بخشی از مقاله
چکیده:
این مقاله به مشکلاتی اشاره دارد که در گودبرداريهاي عمیق و در کلان شهرها با آن سروکار است. بعد از معرفی روشهاي موجود در گودبرداريهاي عمیق، به ارائه نقاط ضعف و قوت روشهاي موجود پرداخته و در نهایت با ارائه دو راه حل ویژه شهرهاي بزرگ، که مسلح کننده نمیتواند در زمین اطراف تجاوز کند، میپردازد. این دو روش شامل احداث جزیرهاي و روش از بالا به پایین است.
مقدمه :
امروزه با رشد روزافزون جمعیت ، استفاده بهینه از زمین بویژه در مراکز کلان شهرها از اهمیت خاصی برخوردار است. از جمله این فرصتها استفاده از فضاهاي زیرزمینی یا فضایی است که در زیر تراز صفر زمین طبیعی وجود دارد. از این فضا میتوان بعنوان پارکینگ ساختمانهاي بزرگ مسکونی یا تجاري و محل استقرار تاسیسات نظیر موتورخانهها و سیستم هاي تهویه و... استفاده شود.
به موازات رشد این تقاضا، نگهداري دیواره این گودبردارها یا فضاهاي زیرزمینی با زاویه شیب نزدیک به قائم بویژه وقتی که زمین مورد نظر از استحکام مطلوبی برخوردار نباشد، بعنوان یکی از معضلات ژئوتکنیکی در گستره زمین شناسی مهندسی و مهندسی عمران به شمار میآید. این امر موقعی از اهمیت ویژهاي برخوردار میشود که بخواهیم همزمان با حفاري و جلوگیري از گسیختگی خاك، از تغییر شکل خاك زیر شالوده سازههاي مجاور محل گودبرداري شده و در نتیجه نشست و ریزش سازه ممانعت بعمل آید.
از این رو استفاده از روشهاي متداول براي نگهداري این دیوارهها نظیر استفاده از خرپاها، شمعها - اعم از شمعهاي متقاطع “secant piles”یا تک شمعهاي بدون مهار - و دیوار بتنی یا فنی نیست و یا، حتی در صورت توجیه فنی، از نظر اقتصادي مقرون به صرفه نمینماید.
براي فائق آمدن بر این مشکل، امروزه از روشهاي جدیدتر نظیر خاك مسلح - شامل میخکوبی، دیوار برلینی، دیوار دیافراگمی - استفاده میشود. حتی با استفاده از این شیوهها نیز مشکلات همچنان وجود دارد که خاص شهرهاي بزرگ است. یکی از این محدودیتها تجاوز و تعارض المانهاي مسلح مورد استفاده به زمینهاي اطراف و همسایه است. این مورد وقتی بصورت بحرانی جلوه میکند که اگر در مجاورت این گود کسی بخواهد استفاده مشابه را از فضاي تحت مالکیت خود بنماید. در این صورت و با گودبرداري زمین، ممکن است بخشی از المان مسلح قطع شده و با قطع این المانها زمینه براي ناپایداري دیواره گود فراهم گردد. این مقاله تلاش دارد ضمن معرفی روشهاي جدید در حفاظت دیواره گود، پیشنهاداتی براي برطرف نمودن محدودیتهاي فوقالذکر ارائه نماید.
شرح و بحث
تعریف: منظور از خاك مسلح نصب یا اضافه نمودن المانهایی به خاك است که به کمک آنها بتوان پارامترهاي مقاومتی خاك اعم از برشی، فشاري و کششی را افزایش داد ویا از شکست برشی خاك جلوگیري نمود. شرح جزئیات مربوط به عملکرد این المانها از حوصله این مقاله خارج است اما ذکر این نکته لازم است که این عناصر سازهاي شامل مصالحی نظیر بتن مسلح، سیمان، ستونهاي فولادي، میخ - nail - ، استرند - strand - ، انکر - anchor - هستند. متناسب با مقاصد طراحی هر یک از المانهاي فوق مورد استفاده قرار میگیرند.
بدیهی است هدف اصلی، اجراي گودبرداري است اما شیوههاي نگهداري گود وابسته به رفتار خاك و اینکه آیا تغییر شکل مجاز خاك چقدر است؟. بنابر این امروزه شیوههاي نگهداري خاك معطوف به کنترل مقدار تغییر شکل خاك است. در صورتی که در مجاورت منطقه گودبرداري سازهاي وجود داشته باشد، بنابر این باید بر روي تغییر شکل خاك محدودیت اعمال نمود در غیر اینصورت و با اعمال تغییر شکل ناشی از گودبرداري سازه مورد تهدید قرار میگیرد. گستره تغییر شکل خاك وابسته به نوع و رفتار المان مسلح کننده است.
