Отчет на тему: Разработка методики и проведение испытаний по контролю утечки через замковое соединение шпунтовых свай из ПВХ

Posted by

Данная статья публикуется с разрешения компании Profextru Productie BV. Перевод данного документа был осуществлен с оригинальной версии на английском языке. Компания Profextru Productie BV не несет ответственности за неточности, ошибки и возможный ущерб, причинённый в результате неправильного перевода или его использования. Данный отчет является собственностью компании Profextru Productie B.V. Содержание данного документа не может публиковаться и/или передаваться третьим лицам, не являющимися сотрудниками предприятия, без предварительного согласования с Profextru Productie B.V.

Р. А. Цваан

Резюме

Была исследована водонепроницаемость замкового соединения шпунтовых свай из ПВХ. Испытуемая модель состояла из двух половин секций шпунтовой сваи, размещенных в стальном испытательном стенде. Они были расположены таким образом, что замковое соединение было вертикально размещено в середине одной из сторон испытательного стенда. Изнутри испытательный стенд был заполнен неплотным и полностью водонасыщенным песком. Верх испытательного стенда был закрыт водонепроницаемой крышкой, соединенной с резервуаром с водой. Этот резервуар может быть контролируемо поднят на высоту до 10м по отношению к верху испытательного стенда. Таким образом, давление воды в испытательном стенде может быть постепенно увеличено для выполнения шестиступенчатой процедуры мониторинга давления. Продолжительность каждого этапа составила тридцать минут, в течение которых велся тщательный контроль замкового соединения на предмет признаков возможных утечек.

Результатом данного испытаний стало отсутствие видимой утечки через замковое соединение шпунтовых свай из ПВХ в ходе всех шести этапов повышения давления.

 

1       Целесообразность проведения испытания

Компания «ProfextruProductieB.V.» изготовила шпунтовые сваи из ПВХ, оснащенные замковыми соединениями. Чтобы получить более глубокое понимание о водонепроницаемости данных замков, необходимо провести испытания на утечку. Для получения независимого отчета по теме данных испытания компании «Deltares» было решено провести разработку методики испытания и самого испытания.

 

2       Разделение работы

Работа над разными этапами в проекте распределяется между компаниями «Profextru Productie B.V.» и «Deltares» следующим образом:

  • Испытательны стенд спроектирован и произведен компанией «Profextru Productie B. V.».
  • Испытанные секции шпунтовых свай были предоставлены и смонтированы в испытательном стенде для исследования в компанию «Profextru Productie B.V.».
  • Компания «Deltares» провела проверку данной испытуемой модели и заполнила испытательный стенд неплотным и полностью водонасыщенным песком.
  • Компания «ProfextruProductieB.V.» для проведения испытаний закрыла стенд с образцами водонепроницаемой крышкой подсоединила к ней резервуар с водой, необходимый для испытания различного давления.
  • Компания «Deltares» провела проверку испытуемой модели в сборе.
  • Компания «Profextru Productie B.V.» провела испытание, в то время как компания «Deltares» провела контроль испытания, а также возможных утечек через замковое соединение в ходе испытания.

 

3       Испытуемая модель

Для испытания компания «Profextru Productie B.V.» спроектировала и произвела стальной испытательный стенд, одна из сторон которого состояла из двух секций шпунтовых свай из ПВХ с замковым соединением, расположенным вертикально посередине (Фотографии 3.1 и 3.2).

Фотография 3.1 Лицевая сторона секций шпунтовой сваи

Фотография 3.2 Задняя сторона секций шпунтовой сваи

Испытательный стенд произведен из стальных пластин и армирован стальными профилями для того, чтобы выдержать давление в ходе испытания в стенде без чрезмерной деформации. Для предотвращения деформации секций шпунтовых свай из ПВХ данная сторона испытательного стенда также оснащена для поддержки (съемными) стальными профилями. Подробную информацию см. в Приложении А.

Края секций шпунтовых свай прикреплены к стальным боковым стенкам при помощи водонепроницаемого комплекта для обеспечения водонепроницаемого соединения между ПВХ и стальными пластинами. Верх испытательного стенда оснащен съемной крышкой для доступа к стенду с целью монтажа секций шпунтовых свай и заполнения водой и песком.

Когда секции шпунтовых свай смонтированы и испытательный стенд заполнен водонасыщенным песком, крышка закрывается. Резиновые полоски и водонепроницаемый комплект обеспечивают водонепроницаемое соединение (Фотография 3.3). Крышка снабжена подключением для шланга и клапаном для подключения резервуара с водой к испытательному стенду (Фотография 3.4).

