در طراحی پایدارسازی گود به روش میخکوبی یا نیلینگ چه ملاحظات بلندمدت یا کوتاه مدتی باید لحاظ گردد؟

ملاحظات طراحی در طراحی پایدارسازی گود به روش میخکوبی یا نیلینگ

• طراحی زهکش

همچون بسیاری از سایر پروژه­های ژئوتکنیکی، جریان آب سطحی و آب زیرزمینی می­تواند موجب بروز مشکلات حین ساخت، افزایش هزینه و زمان ساخت، خدشه بر تمامیت بلند مدت سازه، و تضعیف عملکرد دیوار پایدارسازی شده به روش میخکوبی (یا نیلینگ) گردد. برای به حداقل رساندن این مسائل، بایستی جریان آب سطحی و زیرزمینی هم طی ساخت و هم بعد از ساخت دیوار پایدارسازی شده به روش میخکوبی (یا نیلینگ) کنترل شود. همچنین زمانیکه یک سیستم زهکشی موثر و کارا برای کنترل تراز آب پشت دیوار پایدارسازی شده اجرا ­شود، دیوارهای پایدارسازی شده به روش میخکوبی (یا نیلینگ) بطور قابل ملاحظه­ای بهتر عمل می­کنند. در ادامه سیستم­های کنترل زهکشی مورد استفاده در دیوار پایدارسازی شده به روش میخکوبی (یا نیلینگ)، به اختصار تشریح شده­اند.

• کنترل آب­های زیرزمینی و سطحی

اقدامات تخلیه آب در حین ساخت شامل، کنترل رواناب سطحی و جریان زیرزمینی بالا آمده یا مرتبط با نواحی نشت موضعی می­باشد. حفر یک نهر جداساز آب­های سطحی در امتداد تاج حفاری، با پوشش بتنی که درحین شاتکریت مرحله اول خاکبرداری اعمال می­شود، یک راهکار توصیه شده برای کنترل جریان آب­های سطحی می­باشد. مضافاً اگر مهندسین طراح بر این باور باشند که تاثیر آب­های زیر زمینی موضعی یا کوتاه مدت می­باشند، برای پایین بردن تراز آب زیرزمینی می­توان بطور موقت یکسری چاه یا well point پشت طول میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ) ­ها اجرا نمود. اما این روش ممکن است منجر به بالا رفتن هزینه­های ساخت و تاخیر در زمان­بندی پروژه گردد.

• کنترل بلند مدت آب­های زیرزمینی و آب­های سطحی
• زهکش­های نواری ژئوکامپوزیتی

این المان­ها نوارهایی از جنس ژئوسنتتیک با عرض تقریبی 200 تا 400 میلیمتر هستند. آنها در ردیف­های عمودی در امتداد کل عمق دیوار پایدارسازی شده در مقابل جبهه حفاری (شکل 1) قرار می­گیرند. معمولاً فاصله افقی زهکش­ها برابر با فاصله افقی میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ)­ها می­باشد. انتهای پایینی نوارها بدرون یک لوله زهکش که در امتداد کف دیوار پایدارسازی شده واقع شده و یا به میان یک weep hole در کف دیوار پایدارسازی شده وارد می­شود. برای جبهه­های حفاری خیلی نا­منظم­، قرار دادن نوارهای زهکش پیش­ ساخته در مقابل جبهه حفاری دشوار و اغلب غیر عملی است. در برخی موارد ممکن است، نوارهای زهکش پیش­ساخته بین روکش شاتکریت و روکش دائمی بتن درجا ساندویچ شود، و همراه با زهکش که بر روی weep holeهای با قطر 50 تا 75 میلیمتر که از بین روکش عبور کرده­اند، قرار گیرد. برای اطمینان از اینکه سیستم زهکشی در طی اجرای شاتکریت تحت ضربه قرار نگیرد، لازم است مهندس طراح رهنمودهای واضحی از پروسه ساخت و نظارت این نوع دیوارها ارائه کند. اگر عملکرد مناسب تضمین نگردد، تاثیر تراز آب زیرزمینی الزاماً بایستی در آنالیزها در نظر گرفته شود.

