پایدارسازی گودهای عمیق
محورهای فعالیت و ارائه خدمات شرکت عمرانی مهندسی ایستاسازه در بخش پایدارسازی گودهای عمیق به طور کلی به صورت زیر می باشد:
1) میخکوبی یا نیلینگ (Nailing)
2) مهارگذاری یا انکراژ (Anchorage)
3) ساخت از بالا به پایین یا تاپ دان (Top & Down Construction)
4) مهار متقابل یا استرات (Strut)
5) دیوار برلنی (Berlin Wall)
6) سازه نگهبان خرپایی (Truss Retaining Structure)
7) دیوار دیافراگمی (Diaphragm Pile Wall)
8) سپرکوبی (Sheet Pile)
9) پایش دیواره های گود (Monitoring)
10) نقشه برداری (Surveying)
در هر یک از روش های فوق بنا به مقتضیات طراحی، عضوی به عنوان دیوار حائل می تواند وجود داشته باشد. این عضو می تواند دیوار دیافراگمی، شمع های بتنی، ستون های تزریق پر فشار (جت گروتینگ) و اختلاط عمقی، شمع های نگهبان فلزی، سپر یا اعضای مشابه باشد. البته در روش میخ کوبی معمولاً از یک لایه بتن پاششی (شاتکریت) به عنوان پوشش استفاده می شود.
دیوارهای مختلف نگهبان هر یک دارای مزایا و محدودیت های ویژه ای بوده که به فرآخور پروژه ها می توان از هر یک یا تلفیق آن ها استفاده نمود.
1) نیلینگ یا میخکوبی خاک (Soil Nailing)
میخ کوبی دیواره ها یا نیلینگ به معنای تسلیح برجای توده خاک موجود با نصب میلگردهای فولادی (Nails) در فواصل نزدیک به هم در یک سطح شیبدار و یا در محل گودبرداری به صورت قائم و با اجرای از بالا به پایین (Top Down Construction) می باشد. میلگردها معمولاً داخل گمانه هایی که در دیواره خاکی حفاری می شود، قرار می گیرند که به منظور جلوگیری از خوردگی میلگردها و انتقال مناسبتر نیروها بین خاک و میلگرد توسط دوغاب سیمان پر می شوند. روش نیلینگ یک مقطع مسلح پایدار ایجاد می کند که توانایی نگهداری خاک پشت خود را دارد.
روش میخ کوبی در سال ۱۹۶۰ میلادی برای اولین بار مورد بحث و بررسی قرار گرفت. این روش بر اساس روش سیستم مهاربندی و پیچ کردن سنگ ها می باشد. اولین بار این سیستم پایدارسازی برای حفر تونلی در استرالیا در سال ۱۹۶۰ به کار گرفته شد. در این تونل برای پایدارسازی از آرماتور، تزریق دوغاب سیمان و شاتکریت استفاده گردید. در سال های بعد نیز به مرور این روش در سطح جهان گسترش یافت. در ایران نیز استفاده از روش میخ کوبی در سال های اخیر توسعه چشمگیری یافته و یکی از کاربردی ترین روش ها به ویژه در ساخت و سازهای شهری می باشد.
از دیدگاه اصول علمی مطرح در مهندسی ژئوتکنیک، روش نیلینگ به صورت مقاوم عمل کرده و اثر خود را از طریق اندرکنش خاک – میلگرد، حاصل از ایجاد تغییرشکل در خاک اعمال می کند. از این رو استفاده از سیستم نیلینگ در موقعیت هایی که حساسیت به تغییرمکان های ناشی از گودبرداری بالابوده و یا در مجاورت سازه های حساس، قدیمی و فرسوده واقع هستند و یا شامل خاک های نرم و متوسط به لحاظ سختی و مقاومت هستند، به طور کلی توصیه نمی گردد.
