بخشی از مقاله
خلاصه
در این مقاله به بررسی تاثیرعملیات بهسازی خاک به روش تراکم دینامیکی بر پاسخ لرزهای سطح زمین در پروژهی اسکلهی بندر شهید رجایی پرداخته شده است. پروژهی مجتمع بندری شهید رجایی در سواحل خلیج فارس و در شهر بندرعباس با وضعیت لرزهخیزی قابل توجه، واقع شده است.
در این منطقه به علت وجود لایههای زیرسطحی سست با قابلیت روانگرایی و بالا بودن تراز آب زیرزمینی از روش تراکم دینامیکی جهت بهسازی خاک استفاده شده است. با داشتن پارامترهای لرزهای در قبل و پس از عملیات بهسازی خاک در منطقه، میتوان تاثیر این عملیات را بر اثرات ساختگاهی محل استخراج نمود.
برای این منظور از نرمافزار DEEPSOIL V5.1 مبتنی بر روش یک بعدی معادل خطی برای انجام آنالیزهای پاسخ زمین بر مبنای تاریخچههای زمانی حاصل از مطالعات لرزهخیزی استفاده شده است. نتایج بدست آمده نشان میدهد که تراکم دینامیکی خاک، سرعت موج برشی لایهی ماسهای را افزایش داده و طیف پاسخ شتاب را نسبت به حالت قبل از بهسازی در محدودههای فرکانسی مختلف تحت تاثیر قرار میدهد.
1. مقدمه
روانگرایی خاک و اثرات آن یکی از مباحث مهم در بحث ژئوتکنیک لرزهای میباشد. امروزه خسارات ناشی از روانگرایی بر پروژههای ساحلی و فرا ساحلی کاملاً شناخته شده بوده و در کلیهی آییننامهها و راهنماهای لرزهای اسکلهها به آن پرداخته شده است. لذا به منظور بهسازی خاکهای روانگرا و کاهش اثرات ناشی از روانگرایی خاکها از روشهای مختلفی نظیر روشهای تراکمی، روشهای تزریق دوغاب سیمان، استفاده از ستونهای سنگی و غیره با توجه به زمان، امکانات و هزینه در پروژههای مختلف استفاده میشود.
در این بین روش تراکم دینامیکی از جمله روشهای ارزان قیمت و سریع، در پروژههای بهسازی خاکهایِ با پتانسیل روانگرایی بطور گسترده مورد استفاده قرار میگیرد. این روش شامل پرتاب وزنه از ارتفاع مورد نظر در قالب الگوی کوبش مشخص میباشد. عملیات بهسازی موجب افزایش سختی خاک شده که میتواند در طراحی لرزهای پاسخ زمین تاثیر بسزایی بگذارد. با نگاهی کلی به پروژههایی که راهکار بهسازی خاک در مورد آنها پیشنهاد میگردد، ملاحظه میشود که در طرحایلرزهمحل مورد مطالعه عموماًًً از پارامترهای لرزهای پیش از عملیات بهسازی استفاده میگردد.
در چنین مواردی تاثیر عملیات بهسازی بر پارامترهای لرزهای لایههای رسوبی مورد نظر قرار نگرفته و فقط به کنترل کیفیت عملیات بهسازی بسنده میشود. با بررسی ادبیات فنی و مطالعات پیشین انجام شده در مورد تاثیر عملیات بهسازی خاک بر پاسخ لرزهای سطح زمین مشاهده میشود که مطالعات محدودی در خصوص تاثیر بهسازی وتغییرات سختی خاک بر حرکات ناشی از زلزله انجام شده است.
ماویتانا و تیمور [1] در یک مطالعهی موردی به تاثیر عملیات بهسازی خاک در تحلیل پاسخ لرزهای سطح زمین به روش یک بعدی معادل خطی پرداختند. نتایج بدست آمده شامل تغییرات در طیف پاسخ شتاب و محتوای فرکانسی زلزله، قبل و پس از عملیات بهسازی خاک بوده است. استاماتاپلوس [2] به مقایسهی بزرگنمایی و پاسخ لرزهای سطح زمین در قبل و بعد از عملیات بهسازی خاک روانگرا به روش پیش بارگذاری با خاکریز پرداخت. روش آنالیز او مبتنی بر روش یک بعدی معادل خطی بوده است. نتایج بدست آمده نشان داد که پاسخ لرزهای بخش فوقانی خاک تحت تاثیر پیش بارگذاری، بطور چشمگیری کاهش مییابد که البته به محتوای فرکانسی موج ورودی مرتبط میباشدهان.
و اُرنس با استفاده از روش یک بعدی مبتنی بر آنالیزهای تنش کل و موثر به تاثیر روشهای مختلف عملیات بهسازی خاک بر پاسخ لرزهای زمین پرداختند و افزایش قابل ملاحظهای در مقادیر حداکثر شتاب زمین - PGA - در مقایسه با نتایج قبل از بهسازی خاک مشاهده نمودند. از جمله آخرین مطالعات انجام شده در این زمینه میتوان به مقالهی راپتاکیس[4] در سال 2013 اشاره نمود. مطالعهی ایشان شامل تاثیر پیش بارگذاری خاکهای نرم با استفاده از خاکریز مرحلهای بر سرعت موج برشی لایههای خاک و در نتیجه پاسخ لرزهای زمین بوده است.
