أكوام الأنابيب المفتوحة: لماذا نترك القاع مفتوحا؟ (وعندما يحفظ لحم الخنزير المقدد الخاص بك)

بواسطة مهندس ميداني شهد فشل الكثير من أصابع القدم المغلقة

---

أنت تعرف, أتلقى هذا السؤال كثيرًا من المهندسين الشباب الذين تخرجوا حديثًا من المدرسة. وهم يقفون في الموقع, أنظر إلى هذا الأنبوب الفولاذي الكبير المتدلي من الرافعة, ويرون أن القاع عادل… يفتح. لا شيء هناك. مجرد أسطوانة فولاذية ذات حافة حادة جاهزة لضرب الأوساخ.

ويسألون دائمًا نفس الشيء: “أوه… لا ينبغي لنا أن نغطي ذلك? لن تدخل الأوساخ?”

يبارك قلوبهم.

لو كان لدي دولار في كل مرة سمعت فيها هذا السؤال, سأتقاعد في فلوريدا ولن أنظر أبدًا إلى منصة أخرى لقيادة الأكوام مرة أخرى. ولكن هذا سؤال عادل إذا كنت قد تعاملت فقط مع أكوام خرسانية أو أكوام H. تبدو كومة الأنابيب المفتوحة خاطئة إذا لم تفهم ما تفعله بالفعل هناك.

لذلك دعونا نضع الأمور في نصابها الصحيح. لا تعتبر أكوام الأنابيب المفتوحة بمثابة إشراف على التصميم. إنها ليست إجراءً لخفض التكاليف حيث نفد منا الألواح الفولاذية. إنهم اختيار متعمد - وأحيانًا الخيار الوحيد - عندما تصبح الأرض سيئة.

وهنا الركلة: أحيانًا يكون ترك النهاية مفتوحة هو الفرق بين أساس يدوم خمسين عامًا وكومة تنحني قبل أن تصل إلى مرحلة الرفض

---

الأشياء الأولى أولا: ما الذي نتحدث عنه في الواقع?

كومة الأنابيب المفتوحة هي بالضبط ما تبدو عليه. أنابيب الصلب. مدفوعة في الأرض. لا حذاء. لا لوحة. مجرد أسطوانة مجوفة ذات حافة قطع في الأسفل.

لا يتم دفع التربة جانبًا كما يحدث مع الكومة المغلقة. بدلاً من, يدخل الأنبوب. يشكل سدادة التربة في الداخل. ويصبح هذا السدادة - ذلك العمود من الأوساخ المحصور في الفولاذ - جزءًا من النظام الهيكلي.

مفهوم بسيط. لكن الميكانيكا? هذا هو المكان الذي يصبح فيه الأمر مثيرًا للاهتمام.

---

الفيزياء الأساسية: لماذا مفتوحة مقابل. المسائل المغلقة

لنبدأ بالفرق الأساسي. عندما تقود أنبوبًا مغلقًا (أو أي كومة صلبة), أنت تزيح التربة. أنت تدفعه بعيدًا عن الطريق. وهذا يتطلب الطاقة. يخلق المقاومة. ويمكنه أيضًا أن يحرك الأرض من حولك, رفع الأكوام المجاورة, ويسبب بشكل عام الصداع لكل شخص في الموقع.

مفتوحة? التربة لديها مكان تذهب إليه. داخل الأنبوب.

تبدو المعادلة الحاكمة - تلك التي أكتبها على صفحات دفاتري الملطخة بالقهوة - هكذا:

$${ر}_{tسtaل}={ر}_{سشtهصقhaft}+{ر}_{\mathrm{أنا}ننهصقhaft}+{ر}_{aننشلشق}$$

Rtotal=Routershaft+Rinnershaft+Rannulus

أين:

• R_العمود الخارجي هو احتكاك الجلد بالجزء الخارجي للأنبوب

• R_العمود الداخلي هو الاحتكاك بين سدادة التربة والجدار الداخلي

• R_annulus هو المحمل عند الطرف (الصلب نفسه, ليس القابس – فقط الحلقة الفولاذية في الأسفل)

لاحظ ما هو مفقود? نهاية تحمل على المكونات الصلبة. لأنه في البداية, لا يوجد واحد. تتحرك التربة إلى الداخل أثناء القيادة.

