بخشی از مقاله
خلاصه
یکی از کاربردهای گستردهی مهارهای مارپیچ استفاده از این اعضا برای پایدارسازی دیوارهها در ساخت دیوارهای دریایی، دیوارهای حائل، پایدارسازی دیوارههای گودبرداری و ترانشهها میباشد. این مهارها به درون خاک پیچ شده و از جابجایی، گسیختگی آن جلوگیری به عمل میآورند. این روش به دلیل مزایای فراوان آن، همچون امکان اجرا زیر سطح ایستابی، امکان پیشتنیدگی بلافاصله پس از اجرا، اجرای بدون نیاز به تزریق دوغاب، توانایی اجرا در نقاط با دسترسی محدود، سرعت اجرای بالا و ... بسیار کارآمد بوده و در پروژههای مختلف کاربردهای فراوانی دارند که متاسفانه در کشور ایران تاکنون مورد استفاده قرار گرفته نشدهاند.
از این رو در این تحقیق به آشنایی بیشتر با روش مهار مارپیچ و تعیین سطوح لغزش پشت دیوارهی پایدارسازی شده با این روش با استفاده از سرعتسنجی تصویری ذرات پرداخته شده است و با تحلیل عکسهای گرفته شده میزان جابجایی و شکل سطوح لغزش تعیین گردیده است.
1. مقدمه
ایجاد گودبرداریها در مجاورت سازههای موجود و تاسیسات شهری، ساخت دیوارهای حائل و پایدارسازی ترانشهها، ساخت دیوارهای دریایی و غیره تماما نیاز به ایجاد سازههای نگهبان برای کنترل تغییر شکلها و ممانعت از آسیب رسیدن به سازههای مجاور و محیط اطراف را به همراه دارند. از جمله روشهای پرکاربرد در پایدارسازی دیوارهها استفاده از میخکوبی، دوخت به پشت و مهارهای دوغابی میباشند که به شکل گسترده در کشور ما اجرا میشوند.
این روشها در اجرا با مشکلاتی روبرو هستند که میتوان به حفاری همراه با لرزش و صدای زیاد، عدم کارایی مناسب در خاکهای پوک و ریزشی، خلا استفاده در زیر سطح ایستابی و مشکل تزریق دوغاب در خاکهای دانه ریز و دشواری جازدن کابلها و میلگردها درون گمانهی حفاری شده در خاکهای ریزشی و زمان عملآوری دوغاب برای پیشتنیدگی مهارها اشاره کرد. روش مهار مارپیچ باتوجه به اقتصادی بودن و سرعت عملیات و ویژگیهای منحصر به فرد دیگر یکی از روشهایی است که امروزه بسیار مورد توجه قرار گرفته است و بسیاری از مشکلات ذکر شده در بالا را ندارد.
پیهای شمع مارپیچی در اوایل 1800 بکار گرفته شدند. در سال 1833 شمع پیچی رسما در لندن ثبت اختراع شد. این شمعهای پیچی بطور موفقیتآمیزی برای تقویت فانوسهای دریایی در خاکهای شنی مورد استفاده قرار گرفتند. فانوس دریایی Maplin Sands در رودخانه تایمز انگلستان در سال 1838 با استفاده از این روش ساخته شده است
مهارهای مارپیچ شامل یک میله - دایره و یا مربع، توخالی و یا توپر - ، با حداقل یک صفحه مارپیچی وصل شده به میله است. ابعاد معمولی میله مهار در محدوده 4 تا 9 سانتی متر قطر یا عرض می باشد. ضخامت معمول مارپیچها در محدوده 1 تا 2 سانتی متر است، در حالی که قطر معمول بین 36-15 سانتی متر است. این اجزای پی عمیق در زمین با استفاده از موتورهای گشتاور هیدرولیکی پیچیده میشوند. عمل نصب با کمک مته نصب شده در کامیون یا سر گشتاور متصل شده به یک بیل مکانیکی یا بخش جلوی لودر و حتی به صورت دستی انجام میشود. به علت گام صفحه مارپیچ، این اجزا نخالهای تولید نمیکنند و حداقل اختلال در سطح اطراف تجهیزات مهاربند ایجاد میشود
قابلیت اطمینان بارزترین مزیت مهارهای مارپیچ است. هنگامی که به درستی نصب شوند، مهارهای مارپیچ پاسخگوی ظرفیت طراحی و حتی مقداری فراتر از آن هستند. نصب میتواند به سرعت و با حداقل اختلال سایت باشد. بر خلاف بسیاری دیگر از انواع شالودههای عمیق، مهارهای مارپیچی میتوانند در مناطق با دسترسی محدود نصب شده و فورا بارگذاری شوند. گشتاور نصب میتواند به طور مستقیم ظرفیت مهار در محل را برآورد کند، و بسیاری از ابهامات درگیر با دیگر سیستمهای فونداسیون عمیق را از بین ببرد.
