مطالعه موردی تثبیت یک لغزش انتقالی بزرگ با استفاده از انکرهای پس‌تنیده، دیوار شمعی و مدل‌سازی عددی

جنبه‌های سازه‌ای پایداری گوه لغزش تن مایل (Ten Mile)

وزارت حمل ‌و نقل و زیرساخت بریتیش کلمبیا (British Columbia Ministry of Transportation and Infrastructure)  اخیراً پروژه تثبیت شیب در محدوده لغزش تن مایل (Ten Mile Slide) واقع در بزرگراه شماره ۹۹ را به پایان رسانده است.

به‌طور متوسط روزانه حدود ۱۶۰۰ وسیله نقلیه از این بخش از بزرگراه عبور می‌کنند که تقریباً ۲۰ درصد آن‌ها را وسایل نقلیه سنگین تشکیل می‌دهند. علاوه بر بزرگراه، یک خط راه‌آهن متعلق به شرکت راه‌آهن ملی کانادا (Canadian National Railway – CN) نیز از بخش بالادست این لغزش عبور می‌کند که در یک پروژه پیشین، بخشی از اقدامات پایدارسازی آن توسط شرکت راه‌آهن انجام شده بود.

لغزش تن مایل برای نخستین بار در سال ۱۹۸۸ شناسایی شد و بر اساس بررسی‌های انجام‌شده، طی ۴۰ سال گذشته بیش از ۲۵۰ متر به سمت بالادست (جهت بالای شیب) پسروی داشته است. داده‌های حاصل از پایش‌های تاریخی و مطالعات سنجش از دور نشان می‌دهد که این لغزش با نرخ متوسط سالانه‌ای بین ۱٫۱ تا ۳٫۷ متر حرکت کرده است.

تا پایان سال ۲۰۱۶، این بخش از بزرگراه برای وزارتخانه، پرهزینه‌ترین، چالش‌برانگیزترین و از نظر فنی پیچیده‌ترین سایت نگهداری محسوب می‌شد. به همین دلیل، محدودیت بار ۵۰ درصدی برای وسایل نقلیه اعمال شده بود و کنترل ترافیک ۲۴ ساعته توسط نیروهای راهدار برای حفظ عبور و مرور یک‌خطه متناوب انجام می‌شد. با وجود توسعه لغزش، عرض محدوده لغزشی در محل عبور بزرگراه تقریباً ثابت باقی مانده بود.

لغزش «تن مایل» بخش فعال یک پدیده زمین‌شناسی بزرگ‌تر با عنوان جریان خاکی تونل (Tunnel Earthflow)  است. این جریان خاکی حدود ۱٫۵ کیلومتر طول داشته و تقریباً ۱۳ میلیون مترمکعب مصالح خاکی را شامل می‌شود. بخش فعال لغزش دارای حدود ۳۰۰ متر طول و ۲۰۰ متر عرض بوده و عمق متوسط آن تا منطقه برشی اصلی (سطح لغزش) حدود ۱۸ متر است. پیش از اجرای عملیات پایدارسازی، حجم توده در حال حرکت حدود ۱ میلیون مترمکعب مصالح خاکی برآورد شده بود.

نمای کلی جریان خاکی تونل (Tunnel Earthflow) و لغزش تن مایل (Ten Mile Slide)

لغزش به‌صورت پیوسته با نرخ متوسط حدود ۱۰ میلی‌متر در روز حرکت می‌کرد که پس از رخدادهای بارندگی، سرعت آن تا حدود ۵۰ میلی‌متر در روز افزایش می‌یافت. حرکت لغزش از نوع انتقالی (Translational)  بوده و در امتداد یک زون برشی با ضخامت تقریبی ۲ متر و هندسه‌ای تقریباً صفحه‌ای رخ می‌داد.

توده لغزشی تن مایل عمدتاً خشک بوده و مقاومت آن نسبت به منطقه برشی اصلی بیشتر است. این توده رفتار نسبتاً سخت، یکپارچه و همگرا از خود نشان می‌دهد. تلاش‌های پیشین برای پایدارسازی بزرگراه تنها توانسته بودند حرکت لغزش را به‌صورت موقت کاهش داده یا کنترل کنند.