ولكن هنا يصبح الأمر غريبًا. في بعض العمق, توقف سدادة التربة عن الحركة. إنه يتكدس. إنه يقفل. لقد قمت الآن بإنشاء كومة مغلقة النهاية, لكن التربة في الداخل متوترة, محصور, وتتصرف بشكل مختلف عن التربة في الخارج.

تعتبر تلك اللحظة – عندما يتم قفل القابس – أمرًا بالغ الأهمية. إنه يحدد كل شيء يتعلق بكيفية تصرف الكومة تحت الحمل.

---

المكونات التربة: المستأجر غير المدعو الخاص بك

أتذكر وظيفة في موبايل, ألاباما مرة أخرى في ’09. كنا نركب ركائز مفتوحة مقاس 36 بوصة لهيكل رسو السفن. الرمال الكثيفة, بعض طبقات الطين القاسي. شروط الكتاب المدرسي مفتوح العضوية.

كومة الاختبار الأولى تدخل. نحن نراقب مع المساعد الرقمي الشخصي. كل شيء يبدو طبيعيا. ثم ضربنا حوالي 45 قدم, وتقفز أعداد الضربات. ليس بالتدريج، بل بالتدريج. ثلاثون ضربة بالقدم تصبح مائة وخمسين ضربة في مسافة ثلاثة أقدام.

نحن نسحب المطرقة, انظر إلى أسفل الأنبوب بالضوء. تلك المكونات التربة? صلبة كالخرسانة. مغلق بإحكام. لم نتمكن حتى من الحصول على أنبوب أخذ العينات من خلاله.

هذه هي ظاهرة التوصيل. ولهذا السبب يمكن أن تنتهي الأكوام ذات النهايات المفتوحة بقدرة أعلى من الأكوام المغلقة في بعض أنواع التربة.

نسبة التوصيل – ما يسميه الأكاديميون نسبة الملء التزايدي (IFR)- هو شيء نتتبعه دينياً:

$$\mathrm{أنا}ور=\frac{\mathrm{د}{L}_{pلشز}}{\mathrm{د}{L}_{p\mathrm{أنا}له}}\times 100\mathrm{\%}$$

IFR=ΔLpile​ΔLplug​×100%

إذا انخفض هذا الرقم أدناه 80%? أنت تحصل على تطوير المكونات. أقل 50%? هذا القابس مغلق. أقل 20%? أنت تقود كومة مغلقة الآن, سواء كنت تنوي ذلك أم لا.

وهذا هو الأمر: تتصرف الكومة المتصلة بشكل مختلف تحت الحمل. ينتقل الحمل إلى أسفل من خلال الفولاذ, ولكن أيضًا من خلال عمود التربة هذا. يتم تعبئة احتكاك الواجهة من الداخل. لقد حصلت على ضعف مساحة السطح التي تناسبك.

---

طاولة 1: مفتوحة مقابل. مقارنة كومة الأنابيب المغلقة

---

متى نستخدم فعلا مفتوحة العضوية?

سيناريو 1: البناء البحري (القضية الكلاسيكية)

أنت تقوم ببناء رصيف. أو رصيف. أو دولفين لترتبط به السفن. أنت في الماء. التربة متغيرة - ربما رملية, ربما الطين الناعم, ربما بعض طبقات من المواد الصلبة. ولا يمكنك رؤية القاع.

مفتوح العضوية هو صديقك هنا.

لماذا? لأنه لا يمكنك التنبؤ بالضبط بما ستضربه. قد يكون هناك صخور. قد يكون هناك حطام البناء القديم. قد تكون هناك طبقة من الحجر الرملي الجيري التي تظهر على جذوع الأشجار المملة ولكنها في الواقع مكسورة ومتغيرة.

لقد قمت بقيادة أكوام في خليج سان فرانسيسكو في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين. المنطقة الصناعية القديمة. أظهرت الحفريات رمالًا نظيفة. ما ضربناه في الواقع? أكوام الأخشاب من الرصيف القديم, قطع من الخرسانة, محور السيارة (أنا لا أمزح), وطبقة من القشرة التي عكست موجة المطرقة بشكل سيء للغاية لدرجة أننا اعتقدنا أن الكومة تتكسر.

