1. Введение

Стальные трубы с большим диаметром, обычно превышает 1 метр в диаметре, основополагающие элементы в гражданском строительстве, Поддержки структуры, такие как оффшорные ветряные турбины, мосты, и высокие здания. Их способность переносить тяжелые нагрузки в глубже, Стабильные слои или коренной породы делают их незаменимыми в сложных геотехнических условиях. Это исследование обеспечивает углубленный анализ методов строительства-вождение с ворванием с невыгодностью, Вибрационное вождение, гидравлическое прессование, и установка на основе бурового бурля-описать их технические механизмы, оборудование, почвенные взаимодействия, воздействие на окружающую среду, и экономическая эффективность. Посредством подробных сравнений, тематические исследования, и математические модели, Исследование направлено на то, чтобы направлять инженеров при выборе оптимальных методов для конкретных требований проекта.

Цели в:

• Проанализируйте технические и эксплуатационные аспекты каждого метода.
• Сравните метрики производительности с использованием количественных данных.
• Оценить экологические и экономические компромиссы.
• Выделите инновации и будущие тенденции в установке свай.

2. Обзор методов строительства

Четыре основных метода используются для установки стальной трубки с большим диаметром, каждый подходит для конкретных типов почвы, Шкалы проекта, и экологические ограничения:

• Воздействие на вождение кучи: Использует высокоэнергетические молотки, чтобы водить груды в землю, Идеально подходит для плотных почв.
• Вибрационное вождение: Использует колебательные силы, чтобы уменьшить трение почвы, Эффективен в свободных отложениях.
• Гидравлическое прессование: Применяет статическое давление для вставки свай, Минимизация шума и вибрации.
• Установка на основе бурения: Сочетает до бурения с вставкой куча, Подходит для твердых или скалистых почв.

Каждый метод включает в себя отдельное оборудование, скорость установки, и геотехнические соображения, требуя подробного изучения их применимости.

3. Подробный анализ строительства ==(Методы)

3.1 Воздействие на вождение кучи

3.1.1 Механизм и оборудование

Влияние вождения с водой доставляет высокоэнергетические удары по головке свай с использованием дизельных или гидравлических молотков. Кинетическая энергия молотка преодолевает сопротивление почве, Вождение кучи до желаемой глубины. Общее оборудование включает:

• Дизельные молотки: Доставить 50–200 кДж за удар, подходит для куча до 3 м в диаметре.
• Гидравлические молотки: Предложить точный контроль с энергией до 500 KJ, Идеально подходит для оффшорных приложений.

Эффективность вождения регулируется формулой Хили:

P = (W_H * час * или) / (с + C/2)

Где:

• P = конечная грузоподъемность (кН)
• W_H = Вес молотка (кН)
• h = высота капли (m)
• η = эффективность молотка (0.7–0.9)
• S = постоянный набор за удар (m)
• C = временное сжатие (m)

3.1.2 Взаимодействие почвы

Воздействие вождения наиболее эффективно в плотном, связные грунты (например, глина с сплочностью > 50 КПА) или гранулированные почвы с высокими углами трения (>30°). Он борется в очень мягких почвах (например, ил с непреодолимой силой сдвига < 20 КПА) Из -за недостаточной устойчивости и в скалистых слоях из -за потенциального повреждения кучи.

3.1.3 Преимущества

• Высокий уровень проникновения (0.5–1 м/я) в подходящих почвах.
• Крепкий, широко доступное оборудование с десятилетиями проверенного использования.
• Рентабельный для крупномасштабных проектов ($50–100/м).

3.1.4 Проблемы

• Высокий уровень шума (>100 дБ в 10 m), превышение городских пределов (например, 85 ДБ в правилах ЕС).
• Вибрации (пиковая скорость частицы > 10 мм/с) риск разрушил близлежащие сооружения.
• Повреждение головы свай в твердых почвах требует защитных крышек.

3.1.5 Приложения

Используется в фондах моста, морские платформы, и промышленные объекты, где высокие осевые нагрузки (например, 10–20 млн) требуются. Пример: Гонконг-зхухай-макао 2.5 М Сваи, управляемые с 300 KJ Hammers.

3.2 Вибрационное вождение

3.2.1 Механизм и оборудование

Вибрационные молотки генерируют высокочастотные колебания (10–30 Гц) Чтобы уменьшить трение почвы, позволяя кучу опускаться под его весом или легким давлением. Оборудование включает:

• Эксцентричный вес веса: Производить 100–500 кН центробежной силы.
• Гидравлические вибраторы: Предложите переменную частоту для настройки, специфичной для почвы.

