Ứng dụng và nghiên cứu công nghệ gia cố cọc tấm thép trong các cuộc khai quật Long Riverbank

trừu tượng

Công nghệ gia cố đống thép được sử dụng rộng rãi trong các dự án khai quật sâu, đặc biệt trong các môi trường đầy thách thức như các cuộc khai quật Long Riverbank. Bài viết này cung cấp một phân tích khoa học chuyên sâu về ứng dụng thép cọc ván Trong bối cảnh như vậy, Tập trung vào sự ổn định cấu trúc của họ, Tương tác với đất xung quanh, và hiệu suất trong các điều kiện địa kỹ thuật khác nhau. Thông qua các công thức lý thuyết, Mô hình phần tử hữu hạn, và so sánh số, Nghiên cứu đánh giá hiệu quả của cọc tấm thép trong việc đảm bảo an toàn và ổn định khai quật. Các khía cạnh chính, bao gồm áp lực đất bên, Biến dạng cọc, và tương tác cấu trúc đất, được phân tích với các công thức và dữ liệu hỗ trợ. Nghiên cứu cũng so sánh các cấu hình đống và chiến lược gia cố khác nhau, Cung cấp những hiểu biết sâu sắc về tối ưu hóa thiết kế cho các cuộc khai quật Riverbank.

1. Giới thiệu

Khai quật bờ sông dài, đặc biệt đối với các dự án cơ sở hạ tầng đô thị như đường hầm tiện ích, rào chắn lũ, hoặc nền tảng cầu, đặt ra những thách thức địa kỹ thuật đáng kể. Những cuộc khai quật này thường được tiến hành trong nước giàu, môi trường đất mềm, Trường hợp duy trì sự ổn định và ngăn chặn sự sụp đổ là rất quan trọng. Cọc tấm thép đã nổi lên như một giải pháp ưa thích do sức mạnh cao của chúng, dễ dàng cài đặt, và khả năng cung cấp cả hỗ trợ cấu trúc và chống thấm nước.

Nghiên cứu này khám phá việc áp dụng cọc ván thép Công nghệ củng cố trong các cuộc khai quật Long Riverbank, nhấn mạnh phân tích khoa học thông qua các mô hình lý thuyết, Dữ liệu thực nghiệm, và mô phỏng số. Các mục tiêu là:

1. Phân tích hành vi cơ học của Cọc tấm thép trong điều kiện khai quật Riverbank.
2. Phát triển và xác nhận các mô hình toán học cho tương tác giữa lớp đất.
3. So sánh các cấu hình cọc khác nhau và các chiến lược gia cố bằng cách sử dụng dữ liệu số.
4. Cung cấp các khuyến nghị thiết kế dựa trên các phát hiện khoa học.

2. Khung lý thuyết

2.1. Áp lực đất bên

Sự ổn định của Cọc tấm thép trong các cuộc khai quật phụ thuộc vào khả năng chống lại áp lực đất bên từ đất được giữ lại. Lý thuyết Rankine cổ điển cung cấp một nền tảng để tính toán áp lực trái đất hoạt động và thụ động:

• • Áp lực đất hoạt động (\(\sigma_a\)):

\[ \sigma_a = \gamma z K_a – 2c \sqrt{K_A} \]

Ở đâu:

• • • \(\gamma\): Trọng lượng đơn vị của đất (kn/m³),
    • \(z\): Độ sâu dưới bề mặt mặt đất (m),
    • \(K_a = \tan^2(45^\circ – \Phi/2)\): hệ số áp suất đất hoạt động,
    • \(\phi\): Góc ma sát đất (độ),
    • \(c\): sự gắn kết đất (KPA).
  • Áp lực đất thụ động (\(\sigma_p\)):

\[ \sigma_p = \gamma z K_p + 2c \sqrt{K_P} \]

Ở đâu \(K_p = \tan^2(45^\circ + \Phi/2)\): hệ số áp suất đất thụ động.

Cho các cuộc khai quật bờ sông, Áp lực thủy tĩnh từ nước ngầm cũng phải được xem xét:

\[ \sigma_w = \gamma_w z_w \]

Ở đâu \(\gamma_w\): Trọng lượng đơn vị của nước (Thường 9.81 kn/m³), Và \(z_w\): độ sâu của mực nước.