أنبوب مفتوح تم تقطيعه خلال معظم ذلك. كومة مغلقة النهاية? سوف تتوقف عن البرودة عند العائق الأول.

سيناريو 2: اختراق الطبقات الكثيفة

في بعض الأحيان تحتاج إلى المرور عبر طبقة صلبة للوصول إلى عمق التحمل. ربما هو الجليدي حتى. ربما هي طبقة رملية كثيفة. مهما كان, انها صعبة أوخشنة.

يحتوي الأنبوب ذو النهاية المفتوحة على منطقة طرف فعالة أصغر. فقط الحلقة الفولاذية. وبالتالي فإن مقاومة القيادة أقل. يمكنك ثقب الطبقات التي من شأنها إيقاف برد الكومة المغلقة.

الرياضيات بسيطة بما فيه الكفاية:

لأنبوب 24 بوصة مع جدار 1 بوصة:

• منطقة الطرف المغلق = π × (12²) = 452 بوصة مربعة
• مساحة الفولاذ ذات النهاية المفتوحة = π × (12² – 11²) = حول 72 بوصة مربعة

وهذا يساوي سدس المساحة. سدس النهاية تحمل المقاومة أثناء القيادة. سوف تقود عبر تلك الطبقة الكثيفة بينما لا تزال الأكوام المغلقة ترتد بالمطرقة.

سيناريو 3: مقبس الصخور

هذا هو المكان الذي تتألق فيه الأكوام المفتوحة حقًا.

عندما تحتاج إلى الحفر في الصخور أو الحفر أو القيادة في الصخر، فإنك تريد نهاية مفتوحة. لماذا? لأنه يمكنك تنظيف الداخل. يمكنك الحفر من خلال المكونات, تمديد المقبس, وتفقد فعليًا الصخرة الموجودة في الأسفل.

لقد قمت بعمل في ولاية كنتاكي حيث كان حجر الأساس عبارة عن حجر جيري مجوف مع تجاويف محلول. كان من الممكن أن تكون الأكوام ذات النهاية المغلقة كارثة - فهي إما ستتوقف عند قمة أو تخترق الفراغ دون سابق إنذار.

مفتوحة? سافرنا إلى الرفض, ثم استخدم جسرًا جويًا لتنظيف الداخل. أشرق الضوء هناك. يمكن أن نرى حالة الصخور, الفراغات, كل شئ. حتى أننا أرسلنا كاميرا للأسفل مرة واحدة. هذا غير ممكن مع النهاية المغلقة.

سيناريو 4: المواقع الحساسة للنزوح

إليك أحد الأمور التي لا تؤكدها الكتب المدرسية بشكل كافٍ.

إذا كنت تقوم بدفع الأكوام بالقرب من بعضها البعض - مثل الأساس الحصيري أو الكتلة عالية الكثافة - يصبح ارتفاع الأرض مشكلة حقيقية. الأكوام المغلقة تحل محل التربة. تلك التربة يجب أن تذهب إلى مكان ما. ترتفع. يتحرك جانبيا. إنه يرفع الأكوام المدفوعة مسبقًا.

لقد شاهدت عملاً في بوسطن حيث استخدم المقاول أنابيب مغلقة في شبكة ضيقة. بعد ثلاثة أيام, كانت الأكوام الأولى أعلى بمقدار بوصتين مما كانت عليه عندما قدناها. كان لإعادة قيادة كل واحد. تكلف ثروة.

مفتوحة? الحد الأدنى من النزوح. تدخل التربة داخل الأنبوب. الأرض المحيطة تبقى في مكانها. التحكم في الاستطلاع الخاص بك يظل سعيدًا. يبقى عميلك سعيدًا. يمكنك البقاء في العمل.

---

أوضاع الفشل (وكيفية اصلاحها)

لنكن صادقين: الأكوام المفتوحة ليست سحرية. لقد فشلوا. لقد رأيت ذلك. سترى ذلك إذا قمت بذلك لفترة كافية.