چینه‌شناسی محل پروژه، از سطح زمین به سمت عمق، شامل سه واحد اصلی است:

1. جریان خاکی تونل (Tunnel Earthflow)
2. رسوبات یخچالی تمایز نیافته (Undifferentiated Glacial Sediments)
3. سنگ ‌بستر گروه کوه جکاس (Jackass Mountain Group Bedrock)

حرکت لغزش موجب تشکیل یک منطقه برشی در نزدیکی بخش پایینی Tunnel Earthflow شده است. این منطقه برشی از نظر موقعیت مکانی و عمق، با استفاده از نتایج چندین گمانه حفاری انجام‌شده در پروژه‌های تحقیقاتی مختلف طی سال‌های متمادی، مشخصه‌یابی شده است.

ضخامت Tunnel Earthflow تقریباً ۲۰ متر است. این واحد دارای بافتی ناهمگن و فاقد دانه‌بندی یکنواخت بوده و عمدتاً شامل سیلت رسی خمیری خوب دانه بندی شده، ماسه، شن، قلوه‌سنگ و تخته‌سنگ است. به جز در موارد محدود، در عملیات حفاری با تراوش آب یا مصالح مرطوب مواجه نشدند.

رسوبات یخچالی تمایزنیافته که مستقیماً در زیر Tunnel Earthflow قرار دارند، از خاک دانه‌درشت، متراکم، زهکشی‌شده و دارای نفوذپذیری بالا تشکیل شده‌اند. قلوه‌سنگ‌ها و تخته‌سنگ‌ها در تمامی اعماق این واحد مشاهده می‌شوند. همچنین، رگه‌ها و عدسی‌هایی از رسوبات رسی با نفوذپذیری پایین در میان این لایه وجود دارد. سنگ‌بستر گروه کوه جکاس در اعماق بیشتری قرار داشته و به دلیل فاصله از سطح لغزش، در اقدامات پایدارسازی نقش مستقیمی نداشته است.

معیارهای طراحی مفهومی پایدارسازی

یکی از مراحل کلیدی در فرآیند طراحی، تعیین ضریب ایمنی مناسب برای سیستم پایدارسازی بود. حرکت مداوم لغزش نشان می‌داد که ضریب ایمنی تعادل حدی  پیش از اجرای عملیات پایدارسازی، تقریباً برابر با ۱٫۰ است.

پس از انجام یک بررسی دقیق میدانی ، تحلیل حساسیت طراحی، مدل‌سازی عددی ژئوساختاری، اجرای دو عدد انکر آزمایشی و همچنین مشورت با یک هیئت فنی متشکل از کارشناسان مستقل، معیار طراحی اتخاذشده توسط وزارتخانه این بود که اقدامات پایدارسازی به‌گونه‌ای طراحی شوند که ضریب ایمنی در هر مقطع عرضی مورد تحلیل، حداقل به مقدار ۱٫۲ افزایش یابد.

به‌منظور مدیریت عدم‌قطعیت‌ها و ریسک‌های مرتبط با پروژه، تصمیم گرفته شد که از روش مشاهداتی استفاده شود. بر این اساس، یک برنامه جامع پایش ژئوتکنیکی و سازه‌ای قبل، حین و پس از ساخت در نظر گرفته شد تا عملکرد سیستم پایدارسازی ارزیابی شده و در صورت نیاز، اصلاحات لازم در طول اجرای پروژه اعمال شود.

حداقل عمر طراحی اقدامات پایدارسازی بر اساس نرخ پسروی (Retrogression) لغزش، ۳۰ سال در نظر گرفته شد. در صورتی که اثر ترکیبی اقدامات پایدارسازی انجام‌شده توسط وزارتخانه و شرکت راه‌آهن بتواند از پسروی آینده لغزش جلوگیری کند، عمر طراحی این اقدامات پایدارسازی افزایش خواهد یافت.

تمامی اجزای سازه‌ای سیستم پایدارسازی بر اساس الزامات آیین‌نامه پل‌های بزرگراهی کانادا (Canadian Highway Bridge Code)  و برای رویداد لرزه‌ای با دوره بازگشت ۴۷۵ ساله طراحی شدند. همچنین الزامات عملکردی مربوط به دیوارهای حائل برای عمر طراحی ۷۵ ساله رعایت گردید.