2.2. Tương tác đất-kết cấu

Sự tương tác giữa Cọc tấm thép và đất xung quanh được mô hình hóa bằng cách sử dụng Phương pháp đường cong P-y, trong đó mô tả mối quan hệ phi tuyến giữa kháng đất bên ((P)) và độ lệch đống ((y)). Đường cong P-y cho đất sét, Dựa trên matlock (1970), là:

\[ P = 0.5 p_u \left(\FRAC{y}{y_{50}}\Phải)^{1/3} \quad \text{vì} \quad y \leq y_{50} \]

Ở đâu:

• \(p_u = 7.5 s_u\): Kháng đất cuối cùng (KPA),
• \(s_u\): sức mạnh cắt không thoát nước của đất sét (KPA),
• \(y_{50}\): độ võng ở một nửa sức đề kháng cuối cùng (m).

Đối với đất cát, Reese et al. (1974) đề xuất:

\[ P = A P_S Y \]

Ở đâu \(A\): Hệ số thực nghiệm, Và \(p_s\): Đang kháng tối thượng dựa trên tính chất đất.

2.3. Phân tích ổn định cọc

Sự ổn định của Cọc tấm thép được đánh giá bằng cách tính toán thời điểm uốn tối đa ((M_{tối đa})) và dịch chuyển bên ((u_x)). Phương trình vi phân chi phối cho một đống được tải ngang là:

\[ Không phải frac{d^4 y}{dz^4} + k_h y = q(z ) \]

Ở đâu:

• \(EI\): Độ cứng uốn cong (KNAM),
• \(k_h\): Mô đun phụ theo chiều ngang (kn/m³),
• \(Q.(z )\): Tải trọng bên (kn/m).

3. Phương pháp luận

3.1. Nghiên cứu điển hình: Đường hầm tiện ích ở Taizhou, Trung Quốc

Một nghiên cứu trường hợp dựa trên một dự án đường hầm tiện ích ở Taizhou, Trung Quốc, được sử dụng để đánh giá hiệu suất cọc của tấm thép. Cuộc khai quật, Nằm dọc theo bờ sông, có độ sâu 5 trận8 m và nằm trong khu vực đất mềm giàu nước với bàn nước ngầm cao (2.5 m dưới bề mặt). Hồ sơ đất bao gồm đất sét bùn, Sơn cát, và lớp đất sét mềm.

• Thông số kỹ thuật cọc: IV Larsen Thép Cọc, 400 mm rộng, 12 mm dày.
• gia cố: Purlins bằng thép hình chữ H. (400 × 400 × 13 × 21 mm) và thanh chống ống thép.
• Giám sát: Chuyển vị ngang và dọc ở đỉnh cọc, lực dọc trục trong thanh chống.

3.2. Mô hình phần tử hữu hạn

Việc khai quật được mô hình hóa bằng phần mềm phần tử hữu hạn PLAXIS 2D và 3D. Mô hình đất cứng với độ cứng của biến dạng nhỏ (HSS) đã được thông qua để mô phỏng hành vi đất, Kế toán cho độ cứng phụ thuộc căng thẳng. Các tham số đầu vào chính bao gồm:

• Đơn vị đất trọng lượng: 18Hàng20 kN/m³,
• Sự gắn kết: 10Hàng 30 kpa,
• Góc ma sát: 20Hàng 30 °,
• Mô -đun Young: 5MP20 MPA.

Các cọc tấm thép được mô hình hóa như các yếu tố đàn hồi tuyến tính với một mô đun đàn hồi (\(E )) của 210 GPA và một khoảnh khắc quán tính (\(I\)) Dựa trên mặt cắt ngang cọc.

3.3. Phân tích số

Phân tích tập trung vào:

1. Dịch chuyển bên: Dịch chuyển ngang tối đa (\(u_x\)) ở đỉnh đống.
2. Thời điểm uốn cong: Khoảnh khắc uốn tối đa (\(M_{tối đa}\)) dọc theo đống.
3. Sân vận động: Lực trục trong thanh chống thép.
4. giải quyết: Giải quyết bề mặt phía sau bức tường cọc.

