بخشی از مقاله
خلاصه
طراحی و احداث خاکریز روي بسترهاي سست یکی از مسائل چالش انگیز در مهندسی ژئوتکنیک به شمار میرود. به علت قابلیت تراکم زیاد و مقاومت برشی کم این خاك ها مشکلاتی در روند پایداري و نشست خاکریز ایجاد می شود. هدف از انجام این تحقیق، بررسی تأثیر استفاده از ژئوتکستایل و زهکشهاي قائم براي کنترل نشست و پایداري در خاکهاي سست است که با استفاده از نرم افزار المان محدود Plaxis به بررسی این موارد پرداخته شده و جهت مدل کردن خاك سست از مدل رفتاري خاك نرم خزشی استفاده شده است.
در این مطالعه تأثیر استفاده از ژئوتکستایل و زهکشهاي قائم به صورت موردي و با استفاده از پارامترهاي مربوط به خاك بستر دریاچه ارومیه مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به نتایج میتوان گفت که درصورت تسلیح خاك سست با استفاده از ژئوتکستایل و زهکش هاي قائم روندکاهشی در مقادیر تغییر مکانهاي عمودي ایجاد میشود. همچنین زهکش هاي قائم روند کاهش فشار آب حفره اي را افزایش می دهند.
1. مقدمه
خاك هاي سست شامل رسهاي عادي تحکیم یافته، سیلتهاي رسی وپیتها می باشد. [1] ازخصوصیات اصلی این نوع خاکها تراکم پذیري زیاد و مقاومت برشی کم - کمتر از - 25 kpa است. این نوع خاکها داراي مشخصات زیر هستند:
- درصدرطوبت طبیعی بالا
- میزان حد روانی و حد خمیري بالا
- نفوذ پذیري کم
- مقاومت برشی کم که معمولا با عمق تغییر می کند. خاکهاي با مقاومت برشی کمتراز 15kpa خاکهاي خیلی نرم و خاکهاي با مقاومت برشی کمتر از25 kpa خاکهاي نرم به شمار می آید.
- تراکم پذیري بالا که با افزایش درصد مواد آلی افزایش می یابد
درطراحی و ساخت خاکریز در صورتیکه بستر آن داراي ظرفیت باربري کافی باشد با مشکلات کمی مواجه میشویم در صورتیکه در بسترهاي سست پیچیدگیهاي متعددي براي مهندسین طراح و ناظر به وجود می آید. در ساخت خاکریز در بسترهاي سست با مشکلات زیر مواجه هستیم:
- مقاومت برشی کم
- ناپایداري خاکریز
- تراکم پذیري و نشست زیاد خاکریز
طراحی خاکریز بر اساس ظرفیت باربري، نشست و پایداري انجام می شود. طراحی زمانی رضایت بخش خواهد بود که فاکتور اطمینان کافی براي هر یک از این موارد داشته باشیم.
رفتار مربوط به خاکریزهاي مسلح شده با ژئوسینتتیک ها و همچنین طراحی آن در خاك هاي نرم نیاز به توجه ویژه اي دارد. امروزه رفتار مربوط به خاکریزهاي مسلح ساخته شده در خاك نرم به خوبی شناخته شده است. تعدادي ازمقالات به این رفتارها اشاره داشته اند.
کتابهایی مانند Jewell - 1996 - بطور خلاصه به تشریح بعضی از روش هاي طراحی متداول پرداخته اند. با توجه به روش هاي طراحی استفاده شده براي خاك هاي نرم، نتایج به دست آمد محافظه کارانه خواهد بود در صورتیکه ممکن است در خاك هاي دیگر این مطلب صادق نباشد
جاده شهید کلانتري از ارومیه تا تبریز وبا گذر از دریاچه ارومیه در حال احداث می باشد. قسمتی از جاده در ناحیه ساحل غرب دریاچه از روي خاك سست و رسوبات در یاچه اي که عموما از لایه هاي خاك رس سیلتی ریزدانه با مقاومت برشی کم وخاصیت تحکیم پذیري بالا تشکیل شده است، عبور می کند. اعمال بار از طریق ابنیه ویا ساخت خاکریز جهت احداث جاده روي این بسترهاي سست عموما با مشکل پایداري و نشست همراه است. این مطالعه براي اولین بار در این قسمت از جاده که از ناحیه ساحل غرب دریاچه عبور کرده و داراي رسوبات سست دریاچه اي با خصوصیات خاص ژئوتکنیکی است، انجام گرفته است.
