Методы электроразведки коррозионности почвы

Определение коррозионности почв земляным омметром

Метод определения коррозионности почв земляным омметром. Определение коррозионности почв земляным омметром заключается в измерении удельного электрического сопротивления почвы на глубине заложения подземного сооружения. Для этого применяется прибор, который состоит из двух деревянных стержней А и К, оканчивающихся стальными наконечниками. Наконечник-анод Ан представляет собой конус диаметром основания 13 мм и высотой 6,5 мм. Наконечник-катод Кн для уменьшения влияния поляризации имеет несколько большие размеры. Он представляет собой усеченный конус с диаметром нижнего основания 19 мм, верхнего основания 3 мм при высоте 67 мм.

Схема измерения сопротивления грунта земляным омметром: Б — сухая батарея 3 в; Ма — миллиамперметр; Ш — шунт; К — стержень катода; Кн — наконечник катода; А — стержень анода; Ан — наконечник анода

Наконечники посредством проводов, наделанных внутрь стержней, соединяются между собой через сухую батарею Б, напряжением в 3 в, и миллиамперметр Ма с шунтом Ш, причем положительный полюс батарей соединяется с анодом, а отрицательный с катодом. Миллиамперметр и батареи для удобства работы монтируются на одном из стержней. Миллиамперметр имеет две шкалы — на 25 и 100 ма. Первая шкала предназначается для измерения сопротивления выше 400 ом см²/см, вторая для сопротивлений — от 400 ом см²/см и ниже. Шунт служит для правильного подбора шкалы при замерах сопротивления. При измерении сопротивления почвы наконечники стержней устанавливаются на глубине заложения сооружения на расстоянии 20 см один от другого. Для этого в точке замера отрывается шурф или проделываются специальные бурки.

Перед установкой стержней наконечники зачищаются наждачной бумагой, а в бурки или к местам заземления стержней в шурфе заливается по 50 см³ дестиллированной или чистой питьевой воды. Напряжение батареи ежедневно поверяется полевым вольтметром. Отсчет показаний миллиамперметра производят спустя 30— 45 сек. после включения тока, когда установится стрелка миллиамперметра. Показания миллиамперметра переводят в значение р по формуле:

где р — сопротивление грунта в ом см²/см; V — э. д. с. батареи в мв; 1 — ток в ма; К — постоянный коэффициент прибора, определяемый в лаборатории для каждого прибора с принадлежащей ему парой электродов.

Преимущество определения сопротивления почвы при помощи земляного омметра заключается в простоте прибора и в том, что измерения производятся непосредственно на глубине заложения сооружения, что обеспечивает точные данные о проводимости того слоя почвы, с которым будет соприкасаться сооружение.

Оценка степени коррозионности почв по их омическому сопротивлению производится согласно следующим данным:

Метод определения коррозионности почв четырехэлектродным прибором спотенциометром. Определение коррозионности почв при помощи четырехэлектродного прибора с потенциометром основано на измерении так называемого кажущегося удельного электрического сопротивления почвы.

Кажущееся сопротивление почвы определяется прямо с поверхности земли по разности потенциалов между двумя приемными (измерительными) заземлениями М и N, находящимися в искусственном электрическом поле постоянного тока, создаваемом от источника тока Б через питающие заземления А и В. Порядок работы по определению кажущегося сопротивления почв заключается в следующем. На поверхности почвы на некотором расстоянии один от другого устанавливают питающие электроды А и В, располагая их вдоль оси намеченной трассы и заглубляя в почву на 10—20 см. Между питающими электродами устанавливают измерительные (приемные) электроды М и N, которые также заглубляют в почву на 10 — 20 см.

