ما هي أنابيب الخوازيق؟ دليل المهندس إلى ASTM A252

مقدمة

عندما لا تكون التربة السطحية قوية بما يكفي لتحمل الأحمال الضخمة للمنشآت الثقيلة مثل ناطحات السحاب أو الجسور أو المحطات البحرية، يجب على المهندسين النزول إلى عالم الأساسات العميقة. خوازيق الأنابيب الفولاذية هو الحل الرائد في هذا المجال، حيث تخترق الهندسة الفولاذية عالية القوة طبقات التربة اللينة والقابلة للانضغاط وتنقل الحمل الإنشائي إلى الصخور الأساسية القوية أو الطبقات الحاملة الموجودة على بعد أمتار تحت الأرض. يقوم دليل المهندس هذا بتحليل خوازيق الأنابيب الفولاذية، ويفحص الميكانيكا الجيوتقنية لنقل الأحمال (الاحتكاك مقابل التحميل النهائي)، ويفصل مواصفات ASTM A252 الأكثر أهمية لتمكين المهندسين من تحديد المواد المناسبة للأساسات الآمنة والآمنة.

كيف تعمل

ما هي خوازيق الأنابيب الفولاذية بالنسبة للشخص العادي، تبدو خوازيق الأنابيب الفولاذية مجرد أنبوب مجوف يتم دفعه في التربة؛ ومع ذلك، فإن هذا الأنبوب الأساسي هو جزء من آلية معقدة لنقل القوة. يعمل الأنبوب الفولاذي كعمود هيكلي جيوتقني. وتتحكم قدرة الكومة بتفاعل السطح الفولاذي مع التربة المحيطة بها.

هناك آليتان أساسيتان يتم من خلالهما نقل الأحمال من البنية الفوقية إلى الأرض:

1. الأكوام الحاملة الطرفية (آلية “العمود”)

في هذا الإعداد، تعمل كومة الأنبوب الفولاذي كعمود حقيقي، حيث يتم دفع الكومة عبر طبقات من التربة اللينة أو الرخوة أو غير المستقرة حتى يلامس طرفها (“مقدمة”) طبقة من الصخور الصلبة أو تكون مغروسة في تربة شديدة الكثافة.

· نقل الحمولة: يتم نقل حمولة الهيكل بالكامل عمودياً من خلال جدران الأنبوب الفولاذي مباشرةً إلى هذه الطبقة الصلبة.

· التركيز على الهندسة: العامل المحدد هو قدرة الفولاذ على حمل الحمل وتحمل قوة ضغط الصخور الأساسية. يجب أن يكون الأنبوب صلبًا بما فيه الكفاية بحيث لا ينثني تحت حمل المبنى الذي يعلوه.

2. أكوام الاحتكاك (آلية “القبضة”)

في كثير من الأحيان، يكون حجر الأساس بعيدًا جدًا بحيث لا يمكن الوصول إليه اقتصاديًا. في هذه الحالات، يعتمد المهندسون على أكوام الاحتكاك. لا تستقر هذه الخوازيق على قاعدة صلبة لنقل الحمل، بل تقوم بتطوير احتكاك جلدي على سطح الخوازيق والتربة المحيطة بها.

· نقل الحمولة: عندما يتم دفع الكومة في الأرض، تضغط التربة على جدران الأنبوب. وهذا يسبب احتكاكًا (يشار إليه أحيانًا باسم ”الاحتكاك الجلدي”) لكامل طول الكومة. مجموع الاحتكاك هو الذي يدعم الهيكل.

· ميزة SSAW: وهنا تكمن أهمية أسلوب التصنيع. غالبًا ما تكون أنابيب SSAW (الملحومة بالقوس الحلزوني المغمور) هي الخيار الأفضل لأكوام الاحتكاك. يؤدي استخدام خط اللحام الحلزوني لأنابيب SSAW إلى إنشاء حافة أو نتوء خارجي صغير. هذا التخشين لسطح الأنبوب يزيد من “تماسك” التربة بالصلب ومعامل الاحتكاك الذي يحسب الأنبوب الأملس تمامًا.

مواصفات ASTM A252

While API 5L is fluid transport’s bible, ASTM A252 (“Standard Specification for Welded and Seamless Steel Pipe Piles”) is the deep foundation industry’s law. Understanding of difference between ASTM A252andAPI5L is essential for any purchasing engineer to save him from liability and loss of money.

الفلسفة الأساسية: الهيكلية مقابل الضغط

يكمن الاختلاف الجوهري في الاستخدام المقصود.

· API 5L (خط الأنابيب): مصممة لتحمل الضغط الداخلي. ويتطلب اختباراً صارماً للكشف عن التسريبات (الاختبارات الهيدروستاتيكية) والمتانة لمنع الانفجار.

· ASTM A252 (Piling Pipe): مصممة لتحمل الأحمال الهيكلية الخارجية. يعامل الأنبوب كعضو هيكلي (مثل العارضة أو العمود). ولذلك, لا تتطلب ASTM A252 إجراء اختبار هيدروستاتيكي. إن تحديد اختبار مائي لأنبوب الخوازيق هو خطأ “نسخ ولصق” شائع في المشتريات يضيف تكلفة غير ضرورية دون إضافة قيمة هيكلية.