Mô phỏng được tiến hành cho ba điều kiện đất:

• Trường hợp a: Cát bùn (Độ cứng cao, \(\phi = 30^\circ\)),
• Trường hợp b: Đất sét mềm (Độ cứng thấp, \(S_u = 20 kPa\)),
• Trường hợp c: Lớp hỗn hợp (đất sét bằng bùn trên cát).

4. Kết quả và thảo luận

4.1. Dịch chuyển bên

Sự dịch chuyển tối đa bên (\(u_x\)) đa dạng đáng kể với điều kiện đất:

• Trường hợp a (Cát bùn): \(u_x = 25 \chữ{ mm}\), Trong giới hạn cho phép (\(u_{tất cả} = 39 \chữ{ mm}\)).
• Trường hợp b (Đất sét mềm): \(u_x = 62.4 \chữ{ mm}\), vượt quá giới hạn cho phép, chỉ ra sự bất ổn tiềm năng.
• Trường hợp c (Lớp hỗn hợp): \(u_x = 40 \chữ{ mm}\), có thể chấp nhận được.

Sự dịch chuyển cao hơn trong đất sét mềm được cho là do độ cứng của đất thấp hơn và áp lực nước ngầm cao hơn. Phân tích đường cong P-y đã xác nhận hành vi làm mềm biến dạng trong đất sét, với điện trở cực đại của \(p_u = 7.5 S_u = 150 \chữ{ KPA}\).

4.2. Thời điểm uốn cong

Thời điểm uốn tối đa (\(M_{tối đa}\)) được tính toán là:

• Trường hợp a: 180 knm/m,
• Trường hợp b: 223.8 knm/m,
• Trường hợp c: 200 knm/m.

Khoảnh khắc uốn cao hơn trong đất sét mềm phản ánh tăng tải bên do điện trở thụ động thấp. Phần cọc được thay đổi kích thước trong trường hợp B để đáp ứng các tiêu chí hiệu suất, Tăng mô -đun phần bằng cách 20%.

4.3. Sân vận động

Lực dọc trục trong thanh chống:

• Trường hợp a: 50Mạnh100 kN,
• Trường hợp b: 22.51Mạnh121.91 kN,
• Trường hợp c: 70Mạnh110 kN.

Các lực cao hơn trong trường hợp B cho thấy sự phụ thuộc lớn hơn vào giằng bên trong để duy trì sự ổn định trong đất mềm.

4.4. Giải quyết bề mặt

Định cư bề mặt phía sau bức tường cọc là:

• Trường hợp a: 15 mm,
• Trường hợp b: 117 mm,
• Trường hợp c: 50 mm.

Giải quyết quá mức trong trường hợp B nêu bật sự cần thiết phải gia cố thêm, chẳng hạn như ổn định đất hoặc nhúng đống sâu hơn.

4.5. So sánh số

Một nghiên cứu tham số so sánh đúc hẫng, Độc thân, và hệ thống cọc được neo kép:

• Đúc hẫng: \(u_x = 70 \chữ{ mm}\), \(M_{tối đa} = 250 \chữ{ knm/m}\),
• Độc thân: \(u_x = 40 \chữ{ mm}\), \(M_{tối đa} = 200 \chữ{ knm/m}\),
• Kép neo: \(u_x = 25 \chữ{ mm}\), \(M_{tối đa} = 180 \chữ{ knm/m}\).

Hệ thống được neo hai lần cung cấp hiệu suất tốt nhất, giảm dịch chuyển bằng 64% và thời điểm uốn cong bởi 28% so với hệ thống đúc hẫng.

5. Phân tích khoa học

5.1. Tương tác mảnh đất

Phân tích đường cong P-y cho thấy hành vi cọc thụ động trong đất sét mềm thể hiện sự phù hợp căng thẳng, với mối quan hệ P-δ hyperbol:

\[ p = \frac{\Đồng bằng}{Một + b \delta} \]

Ở đâu \(a\) Và \(b\): Các tham số phù hợp với đường cong, Và \(\delta\): Sự dịch chuyển của lớp đất tương đối.

