نحوه گودبرداري و اجرای نیلینگ:

      مقدمه: خرابي تعداد زيادي از ساختمانها در مناطق شهري و ضرر و زيانهاي مالي و جاني اهميت بررسي و برآورد ميزان خرابي ساختمانهاي كنار گود و همچنين تغيير مكانهاي زمين ناشي از گودبرداري را دو چندان كرده است. بطوريكه امروزه در اكثر كشورها مونيتور كردن، اندازه‌گيري و رفتارسنجي ساختمانهاي مهم كنار يك گود عميق امري اجتناب ناپذير مي‌باشد. در اين زمينه پيشرفتهاي چشمگيري در زمينه طراحي و اجراي گود در مناطق شهري همراه با تجربه‌هاي عملي حين ساخت پاركينگهاي عظيم و اجراي خط متروي شهري شكل گرفته است، كه اين امر در اثر حمايت مالي مناسب از اين پروژه‌ها ميسر گرديده است. توصيه مي شود با توجه به لزوم گود برداری در پروژه مورد نظر خاكبرداري در محدوده پروژه با زاويه شيب پايداري انجام گيرد. ليكن در صورت خاكبرداري قائم بايستي تمهيدات لازم جهت نصب حايل مناسب يا سازه نگهبان صورت گيرد. اين تمهيدات مي توانند به روشهاي مختلف از قبيل استفاده از شمع هاي درجاريز در اطراف و مهار آنها، استفاده از شبکه هاي فلزي و مهار آنها با استفاده از قيدهاي مايل و افقي، استفاده از ديوارهاي پيش ساخته و با مهار در پشت و يا شمعک هاي مايل در جلو، سپرها و يا ديوارهاي متکي بر پي تخت در کف گود باشد. بديهي است عدم رعايت اصول استانداردهاي فني ضمن گودبرداري مي تواند مخاطره آميز باشد، لذا لازم است كليه موارد ايمني و اصول فني مربوطه از سوي كارفرما در حين اصلاح گودبرداري مدنظر قرار گيرد.

پيش‌بيني فشار خاك، تغيير مكانهاي ديوار نگهبان و تغيير شكلهاي زمين اساساً بر مبناي يكسري روشها و معيارهاي نيمه‌تجربي انجام مي‌گيرد كه بر اساس موارد ذكر شده در شكل (۱) ميسر مي‌گردد.

 

 

 

شکل ۱

 

گودبرداري داخل شهر چه در زمينه برنامه‌ريزي و چه در زمينه طراحي و مراحل اجرايي، با گودبرداري در خارج شهر متفاوت است در مناطق شهري حفظ ايمني و سلامت ساختمان كنار گود از وظايف اصلي مهندسان طراح است و خرابي آن ممكن است به يك فاجعه انساني و اقتصادي منجر شود بدين خاطر تخمين درستي از ميزان حركت زمين در هر مرحله از گودبرداري از اهميت بسزايي برخوردار است. درجدول(۱) بطور خلاصه تفاوت‌هاي بين اجراي يك گود در منطقه‌اي داخل شهر با اجراي آن در خارج از مناطق شهري ذكر گرديده است. توجه به اين جدول تفاوت بين اين دو را در زمينه روش تحليلي مورد استفاده، ملزومات طراحي، سیستمهاي كنترلي مورد نياز ميزان دانش مهندسي مجري طرح و نوع سازه نگهبان مشخص مي‌كند.

جدول ۱- گودبرداري در منطقه شهري در مقايسه با اجراي گود در خارج شهر (۲۰۰۱,kim)

خارج شهر	داخل شهر	زمينه تفاوت
طرح سازه نگهبان	– طرح سازه نگهبان- نگهداري ساختمان كنار گود – عدم آسيب رسي به تجهيزات زيرزميني شهري	هدف از طراحي
تحليل سيستم،  حداكثر با مدل كردن خاك بصورت فنر و تخمين فشار وارد بر سازه	– مدنظر قرار گرفتن اندركنش خاك و سازه- تخمين حركت زمين و تغيير مكانهاي روي سطحي	روش تحليلي
خسارات مالي و جاني جبران‌پذير	فجايع مالي و جاني جبران‌ناپذير	هزينه خطرات احتمالي
سطح استاندارد	– نياز به تجربه بالا در زمينه طراحي و نظارت- توانمندي در تشخيص علامتهاي خطر و انجام آناليز برگشتي با توجه به معلومات جديد در حين ساخت	ميزان مهارت و دانش فني مهندسان
در حد استاندارد	استفاده از ابزار آلات دقيق و قابل اطمينان	سيستم كنترلي و رفتارسنجي
سيستمهاي بكار رفته مي‌توانند انعطاف‌پذير باشند	– ديوارهاي شمعي بتني و ديافراگهاي سخت، سيستمهاي صلب همراه با مهاربندي، اجراي روشهاي مطمئن مثل روش بالا به پايين (Top- Down Method)- اجراي آن كمترين ارتعاش و سر و صدا را ايجاد كند.	نوع سازه نگهبان
فقط پايداري سيستم نگهدارنده مهم است.	– فوق‌العاده اهميت دارد- رديابي حركت سطح زمين و پي ساختمان	روش مشاهده‌اي Observational Method

