بخشی از مقاله
خلاصه
یکی از روشهای رایج در پایدار سازی موقت و دائم دیواره گودبرداری های عمیق و شیروانی ها، میخکوبی است که بدلیل سهولت در اجرا جزو روشهای پر کاربرد به شمار میرود. با توجه به گسترش روز افزون این روش در داخل کشور نیاز به طرحی اقتصادی احساس میشود چرا که با توجه به محدود بودن منابع مواد اولیه، ارائه طرحی بهینه منجر به صرفه جویی عمده در مصالح مصرفی میشود.
در این مقاله با استفاده از نرم افزار MATLAB و براساس آئین نامه اداره راههای ایالات متحده - FHWA - ، و در نظر گرفتن پارامتر های: مشخصات مکانیکی خاک، مقاومت سطح تماس دوغاب تزریق و چال حفاری، فواصل افقی و قائم میخها، طول میخها، مقاومت کششی مصالح مصرفی استفاده شده در میخ، زوایای شیب و کشش ایجاد شده در میخ ها، ارتفاع دیوار، زاویه گود برداری، زاویه سطح بالای گود برداری، و زاویه سطح بالای گود، یک دیواره خاکی میخ کوبی شده مدلسازی شده و تاثیر این پارامتر ها بر نیروی کششی ایجاد شده در میخها مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. نتایج نشان داده است که با استفاده از یک کد بهینه سازی میتوان بهترین حالت موجود را برای انجام عملیات اجرایی محاسبه نمود.
.1 مقدمه
میخکوبی خاک یک روش در جای تسلیح خاک می باشد که در دو دهه اخیر در کشورهای مختلف جهت پایدار سازی گودبرداریهای عمیق و همچنین پایدارسازی شیبهای طبیعی، کاربرد وسیعی پیدا کرده است. همچنین آئین نامه تونل اتریش این روش را جهت تسلیح تونلها، بعنوان یک نگهدارنده انعطاف پذیر در حفاریهای زیرزمینی پیشنهاد نموده است.
از این روش در پایدارسازی ترانشه های راه آهن و بزرگراه ها، لغزش زمین، مدخل تونلها جهت پایدارسازی خاک های لایه ای ضعیف و ناپایدار و دیگر پروژه های عمرانی، استفاده شده است 1]، 3، 6، و .[8 اساس این سیستم بر مبنای کاربرد مصالح تسلیح کششی در ناحیه مقاوم خاک می باشد که در فاصله کمی نسبت به یکدیگر قرار گرفته اند . سیستم های میخکوبی شده قابلیت تحمل بارهای قائم استاتیکی و دینامیکی را دارا می باشند. از اینرو می توان از این سیستم جهت ساخت کوله پلها استفاده نمود.
همچنین می توان از این سیستم جهت پایدارسازی و تعمیر سازه ای خاکی موجود نیز بهره برد. در سیستم های میخکوبی شده، مصالح تسلیحعموماً از میلگردهای فولادی که قابلیت تحمل نیروهای کشش و تا اندازه ای برشی را دارند تشکیل شده است. این مصالح را می توان در داخل سوراخهای از قبل حفاری شده قرار داد و سپس عملیات تزریق دوغاب را در اطراف آنها انجام داد. یا اینکه میخ ها، بدون عملیات حفاری، در زمین کوبیده شوند. میخ ها از نوع پیش کشیده شده نیستند اما دارای فاصله کمی نسبت به یکدیگر می باشند.
سطح سازه میخکوبی شده ازنظر باربری نقش عمده ای ندارد اما میتواند به عنوان یک محافظ در برابر فرسایش و خوردگی عمل نماید. اینسطح عموماً از یک لایه بتن تشکیل شده است که این بتن بر روی یک شبکه توری فلزی پاشیده می شود. از جمله مزایای روش های مهار و میخکوبی خاک، می توان به امکان ایجاد یک پایدارسازی اولیه و موقت در حین عملیات خاکبرداری، کاهش مقدار حفاری و کارهای بتنی در پی سازی، حذف خاکریز پشت دیوارها، امکان اجرای سریع میخکوبی درداخل خاک، و امکان اجرای سریع و ارزان دیوار نما اشاره نمود.
سازه های میخکوبی شده دارای انعطاف پذیری سازه ای بیشتری نسبت به سایر روشهای تسلیح و دیوارهای بتنی مسلح هستند. این سازه ها دارای امکان نشست پذیری نهایی و نسبی بیشتری می باشند. بنابراین درمناطق فعال از نظر زلزله، مناسبترند. از معایب و محدودیتهای عمده میخکوبی می توان به مشکل بودن ساخت سیستم های زهکشی مناسب در خاک های ریزدانه، نقش خزش در رسهای پلاستیک در پایداری دراز مدت سازه، و تغییر مکانهای جانبی عدم بسیج ظرفیت از جا در آمدگی مصالح تسلیح بطور کامل در خاک های چسبنده نرم، امکان خوردگی مصالح در محیط های مخرب اشاره نمود .