Фотография 3.3 Прессованный песок, вид сверху

Фотография 3.4 Испытательный стенд, закрыт съемной крышкой

Верхняя крышка соединена с баком посредством шланга. Бак с водой служит в качестве резервуара с водой. Позже высота размещения бака может настраиваться для того, чтобы создать необходимое давление воды в испытательном стенде (т.е. давление воды внутри испытательного стенда соответствует гидравлическому напору, исходя из того, что ситуация является статичной).

Первые два этапа (высота размещения воды составляет два и четыре метра) проводятся с использованием вилочного погрузчика для настройки высоты бака (Фотография 3.5). Для проведения этапов с более высоким размещением модель была перемещена в элеватор высотой более десяти метров (Фотография 3.6). Для крепления бака на нужной высоте в шесть, восемь и десять метров использовалась лестница рядом с элеватором. Использование гидравлического напора для применения давления к модели обеспечивает проведение контролируемого и воспроизводимого испытания.

Фотография 3.5 Настройка высоты при помощи вилочного погрузчика

Фотография 3.6 Настройка высоты при помощи лестницы рядом с элеватором

Испытания проводились с учетом правил безопасности, которые применяются на объекте компании «Profextru Productie B.V.», а также стандартов в области охраны труда и безопасности компании «Deltares».

 

4       Подготовка перед испытанием

Монтаж секций шпунтовых свай из ПВХ в испытательном стенде был выполнен компанией «Profextru Productie В.V.». Используемые шпунтовые сваи относились к типу «PROLOCK *DELTA* 0040GR/VM P-07-14-07» (Фотография 4.1). Подробная информация об использованных секциях шпунтовых свай приводится в Приложении В. Шпунтовые сваи были прикреплены к испытательному стенду при помощи комплекта уплотнения «Innotec», который обеспечил водонепроницаемое и прочное соединение (Фотография 4.2)

Фотография 4.1 Тип шпунтовой сваи

Фотография 4.2 Уплотнение на краях секций шпунтовой сваи

Испытательный стенд полностью заполнен водой. Песок засыпается в воду слоями высотой приблизительно два сантиметра каждый, после чего каждый слой уплотняется при помощи трамбовки песка вручную с использованием с приспособления для трамбовки диаметром пять сантиметров. Таким образом, в испытательном стенде создается уплотненное и полностью водонасыщенное основание из песка (Фотография 4.3). Подробная информация об использованном песке приведена в Приложении А.

Поверхность песчаного основания выравнивается при помощи стальной линейки, чтобы создать плоскую поверхность, на которую можно разместить верхнюю крышку. Резиновые уплотнения, болты и комплект обеспечивают водонепроницаемое и прочное соединение верхней крышки с испытательным стендом (Фотография 4.4).

Фотография 4.3 Испытательный стенд, заполненная песком

Фотография 4.4 Заполненная испытательный стенд, вид сверху

После размещения верхней крышки испытательный стенд подключается к баку (резервуару с водой), и оставшийся воздух удаляется из испытательного стенда и соединительного шланга для обеспечения полностью водонасыщенной испытуемой модели. Для обеспечения правильного распределения давления от резервуара к испытательному стенду необходима модель, не содержащая воздух. Резервуар с водой был прикреплен к вилочному погрузчику и настроен на высоту два метра относительно верха испытательного стенда.

После установки резервуара с водой сторона испытательного стенда, содержащая шпунтовую сваю из ПВХ, была полностью высушена снаружи, чтобы избежать возникновения всех неверных толкований касательно возможной утечки. Для обеспечения того, что модель по-прежнему абсолютно не содержала воздух, была проведена заключительная проверка. После данной заключительной проверки было начато испытание.

 

5       Результаты контроля

Компания «Deltares» проводила непрерывный контроль испытания. Сотрудники компании «Profextru Productie B.V.» оказывали помощь в применении этапов использования давления.

Испытание проводится путем повышения давления воды от двух до десяти метров водного столба с шагом в два метра водного столба. Продолжительность каждого этапа составила тридцать минут.

Начиная с уровня в шесть метров и выше, испытательный стенд начал немного протекать с задней стороны и сверху, что привело к особой необходимости проведения постоянного контроля и регулировки уровня воды в резервуаре. Поскольку эта утечка была не серьезной, не привела к просачиванию воздуха в испытуемую модель и не намочила испытуемую сторону стенда, содержащую секции шпунтовых свай, было признано, что данная утечка не оказывает дальнейшее влияние на результаты испытания, и по этой причине не учитывалась. Все потери давления воды из-за утечки были устранены путем поддержания постоянного (плюс-минус пять сантиметров) уровня воды в резервуаре с водой (баке).

