RU2199627C2 - Method of submergence of tubular pile in permafrost - Google Patents
Method of submergence of tubular pile in permafrost Download PDFInfo
- Publication number
- RU2199627C2 RU2199627C2 RU2001109067A RU2001109067A RU2199627C2 RU 2199627 C2 RU2199627 C2 RU 2199627C2 RU 2001109067 A RU2001109067 A RU 2001109067A RU 2001109067 A RU2001109067 A RU 2001109067A RU 2199627 C2 RU2199627 C2 RU 2199627C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pile
- axial feed
- ice
- permafrost
- cal
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Piles And Underground Anchors (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к сооружению несущих фундаментных конструкций в вечномерзлом грунте путем погружения трубчатых опорных свай.FIELD OF THE INVENTION
The invention relates to the construction of supporting foundation structures in permafrost soil by immersion of tubular support piles.
Уровень техники
Известен способ погружения трубчатой сваи в вечномерзлый грунт, включающий вращение сваи с одновременным приложением к ней осевой вдавливающей нагрузки с образованием кольцевой зоны нагрева - см. а.с. СССР 1666674, Е 21 В 7/20, 1991. Сущность способа заключается в том, что погружение трубчатой сваи происходит за счет превращения в воду льда, входящего в структуру мерзлого грунта, под действием тепла, выделяемого в зоне трения о грунт нижнего торца погружаемой трубы, подвергающейся осевой вдавливающей нагрузке при одновременном вращении. Вода и размокший грунт выдавливаются из зоны трения в зазоры, расположенные по обе стороны стенки трубы и возникающие вследствие неизбежных радиальных биений торца, вызванных отклонениями при изготовлении труб (допуск на отклонение оси трубы от прямой линии составляет 1 мм на 1 м длины). Уходящие в боковые зазоры вода и грунт освобождают путь для опускания трубы.State of the art
A known method of immersing a tubular pile in permafrost soil, including the rotation of the pile with the simultaneous application of an axial pressing load to it with the formation of an annular heating zone - see.with. USSR 1666674, E 21 B 7/20, 1991. The essence of the method lies in the fact that the tubular pile is immersed by turning ice into the frozen soil structure into water under the action of heat generated in the friction zone against the soil of the lower end of the immersed pipe subjected to axial pressing load while rotating. Water and wet soil are squeezed out from the friction zone into gaps located on both sides of the pipe wall and arising due to inevitable radial beatings of the end caused by deviations in the manufacture of pipes (tolerance for deviation of the pipe axis from a straight line is 1 mm per 1 m of length). Water and soil leaving in lateral gaps clear a way for lowering of a pipe.
Одной из проблем при осуществлении способа является проблема выбора скорости вращения, которая обеспечивает стабильность кольцевой зоны нагрева для непрерывного погружения сваи. One of the problems in the implementation of the method is the problem of selecting a rotation speed, which ensures the stability of the annular heating zone for continuous immersion of the pile.
Решение указанной проблемы частично обеспечивается изобретением по 25 патенту РФ 2109881, Е 02 D 7/22, 1998. Однако скорость вращения трубы, определяемая в соответствии с решением по данному патенту, определяет условия выделения тепла не под торцом сваи, то есть не там, где открывается путь для ее погружения, а в упомянутых выше кольцевых зазорах по обе стороны стенки уже погруженной части трубы. Кроме того, определяемая по приведенной формуле величина скорости является ограничением "сверху", которое необходимо соблюдать для обеспечения смерзания сваи с массивом грунта. Вопрос же о том, какую именно скорость (в диапазоне от нуля до этой верхней ограничивающей величины) целесообразно назначать, остается открытым. Так же остается нерешенным вопрос, насущный для всех видов механической вращательно-поступательной разработки (обработки) твердых сред - вопрос соотношения скорости вращения и скорости подачи. The solution to this problem is partially provided by the invention according to 25 patent of the Russian Federation 2109881, E 02 D 7/22, 1998. However, the rotation speed of the pipe, determined in accordance with the solution of this patent, determines the conditions for heat generation not at the end of the pile, that is, not where a path is opened for its immersion, and in the above-mentioned annular gaps on both sides of the wall of the already immersed part of the pipe. In addition, the speed value determined by the above formula is a “top” restriction that must be observed to ensure freezing of piles with an array of soil. The question of what kind of speed (in the range from zero to this upper limiting value) should be assigned remains open. The unresolved issue that is urgent for all types of mechanical rotational-translational development (processing) of solid media is the question of the ratio of rotation speed and feed rate.
