مکانیزم‌های گسیختگی حاکم در پایدارسازی گود به روش مهارکوبی یا انکراژ
هدف از اجرای سیستم مهارکوبی ( یا انکراژ در سیستم نیلینگ) دیواره خاکی، ایجاد یک توده خاکی پایدار داخلی است که بتواند در برابر مدهای گسیختگی خارجی با ضریب اطمینان کافی مقاومت کند.
در طراحی سیستم مهارکوبی ( یا انکراژ در سیستم نیلینگ) ، هدف دستیابی به دیواری است که در برابر انواع شرایط گسیختگی محتمل ایمن باشد.
در طراحی دیوار پایدارسازی شده علاوه بر محدود نمودن جابجایی خاک و دیوار پایدارسازی شده، بایستی شرایط اقتصادی و اجرایی نیز در نظر گرفته شود. برای تحمل بارهای اعمال شده بر دیوار پایدارسازی شده به روش مهارکوبی ( یا انکراژ در سیستم نیلینگ) ، هم بایستی بر مقاومت خود مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) ها و هم مقاومت المان دیوار اتکاء نمود.
مقدار مقاومت مورد نیاز مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) برای نگهداری دیوار پایدارسازی شده در حالت تعادل، وابسته به نیروهای ایجاد شده از وزن خاک، آب، و بارهای خارجی میباشد. مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ)ها میتوانند نیروهای پایداری لازم را تامین کنند که این نیرو به نوبه خود در فاصله‌ای مناسب در پشت ناحیه اکتیو خاک- که وزن خود را بر روی دیوار پایدارسازی شده می‌اندازد- به زمین انتقال خواهد یافت.
انتقال نیروی مهار
نیاز به انتقال نیروی مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) ها به خاک واقع در پشت ناحیه فعال توده خاک، حداقل فاصله‌ای را در پشت دیوار پایدارسازی شده تعریف میکند که طول پیوندی مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) در آن تشکیل میشود.
طول پیوندی مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) بایستی به قدری در دل خاک ادامه یابد تا سطح محتمل گسیختگی را که ممکن است از پشت مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ)ها و زیر پاشنه دیوار پایدارسازی شده عبور کند، قطع نماید.
-
الزامات پایدارسازی گود به روش مهارکوبی یا انکراژ:
بطور خلاصه، جهت تامین پایداری گود مهارکوبی شده (یا تسلیح شده به شیوه انکراژ) (قائم یا شیبدار)، موارد زیر لازم است:
- دیوار پایدارسازی شده به روش مهارکوبی ( یا انکراژ در سیستم نیلینگ) بایستی خاک مجاور گود را در تعادل نگه دارد. این تعادل معمولاً منتج به مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) هایی با حداکثر مقاومت، حداکثر ابعاد لازم، حداکثر ممان خمشی مقاوم در مقطع دیوار پایدارسازی شده میشود.
- مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) ها بایستی تا عمق کافی در داخل خاک ادامه یابند تا تاثیر مفید بر شکل‌گیری گوه‌های گسیختگی محتمل عمیق و سطحی داشته باشند.
- مقاومت مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) ها و نیروی ایجاد شده در آنها به نحوی بر روی سطوح لغزش محتمل عمل میکند که ضرایب اطمینان قابل‌قبول برای این گوه‌ها حاصل گردد.
گسیختگی کششی تاندون گسیخته بودن اصطکاکی (پولاوت) دوغاب- خاک گسیختگی اصطکاکی (پول اوت) تاندون- دوغاب
گسیخته بودن المان دیوار (یا روکش) در خمش گسیختگی دیوار ناشی از کمبود نیروهای مقاوم (پسیو) جلوی دیوار
| دورانی و جابجایی رو به جلو دیوار قبل از اجرای مهار | پانچ قائم المان دیوار در خاک زیرین | گسیختگی در اثر دوران کلی دیوار و جابجایی رو به جلوی راس دیوار |
گسیختگی لغزشی گسیختگی کلی توده خاک و دوران رو به جلو پاشنه دیوار
-
مکانیزم‌های گسیختگی در سیستم مهارکوبی یا انکراژ :
چندین مکانیزم گسیختگی محتمل در سیستم مهارکوبی ( یا انکراژ در سیستم نیلینگ) وجود دارد، که معمولاً در اثر اعمال بارهای استاتیکی بیش از حد بر مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) ایجاد میشوند. منشا این بارها به قرار زیر است:
- کشش اعمالی بر مهار (یا مسلح انکراژ) طی آزمایش بارگذاری یا در lock-off
- مراحل خاکبرداری
- سربار ناشی از دپوی مصالح اجرایی یا ماشین‌آلات و تجهیزات
- ساخت سازه‌های مجاور گود
- ترکیبی از این موارد
مکانیزم‌های گسیختگی سیستم مهارکوبی (یا انکراژ در سیستم نیلینگ) میتواند شامل گسیختگی تاندون فلزی (المان مهار (یا مسلح انکراژ)، توده خاک، گسیختگی اصطکاکی (پولاوت) بین دوغاب تزریقی و خاک، یا گسیختگی اصطکاکی (پول اوت) بین دوغاب و المان مهار (یا مسلح انکراژ) باشد که در ادامه شرح داده میشود.