 

با توجه به حساسيت اجراي عمليات گودبرداري در داخل شهر و مخاطرات موجود بايد اندازه‌گيري محلي همراه با آناليز برگشتي انجام پذيرد تا از سلامت و ايمني مرحله بعدي ساخت اطمينان حاصل شود. به دنبال اين عمليات بايستي نتايج حاصل از آناليز و پارامترهاي ورودي آن با اندازه‌گيريهاي محلي همخواني داشته باشند. عدم اين همخواني حاكي از وجود نقیصه هایی در برنامه مورد استفاده يا اشتباه در تحقيقات محلي صورت گرفته و يا انجام آزمونهاي محلي و آزمايشگاهي است. اين نقايص و عدم همخواني‌ها با شناسايي محلي بيشتر و تحليل نتايج مشاهده‌اي بايستي رفع گردد.

      انتخاب نوع سیستم های حفاظتی: انتخاب نوع سیستم حفاظتی: انتخاب نوع سیستم حفاظتی در گودبرداری­ها معمولا بر مبنای موارد زیر صورت میگیرد:

• خصوصیات فونداسیون مجاور
• محدودیت­های طراحی دیوار و نگه­داشتن حرکات زمین
• شرایط لایه­های زیرین خاک و سطح آب زیر زمینی
• نیازمندی­های فضای کاری و محدودیت­های سایت
• هزینه و زمان ساخت
• انعطاف­پذیری طرح برای کارهای دائمی
• آزمایش محلی و ماشین­آلات ساخت موجود
• نگهداری دیوار و سیستم حفاظتی در شرایط دائمی

   انواع روشهاي گودبرداري و سازه‌هاي نگهبان: سیستمهای مهار گود به صورت مهار شده و مهار نشده ساخته می­شوند، دیوارهای مهارشده شامل ديوارهاي كنسولي غير وزني، با يك يا چند سطح از مهارهاي زميني مي‌باشند. دیوارهای مهار نشده اغلب به صورت دیوارهای کنسولی و دیوارهای حائل وزنی می­باشند. در دیوارهای کنسولی مقاطع سازه ای تشکیل دهنده دیوار به مقدار قابل ملاحظه ای در خاک رانده می­شوند و مقاومت از طریق فشار مقاوم خاک در جلوی دیوار فراهم می­گردد. دیوارهای حائل وزنی نیز با استفاده از وزن زیاد خود با فشار محرک خاک در گود مقابله می­کنند. ديوارهاي مهار شده هم به صورت ناپيوسته  و هم به صورت پيوسته، به صورت المانهاي قائمي كه در عمقي زير سطح تمام شده گودبرداري رانده يا حفر مي‌شوند به كار مي روند. در اين ديوارها حمايت از طريق برش و سختي خمشی المان ديوار قائم و نيروي مقاوم از خاك زير سطح تمام شده گود فراهم مي‌شود. مقاومت جانبي به وسيله مهارهاي زميني براي ايستادگي در مقابل فشارهاي افقي مانند؛ فشار خاك، آب و زلزله و …. كه بر ديوار وارد مي‌شوند فراهم مي‌شود. دیوارهای پیوسته نظیر شمعهای برشی بتنی و سپرها می­باشند و از این رو به آنها پیوسته گفته می­شود که اجرای آنها به صورت یکپارچه می­باشد و به رويه سازه‌اي مجزا نياز ندارند.