Приемные и питающие электрод представляют собой пустотелые латунные или медные стержни длиной 50 см и диаметром 2-3 см. Разнос электродов А и В зависит от той глубины, на которой желают определить кажущееся сопротивление, иначе говоря, он зависит от глубины заложения в грунт металлического сооружения. Принято считать, что глубина исследования грунта равняется 1/4 расстояния между электродами А и В. Кажущееся сопротивление на глубине до 1,8 м обычно определяется при разносе электродов А и В, равном 7,5 м; при этом расстояние между электродами М и N принимается 1,5 м. При заглублениях сооружений больших чем 1,8 м,разность электродов А и В должен быть равным примерно четырехкратной глубине заложения сооружения в грунт, а разнос электродов М и Н не должен превышать 1/3 расстояния между А и В.

Расстояние между питающими и приемными электродами следует откладывать с точностью до 1%, так как ошибка более 1% ощутительно сказывается на результате. В особенности это требование должно соблюдаться при малых значениях р_к . Установленные в почву электроды соединяются проводами с питающей батареей и потенциометром, после чего включают питающую батарею. Кажущееся удельное сопротивление вычисляют по формуле:

где ΔV — разность потенциалов в цепи MN в мв; I — сила тока в цепи АВ в са;

К — коэффициент установки, зависящий от расстояний между питающими и измерительными электродами. При симметричном расположении электродов относительно точки наблюдения О вычисление коэффициента установки К упрощается и производится по формуле:

Значения коэффициента установки, вычисленные по этой формуле, приведены в таблице.

Таблица. Значения коэффициента установки К при симметричном расположении питающих и измерительных электродов относительно точки наблюдения.

Проведение изысканий в зимних условиях

Во избежание получения искаженных величин р_к за счет утечек тока в почву, помимо электродов, необходимо иметь вполне надежную изоляцию проводов, соединяющих электроды А, В, М и N с батареей и потенциометром. При пересечении установкой речек, болот, ручьев и т. п. провода питающей и измерительной линии необходимо подвешивать на кольях (в прочих случаях они лежат на земле). Приемные электроды должны быть изготовлены из латуни или красной меди. Замена меди или латуни черными металлами недопустима, так как стальные или железные электроды подвергаются значительной поляризации, что сильно затрудняет замеры р_к и дает искаженные результаты.

В тех случаях, когда возникает необходимость в проведении изысканий в зимних условиях, полевые работы с потенциометром должны выполняться при температурах не ниже — 15°, так как при более низких температурах э. д. с. сухих элементов, питающих измерительную часть потенциометра и компенсатор поляризации, снижаются. Получаемые при замерах значения р_к должны время от времени контролироваться. Во всех случаях при трудно выполняемых замерах (помехи), а также при резком изменении величины р_к и очередном пункте замера по сравнению с предыдущими контроль достоверности полученного результата следует производить обязательно. Для этого значение р_к в данной точке нужно определить 2 3 раза, изменяя каждый раз ток в питающей цепи АВ.

При контрольных замерах предельно допустимое расхождение величин р_к между первым и последующими замерами принимается 5%. Если разница в величине повторно замеренного р_к не превышает 5%, то замер считается удовлетворительным; в этом случае выводят среднее значение рsub>к из 2—3 определений и записывают в журнал. Ток в питающей цепи при контрольных замерах практически удобнее всего изменять регулированием контакта питающих электродов с землей. Для этого применяют подбивку штырей А и В. При этом увеличивается поверхность соприкасания электродов с землей, вследствие чего сопротивление на контактах уменьшается, а ток от питающей батареи увеличивается.

Оценка степени коррозионности почвы по измерениям кажущегося сопротивления производится согласно следующим данным:

Электрическое сопротивление, как правило, замеряется по пикетам трассы через 100—200 м в зависимости от рельефа и микрорельефа и выдержанности почвенного покрова. Помимо пикетов, замеры р_к должны производиться во всех характерных плюсовых точках. При исследовании коррозионности почв и грунтов на площадках пункты замеров р_к размещают по сетке 100X100 или 200X200 м. Питающие и измерительные электроды в пункте измерения р_к очень удобно устанавливать по заранее вымеренным концам проводов, соединяющих электроды. Для этого до выезда на полевые работы подготовляют два провода, длина которых равна 1/2 расстояния между питающими электродами, и два провода длиной в 1/2 расстояния между электродами М и N. В точке наблюдения провода с умеренным натяжением укладывают по прямой и у их концов, соответствующих принятым разносам, устанавливают электроды.

