1. pengenalan

Timbunan paip keluli diameter besar, biasanya melebihi 1 diameter meter, adalah unsur asas dalam kejuruteraan awam, menyokong struktur seperti turbin angin luar pesisir, jambatan, dan bangunan bertingkat tinggi. Keupayaan mereka untuk memindahkan beban berat ke dalam, Lapisan tanah atau batuan tanah yang stabil menjadikan mereka sangat diperlukan dalam keadaan geoteknik yang mencabar. Kajian ini menyediakan analisis mendalam mengenai kaedah pembinaan-mengakibatkan longgokan memandu, Memandu longgokan getaran, menekan hidraulik, dan pemasangan berasaskan penggerudian-fokus pada mekanisme teknikal mereka, peralatan, interaksi tanah, kesan alam sekitar, dan kecekapan kos. Melalui perbandingan terperinci, Kajian kes, dan model matematik, Kajian ini bertujuan untuk membimbing jurutera dalam memilih kaedah optimum untuk keperluan projek tertentu.

Objektifnya adalah:

• Menganalisis aspek teknikal dan operasi setiap kaedah.
• Bandingkan metrik prestasi menggunakan data kuantitatif.
• Menilai Perdagangan Alam Sekitar dan Ekonomi.
• Sorot inovasi dan trend masa depan dalam pemasangan longgokan.

2. Gambaran Keseluruhan Kaedah Pembinaan

Empat kaedah utama digunakan untuk memasang buasir paip keluli diameter besar, masing -masing sesuai dengan jenis tanah tertentu, skala projek, dan kekangan alam sekitar:

• Impak longgokan memandu: Menggunakan palu tenaga tinggi untuk memandu buasir ke tanah, Sesuai untuk tanah yang padat.
• Memandu longgokan getaran: Menggunakan kuasa berayun untuk mengurangkan geseran tanah, berkesan dalam sedimen longgar.
• Penekan Hidraulik: Menggunakan tekanan statik untuk memasukkan timbunan, meminimumkan bunyi dan getaran.
• Pemasangan berasaskan penggerudian: Menggabungkan pra-penggerudian dengan penyisipan longgokan, Sesuai untuk tanah yang keras atau berbatu.

Setiap kaedah melibatkan peralatan yang berbeza, kelajuan pemasangan, dan pertimbangan geoteknik, memerlukan pemeriksaan terperinci mengenai kebolehgunaannya.

3. Analisis terperinci pembinaan ==(Kaedah)

3.1 Impak longgokan memandu

3.1.1 Mekanisme dan peralatan

Tumpukan kesan memandu menyampaikan pukulan tenaga tinggi ke kepala longgokan menggunakan palu diesel atau hidraulik. Tenaga kinetik tukul mengatasi rintangan tanah, Memandu longgokan ke kedalaman yang dikehendaki. Peralatan biasa termasuk:

• Palu diesel: Menyampaikan 50-200 kJ setiap pukulan, sesuai untuk buasir sehingga 3 m diameter.
• Palu hidraulik: Menawarkan kawalan yang tepat dengan tenaga sehingga 500 kJ, Sesuai untuk aplikasi luar pesisir.

Kecekapan memandu ditadbir oleh formula Hiley:

P = (W_H * h * atau) / (s + c/2)

Di mana:

• P = kapasiti longgokan muktamad (kn)
• W_h = berat tukul (kn)
• H = ketinggian ketinggian (m)
• η = kecekapan tukul (0.7-0.9)
• s = set tetap setiap pukulan (m)
• c = mampatan sementara (m)

3.1.2 Interaksi tanah

Pemanduan kesan paling berkesan dalam padat, tanah padu (cth., Tanah liat dengan perpaduan > 50 KPA) atau tanah berbutir dengan sudut geseran yang tinggi (>30°). Ia berjuang di tanah yang sangat lembut (cth., lumpur dengan kekuatan ricih yang tidak terkawal < 20 KPA) Kerana rintangan yang tidak mencukupi dan lapisan berbatu kerana kerosakan longgokan yang berpotensi.