دیوارهای ناپیوسته نظیر دیوارهای شمع نگهبان و دیوارهای میخکوبی می­باشد که المانهای دیوار از یکدیگر فاصله دارند، اگرچه این فواصل و ناپیوستگی ها توسط المانهای سازه ای پر می­گردد ولی یکپارچگی دیوارهای پیوسته را ندارد. المانهاي ديوار قائم ناپيوسته اغلب شامل شمع‌هاي فولادي و بتنی يا ميله‌اي حفر شده مي‌باشند كه فواصل آنها با يك رويه سازه‌اي که معمولا از جنس چوب یا بتن می­باشد پوشيده مي‌شود. رویه های بتنی هم مي‌توانند در محل، با استفاده از قالب سازي و بتن ريزي ايجاد شوند يا اينكه از پانل‌هاي بتني پيش ساخته استفاده شود.  از آنجاییکه در اغلب سیستمهای محافظت گود از مهارهای زمینی استفاده می­شود در این قسمت به معرفی مهارهای زمینی می پردازیم و در ادامه چند سیستم محافظت از گود را توصیف می­کنیم.

الف:  مهارهاي زميني و انکراژ

مهارهای زمینی و تکنولوژی قرار دادن تاندون فولادی انکر در خاک یا سنگ به طور فزاینده ای برای پایدارسازی گودها استفاده می گردند. مهارها بارهای کششی ناشی از نیروی دیوار یا گود را تحمل می کنند و همانند یک عضو سازه ای آن ها از حرکت به سمت خارج سطح جلوگیری می کنند. در دیوارهای کنسولی ، یک مهار (یا مجموعه ای از مهارها) ماکزیمم لنگر خمشی را کاهش داده و اجازه می دهد دیوار یا ترانشه ارتفاع بیشتری از خاک را محافظت کند. مهار ابتدا با حفر گمانه ی زاویه دار عمیق در زمین ساخته می شود، سپس یک میلگرد فولادی یا سیم­های به هم بافته شده ، وارد گمانه شده و توسط دوغاب سیمانی ، تزریق می شود. سيستمهاي مهاري از نظر اقتصادي و مزيت‌هاي تكنيكي نسبت به سيستم‌هاي متداول ديگر داراي برتري مي‌باشند، به عنوان مثال براي حفاظت يك گود، مزيت ديوارهاي مهار شده بيش از ديوارهاي حائل وزني بتني بوده كه شامل موارد زير ميباشد:

• فضاي كاري غير قابل حصول براي گودبرداري
• توانايي براي تحمل كردن فشارهاي افقي نسبتاً بزرگ ديوار بدون نياز داشتن به افزايش قابل توجه در مقطع عرضي ديوار

• عدم نياز به خاكريز

• حذف نياز براي حمايت فونداسيون عميق
• كاهش زمان ساخت

اجزاء اصلي مهار زميني تزريق شده شامل: (۱) مهار (۲) طول آزاد از تنش (۳) طول باند میباشد. اين موارد و ساير اجزاي ديگر به صورت شماتيك در شكل ۲ نشان داده شده‌اند.

شکل ۲

 

انکر يك سيستم از سر مهار، صفحه تكيه گاه و trumpet كه قادر است نيروي پيش كشيده را از فولاد پيش كشيده (ميله گرد يا سيم) به سطح زمين يا سازه حمايت كننده انتقال دهد تشکیل شده است. جنس تاندون مهاراز میلگرد و یا سیم می­باشد. اجزاي مهار براي ميله گرد و سيم به ترتيب در اشكال ۳ و ۴ نشان داده شده‌اند.

    

  شکل ۳  

 

                                                                                   شکل ۴

 

طول باند مهار بايد در پشت سطح گسيختگي بحراني قرار بگيرد. تاندون شامل المان فولادي پيش كشيده (سيم يا ميله‌گرد)، محافظ خوردگي، غلاف‌ها، در مركز قرار دهنده‌ها و جدا كننده‌ها مي‌باشد. غلاف يا روكش، لوله‌اي صاف يا موج داراست كه از فرسايش فولاد پيش كشيده در طول unbonded جلوگيري مي‌كند، در مركز قرار دهنده‌ها به منظور قرار دادن تاندون در مركز گمانه حفاري شده مي‌باشند تا دوغاب اطراف تاندون را فرا گيرد. براي چند المان تاندون از جدا كننده‌ها استفاده مي‌شود. دوغاب از سيمان پرتلند بوده و بر مبناي اختلاطي است كه قادر به عبور بار از تاندون به زمين باشد و نيز از فرسايش آن جلوگيري كند. مهارها با توجه به نحوه تزریقشان به چهار دسته تقسیم می­شوند:

۱- تزریق تحت وزن،

۲- تزریق تحت فشار،

۳- تزریق تاخیری(که به صورت مرحله ای و برای گسترش دادن بدنه تزریق می­باشد)،

۴- تزریق با عریض کردن مقطع. انواع مهارها به صورت شماتيك در شكل ۵ نشان داده شده‌اند.

