Design and Construction of Soil Anchor Plates

صفحه انکر ها وسیله های ژئوتکنیکی هستند که برای پشتیبانی از سازه های ژئوتکنیکی ساخته شده اند. آنها برای جلوگیری از واژگونی سازه هایی که بارهای جانبی، شیب دار و بالابرنده را تجربه می کنند، ابداع شده اند. صفحات انکر را می توان در کاربردهای بسیار متنوعی مانند سیستم های تثبیت در پی (فونداسیون) ها، دیوارهای حائل، دیوارهای دریایی و خطوط لوله استفاده کرد. در کتاب طراحی و ساخت صفحه انکر ها، نویسنده بر روی طراحی سازه ای صفه های انکر و ظرفیت این صفحات در برابر نیروی بالا برنده و ظرفیت باربری آن‌ها تمرکز کرده است، زیرا انکر ها عمدتاً برای مقاومت در برابر بارهای به بیرون هدایت شده وارد شده به پی های سازه طراحی شده اند.

کتاب طراحی و ساخت صفحه انکر از سه بخش اصلی تشکیل شده است. بخش اول به معرفی انواع مختلف انکر ها می پردازد. بخش دوم روابط محاسباتی و الزامات انکر ها برای استفاده در خاک‌ های ماسه ای، و صفحات مدفون در خاک رس را بیان می‌کند. بخش سوم این کتاب به توضیح کلیه ویژگی های صفحات انکر در خاک های لایه ای می پردازد.

در سرتاسر متن کتاب طراحی و ساخت صفحه های انکر ها، برخی از نظریه‌ ها و مدل‌سازی‌های رایج برای محاسبه ظرفیت صفحه های انکر با هم مقایسه شده است. در کنار عناصر متنی، این کتاب همچنین شامل چندین نمونه مثال و عکس است که به درک بهتر جزئیات مربوط به صفحات انکر و استفاده از آنها کمک می کند. هدف نویسنده ارائه اطلاعات به شیوه ای کاربر پسند است که به راحتی قابل پیگیری و تمرین باشد.

این کتاب شامل نه فصل است. در فصل‌های «انکر ها» و «صفحات انکر»، انواع انکر ها که کاربردهای ژئوتکنیکی دارند، مورد بررسی قرار گرفته است. فصول «صفحات انکر افقی در خاک بدون چسبندگی» و «صفحات انکر افقی در خاک چسبنده» به بررسی صفحات انکر افقی در انواع مختلف خاک ها مانند رس ها و ماسه ها در شرایط مختلف می پردازد. فصل‌های «صفحات انکر عمودی در خاک غیر چسبنده» و «صفحات انکر عمودی در خاک چسبنده» اطلاعات مفیدی را در زمینه کاربردهای مختلف، ویژگی ها و نیز ظرفیت باربری آن ها در مورد صفحات انکر عمودی به خواننده ارائه می‌کنند. فصل های « صفحات انکر متمایل در خاک غیر چسبنده” و “صفحات انکر شیبدار در خاک چسبنده” صفحات انکر شیبدار و کاربرد آنها در انواع مختلف خاک مانند رس و ماسه را توصیف می کنند. این فصول فرآیند نصب و ظرفیت صفحات انکر شیب‌ دار را با ارائه مثال های مرتبط تشریح می‌کند. فصل “صفحات انکر در خاک های چند لایه” استفاده از صفحات انکر در خاک های چند لایه را توضیح می دهد.

فصل اول

انتخاب سیستم‌های فونداسیون نقش مهمی در طراحی بسیاری از سازه‌ها برای اطمینان از تحمل هرگونه بار عمودی یا افقی دارد.

سازه هایی مانند دیوارهای دریایی، برج های انتقال، تونل ها، خطوط لوله مدفون و دیوارهای حائل در معرض نیروهای خارجی و لنگرهای واژگونی قرار دارند. بنابراین، در فرآیند ساخت، تدوین دستورالعمل‌هایی برای طراحی و نصب سیستم‌های انکراژ یکی از راه‌های بهبود عملکرد سیستم‌های فونداسیون است. برای سازه هایی نظیر آنچه در بالا ذکر گردید، استفاده از اعضای کششی می تواند یک راه حل اقتصادی برای طراحی باشد.

