Неравномерная осадка фундаментных конструкций металлических резервуаров является одним из деформационных показателей, доступных с помощью данных с датчиков и использованию системы мониторинга конструкций (СМК).
Традиционная схема контроля за осадкой сооружения предполагает выполнение ручных геодезических наблюдений от неподвижных пунктов высотной сети (реперов). Требования по точности таких наблюдений достаточно строгие, поэтому здесь необходимо проведение высокоточных работ. В зависимости от категории сооружения и условий наблюдений на площадке стоимость цикла геодезического мониторинга резервуара варьируется от 50 000 до 300 000 рублей. Эта цифра может быть и выше, если измерения необходимо проводить в удалённых районах.
Проведение геодезических работ может быть затруднено дополнительными конструкциями, которые широко применяются для защиты резервуаров и их оснований. В частности, это относится к мониторингу изотермического резервуара или резервуара с защитной стенкой.
Альтернативным способом контроля осадки может быть автоматизированная система мониторинга на базе контактных датчиков физических величин различной конструкции.
Обзор автоматизированных систем контроля осадки
Автоматизированная система контроля осадки может быть реализована с помощью точечных, линейных или комбинированных измерительных систем.
Наиболее распространённая в России схема — установка поверхностного наклономера в нескольких точках по периметру фундамента. Прибор регистрирует изменения угла наклона фундаментной конструкции вследствие развития деформационных процессов. Далее, с помощью математических преобразований полученные данные сравнивают с допустимыми значениями крена и осадки. В данных типах приборов чувствительный элемент размещён в корпусе, который прикрепляют к наблюдаемой конструкции. Наклономер может быть построен на различных типах чувствительных элементов и иметь различные типы выходного сигнала. Определяющими факторами при выборе прибора является точность прибора и длина межсервисного интервала. «СОДИС Лаб» использует в составе своих систем наклономер IC6656 производства компании RST Instruments (Канада).
Рисунок 1. Поверхностный наклономер IC6656
Его основные характеристики:
- Диапазон: ±15°.
- Разрешение: ±2 угл. сек. (±0,0006°) (0,01 мм/м).
- Нелинейность: ±0,0125 % полной шкалы. (±0,002°) (0,03 мм/м).
- Датчик: акселерометр МЭМС (микроэлектромеханические системы), двухосевой.
- Тип выходного сигнала: цифровой, RS-485.
В качестве альтернативного варианта измерения относительных осадок можно использовать балочный наклономер. В этом случае чувствительный элемент датчика измеряет угол наклона стеклопластиковой балки, соединяющей две точки. Данный вариант используется для реализации линейной схемы наблюдений, которая предпочтительнее для некоторых конструкций фундаментов резервуаров. Кроме того, данный тип наклономеров может применяться для контроля крена внутренней оболочки изотермического резервуара.
Например, для подобного рода измерительных схем можно использовать одноосевой наклономер IC6018 на трёхметровой балке IC6032, производства компании RST Instruments.
Рисунок 2. Балочный наклономер IC6018
Интересной особенностью данного типа приборов является скользящий узел крепления к поверхности, который должен обеспечивать возможность перемещения в измеряемой плоскости.
Ещё одним вариантом реализации линейной схемы может быть горизонтальный инклинометр Measurand SAAX, который поставляется в виде готовых сборок с сегментами длиной 1 м. Данный прибор устанавливается в направляющую трубу (кондуктор) диаметром 27–54 мм, которую прикрепляют к конструкции или размещают в теле насыпи.
Рисунок 3. Сегментный инклинометр Measurand SAAX
Основные характеристики прибора:
- Точность системы SAAX: ±0,5 мм для сборки длиной 30 м.
- Точность сегмента: ±0,0050° (0,09 мм/м).
Данный прибор выпускается и в версии для вертикальных измерений, и может быть использован для контроля деформации стенок резервуаров.
Рисунок 4. Гидронивелир модель SS5010
Помимо систем, основанных на измерениях углов, для контроля осадки могут применяться и другие типы приборов. Например, для объектов с малыми перепадами высот основания, может быть применена система гидронивелирования. Данный тип аппаратуры использует принцип сообщающихся сосудов. Гидронивелиры закрепляются на основании резервуара и соединяются между собой шлангами, в одном из которых циркулирует рабочая жидкость, а в другом воздух. При изменении превышения между датчиками, возникает дополнительная разность давлений, которая регистрируется встроенным в гидронивелир датчиком. Измеренные значения передаются на щит сбора данных по сигнальным кабелям.
Другим вариантом контроля осадки может быть скважинный экстензометр. Данный прибор позволяет измерять осадку фундамента относительно условно несжимаемых толщь грунтового массива в основании резервуара.
Для установки прибора бурят измерительную скважину и закрепляют якорь на глубине, на которой прогнозные деформации пренебрежимо малы. Измерительный блок размещают на поверхности, соединяя его с исследуемой конструкцией. Физическая связь между якорем и измерительным блоком обеспечивается стержнем в чехле. Данный тип датчика также может применяться в комбинации с другими типами измерительной аппаратуры, так как по сути своей представляет автоматизированный нивелирный репер.
Пример реализации комбинированного подхода к мониторингу осадки резервуара
В примере, приведённом на фотографиях, системой контроля осадки оборудован резервуар на сплошной железобетонной плите, установленной на искусственном основании. Контроль осадки осуществляется с помощью трёх видов датчиков:
- горизонтальный инклонометр Measurand SAAX проходит в теле насыпи под резервуаром;
- поверхностные наклономеры установлены по периметру плиты основания;
- скважинный экстензометр приурочен к месту вывода горизонтального инклинометра из тела насыпи и связан с несжимаемым слоем в основании резервуара.