پیش‌بینی‌های تغییر اقلیم نشان‌دهنده افزایش جزئی میزان بارندگی سالانه در طول عمر طراحی سیستم پایدارسازی بود. اثر شرایط مرطوب‌تر بر پایداری شیب، با انجام تحلیل حساسیت ضریب ایمنی لغزش پایدارسازی ‌شده نسبت به افزایش دائمی و پایدار فشار آب زیرزمینی ارزیابی شد تا اطمینان حاصل شود که ضریب ایمنی سیستم همچنان در سطح قابل قبول باقی خواهد ماند.

راهکار انتخابی برای تثبیت

راهکارهای متداولی مانند تغییر مسیر بزرگراه، باربرداری از تاج شیب یا سنگین‌کردن پای شیب به دلیل شرایط خاص محل پروژه، از جمله شیب بسیار تند، مجاورت رودخانه فریزر (Fraser) در پایین‌دست لغزش و وجود خط راه‌آهن در بخش بالادست، غیرعملی تشخیص داده شدند.

انتظار می‌رفت که زهکشی آب زیرزمینی تأثیر قابل‌توجهی بر کاهش حرکت لغزش نداشته باشد، زیرا فشار آب زیرزمینی در هر دو واحد اصلی خاک، شامل رسوبات دانه‌درشت یخچالی تمایزنیافته در زیر لغزش و خاک Tunnel Earthflow در بالای آن، تقریباً صفر بود. تنها در موارد محدودی، آبخوان‌های محصور مشاهده می‌شدند.

بنابراین، یک راهکار سازه‌ای که بتواند مقاومت برشی در امتداد صفحه گسیختگی را افزایش دهد، مورد بررسی قرار گرفت.

راه‌حل طراحی باید علاوه بر تأمین مقاومت نهایی مورد نیاز، حرکت مداوم لغزش در طول دوره ساخت‌وساز را نیز در نظر می‌گرفت. به این معنا که اجزای سازه‌ای که در مراحل اولیه نصب می‌شوند، باید توانایی تحمل جابه‌جایی‌های روزانه لغزش را تا زمان نصب کامل سیستم پشتیبان و ایجاد مقاومت کافی برای توقف حرکت داشته باشند.

راهکار نهایی شامل استفاده از ۲۷۶ عدد انکر پس‌تنیده با محافظت دوگانه در برابر خوردگی بود. این مهارها دارای بلوک‌های بتنی پیش‌ساخته باربر  با ابعاد ۲٫۵ × ۲٫۵ × ۰٫۶ متر بودند که در پنج ردیف در بخش بالای بزرگراه نصب شدند.

نیمرخ (مقطع) زمین‌شناسی با روش پایدارسازی انتخابی: منطقه برشی اصلی (به رنگ خاکستری)، رسوبات یخچالی تمایزنیافته (به رنگ زرد)

سیستم دیوار شمعی و اجزای سازه‌ای

راهکار پایدارسازی همچنین شامل یک دیوار شمع‌های مماسی بتنی مهارشده در پایین‌دست بزرگراه و بازسازی مسیر بزرگراه در تراز و موقعیت اصلی آن بود.

دیوار شمعی شامل ۱۴۸ شمع حفاری‌شده با قطر ۱۵۲۴ میلی‌متر و طول بین ۲۰ تا ۲۶ متر بود. علاوه بر این، سیستم شامل ۱۲۵ انکر، تیرهای عرضی، کلاهک تیر  و تاج دیوار کنسولی به ارتفاع ۵ متر بود.

شمع‌ها حدود ۱۰ متر درون رسوبات دانه‌درشت، متراکم، زهکشی‌شده و تمایزنیافته یخچالی زیرین نفوذ داده شدند.

با استفاده از روش اجرای از بالا به پایین (Top-down Construction)، هر ردیف از بلوک‌های مهارشده به‌گونه‌ای طراحی شد که بتواند حرکت توده لغزشی در بالای خود را کاهش داده یا حتی متوقف کند. پس از نصب و انجام آزمایش‌های لازم، مهارهای هر ردیف در یک بازه زمانی کوتاه قفل شدند.

با این حال، اجرای دیوار شمعی نیازمند نصب تعداد زیادی شمع بود و در مدت زمان لازم برای تکمیل نصب شمع‌ها، خاک زیر پایین‌ترین ردیف بلوک‌های مهارشده همچنان به حرکت خود ادامه می‌داد. بنابراین، طراحی سیستم شمعی باید به‌گونه‌ای انجام می‌شد که مقاومت برشی اولیه قابل توجهی ایجاد کرده و در عین حال تا زمان نصب، آزمایش و قفل شدن مهارها، توانایی تحمل جابه‌جایی را داشته باشد.