Полученное при замере значение р_к относится к точке наблюдения О, которая так или иначе должна быть нанесена на план. Лучше всего точки наблюдения совмещать со съемочным пикетажом и плюсовыми точками; в этом случае отпадает необходимость в специальной их привязке.

Преимущества электроразведки с применением потенциометра по сравнению с электроразведкой земляным омметром заключается в следующем: 1) принцип компенсации исключает случайные погрешности при измерениях сопротивления почвы, зависящие от изменения э. д. с. питающей батареи, и погрешности шкалы гальванометра, поскольку они не входят в окончательное выражение при вычислении кажущегося сопротивления; 2) электроразведка с применением потенциометра обеспечивает определение коррозионности почвы или грунта на любой глубине прямо с поверхности земли. Нормы выработки одной электроразведочной бригады при работе с четырехэлектродной установкой и земляным омметром (в последнем случае состав бригады увеличен) за 8-часовой рабочий день приведены в таблице.

Таблица. Норма выработки электроразведочной бригады в физических точках на 1 прибор при нормальных условиях заземления электродов.

Степень точности описанных электрических методов достигает 80—90%; иначе говоря, из 100 определений в 80—90 случаях полученные данные соответствуют действительной коррозийности грунтов. Такая степень точности при наличии контрольных лабораторных определений вполне достаточна для правильной оценки коррозионности почв. Для увязки результатов измерения р_к с почвенно-грунтовым разрезом и отбора проб на лабораторные исследования по трассам и площадкам закладываются шурфы или зондировочные скважины в количестве, достаточном для полной характеристики встречаемых по трассе почвенно-грунтовых разностей. Глубина выработок должна быть на 0,3 0,5 м больше глубины заложения проектируемого сооружения. При описании шурфов и скважин в полевом журнале указываются местоположение выработки, характер рельефа и микрорельефа, уровень rpyнтовых вод.

При послойном описании разреза шурфа выделяются почвенные генетические горизонты, отмечаются механический состав грунта по горизонтам, его цвет, сложение, структура, влажность, включения и новообразования, характер перехода почвенных горизонтов. Пробы грунта для лабораторных исследований отбираются с глубины заложения проектируемого сооружения в объеме 1,5 кг. Отобранные пробы снабжаются этикетами и тщательно упаковываются.

При лабораторном изучении определяются потеря веса анодированной стальной трубки в испытуемой почве за 24 часа при постоянном токе напряжением 6 в и химический анализ водной вытяжки с определением плотного остатка в процентах к навеске грунта, а также качественного и количественного состава сухого остатка (анионы: CI", SO"₄, СО"₃, НСО'з, N0'₃; катионы: К, Na Са , Mg"), величины рН и т. п. Кроме того, снимаются поляризационные кривые (см. далее).

Рис. 24. Расположение электродов и схема их подключения к зажимам МС-07.

Отбор пробы воды для анализа

При заложении проектируемого сооружения ниже уровня грунтовых вод должны быть отобраны пробы воды для анализа. Пробы воды берутся также из открытых водоемов, пересекаемых трассой. При химическом исследовании воды должны быть определены: качественный и количественный составы сухого остатка, рН, общая и временная жесткость, содержание агрессивной углекислоты, нитратов и т. п. Определение удельного сопротивления почвы при помощи измерителя заземлений. Так же как и в предыдущем методе, сопротивление почвы измерителем заземлений определяется прямо с поверхности. В качестве результата измерения получают не удельное сопротивление того или иного почвенного слоя, а осредненное сопротивление пачки слоев, залегающих от дневной поверхности до определенной глубины, т. е. получают кажущееся или среднее сопротивление. Электрическое сопротивление измеряется при помощи прибора МС-07. Расположение электродов и схема их подключения к прибору МС-07 показана на рис. 24. Электродами служат стальные пикеты длиной 50 см и диаметром 0,5 см.