3.1.3 Kelebihan

• Kadar penembusan yang tinggi (0.5-1 m/saya) dalam tanah yang sesuai.
• Kuat, peralatan yang tersedia secara meluas dengan dekad penggunaan yang terbukti.
• Kos efektif untuk projek berskala besar ($50-100/m).

3.1.4 Cabaran

• Tahap bunyi yang tinggi (>100 db di 10 m), melebihi had bandar (cth., 85 DB dalam peraturan EU).
• Getaran (Halaju zarah puncak > 10 mm/s) Risiko merosakkan struktur berdekatan.
• Kerosakan kepala longgokan di tanah keras memerlukan topi pelindung.

3.1.5 Aplikasi

Digunakan dalam asas jambatan, platform luar pesisir, dan kemudahan perindustrian di mana beban paksi tinggi (cth., 10-20 mn) diperlukan. Contoh: Jambatan Hong Kong-Zhuhai-Maco Digunakan 2.5 tumpukan m yang didorong dengan 300 KJ Hammers.

3.2 Memandu longgokan getaran

3.2.1 Mekanisme dan peralatan

Palu getaran menjana ayunan frekuensi tinggi (10-30 Hz) Untuk mengurangkan geseran tanah, membenarkan longgokan tenggelam di bawah berat badan atau tekanan ringan. Peralatan termasuk:

• Vibrators berat eksentrik: Menghasilkan 100-500 kN daya sentrifugal.
• Vibrator hidraulik: Menawarkan kekerapan berubah untuk penalaan khusus tanah.

Kadar penembusan bergantung pada daya dinamik:

F_d = m * e * Ω

Di mana:

• F_D = daya dinamik (kn)
• m = jisim eksentrik (kg)
• e = eksentrik (m)
• Ω = kekerapan sudut (rad/s)

3.2.2 Interaksi tanah

Berkesan dalam longgar, tanah berbutir (cth., pasir dengan ketumpatan relatif < 50%) di mana geseran dikurangkan oleh pencairan yang disebabkan oleh getaran. Tidak berkesan dalam tanah liat atau kerikil yang padat kerana kekuatan ricih yang tinggi.

3.2.3 Kelebihan

• Pemasangan cepat (1-2 m/saya) dalam tanah longgar.
• Bunyi sederhana (80-90 dB), lebih rendah daripada memandu kesan.
• Kos modal yang lebih rendah ($40-80/m) untuk keadaan yang sesuai.

3.2.4 Cabaran

• Penembusan terhad di tanah kohesif (cth., Tanah liat dengan perpaduan > 100 KPA).
• Potensi untuk pencairan tanah, mengurangkan kapasiti sisi.
• Memerlukan ujian tanah untuk mengesahkan kebolehgunaan.

3.2.5 Aplikasi

Sesuai untuk projek pantai seperti pelabuhan dan pemecah. Contoh: Dubai's Palm Jumeirah Digunakan 1.5 buasir dipasang dengan 200 Hammers Vibratory KN.

3.3 Penekan Hidraulik

3.3.1 Mekanisme dan peralatan

Bicu hidraulik menggunakan tekanan statik (sehingga 10 Mn) untuk mendorong timbunan ke tanah, sering menggunakan timbunan tindak balas atau sauh untuk penangguhan. Peralatan termasuk:

• Menekan Mesin: Kapasiti 500-2000 tan.
• Sistem tindak balas: Bingkai keluli atau buasir bersebelahan untuk kestabilan.

Daya mendesak mesti melebihi rintangan tanah:

F_P > Q_S + Q_b

Di mana:

• F_p = daya menekan (kn)
• Q_s = rintangan geseran kulit (kn)
• Q_b = rintangan asas (kn)

3.3.2 Interaksi tanah

Serba boleh di seluruh jenis tanah, disediakan daya tindak balas yang mencukupi tersedia. Terbaik untuk tanah berkepadatan sederhana (cth., Silt dengan SPT N-Nilai 10-30).

3.3.3 Kelebihan

• Bunyi rendah (<70 db), mematuhi peraturan bandar.
• Getaran minimum, melindungi struktur berdekatan.
• Ketepatan tinggi dalam penjajaran longgokan (± 10 mm).