راه‌حل انتخاب‌شده برای این بخش، استفاده از شمع‌های پوسته فولادی با مغزی بتنی بود. در این سیستم، پوسته فولادی وظیفه تأمین سختی و مقاومت برشی اولیه در امتداد صفحه لغزش را تا زمان رسیدن بتن مغزی به مقاومت کافی بر عهده داشت.

نصب مهارها از طریق میلگردهای فولادی بسیار پرهزینه بود؛ بنابراین، تنها یک‌سوم شمع‌ها به‌صورت شمع مرکب با پوسته فولادی اجرا شدند و سایر شمع‌ها از نوع شمع‌های حفاری‌شده بتن مسلح معمولی بودند. حفاری برای عبور مهارها از داخل محور شمع‌های بتنی، یک روش اجرایی متداول در این نوع سیستم‌ها محسوب می‌شود.

شمع‌های مرکب پیش از شمع‌های بتنی نصب شدند و با موفقیت حرکت لغزش را کاهش دادند تا شمع‌های بتنی بتوانند بدون آسیب‌دیدگی، به مقاومت فشاری و سختی مورد نیاز برسند.

پس از نصب مهارها، به‌منظور توزیع بار بین شمع‌های مرکب و شمع‌های بتنی، یک سیستم تیرهای عرضی فولادی (Steel Waler System) اجرا شد که هر شمع مرکب را به دو شمع بتنی مجاور متصل می‌کرد.

این سیستم ابتدا شامل نصب یک تکیه‌گاه واسط (Waler Stool) روی هر شمع بتنی بود که امکان تنظیم موقعیت را فراهم می‌کرد تا سطحی قائم و مناسب برای نصب تیر عرضی (Waler Beam) ایجاد شود. این تکیه‌گاه‌ها همچنین دارای یک قطعه برشی فولادی (Shear Stub) بودندکه درون حفره ایجادشده در شمع بتنی برای عبور مهار قرار می‌گرفت.

قطعه برشی فولادی، مؤلفه قائم نیروی آزمایش و نیروی کششی مهار را به‌صورت مستقیم به محور شمع بتنی منتقل می‌کرد. سپس صفحات فولادی واشر (Washers) شامل دو کانال C380×50 که به‌صورت پشت‌به‌پشت قرار گرفته بودند، به تکیه‌گاه‌ها متصل شدند و مهارها تحت کشش قرار گرفتند.

در ادامه، کلاهک بتنی شمع‌ها اجرا شد که ضمن پوشاندن سر شمع‌ها، تا بخش پایینی سیستم ادامه یافته و صفحات واشر را نیز در بر می‌گرفت. در داخل این کلاهک، فضاهایی برای دسترسی دائمی به مهارهای پشت‌بند تعبیه شد.

تا زمان تکمیل دیوار شمعی، تراز نهایی طراحی‌شده بزرگراه بین ۱ تا ۶ متر بالاتر از سر شمع‌ها قرار داشت. به همین دلیل، یک تاج دیوار کنسولی روی کلاهک شمع‌ها ساخته شد که به‌صورت یکپارچه با سیستم دیوار شمعی عمل می‌کرد.

روش‌ طراحی

برای پیش‌بینی تنش‌های ایجادشده در اجزای سازه‌ای در طول مراحل ساخت و همچنین تعیین محدودیت‌های زمانی مورد نیاز برای قراردادهای اجرایی، از مدل‌سازی عددی دقیق دوبعدی و سه‌بعدی مبتنی بر گام‌های زمانی برای شبیه‌سازی حرکت شیب و اندرکنش خاک سازه استفاده شد.

ترکیبی از روش‌های تعادل حدی، تفاضل محدود و اجزای محدود برای تحلیل رفتار ژئوتکنیکی لغزش، بررسی نیروهای ایجادشده در مهارهای بالادست، بارهای وارد بر دیوار شمعی و همچنین طراحی سازه‌ای اجزای سیستم پایدارسازی به کار گرفته شد.

تحلیل‌های ژئوتکنیکی با استفاده از تحلیل‌های پایداری دوبعدی به روش تعادل حدی برای ارزیابی و مقایسه گزینه‌های مختلف تثبیت لغزش انجام شد. برای راهکار انتخابی، تحلیل‌های تعادل حدی جهت تعیین فاصله مهارها، بارگذاری مهارها، آرایش شمع‌ها و ظرفیت مورد نیاز آن‌ها مورد استفاده قرار گرفت.