1-2) گسیختگی المان مهار یا مسلح‌کننده انکراژ (تاندون)
زمانیکه که مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) تحت بار قرار گیرد، اجزا تاندون فلزی مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) تحت تنش کششی قرار میگیرند.
اگر بار اعمالی بیشتر از ظرفیت سازه‌ای تاندون باشد، گسیختگی اجتناب‌ناپذیر است.
بنابراین، ضریب اطمینان طرح بایستی با توجه به گسیختگی کششی المان مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) (میلگرد یا کابل) لحاظ شود.
توصیه میشود که بار طراحی در نظر گرفته شده (شرایط نهایی) برای تاندون بیشتر از 60% حداقل مقاومت مشخصه کششی (SMTS) نباشد و همینطور بار اعمالی بر تاندونها طی آزمایش بارگذاری (شرایط موقت) از 80% حداقل مقاومت مشخصه کششی فراتر نرود.
2-2) گسیختگی توده خاک(گسیختگی کلی)
گسیختگی کلی توده خاک که در اینجا به آن اشاره داریم، صرفاً ناشی از نیروهای داخلی مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) ها میباشد و نه بارهای خارجی مثل زمین لغزه‌ها که خود عامل بارهای استاتیکی مضاعف در مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) ها میباشند.
برای مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ)های سطحی و کم عمق، گسیختگی کلی توده خاک به صورت آپلیفت توده‌ای خاک واقع در قسمت جلوی ناحیه پیوند مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) نمود پیدا میکند که خود ناشی از گسیختگی پولاوت ناحیه پیوند میباشد.
شکل‌گیری سطح برشی در توده خاک پشت مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) ها، توام با افزایش تنشها منجر به بسیج کامل مقاومت در طول ناحیه پیوندی مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) میشود.
این سطح گسیختگی شبیه به گسیختگی زمین در حالت فشار پسیو میباشد. در عمل، زمانیکه طول مهار (یا مسلح انکراژ) کمتر از 4/5 متر باشد، تجربه نشان داده که گوه گسیختگی پشت مهار (یا مسلح انکراژ ها ایجاد میشود و مهار (یا مسلح انکراژ)ها گوه را قطع نمیکنند.
در این حالت مهار (یا مسلح انکراژ) ها نیز داخل توده خاک گسیختنی به حرکت در می‌آیند و عملاً هیچ تاثیری در پایداری گوه ندارند.
حال اگر مسئله مهارکوبی ( یا انکراژ در سیستم نیلینگ) در سنگ مطرح باشد، سطح گسیختگی محتمل برای مهار (یا مسلح‌انکراژ) های کوتاه در سنگ بستری سالم به شکل مخروط با زاویه 45 درجه نسبت به مهار (یا مسلح‌انکراژ) شکل میگیرد.
در سنگ‌های ترکدار و سنگهایی با رگه‌های قوس‌دار، شکل مخروط و اندازه آن بسته به سطح و جهت ترک‌ها و قوس سنگ و دوغاب پر شده در درزها تغییر مییابد.
در سنگ‌های ترکدار حتی اگر طول مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) ها کمتر از 4/5 متر باشد، گسیختگی توده سنگ به ندرت رخ میدهد، چرا که مقاومت پیوند بین سنگ و دوغاب یا دوغاب و تاندون بسیار کمتر از مقاومت خود سنگ است.
پس در این موارد عمدتاً گسیختگی از نوع پولاوت سنگ- دوغاب و یا پولاوت دوغاب- تاندون میباشد.
