بخشی از مقاله
خلاصه
امروزه پیشرفت روزافزون مهندسی ژئوتکنیک در بهبود و اصلاح خواص فیزیکی و مقاومت برشی خاک، امکان ساخت سازه هایی با احجام و بار سرویس بالا و با صرف هزینه هایی به مراتب کمتر از اجرای شمعهای درجا را میسر نموده است .یکی از این روشها استفاده از میکرو پایلهای تزریقی می باشد که عمدتا جهت کنترل نشستهای نامتقارن، افزایش ظرفیت باربری و مقابله با روانگرایی مورد استفاده قرار می گیرند. در این مقاله به بررسی اثر پارامترهای مختلف بر روی نشست و نیروی محوری تولید شده در میکروپایلها با استفاده از نرم افزار اجزای محدود PLAXIS پرداخته می شود و در نهایت به بررسی نتایج و انتخاب موثرترین پارامتر در طراحی برای کاهش نشست پرداخته می شود.
کلمات کلیدی: مدلسازی عددی، میکروپایل، ظرفیت باربری، گودبرداری
1 .مقدمه
ساخت یک سازه زیرزمینی،طراحی آن است. به طور کلی طراحی،یعنی پیش بینی کلیه مسائل و مشکلاتی که در جریان احداث یک سازه پیش خواهد آمد، و در نهایت ارائه راه حلی برای غلبه بر این مشکلات و تعیین برنامه ای که سازه مورد نظر با رعایت جنبه های اقتصادی و ایمنی بتواند اهداف کاربر را در مدت زمان مورد نظر تامین کند. یکی از مهمترین مسائل در احداث سازه ها حفاظت از گودبرداری وساختمانهای موجود در مجاورت آن میباشد. در صورت عدم رعایت روش های مناسب به منظور حفاظت گودها و همچنین شیب های در حال احداث منجربه خسارات جبران ناپذیری خواهد گردید ومخاطرات به وجود امده ناشی از نشست های احتمالی و تقلیل ظرفیت باربری وتغییر مکانهای جانبی موجب ایجاد ترک در سازه های مجاور گودخواهد شد. به منظورجلوگیری از موارد فوق لازم است قبل از شروع عملیات گودبرداری از روش های نگهداری ومهاربندی جانبی استفاده شود تا در محیطی پایدار وایمن بتوان عملیات را ادامه داد.
ریز شمع:
ریزشمع ها، شمع هایی با قطر کمتر از 300 میلیمتر هستند که با حفر گمانه، قرار دادن آرماتور و تزریق دوغاب اجرا می شوند. مزایای خوب باعث استفاده روز افزون این تکنولوژی در مسلح سازی پی ها گردیده است. از جمله این مزایا می توان به موارد زیر اشاره کرد :
الف . اجرای ریزشمعها کمترین دستخوردگی را در محیط خاک ایجاد می کند و نیز حجم خاکبرداری در اجرای آن کم است.
ب . می توان آنها را به آسانی بصورت مایل اجرا کرد.
ج. جهت بهسازی پی سازه های موجود براحتی قابل استفاده بوده و در مکان های مسقف با فضای بالاسری کم هم قابل اجرا است.
Ï . ریزشمع های مایل قابلیت تحمل بارهای افقی و قائم را دارند،
Í .رفتار لرزه ای خوبی بخاطر انعطاف پذیری دارند .
مشاهدات بعد از زلزله در مناطق زلزله زده شواهد خوبی از نحوه عملکرد شمع ها تحت اثر بار زلزله میباشند. درجات مختلفی از آسیب سازه ای با توجه به انواع مختلف شمع ها و زاویه های انحراف شمع های نگهدارنده سازه قابل مشاهده است .
تاریخچه:
ریزشمع اولین بار در اوایل دهه 1950 در ایتالیا به عنوان یک روش ابتکاری برای زیربندی ساختمانهای تاریخی و بناهای یادبود که به مرور زمان و بخصوص در زمان جنگ جهانی دوم آسیب دیده بودند ابداع شد. یک سیستم زیربندی موثر و مطمئن به عنوان تکیهگاهی برای بارهای سازهای با حداقل تغییر مکان مورد نیاز بود که در مکان های محدود و با دسترسی دشوار قابل اجرا باشد و نیز حداقل دستخوردگی را در سازههای موجود ایجاد کند. روشهای خاص حفاری و تزریق که در اجرای ریزشمعها مورد استفاده قرار میگیرند باعث ایجاد اتصال مقاومی بین دوغاب و خاک میگردد و این مسئله موجب افزایش ظرفیت باربری در سطح تماس دوغاب و زمین میشود. دوغاب تزریق شده بار اعمال شده به ریزشمع را بوسیله اصطکاک از آرماتور به زمین در ناحیه اتصال انتقال میدهد.
