گودبرداری عمیق یک روش رایج برای استفاده از فضای زیرزمینی در مناطق پرجمعیت است. حفاظت از ساختمان ها و املاک به هم پیوسته یکی از دغدغه های اصلی فضای طراحی است. میخکوبی (نیلینگ) خاک یکی از این روش ها برای سیستم پایدارکننده برای گود عمیق است. همچنین باعث صرفه جویی قابل توجهی در هزینه و زمان ساخت در مقایسه با سیستم های پایدارسازی معمول (مثل خرپا و …) می شود. در این تحقیق تلاش شده است تا با استفاده از دیوار خاک – نیلینگ (میخکوبی)، گودبرداری به صورت عمودی در زمینی به عمق 10 متر انجام شود. همچنین اجرای دیوار نیل خاک – نیلینگ تحت شیب مختلف نیل به سمت افقی یعنی Ѳ = 0 درجه و Ѳ = 15 درجه با سطح آب مورد مطالعه قرار گرفت. تجزیه و تحلیل اجزای محدود دیوار خاکی نیلینگ شده برای بررسی رفتار حداکثر جابجایی افقی دیوار، حداکثر جابجایی افقی نیل، عمق تراز پایه، حداکثر نیروی محوری در نیل، حداکثر نیروی برشی در نیل، حداکثر گشتاور خمشی در نیل در هر دو حالت ایستا و لرزه ای انجام شد. شرایط با استفاده از PLAXIS 2D به صورت مرحله ای انجام می شود و برای اطمینان از پایداری آن، مقدار ضریب اطمینان کلی بالای 1.5 حفظ می شود. طول نیل تأثیر عمده ای بر رفتار سیستم دیواره میخکوبی دارد. افزایش طول نیل باعث افزایش ضریب اطمینان می شود. نتایج تجزیه و تحلیل عددی نشان می دهد که با توجه به عملکرد نیلینگ استفاده از دیوار میخکوبی برای ایجاد پایداری در گود مطلوب است.
مقدمه
میخکوبی خاک یا نیلینگ روشی است که در آن شیب های خاک، حفاری ها یا دیوار حائل به کمک عناصر نسبتاً باریک – معمولا ترکیب میلگرد و دوغاب پایدار می شوند. چنین عنصر سازه ای که وظیفه انتقال بار را بر عهده دارد، نیل نامیده می شود. عملکرد نیلینگ بر دو ساز و کار ممکن متکی است که هر دو برای بهبود پایداری توده خاک موثر هستند:
- انتقال نیروهای کششی ایجاد شده در نیل ها از طریق برهمکنش اصطکاکی بین خاک و نیل
- ایجاد تنش برشی و خمشی در نیل در نتیجه جابجایی توده خاک
در نتیجه رخداد ساز و کارهای فوق در پایدارسازی به روش میخکوبی (نیلینگ)، برهمکنش نیل و خاک به کنترل جابجایی، محدود کردن فشار خاک در حین و پس از گودبرداری کمک میکند. عملکرد بلندمدت دیواره خاکی نیلینگ شده برای کسانی که سیستم‌های نیل‌کوبی خاک را طراحی می‌کنند ناشناخته است زیرا تعداد بسیار کمی از آنها بیش از 20 سال قدمت دارند.
مدل سازی و تحلیل
“PLAXIS نسخه 8.2” که یک نرم افزار اجزای محدود دو بعدی است و به صورت تجاری برای انجام تجزیه و تحلیل تغییر شکل و پایداری برای انواع مشکلات ژئوتکنیکی در دسترس است. این برنامه را می توان در کرنش صفحه و با فرض تقارن محوری مدل شبیه سازی کرد. این برنامه همچنین می تواند برای مدل سازی مسائل پایداری شیب استفاده شود و از یک روال کاهش زاویه اصطکاک – چسبدگی (Phi-C Reduction) برای محاسبه ضریب ایمنی استفاده می کند. با مدل‌های پیشرفته رفتار خاک، ابزارهایی برای شبیه سازی هر چه واقعی تر سیستم ها کمک میکند:
- تغییر در هندسه
- تغییر خواص خاک
مشخصات خاک
متغیرهای مواد در نظر گرفته شده برای تجزیه و تحلیل خاک در جدول ارائه شده است.