В пункте измерения сопротивления электроды устанавливаются на прямой линии через равные интервалы. Последние обычно берутся в пределах 1,0—2,5 м в зависимости от того, на какую глубину необходимо произвести исследование. Глубина исследования равняется разносу электродов. Погружение электродов в почву не должно превышать 1/20 интервала между ними. Если в период полевых работ почва сухая, то для улучшения контакта между электродами и почвой рекомендуется в углубления для электродов заливать некоторое количество воды. Средне удельное сопротивление слоя почвы р в ом м на глубину, равную интервалу между смежными электродами, определяется по формуле:

где г — сопротивление в омах, измеренное прибором; l — расстояние между электродами в м.

Камеральная обработка данных электроразведки

После завершения полевых работ данные электроразведки подвергаются камеральной обработке, имеющей целью представить результаты проведенных работ в удобном для технического проектирования виде, т. е. в форме отчета с заключением к приложением необходимой документации. При камеральной обработке для трассы строится график электрического сопротивления грунтов. На этом графике по оси абсцисс откладывается в принятом при съемке масштабе пикетаж и наносятся точки замеров р_к . По оси ординат в точках замера откладываются значения р_к в переменных масштабах, а именно: для сопротивлений от 0 до 20 ом м в масштабе 1 см — 2 ом м, а для сопротивлений от 20 ом м и выше в масштабе I см — 10 ом м.

Ординаты точек с сопротивлением выше 100 ом м (низкая коррозионность) выносятся вне масштаба за верхнюю линию графика, соответствующую сопротивлениям в 100 ом м²/м. Около этих точек подписывается соответствующее значение р_к в ом м. При помощи построенного графика трасса разбивается на отдельные участки по степени коррозионности грунтов. Оценка степени коррозионности отдельных участков производится по признаку преобладающих на них величин сопротивлений с учетом данных лабораторных исследований. В зависимости от степени коррозионности грунтов протяженность выделяемых участков должна быть:

для низкой коррозионности — не менее 600 м; для нормальной и повышенной коррозионности — не менее 400 м; для высокой коррозионности — не менее 200 м; для особо высокой коррозионности — не менее 100 м. Если протяженность этих участков меньше указанных пределов, то они целиком относятся к категории коррозионности, оцененной по наихудшему определению на длинном отрезке.

Для наглядности каждый из выделенных участков в нижней части графика показывается условной штриховкой. Для площадок по данным замеров электрических сопротивлений строится план изолиний равных сопротивлений, а по характерным направлениям при необходимости даются графики электрических сопротивлений. Посредством этих построений производится оценка коррозионности по отдельным частям площадки. Для наглядности каждый из выделенных участков показывается штриховкой или раскраской. Кроме графика электрических сопротивлений (для трасс) и плана изолиний равных сопротивлений (для площадок), к отчету прилагаются таблицы лабораторного исследования грунтов, описания разрезов шурфов, скважин, обнажений и т. п.

В отчетной записке приводятся: а) данные о климатических условиях района; б) краткая геоморфологическая характеристика; в) описание рельефа и микрорельефа; г) характеристика почв и грунтов, включая данные об их химическом составе, физических и механических свойствах; д) обзор и оценка материалов прежних работ по изучению коррозионности почв и грунтов района; е) характеристика коррозионных свойств почв и грунтов на основании проведенных полевых и лабораторных работ с учетом опыта эксплуатации подземных металлических сооружений, имеющихся в данном районе.

В выводах должны быть даны обоснованные рекомендации по выбору защитных противокоррозионных мероприятий, вытекающие из всей совокупности данных о коррозионной активности грунтов и естественно-исторических условий района изысканий.