وضع الفشل 1: حفرة الجرذ

يحدث هذا في الرمال السائبة أو الطين الناعم. سدادة التربة لا تتطور. إنه يستمر في الجري داخل الأنبوب. أنت تقود مسافة خمسين قدمًا, ويبلغ عمق التربة بالداخل خمسين قدمًا. لا توصيل. لا يوجد تطور للاحتكاك الداخلي.

لماذا يهم: قدرتك أقل بكثير مما حسبته. أنت تعتمد فقط على احتكاك الجلد الخارجي وربما طرف صغير يحمل الحلقة الفولاذية.

الإصلاح: توقف عن القيادة. دعها تجلس بين عشية وضحاها. في بعض الأحيان تتماسك التربة وتكتسب القوة. أو - وقد فعلت ذلك - قم بضخ سدادة جص منخفضة القوة في الأسفل لإنشاء محمل نهائي صناعي. إنه علاج, لكنه يعمل.

وضع الفشل 2: إطلاق المكونات المفاجئة

الصوت الأكثر رعبا في القيادة كومة.

أنت تقود على طول, المكونات مقفلة, ضربات التهم ثابتة. ثم الضربة - تسقط الكومة ست بوصات بضربة واحدة. تم إطلاق القابس. وفجأة تتلقى خمسين ضربة في كل قدم ثم عشر ضربات. لقد تغير مسار التحميل بالكامل.

لماذا يهم: إذا لم تتمكن من التقاط هذا على المساعد الرقمي الشخصي, ستعتقد أنك وصلت إلى منطقة ضعيفة. سوف تستمر في القيادة. قد يتم قفل القابس مرة أخرى بشكل أعمق, لكنك فقدت ارتباط البيانات. تقديرات السعة الخاصة بك هي القمامة.

الإصلاح: مشاهدة سجلات القيادة مثل الصقر. انخفاض مفاجئ في عدد الضربات? تحقق من مستوى المكونات. إذا انخفض, لقد كان لديك الافراج. إعادة حساب كل شيء.

وضع الفشل 3: التواء أثناء القيادة

هذا نادر مع أنابيب الجدار الثقيلة, لكنني رأيته بجدران أرق في تربة كثيفة جدًا.

الكومة مفتوحة النهاية. أقفال المكونات التربة. أنت الآن تقود كومة مغلقة بفعالية, لكن الجدار رقيق. تتركز ضغوط القيادة عند الطرف. بوم - انبعاج محلي.

الإصلاح: جدار أثقل عند الطرف. أحذية القيادة. أو قم بالتبديل إلى مطرقة أصغر. في بعض الأحيان لا تكمن المشكلة في الكومة، بل في المقاول الذي يحاول القيادة بسرعة كبيرة باستخدام الكثير من الطاقة.

---

طاولة 2: تطبيقات خوازيق الأنابيب المفتوحة النموذجية حسب المنطقة

---

مشكلة التفتيش (ولماذا يهم)

إليك شيء لا يتحدث عنه أحد في مكتب التصميم.

مع أكوام مغلقة النهاية, أنت تطير أعمى. ليس لديك أي فكرة عما يحدث عند الحافة. هل أصاب شيئا? هل هو متضرر? هل تحمل على صخرة بدلا من حجر الأساس? حظا سعيدا في معرفة ذلك.

مفتوحة تمنحك خيارات.

أقوم دائمًا بتحديد النهايات المفتوحة للأكوام الحرجة لأنه يمكنني فحصها بعد القيادة. أسقط الضوء. أرسل كاميرا. قياس المكونات. عينة من المواد في الأسفل.

في ميامي, كان لدينا مشروع حيث دعت المواصفات إلى مآخذ الصخور. قام المقاول بقيادة أكوام اختبار مغلقة النهاية. تم اجتياز اختبارات الحمل الثابت. عظيم. ثم بدأ الإنتاج, وفجأة بدأت الأكوام تفشل عند نصف حمل الاختبار.

تبين, كان للحجر الجيري تجاويف كاملة. كانت بعض الأكوام تحمل قشرة رقيقة مع وجود فراغ تحتها. النهاية المغلقة لا يمكن أن تخبرنا بذلك. مفتوحة? لقد رأينا التجويف عندما قمنا بتنظيف القابس.

لقد جعلناهم يتحولون. تجاوزات التكلفة. الدعاوى القضائية. الفوضى كلها. كل ذلك لأن شخصًا ما أراد توفير بضعة دولارات في التصنيع.