درجات الصلب: لماذا تعتبر الدرجة 3 هي المعيار

تحدد ASTM A252 ثلاث درجات على أساس قوة الخضوع.

· الصف 1: 30,000 رطل لكل بوصة مربعة (نادرًا ما تستخدم اليوم).

· الصف 2: 35,000 رطل لكل بوصة مربعة (شائع في الإنشاءات العامة الصغيرة).

· الصف 3: 45,000 رطل لكل بوصة مربعة (معيار الصناعة).

لماذا تهيمن ASTM A252 الصف 3: بالنسبة للبنية التحتية للخدمة الشاقة اليوم، فإن الافتراضي هو ASTM A252Grade3. والسبب في ذلك هو الكفاءة في القوة مقارنة بالوزن. فباستخدام الفولاذ من الدرجة 3 (الذي يبلغ الحد الأدنى لمقاومة الخضوع 45,000 رطل لكل بوصة مربعة)، يمكن للمهندسين تحقيق سعة الحمل المحوري المطلوبة بسماكة جدار أقل سمكًا.

- مثال: لدعم حمولة بوزن 500 طن، قد تتطلب ركيزة من الدرجة الثانية جدارًا بقطر 20 مم. وقد تتطلب ركيزة من الدرجة 3 جدار 16 مم فقط.

· النتيجة: وفورات كبيرة في إجمالي حمولة الفولاذ، وتكاليف النقل، ومواد اللحام الاستهلاكية، دون المساس بالسلامة الهيكلية.

مفتوحة النهاية مقابل مغلقة النهاية مقابل مغلقة النهاية

يغير شكل طرف الوبر من كيفية ارتباط الوبر بالتربة. عند طلب خوازيق الأنابيب الفولاذية للأساسات العميقة، يتوفر للمهندسين خياران أساسيان: تصميمات مفتوحة الأطراف ومغلقة الأطراف.

1. أكوام الأنابيب المفتوحة النهايات

كما يوحي الاسم، يُترك الجزء السفلي من الأنبوب مفتوحاً.

· ميكانيكا التركيب: تدخل التربة إلى الأنبوب أثناء دفعه. تتعمق الكومة وتخلق التربة بداخلها “سدادة تربة”. يتم ضغط هذه السدادة في النهاية إلى الحد الذي يجعلها تتصرف مثل القاع الصلب، ولكن عند القيادة الأولية، فإنها تمكن الكومة من اختراق طبقات التربة الأكثر صعوبة بسهولة أكبر من الكومة المغلقة.

· أفضل تطبيق: تُستخدم عندما تحتاج الكومة إلى اختراق طبقات التربة الكثيفة للوصول إلى صخور الأساس العميقة، أو للمنصات البحرية (مثل أرجل السترة) حيث يجب أن تتوغل الكومة بعمق كبير.

2. أكوام الأنابيب المغلقة النهاية

يتم إغلاق الجزء السفلي من الأنبوب بإحكام، وعادةً ما يكون ذلك باستخدام صفيحة فولاذية مسطحة أو نقطة مخروطية متخصصة.

· ميكانيكا التركيب: الكومة هي ما يسمى “كومة الإزاحة”. فعندما يتم دفعها إلى الداخل، فإنها تزيح التربة إلى الجوانب، مما يؤدي إلى ضغط التربة حولها وتعزيز مقاومة الاحتكاك، وتعمل كعمود كامل حاملة للطرف.

· أفضل تطبيق: تُستخدم في الرمال الرخوة أو الطين الناعم حيث تكون زيادة كثافة التربة مفيدة، أو حيث تستند الكومة مباشرة على الصخور.

قدرات آلاند لا تقوم مصانع الأنابيب القياسية ببيع الأطراف العادية. ولكن بصفتنا شركة متخصصة في تصنيع الخوازيق، تقدم شركة Allland مجموعة كاملة من خدمات التصنيع. يمكننا أيضًا أن نقوم بلحام النقاط المخروطية عالية القوة (لاختراق الصخور) أو الألواح المسطحة (لإزاحة التربة) مباشرة من مصنعنا. كما أننا نقوم بلحام أحذية الخوازيق (حلقات التقوية) على طرف الأنبوب لتجنب التواءه عند اصطدامه بالصخور الصلبة، مما يوفر الوقت والطاقة بشكل كبير في موقع البناء.

لماذا تهيمن SSAW على الخوازيق

على الرغم من أن أنابيب LSAW is the choice for very high pressure applications, when it comes to piling, SSAW pipe for piling (Spiral Submerged Arc Welded) holds the largest market share. It’s not just  a question of cost; it’s a question of geometry and physics.

1. قدرات القطر (عامل التغطية)

يجب أن تكون الأساسات العميقة ذات قطر كبير جدًا. يمكن أن تتطلب سدود الجسور وأكوام الدلفين للموانئ، وكذلك أساسات توربينات الرياح، أنابيب بأقطار 80 بوصة أو 100 بوصة أو حتى 120 بوصة.