 

 

 

شکل ۵

روش‌هاي حفاري در سنگ و خاك شامل، چرخشي، ضربه اي، چرخشي/ ضربه‌اي يا حفاري مته‌اي ميباشد. اطلاعات جزئي­تر در مورد اين روش‌ها ممكن است در Bruce (1989) يافت شوند. روش مورد استفاده حفر سوراخ براي مهار زميني معمولاً توسط پيمانكار انتخاب ميشود. انتخاب روشهاي حفاري ويژه با توجه به شرايط كلي سايت مطرح مي‌شود. زيرا مهندس ممكن است در روش حفاري محدوديت مكاني داشته باشد.

روش حفاري نبايد به درستي سازه‌ها نزديك محل مهار زميني يا روي سطح زمين اثر منفي بگذارد. در خاك و سنگ ناپايدار غلاف حفاري مورد استفاده قرار مي‌گيرد، براي تميز كردن گمانه حفر شده ار آب يا هوا استفاده مي‌شود. وقتي كه براي تميز كردن گمانه از جريان هوا استفاده ميشود بايد احتياط شود. فشار هواي اضافي ممكن است باعث انتقال آب زيرزميني و ريزدانه از گمانه حفر شده شود و پتانسيل فرو ريختن گمانه را زياد كند يا اينكه ممكن است منجر به تورم زمين شود.

• مصالح تاندون

هر دو نوع تاندون­‌هاي ميلگرد و سيمي در مهارها مورد استفاده قرار مي‌گيرند. مشخصات مصالح براي تاندون­هاي ميلگرد و سيمي به ترتيب در ASTMA416, ASTMA722 آورده شده است. تاندون­هاي ميلگرد در قطرهاي mm26 ، mm32 ، mm 36 ، mm 45 ، mm 64 موجود بوده و طول اتصال نيافته آنها به m18 هم ميرسد. يك تاندون ميلگرد با قطرmm64 مي‌تواند بار طراحي تا حدود KN 2077  را تحمل، براي طولهاي بزرگتر از ۱۸ متر و در جاهايي كه محدوديتي از نظر فضا وجود ندارد، با استفاده از متصل كننده‌ها مي‌توان طول تاندون را افزايش داد. تاندون­هاي رشته‌اي از ۷ لايه سيم تشكيل شده‌اند كه معمولاً قطر آن mm15 مي‌باشد. مهارهايي كه از چندين رشته استفاده ميكنند محدوديت‌اي از نظر بار يا طول مهار ندارند. به منظور كم كردن اثر دراز مدت اتلاف بار در مهار، فولاد تاندون خصوصيات انعطاف‌پذيري كمي دارد. از آنجائيكه تاندون هاي رشته اي در هر طولي ساخته مي‌شوند از اينرو در اين مهارها از اتصال دهنده بندرت استفاده مي‌شود. شكلهاي ۶ و ۷ به ترتيب مقطع عرضي تاندون­هاي ميلگرد و رشته‌اي را نشان مي‌دهد.

 

 

      شکل۶  

 شکل۷

دوغاب مهار براي مهارهاي خاك و سنگ يك دوغاب سيماني تميز كه عاري از مصالح ريزدانه است مي‌باشد، اگر چه براي قطرهاي بزرگ گمانه ممكن است از دوغاب ماسه- سيمان هم استفاده شود. دوغاب شن- ماسه- سيمان هم ممكن است براي تزريق مهار، بيرون تاندون در يك محفظه صورت گيرد. براي اينكه از يكنواختي مخلوط بين آب و دوغاب مطمئن باشيم از ميكسرهاي با سرعت بالا استفاده مي‌شود. نسبت وزني آب / سيمان (W/C)، ۴٫۰ تا ۵۵٫۰ و سيمان تيپ I ، مقاومت فشاري مينيمم ۲۱ مگاپاسكال را فراهم خواهد كرد. زاویه مهارها با افق ۱۰ تا ۳۰ درجه می­باشد، در شکل زیر این مهارها به صورت شماتیک نشان داده شده اند.