بعنوان مثال در روش میخکوبی خاك - soil nailing - انتظار میرود اثربخشی مسلح کننده وقتی اتفاق افتد که خاك مقداري حرکت نموده و در اثر این تغییر شکل اولیه مقاومت کششی میخ در جلوگیري از تداوم تغییر شکل بسیج شود. در غیر اینصورت و در صورتی که به خاك اجازه تغییر شکل داده نشود، مانند این است که مسلح کننده عملاٌ درگیر نیست. در این مورد خاك باید در وضعیت فعال - active - مورد تحلیل قرار گیرد.
عکس این حالت در صورتی اتفاق میافتد که بجاي اعمال نیرو از سوي خاك به مسلح کننده، تلاش شود از ابتدا این نیرو از سوي مسلح کننده به خاك وارد شود. این وضعیت موسوم به شرایط منفعل - passive - است. همچنین اگر به خاك اصلاٌ اجازه تغییر شکل داده نشود، باید در شرایط سکون - at rest - مورد تحلیل قرار گیرد. روش موسوم به انکراژ خاك - soil anchoring - در قبال خاکی که اجازه تغییر شکل محدود را داشته باشد اجرا میشود.
پارامترهاي طراحی اعم از بارهاي وارده از سوي خاك باید متناسب با شرایط در نظر گرفته براي این نوع خاك باشد.
مشکلات استفاده از دیوار حائل در کلان شهرها: شکل 1 جزئیاتی شامل عناصر تشکیل دهنده یک دیوار حائل را نشان میدهد. همانگونه که مشخص است، تمامی این عناصر کم وبیش به هم وابسته بوده و امکان ناپایداري دیوار در اثر عملکرد ضعیف هر یک از این عناصر تشکیل دهنده و جود دارد.
یکی از المانهاي اصلی که در اینجا ناحیه اتکایی نامیده شده است، خاکی است که خارج از گوه شکست مستقر است و المانهاي مسلح کننده جهت نگهداري توده خاك ناپایدار در آن قسمت نفوذ نموده و بار محرك را به این ناحیه منتقل میکند. همانگونه که در بخش مقدمه ذکر گردید، تا موقعی که منطقه اتکایی از نظر مالکیت متعلق به پروژه احداث دیوار حائل نباشد، بیم آن میرود در هر موقع و بعد از احداث دیوار حائل این ناحیه اتکایی دستخوش تغییر - مثلاٌ حفاري - شده و به موجب آن انکر یا میخ قطع شود و در نتیجه عملاٌ نقش مسلح کننده خنثی گردد.
با این عمل خاك حرکت نموده و بار ناشی از این خاك ناپایدار به سازهاي اعمال شود که در طراحی آن هیچ پیشبینی مبنی بر تحمل بار ناشی از خاك نشدهاست. بدترین وضعیتی را که میتوان پیش بینی نمود اینست که سازه نیز تغییر شکل یافته و ناپایدار و شکست سازهاي نیز متعاقب شکست خاك حادث شود.
راه حل : راه حل اساسی در برطرف نمودن مشکل فوقالذکر در کاهش وابستگی دیوار حائل با زمین اطراف است. به عبارت دیگر میتوان با خود اتکایی دیوار حائل تا حد زیادي بر این مشکل فائق شد. این عمل با ایجاد مرحله به مرحله گودبرداري و احداث سازه مورد نظر میسر میشود. به این منظور دو گزینه وجود دارد:
-1 روش احداث ساختمان بروش جزیرهاي : - island excavation method - در این روش، که بویژه براي سایتهایی که از وسعت زیادي برخوردار است، بعد از احداث دیوار حائل ابتدا قسمت مرکزي سایت خاکبرداري میشود و خاك در مجاورت دیوار حائل بصورت شیبدار باقی میماند. بخش مرکزي سازه ساخته میشود و شمع پشتبند - strut - بین دیوار حائل و سازه نصب میشود.
در مرحله بعد شمع پشتبند را برداشته و قسمت دیگر سازه ساخته میشود. اگر عمق گودبرداري زیاد نباشد، میتوان بجاي آن از تیر مهار استفاده نمود - شکل . - 2 در مقایسه با دیوار مهار شده با تیر افقی، در این روش نیاز کمتري به آن خواهد شده و ضمناٌ سرعت انجام پروژه کمتر خواهد بود.
بدیهی است که وقتی عرض سایت زیاد باشد عملاٌ استفاده از تیر مهاري - strut - بواسطه اینکه طول تیر زیاد میشود و در نتیجه مقاومت آن کاهش یافته، ممکن نبوده و یا اقتصادي نیست. همچنین استفاده از انکر در جاییکه آب زیر زمینی بالا باشد با مشکل مواجه است. در عوض در این شرایط روش جزیرهاي مفید است. از معایب این روش تغییر شکل زیاد دیوار به مناسبت کم بودن مقاومت منفعل برم است. همچنین امکان نشت آب از مجاري دیوار که در این روش خوب عایق کاري نمیشود، وجود دارد.