محاسبه سختی محوری (EA) و سختی خمشی (EI)
برای نیل ها (ترکیب میلگرد و دوغاب)، یک Eeq (مدول الاستیسیته معادل) برای تعیین سهم سختی الاستیک پوشش دوغاب و همچنین میلگرد لازم است که تعیین گردد. از مبانی مقاومت مصالح، Eeq را می توان به صورت زیر تعیین کرد:
مطالعات موردی انجام شده
دو مورد زیر برای تجزیه و تحلیل اجزای محدود دیواره نیلینگ (میخکوبی شده) بدون آب در نظر گرفته شده است که در زیر نشان داده شده است. نیل ها در دو حالت به صورت افقی یعنی Ѳ = 0 درجه و با شیب Ѳ = 15 درجه قرار می گیرند و ساخت و ساز در هر مرحله با 20٪ افزایش عمق انجام می شود. ابتدا حفاری 2 متری انجام می شود و به دنبال آن نیل ها و شاتکریت مدلسازی می شود، در صورتی که ضریب اطمینان کم باشد، طول نیل افزایش می یابد تا ضریب اطمینان به بیش از 1.5 برسد. در ادامه حفاری 2 متری دیگر انجام می شود و این روند تا عمق 10 متری تکرار می شود.
مورد 1: گود بدون حضور آب و نیلهای Ѳ = 0 درجه نسبت به افق
در شکل 1 مشاهده می شود که طول نیل در مرحله نهایی افزایش می یابد زیرا ضریب اطمینان مقدار 1.37 نشان داده شده که زیر 1.5 است. طبق FHWA حداقل ضریب اطمینان توصیه شده باید 1.5 باشد. برای ایجاد پایداری کلی، نیل ها باید فراتر از سطح شکست بالقوه امتداد یابد. طول نیل تاثیر زیادی بر عملکرد و رفتار سیستم دیواره نیلینگ (میخکوبی) دارد. مقاومت در برابر بیرون کشیدگی نیل ها توسط بخشی از نیل که در پشت سطح شکست بالقوه در زمین فرو رفته است، ایجاد می شود.
مورد 2: خاک بدون جدول آب (WOW) دارای Ѳ = 15 درجه
شکل 2 شرایط مرزی مورد استفاده در مدل را برای تحلیل رفتار دینامیکی خاک نشان می دهند. از آنجایی که مدل در جهت افقی ممتد است، تغییر شکل گود در جهت عمودی با محدود کردن مدل به صورت افقی مجاز است. طول نیل 7 متر برای حفاری عمیق با بهره گیری از دیواره نیلینگ با حفظ ضریب اطمینان بالای 1.5 کافی میباشد. هنگامی که به مورد 1 مربوط می شود، اجرای نیل ها در شیب 15 درجه نسبت به اجرای آنها به صورت افقی مقرون به صرفه تر است.
نتایج و بحث ها
تجزیه و تحلیل استاتیکی: این کار برای یافتن تاثیر زاویه شیب نیل در عملکرد نیلینگ برای ساخت دیوار میخکوبی (نیلینگ) با استفاده از “PLAXIS نسخه 8.2” انجام شده است که از برنامه نویسی اجزای محدود دو بعدی برای انجام تحلیل تغییر شکل و پایداری و بررسی عملکرد نیلینگ استفاده می شود.
حداکثر نیروی برشی در نیل
توده خاک و حرکت توده خاک برای انتقال نیروهای محوری و نیروهای برشی بر روی نیل ها متمرکز می شود. نمودار حداکثر نیروی برشی منطبق بر مراحل ساخت به دست آمده مطابق شکل زیر است (شکل 3). نتیجه گرفته شده است که حداکثر نیروی برشی برای شیب Ѳ = 0 درجه کمتر از حداکثر نیروی برشی برای Ѳ = 15 درجه می باشد. حداکثر مقدار نیروی برشی برای شیب Ѳ = 0 درجه بالاتر از Ѳ = 15 درجه برای مرحله ساخت 20 درصد اولیه است و بعداً از 40 به 100 درصد مرحله ساخت کاهش می یابد.
حداکثر لنگر خمشی در نیل
حرکت توده خاک، نیل ها را در معرض لنگر خمشی و نیروی برشی قرار می دهد. از شکل 4 دریافت شده است که حداکثر گشتاور خمشی برای Ѳ = 15 درجه رخ می دهد در حالی که حداقل گشتاور خمشی در هر برای Ѳ = 0 رخ می دهد.
حداکثر جابجایی افقی در نیل
حداکثر جابجایی در بالای خاک رخ می دهد. مشاهده می شود که نیل های با Ѳ = 0 درجه، جابجایی کمتری نسبت به Ѳ = 15 درجه می دهند، این به این دلیل است که طول نیل ها در حالت Ѳ = 0 درجه افزایش می یابد تا ضریب اطمینان کلی افزایش یابد. بیشترین جابجایی در بالای دیوار رخ می دهد. شکل 5، جابجایی افقی نیل را برای شرایط دینامیکی و استاتیکی نشان می دهد، از شکل 5 مشاهده می شود که نیل ها در Ѳ = 0 درجه جابجایی کمتری نسبت به Ѳ = 15 درجه به دلیل تغییر افزایش طول نیل دارد.