Осевую подачу определяют из условия выделения тепла в торцевой зоне трения, то есть в зоне контакта нижнего торца трубы с кольцевой поверхностью в грунте, а также из условия необходимости постоянного поддерживания этого контакта. The axial flow is determined from the condition of heat generation in the end friction zone, that is, in the zone of contact of the lower end of the pipe with the annular surface in the soil, as well as from the condition that it is necessary to constantly maintain this contact.
Сущность изобретения
Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в создании способа погружения в вечномерзлый грунт трубчатой сваи с выдерживанием скорости осевой подачи и скорости вращения в определенных пределах.SUMMARY OF THE INVENTION
The problem to which the present invention is directed is to provide a method of immersing a tubular pile in a permafrost soil with maintaining the axial feed rate and rotation speed within certain limits.
В соответствии с изобретением решение поставленной задачи достигается за счет создания способа погружения трубчатой сваи в вечномерзлый грунт, который содержит вращение сваи с образованием кольцевой зоны нагрева с одновременной осевой подачей сваи с приложением к ней вдавливающей нагрузки, и отличается тем, что осевую подачу сваи регулируют из соотношения:
где h - осевая подача, мм/об;
Р - осевое усилие, кгс;
f - коэффициент трения стали о грунт;
k - термический эквивалент работы, кал/кгм;
k1 - удельная теплоемкость льда, кал/г град;
to - температура мерзлого грунта, oC;
k2 - теплота плавления льда, кал/г;
q - удельная масса льда, г/мм3;
kL - коэффициент льдистости мерзлого грунта;
δ - толщина стенки погружаемой трубы, мм;
δ′ - расширение торцевой плоскости зоны трения вследствие радиальных биений торца трубы, мм.In accordance with the invention, the solution of this problem is achieved by creating a method of immersing a tubular pile in permafrost soil, which contains rotation of the pile with the formation of an annular heating zone with simultaneous axial feed of the pile with the application of an pressing load to it, and differs in that the axial feed of the pile is controlled from ratios:
where h is the axial feed, mm / rev;
P - axial force, kgf;
f is the coefficient of friction of steel on the ground;
k is the thermal equivalent of work, cal / kgm;
k 1 - specific heat of ice, cal / g hail;
t o - temperature of frozen soil, o C;
k 2 - heat of fusion of ice, cal / g;
q is the specific gravity of ice, g / mm 3 ;
k L - coefficient of ice content of frozen soil;
δ is the wall thickness of the immersed pipe, mm;
δ ′ is the expansion of the end plane of the friction zone due to radial beats of the pipe end, mm.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Способ реализуют следующим образом. С помощью бурильной машины устанавливают на поверхность грунта трубчатую сваю и выравнивают ее относительно заданной оси погружения. Затем сваю приподнимают и начинают вращать с определенной расчетной скоростью, метод определения которой будет описан ниже.Information confirming the possibility of carrying out the invention
The method is implemented as follows. With the help of a drilling machine, a tubular pile is installed on the soil surface and aligned with a predetermined immersion axis. Then the pile is lifted and it starts to rotate at a certain design speed, the method of determination of which will be described below.
Далее производят осевую подачу трубчатой сваи, величину которой определяют из соотношения:
где h - осевая подача, мм/об;
Р - осевое усилие, кгс;
f - коэффициент трения стали о грунт;
k - термический эквивалент работы, кал/кгм;
k1 - удельная теплоемкость льда, кал/г град;
tо - температура мерзлого грунта, oC;
k2 - теплота плавления льда, кал/г;
q - удельная масса льда, г/мм3;
kL - коэффициент льдистости мерзлого грунта;
δ - толщина стенки погружаемой трубы, мм;
δ' - расширение торцевой плоскости зоны трения вследствие радиальных биений торца трубы, мм.Next, produce an axial feed of the tubular pile, the value of which is determined from the ratio:
where h is the axial feed, mm / rev;
P - axial force, kgf;
f is the coefficient of friction of steel on the ground;
k is the thermal equivalent of work, cal / kgm;
k 1 - specific heat of ice, cal / g hail;
t about - temperature of frozen soil, o C;
k 2 - heat of fusion of ice, cal / g;
q is the specific gravity of ice, g / mm 3 ;
k L - coefficient of ice content of frozen soil;
δ is the wall thickness of the immersed pipe, mm;
δ 'is the expansion of the end plane of the friction zone due to radial beats of the pipe end, mm.