• زهکش­های سطحی (weep holes )

معمولاً لوله­ های پی­وی­سی با طولی معادل300 تا 400 میلیمتر و قطری برابر 50 تا 100 میلیمتر می­باشند که از میان روکش خارج شده و در محل نشت موضعی قرار می­گیرند. weep holeها همچنین در بخش انتهایی نوارهای زهکشی قائم استفاده می­شوند و آب­های جمع شده را از میان دیوار پایدارسازی شده خارج می­کنند.

شکل 1. زهکشی دیوارهای پایدارسازی شده به روش میخکوبی (یا نیلینگ)

 

• لوله­های زهکش

لوله­های زهکشی افقی یا کم شیب ممکن است جایی نصب شوند که کنترل فشار آب زیرزمینی اعمالی بر توده خاک حائل شده، ضروری می­باشد. لوله­های زهکشی معمولاً شامل تیوب­های پیش ساخته یا مشبک از جنس پی­وی­سی با قطر 50 میلیمتر می­باشند که، با زاویه 5 تا 10 درجه نسبت به افق نصب می­گردند.

لوله­ های زهکش معمولاً درازتر از طول میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ)­ها می­باشند و برای ممانعت از ورود آب­های زیرزمینی در تماس با میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ)­ها یا بلوک خاک میخکوبی (یا نیلینگ) شده کفایت می­کنند، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است. طول زهکش­ها به کاربرد آنها بستگی دارد. برای تامین زهکش سطحی یا زهکشی آب­های نفوذی (perched) که بطور سرگردان در نزدیکی روکش حضور دارند، می­توان لوله­ های زهکشی به طول 3/0 تا 5/0 متر و در برخی موارد، 1 متر را نصب نمود. تراکم تقریبی زهکش­ها، یک زهکش برای هر 10 متر مربع روکش می­باشد. برای پیشگیری از پتانسیل نفوذ و دخول دوغاب بدرون لوله­های مشبک معمولاً لوله­ های زهکش بعد از اجرای میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ)­ها مستقر می­شوند. لوله­ ها معمولاً بین روکش و دیوار پایدارسازی شده واقع می­شوند.

لوله پی­وی­سی بایستی طبق شکل 5-26 مشبک باشد. اگر چه برای اجتناب از ورود دوغاب یا شاتکریت بداخل لوله­ها معمولاً لوله ­های زهکش بعد از استقرار میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ)­ها و اجرای شاتکریت نصب می­شوند، می­توان آنها را قبل از اجرای شاتکریت نیز نصب نمود. در این مورد، برای جلوگیری از ورود شاتکریت به داخل سوراخ­های لوله زهکش و مسدود نمودن سوراخ­های لوله مشبک بایستی از درپوش سیمانی (dry-pack) و کلاهک­های پی­وی­سی موقت استفاده نمود.

• کنترل دائم آب­های سطحی

اقدامات کنترل دائمی آب­های سطحی شامل نصب یک نهر جداساز و منحرف کننده پشت دیوار پایدارسازی شده جهت پیشگیری از نفوذ رواناب سطحی به پشت دیوار پایدارسازی شده یا جریان یافتن بر روی لبه دیوار پایدارسازی شده می­باشد. همچنین ممکن است برای کاهش یا به تاخیر انداختن و پس زدن نفوذ آب بداخل خاک، از پوشش گیاهی استفاده شود.

لوله­ های زهکشی نیازمند مراقبت و محافظت بلند مدت می­باشند. آنالیز دیوارهای میخکوبی (یا نیلینگ) برای شرایط بلند مدت ممکن است نیازمند لحاظ نمودن پتانسیل ناخالصی (انسداد، clogging) باشد. انسداد زهکش­های افقی در اثر ناخالصی­ها و رسوبات و افزایش متناظر فشار آب، ضریب اطمینان در مقابل پایداری کلی و یا لغزش را کاهش خواهد داد و ممکن است بواسطه تاثیر بر اندرکنش خاک- میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ)، بر پایداری داخلی نیز تاثیر عکس داشته باشد.