نتیجه گیری
1. طول نیل تأثیر عمده ای بر عملکرد و رفتار سیستم دیواره نیلینگ شده، دارد.
2. افزایش طول نیل، ضریب اطمینان کلی را تا حد مشخصی افزایش می دهد.
3. با افزایش عمق گودبرداری، جابجایی دیواره نیلینگ شده نیز افزایش می یابد.
4. مشاهده می شود که جابجایی دیوار برای دیواره نیلینگ شده Ѳ = 0 درجه کمتر از Ѳ = 15 درجه تا عمق 4 متر است.
5. جابجایی دیوار برای Ѳ = 0 درجه از 4 تا 10 متر در مقایسه با نیلینگ های با شیب Ѳ = 15 درجه افزایش می یابد. از این رو نیلینگ های با شیب Ѳ = 0 درجه برای اعماق کم مناسب است.
6. مشاهده می شود که حداکثر جابجایی خاک بدون حضور آب باید جابجایی کمتری داشته باشد.
7. همچنین مشاهده می شود که تفاوت زیادی در جابجایی وجود ندارد زیرا طول نیل ها برای دستیابی به ضریب اطمینان کلی بالای 1.5 افزایش می یابد.
8. حداکثر جابجایی دیوار در هر دو شرایط ایستا و لرزه ای در بالای دیوار حاصل می شود.
منبع:
Moniuddin, Md Khaja, P. Manjularani, and L. Govindaraju. “Seismic analysis of soil nail performance in deep excavation.” International Journal of Geo-Engineering 7 (2016): 1-10.
در زمینه پایدارسازی گود بیشتر مطالعه کنید :
- ساخت از بالا به پایین یا تاپ دان چیست؟ (Top-Down Construction)
- نیلینگ یا میخ کوبی دیواره چیست؟ (Soil Nailing)
- انکراژ یا مهارگذاری خاک چیست؟ (Soil Anchorage)
- مهارمتقابل یا استرات چیست؟ (Braced Excavations – Struts)
- سازه نگهبان خرپایی چیست؟ (Truss Retaining Structure)
- خاک مسلح یا ژئوسنتتیک چیست؟ (Geosynthetict)
- سپرکوبی چیست؟ (Sheet Pile)
- دیوار دیافراگمی یا دیوار دوغابی چیست؟ (Diaphragm walls – Slurry walls)
در زمینه بهسازی خاک بیشتر مطالعه کنید :
- تزریق پر فشار یا جت گروتینگ چیست؟ (Jet Grouting)
- ریزشمع یا میکروپایل چیست؟ (Micropile & Underpinning)
- پیش بارگذاری چیست؟ (fill surcharge preloading method)
- مطالعات خاک یا مطالعات ژئوتکنیک چیست؟ (Site Investigation)
- اختلاط عمیق خاک یا DSM چیست؟ (Deep Soil Mixing)
- تراکم دینامیکی یا DC چیست؟ (Dynamic Compaction)
- ستون شنی ارتعاشی یا تراکم ارتعاشی چیست؟ (Vibro Stone Column)
- شمع ساختمان ، طراحی و اجرای شمع بتنی و شمع فلزی (Concrete Pile , Steel Pile)
در زمینه طراحی و مشاوره بیشتر مطالعه کنید :
- معرفی نرم افزار ETABS
- معرفی نرم افزار SAFE
- معرفی نرم افزار SAP2000
- معرفی نرم افزار AutoCAD
- معرفی نرم افزار Plaxis
- معرفی نرم افزار ABAQUS
در زمینه مطالعات ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید :
- مطالعات خاک یا مطالعات ژئوتکنیک چیست؟ (Site Investigation)
- مطالعات لرزه خیزی چیست؟ (Seismicity studies)
- ژئوفیزیک (Geophysics)
- آزمایش سه محوری خاک (Triaxial Compression Test)
- روانگرایی خاک (Soil Liquefaction)
- آزمایش برش مستقیم (Direct Shear Test)
- آزمايش بارگذاری صفحه ای (Plate Loading Test or Plate Bearing Test)
در زمینه تخریب و خاکبرداری بیشتر مطالعه کنید :
در زمینه ابنیه و ساختمان بیشتر مطالعه کنید :
- ساخت و ساز ابنیه و ساختمان (Building & Structure)
- مشاوره ساختمانی (Construction consulting)
- مدیریت پیمان (Management Contracting)
- مدیریت طرح (Construction Management)
- انواع سیستم های سازه ای (Structural System)
- آیین نامه ی ۲۸۰۰ ، طراحی ساختمان ها در برابر زلزله
- سازه فولادی یا اسکلت فلزی (Steel Structure)
- سازه بتنی یا اسکلت بتنی (Concrete Structures)
مطالب مرتبط :