مراحل روش اجرای نیلینگ
در روش نیلینگ، میخ‌ها غالباً در کشش عمل می کنند ولی در شرایط خاصی، عملکرد خمشی و برشی آنها نیز در نظر گرفته می شود. اثر مسلح سازی میخ برای بهبود پایداری دیوار با دو عملکرد زیر حاصل می شود:
• افزایش نیروی قائم و در نتیجه افزایش مقاومت برشی سطح لغزش در خاک های اصطکاکی
• کاهش نیروی رانشی سطح لغزش در خاک های اصطکاکی و چسبنده
پس از نصب میلگردهای تسلیح، یک دیواره سطحی کم ضخامت که معمولاً شامل شاتکریت همراه با یک لایه تسلیح سبک فولادی شبکه ای می باشد، سطح دیواره شیروانی یا گود را می پوشاند. هدف از اجرای این دیواره:
- جلوگیری از فرسایش سطحی خاک
- ایجاد سطح تمام شده مناسب تر برای ساخت و سازهای احتمالی بعدی
- هدف مهم تر ساخت این دیواره ها افزایش بازدهی عملکرد سیستم خاک تحکیم یافته به ویژه در بخش های نزدیک به دیواره گود
می باشد.
همچنین این لایه بتنی – فولادی به انتقال بهتر نیروهای محرک به المان های تسلیح، کمک شایانی می کند. پوشش نهایی (Facing) به 2 صورت زیر قابل طراحی و اجرا می باشد:
- موقتی (Temporary)
- دائمی (Permanent)
نیلینگ یا میخ کوبی خاک روش نسبتاً جدیدی جهت پایدارسازی گودهای عمیق می باشد که به دلیل اقتصادی بودن و مزایای منحصر به فرد خود، به عنوان راه حل بسیار مناسبی در موارد مختلف از جمله:
- پایدارسازی شیب ها، شیروانی ها و ترانشه ها
- افزایش ظرفیت باربری
- محدود کردن تغییر شکل ها با ایجاد حداقل دست‌خوردگی در وضعیت طبیعی زمین
کاربردهای فراوانی دارد.
استفاده از روش نیلینگ، طی دو دهه اخیر در اکثر کشورهای پیشرفته و در حال توسعه جهت پایدارسـازی گودبرداری ها و همچنین پایدارسازی شیب های طبـیعی کاربرد وسیعی پیدا کرده است. برخی از کاربردهای وسیع این روش تسلیح خاک شامل پایدارسازی شیب های طبیعی و یا ترانشه‌های مجاور راه ها، تعریض راه ها، گودبرداری در مجاورت سازه های موجود، پایدارسازی و مقاوم سازی سازه های نگهبان قدیمی و ... می باشد.
انکراژ یا مهارگذاری (Soil Anchorage)
اصول اجرای روش مهارگذاری یا انکراژ مشابهت های فراوانی با روش نیلینگ (میخکوبی) دارد. تفاوت اصلی در اعمال نیروی پس تنیدگی برای المان تسلیح می باشد. گام های اجرایی مشابه روش میخکوبی و شامل خاکبرداری مقطعی، حفاری گمانه ها، نصب میلگرد تسلیح، تزریق دوغاب سیمان (در بخشی از طول گمانه)، بتن پاشی و نصب صفحه سر نیل و مهره می باشند. پس از گذشت مدت زمان مناسب جهت عمل آوری دوغاب سیمان، با نصب پایه جک، جک کششی و نیروسنج، نیروی پس تنیدگی تا مقدار مورد نظر طراحی به میلگرد تسلیح و دوغاب اطراف آن اعمال می شود.
مرحله اول: خاکبرداری تا تراز نصب اولین ردیف انکرها انجام می گردد.
مرحله دوم: حفاری گمانه جهت اجرای انکر انجام می گردد.
مرحله سوم: جایگذاری مهاری و تزریق
مرحله چهارم: پس از گیرش دوغاب، عملیات کشش و خاکبرداری و اجرای پوشش بتنی انجام می گردد.
در این روش امکان اجرای پوشش دائمی نیز در صورت نیاز وجود دارد. این پوشش ها نیز می تواند از نوع:
- بتن پاششی
- بتن پیش ساخته
- بتن درجا ریز
- سایر انواع تکنولوژی های جدیدتر برای اجرای پوشش طرح دار و سازگار با محیط
باشد.
در روش انکراژ انواع روش های تزریق جهت تأمین مقاومت قسمت گیردار وجود دارد.
استرات یا مهارگذاری فشاری خاک (Braced Excavations – Struts)
ساخت بالا به پایین یا تاپ دان (Top – Down Construction)
سازه نگهبان خرپایی (Truss Retaining Structure)
در روش اجرای سازه نگهبان خرپایی که یکی از روش های پایدارسازی گودهای نیمه عمیق است، فشار خاک وارد بر دیواره گود از طریق اعضای افقی و مورب به کف گود منتقل می گردد.