همچنین از این تحلیل‌ها برای ارزیابی پایداری موضعی گودبرداری‌ها و سکوهای اجرایی مورد نیاز برای نصب اجزای پایدارسازی استفاده شد.

پس از آن، تحلیل‌های دقیق‌تری از حرکت لغزش و تأثیر اقدامات تثبیتی بر روی یک مقطع عرضی در مرکز لغزش انجام شد. این مقطع با یکی از مدل‌های تعادل حدی مطابقت داشت و هدف از آن، راستی‌آزمایی نتایج حاصل از تحلیل‌های اولیه بود. این تحلیل‌ها با استفاده از مدل‌های عددی تفاضل محدود دوبعدی و نرم‌افزار FLAC  انجام شدند.

مراحل اجرایی عملیات پایدارسازی و حرکت پیوسته و هم‌زمان لغزش، در قالب فاز‌های مجزا در مدل عددی شبیه‌سازی شدند. به‌طور کلی، هر گام از تحلیل FLAC نشان‌دهنده یک مرحله از عملیات ساخت‌وساز بود. همچنین فازهای فرعی (Sub-steps) برای کالیبراسیون مدل مورد استفاده قرار گرفتند تا نتایج حاصل از تحلیل با جابه‌جایی‌های واقعی زمین تطابق داشته باشد.

در هر گام تحلیلی، از روش کاهش مقاومت استفاده شد. در این روش، زاویه اصطکاک در منطقه برشی اصلی اندکی کمتر از مقدار کالیبره‌شده برای شرایط موجود در نظر گرفته شد تا حرکت لغزش در مدل آغاز شود. در نتیجه، یک حالت حدی بهره‌برداری با ضریب ایمنی در برابر لغزش کمی کمتر از ۱٫۰ ایجاد شد.

پس از آن، مجدداً از روش کاهش مقاومت استفاده شد تا ضریب ایمنی به مقدار ۱٫۲ افزایش یابد. این مقدار برای تعیین بارهای وارد بر سازه‌ها در حالت حدی نهایی  مورد استفاده قرار گرفت.

مدل‌ها ابتدا تحت شرایط حالت حدی بهره‌برداری اجرا شدند تا حرکات مورد انتظار لغزش بین مراحل مختلف ساخت‌وساز شبیه‌سازی شود. تا گام ۲۷ مدل FLAC، فرض بر این بود که تمام خاک جریان‌یافته در پایین‌دست دیوار شمعی و بالای کف منطقه برشی اصلی، به سمت پایین حرکت کرده و دیگر نقش تکیه‌گاه برای دیوار شمعی را ایفا نمی‌کند.

برای هر دو مدل تعادل حدی  و تفاضل محدود، تحلیل حساسیت به‌منظور بررسی تغییرات بارهای وارد بر اجزای سازه‌ای ناشی از افزایش موقت فشار آب منفذی انجام شد. علاوه بر این، پاسخ لرزه‌ای سیستم پایدارسازی برای زلزله طراحی، با اعمال هشت تاریخچه زمانی زلزله  به شرایط بلندمدت حالت حدی بهره‌برداری ارزیابی شد. در این شرایط فرض می‌شد که تمام خاک پایین‌دست دیوار شمعی و بالای منطقه برشی اصلی به سمت پایین حرکت کرده و دیگر از دیوار پشتیبانی نمی‌کند.

هر یک از تاریخچه‌های زمانی زلزله به‌صورت مصنوعی تنظیم شدند تا با طیف هدف ویژه سایت که توسط آیین‌نامه پل‌های بزرگراهی کانادا تعریف شده است، تطابق داشته باشند.

تحلیل‌های سازه‌ای

مدل عددی FLAC که به‌صورت دوبعدی توسعه داده شده بود، هر دو نوع شمع مرکب و شمع بتنی را به‌عنوان المان‌های مهارشده در نظر می‌گرفت. بنابراین، نتایج حاصل از FLAC نمی‌توانست نمایش دقیقی از نحوه تقسیم بار بین شمع‌های بتنی که مستقیماً توسط مهارها پشتیبانی می‌شدند و شمع مرکب میانی که از طریق سیستم تیرهای عرضی مهار شده بود، ارائه دهد.