---

قواعد المهندس الغاضب لأكوام الأنابيب المفتوحة

بعد ثلاثين عاما, لدي بعض القواعد. إنهم ليسوا في الرموز. إنهم ليسوا في الكتب المدرسية. لكنهم سيبعدونك عن المشاكل.

قاعدة 1: عندما تكون في شك, اتركه مفتوحا.

ما لم يكن لديك سبب مقنع لإغلاق النهاية - مثل حاجتك إلى تحمل النهاية على طبقة صلبة على الفور ولا يمكنك المخاطرة بالتوصيل - فما عليك سوى تركها مفتوحة. لديك المزيد من الخيارات في وقت لاحق. يمكنك دائما الجص من الداخل. يمكنك دائمًا قيادة الشياق. يمكنك دائمًا إضافة لوحة بعد القيادة إذا كنت تحتاج حقًا إلى سلوك مغلق. لكن لا يمكنك إلغاء إغلاق الكومة المغلقة.

قاعدة 2: مراقبة المكونات.

كل عشرة أقدام, تحقق من مستوى المكونات. ضع علامة على الداخل بشريط مرجح. تعرف على ما تفعله المكونات الخاصة بك. إذا لم يتطور, ضبط تقديرات القدرة الخاصة بك. إذا تم قفله مبكرًا, توقع ضغوط قيادة أعلى.

قاعدة 3: لا تثق في السجلات المملة.

إنهم تخمين. تخمين متعلم, ولكن لا يزال تخمينا. تتعامل الأكوام المفتوحة مع المفاجآت بشكل أفضل. عندما يقول السجل “رمل” وضربت الصخور, ستكون سعيدًا لأن النهاية مفتوحة.

قاعدة 4: قم بتنظيفه إذا كنت بحاجة إلى محمل نهائي.

إذا كنت تعتمد على المحمل النهائي في الصخور أو المواد الكثيفة, تنظيف المكونات. حفر بها. ارفعه بالهواء. لا تفترض أن القابس سينقل الحمل إلى الأبد. في التحميل الدوري - كما هو الحال في المناطق الزلزالية أو البيئات البحرية - يمكن أن يخفف هذا القابس بمرور الوقت.

قاعدة 5: النظر في التآكل.

الداخل مهم أيضًا. تحتوي الأكوام المفتوحة على مساحة سطح داخلية معرضة للهواء, الماء, أو التربة. في البيئات البحرية, يمكن أن يتآكل هذا الجزء الداخلي بشكل أسرع من الخارج. لقد رأيت أنبوبًا حائطيًا مقاس 1 بوصة يتحول إلى جبن سويسري بالداخل لأن أحدًا لم يفكر في التآكل الداخلي. قم بتغطية الجزء الداخلي إذا استطعت. على الأقل فكر في الأمر.

---

الاتجاهات الحديثة: ما أراه في 2024-2025

الصناعة تتغير. ببطء, لكنه يتغير.

أصبحت الأقطار الأكبر شائعة. أرى الآن أكوامًا مفتوحة مقاس 60 بوصة و72 بوصة لأساسات الرياح البحرية. الميكانيكا هي نفسها, لكن المقياس يغير كل شيء. تزن قابس التربة هذا طنًا. تنظيفه يتطلب معدات خطيرة.

أصبحت المراقبة أكثر ذكاءً. نحن نستخدم الآن الألياف الضوئية — مقاييس الضغط على طول الطول, من الداخل والخارج. مشاهدة كيفية قيام القابس بتحميل الكومة في الوقت الفعلي. البيانات لا تصدق. نحن نتعلم أن افتراضاتنا القديمة حول سلوك التوصيل كانت خاطئة في بعض الأحيان.

الأنظمة الهجينة تظهر. قيادة كومة مفتوحة, تنظيفه, أدخل قفص التعزيز, وملء بالخرسانة. يمكنك الحصول على إمكانية قيادة الفولاذ المفتوح مع قدرة الخرسانة ومقاومتها للتآكل. ذكي. أحبها.