به طور کلی، میل مهارها، سیستم‌های فونداسیونی هستند که برای انتقال نیرو از سازه به زمین، به منظور مقاومت در برابر گشتاورهای واژگونی و نیروهای خروجی که می‌توانند پایداری سازه را تهدید کنند، استفاده می‌شوند. مقاومت برشی و وزن مرده خاک اطراف انکر عواملی هستند که استحکام لنگر را بهبود می بخشند. به طور سنتی، انکرها تنها به سه دسته انکرهای دوغاب دار، انکرهای مارپیچ و صفحه های انکر تقسیم می شوند با این حال، یک انکر جدید خود حفار که بدون حفاری و دوغاب در زمین قرار داده شده است نیز اخیراً به این فهرست اضافه شده است. با توجه به روش انتقال بار از انکر به خاک اطراف، انواع انکر خاک در مهندسی ژئوتکنیک را می توان به صورت زیر دسته بندی کرد.

• انکرهای گروت شده
• انکرهای حلزونی
• صفحات انکر
• انکرهای شمعی
• انکرهای با شکل نامنظم که به عنوان انکرهای خود حفار استفاده می شوند.

فصل دوم

برای بیش از 50 سال، نظریه های مختلفی برای تجزیه و تحلیل و پیش بینی عملکرد صفحات انکر در انواع مختلف خاک ایجاد شده است. صفحه انکر ها نوعی از انکرها هستند که معمولا از مواد مختلفی نظیر ورق فولادی، ورق های چوبی، پلیمر های تقویت شده با الیاف و نیز دال های بتنی پیش ساخته، ساخته می شوند. از این ورق ها برای مقاومت در برابر بارهای عمودی، افقی و شیب دار در پروژه های مختلف ژئوتکنیکی استفاده می شود. صفحه انکر ها فقط در خاک قابل استفاده هستند زیرا برای نصب آن ابتدا در خاک گودبرداری صورت گرفته و سپس گمانه هایی در خاک حفر می شود و سپس انکر نصب شده و داخل آن تا محدوده ای تزریق صورت می گیرد به همین دلیل به آنها صفحه انکر خاک اطلاق می شود. در انواع جدید صفحه انکر های خاک از ژئوسنتتیک و مواد تقویت کننده خاک استفاده می شود و باعث بهبود کیفیت و عملکرد صفحه انکرهای خاک در پروژه های مختلف ژئوتکنیکی شده است.

فصل سوم

صفحات انکر در بارهای عمودی مختلف مانند نیرو های بالابرنده استفاده می شود. صفحه انکرها به چهار شکل دیده می شوند:

• مربع
• دایره
• مستطیل
• نواری

صفحات انکر افقی راه حل مناسبی برای پروژه های ژئوتکنیکی هستند که نیاز به مقاومت در برابر بارهای عمودی دارند، به عنوان مثال، یک برج انتقال یا خط لوله. صفحات انکر افقی را بر اساس نسبت عمق قرارگیری صفحه در خاک به قطر صفحه (Embedment Ratio=H/D) در خاک می توان به دو دسته سطحی و عمیق تقسیم بندی نمود. علاوه بر این تقسیم بندی، براساس عملکرد می توان این صفحات را به صورت منفرد و یا گروهی نیز در داخل خاک طراحی و استفاده نمود. برای طراحی صفحه انکرهای افقی میزان مقاومت آنها در برابر نیروی بالا برنده (Uplift Capacity) و نیز بررسی مود گسیختگی بیرون زدگی (Pull out Failure) باید مورد مطالعه قرار گیرد به همین دلیل نویسنده به بیان روابط موجود برای محاسبه این موارد در خاک های دانه ای با تکیه بر نظریه محققین مختلف پرداخته است. در بخش پایانی فصل نیز ملاحظات طراحی با اختصار مورد بررسی قرار گرفته است.

فصل چهارم

مبحث ظرفیت صفحات انکر افقی در برابر نیروی بالا برنده در خاک های چسبنده به ویژه رس ها از جمله موضوعاتی است که علی رغم اهمیت بالا، کمتر مورد توجه محققین بوده است. از طرفی تفاوت رفتار خاک رس در مواجهه با شرایط مختلف در مقایسه با خاک های دانه ای، نیاز انجام مطالعات بیشتر در این زمینه را توجیه می نماید. به همین دلیل مهندسان باید روشهای مناسبی برای طراحی و ساخت صفحه های انکر در خاک رس داشته باشند. بنابراین در این فصل نویسنده سعی کرده است تا روابط موجود برای محاسبه ظرفیت Uplift در خاک های چسبنده را با بیان نظریه دانشمندان مختلف پوشش دهد.