3-2) گسیختگی اصطکاکی(پول اوت) بین خاک و دوغاب
با اجرای مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ)، اصطکاک جداره بین طول پیوندی مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) و خاک اطراف آن بسیج میشود.
بطور کل، میزان مقاومت ناحیه پیوندی در مقابل گسیختگی پولاوت، به تنش نرمال اعمالی بر دوغاب ناحیه پیوند و چسبندگی و اصطکاک بسیج شده بین خاک- دوغاب بستگی دارد.
در مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ)هایی که گمانه آنها در اثر تزریق مضاعف گشادتر (under reamed) شده باشد، ممکن است مقاومت پولاوت بین دوغاب-خاک به دلیل افزایش مساحت جانبی ناحیه پیوندی، افزایش یابد.
بطور کل، در خاکهای یکنواخت و همگن یا سنگها، زمانیکه تنش در امتداد طول پیوندی انتقال مییابد، ناحیه پیوند دوغاب-خاک بطور پیشرونده بسیج میشود.
در ابتدا، زمانیکه مهار (یا مسلح انکراژ) تحت تنش قرار میگیرد، بخشی از طول پیوندی که به بار نزدیکتر است کشیدنی میشود و بار و نیرو را به خاک و زمین انتقال میدهد.
آنگاه که مقاومت بخش طول پیوندی بسیج شد، تنش به نواحی دورتر نیز انتقال مییابد.
در طی این پروسه، مهار (یا مسلح انکراژ) همچنان تحت کشش است و طول بیشتری از ناحیه پیوندی بسیج میشود.
زمانیکه بار به انتهای طول پیوندی برسد و از حداکثر مقاومت پیوندی خاک- دوغاب فراتر رود، مقاومت اصطکاکی بین دوغاب- خاک دیگر پاسخگو نبوده و مهار (یا مسلح انکراژ) دچار گسیختگی اصطکاکی (پولاوت) بین دوغاب- خاک میشود.
تزریق دوغاب مهار
اگر تزریق دوغاب مهار (یا مسلح انکراژ) بطور صحیح صورت نگیرد، زمانیکه بار افزایش یابد، دوغاب موجود بین پلیت باربر یا دیوار پایدار و قسمت بالای طول پیوندی، هیچ باری را به طول پیوندی انتقال نمیدهد.
عوامل موثر در انتقال تنش در مهار (یا مسلح انکراژ) های با قطر کوچک که طول پیوندی آنها در خاک همگن و یکدست اجرا شده بطور خلاصه در جدول 1 ذکر شده‌اند.
تجربه ثابت کرده افزایش طول پیوندی مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) (در خاک)، فراتر از 9 الی 12 متر نتیجه قابل ذکری در افزایش مقاومت ندارد.
این موضوع را میتوان به این نحو توجیه کرد، که پس از انتقال بار در طول پیوندی پایین، جابجایی کافی در سطح مشترک دوغاب- خاک در طول پیوندی فوقانی رخ میدهد و مقدار مقاومت سطح مشترک طول پیوند فوقانی تا مقدار مقاومت باقیمانده کاهش مییابد.
البته با بکارگیری روش‌های خاص میتوان مقاومت پیوند بین خاک- دوغاب را برای مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) هایی با طول پیوند بیشتر از 12 متر به نحوی بسیج نمود که طول اضافی پیوندی مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) بی‌تاثیر نباشد.
جدول 1. عوامل موثر در انتقال تنش در طول پیوندی مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) های با قطر کوچک |
||
| عوامل موثر | نوع خاک | |
| غیرچسبنده | چسبنده | |
| خصوصیات خاک | زاویه اصطکاک و پراکندگی و توزیع اندازه دانهها | چسبندگی و شاخص پلاستیک |
| روش حفاری | حفاری غلافدار تنش نرمال و اصطکاک را افزایش میدهد | حفاری بدون غلاف یا حفاری با مایعات ظرفیت را کاهش میدهد |
| طول پیوندی | افزایش ظرفیت مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) ( یا انکر در سیستم نیلینگ) تا 6 متر و افزایش متوسط ظرفیت مهار تا 12 متر | افزایش ظرفیت مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) ( یا انکر در سیستم نیلینگ) در خاکهایی با مقاومت زهکشی نشده کمتر از 96 کیلوپاسکال |
| قطر گمانه | افزایش جزئی در ظرفیت مهار تا قطر 100 م.م. | افزایش ظرفیت مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) ( یا انکر در سیستم نیلینگ) تا قطر 300 م.م. |
| فشار تزریق دوغاب | با افزایش فشار، ظرفیت مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) ( یا انکر در سیستم نیلینگ) افزایش مییابد | ظرفیت مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) ( یا انکر در سیستم نیلینگ) فقط با تزریق مرحله به مرحله افزایش مییابد. بایستی از فشار اولیه بالا اجتناب شود. |
نکته: برای اطمینان از حصول پیوند بین دوغاب- خاک، گمانه بایستی تمیز شود و تزریق بایستی با کمترین فاصله زمانی ممکن بعد از حفاری گمانه صورت پذیرد.
