بخشی از مقاله
خلاصه
احتمال خرابی و آسیب به سازههای مجاور محدوده گودبرداری همواره بعنوان یک مسئله چالش برانگیز در طول پایدارسازی دیوار گودبرداریهای عمیق با روش "میخکوبی" مطرح بوده است. منشأ این خرابیها عمدتاً جابجاییهای ایجاد شده در دیوارهای گود با پیشرفت گودبرداری معرفی میگردد. در این پژوهش سعی گردیده است با تکیه بر10مطالعه موردی و30 تحلیل عددی سهبعدی کالیبره شده ، به ارائه حدود مجاز جابجایی دیوار میخکوبی شده با توجه به احتمال آسیب به سازههای مصالح بنایی واقع در مجاورت گود پرداخته گردد. نتایج این پژوهش ارائه دهنده سطوح خرابی سازههای مجاور گود تحت مقادیر مختلف جابجایی میباشد. سطوح خرابی پیشنهادی دراین مقاله، نشان دهنده "میزان خرابی" محتمل درسازههای مجاور دیوارهای میخکوبی شده، باتوجه به "فاصله سازه" از دیوار گود و حداکثر مقادیر "جابجایی افقی" دیواره گود و با در نظر گرفتن اثرات عمق گود و نوع خاک میباشد.
کلمات کلیدی: گودبرداری، میخکوبی، حدود مجاز جابجایی، سطوح خرابی
1. مقدمه
در سالهای اخیر، میخکوبی به عنوان یک روش اقتصادی به منظور پایدارسازی دیوارهای گودبرداری مورد توجه بیشتری قرار گرفته است. شیوه اجرای این تکنیک در مراجع و آییننامهها به تفصیل بیان شده است [1] و به طور خلاصه شامل تسلیح خاک با استفاده از المانهای فولادی - میخ - در آرایش و طول مشخص میباشد. در طول اجرای تکنیک میخکوبی و با پیشرفت گودبرداری، دیواره گود تمایل به جابجایی به سمت داخل گود داشته و المانهای فولادی با تحمل کشش، از جابجایی دیواره گود به سمت داخل گود جلوگیری میکنند. از اینرو المانها با پیشرفت گودبرداری بصورت مقاوم عمل کرده و ناحیهای از خاک پشت دیواره حالت محرک مییابد 1]و .[2 به عبارت دیگر در تکنیک میخکوبی، به منظور بسیج شدن نیروی کششی در المان-های فولادی، جابجایی دیوار گود اجتناب ناپذیر میباشد. جابجایی دیوار میخکوبی که به عنوان لازمه بسیج نیرو در میخها ذکر گردید، منتج به تغییرشکلهای قائم - نشست - و تغییرشکلهای افقی خاک مجاور گود میشود. این تغییرشکلها موجب برخی آسیبها به سازهها و شریانهای حیاطی مجاور محدوده گودبرداری میگردد که منشا بسیاری از چالشها در استفاده از تکنیک میخکوبی در تثبیت دیوارهای گود در مناطق شهری میباشد.
ارزیابی و تخمین اثر تغییرشکلهای پیشگفته بر خرابی سازههای مجاور گود از موضوعات بااهمیت در طول گودبرداری بوده و محققین بسیاری به این موضوع پرداختهاند. در عمده مطالعات صورت گرفته، در تعریف میزان خرابی سازه در طول گودبرداری ازمفهوم "سطوح خرابی" استفاده میگردد. منظور از"سطوح خرابی"، حدود خرابی قابل انتظار در سازه در طول گودبرداری است و هر سطح خرابی تعریف کننده حداکثر خرابی قابل انتظاردرسازه میباشد. به منظور تعیین سطوح خرابی سازه بواسطه گودبرداری، پارامترهایی با عنوان کلی "پارامترهای تغییرشکل" تعریف شده است 3]و .[4 این پارامترها معرف تغییرشکل افقی و دورانی قاب سازه بر اساس جابجایی افقی و نشست محدوده اطراف گود میباشند. سطوح خرابی سازه مجاور گود بواسطه جابجاییهای ناشی از گودبرداری با انجام آزمایشات تجربی مقیاس شده 5]و [6
، مشاهدات میدانی و مطالعات موردی [9-7]ومطالعات عددی[13-10] موردبرسی قرارگرفته است. یکی از مهمترین تحقیقات انجام شده در زمینه تعیین سطوح خرابی براساس مطالعات Burland و همکارانش شکل گرفته است .[14] در این مطالعات روشی مشاهداتی بر اساس عرض و فراوانی ترکهای ایجاد شده درسازه، بمنظور تعیین درجه خرابی سازه ارائه شده است. عمده نتایج این مطالعات درقالب جدول - - 1 نشان داده شده است. مطابق جدول ملاحظه میگردد که با توجه به ابعاد و توزیع ترکها، میزان آسیب وارده به سازه بواسطه جابجایی دیوار گود در 5 سطح: بسیار ناچیز، ناچیز، متوسط، شدید و بسیار شدید تقسیمبندی شده است.