اعضای قائم می تواند به صورت فلزی یا بتنی باشند. اعضای افقی و مورب خرپا معمولاً به صورت فلزی ساخته می شوند.
سازه نگهبان خرپایی مناسب برای گودهای با عمق کمتر از ۱۴ متر و نسبت عرض به عمق گود بزرگتر از پنج هستند. در گودبرداری های عمیقتر تأمین شیب ایمن و محدود نمودن تغییرشکلها در حد مجاز دشوار بوده و توصیه می شود در صورت امکان از روشهای جایگزین استفاده گردد.
در طراحی کلیات و چیدمان اعضای سازه نگهبان خرپایی، به منظور پیشگیری از بروز پدیده خرابی پیشرونده توصیه می شود که درجه نامعینی سازه تا حد امکان افزایش داده شود.
دیوار دیافراگمی یا دیوار دوغابی (Diaphragm walls – Slurry walls)
دیوار برلنی یا دیوار سولجر پایل (Berlin wall – Soldier Pile and Lagging System)
جهت اجرای رویه های بتنی درجا، پس از خاکبرداری شبکه میلگرد فولادی (مش) بین شمع ها قرار داده شده و سپس به وسیله بتن پاشی (شاتکریت) یک رویه بتنی بین شمع ها ایجاد می گردد.
جهت پایدارسازی گودهای عمیق از ترکیب دیوار برلنی با میخ کوبی (نیلینگ) و یا مهارگذاری (انکراژ) نیز استفاده می گردد.
سپرکوبی (Sheet Pile)
کنترل و پایش گودها (Excavation Monitoring)
ازجمله نتایج استفاده از سیستم های ابزاردقیق جهت پایش و رفتارسنجی (پایدارسازی گودهای عمیق) می توان به موارد ذیل اشاره نمود:
• کاهش هزینه ها: یک طرح ابزاربندی مناسب و قابل اعتماد در شرایط حساس همچون وجود خاک هایی با قابلیت فشردگی زیاد و یا موارد دیگر، باعث کاهش چشمگیر احتمال وقوع خطرات می شود. کاهش ریسک طرح، باعث افزایش ضرایب اطمینان در مرحله اجرا می شود. این موضوع نیز باعث کاهش هزینه ها خواهد شد.
• تقلیل ضرایب اطمینان: بدون ابزاربندی و اندازه گیری های لازم، انتخاب پارامترهای طراحی بر اساس فرضیاتی صورت می گیرد که این فرضیات محافظه کارانه بوده و در نتیجه ضرایب اطمینان طرح و هزینه ها بالا خواهد بود.
• تغییر در طرح: در صورتی که با توجه به شرایط، طراحی های انجام شده پاسخگو نباشد، اطلاعات حاصل از ابزاربندی در فازهای اولیه پروژه نیاز به ایجاد تغییرات در طراحی را مشخص می کند.
• کنترل روند و روش عملیات اجرایی: ابزار دقیق در عملیاتی همچون تثبیت و اصلاح خاک و پیش بارگذاری، اطلاعاتی را در خصوص روند پیشرفت عملیات نشان می دهد. برای مثال کنترل کفایت تعداد زهکش های به کار رفته در پیش بارگذاری، توسط ابزار دقیق قابل بررسی می باشد.
• ایمنی: ابزاربندی خطرات احتمالی را پیش از وقوع، هشدار می دهد به ویژه در مسائل مربوط به پایداری شیب ها فرصتی را برای تکمیل عملیات جهت رفع خطر و یا ترک محل فراهم می آورد.
علاوه بر بحث پایش، کنترل کیفیت اجزای سازه نگهبان در حین اجرا نیز اهمیت ویژه ای دارد. از موارد کنترلی اجرای سازه نگهبان می توان به آزمایشات کنترل کیفیت بتن و میلگرد اشاره نمود.
آزمایش های کنترلی و کنترل های حین اجرا شامل اجزای مختلف سازه نگهبان مانند میخ و مهارهای کششی نیز می گردد. انواع آزمایش های کششی بارگذاری، سیکل های بارگذاری و باربرداری، تست خزش و بارگذاری تا حد نهایی از این دست آزمایشات می باشند.
دیدگاه تان را بنویسید