· حدود LSAW: يكون LSAW محدودًا بعرض الصفيحة الفولاذية (عادةً ما يتراوح الحد الأقصى له حوالي 56-60 بوصة).

· ميزة SSAW تصنع SSAW من لفائف الصلب. ومن خلال تغيير زاوية اللولب الحلزوني، يمكن تشكيل لفائف العرض العادي إلى أنبوب بأقطار كبيرة جدًا، ويمكن لشركة ألاند تصنيع أنابيب الخوازيق SSAW بقطر 3000 مم (118 بوصة)، والتي تمتلك جدوى فريدة من نوعها لهندسة المحيطات الكبيرة.

2. طول غير محدود (تقليل الوصلات الميدانية)

ليس من غير المألوف أن تكون أعمال الخوازيق التي تحتاج إلى دفع 50 مترًا فأكثر أنابيب قياسية بطول 12 مترًا، ويجب لحامها (ربطها) ميدانيًا لربطها، وهو أمر مكلف وخطير.

· ميزة SSAW يمكن تصنيع أنابيب SSAW بأي طول يمكن نقله، حيث يتم تشكيلها من لفائف متصلة.توفر شركة Allland أنابيب الخوازيق بأطوال تصل إلى 30 مترًا (100 قدم) أو أعلى. وهذا يقلل بشكل كبير من كمية الوصلات المطلوبة في الحقل، مما يؤدي إلى جدول زمني أسرع للمشروع وسلامة أفضل بشكل عام لسلسلة الركائز.

3. السلامة الهيكلية (تأثير “الطوق”)

أثناء عملية القيادة، تتعرض الركيزة لطاقة تأثير هائلة من مطرقة الركائز.

· ميزة SSAW يحيط خط اللحام الحلزوني بالأنبوب مثل الضمادة أو الزنبرك. عندما يتم دفع الكومة، يلعب هذا التكوين الحلزوني دورًا في معادلة الضغط ومقاومة انتشار الشقوق، حيث يعمل بمثابة “تقوية طوقية”، مما يجعل الأنبوب مقاومًا للغاية للانشقاق حتى في ظروف القيادة الصعبة.

الخاتمة

تشكل خوازيق الأنابيب الفولاذية أساس الهندسة الجيوتقنية الحديثة، ويعتمد أداؤها إلى حد كبير على الامتثال لمعيار ASTM A252 ومعرفة آليات نقل الأحمال. وبصفتها مُصنِّعًا محترفًا لأنابيب الخوازيق ASTM A252 من الدرجة 3، فإن شركة ألاند قادرة على تصنيع أكوام SSAW ذات القطر الكبير جدًا وأكوام LSAW عالية القوة مع معالجات نهائية مخصصة مثل الربط وأحذية الركائز لتكون الشريك التقني المثالي لمشروع الأساسات العميقة الكبير التالي.

الأسئلة الشائعة

س1: هل يمكن استخدام أنابيب ASTM A252 لنقل المياه؟

A1: لا يوصى به. ASTM A252 هي هيكلية. ومع ذلك، فإنه لا يتطلب اختبارًا هيدروستاتيكيًا لإثبات تسرب الأنابيب مثل API 5L أو ASTM A53. إذا كنت لا تريد اختبارًا مائيًا إضافيًا أثناء الشراء، فإن كل أنبوب A252 مضمون فقط للدعم الهيكلي، وليس لاحتجاز السوائل.

س2: ما الفرق بين أنابيب الخوازيق من الدرجة 2 و3؟

ج2: الفرق الوحيد المهم هو قوة الخضوع. ASTM A252 الدرجة 2 من ASTM A252 لديها قوة خضوع لا تقل عن 35000 رطل لكل بوصة مربعة (240 ميجا باسكال)، والدرجة 3 لديها قوة خضوع لا تقل عن 45000 رطل لكل بوصة مربعة (310 ميجا باسكال). الترقية إلى الدرجة 3 للحصول على قوة إضافية تبلغ حوالي 30%. وهذا يمكّن المهندسين إما من تصميم أكوام يمكنها تحمل أحمال أثقل بكثير أو استخدام سمك جدار أرق للحصول على نفس السعة والقوة، مما يجعل الدرجة 3 الخيار الأكثر اقتصاداً للمشاريع ذات الحجم الكبير.

س3: لماذا يعتبر SSAW أفضل للتكديس من LSAW؟

ج3: يُفضل استخدام الأسلحة الصغيرة والمتوسطة لسببين رئيسيين: الأبعاد والتكلفة. نظرًا للإنتاجية الأعلى لتقنية SSAW، يمكن توفير أقطار أكبر بكثير (بحد أقصى 100 بوصة فأكثر) وأطوال متواصلة أطول (حتى 30 مترًا فأكثر) من تلك الخاصة بـ LSAW، مما يقلل من تكلفة اللحام الميداني المكلفة. وعلاوة على ذلك، فإن العملية الحلزونية المستمرة أكثر كفاءة، وتتميز بتكلفة أقل للطن الواحد وقوة إشعاعية عالية (“قوة الطوق”) لمقاومة إجهادات القيادة.