1. Wstęp

Stosy rur stalowych o dużej średnicy, zazwyczaj przekraczające 1 Miernik o średnicy, są podstawowymi elementami inżynierii lądowej, Struktury podtrzymujące, takie jak morskie turbiny wiatrowe, mosty, i wieżowce. Ich zdolność do przenoszenia ciężkich obciążeń na głębsze, Stabilne warstwy gleby lub podłoże czynią je niezbędnymi w trudnych warunkach geotechnicznych. To badanie zawiera dogłębną analizę metod budowy-napęd na pali nabrzeżu, jazda na stosie wibracyjnym, tłoczenie hydrauliczne, oraz instalacja oparta na wierceniu-konfigurowanie ich mechanizmów technicznych, sprzęt, Interakcje gleby, Wpływ na środowisko, i opłacalność. Poprzez szczegółowe porównania, Studia przypadków, i modele matematyczne, Badanie ma na celu prowadzenie inżynierów w wyborze optymalnych metod dla określonych wymagań projektu.

Cele są:

• Przeanalizuj aspekty techniczne i operacyjne każdej metody.
• Porównaj wskaźniki wydajności przy użyciu danych ilościowych.
• Oceń kompromisy środowiskowe i gospodarcze.
• Podkreśl innowacje i przyszłe trendy w instalacji pali.

2. Przegląd metod budowy

Do instalacji stosów rur stalowych o dużej średnicy są stosowane, Każdy dostosowany do określonych rodzajów gleby, Skale projektu, i ograniczenia środowiskowe:

• Jazda na stosie: Używa wysokoenergetycznych młotów do wbijania stosów w ziemię, Idealny na gęste gleby.
• Jazda na stosie wibracyjnym: Wykorzystuje siły oscylacyjne w celu zmniejszenia tarcia gleby, skuteczny w luźnych osadach.
• Prasowanie hydrauliczne: Wywiera ciśnienie statyczne, aby wstawić stosy, Minimalizowanie hałasu i wibracji.
• Instalacja oparta na wierceniu: Łączy wstępne upewnienie się z wstawieniem pali, Nadaje się na twarde lub skaliste gleby.

Każda metoda obejmuje wyraźny sprzęt, prędkości instalacji, i względy geotechniczne, Wymaganie szczegółowego badania ich zastosowania.

3. Szczegółowa analiza budowy ==(Metody)

3.1 Jazda na stosie

3.1.1 Mechanizm i sprzęt

Driving Impact Driving dostarcza ciosów wysokoenergetycznych do głowicy stosu za pomocą oleju napędowego lub hydraulicznych. Energia kinetyczna młotka przezwycięża odporność na glebę, Prowadzenie stosu na pożądaną głębokość. Wspólny sprzęt obejmuje:

• Młoty z silnikiem Diesla: Dostarcz 50–200 kJ na cios, odpowiednie do stosów do 3 M średnica.
• Hydrauliczne młoty: Oferować precyzyjną kontrolę za pomocą energii 500 KJ, Idealny do aplikacji na morzu.

Wydajność jazdy jest rządzona przez formułę Hiley:

P = (Wh * H * Lub) / (S + c/2)

Gdzie:

• P = ostateczna pojemność stosu (Kn)
• W_h = masa młotka (Kn)
• H = Wysokość kropli (M)
• η = wydajność młotka (0.7–0,9)
• S = stały zestaw na cios (M)
• C = tymczasowa kompresja (M)

3.1.2 Interakcja gleby

Jazda na uderzenie jest najskuteczniejsza w gęstej, gleby spoiste (np., glina ze spójnością > 50 KPA) lub ziarniste gleby o wysokich kątach tarcia (>30°). Walczy w bardzo miękkich glebach (np., muł z nieuznaną wytrzymałość na ścinanie < 20 KPA) Z powodu niewystarczającej odporności i w skalistych warstwach z powodu potencjalnego uszkodzenia stosu.

3.1.3 Zalety

• Wysoka szybkość penetracji (0.5–1 m/ja) w odpowiednich glebach.
• Solidny, szeroko dostępny sprzęt z dziesięcioleciami sprawdzonego użytkowania.
• Opłacalne dla projektów na dużą skalę ($50–100/m).

