روش های اصلاح شیروانی و دیوار های خاکی برای جلوگیری از لغزش می تواند یا برای کاهش نیروهای محرک و یا افزایش نیروهای مقاوم به کار رود. در این نوشتار به معرفی و بررسی سایر روش های پایدارسازی و اصلاح شیروانی ها برای جلوگیری از لغزش به همراه مثال های اجرایی که در بخش اول ذکر شده بود پرداخته می شود.
مسلح کردن خاک
مسلح کردن خاک شامل پایدارسازی مکانیکی دیوار های خاکی (MSE)، شیروانی های خاکی مسلح شده (RSS) و میخکوبی دیوار های خاکی یا نیلینگ می شود. یکی از بزرگترین مزیت های استفاده از روش مسلح کردن خاک، انعطاف پذیری و قابلیت جذب تغییرمکان ها به دلیل شرایط ضعیف خاک زیرسطحی است. همچنین بر اساس مشاهدات در مناطق فعال لرزه ای، این سازه ها مقاومت بیشتری را در مقابل بارگذاری لرزه ای نسبت به سازه های صلب بتنی از خود نشان می دهند. علاوه بر پایداری کلی برای بررسی ضریب اطمینان در کل شیب و کفایت طرح تسلیحی ارائه شده، باید با این سازه های خاک مسلح با در نظر گرفتن پایداری خارجی دیوار، از جمله لغزش، واژگونی، ظرفیت باربری و محل برآیند نیروها در یک سوم میانی پایه دیوار، مانند کارهایی که برای دیوار های حائل وزنی انجام می شود، مشابه دیوار های نگهدارنده (حائل) رفتار کرد.
اکثر دیوار های خاکی دائمی از قطعات پیش ساخته بتنی مسلح شده با فولاد گالوانیزه استفاده می کنند در حالی که دیوار های خاکی با نمای ژئوتکستایل معمولا برای سازه های موقت به کار می روند. اخیرا، نماهای بلوکی با تسلیح ژئوسنتتیکی، عمدتا ژئوگرید، به دلیل هزینه کمتر و در دسترس بودن مقبولیت زیادی را به دست آورده اند. شکل 1، استفاده از دیوار خاکی برای اصلاح یک زمین لغزش بزرگ در رِدوود، تنسی را نشان می دهد. مصالح تشکیل دهنده شیروانی، اساسا از لایه ضخیم رسوبات و در زیر آن از رس است. سطح آب زیرزمینی به صورت فصلی تغییر می کند ولی به طور کلی در بالای لایه رسوبی و در سطح مشترک لایه پسماندی قرار می گیرد. این لغزش به خصوص، در توده خاکی قرار گرفته در دامنه تپه و مستقیما روی رسوبات خاکریز زهکش مسیل اتفاق افتاده است. به دلیل مسدود شدن زهکشی زیرسطحی و تضعیف خاک شالوده، این خاکریز حدودا چهار سال پس از ساخت گسیخته شده است. برنامه طراحی نهایی برای حفاری دقیق قسمت گسیخته شده خاکریز تا رسیدن به بستر سخت و غیر هوازده رسی، نصب زهکش با نفوذپذیری بالا در زیر ناحیه دیوار، قرار دادن دیوار MSE و اقدامات نهایی مربوط به خاکریز، فراخوانده شد.
تفاوت عمده میان شیروانی خاکی مسلح شده و دیوار خاکی MSE، در این است که مورد اول شیبی کمتر از 70 درجه داشته و نیازی به نمای پیش ساخته یا بلوکی نیست، در حالی که مورد دوم، شیبی تند داشته و نیازمند نمای مذکور برای ایجاد محدودیت در خاکریز انتخاب شده و تسهیل تراکم می باشد. شکل 2، نمایی از تعریض جاده برای اضافه کردن شانه خاکی به عرض 3 متر را نشان می دهد. یک برش 45 درجه در شیب موجود ایجاد شد، که امکان ساخت شیروانی خاکی مسلح شده را فراهم می کرد. ژئوگریدهای اولیه معمولا با ژئوگریدهای ثانویه پراکنده می شوند که در تراکم در نمای شیروانی و همچنین کاهش فرسایش سطحی به کمک می آیند.