Применяемое давление в метрах водного столба измеряется относительно верха испытательного стеда до уровня воды в резервуаре. Резюме результатов испытания приводится в Таблице 5.1.

Время Действие/результат
11:01 К испытательному стенду применяется давление в 2 метра водяного столба
11:31 Отсутствует видимая утечка через замковое соединение
11:35 К испытательному стенду применяется давление в 4 метра водяного столба
12:06 Отсутствует видимая утечка через замковое соединение
12:10 Перемещение испытуемой модели в элеватор
12:28 К испытательному стенду применяется давление в 6 метров водяного столба
12:59 Отсутствует видимая утечка через замковое соединение
13:07 К испытательному стенду применяется давление в 8 метров водяного столба
13:37 Отсутствует видимая утечка через замковое соединение
13:38 К испытательному стенду применяется давление в 10 метров водяного столба
14:08 Отсутствует видимая утечка через замковое соединение

Таблица 5.1 Результаты испытаний

После окончания полного цикла испытания сторона стенда, содержащая секции шпунтовых свай, была снова тщательно проверена. Признаки утечки через замковое соединение не были обнаружены.

 

6       Результаты

Результаты данных условий испытания и процедуры являются следующими: замковое соединение между двумя секциями шпунтовой сваи не продемонстрировало каких-либо признаков утечки при применении гидравлического напора до 10 м (соответствует приблизительно 100 кПа) в течение тридцати минут.

A   Испытательный стенд

Компания «Profextru Productie B.V.» спроектировала и произвела испытательный стенд. Испытательный стенд должен быть способен вместить в себя две секции шпунтовых свай из ПВХ, выдержать давление в ходе испытания, соединить крышку с резервуаром с водой, а также должен быть водонепроницаемым (Рисунок А.1 – Рисунок А.3)

Рисунок А.1 Чертеж испытательного стенда 1

 

Рисунок А.2 Чертеж испытательного стенда 2

Рисунок А.3 Чертеж испытательного стенда 3

B     Использованные шпунтовые сваи

Секции шпунтовых свай из ПВХ относились к типу «PROLOCK *DELTA* 0040GR/VM P-07-14-07» (Фотография B.1).

Фотография В.1 Тип шпунтовой сваи

Секции не были масштабированы, а использовались «как есть». Замковое соединение не было модифицировано или изменено для испытания (Фотография В.2).

Фотография В.2 Крупный план замкового соединения

 

C    Использованный песок

Для данного испытания использовался строительный песок с относительно высокой водопроницаемостью. Высокая водопроницаемость необходима для обеспечения обнаружения всех возможных утечек через замковое соединение. Поставщиком песка является компания «BMN Bouwmaterialen BV.» (Фотографии C.1 и C.2).

Фотография С.1 Строительный песок

Фотография С.2 Индикация типа крупногабаритного мешка

Для получения индикации пористости песка в испытательном стенде после завершения испытания были отобраны две пробы при помощи «устройства отбора проб плотности компании «Deltares»» (Фотография С.3). Используя данное устройство для отбора проб, можно получить определенный, точно известный объем песчаного основания. Для определения пористости использовался данный известный объем вместе с весом сухого образца, а также со значением плотности частиц.

Перед отбором проб вода была частично спущена из испытательного стенда при помощи небольшого шланга для создания сцепления между зернами песка с целью повышения качества проб. Пробы были отобраны в двух разных местах на поверхности песчаной основы (Фотография С.4).

Фотография С.3 Устройство для отбора проб компании «Deltares»

Фотография С.4 Места отбора проб

Номер образца Диаметр (см) Высота (см) Вес сухого песка (г) Пористость (%)
1 6,67 5,2 308,0 36,0
2 6,67 5,2 307,3 36,2

Таблица C.1 Результаты отобранных проб

Для обеспечения (грубой) оценки проницаемости песка, был проведен анализ размера зерна песка. Данный анализ предоставляет обзор различных размеров частиц в песке (Рисунки C.5 и C.6). Использованный песок может быть назван «крупнозернистым песком» со средним диаметром (D50) от 600 мкм.

Проницаемость песка должна быть существенно выше, чем возможная утечка через замковое соединение в секциях шпунтовой сваи. Исходя из распределения размера зерна, расчетная проницаемость (K-фактор) песчаного основания в испытательном стенде составляет приблизительно 50 — 75 метров/день. Этого более чем достаточно для проведения испытания.

 

Размер частиц [мкм]

1 — Количество отказов на испытательный стенд

Рисунок C.5 Доля изделий, прошедших испытание/размер частиц

Размер частиц [мкм]

Рисунок C.6 Возникновение/размер частиц