воды в скважинах.
• Модель Encardio Rite EPP-50V представляет собой пьезометр вставного типа, предназначенный для измерения давления поровой воды в мягких грунтах/глинах и на свалках. На одном конце он имеет заостренный конус, а на другом - резьбу для крепления бурового стержня.
• В датчике для измерения повышенного давления Encardio Rite модели EPP-20V применена новейшая технология вибропроводов, обеспечивающая дистанционное цифровое считывание данных о давлении жидкости и/или воды в стояках, скважинах и насыпях.
• Модель Encardio Rite EPP-10 представляет собой пьезометр с пористой трубкой, состоящий из пористого наконечника, покрытого геотекстильной оболочкой, стояка из ПВХ, подходящих адаптеров и торцевой заглушки.
• Открытый стояк Encardio Rite модели EPP-10SP предназначен для измерения уровня грунтовых вод и его изменения во времени. Он состоит из трубы, герметичной по всей длине, и устанавливается в скважину.
• Индикатор уровня воды Encardio Rite модель EPP-10/6 используется для измерения глубины залегания грунтовых вод в стояках, скважинах и колодцах.
• Устройство для измерения давления подъема Encardio Rite модели EPU-20G состоит из перфорированной/неперфорированной трубы диаметром 50 мм достаточной прочности.

Особенности пьезометра Encardio Rite

• Надежность, точность, низкая стоимость и простота считывания показаний.
• Защищен от грозовых разрядов.
• Легко устанавливается в стояках, резервуарах под давлением и идеально подходит для подземных работ.
• Герметично изолирован в условиях вакуума 0,001 Торр; конструкция из нержавеющей стали.
• Для дополнительного измерения температуры предусмотрен термистор.
• Возможно измерение отрицательного давления. Не ограничивается глубиной воды в пределах 5 м от станции наблюдения, как в случае с двухтрубными пьезометрами.
• Очень малая величина временной задержки.
• Передача сигнала в виде частоты по кабелю большой длины.