گسیختگی اصطکاکی در سطح مشترک دوغاب- خاک ممکن است در اثر تغییر شکلهای اضافی تحت بارگذاری ممتد و پایدار (مثل خزش) رخ دهد.
4-2) گسیختگی اصطکاکی پول اوت بین دوغاب-تاندون
مکانیزم گسیختگی اصطکاکی تاندون- دوغاب شامل 3 مولفه میشود:
- چسبندگی
- اصطکاک
- قفل و بست مکانیکی
چسبندگی نوعی اتصال فیزیکی بین میلگرد یا کابل زبر و آجدار و دوغاب اطراف آن میباشد. مادامیکه جابجایی رخ نداده باشد تنها عامل مقاومت پولاوت بین تاندون- دوغاب، چسبندگی میباشد.
به محض اینکه جابجایی رخ دهد، عامل اصطکاک جایگزین عامل چسبندگی میشود.
اصطکاک به زبری سطح میلگرد یا کابل، تنش نرمال، و مقدار لغزش (جابجایی) بستگی دارد.
قفل و بست مکانیکی شامل بسیج مقاومت برشی دوغاب ناشی از آج‌ها و تاب خوردگی کابل و سایر برجستگی‌ها در طول تاندون میشود. در میلگردهای آجدار، قفل و بست مکانیکی، عامل اصلی و غالب مقاومت پیوند میباشد و منجر به شکل‌گیری مقاومت نهایی میلگرد در طول پیوند میشود.
در میلگردهای صاف و بدون آج پیوند دوغاب- تاندون به تدریج بسیج میشود، شبیه به پیوند دوغاب- خاک. لغزش فقط زمانی رخ میدهد که ماکزیمم مقدار مقاومت پیوند دوغاب- تاندون تقریباً در تمام طول پیوند بسیج باشد.
بعد از این لغزش و جابجایی (حتی با افزایش جابجایی و کشیدگی)، المان تاندون فقط مقاومت اصطکاکی از خود بروز خواهد داد (چیزی حدود نصف مقاومت نهایی).
5-2) گسیختگی تیرهای نگهبان
تیرهای نگهبان از جانب توده خاک پشت دیوار پایدار و نیروهای اضافه ناشی از پیش تنیدگی مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) ها، تحت بارهای قائم و افقی قرار میگیرند.
بیشترین مقدار نیروی جانبی وارد بر تیرهای نگهبان در طی بارگذاری و پیش تنیدگی اولین ردیف مهار (یا مسلح انکراژ) ها، و همینطور پس از خاک برداری آخرین لیفت خاک و رسیدن به تراز نهایی گود که کل بار دیوار پایدار بر روی تیرهای نگهبان اعمال میشود، شکل میگیرد.
در حالت اول، که اولین ردیف مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) ها تحت آزمایش و پیش‌تنیدگی میشوند، مقاومت پسیو موجود پشت تیرهای نگهبان بسیار کم است.
با اعمال ضریب اطمینان 1/5 برای مقاومت پسیو خاک پشت دیوار پایدار در طرح و نیز با اجرای روکشی با ضخامت کافی در مقابل وزن خاک در ترازهای فوقانی جهت اطمینان از عدم جابجایی رو به جلو خاک پشت تیرهای نگهبان، میتوان اطمینان حاصل کرد که تغییر شکل تیرهای نگهبان به حداقل مقدار ممکن برسد.
برای حالت دوم و زمانیکه به انتهای خاکبرداری و تراز نهایی گود رسیده‌ایم، مقاومت پسیو خاک جلوی دیوار پایدار بایستی برای مهار (یا مسلح انکراژ) پاشنه (پایین) تیر نگهبان تحت بارگذاری بلند مدت کافی باشد و مانع از هرگونه گسیختگی شود که منجر به لغزش خاک واقع در قسمت جلوی دیوار پایدار میشود.
