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:
- بیش از 3% بخش جامد کوچکتر از 02/0 میلیمتر باشد، برای خاکهای غیر یکنواخت (Cu > 5)
- بیش از 10% بخش جامد کوچکتر از 02/0 میلیمتر باشد، برای خاکهای یکنواخت (مثلاً، Cu ≤ 5) (Cassgrande., 1931)
“Cu” 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:
- کلاهک محافظ لوله پیویسی بایستی بعد از اجرای شاتکریت برداشته شود.
- فواصل زهکشها معمولاً 3/3 متر میباشد.
- weep hole سوراخی است در دل دیوار پایدارسازی شده یا فونداسیون، که برای زهکشی آب نشتی و جمع شده طراحی میگردد.
- 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)
درج دیدگاه