Khả năng chống đất cuối cùng (\(p_u = 7.5 s_u\)) đã được xác thực thông qua dữ liệu trường, Hiển thị thỏa thuận bên trong 5% của dự đoán số.

5.2. Ảnh hưởng của độ sâu khai quật

Tăng độ sâu khai quật từ 5 m to 8 m tăng lên \(u_x\) qua 50% Và \(M_{tối đa}\) qua 30%. Mối quan hệ giữa độ sâu khai quật (\(H\)) và sự dịch chuyển được xấp xỉ như:

\[ u_x \propto H^{1.5} \]

Sự gia tăng phi tuyến này nhấn mạnh sự cần thiết phải nhúng sâu hơn hoặc giằng bổ sung cho các cuộc khai quật sâu hơn.

5.3. Ảnh hưởng của nước ngầm

Áp suất thủy tĩnh tăng tải bên 20 0% trong đất giàu nước. Khử nước giảm \(u_x\) qua 15% Và \(M_{tối đa}\) qua 10%, nhưng yêu cầu quản lý cẩn thận để tránh làm phiền chế độ thủy văn.

6. Đề xuất thiết kế

Dựa trên phân tích, Các khuyến nghị sau đây được đề xuất:

1. Lựa chọn cọc: Sử dụng cọc thép cường độ cao (ví dụ., IV Larsen) với mô đun đủ phần để chống lại các khoảnh khắc uốn trong đất mềm.
2. Neo: Áp dụng các hệ thống neo hai lần cho các cuộc khai quật sâu hơn 5 m để giảm thiểu sự dịch chuyển và thời gian uốn cong.
3. Ổn định đất: Thực hiện các cọc trộn đất sâu hoặc vữa phản lực trong đất sét mềm để tăng cường độ cứng của đất và giảm sự định cư.
4. Giám sát: Lắp đặt máy đo độ cao và cảm biến trắc địa để theo dõi sự dịch chuyển của cọc và lực thanh chống trong thời gian thực.
5. Khử nước: Sử dụng khử nước được kiểm soát để giảm áp suất thủy tĩnh, với giám sát để ngăn chặn việc rút nước ngầm quá mức.

bài viết liên quan

Có phương pháp cọc ống nào phù hợp với nền đất yếu không?

Việc sử dụng cọc ống trong thi công nền móng là lựa chọn phổ biến trong nhiều năm qua. Cọc ống được sử dụng để chuyển tải trọng của công trình xuống phần sâu hơn, lớp đất hoặc đá ổn định hơn.

cọc ống | cọc ống Vật liệu thép

Lợi ích của giàn ống Việc sử dụng giàn ống trong xây dựng mang lại một số lợi ích đáng chú ý: Sức mạnh và khả năng chịu tải: Giàn ống nổi tiếng với tỷ lệ cường độ trên trọng lượng cao. Các đường ống kết nối với nhau phân bổ tải trọng đồng đều, dẫn đến một cấu trúc vững chắc và đáng tin cậy. Điều này cho phép xây dựng các nhịp lớn mà không cần cột hoặc dầm đỡ quá mức..

Tiêu chuẩn của chất lỏng truyền tải đường ống liền mạch và các ứng dụng là gì?