3.1.4 Wyzwania

• Wysoki poziom hałasu (>100 db at 10 M), przekraczanie limitów miejskich (np., 85 DB w przepisach UE).
• Wibracje (Szczytowa prędkość cząstek > 10 mm/s) Ryzyko uszkadzające pobliskie struktury.
• Uszkodzenie głowicy na twardej glebie wymagają czapek ochronnych.

3.1.5 Aplikacje

Używane w fundamentacjach mostowych, platformy morskie, i obiekty przemysłowe, w których obciążenia wysokie osiowe (np., 10–20 Mn) są wymagane. Przykład: Używany most Hongkongu-Zhuhai-Macao 2.5 M stosy prowadzone 300 KJ Hammers.

3.2 Jazda na stosie wibracyjnym

3.2.1 Mechanizm i sprzęt

Hammery wibracyjne generują oscylacje o wysokiej częstotliwości (10–30 Hz) Aby zmniejszyć tarcie gleby, pozwalając stosowi zatonąć pod ciężarem lub naciskiem światłem. Sprzęt obejmuje:

• Ekcentryczne wibratory: Wyprodukuj 100–500 kN siły odśrodkowej.
• Wibratory hydrauliczne: Oferować zmienną częstotliwość strojenia specyficznego dla gleby.

Szybkość penetracji zależy od siły dynamicznej:

F_d = m * e * Ω

Gdzie:

• F_d = siła dynamiczna (Kn)
• M = masa ekscentryczna (kg)
• E = ekscentryczność (M)
• ω = częstotliwość kątowa (Rad/s)

3.2.2 Interakcja gleby

Skuteczny w luźnym, Gleby ziarniste (np., piasek o gęstości względnej < 50%) gdzie tarcie jest zmniejszone przez indukowane wibracją upłynnienie. Nieskuteczne w gęstych glinach lub żwirach z powodu wysokiej wytrzymałości na ścinanie.

3.2.3 Zalety

• Szybka instalacja (1–2 m/ja) w luźnych glebach.
• Umiarkowany hałas (80–90 dB), Niższe niż jazda na uderzeniu.
• Niższy koszt kapitału ($40–80/m) dla odpowiednich warunków.

3.2.4 Wyzwania

• Ograniczona penetracja w glebach spójnych (np., glina ze spójnością > 100 KPA).
• Potencjał upłynnienia gleby, Zmniejszenie pojemności bocznej.
• Wymaga testów gleby, aby potwierdzić możliwość zastosowania.

3.2.5 Aplikacje

Idealny do projektów przybrzeżnych, takich jak porty i breakwatery. Przykład: Użył palmowego Jumeirah w Dubaju 1.5 M zainstalowane stosy z 200 KN Hammers wibracyjne.

3.3 Prasowanie hydrauliczne

3.3.1 Mechanizm i sprzęt

Gniazda hydrauliczne stosują ciśnienie statyczne (aż do 10 Mn) wcisnąć stosy w ziemię, Często używając stosów lub kotwic reakcji do przeciwdziałania. Sprzęt obejmuje:

• Maszyny naciskające: Pojemność 500–2000 ton.
• Systemy reakcji: Stalowe ramy lub sąsiednie stosy stabilności.

Siła prasowa musi przekraczać opór gleby:

F_p > Q_S + Q_B

Gdzie:

• F_P = Siła naciskająca (Kn)
• Q_S = odporność na tarcia skóry (Kn)
• Q_B = opór podstawowy (Kn)

3.3.2 Interakcja gleby

Wszechstronny w różnych typach gleby, Dostępna jest wystarczająca siła reakcji. Najlepsze na gleby o średniej gęstości (np., muł z wartością 10–30 SPT).

3.3.3 Zalety

• Niski hałas (<70 db), zgodne z przepisami miejskimi.
• Minimalne wibracje, ochrona pobliskich struktur.
• Wysoka precyzja w wyrównaniu pali (± 10 mm).