بر اساس تقسیمبندی مشاهداتی ارائه شده در جدول - - 1، محققین مختلف سطوح خرابی سازههای مجاور گود را با توجه به پروفیل تغییرشکل دیوار گود و کرنش جانبی سازه 3]و [15 و همچنین بر اساس اختلاف نشست ستونهای سازه [9] ارائه کردهاند. در سالهای اخیر در یک پژوهش دقیقتر Boscardin و 7] Cordingو [11 به ارائه سطوح خرابی بر اساس بازشدگی قاب - کرنش جانبی - و تغییرزاویه بین تیرها و ستونهای قاب - اعوجاج زاویهای - پرداختند. این سطوح که توسط دادههای عددی و آزمایشگاهی کالیبره شده است [16] در شکل - 1 - ارائه شده است. مطابق شکل، میزان خرابی قابل انتظار در قاب سازه - نواحی A تا - E با توجه به کرنش جانبی و اعوجاج زاویهای قاب، قابل ارزیابی میباشد. توصیف پارامترهای تعریف کننده محورهای افقی و قائم در این شکل، در شکل - 2 - ارائه شده است. همانطور که در شکل - 1 - ملاحظه میگردد، پارامترهای ارائه شده به طور کلی در بردارنده مشخصات تغییرشکل سازه بوده و پروفیل تغییرشکل دیواره گود کمتر مورد توجه قرار گرفته است. مطالعات بیشتر در این زمینه توسط Schuster و همکاران صورت گرفته است .[19-17] در این مطالعات سطوح خرابی با استفاده از تعریف شاخص پتانسیل خرابی - 1DPI - برای سازه مجاور گود مطابق جدول - 2 - ارائه شده است. پارامتر DPI مطابق رابطه - 1 - تعریف میگردد.
سطوح خرابی ارائه شده در منابع مختلف محدود بوده و در بسیاری از موارد بواسطه لزوم ابزاربندی سازه مجاور گود، فاقد کارایی لازم بوده است. از طرف دیگر در تعریف سطوح خرابی موجود تفاوتی بین سیستمهای مهار در نظر گرفته نشده است و دادههای به کار رفته در تعریف سطوح خرابی شامل گودهای مهار شده با تکنیکهای مختلف بوده است. در این مقاله با استناد به 10 مطالعه موردی صورت گرفته در خاک تهران و 30 مدل عددی سهبعدی کالیبره شده و بهرهگیری از تحلیلهای احتمالاتی، به ارائه "سطوح خرابی" سازههای مصالح بنایی مجاور گودهای تسلیح شده با "سیستم میخکوبی" بر اساس مقادیر "جابجایی حداکثر" دیواره گود پرداخته میشود. در تعریف سطوح خرابی در این مقاله از متغییر DPI با تعریف ارائه شده در رابطه - 1 - ، مفاهیم ارائه شده در شکلهای - 1 - و - 2 - و همچنین تقسیمبندی اشاره شده در جدولهای - 1 - و - 2 - بهره گرفته میشود.
2. مراحل انجام پژوهش
بمنظور ارائه سطوح خرابی سازههای مجاور گود از مطالعات موردی و تحلیلهای عددی به شرح زیر بهره گرفته شد:
1. مطالعات موردی: در ابتدای پژوهش اطلاعت مربوط به مطالعات ژئوتکنیک، طراحی سیستم تسلیح، نقشههای اجرایی و نتایج ابزاربندی از 31 پروژه گودبرداری عمیق 31-16/7 - متر - با بیش از 140 سازه مسکونی - واقع در محدوده تاثیر 31 پروژه - تهیه گردید. در ادامه بواسطه برخی از خطاها در روش ابزاربندی در برخی از پروژهها، مشکلات اجرایی ایجاد شده در طول گودبرداری، نتایج غیرمنطقی در جابجایی با توجه به شرایط خاک پروژه، شیوه خاکبرداری غیر متعارف و همچنین شرایط خاص سازههای مجاور، بسیاری از دادههای بدست آمده از موارد تحت مطالعه حذف شد و در انتها تنها 6 پروژه گودبرداری و 10 سازه در مجاورت پروژهها بعنوان موارد دارای شرایط مناسب بمنظور انجام مطالعات موردی انتخاب گردید.
2. مطالعات عددی: تحلیلهای عددی در سه مرحله به شرح زیر صورت پذیرفت: .1-2 ساخت مدل عددی در حالت عدم حضور سازه: بمنظور ارزیابی تاثیر پارامترهای خاک بر مقادیر تغییر شکل دیواره گود و نواحی اطراف گود پس از اتمام گودبرداری، به مدلسازی عددی دیوار گود - در حالت عدم حضور سازه در مجاورت گود - با استفاده از نرمافزار ABAQUS 6.11-1 پرداخته شد.
.2-2 ساخت مدل عددی - گود+سازه - از 10 مطالعه موردی اشاره شده در بند 1 و کالیبره کردن آن: در این مرحله با استفاده از نرمافزار ABAQUS 6.11-1 مدل عددی شامل دیواره گود و سازه مجاور آن از هریک از 10 مورد تحت مطالعه - خروجی مرحله - 1 ایجاد و بر اساس دادههای میدانی کالیبره گردید.
.3-2 ایدهآل سازی 10 مدل عددی اشاره شده در بند 2-2 و انجام مطالعات پارامتریک: در ادامه بمنظور مقایسه پذیرتر کردن نتایج، در هریک از 10 مدل عددی کالیبره شده، همسانسازی و تغییراتی صورت پذیرفت از جمله: حذف آب زیرزمینی، مشابهسازی روش تسلیح دیوار گود، اصلاح عمق گود. پس از اصلاح و ایدهآل سازی، به مطالعات پارامتریک پرداخته شد. .3 ارائه سطوح خرابی: با توجه به نتایج تحلیلهای عددی در مرحله قبل، در این مرحله، میزان جابجایی حداکثر در دیوار گود و مقدار DPI هر قاب از سازه مجاور گود از مدل عددی استخراج و محاسبه شد و با توجه به مجموع نتایج بدست آمده و بهرهگیری از تحلیلهای احتمالاتی، سطوح خرابی پیشنهادی یر مبنای جابجایی دیوار گود ارائه گردید.