فصل پنجم

انکرها به انتقال بارهای جهت دار وارد شده بر روی پی سازه ها به اعماق پایین تر خاک کمک می کنند. انکر های عمودی زیرمجموعه ای از انکر های صفحه ای هستند و در ساخت سپرها (شیت پایل ها) در برابر بارگذاری افقی مقاومت می کنند. از طرفی فشار جانبی خاک ها از جمله مشخصه هایی (پارامترهایی) می باشد که باید در محاسبات مربوط به صفحات انکر عمودی لحاظ شود. علاوه بر این شایان ذکر است که به دلیل انعطاف پذیری سپرها، فشار جانبی محاسبه شده با نظریه رانکین و کولمب، با آنچه در واقعیت رخ می دهد مغیرت دارد. به همین دلیل در این فصل از کتاب نویسنده به تبیین روابط بیان شده توسط محققین مختلف در زمینه صفحات انکر عمودی در خاک های دانه ای پرداخته است.

فصل ششم

همانطور که در فصل “صفحات انکر عمودی در خاک غیر چسبنده” کتاب طراحی و ساخت صفحه انکر ذکر شد، انکرها برای انتقال بار بیرونی به عمق بیشتر و مقاومت در برابر هر گونه نیروی کششی استفاده می‌شوند. در واقع ظرفیت تحمل بار انکرها با  مقاومت خاک در حالت مقاوم برابر است. به طور کلی می توان گفت انکرها معمولاً برای تأمین مقاومت بالابرنده و مقاومت جانبی استفاده می شوند. صفحه انکرهای عمودی نوع مهمی از صفحه انکرها هستند که می توانند در خاک های ماسه ای یا رسی مورد استفاده قرار گیرند. صفحات انکر عمودی بیشتر برای تحمل فشار در دیوارهای دریایی، سپرها و نیز دیوارهای حائل استفاده می شوند. نکات و روابط مربوط به استفاده از صفحه انکر عمودی در خاک های چسبنده در این فصل مورد بررسی قرار گرفته است.

فصل هفتم

مهندسان عمدتاً استفاده از انکرها را به منظور پشتیبانی مقاوم از دیوارهای حائل، سپرها و دیوارهای حائل پیشنهاد می‌کنند. صفحه انکر افقی و قائم در فصل های قبلی مورد بررسی قرار گرفت. در این فصل ویژگی های صفحه انکر های شیبدار در خاک های دانه ای بررسی می شود.

فصل هشتم

میل مهارهای شیبدار در انواع مختلفی از سازه ها مانند برج های انتقال برق و دیوارهای حائل برای پایداری گود های عمیق قابل استفاده هستند. تحقیقات بسیار زیادی در زمینه انکرهای شیبدار توسط محققین مختلف صورت گرفته است. اگرچه تعداد زیادی از مطالعات در این زمینه بر روی ماسه متمرکز شده است، هدف اصلی این فصل، آموزش نحوه تعیین ظرفیت نگهداری نهایی انکر شیبدار تعبیه شده در خاک رس می باشد.

فصل نهم

با توجه به این که در اکثر موارد خاک ها از چند لایه تشکیل شده اند. بنابراین بیان نکات مربوط به استفاده از صفحات انکر در خاک های چند لایه تا حد زیادی ضروری به نظر می رسد که در این فصل نویسنده به آن پرداخته است.

در فصل های قبل مشاهده شد که در خاک های رسی اگر نسبت Embedment Ratio بیش از 4.5 شود مقدار ظرفیت Uplift ثابت باقی می ماند. علاوه بر این در خاک های ماسه ای، افزایش این نسبت منجر به افزایش ظرفیت Uplift می شود. ترکیب این موارد می تواند راه حل مناسبی را برای استفاده از صفحات انکر در خاک های چند لایه ارائه دهد. در این فصل این مفهوم با جزئیات بیشتری توسط نویسنده مورد بررسی قرار گرفته است.