Уровень проникновения зависит от динамической силы:

F_d = m * е * Ω

Где:

• F_d = динамическая сила (кН)
• m = эксцентричная масса (кг)
• E = эксцентриситет (m)
• ω = угловая частота (рад/с)

3.2.2 Взаимодействие почвы

Эффективно в свободном, гранулированные почвы (например, Песок с относительной плотностью < 50%) где трение уменьшается путем сжижения, вызванного вибрацией. Неэффективно в плотных глинах или гравиях из -за высокой прочности сдвига.

3.2.3 Преимущества

• Быстрая установка (1–2 м/я) в свободных почвах.
• Умеренный шум (80–90 дБ), ниже удара по вождению.
• Более низкие капитальные затраты ($40–80/м) для подходящих условий.

3.2.4 Проблемы

• Ограниченное проникновение в связных почвах (например, глина с сплочностью > 100 КПА).
• Потенциал для разжижения почвы, уменьшение боковой способности.
• Требуется тестирование почвы для подтверждения применимости.

3.2.5 Приложения

Идеально подходит для прибрежных проектов, таких как порты и воды. Пример: Палм Джумейра Дубай 1.5 М Сваи установлены с 200 KN Вибрационные молотки.

3.3 Гидравлическое прессование

3.3.1 Механизм и оборудование

Гидравлические разъемы применяют статическое давление (вплоть до 10 Мнжен) Чтобы вытащить груды в землю, Часто используя реакционные свай или якоря для противодействия. Оборудование включает:

• Нажатые машины: Емкость 500–2000 тонн.
• Реакционные системы: Стальные рамы или прилегающие кучи для стабильности.

Насущная сила должна превышать сопротивление почвы:

F_p > Q_S + Q_B

Где:

• F_p = нажатие силы (кН)
• Q_S = сопротивление трения кожи (кН)
• Q_B = базовое сопротивление (кН)

3.3.2 Взаимодействие почвы

Универсальный по типам почвы, при условии, что имеется достаточная реакция. Лучше всего для почв средней плотности (например, ил с SPT N-Value 10–30).

3.3.3 Преимущества

• Низкий шум (<70 дБ), Соответствие городским правилам.
• Минимальная вибрация, Защита соседних сооружений.
• Высокая точность в выравнивании свай (± 10 мм).

3.3.4 Проблемы

• Медленная установка (0.1–0,3 м/я), Увеличение затрат на рабочую силу.
• Высокие затраты на оборудование ($100–150/m).
• Сложная установка для реакционных систем.

3.3.5 Приложения

Подходит для городских проектов, таких как станции Metro и высокие основы. Пример: Шанхайская башня использовалась 2 М Сваи нажали на 1500 тонны.

3.4 Установка на основе бурения

3.4.1 Механизм и оборудование

Предварительное бурение снижает сопротивление почвы, с последующей вставкой и дополнительной затиркой. Оборудование включает:

• Ротари Уверли: Диаметры до 4 m, с крутящим моментом > 300 КНМ.
• Системы затирания: Введите цементную суспензию для улучшения связей.

Сваливаемая способность увеличивается путем затирания:

Q_U = Q_S + Q_B + Q_G

Где:

• Q_U = Ultimate емкость (кН)
• Q_G = прочность на затирку (кН)

3.4.2 Взаимодействие почвы

Эффективен в твердых почвах (например, Рок с UCS > 50 МПа) или многослойные слои. Зативка улучшает трение кожи на 20–50%.

3.4.3 Преимущества

• Универсальный для сложных геологических.
• Высокая грузоподъемность с затиркой (вплоть до 30 Мнжен).
• Снижение повреждения кучи в скалистых слоях.

3.4.4 Проблемы

• Высокие затраты ($120–200/м) Из -за бурения и затирки.
• Медленная установка (0.2–0,5 м/я).
• Утилизация буровых отходов добавляет экологические проблемы.

3.4.5 Приложения

Используется в морских ветряных фермах и глубоких фундаментах. Пример: Ветряная ферма Dogger Bank используется 3 M Сваи с просверленной и зативленной установкой.

4. Сравнительный анализ

В следующей таблице сравниваются методы по техническим, экономический, и параметры окружающей среды:

Анализ:

• Ударное вождение: Эффективные и надежные, но не подходящие для городских или экологически чувствительных областей из-за шума и вибрации. Лучше всего для проектов, приоритетных скорости и бюджета.
• Вибрационное вождение: Самый быстрый метод в свободных почвах, С умеренным воздействием на окружающую среду. Ограничено типом почвы, Требование предварительных геотехнических исследований.
• Гидравлическое прессование: Идеально подходит для чувствительных к шуму городских проектов, предлагая точность, но при более высоких затратах и ​​более медленной скорости. Реакционная система логистики может задержать настройку.
• На основе бурения: Самый универсальный для твердых почв, с высокой нагрузкой. Высокие затраты и проблемы управления отходами ограничивают его использование специализированными проектами.