3.3.4 Cabaran

• Pemasangan perlahan (0.1-0.3 m/saya), meningkatkan kos buruh.
• Kos peralatan yang tinggi ($100-150/m).
• Persediaan kompleks untuk sistem tindak balas.

3.3.5 Aplikasi

Sesuai untuk projek bandar seperti stesen metro dan asas bertingkat tinggi. Contoh: Menara Shanghai digunakan 2 tumpukan m ditekan di 1500 tan.

3.4 Pemasangan berasaskan penggerudian

3.4.1 Mekanisme dan peralatan

Pra-penggerudian mengurangkan rintangan tanah, diikuti dengan penyisipan longgokan dan grouting pilihan. Peralatan termasuk:

• Latihan Rotary: Diameter hingga 4 m, dengan tork > 300 KNM.
• Sistem grouting: Suntikan buburan simen untuk ikatan yang dipertingkatkan.

Kapasiti longgokan dipertingkatkan dengan grouting:

Q_u = q_s + Q_b + Q_g

Di mana:

• Q_u = keupayaan muktamad (kn)
• Q_g = kekuatan bon grout-soil (kn)

3.4.2 Interaksi tanah

Berkesan di tanah keras (cth., batu dengan UCS > 50 Mpa) atau strata berlapis. Grouting meningkatkan geseran kulit sebanyak 20-50%.

3.4.3 Kelebihan

• Serba boleh untuk geologi yang kompleks.
• Kapasiti beban tinggi dengan grouting (sehingga 30 Mn).
• Kerosakan longgokan dikurangkan pada lapisan berbatu.

3.4.4 Cabaran

• Kos yang tinggi ($120-200/m) Kerana penggerudian dan grouting.
• Pemasangan perlahan (0.2-0.5 m/i).
• Pelupusan sisa penggerudian menambah kebimbangan alam sekitar.

3.4.5 Aplikasi

Digunakan di ladang angin luar pesisir dan asas yang mendalam. Contoh: Ladang Angin Bank Dogger Digunakan 3 M bump dengan pemasangan yang digerudi dan digerakkan.

4. Analisis Perbandingan

Jadual berikut membandingkan kaedah di seluruh teknikal, ekonomi, dan parameter alam sekitar:

Analisis:

• Memandu Impak: Kos efektif dan teguh tetapi tidak sesuai untuk kawasan sensitif bandar atau ekologi kerana bunyi dan getaran. Terbaik untuk projek yang mengutamakan kelajuan dan anggaran.
• Memandu Getaran: Kaedah terpantas di tanah longgar, dengan kesan alam sekitar yang sederhana. Terhad oleh jenis tanah, Memerlukan tinjauan geoteknik pra-tapak.
• Penekan Hidraulik: Sesuai untuk projek bandar sensitif bunyi, menawarkan ketepatan tetapi pada kos yang lebih tinggi dan kelajuan yang lebih perlahan. Logistik sistem tindak balas boleh melambatkan persediaan.
• Berasaskan penggerudian: Paling serba boleh untuk tanah keras, dengan kapasiti beban tinggi. Cabaran Pengurusan Kos dan Sisa Tinggi Mengehadkan Penggunaannya Untuk Projek Khusus.

5. Kajian kes dan perbandingan data

5.1 Kajian kes 1: Dogger Bank Ladang Angin Luar Pesisir (Laut Utara)

Gambaran Keseluruhan Projek: Pemasangan 3 tumpukan diameter m di dasar laut yang keras (batu pasir, UCS ~ 60 MPa). Pemasangan berasaskan penggerudian dipilih kerana rintangan tanah.

Butiran:

• peralatan: Bauer BG50 Rotary Drill, 400 Tork KNM.
• Kedalaman: 40 m setiap timbunan.
• Masa: 12 jam setiap timbunan (0.3 m/my).
• kos: $180/m, termasuk grouting.
• Cabaran: Pelupusan sisa penggerudian memerlukan tongkang luar pesisir.