Скорость вращения трубы определяют известным образом, например по заданной производительности С погружения, которое является одним из основных технико-экономических показателей технологического процесса погружения трубчатых свай. С величиной осевой подачи h, которую рассчитывают по приведенному выше соотношению, скорость вращения связана уравнением:
W=C
где С - заданная производительность погружения, мм/мин;
h - осевая подача, мм/об.The speed of rotation of the pipe is determined in a known manner, for example, for a given productivity C of the dive, which is one of the main technical and economic indicators of the technological process of immersion of tubular piles. With the value of the axial feed h, which is calculated according to the above ratio, the rotation speed is related by the equation:
W = c
where C is the set productivity of immersion, mm / min;
h - axial feed, mm / rev.
Полученную расчетным путем величину скорости W вращения сравнивают с максимальной допустимой расчетной величиной, получаемой по формуле, приведенной в РФ 2109881. При соблюдении указанного условия производят заглубление трубчатой сваи путем ее вращения с указанной расчетной скоростью и осевой подачей указанной расчетной величины. The value of rotation speed W obtained by calculation is compared with the maximum allowable calculated value obtained by the formula given in the Russian Federation 2109881. Subject to the specified condition, the tubular pile is deepened by rotation with the specified design speed and axial feed of the specified design value.
В том случае, если расчетная скорость вращения превышает максимальную допустимую расчетную величину, используют способы увеличения расчетной величины осевой подачи путем воздействия на параметры Р, f и/или δ. In the event that the calculated rotation speed exceeds the maximum permissible calculated value, methods are used to increase the calculated value of the axial feed by influencing the parameters P, f and / or δ.
Величина осевой подачи по указанной формуле соответствует ситуации, когда весь разогретый за один оборот лед и размокший от этого минеральный скелет грунта выдавливается в боковые зазоры и освобождает путь для опускания торца тубы прямо до следующего слоя, который будет растоплен в процессе следующего оборота. The value of the axial feed according to the specified formula corresponds to the situation when all the ice warmed up in one revolution and the mineral skeleton soaked from this is squeezed out into the side gaps and clears the way for lowering the end of the tube directly to the next layer, which will be melted during the next revolution.
При осевой подаче меньше расчетной величины возможен разрыв контакта, то есть прекращение трения, прекращение выделения тепла и задержка всего процесса погружения. При осевой подаче выше расчетной величины упорный контакт между торцом трубы и забоем может вызвать смятие торца и неизбежный при этом срыв процесса погружения. Реальность риска этого нежелательного эффекта возрастает с учетом относительно высоких допусков на центрирование погружаемой сваи относительно направления прилагаемой осевой вдавливающей нагрузки. When the axial feed is less than the calculated value, contact breakage is possible, that is, friction stops, heat generation stops and the entire immersion process is delayed. When the axial feed is higher than the calculated value, the persistent contact between the end of the pipe and the bottom can cause crushing of the end and the inevitable failure of the immersion process. The reality of the risk of this undesirable effect increases with the relatively high tolerances for centering the immersed pile relative to the direction of the applied axial pressing load.
Гранулометрические и физико-механические, в том числе прочностные, характеристики грунтов, в которые погружают сваи, отражены в формуле осевой подачи величинами f, to и kL. Очевидно, что при их варьировании, как и при варьировании величин Р, δ и δ′, расчетная осевая подача будет изменяться.Granulometric and physical-mechanical, including strength, soil characteristics into which piles are immersed are reflected in the axial feed formula with f, t o and k L values. Obviously, when they vary, as well as when the values of P, δ and δ ′ are varied, the calculated axial feed will change.
При погружении в грунт в натурных условиях труб диаметром от 159 до 325 мм, вращаемых со скоростью 40-56 об/мин, были получены величины осевой подачи в следующих диапазонах (см. таблицу). When immersed in the ground under natural conditions, pipes with a diameter of 159 to 325 mm, rotated at a speed of 40-56 rpm, were obtained axial feed in the following ranges (see table).
Расчетные величины оптимальной осевой подачи для грунтов различных категорий лежат в пределах экспериментально зарегистрированных диапазонов величин. Таким образом, проведенные опыты в натурных условиях подтвердили достоверность приведенной формулы. The calculated values of the optimal axial feed for soils of various categories lie within the experimentally recorded ranges of values. Thus, the conducted experiments in the field confirmed the reliability of the above formula.