به‌منظور طراحی دقیق‌تر سازه‌ای، تحلیل‌های سه‌بعدی سیستم دیوار شمعی انجام شد. این مدل شامل یک مجموعه سه‌تایی متشکل از یک شمع مرکب و دو شمع بتنی مجاور، همراه با سیستم تیرهای عرضی، مهارهای پشت‌بند، کلاهک شمع، تاج دیوار کنسولی و بستر جاده بود.

سه مدل سه‌بعدی برای ارزیابی اثر تغییرات طول شمع‌ها و موقعیت منطقه برشی اصلی توسعه داده شد. این سیستم دیوار با استفاده از نرم‌افزار اجزای محدود RFEM  مدل‌سازی و تحلیل گردید. نتایج تحلیل سازه‌ای RFEM نشان داد که نیاز بارگذاری کلی سیستم مهاربندی با نتایج حاصل از تحلیل FLAC تطابق مناسبی دارد، اما توزیع موضعی دقیق‌تر بار بین انواع مختلف شمع‌ها و مهارها را ارائه می‌دهد.

برای شمع‌های مرکب و شمع‌های بتنی، اثر بارگذاری ناشی از حرکت لغزش از مدل دوبعدی FLAC به مدل سه‌بعدی RFEM به روش زیر منتقل شد:

در مرحله نخست، پروفیل نیروی برشی در طول هر نوع شمع که توسط مدل FLAC تعیین شده بود، برای محاسبه پروفیل بارهای واکنش خاک  وارد بر هر شمع در هر مرحله تحلیلی مرتبط مورد استفاده قرار گرفت.

سپس بارهای افزایشی ایجادشده در شمع‌ها برای هر مرحله ساخت استخراج شدند. گام ۲۰ مدل FLAC  به‌عنوان نقطه شروع در نظر گرفته شد. اختلاف بین گام ۲۶ و گام ۲۰، نشان‌دهنده اثر نصب و کشش مهارها بود. همچنین اختلاف بین گام ۲۷ و گام ۲۶، بیانگر رسیدن سیستم به تعادل در حالت حدی بهره‌برداری (SLS)  و سایر اثرات مرتبط بود.

برای بخش مدفون شمع‌ها در زیر صفحه برش ، مدل RFEM از فنرهای خاک (Soil Springs) استفاده کرد. سختی این فنرها بر اساس روش‌های P-Y  تعیین شد که یک روش استاندارد برای مدل‌سازی اندرکنش خاک و شمع در برابر بارهای جانبی است.

در تحلیل FLAC فرض شده بود که تمامی شمع‌ها دارای مهار هستند و همان‌طور که اشاره شد، اثر بار مهارها به‌صورت ضمنی در بارهای خاک وارد بر شمع‌ها که از مدل عددی استخراج شده بود، وجود داشت.

بنابراین، برای مدل‌سازی شرایطی که تنها شمع‌های بتنی توسط مهارها پشتیبانی می‌شوند، نیمی از بارهای خاک وارد بر شمع مرکب در بالای صفحه لغزش، در مرحله افزایشی مربوط به اختلاف گام ۲۶ و ۲۰، به هر یک از شمع‌های بتنی مجاور منتقل شد.

بارهای ترافیکی بزرگراه مطابق با الزامات آیین‌نامه پل‌های بزرگراهی کانادا، به‌عنوان سربار همراه با فشارهای فعال جانبی خاک وارد بر ساقه دیوار شمعی به مدل اضافه شدند.

ضرایب بار و مقاومت مصالح نیز مطابق با آیین‌نامه، برای بارهای غیرژئوتکنیکی اعمال شدند تا با بارهای حالت حدی نهایی حاصل از تحلیل FLAC ترکیب شوند.

نتایج تحلیل بار افزایشی در RFEM با استفاده از اصل برهم‌نهی ترکیب شدند تا نیروهای برشی و لنگرهای خمشی ایجادشده در هر نوع شمع با در نظر گرفتن نحوه واقعی تقسیم بار بین اجزا تعیین شوند.

به‌عنوان مرحله راستی‌آزمایی ، مجموع نیروهای مقطعی در یک مجموعه سه‌تایی شامل یک شمع بتنی، یک شمع مرکب و یک شمع بتنی، بر طول دیوار مربوط به آن سه‌تایی تقسیم شد و با نتایج حاصل از مدل FLAC مقایسه گردید. نتایج، تطابق مناسبی بین دو روش نشان داد.