همچنین این نکته قابل ذکر است که برای اینکه یک سیستم میخکوبی شده بطور کامل کار کند، بایستی خاک تغییر مکان جانبی داشته باشد تا در میخ ها نیروی کششی بوجود آید. لذا در مناطق شهری، بایستی فاصله مورد نیاز بین توده میخکوبی شده و سازه مجاور آن حفظ شود تا از بوجود آمدن بارهای اضافه بر سازه مجاور جلوگیری نمود
.2 رفتار سیستم خاک و تحلیل دیواره های خاکی مهار شده با میخکوبی
رفتار یک سیستم خاک مسلح بستگی به پارامترهای مختلفی نظیر هندسه سازه، مراحل اجرا، دانسیته ومشخصات مکانیکی خاک، دانسیته مصالح تسلیح، تغییر شکل طولی، سختی خمشی مصالح تسلیح، زاویه مصالح تسلیح نسبت به سطح گسیختگی و …دارد. در مکانیزم اندرکنش بین خاک و مصالح تسلیح، چه در خاک مسلح و چه در سیستم میخکوبی، تنش اصطکاکی بسیج شده درطول مصالح تسلیح، از تغییر شکل جانبی سازه جلوگیری می کند.
در مقاله حاضر با استفاده از کدهای نوشته شده در محیط MATLAB حالت های مختلف میخکوبی در انواع خاک ها طراحی گردیده و پارامترهای متعددی از جمله حداکثر نیروهای کششی در میخ محاسبه و با استفاده از یک کد بهینه سازی بهترین حالت موجود برای انجام عملیات اجرایی بدست آمده است. در این راستا از آیین نامه اداره کل بزرگ راههای آمریکا - FHWA - که یکی از معتبرترین و مطمئن ترین آیین نامه های موجود در حال حاضر می باشد استفاده شده است.
کد نوشته شده بگونه ای است که پس از انجام آنالیزهای لازم بر روی مقادیر ورودی همچون: طول و قطر میلگردها، آرایش هندسی آنها، ضریب اصطکاک داخلی خاک، چگالی خاک، چسبندگی خاک، و ارتفاع دیوار، خروجی هائی مانند: حداکثر نیروهای کششی، بدست آمده و با مثال های متعدد موجود در خود آیین نامه و منابع دیگر مقایسه و صحت آنها کنترل شده است.
.3 توزیع طول میخ های درون خاک
دو الگو از طول میخ در نظر گرفته شده است: یک حالت با طول یکسان و حالت دیگر با طول غیریکسان. الگوی یکسان کاربرد گسترده ای در آرایش میخ ها دارد، محاسن این روش را می توان به اجرای ساده تر و استفاده مستقیم از گراف های طراحی اشاره نمود. انتخاب الگوی غیر یکسان برای نصب میخ ها با طول های کمتر در آخرین ردیف است. بنابراین این میخ ها در لایه با چگالی بالا نفوذ زیادی ندارند و از دریل کاری های سخت در این لایه جلوگیری می کنند. برای رفع نقص میخ های کوتاه در قسمت پایینی دیوار از میخ های بلندتر در قسمت های فوقانی استفاده می شود - شکل . - 1
این چیدمان میخ ها از نقطه نظر اجرایی و انعطاف پذیری در تغییر شکل های جانبی، مطلوب است. محدودیت های اصلی این نوع چیدمان میخ ها مربوط میشود به تمایل بیشتر آن برای برهم زدن پایداری دیوار که باید بصورت جامع مورد بررسی قرار گیرد. استفاده از توزیع یکنواخت برای طول میخ ها در صورت فراهم بودن شرایط، اولین انتخاب است و برای توزیع غیر یکنواخت بایستی موارد زیر در نظر گرفته شوند:
شکل - 1 - نمونه ای از الگوی طول غیر یکسان میخ ها [2]
الف - برای کاهش تغییر شکل از میخ های بلندتر در ردیف های بالایی استفاده می شود تا بتوان ضریب اطمینان یکسانی را هم برای ردیف های بالایی و هم پایینی فراهم نمود.
ب- نبایستی از میخ های کوتاه در ردیف های فوقانی استفاده گردد.
ج- نبایستی از میخ های بیش از حد کوتاه استفاده گردد. حداقل طولی که یک میخ کوتاه می تواند دارا باشد برابر 0.5H است.
د- ممکن است در مواقعی که با لایه های خاک غیرمشابهی نسبت بهم روبرو شویم از توزیع غیر یکنواخت استفاده گردد.
.4 مشخصات مواد مصرفی در میخکوبی
1.4 مشخصات فولاد
الف- استفاده از میگردهای آجدار
ب- استفاده از میگلرد با تنش تسلیم حداقل 250MPa
2.4 مشخصات خاک
الف- مقاومت نفوذپذیری خاک و غیره
ب- چگالی خاک، γ که همان جرم حجمی خاک است
