Title A standard formulation for the installation of suction caissons in sand
الباحث الرئيس عايد عيد حمود اللقماني
الباحثون المشاركون
التخصص: الهندسة المدنية
التخصص الدقيق: هندسة مدنية (إنشاءات و أساسات و بيئة)
المستخلص: يعتمد التثبيت بمساعدة شفط أساسات الغواص في الرمال على التسرب المتطور حول جدار الغواص. ومن المعروف أن التسرب ينتج تراخًا للتربة داخل تجويف الغواص وانخفاضًا عامًا في مقاومة التربة لاختراق الغواص. من ناحية أخرى ، يجب التحكم في الشفط بحيث لا يتم إحداث أنابيب مفرطة داخل حجم الرمل المحاصر داخل تجويف الغواص. عندما يمتد على طول الجدار المضمن الكامل ، قد تؤدي الأنابيب إلى تكوين قنوات الأنابيب ، مما قد يضر بالسد القائم بين الغواصين والتربة ويؤدي في النهاية إلى توقف عملية التثبيت. تتطلب عملية التثبيت الآمن إجراء تصميم مناسب لضمان إمكانية التنبؤ بالشفط الآمن قبل التثبيت. تقدم هذه الورقة إطارًا حيث يتم الحصول على التعبيرات التحليلية لحجم الشفط المطلوب ، وللشفط الحرج الذي يتسبب في بدء الأنابيب عند طرف الغواص. يتم اشتقاق هذه التعبيرات التحليلية من أجل هندسة غيسون طبيعية ، بناءً على النتائج المجمعة التي تم الحصول عليها من تحليل العناصر المحدودة للتسرب حول جدار غواص ، في أعماق تركيب مختلفة. تنطبق الصيغة التحليلية المطورة بشكل مستقل عن أبعاد الغواص مثل القطر والارتفاع وسمك الجدار. يتم أيضًا الحصول على الشفط الحرج لحالة الأنابيب في شكل تحليلي كدالة لعمق الاختراق الطبيعي. يمكن أيضًا دمج الصيغة المطورة بسهولة في إجراءات التصميم أو استخدامها في رموز التصميم دون الحاجة إلى إجراء تحليل أولي للتسرب. تم التحقق من تنبؤات الشفط المقترحة للعملية الكاملة لتركيب الغواص في الرمال مقابل التجارب الميدانية المذكورة في الأدبيات.
Abstract: Suction assisted installation of caisson foundations in sand relies on the developed seepage around the caisson wall. Seepage is known to produce soil loosening inside the caisson cavity and an overall reduction in soil resistance to caisson penetration. On the other hand, suction must be controlled so that no excessive piping is induced within the sand volume trapped inside the caisson cavity. When it extends over the full embedded length of the caisson wall, piping may lead to the formation of piping channels, which may compromise the established seal between caisson and soil and ultimately cause the installation process to stop. A safe installation process requires a proper design procedure to ensure that a safe suction can be predicted prior to installation. The present paper provides a framework where analytical expressions are obtained for the required suction magnitude, and for the critical suction that causes piping to initiate at the caisson tip. These analytical expressions are derived for a normalized caisson geometry, based on compiled results obtained from finite element analysis of seepage around a caisson wall, at various installation depths. The developed analytical formulation applies independently of caisson dimensions such as diameter, height and wall thickness. Critical suction for piping condition is also obtained under analytical form as a function of normalized penetration depth. The developed formulation can also be easily incorporated into design procedures or used in design codes without a need for a preliminary seepage analysis to be undertaken. The proposed suction predictions for the whole process of caisson installation in sand are validated against field trials reported in the literature.