3.3.4 Wyzwania

• Powolna instalacja (0.1–0,3 m/ja), rosnące koszty pracy.
• Wysokie koszty sprzętu ($100–150/m).
• Złożona konfiguracja systemów reakcji.

3.3.5 Aplikacje

Odpowiednie do projektów miejskich, takich jak stacje metra i fundacje wieżowca. Przykład: Używana wieża w Szanghaju 2 m naciśnięte pale 1500 mnóstwo.

3.4 Instalacja oparta na wierceniu

3.4.1 Mechanizm i sprzęt

Wstępne uporządkowanie zmniejsza odporność na glebę, a następnie wstawianie stosu i opcjonalne zaprawę. Sprzęt obejmuje:

• Ćwiczenia obrotowe: Średnice do 4 M, z momentem obrotowym > 300 Knm.
• Systemy fugowania: Wstrzykiwać zawiesinę cementu do zwiększonego wiązania.

Pojemność stosu jest zwiększona przez zaprawę:

Q_u = q_s + Q_B + Q_G

Gdzie:

• Q_u = najwyższa pojemność (Kn)
• Q_g = wytrzymałość wiązania gleba (Kn)

3.4.2 Interakcja gleby

Skuteczne w twardych glebach (np., Rock z UCS > 50 Mpa) lub warstwowe warstwy. Fugacja poprawia tarcie skóry o 20–50%.

3.4.3 Zalety

• Wszechstronne dla złożonych geologicznych.
• Wysoka pojemność z fugą (aż do 30 Mn).
• Zmniejszone uszkodzenia stosu w skalistych warstwach.

3.4.4 Wyzwania

• Wysokie koszty ($120–200/m) Z powodu wiercenia i fugowania.
• Powolna instalacja (0.2–0,5 m/i).
• Usuwanie odpadów wiertniczych zwiększa obawy dotyczące środowiska.

3.4.5 Aplikacje

Używane w farmach wiatrowych na morzu i głębokie fundamenty. Przykład: Zastosowano farmę wiatrową Dogger Bank 3 M stosy z wywierconą i fugowaną instalacją.

4. Analiza porównawcza

Poniższa tabela porównuje metody w różnych technicznych, gospodarczy, i parametry środowiskowe:

Analiza:

• Jazda uderzeniowa: Opłacalne i solidne, ale nieodpowiednie dla obszarów miejskich lub ekologicznych z powodu hałasu i wibracji. Najlepsze do projektów priorytetowych priorytetów prędkości i budżetu.
• Jazda wibracyjna: Najszybsza metoda w luźnych glebach, z umiarkowanym wpływem na środowisko. Ograniczony typem gleby, Wymaganie przedstawienia badań geotechnicznych.
• Prasowanie hydrauliczne: Idealny do wrażliwych na hałas projektów miejskich, Oferowanie precyzji, ale przy wyższych kosztach i wolniejszych prędkościach. Logistyka systemu reakcji może opóźnić konfigurację.
• Oparte na wierceniu: Najbardziej wszechstronne dla twardych gleb, o wysokiej pojemności obciążenia. Wysokie koszty i wyzwania związane z zarządzaniem odpadami ograniczają jego wykorzystanie do wyspecjalizowanych projektów.

5. Studia przypadków i porównanie danych

5.1 Studium przypadku 1: Dogger Bank Offshore Wind Farm (Morze Północne)

Przegląd projektu: Instalacja 3 M stosy średnicy w twardym dnie morskim (piaskowiec, UCS ~ 60 MPa). Instalacja oparta na wierceniu została wybrana z powodu odporności na glebę.

Bliższe dane:

• Sprzęt: BAUER BG50 ROTARY DRIWNE, 400 moment obrotowy knm.
• Głębokość: 40 m na stos.
• Czas: 12 godziny na stos (0.3 m/my).
• Koszt: $180/M, w tym fugacja.
• Wyzwania: Usuwanie odpadów wiertniczych Wymagane barki na morzu.