در یک نمونه از نمودار لنگر خمشی مربوط به یک شمع بتنی که با استفاده از این روش به دست آمده بود، اثر نصب و کشش مهارها در گام ۲۶ به‌وضوح مشاهده شد. همچنین افزایش بار مهار ناشی از اثرات لرزه‌ای در گام ۲۷ نیز در نتایج قابل مشاهده بود.

گام ۲۸ مدل FLAC، اثرات تنش‌زدایی از مهارهای بالادست را شبیه‌سازی کرد. این اقدام باعث آغاز مجدد حرکت لغزش و افزایش متناسب فشارهای خاک وارد بر دیوار شمعی می‌شد.

در بخش فوقانی شمع‌ها، آرماتور طولی اضافی در نظر گرفته شد. دلیل این امر، جبران بخشی از میلگردهایی بود که در حین عملیات مغزه‌گیری برای نصب مهارهای پشت‌بند بریده شده بودند.

روش مشاهداتی در حین ساخت

مدل‌سازی دوبعدی اندرکنش خاک–سازه در FLAC برای تخمین بارگذاری و پاسخ سازه‌های تثبیتی در برابر مراحل ساخت و شرایط بالقوه آینده، فرآیندی پیچیده بود و نیازمند اعمال فرضیات متعددی بر اساس نرخ حرکت تخمینی لغزش و پارامترهای خاک بود.

اگرچه تحلیل‌ها به‌عنوان نماینده شرایط واقعی در نظر گرفته شده و مبنای تصمیمات مهندسی و طراحی قرار گرفتند، استفاده از روش مشاهداتی در طول ساخت، یکی از اجزای کلیدی اجرای پروژه محسوب می‌شد.

بر اساس نتایج حاصل از پایش، امکان اصلاح طراحی و تطبیق آن با شرایط واقعی در طول پیشرفت عملیات اجرایی وجود داشت.

برنامه پایش و ابزاربندی شامل موارد زیر بود:

• سلول‌های بار سیم‌ارتعاشی (Vibrating Wire Load Cells) نصب‌شده بر روی مهارهای منتخب
• لوله‌های غلاف شیب‌سنج (Slope Inclinometer Casings) که درون شمع‌های مرکب منتخب دیوار شمعی و همچنین در سطح شیب بالای بزرگراه نصب شده بودند
• اندازه‌گیری جابه‌جایی سطح زمین توسط پیمانکار در طول ساخت، با استفاده از نشانه‌های نقشه‌برداری (Survey Monuments)، همراه با اسکن لیزری زمینی (Terrestrial Laser Scanning)  و تحلیل تشخیص تغییرات توسط شرکت مهندسی BGC

مراحل اولیه ساخت، درک مناسبی از شرایط ژئوتکنیکی، چالش‌های مرتبط با نصب مهارها، هزینه‌ها و بهره‌وری عملیات اجرایی برای تیم طراحی فراهم کرد. این اطلاعات، رویکرد طراحی اتخاذشده را تأیید نمود و به تیم پروژه اجازه داد تا درس‌های آموخته‌شده را در قراردادها و مراحل اجرایی بعدی به کار گیرد.

در صورتی که نتایج پایش نشان می‌دادند که رفتار سیستم مطابق با پیش‌بینی‌های طراحی نیست، چندین اقدام اصلاحی و اضطراری  در دسترس بود. این اقدامات شامل کاهش کشش در مهارهایی که تحت تنش بیش از حد قرار گرفته بودند و همچنین نصب مهارهای جدید می‌شد.

نتایج پایش روزانه از طریق سامانه‌های انتقال ماهواره‌ای و نمودارهای مبتنی بر وب دریافت و بررسی می‌شدند. پایش سریع نقش مهمی در تعیین زمان مناسب برای بازکشش مهارها داشت. این عملیات چندین بار برای ردیف اولیه و بالایی مهارها انجام شد تا زمانی که پشتیبانی کافی برای تثبیت لغزش فراهم گردید.

در نهایت، هیچ مهار اضافی مورد نیاز نشد.

نتایج پایش نشان داد که واکنش لغزش مطابق با پیش‌بینی‌های طراحی بوده و حرکت در بخش بالای دیوار شمعی نیز کمتر از حد تشخیص قرار داشته است.