• محافظت از یخ زدگی

تشکیل لنزهای یخی در مجاورت روکش دیوار پایدارسازی شده میخکوبی (یا نیلینگ) در خاک­های مستعد یخ زدگی ممکن است منجر به توسعه و ایجاد بارهای بزرگ هم بر روی روکش و هم سر میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ) شود. این پدیده ممکن است منجر به آسیب روکش (Byrne et al., 1998) گردد. در مواقعی که روکش برای مقاومت در برابر آسیب­های ناشی از یخ زدگی طراحی می­شود، میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ) یا اتصال بین میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ) و روکش هنوز می­تواند از یخ زدگی تاثیر پذیرد.

بزرگی و اندازه تاثیر بر روکش- خاک به عمق نفوذ یخ بندان، شدت و دوره یخ بندان، موجودیت آب، و سختی روکش بستگی دارد. طبق گزارشKingsbury et al.  نیروی موجود در سر میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ) ناشی از انجماد می­تواند تا 5/2 برابر بزرگ­تر از حداکثر نیروی فصلی میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ) بدون یخ زدگی باشد. افزایش بارهای روکش و میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ) بایستی در مناطقی که دوره یخ بندان عموماً بیشتر از یک هفته می­باشد، مناطقی که خاک­های مستعد یخ زدگی در نزدیکی رویه دیوار پایدارسازی شده وجود دارند و جاییکه رویه تقریباً در نزدیکی منبع آب می­باشد، پیش­بینی شود. مشخصات خاک­های مستعد یخ زدگی به قرار زیر می­باشد:

1. بیش از 3% بخش جامد کوچک­تر از 02/0 میلیمتر باشد، برای خاک­های غیر یکنواخت (C_u > 5)
2. بیش از 10% بخش جامد کوچک­تر از 02/0 میلیمتر باشد، برای خاک­های یکنواخت (مثلاً، C_u ≤ 5) (Cassgrande., 1931)

“C_u” ضریب یکنواختی می­باشد و از آزمایش­های توزیع دانه­بندی محاسبه می­شود.

بطور کلی بواسطه افزایش ضخامت دیوار پایدارسازی شده تا عمق تقریبی نفوذ یخبندان، می­توان تاثیر بار یخ­زدگی را برطرف نمود یا بطور قابل توجهی کاهش داد. این کار با قرار دادن خاکریز متخلخل (مثلاً، شنی) یا مصالح جدا کننده بین روکش موقت و دائمی، و یا بیرون روکش دائم انجام می­شود. شکل 3 جزئیات محافظت از یخ زدگی با استفاده از عایق­کاری استریفوم را نشان می­دهد. از آنجا که یک عایق استریفوم با ضخامت 25 میلیمتر معمولاً معادل با شن به ضخامت 3/0 متر در نظر گرفته می­شود، لایه نسبتاً نازکی از این مصالح محافظ مناسبی در مقابل یخ زدگی می­باشد.

شکل 2. جزئیات لوله زهکش برای کنترل آب­های زیرزمینی در دیوارهای میخکوبی (یا نیلینگ)

نکته:

1. کلاهک محافظ لوله پی­وی­سی بایستی بعد از اجرای شاتکریت برداشته شود.
2. فواصل زهکش­ها معمولاً 3/3 متر می­باشد.
3. weep hole سوراخی است در دل دیوار پایدارسازی شده یا فونداسیون، که برای زهکشی آب نشتی و جمع شده طراحی می­گردد.
4. نوعی تخته سخت و بسیار متراکم که از خمیر چوب فشرده ساخته می­شود و معمولاً رویه آن هموار و صاف می­باشد.