Wynik: Osiągnięte 25 Pojemność MN na stos, Wymagania dotyczące projektowania. Testowano wibrację, ale nie powiodło się z powodu wysokich wskaźników odmowy.

5.2 Studium przypadku 2: Shanghai Tower Foundation (Chiny)

Przegląd projektu: Instalacja 2 M stosy średnicy w gęstym obszarze miejskim z miękką gliną (Cu ~ 30 kPa). Naciskanie hydrauliczne wybrano do niskiego hałasu.

Bliższe dane:

• Sprzęt: Giken ciche strzały, 1200-pojemność ton.
• Głębokość: 50 m na stos.
• Czas: 15 godziny na stos (0.2 m/my).
• Koszt: $130/M.
• Wyzwania: Konfiguracja stosu reakcji opóźniona przez 2 dni.

Wynik: Poziomy hałasu poniżej 65 db, zgodny z limitami miejskimi. Osiągnięte 15 Pojemność Mn.

5.3 Studium przypadku 3: Rozszerzenie portu w Dubaju

Przegląd projektu: Instalacja 1.8 M DARMOWE PILE W LUSKIM PISKU (Gęstość względna ~ 40%). Doprowadzenie wibracyjne zastosowano do prędkości.

Bliższe dane:

• Sprzęt: LÓD 416 Wibrujący młot, 300 Kn siła.
• Głębokość: 30 m na stos.
• Czas: 4 godziny na stos (1.5 m/my).
• Koszt: $60/M.
• Wyzwania: Tymczasowe upłynnienie zmniejszyło zdolność boczną przez 10%.

Wynik: Szybka instalacja spełniła ciasne terminy projektu. Pojemność 10 MN wystarczający do obciążeń portów.

5.4 Dane porównawcze

Analiza: Metody oparte na wierceniu wyróżniają się w twardych glebach, ale są kosztowne i powolne. Hydrauliczne salda naciskane koszty i zgodność środowiska w środowiskach miejskich. Drifatory wibracyjne jest najszybsze i najtańsze, ale ograniczone do luźnych gleb o umiarkowanych potrzebach.

6. Wyzwania i innowacje

6.1 Wyzwania

• Zmienność geologiczna: Nieprzewidywalne warstwy (np., głazy w piasku) może zatrzymać jazdę lub wymagać zmian metod.
• Przepisy środowiskowe: Straszniejsze limity hałasu (np., 85 DB w UE) oraz ochrona przed ssakami morskimi wyzwaniem jazdy.
• Zarządzanie kosztami: Wypożyczalnia sprzętu równowagi, praca, a koszty materiałowe mają kluczowe znaczenie dla rentowności.
• Uszkodzenie stosu: Twarde gleby mogą powodować wyboczenie lub pękanie, wymagające kosztownych napraw.

6.2 Innowacje

• Łagodzenie hałasu: Zasłony bąbelkowe zmniejszają hałas podwodny o 10–20 dB w celu jazdy na morzu.
• Zautomatyzowane monitorowanie: Wyrównanie stosu i odporność na glebę w czasie rzeczywistym w czasie rzeczywistym w czasie rzeczywistym, poprawa precyzji przez 15%.
• Metody hybrydowe: Połączenie wibracji i wiercenia zmniejsza czas instalacji 20% w glebach mieszanych.
• Materiały przyjazne dla środowiska: Kompozytowe stosy ze stali recyklingowej zmniejszają ślad węglowy przez 10%.

7. Modelowanie matematyczne

Aby określić ilościowo wybór metody, Można zastosować model decyzyjny:

S = W_1*c + W_2*t + W_3 * e + W_4*l

Gdzie:

• S = wynik przydatności
• C = koszt ($/M, znormalizowane)
• T = czas instalacji (m/my, znormalizowane)
• E = wpływ na środowisko (hałas/wibracje, znormalizowane)
• L = pojemność obciążenia (Mn, znormalizowane)
• w_i = czynniki ważenia (np., 0.3, 0.2, 0.3, 0.2)

Przykład: Dla 2 M PALE w glinie, Naciskanie hydrauliczne może być wyższe z powodu niskiego E, Pomimo wyższego c.