نصب میکروپایل:
نصب میکروپایل ها به گونه ای است که کمترین تغییرات را در سازه ها،خاک و محیط اطراف خود به وجود می آورد. همچنین در محیط های با دسترسی محدود، انواع خاک های مختلف و شرایط گوناگون زمین قابل اجرا است. میکرو پایل با تجهیزات مشابه آنچه در پروژه های تزریق و مهارکوبی مورد استفاده قرار میگیرد، در سطح زمین، تحت هر زاویه ای می تواند نصب شود. بدلیل ایجاد کمترین سر و صدا و ارتعاش در حین نصب و عدم نیاز به فضای زیاد برای اجرا، میکروپایل ها اغلب برای بهسازی پی سازه های موجود مورد استفاده قرار میگیرند. برای اجرای میکروپایل ها در شالوده های موجود و در دست بهره برداری، اغلب تجهیزات حفاری ویژه ای مورد نیاز است.
شکل -1 مراحل اجرای میکروپایل این در اغلب پروژه ها با توجه به مطالعات ژئوتکنیک انجام شده در ساختگاه و شناسایی لایه های تحت الارضی، مشخصات ژئوتکنیکی ساختگاه پروژه
تعیین میگردد. سپس با انجام تحلیل های روانگرایی در اعماق مختلف خاک محل،پتانسیل روانگرایی ساختگاه در صورت وقوع زلزله مورد ارزیابی قرار می گیرد. با وقوع روانگرایی و زائل شدن مقاومت برشی خاک، نشست های بسبار بزرگی به پی سطحی ساختمان تحمیل می شود که می تواند منجر به آسیب دیدگی جدی سازه و عناصر غیر سازه ای بنا به نهایتا تخریب آن گردد. از طرف دیگر در برخی از پروژه ها در بحث فنی، تامین باربری ستون های روی پی و انتقال بار به لایه های عمیق تر مورد نظر بوده و عامل تعیین کننده برای انتخاب طرح،گذشته از بحث های اجرایی و اقتصادی می باشد. پس در حالت کلی میکرو پایل در بعد فنی در دو رویکرد جلوگیری از وقوع روانگرایی و تامین باربری ستون های روی پی و انتقال بار به لایه های عمیق تر سودمند واقع می شود و به عنوان یک گزینه مطلوب توسط مهندسان ژئوتکنیک پیشنهاد می گردد. در رویکرد ابتدایی و در ارتباط با ساختمان ها،بسته به وزن سازه ها و شرایط ژئوتکنیکی محل،اغلب در 10متری اعماق نزدیک به سطح زمین روانگرایی خطرناک بوده و در عماق بیشتر از 10متر تاثیرات روانگرایی بر سازه کم خواهد بود. بنابراین اگر هدف از اجرای میکرو پایل مقابله با پدیده روانگرایی باشد، عمق بهسازی بایستس بگونه ای انتخاب گردد که ضمن تضمین رفتار مناسب خاک در شرایط بحرانی نظیر زلزله و تامین مقاومت پی در برابر اضافه بارهای وارده و جلوگیری از نشست های ناهمگن، از نظر اقتصادی نیز مقرون به صرفه باشد. از طرف دیگر معیار بعدی جهت تعیین عمق مناسب فرو رفت میکروپایل را می توان مشاهدات میدانی ناشی از کوبش میکرو پایل در خاک و ثبت تغییرات سرعت فرورفت بر اساس تعداد ضربات کوبش(انرژی وارده)دانست. بنابراین با پیشرفت کار عمق طراحی متناسب با شرایط زمین قابل تغییر و تعدیل بوده و این قابلیت از محاسن اجرای میکروپایل می باشد،چرا که کوبش هر میکروپایل با توجه به مشابهت با آزمایش نفوذ استاندارد اطلاعات بسیار مفیدی در رابطه با تغییر مشخصات خاک در نقاط مختلف عمق در اختیار قرار می دهد.
در رویکرد دوم، در صورتیکه قرار باشد اجرای میکروپایل به همراه تزریق دوغاب سیمان علاوه بر بهبود مشخصات مقاومتی خاک در مقابل روانگرایی،نقش تامین باربری ستون های روی پی و انتقال بار به لایه های عمیق تر را نیز ایفا نماید،طول میکرو پایل متناسب با ظرفیت باربری لازم محاسبه خواهد گردید.در این میان با انتخاب روش اجرای میکرو پایل بهمراه تزریق دوغاب سیمان برای پروژه مورد نظر،بررسی چیدمان میکروپایل ها در پلان و محاسبه عمق بهینه آنها،به عنوان مهمترین عناصر طرح بهسازی مطرح می باشند.بدین ترتیب نظم در چیدمان میکرو پایل ها باعث توزیع یکنواخت عکس العمل تکیه گاهی در زیر پی ساختمان گردیده و پیکره سازه ای پی فوقانی نیز بر این اساس بصورت همگن و بهینه طرح خواهد گردید.
بطور کلی میکرو پایل ها در مهندسی ژئوتکنیک مشتمل بر دو بخش زیر می باشد:
پی سازه های جدید و موجود:
سازه های جدید:-1 کاهش نشست -2 افزایش باربری فشاری -3 تامین باربری کششی -4 افزایش باربری جانبی سازه های موجود:-1 کنترل نشست پی -2 کنترل باربری پی -3 تعمیر یا جایگزینی پی -4 کنترل شستگی پی -5 مقاوم سازی لرزه ای پی