ب – دیوارهای شمع نگهبان

دیوارهای شمع نگهبان از انواع متداول سيستمهاي ديوار مهار شده هستند. در این سیستم‌ها از المانهای دیوار قائم ناپیوسته که فواصل ناپیوستگی توسط پوشش محافظ که به طور نمونه الوار چوبی می‌باشد استفاده می‌شود. همچنین مقاوم سازی ممکن است توسط شات کریت هم صورت گیرد. به طور کلی Lagging ، تخته های چوبی ای که به صورت فشاری عمل می کنند یا شات کریت مسلح که برروی سطح پاشیده می شود ، می باشد (شکل ۹). این سیستم‌های دیوار در انواع زمینها می‌توانند ساخته شوند، هرچند در زمینهایی نظیر خاکهای غیر چسبنده و رس نرم که ممکن است برای نصب پوشش محافظ محدودیت داشته باشند باید دقت لازم را به عمل آورد. این سیستم‌ها به میزان زیادی نفوذپذیر هستند. شمع های نگهبان معمولا ً در فواصل افقی ۱٫۵ تا ۳ متر به صورت جدا از هم قرار می گیرند. مهارها در فواصل قائم ۲ تا ۳٫۵ متر می باشند. برخی خاک ها نظیر ماسه های شل ، شن ها یا رس نرم ، که زمان ایستادن خاک خیلی کوتاهی داشته، به سرعت نیاز به حمایت شدن دارند. رویه ی دائمی هم به صورت بتن قالب گیری شده ی درجا و هم به صورت پانل های بتنی پیش ساخته که برروی دیوار متصل می شوند، می باشد.

 

 

 

شکل ۸

 

    شکل ۹

 

شمع نگهبان به دو صورت حفر کردنی و کوبیدنی اجرا می­شوددر حالت حفر شده، تیرهای فولادی نظیر مقاطع بال پهن یا مقاطع دوبل ممکن است در گمانه حفر شده قرار بگیرند و متعاقبا با بتن پر شوند پیشنهاد میشود که گمانه حفر شده با بتن ساختمانی یا رقیق، از کف گمانه تا سطح زیرین گودبرداری پر شود. انتخاب اینکه از بتن رقیق یا سازه­ای استفاده شود به نیازمندی­های ظرفیت قائم و جانبی قسمت مدفون شده دیوار بستگی دارد.گمانه باید از کف گودبرداری تا سطح زمین با بتن رقیق پر شود که متعاقبا در طی نصب lagging و مهاراز بین می­رود. ازآنجاییکه بتن سازه­ای برای نصب lagging به شدت سخت می­شود، استفاده از آن در این ناحیه توصیه نمی­شود. بتن رقیق شامل یک کیسه ۵۰ کیلویی از سیمان پرتلند در متر مکعب بتن می­باشد و مقاومت فشاری آن نیز از حدود ۱ مگاپاسکال تجاوز نمی­کند. مهارهای زمینی بین مقاطع فولادی سازه­ای نصب می­شوند و فاصله بین آنها به نوع مهار استفاده شده بستگی دارد. قطر گمانه حفر شده برای شمعهای نگهبان به شکل سازه­ای و قطر مهار بستگی دارد. مزیت های گمانه ی از پیش حفر شده به صورت زیر می باشد :

– بتن در سطح تماس شمع با خاک نقش حفاظت در مقابل فرسایش طولانی مدت را ایفا می کند.

– تنظیم کردن شمع ها به صورت قائم ، قبل از بتن ریزی می تواند صورت گیرد. بنابراین این نوع شمع های نگهبان در بسیاری از موارد ، نسبت به شمع های نگهبان راندنی مناسب تر می باشند .

در حالت کوبیدنی تیرهای فولادی نظیر تیرهای HP شکل یا شمع­های صفحه­ای فولادی برای شمعهای نگهبان راندنی مورد استفاده قرار می­گیرند، که باید بدون آسیب دیدگی عمده تا عمق مدفون شدگی نهایی مطلوب نفوذ کنند و به همین منظور از فولاد با مقاومت بالا استفاده می­شود. برای بهبود توانایی نفوذ شمعها در لایه­های سخت ممکن است از کفشکی در سرشان استفاده شود.

• مراحل ساخت

مراحل ساخت یک دیوار شمع نگهبان دائمی در شکل ۵-۱۰ نشان داده شده است. مرحله اول ساخت، شامل نصب شمعها از سطح زمین به تراز نهایی طراحی­شان می­باشد. شمعهای نگهبان ممکن است میله­های فولادی یا میله­های حفر شده باشند. اگر چه میله­های حفر شده به ندرت در ترکیب با تخته­های چوبی مورد استفاده قرار می­گیرند.