این قسمت از جاده در هنگام تر سالی جزو در یاچه بوده ودر زیر آب قرار می گیرد. در هنگام خشکسالی آب دریاچه عقب نشینی کرده و بستر دریاچه برون زد داشته و خشک می شود. بدنه خاکریز نیز به همراه این تغییرات شاهد روند اشباع و غیر اشباع می شود که تأ ثیر مستقیم در پایداري و نشست جاده خواهد داشت. این مسائل در نوع خود در کشور بی نظیر است.
با توجه به تقسیم بندي رسوبات آبرفتی گستره ارومیه و گمانه هاي حفر شده در مقطع مطالعاتی فعلی و مصالح موجود، این رسوبات را می توان عمدتا جزورسوبات جوان دانه ریز آبرفتی قرار داد.
استفاده از زهکشی هاي قائم، یکی از روش هاي رایج جهت تسریع فرآیند نشست تحکیم لایههاي رسی نرم عادي تحکیم یافته و حصول پیش تحکیم یافتگی، قبل از احداث شالوده میباشد
افزودن زهکشهاي ماسهاي، امکان کاهش سریع فشار آب حفرهاي را به وجود میآورد و موجب تسریع فرآیند تحکیم میشود .[6] فرودگاه کانساي یکی از نمونه هاي عملی استفاده از زهکش هاي قائم می باشد. زمین مربوط به محدوده ساخت فرودگاه کانساي در اثر وزن ناشی از لایه هاي خاك، نشست قابل توجهی داشته است.
ضخامت لایه رس هولوسن در اثر نشست به دو سوم مقدار اولیه کاهش می یابد. بعلاوه فاصله بین لایه فوقانی و تراز دریا کم است. بنابراین ناهموار بودن سطح این لایه ممکن است اثرات نامطلوبی در سرویس دهی فرودگاه داشته باشد زهکش هاي قائم ماسه اي به عنوان روشی که تحکیم سریع خاك رابه دنبال دارد و باعث خروج سریع آب از از لایه رسی وخشک شدن آن می شود
مطابق شکل - 1 - لایه هاي منطقه مورد نظر،رسوباتی عمدتا به صورت متناوب رس ولاي وهمچنین شامل لایه هاي درشت دانه ماسه اي هستند.که لایه هاي رسی وسیلتی سبب نشست زیاد خاکریز خواهد شد. سطح آب زیرزمینی بالا بوده ودرهنگام تر سالی، آب قسمتی از خاکریز جاده را نیز می پوشاند.
روش المان محدود از زمانیکه براي اولین بار توسط Clough and Woodward - 1967 - استفاده شد، روش قدرتمندي جهت ارزیابی رفتار شیروانی ها و خاکریزها شناخته شده است. [3] در تحلیل خاکریز فوق ازنرم افزار Plaxis 8.2 استفاده شده است که یک برنامه کامپیوتري المان محدود دو بعدي با هدف انجام آنالیز پایداري و تغییر شکل در کاربردهاي مختلف ژئوتکنیکی استفاده می شود و پیشتر توسط [8] Hunter & Fell, [9]Varmer et alجهت تحلیل نشست خاکریز راه به کاررفته است.
2. هندسه مد ل
شکل - 1 - نشانگر مقطع عرضی خاکریز ساحل غرب دریاچه ارومیه در کیلومتر 20 می باشد. دربستر خاکریز لایه هاي متناوب رس و لاي به همراه ریز لایه هاي ماسه اي دیده می شود و سطح آب زیرزمینی متغییر ودر 1متري بالاي زمین و هم تراز با سطح زمین در نظر گرفته شده است. خاکریز زهکشی شده در شکل - - 2 و خاکریز مسلح شده با ژئوتکستایل در شکل - 3 - نشان داده شده است.
شکل-1هندسه مدل خاکریز ولایه هاي پی
شکل -2 مقطع عرضی جاده مسلح با استفاده از زهکش
شکل -3 مقطع عرضی جاده مسلح با استفاده از ژئوتکستایل
3. خصوصیات مصالح
با توجه به اینکه بستر خاکریز از مصالح سست و در بعضی از لایه هاازمصالح دانه اي تشکیل یافته است، از مدل رفتاري خاك نرم خزشی - Soft Soil Creep - براي مصالح سست ،و مدل موهر کولمب - Mohr-Coulomb - جهت مدلسازي مصالح دانه اي استفاده شده است
پارامتر هاي مقاو متی لایه هاي پی در جدول - 1 - وپارامترهاي مقاومتی مصالح خاکریز در جدول - 2 - ارائه گردیده است. توجه به اینکه در شکل - 1 - بین خاکریز و بستر، ژئوتکستایل استفاده شده است ،لازم است که مشخصات ژئوتکستایل نیز در این بخش معرفی گردد