 

شکل 3. نمونه­هایی از دیوار میخکوبی (یا نیلینگ) شده با روکش محافظ یخ زدگی

• بارهای خارجی

بارهای خارجی ممکن است در بالای دیوار پایدارسازی شده به روش میخکوبی (یا نیلینگ) اعمال شوند و ممکن است از بارهای نسبتاً کم بزرگراهی (مثلاً، پشتیبانی سبک جاده) تا بارهای بزرگ (مثلاً، بارهای منتج از یک سازه حائل طره­ای نسبتاً بزرگ در بالای دیوار پایدارسازی شده) متغیر باشند. تحت شرایط بارگذاری نسبتاً سبک، می­توان از بارهای خارجی برای تعریف نیروی برش اضافی و لنگر خمشی در مقطع دیوار پایدارسازی شده در قسمت بالایی ردیف اول میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ)­ها استفاده نمود. سپس این بارها به بارهای محاسبه شده روکش در آنالیزهای بعدی اضافه می­شوند.

تحت بارهای بزرگ­تر (مثلاً، بارهای وارد از تکیه­ گاه­های پل)، ممکن است انجام یک آنالیز کامل اندرکنش خاک-سازه جهت تعیین چگونگی توزیع بارهای اضافی روکش و میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ) در سرتاسر دیوار پایدارسازی شده به روش میخکوبی (یا نیلینگ) لازم باشد. بزرگی و اندازه و توزیع بار انتقال یافته به دیوار پایدارسازی شده به فاصله بار تا دیوار پایدارسازی شده و نوع فونداسیون تحمل کننده بار (مثلاً، عمیق یا سطحی) بستگی دارد. اندازه این بارها ممکن است بطور قابل ملاحظه­ای افزایش یابد اگر سازه متحمل نیروهای لرزه­ای گردد.

• طراحی تکیه­گاه برای بار مرده روکش

وزن روکش موقت بایستی توسط میخ­ها یا سایر ابزارهای کمکی و مکمل تحمل شود مادامیکه تنش­های فشاری در محل تماس میخ-روکش توسعه می­یابند. این مسئله بویژه برای روکش مراحل اولیه خاکبرداری که طی مراحل بعدی حفاری نگهداری نمی­شوند، مهم می­باشد. برای ساخت روکشی با شاتکریت به ضخامت 100 میلیمتر، تجربه نشان داده که میخ­ها وزن روکش را بدون مشکل خاصی تحمل خواهند نمود. برای روکش­های شاتکریت ضخیم­تر، در طراحی تکیه­گاه روکش شاتکریت بایستی برای ظرفیت برشی میخ­ها و ظرفیت باربری خاک زیر میخ­ها ارزیابی شود. حداکثر ضخامت روکش شاتکریت که بتواند به این روش تحمل شود، به مقاومت خاک بستگی دارد. در زمین­های مستحکم روکش شاتکریت با ضخامت حدود 200 تا 250 میلیمتر، بخوبی تحمل می­شود.

اگر لازم باشد، وزن روکش شاتکریت بواسطه نصب المان­های مایل، کوتاه و تکمیلی که بعنوان یک “strut” فشاری عمل می­کند، تحمل می­شود. شکل 4 یک سیستم شمع پشت بند- میخ را نشان می­دهد که وزن پانل روکش را تحمل می­کند. اتصال دیوار پایدارسازی شده میخکوبی (یا نیلینگ) به روکش از نوع گل میخی می­باشد. المان شمع پشت بند- میخ دارای یک پلیت باربر تکیه­گاهی و سیستم اتصال فشاری می­باشد. شکل 4 همچنین روش محاسبه بارهای سرویس (متناسب با تکیه­گاه روکش) در میخ­ها و در شمع پشت بند- میخ­ها را نشان می­دهد. توجه کنید که مقاومت برشی در امتداد سطح مشترک خاک- روکش نادیده گرفته می­شود.

 

شکل 4. سیستم شمع پشت بند- میخ (منبع: Byrne et al. ,1988)