يتم تشديد اللوائح البيئية. في بعض المناطق, لا يمكنك دفع أكوام مغلقة بعد الآن بسبب إزاحة الأرض. الكثير من المخاطر على الهياكل المجاورة. أصبحت النهاية المفتوحة إلزامية في مشاريع التعبئة الحضرية.

---

دراسة الحالة التي تجعلني متواضعا

دعوني أخبركم عن وظيفة كادت أن تنتهي مني.

نيو اورليانز. 2017. استبدال جدار الفيضان. دعت المواصفات إلى أنبوب مغلق مقاس 24 بوصة, 80 قدم عميقة, أكوام مضروبة للمقاومة الجانبية. الاشياء القياسية.

اليوم الأول للقيادة, الكومة الأولى تضرب الرفض عند 40 قدم. لا يمكن تحريكه. كذاب المطرقة. نحن نسحبه - يتم سحق الطرف. منحني للداخل مثل علبة الصودا.

تبين, كانت هناك مرتبة خرسانية مدفونة من عملية إصلاح سدود قديمة. لا أحد يعرف عن ذلك. لا توجد سجلات تاريخية. لا يوجد ذكر في تقرير الجيوتقنية. مجرد الخرسانة العشوائية في 38 قدم.

لقد تحولنا إلى نهاية مفتوحة. قم بالقيادة من خلاله. قطع النهاية المفتوحة في الخرسانة, كسرها, دفعت القطع جانبا. دخلت التربة إلى الداخل. قمنا بتنظيفه في وقت لاحق, قاد عشرة أقدام أخرى إلى الطين المحلي, واجتاز اختبار الحمل بألوان متطايرة.

إذا كنا عالقين مع نهاية مغلقة? كنا لا نزال هناك, من المحتمل, نضرب رؤوسنا بالخرسانة ونتساءل لماذا اخترنا هذه المهنة.

---

الأرقام: مرجع سريع

الأبعاد النموذجية التي أستخدمها:

• سمك الحائط: الحد الأدنى 0.5″ لمدة 24″ قطر, توسيع نطاق مع الحجم
• طرف مشطوف: 30-45 درجات من الخارج, يترك داخل المربع
• التوصيلات: اللحامات بعقب الاختراق الكامل, في بعض الأحيان مع حلقات الدعم

تقديرات السعة (الخام - لا تبني بدون تحليل):

لمدة 24″ × 0.5″ كومة مفتوحة في الرمال الكثيفة:

• الجلد الخارجي: 2-3 كيب لكل قدم
• الجلد الداخلي (إذا تم توصيله): 1-2 كيب لكل قدم
• نصيحة (الصلب فقط): 50-100 كيبس حسب الكثافة
• مجموع النهائي: 300-500 كيبس نموذجية

لنفس الكومة مغلقة العضوية, قد تحصل 400-600 كيبس, لكنك لن تقودها إلى هذا العمق أبدًا. الصفقات في كل مكان.

---

الخط السفلي

توجد أكوام الأنابيب المفتوحة لأن الأرض ليست كتابًا دراسيًا. إنه فوضوي. لا يمكن التنبؤ به. إنه يخفي الصخور ومحاور السيارات القديمة وقطع الخرسانة من المشاريع قبل خمسين عاما.

ترك النهاية مفتوحة يمنحك خيارات. يمكنك القيادة عبر الأشياء التي من شأنها إيقاف الكومة المغلقة. يمكنك الفحص بعد القيادة. يمكنك تنظيفها ومقبسها في الصخور. يمكنك الجص للحصول على سعة إضافية. يمكنك أن تفعل كل ذلك, أو لا شيء منه, اعتمادا على ما تجده هناك.

هل هم مناسبون لكل وظيفة? لا. إذا كان لديك ظروف التربة النظيفة, طبقة تحمل جيدة على عمق ثابت, ولا توجد مخاوف التفتيش, قد تكون النهاية المغلقة أبسط وأرخص.

ولكن إذا كنت تعمل في أرض مجهولة، فلنكن صادقين, متى تعرف حقا الأرض?—النهاية المفتوحة هي الرهان الأكثر أمانًا. إنه الفرق بين التخمين والمعرفة. بين الأمل في أن الكومة بخير ورؤيتها بالفعل.

وفي هذا العمل, سأتولى رؤية الأمل في كل مرة.