میخکوبی یا نیلینگ یک روش مسلح کردن درجای دیوار خاکی است که در طول چهار دهه گذشته مورد استفاده قرار گرفته است. بخش های اصلی سیستم میخکوبی شده شامل زمین در محل، میخ های مقاوم در برابر کشش و المان های نمایی است. میخ ها معمولا میله های فولادی مقاوم در برابر خوردگی یا دیگر عناصر فلزی هستند که می توانند تنش های کششی و برشی و لنگر خمشی را تحمل کنند. به طور کلی در اجرا، آنها را در گمانه های حفاری شده قرار می دهند و اطراف آن را دوغاب ریزی کرده و یا در خاک می کوبند. عنصر نمایی، چندان باربر نیست، ولی در عوض، پایداری محلی خاک بین میخ ها را تضمین می کند و خاک را از فرسایش سطحی و اثرات هوازدگی حفظ می کند. این جزء به طور کلی از یک لایه نازک بتن پاششی به ضخامت 4 تا 6 اینچ به همراه مش مفتولی یا فولادی بین میخ ها تشکیل شده است. قطعات بتنی پیش ساخته یا درجا به طور فزاینده ای در ساخت سازه های دائمی برای پاسخ به نیازهای به خصوص و استفاده از زهکشی کافی استفاده شده است. در ابتدا حفاری به صورت مقطعی و پی در پی به ارتفاع 3 تا 6 فوت انجام می شود سپس میخ ها نصب می شوند و بتن پاشی انجام می گیرد. پس از آن، حفاری های دیگر انجام می شود و این فرآیند تکرار می شود تا دیواره کامل گردد.
اخیرا در اروپا از میخکوبی مکررا برای سازه نگهبان های دائمی استفاده شده است. در آمریکای شمالی، رفتار یک سیستم باربر جانبی به مانند مشابه اروپایی آن توسط شِن و همکاران بررسی شده است. شکل 3 مقطعی از این سیستم میخکوبی شده را نشان می دهد.
سیستم شمع
تلاش های ثبت شده برای استفاده از شمع های فولادی یا چوبی کوبشی برای جلوگیری از ایجاد زمین لغزش به ندرت موفق بوده است. مگر این که لغزش کم عمق بوده که در این شرایط شمع ها قادر به فراهم کردن مقاومت برشی کافی نیستند. لغزش های کم عمق می تواند به وسیله شمع کوبی کنترل شود چرا که شمع ها می توانند تا عمقی مشخص و کافی کوبیده شوند. از سویی دیگر، آنها ممکن است از راستای عمودی خود منحرف شده و مصالح کناری و زیر شمع را دست خورده کنند که می تواند منجر به ایجاد سطح لغزش در زیر شمع شود.
شکل 4، کاربرد شمع برای اصلاح یک لغزش کم عمق در خاکبرداری راه آهنی در شرق اسلواکی را نشان می دهد. این خاکبرداری شیبی 4 (افقی) به 1 (عمودی) دارد و در رس مارلی ترک خورده و در معرض فرونشست ایجاد شده است. در حین بارش باران در بهار 1965، سطح لغزش کوچکی در پنجه شیب ایجاد شد و رفته رفته تا طول 165 فوت گسترش یافت و به تاج شیب رسید. از آن جا که دسترسی به محل پروژه امکان پذیر نبود و برداشتن حجم زیاد خاک دشوار بود، از شمع برای جلوگیری از گسترش بیشتر لغزش استفاده شد. 42 شمع به طول 20 فوت در گمانه های آماده شده تا عمق 13 فوت اجرا شد. دال های بتن مسلح برای جلوگیری از تغییرمکان خاک بین شمع ها و اطراف آن به شمع ها تکیه داده شده بودند. فاصله بین شمع ها 3 تا 5 فوت بود. یک زهکش ماسه ای برای تخلیه آب به یک گودال در طول دال ساخته شد. پس از انجام این اقدامات، شیب شیروانی به 5 (افقی) به 1 (عمودی) رسید.
شکل 5، یک سیستم شمع دایره ای برای پایدارسازی یک شیروانی عمیق در مینیاپولیس مینه سوتا را نشان می دهد. دیوار شمعی به عنوان یک سیستم نگه دارنده عمل می کند که در آن نیروهایی که منجر به تغییر مکان می شوند به دقت پیش بینی شده اند. شمع های درجا به صورت طره طراحی شده اند تا در مقابل تمامی فشار وارد شده از طرف خاک مقاومت کنند.
پایدارسازی بیوتکنیکی و گیاهی
تغییرمکان شیروانی ها معمولا پوشش گیاهی از جمله درخت ها و چمن ها را مختل می کند. احیای پوشش گیاهی در شیروانی عامل مهمی در اقدامات اصلاحی است. این کار همواره در حین مرحله آخر و پس از پایدارسازی جزئی لغزش انجام می شود. احیای پوشش گیاهی برای لغزش های کم عمق بسیار سودمند است. از لغزش های با سطوح عمیق نمی توان با ایجاد پوشش گیاهی جلوگیری کرد، با این حال در این موارد نیز، این روش می تواند در کاهش نفوذ آب به داخل شیروانی و پایدارسازی آن به طور غیرمستقیم مشارکت کند.