مهار مارپیچی که در مکان اشتباه نصب شده باشد را میتوان به آسانی جا به جا و مجددا نصب کرد. همچنین، در صورت تمایل مهارهای مارپیچ جا به جا و تغییر داده میشوند مانند حالت مهاربندیهای موقت. مهارهای مارپیچ را میتوان تحت هر شرایط آب و هوایی نصب کرد. مهارهای مارپیچی میتوانند در طیف گستردهای از شرایط خاک استفاده شوند و ثابت شده است که به لحاظ قیمت توانایی رقابت دارند، که علت آن نیاز به فولاد کمتر و سهولت در نصب آنهاست. بدون نیاز به حفاری، این سیستم اجازه میدهد تا نصب در مجاورت مستقیم با ساختمانهای موجود بدون ترس از لرزش و یا آسیب ساختاری به ساختمان ادامه یابد
از طرف دیگر مهارهای مارپیچی نباید در شرایط زیر سطحی که در آن مواد مورد مواجهه ممکن است به مارپیچ یا میله آسیب بزنند، یا جایی که اعماق نصب محدود هستند نصب شوند. این ممکن است خاکهای حاوی قلوه سنگ، مقدار زیادی شن، تخته سنگ، و آوارهای ساختمانی باشد؛ ظرفیت مهار به سطح صفحه بستگی دارد از اینرو خسارت میتواند باعث کاهش قابل توجهی در مقاومت شود. تماس با سنگها و قلوه سنگها همچنین میتواند بر جهت مهار تأثیر بگذارد، این موضوع راست نگه داشتن مهار در حین نصب را با مشکل روبرو میکند
کارهای انجام شده و در دسترس در حوزهی پایدارسازی دیوارهها با استفاده از مهارهای مارپیچ بسیار اندک میباشند، ولی تعدادی از تحقیقات که مربوط به مقاومت بالاآمدگی و بیرون کشی مهارهای مارپیچ و پایدارسازی دیوارهها میباشد در ادامه بیان شده است. تمامی این کارها از تاثیر تعداد صفحات مارپیچ و شکل آنها بر روی ظرفیت باربری مهارها سخن به میان آوردهاند که نقش آنها در آزمایشهای انجام شده در این تحقیق بررسی شده است و با موارد بیان شده در ادامه همخوانی دارد:
Ghaly و همکاران در سال 1991 با استفاده از مهارهای پیچی گام تک و چند گامی تأثیر شکل جزء پیچی، خواص ماسه، و عمق نصب، بر مقدار گشتاور نصب مورد نیاز را مورد بررسی قرار دادهاند و ظرفیت باربری مهارها تعیین شده است
Ghaly و Hanna در سال 1992 به بررسی آزمایشگاهی بر روی توسعه تنش در ماسه به علت نصب و بالاآمدگی مهارهای پیچی مارپیچ پرداختهاند. 5 مدل مهار با هندسه مختلف برای بررسی تأثیر شکل پیچ بر توسعه تنش در ماسه مورد آزمایش قرار گرفته است
Perko در سال 2001 خلاصهای از کاربرد مهارهای مارپیچ استفاده شده در سیستمهای دیوار حائل را ارائه کرده است
Deardorff و همکاران در سال 2010 به تشریح نتایج آمادهسازی دیوار خاکی میخکوبی شدهی مارپیچ پرداختهاند. طراحی و توضیح دیوار خاکی میخکوبی شدهی مارپیچ، به همراه نتایج اولیه و حاصله از بازخوانی اطلاعات ابزارها، در این مقاله ارائه شده است .در سال 2011 توسط Lutenegger رفتار مهارهای پیچی چند مارپیچ در ماسه با انجام یک سری از آزمایشهای در مقیاس واقعی بالاآمدگی محوری - بیرون کشی - بر روی مهارهای پیچی با میله مربعی مورد بررسی قرار گرفته است