Tiêu chuẩn cho đường ống liền mạch truyền chất lỏng tùy thuộc vào quốc gia hoặc khu vực bạn đang ở, cũng như ứng dụng cụ thể. Tuy nhiên, Một số tiêu chuẩn quốc tế được sử dụng rộng rãi cho các ống liền mạch truyền chất lỏng là: ASTM A106: Đây là thông số kỹ thuật tiêu chuẩn cho ống thép carbon liền mạch dùng cho dịch vụ nhiệt độ cao tại Hoa Kỳ. Nó thường được sử dụng trong các nhà máy điện, nhà máy lọc dầu, và các ứng dụng công nghiệp khác nơi có nhiệt độ và áp suất cao. Nó bao gồm các đường ống ở cấp A, B, và C, với các tính chất cơ học khác nhau tùy thuộc vào cấp. API 5L: Đây là thông số kỹ thuật tiêu chuẩn cho đường ống dùng trong ngành dầu khí. Nó bao gồm các ống thép liền mạch và hàn cho hệ thống vận chuyển đường ống, bao gồm cả ống dẫn khí, Nước, và dầu. Ống API 5L có nhiều loại khác nhau, chẳng hạn như X42, X52, X60, và X65, tùy thuộc vào đặc tính vật liệu và yêu cầu ứng dụng. ASTM A53: Đây là thông số kỹ thuật tiêu chuẩn cho ống thép mạ kẽm nhúng nóng và đen liền mạch và hàn được sử dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau, bao gồm các ứng dụng truyền tải chất lỏng. Nó bao gồm các đường ống ở hai cấp, A và B, với các tính chất cơ học khác nhau và mục đích sử dụng khác nhau. TỪ 2448 / TRONG 10216: Đây là những tiêu chuẩn Châu Âu dành cho ống thép liền mạch được sử dụng trong các ứng dụng truyền tải chất lỏng, bao gồm cả nước, khí ga, và các chất lỏng khác. Đọc thêm

Các loại ăn mòn phổ biến nhất mà các ống liền mạch truyền chất lỏng được thiết kế để chống lại là gì??

Ống liền mạch truyền chất lỏng được thiết kế để chống lại các loại ăn mòn khác nhau tùy thuộc vào vật liệu được sử dụng và ứng dụng cụ thể. Một số loại ăn mòn phổ biến nhất mà các đường ống này được thiết kế để chống lại bao gồm: Ăn mòn đồng đều: Đây là loại ăn mòn phổ biến nhất, nơi toàn bộ bề mặt của ống bị ăn mòn đồng đều. Để chống lại loại ăn mòn này, ống thường được làm bằng vật liệu chống ăn mòn, chẳng hạn như thép không gỉ hoặc được lót bằng lớp phủ bảo vệ. Sự ăn mòn điện: Điều này xảy ra khi hai kim loại khác nhau tiếp xúc với nhau với sự có mặt của chất điện phân, dẫn đến sự ăn mòn kim loại hoạt động mạnh hơn. Để ngăn chặn sự ăn mòn điện, ống có thể được làm bằng kim loại tương tự, hoặc chúng có thể được cách ly với nhau bằng vật liệu cách điện hoặc lớp phủ. Ăn mòn rỗ: Rỗ là một dạng ăn mòn cục bộ xảy ra khi các khu vực nhỏ trên bề mặt đường ống trở nên dễ bị tấn công hơn, dẫn đến sự hình thành các hố nhỏ. Loại ăn mòn này có thể được ngăn chặn bằng cách sử dụng vật liệu có khả năng chống rỗ cao, chẳng hạn như hợp kim thép không gỉ có thêm molypden, hoặc bằng cách áp dụng lớp phủ bảo vệ. Đường nứt ăn mòn: Ăn mòn kẽ hở xảy ra ở những không gian hẹp hoặc khoảng trống giữa hai bề mặt, như là Đọc thêm

Các loại màn hình dây nêm khác nhau là gì?

Màn hình dây nêm, còn được gọi là màn hình dây hồ sơ, thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau nhờ khả năng sàng lọc vượt trội. Chúng được làm từ dây hình tam giác,

Sự khác biệt giữa ống vỏ đục lỗ và ống vỏ có rãnh ?

2 7/8trong ống vỏ giếng đục lỗ J55 K55 là một trong những sản phẩm chủ yếu của chúng tôi bằng thép, chúng có thể được sử dụng cho nước, dầu, mỏ khoan giếng khí. Độ dày có thể được cung cấp từ 5,51-11,18mm dựa trên độ sâu giếng của khách hàng và các đặc tính cơ học cần thiết. Thông thường chúng được cung cấp kết nối luồng, như NUE hoặc EUE, sẽ dễ dàng hơn để cài đặt tại trang web. Chiều dài của ống vỏ đục lỗ 3-12m có sẵn cho các chiều cao giàn khoan khác nhau của khách hàng. Đường kính lỗ và diện tích mở trên bề mặt cũng được tùy chỉnh. Đường kính lỗ phổ biến là 9mm, 12mm, 15mm, 16mm, 19mm, vân vân.