مقداری حرکت موضعی و سطحی، همراه با کاهش بار مهارها، در ارتباط با بسته‌شدن ترک‌های کششی در انتهای شرقی لغزش مشاهده شد. این تغییرات تحت پایش قرار گرفته و در صورت نیاز اقدامات لازم برای آن‌ها انجام خواهد شد.

جابه‌جایی در زیر دیوار شمع‌های مماسی همچنان مطابق با پیش‌بینی طراحی ادامه دارد. در حال حاضر، بارهای وارد بر مهارهای پایدار بوده یا با نرخ بسیار آهسته‌ای کاهش می‌یابند.

مراحل اجرایی

عملیات اجرایی پایدارسازی به روش از بالا به پایین انجام شد. عملیات با نصب ردیف بالایی مهارهای خاکی آغاز گردید و برای هر مرحله از اجرا، بازه‌های زمانی مشخصی در قراردادهای ساخت در نظر گرفته شد تا حرکت‌های زمین محدود و کنترل شوند.

عملیات تثبیت در قالب سه قرارداد ساختمانی تکمیل شد:

در اوایل سال ۲۰۱۷، تعداد ۳۰ عدد مهار خاکی نصب شد.

در سال ۲۰۱۸، تعداد ۴۴ عدد مهار خاکی اضافی نصب گردید.

مابقی عملیات شامل نصب ۲۰۲ عدد مهار خاکی باقی‌مانده و اجرای دیوار شمعی مهارشده در فاصله سال‌های ۲۰۱۹ تا ۲۰۲۱ تکمیل شد.

راه‌حل طراحی در تمامی مراحل ساخت ثابت باقی ماند که این موضوع، تأییدی بر اعتبار رویکرد طراحی انتخاب‌شده بود. اگرچه مدت زمان اجرای پروژه طولانی‌تر از پیش‌بینی اولیه شد، بخش قابل‌توجهی از عملیات با سرعت اجرایی افزایش‌یافته به پایان رسید.

مراحل اولیه ساخت، اطلاعات ارزشمندی درباره شرایط ژئوتکنیکی، مشکلات اجرایی نصب مهارها، هزینه‌ها و بهره‌وری ساخت در اختیار تیم طراحی قرار داد. این اطلاعات، اعتبار روش طراحی را تأیید کرد و امکان استفاده از تجربیات حاصل‌شده در قراردادهای بعدی را فراهم نمود.

با توجه به اهمیت ظرفیت برشی شمع‌ها، آزمایش یکپارچگی شمع (Pile Integrity Testing) با استفاده از روش پروفایل‌برداری حرارتی (Thermal Integrity Profiling) انجام شد که نتایج بسیار موفقیت‌آمیزی به همراه داشت.

نتیجه‌گیری

لغزش تن مایل (Ten Mile Slide) با موفقیت پایدار شده است. اجرای این پروژه موجب کاهش قابل‌توجه هزینه‌های عملیاتی در این بخش از بزرگراه شماره ۹۹ بریتیش کلمبیا شده است.

راه‌حل ارائه‌شده، امکان کنترل و تثبیت این لغزش منحصربه‌فرد را فراهم کرد و از نظر طراحی نوآورانه و استفاده از پایش حین ساخت، دستاوردهای قابل‌توجهی برای وزارت حمل‌ونقل و زیرساخت بریتیش کلمبیا به همراه داشت.

بر همین اساس، وزارتخانه این رویکرد تثبیتی را برای سایر سایت‌های دارای لغزش، از جمله مناطقی که تحت تأثیر رویدادهای سیلابی اخیر قرار گرفته‌اند، به‌عنوان یک گزینه قابل بررسی در نظر گرفته است.

این پروژه علاوه بر ایجاد یک مسیر بزرگراهی ایمن و قابل اعتماد و کاهش هزینه‌های نگهداری در این کریدور حیاتی حمل‌ونقل ملی، اهمیت ویژه‌ای داشت. این مسیر نقش مهمی در حفظ ارتباط و انسجام جامعه، فراهم کردن مستقیم‌ترین مسیر ارتباطی بین لیلوت (Lillooet) و کملوپس (Kamloops) و همچنین تأمین مزایای اجتماعی و قابلیت اطمینان اقتصادی منطقه ایفا می‌کند.