Tsuha و همکاران در سال 2012 و 2013 به ارزیابی پیکربندی تیغههای مارپیچ - از جمله تعداد و قطر - و خصوصیات خاک برای ظرفیت بالاآمدگی مهارهای چند مارپیچی پرداختهاند Filho .[9-8] و همکاران در سال 2014 با انجام آزمایشهای خود به این نتیجه رسیدهاند که قطر بخشهادی، توزیع بار در امتداد مهار مارپیچ و تعداد مارپیچها بر ضریب گشتاور نصب - KT - تأثیر میگذارند . در سال 2013، Mittal 2014 و Mukherjee به بررسیهای آزمایشگاهی بر روی رفتار گروهی از مهارهای پیچی تک، دوتایی و سه مارپیچ تحت تأثیر بارهای بالاآمدگی عمودی بر روی خاک ماسهای پرداختهاند. مشاهده شده است که بار بیرونکشی بطور قابل توجهی با عمق نصب مهار و تعداد مهارها و شکل آنها تغییر میکند
2. ویژگیهای مدل فیزیکی
اگر مدلسازی فیزیکی در مقیاسی غیر از مقیاس واقعی انجام شود، سوالی اساسی درباره اعتبار نتایج حاصله از انجام آزمایش بر روی مدلهای کوچک و تعمیم آنها به مقیاس واقعی مطرح میشود. بنابراین توجه به قانونهای مقیاسی مناسب و تحلیل ابعادی، برای کنترل آنها ضروری است
باتوجه به فرمولهای ارائه شده در مراجع مختلف، ظرفیت باربری - Qu - مهارهای مارپیچ با استفاده از فرمول زیر بدست میآید :
زمانی که چسبندگی - c - خاک صفر باشد بخش اول معادله صفر خواهد شد و داریم:
d عمق صفحهی مارپیچ، وزن مخصوص، Ah مساحت مارپیچ و Nc و Nq عوامل ظرفیت باربری به ترتیب، برای چسبندگی و سربار بوده، و به طور معمول نسخه کاهش یافته عوامل ظرفیت باربری سنتی Meyerhof میباشند. در نتیجه نمونه ای از ضرایب مقیاس در مدلسازی فیزیکی به صورت جدول 1 خواهند بود:
جدول -1 روابط شبیهسازی برای مدلسازی
.1.2 جعبه آزمایش
یک جعبه ی فلزی به ابعاد 60×30×100 cm3 از جنس آهن به ضخامت 1,5 میلیمتر به عنوان جعبه آزمایش مورد استفاده قرار گرفته است. در وجه جلویی جعبه از یک طلق شفاف از جنس Plexiglass به ضخامت 2 سانتیمتر جهت مشاهده تغییر شکلهای ایجاد شده در خاک استفاده شده است. نکتهای که در انتخاب جعبهی آزمایش حائز اهمیت است صلبیت آن میباشد، بدین معنی که جعبه تحمل تنشهای وارده از طرف خاک درون را داشته و تحت اثر آن تغییر شکل ندهد برای این منظور بالای جعبه توسط تسمهای فلزی به شکل صلب در آمده است. این جعبه دارای نقاط کالیبره میباشد که در شکل 1 نشان داده شده است.
شکل -1 نمای روبرو جعبه ی آزمایش به همراه نقاط کالیبراسیون روی آن
.2.2 ماسه مورد آزمایش
جهت انجام آزمایشات از ماسه خشک ناحیه شمال غرب شهر تبریز - صوفیان - واقع در شمال غرب ایران استفاده شده است. پس از حمل مقدار موردنیاز از ماسه مورد نظر از محل فوق به آزمایشگاه لازم بود تا مواد اضافی و معدود درشت دانه ها جدا شوند. برای این منظور با استفاده از الک نمره 30 درشت دانه ها جدا شدهاند. ماسه مورد استفاده بر اساس طبقه بندی متحد که مورد تایید استاندارد ASTM نیز میباشد، جزو ماسه بد دانه بندی SP قرار میگیرد. مشخصات خاک مورد آزمایش در جدول 2 اشاره شده است.
جدول -2 مشخصات خاک مورد آزمایش