5. Тематические исследования и сравнение данных

5.1 Тематическое исследование 1: Dogger Bank Offshore Wind Farm (Северное море)

Обзор проекта: Установка 3 M Diameter Souch на твердом морском дне (песчаник, UCS ~ 60 МПа). Установка на основе бурения была выбрана из-за сопротивления почве.

Подробности:

• Оборудование: Bauer BG50 Роторная тренировка, 400 КНМ крутящий момент.
• Глубина: 40 м за куча.
• Время: 12 часы за кучу (0.3 м/мой).
• Расходы: $180/m, в том числе раствор.
• Проблемы: Утилизация буровых отходов требуется оффшорные баржи.

Исход: Достигнуто 25 Емкость Mn на кучу, требования к конструкции собрания. Вибрационное вождение было проверено, но не удалось из -за высоких показателей отказа.

5.2 Тематическое исследование 2: Шанхайский башня Фонда (Китай)

Обзор проекта: Установка 2 M Diameter Souws в плотной городской зоне с мягкой глиной (Cu ~ 30 кПа). Гидравлическое прессование было выбрано для низкого шума.

Подробности:

• Оборудование: Гикен молчаливые стрелы, 1200-Тонн мощности.
• Глубина: 50 м за куча.
• Время: 15 часы за кучу (0.2 м/мой).
• Расходы: $130/m.
• Проблемы: Реакционная настройка куча задерживается 2 дни.

Исход: Уровни шума ниже 65 дБ, Соответствие городским пределам. Достигнуто 15 MN емкость.

5.3 Тематическое исследование 3: Расширение порта Дубая

Обзор проекта: Установка 1.8 M Сваи диаметром в свободном песке (относительная плотность ~ 40%). Вибрационное вождение использовалось для скорости.

Подробности:

• Оборудование: ЛЕД 416 вибрационный молот, 300 КН Сила.
• Глубина: 30 м за куча.
• Время: 4 часы за кучу (1.5 м/мой).
• Расходы: $60/m.
• Проблемы: Временное сжижение снижало боковую способность 10%.

Исход: Быстрая установка, сжатые с сроками проекта. Емкость 10 Mn Достаточно для нагрузки порта.

5.4 Сравнительные данные

Анализ: Методы на основе бурового бурения преуспевают в твердых почвах, но они дорого и медленны. Гидравлические насущные балансы затраты и соблюдение окружающей среды в городских условиях. Вибрационное вождение является самым быстрым и дешевым, но ограничено свободными почвами с умеренными потребностями..

6. Вызовы и инновации

6.1 Проблемы

• Геологическая изменчивость: Непредсказуемые слои (например, валуны в песке) может остановить вождение или требовать изменения метода.
• Экологические правила: Более строгие ограничения шума (например, 85 дБ в ЕС) и защита морских млекопитающих бросают вызов воздействию вождения.
• Управление затратами: БАЛОСЕНЦИЯ ПРОИЗВОСТИ ОБОРОТА, труд, и материальные затраты имеют решающее значение для прибыльности.
• Урон куча: Твердые почвы могут вызвать изгиб или растрескивание, требует дорогостоящего ремонта.

6.2 Инновации

• Смягчение шума: Пузырьковые шторы уменьшают подводной шум на 10–20 дБ для вождения в оффшорном воздействии.
• Автоматический мониторинг: Датчики отслеживают выравнивание куча и сопротивление почвы в режиме реального времени, Улучшение точности 15%.
• Гибридные методы: Сочетание вибрации и бурения сокращает время установки 20% в смешанных почвах.
• Экологичные материалы: Композитные свай с переработанной сталь 10%.

7. Математическое моделирование

Чтобы количественно определить выбор метода, Модель принятия решений может быть использована:

S = W_1*C. + W_2*T. + W_3 * E. + W_4*L.

Где:

• S = оценка пригодности
• C = стоимость ($/m, нормализован)
• T = время установки (м/мой, нормализован)
• E = воздействие на окружающую среду (шум/вибрация, нормализован)
• L = грузоподъемность (Мнжен, нормализован)
• W_I = весовые коэффициенты (например, 0.3, 0.2, 0.3, 0.2)

Пример: Для 2 М Свай в глине, Гидравлическое прессование может набрать более высокий уровень из -за низкого E, Несмотря на более высокий c.