Hasil: Dicapai 25 Kapasiti Mn setiap tumpukan, keperluan reka bentuk mesyuarat. Memandu getaran diuji tetapi gagal disebabkan oleh kadar penolakan yang tinggi.

5.2 Kajian kes 2: Yayasan Menara Shanghai (China)

Gambaran Keseluruhan Projek: Pemasangan 2 tumpukan diameter m di kawasan bandar yang padat dengan tanah liat lembut (Cu ~ 30 kPa). Tekan hidraulik dipilih untuk bunyi yang rendah.

Butiran:

• peralatan: Giken Arrows Silent, 1200-kapasiti tan.
• Kedalaman: 50 m setiap timbunan.
• Masa: 15 jam setiap timbunan (0.2 m/my).
• kos: $130/m.
• Cabaran: Persediaan longgokan tindak balas ditangguhkan oleh 2 Hari.

Hasil: Tahap bunyi di bawah 65 db, mematuhi had bandar. Dicapai 15 Kapasiti Mn.

5.3 Kajian kes 3: Pengembangan Pelabuhan Dubai

Gambaran Keseluruhan Projek: Pemasangan 1.8 tumpukan diameter m dalam pasir longgar (Ketumpatan relatif ~ 40%). Memandu getaran digunakan untuk kelajuan.

Butiran:

• peralatan: Ais 416 tukul getaran, 300 KN FORCE.
• Kedalaman: 30 m setiap timbunan.
• Masa: 4 jam setiap timbunan (1.5 m/my).
• kos: $60/m.
• Cabaran: Pencairan sementara mengurangkan kapasiti sisi oleh 10%.

Hasil: Pemasangan cepat memenuhi tarikh akhir projek yang ketat. Kapasiti 10 MN cukup untuk beban pelabuhan.

5.4 Data perbandingan

Analisis: Kaedah berasaskan penggerudian cemerlang dalam tanah keras tetapi mahal dan lambat. Baki tekanan hidraulik kos dan pematuhan alam sekitar dalam tetapan bandar. Memandu getaran adalah terpantas dan termurah tetapi terhad kepada tanah longgar dengan keperluan kapasiti sederhana.

6. Cabaran dan Inovasi

6.1 Cabaran

• Variabiliti geologi: Strata yang tidak dapat diramalkan (cth., batu -batu di pasir) boleh menghentikan memandu atau memerlukan perubahan kaedah.
• Peraturan Alam Sekitar: Had bunyi yang lebih ketat (cth., 85 DB di EU) dan perlindungan mamalia marin mencabar kesan memandu.
• Pengurusan Kos: Balancing Equipment Rental, buruh, dan kos bahan penting untuk keuntungan.
• Kerosakan longgokan: Tanah keras boleh menyebabkan buckling atau retak, memerlukan pembaikan yang mahal.

6.2 Inovasi

• Pengurangan bunyi: Tirai gelembung mengurangkan bunyi bawah air sebanyak 10-20 dB untuk memandu kesan luar pesisir.
• Pemantauan automatik: Sensor menjejaki penjajaran cerucuk dan rintangan tanah dalam masa nyata, meningkatkan ketepatan oleh 15%.
• Kaedah hibrid: Menggabungkan getaran dan penggerudian mengurangkan masa pemasangan oleh 20% dalam tanah campuran.
• Bahan-bahan mesra alam: Tumpukan komposit dengan keluli kitar semula mengurangkan jejak karbon oleh 10%.

7. Pemodelan matematik

Untuk mengukur pemilihan kaedah, Model keputusan boleh digunakan:

S = w_1*c + w_2*t + W_3 * e + w_4*l

Di mana:

• S = skor kesesuaian
• C = kos ($/m, dinormalisasi)
• T = masa pemasangan (m/my, dinormalisasi)
• E = kesan alam sekitar (bunyi/getaran, dinormalisasi)
• L = Kapasiti Beban (Mn, dinormalisasi)
• W_I = Faktor Berat (cth., 0.3, 0.2, 0.3, 0.2)

Contoh: Untuk a 2 M Pile di tanah liat, tekanan hidraulik boleh menjaringkan lebih tinggi kerana rendah e, Walaupun lebih tinggi c.