Claims (1)
где h - осевая подача, мм/об.;
Р - осевое усилие, кгс;
f - коэффициент трения стали о грунт;
k - термический эквивалент работы, кал/кгм;
k1 - удельная теплоемкость льда, кал/г град;
tо - температура мерзлого грунта, oC;
k2 - теплота плавления льда, кал/г;
q - удельная масса льда, г/мм3;
kL - коэффициент льдистости мерзлого грунта;
δ - толщина стенки погружаемой трубы, мм;
δ′ - расширение торцевой плоскости зоны трения вследствие радиальных биений торца трубы, мм.A method of immersing a tubular pile in permafrost soil, including rotating the pile with the formation of an annular heating zone with simultaneous axial feed of the pile with the application of an pressing load to it, characterized in that the axial feed of the pile is controlled from the ratio
where h is the axial feed, mm / rev .;
P - axial force, kgf;
f is the coefficient of friction of steel on the ground;
k is the thermal equivalent of work, cal / kgm;
k 1 - specific heat of ice, cal / g hail;
t about - temperature of frozen soil, o C;
k 2 - heat of fusion of ice, cal / g;
q is the specific gravity of ice, g / mm 3 ;
k L - coefficient of ice content of frozen soil;
δ is the wall thickness of the immersed pipe, mm;
δ ′ is the expansion of the end plane of the friction zone due to radial beats of the pipe end, mm.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001109067A RU2199627C2 (en) | 2001-03-28 | 2001-03-28 | Method of submergence of tubular pile in permafrost |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001109067A RU2199627C2 (en) | 2001-03-28 | 2001-03-28 | Method of submergence of tubular pile in permafrost |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2001109067A RU2001109067A (en) | 2003-02-20 |
| RU2199627C2 true RU2199627C2 (en) | 2003-02-27 |
Family
ID=20248043
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001109067A RU2199627C2 (en) | 2001-03-28 | 2001-03-28 | Method of submergence of tubular pile in permafrost |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2199627C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2707228C1 (en) * | 2019-04-18 | 2019-11-25 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет" | Method to immerse piles in seasonal-frozen ground |
-
2001
- 2001-03-28 RU RU2001109067A patent/RU2199627C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2707228C1 (en) * | 2019-04-18 | 2019-11-25 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет" | Method to immerse piles in seasonal-frozen ground |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108824431B (en) | Super-grouting pile head treatment construction method | |
| CN106381881B (en) | A kind of gravity type single-pile foundation | |
| RU2199627C2 (en) | Method of submergence of tubular pile in permafrost | |
| JP2010059603A (en) | Method for constructing tapered pile, and the tapered pile | |
| JP2011157780A (en) | Method of driving steel pipe pile, steel pipe pile foundation, and steel pipe pile | |
| RU2441116C1 (en) | Pile and method of its installation into permafrost soil | |
| JP5414838B2 (en) | Steel pipe pile, composite pile and composite pile manufacturing method | |
| JPH10331156A (en) | Steel pipe pile and method for foundation work using the same | |
| CN107254872B (en) | Prestressed pipe pile bottom floating and fixing sealing device and control method thereof | |
| JP2002105954A (en) | Rotary penetration steel pipe pile | |
| WO2008091173A1 (en) | Method for pitching a pile into a permanently frozen ground | |
| Carroll et al. | Field studies on the axial capacity of small diameter piles and ageing effects in sands | |
| JP6004565B2 (en) | Banded blade member for steel pipe pile, steel pipe pile, composite pile, and composite pile manufacturing method | |
| KR102372539B1 (en) | Bucket of marine wind power generation apparatus and marine wind power generation apparatus including the same, and installation method of marine wind power generation apparatus | |
| RU158887U1 (en) | PILOT SCREW | |
| CN102365409A (en) | Steel pipe pile | |
| RU2660692C1 (en) | Method for constructing pile foundation and screw pile for implementation of this method | |
| JP6762449B1 (en) | Manufacturing method of steel pipe pile | |
| RU205047U1 (en) | COMPOSITE ANTI-COOL PIL | |
| JPH08284160A (en) | Steel pipe pile with spiral blade | |
| JP2024031252A (en) | Construction method of steel pipe pile and steel pipe pile foundation | |
| CN214007132U (en) | Special long horizontal well for low-grade oil reservoir | |
| CN219793976U (en) | Auxiliary foundation structure of offshore wind power pile | |
| JPH01146011A (en) | Drill steel pipe pile | |
| CN113969799B (en) | Long and short spiral anchor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070329 |