این موضوع به طور کلی پذیرفته شده است که رشد پوشش گیاهی دو عملکرد دارد: خشک کردن لایه های سطحی و تراکم آن به وسیله ریشه ها. درخت ها آب مورد نیاز برای رشد خود را از سطح شیب به دست می آورند بنابراین، مفید ترین گونه ها آن هایی هستند که بیشترین مصرف آن و بیشترین نرخ تبخیر- تعریق را دارند.
پایدارسازی بیوتکنیکی استفاده از پوشش گیاهی و دیگر روش های مسلح کردن را برای جلوگیری از فرسایش سطحی و از بین بردن تغییرمکان های کم عمق، با هم ادغام می کنند. علاوه بر اثرات آنی بر پایداری، پایدارسازی ثانویه، در نتیجه ریشه کردن درختان در امتداد طول ساقه ها اتفاق خواهد افتاد. همچنین نشان داده شده است که لایه های متناوب خاک و علف هرز می تواند آب را متوقف کرده و به سطح شیروانی تبدیل کند و در نتیجه باعث کاهش فشار آب حفره ای در این فرآیند شود.
سخت کردن خاک
اگر آب موجود در شیب را نتوان به وسیله روش های زهکشی سطحی به بیرون برد، مهندسان پی ممکن است برخی از روش های سخت شدن خاک را در نظر بگیرند. این روش ها را می توان به اقدامات شیمیایی، دوغاب ریزی سیمانی، الکترواُسمُز و اقدامات گرمایی تقسیم بندی کرد.
اقدامات شیمیایی که با درجات متفاوتی از موفقیت به کار برده می شوند، شامل مخلوط های آهکی یا خاکی-آهکی و تبادل یون هستند. یکی از اقدامات موفق که در آن آهک زنده در حفره هایی از پیش حفاری شده به قطر 0/5 فوت در محوطه وسیعی از ناحیه لغزش ریخته می شد، توسط هَندی و ویلیامز گزارش شده است. روش تبادل یون، که شامل بهسازی کانی های رسی در طول سطح لغزش به وسیله مواد شیمیایی می شود توسط اسمیت و فورسیث گزارش شده است.
دوغاب ریزی سیمانی در انگلیس برای پایدارسازی خاکریزها و برش ها به کار برده می شده است. تجربه نشان می دهد این روش نتایج خوبی را در لغزش های نسبتا کم عمق در مصالح سخت مثل سنگ رس و رس سخت که توسط شکاف هایی به قطعات جدا از هم تقسیم شده اند، نشان می دهد. این روش به جای تغییر پیوستگی توده خاکی در واقع یک روش پایدارسازی مکانیکی شیروانی توسط پر کردن شکاف ها با دوغاب سیمانی است چرا که ملات سیمانی نمی تواند وارد توده خاکی شود. دوغاب سیمانی برای یک برش پله ای در امتداد رودخانه پیجِن در کارولینای شمالی به کار گرفته شد. حجم زیادی از دوغاب سیمانی در حفرات موجود در توده های سنگریزه ای و سنگ لاشه برای پایداری شیروانی تزریق شد.
روش الکترواُسمُز اثرات نهایی یکسانی با زهکشی سطحی دارد ولی در آن آب به وسیله یک محوطه الکتریکی زهکشی می شود و نه جاذبه زمین. کاهش آب حفره ای منجر به تراکم خاک و متعاقب آن افزایش مقاومت برشی می شود. کاساگرانده و همکاران (1961)، استفاده از این روش را برای پایدارسازی یک شیروانی برش خورده در حین ساخت پی یک پل در بزرگراهی در کانادا توضیح می دهد. همچنین کاساگرانده و همکاران (1981) استفاده از روش الکترواُسمُز برای پایدارسازی یک حفاری در بریتیش کلمبیا را گزارش می دهد.
استفاده از اقدامات گرمایی برای جلوگیری از لغزش اولین بار توسط هیل (1934) گزارش شد. از 1955، روس ها این روش را آزمایش کرده اند و موفقیت این اقدامات را برای خاک بادرفتی گزارش داده اند. دمای زیاد منجر به خشکی دائمی خاکریزها و شیروانی ها می شود. بِلِس و استانکولسکو (1958) استفاده از روش های گرمایی برای کاهش رطوبت در محل خاک های رسی سنگین را در رمانی توضیح داده اند. کاربرد آنها در لغزش های مربوط به پشته خاکی بزرگراهی و خاکریزهای راه آهن نیز نقل شده است.
منبع:
Slope Stability Analysis by the Limit Equilibrium Method
مطالب مرتبط:
روش های اصلاح شیروانی ها برای جلوگیری از لغزش به همراه مثال های اجرایی (بخش اول)
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)
- 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 :