در مقالهی پیشرو به مطالعهی پارامترهای لرزهای لایههای زیر سطحی پروژهی مجتمع بندری شهید رجایی در سواحل خلیج فارس و در شهر بندرعباس و تاثیر این پارامترها بر طیف دامنهی فوریه و ضریب بزرگنمایی، قبل از بهسازی و بعد از آن پرداخته شده است. در این منطقه به علت وجود لایههای زیرسطحی سست با قابلیت روانگرایی و بالا بودن تراز آب زیرزمینی، روش تراکم دینامیکی جهت بهسازی خاک، مورد استفاده قرار گرفته است.
به منظور تحلیل یک بعدی پاسخ زمین بر مبنای روش معادل خطی [5]، از نرم افزار [6] DEEPSOIL V5.1 با مدل تنش کل در حوزهی فرکانس استفاده شده است. در روش معادل خطی، رفتار واقعی غیرخطی هیسترتیک تنش-کرنش خاکهای بصورت سیکلی بارگذاری شده را میتوان با در نظر گرفتن خواص معادل خطی خاک تعیین نمود. مدول برشی معادل خطی - G - به صورت مدول برشی سکانت و ضریب میرایی معادل خطی - - به صورت ضریب میرایی با اتلاف انرژی یکسان با آنچه که منحنی هیسترزیس متعلق به یک سیکل واقعی ایجاد مینماید، در نظر گرفته شده است.
2. معرفی پروژه - مطالعهی موردی -
بندر شهید رجایی در حدود 20 کیلومتری جنوب غربی شهر بندرعباس در سواحل نیلگون خلیج فارس واقع شده است. این بندر شامل سه حوضچهی داخلی و یک حوضچهی اصلی جهت چرخش شناورها میباشد - شکل . - 1 پروژهی توسعهی مجتمع بندری شهید رجایی واقع در حوضچهی دوم و سوم این بندر، در تکمیل فاز یکم، در فاز دوم پروژه به منظور ایجاد یک محوطه کانتینری مستطیل شکل به ابعاد 1300 در 900 متر مربع در شمال و نیز دو پهلوگیر جدید به ابعاد 910 در 100 متر مربع در طرفین فاز قبلی صورت پذیرفته است [7] - شکل . - 2 با بهره برداری از این طرح، بندر شهید رجایی به بنادر نسل سوم پیوسته و قابلیت پهلو دهی به کشتیهای بزرگ سوپر پاناماکس را بدست آورده است. همچنین ظرفیت تخلیه و بارگیری این بندر از سه میلیون TEU به شش میلیون TEU کانتینر در سال افزایش مییابد.
شکل -1 نمایی از بندر شهید رجایی شکل -2 پروژهی بندر شهید رجایی در حین ساخت فاز دوم
3. - مطالعات تحت الارضی و ویژگیهای ژئوتکنیکی پروژه
در راستای گسترش فاز دوم پهلوگیر غربی بندر شهید رجایی، در ابتدا مطالعات مقدماتی تحت الارضی صورت پذیرفت. این مطالعات با حفر گمانههای متعدد در طرفین و قسمت شمالی فاز دوم آغاز گردید - شکل . - 3 همزمان با حفر گمانهها، به منظور تعیین پارامترهای مقاومتی خاک، آزمایشهای صحرایی CPT و CPTu و آزمایشهای آزمایشگاهی در محدودههای یاد شده انجام گرفت.
پس از بررسی آزمایشهای صحرایی وآزمایشگاهی، لایه بندی زونهای مورد مطالعه مشخص و خاک منطقه در برخی از نواحی سست و با قابلیت روانگرایی تشخیص داده شد - شکل . - 4 با توجه به بالا بودن سطح آب و جنس خاک، به منظور کاهش قابلیت روانگرایی لایهی ماسهای و بهبود خصوصیات مقاومتی آن، بهسازی لایهی ماسهای به روش تراکم دینامیکی در دستور کار قرار گرفت - شکل5 و. - 6 تراکم دینامیکی در این پروژه با الگوهای متفاوتی صورت پذیرفته است که یکی از این الگوها در شکل 6 مشخص میباشد. همچنین مشخصات مربوط به الگوی نشان داده شده، در جدول 1 آمده است.
جدول -1 مشخصات مربوط به الگوی تراکم دینامیکی فاز 2 پروژهی شهید رجایی - شکل - 6
شکل -3 جانمایی گمانههای فاز دوم و آزمایش نفوذ مخروط شکل -4 لایه بندی ساده شدهی محل مورد مطالعه شکل -5 تراکم دینامیکی لایهی ماسه ای شکل -6 الگوی تراکم دینامیکی
پس از اتمام عملیات تراکم دینامیکی، به منظور کنترل کیفیت عملیات بهسازیمجدداً، آزمایشهای نفوذ مخروط در زونهای مورد مطالعه صورت میپذیرد. در شکل 7 مقادیر CPT، پیش از عملیات بهسازی و همچنین پس از آن و تاثیر تراکم دینامیکی بر لایهی آبرفتی تا تراز لایهی روانگرا نشان داده شده است.