مکانیزم انتقال بارهای قائم به تیرهای نگهبان پیچیده تر از مکانیزم انتقال بار در فونداسیون‌های عمیق است.
توام با پیشروی حفاری و عمیق‌تر شدن گود، بارهای قائم از توده فوقانی خاک پشت به تیرهای نگهبان انتقال مییابند، اما محاسبه و برآورد مقدار و بزرگی بار انتقالی مشکل است.
به طور تئوریک، اگر جابجایی رو به پایین تیر نگهبان نسبت به خاک به حد کافی رخ دهد، بار به جسم خاک پشت دیوار انتقال خواهد یافت.
اما این انتقال بار همچنین منجر به شکل‌گیری اصطکاک منفی در بلوک اکتیو خاک پشت دیوار پایدار میشود که خود منجر به اعمال فشار از خاک پشت، به دیوار میشود.
در این مقاله فرض ما این است که در قسمت بالای گود هیچ انتقال باری (زاویه اصطکاک سطح مشترک بین دیوار پایدار و خاک برابر صفر است) رخ نمیدهد.
برای اثبات این فرض، میتوان چنین استناد نمود:
- جابجایی نسبی بین تیر نگهبان و خاک بسیار کوچک میباشد. (حتماً باید تدابیری اندیشید تا مقدار جابجایی محدود شود)
- حذف خاک از گود میتواند پیوند و اصطکاک بین تیرهای نگهبان و خاک را کاهش دهد.
- مقدار واقعی بار انتقالی معمولاً کم است.
اگر اسناد کافی مبنی بر جابجایی نسبی لازم جهت شکل‌گیری و ایجاد انتقال بار در قسمت بالای حفاری وجود داشته باشد، میتوان از سایر روش‌ها استفاده نمود.
ظرفیت باربری قائم در زیر بستر گود تقریباً مشابه فونداسیون‌های عمیق (شمع‌های کوبشی یا چاه‌های درجا حفاری) محاسبه میشود. اما دو نکته منحصر به فرد در تعیین ظرفیت محوری دیوارهای تیر نگهبان وجود دارد.
این موارد به قرار زیر میباشند.
- حذف تنش جلوی دیوار پایدار ناشی از خاکبرداری، تنش‌های موثر اعمالی بر بخش فرورفته تیر نگهبان در دل خاک را کاهش خواهد داد.
- این کاهش تنش ممکن است بسته به عرض گود، در عمق تغییر یابد.
- در عمل فرض میشود که تنش موثر برابر است با متوسط تنش موثر اضافه ناشی از وزن خاک پشت تیر نگهبان و تنش خاک باقیمانده در گود در قسمت جلوی تیر نگهبان.
- بخش‌های ساختمان معمولاً در چاه‌های حفاری که با بتن پر میشوند، قرار میگیرد.
- در قسمتی که با بتن ساختمان پر است، فرض میشود که بار محوری و جانبی بطور مشترک توسط فولاد (تیر نگهبان) و بتن تحمل میشود و ظرفیت جانبی را میتوان بر اساس قطر چاه محاسبه نمود.
- اما در قسمت بتن غیر سازه‌ای (بتن کم عیار) ظرفیت برشی بین بخش ساختمان و بتن کم عیار ممکن است برای تحمل بار بین فولاد و بتن کافی نباشد.
- بنابراین در تعیین ظرفیت باربری محوری و جانبی تیرهای نگهبان بایستی ظرفیت برشی کنترل شود.
6-2) گسیختگی در روکش دیوار پایدار به روش مهارکوبی یا انکراژ
اغلب از روکش الوار چوبی برای نگهداری موقت بارهای اعمالی خاک در طی گودبرداری استفاده میشود.
اما برای دیوارهای دائم و نگهداری طولانی مدت، از روکش الواری اصلاح شد استفاده میشود.
در طراحی سازه دیوار پایدار از مقاومت روکش موقت صرفنظر میشود.
روکش‌های الواری موقت با روش‌های سنتی طرح نمیشوند، بلکه ابعاد و ضخامت این روکش‌ها با استفاده از نمودارهای آماده بر اساس تجربیات پروژه‌های قبلی و متناسب با فاصله افقی بین تیرهای نگهبان، انتخاب میشود (FHWA-RD-75-130 , 1976).
همچنین بخوانید:
نکات مرتبط با نیل و انکر و صفحات هدنیل و هد انکر در پروژه‌های پایدارسازی گود