• نصب lagging

بعد از نصب شمعها خاک جلوی دیوار برداشته می­شود، و بدنبال آن نصب lagging صورت می­گیرد.معمولا برای نصب lagging  در هر مرحله ۱٫۲ تا ۱٫۵ متر گودبرداری صورت می­گیرد.هر چند در زمین­هایی که از نظر زمان ایستادن محدودیت دارند ممکن است ضخامت­های برداشت خاک کمتر باشد.به منظور مینیمم کردن فرسایش مصالح داخل گود، lagging باید از بالا تا پایین گودبرداری قرار گیرد. قبل از نصب lagging خاک رویه باید برداشته شود و یک سطح صاف برای تماس با lagging ایجاد گردد. قبل از نصب مرحله بعدی lagging یک جدا کننده یا حایل در بالای تخته lagging و در هر انتهای آن کوبیده می­شود. این حایل فضایی را به منظور زهکشی بین تخته­های مجاور به طور قائم ایجاد می­کند، اندازه این فضا برای ایجاد زهکشی باید کافی باشد.

 

 

                                                                                        شکل ۱۰

 

نصب بالا تا پایین lagging ادامه پیدا می­کند تا اینکه گودبرداری به تراز تقریبی ۰٫۶ متر در زیر تراز طراحی مهار زمینی برسد.در این نقطه گودبرداری متوقف شده و مهارها نصب می­شود. مهار با استفاده از روش­های مناسب حفاری و تزریق نصب می­شود. وقتی دوغاب تزریق شده به مقاومت مناسبی رسید مهار تحت آزمایش قرار گرفته و سپس در یک بار مناسب قفل ­شده و تحت پیش تنیدگی قرار می گیرد. گودبرداری و نصب lagging ادامه پیدا می­کند تا اینکه به تراز مهار بعدی برسیم و مهار نصب می­شود.این سیکل گودبرداری، نصب lagging و نصب مهار ادامه می­یابد تا اینکه به عمق نهایی گودبرداری برسیم. در برخی موقعیت­ها به جای تخته­های چوبی استفاده از شات­کریت می­تواند موثر باشد اما از آنجایی که شات­کریت نفوذپذیری کمی دارد از سیستم زهکشی در پشت آن باید استفاده شود.در دیوارهای دایمی معمولا یک رویه بتنی نصب می­شود که این رویه بتنی هم می­تواند به صورت پیش ساخته بوده و هم به صورت قالب گیری و بتن ریزی در محل ایجاد گردد. در شکل زیر مثالهایی ازدیوارهای حائل شمع نگهبان نشان داده شده اند.

 

 

                                                                                      شکل ۵-۱۱

• مزایا ی روش

۱- طراح ژئوتکنیک طوری دیوار را طراحی می کند که فشار قابل تحمل دیوار بیش از فشاری باشد که دیوار در حالت سرویس تحمل می کند.

۲- هزینه شمع های نگهبان از دیوارهای حائل متداول برای گودهای عمیق کمتر است .

۳- بعد از ساخت سازه اصلی در گود، به آسانی قابل تخریب هستند.

• معایب روش

۱- ساخت دیوار ، دسترسی داشتن به تجهیزات سنگین و فضای کافی برای مانورپذیری در محل را نیاز دارد.

۲- مشکل بودن ساخت سیستم زهکشی

۳- مشکل بودن ساخت برای خاکهای دانه ای غیر چسبنده و رسهای نرم

 

ج- دیوارهای نیلینگ

نیلینگ یک تکنیک تقویت می باشد که در آن میلگردهای موازی ، برای بهبود پایداری ، برروی سطح یک شیب یا برش قائم نصب می شوند. این روش از سال ۱۹۸۰ تا به امروز به سرعت گسترش پیدا کرده است. با تعبيه كردن عناصر تسليح در خاك كه قابليت تحمل برش و كشش را دارند، مي توان مقاومت كششي خاك را كه در نبود اين عناصر بسيار ضعيف مي‌باشد تقويت نمود. در اين روش گودبرداري به صورت مرحله‌اي و از بالا به پايين انجام مي‌شود. در هر مرحله به كمك دستگاههاي حفاري ويژه‌اي سوراخهايي به قطر ۱۰ تا ۱۵ سانتيمتر به صورت مايل درون جداره گود ايجاد مي‌شود سپس درون سوراخ عنصر تسليح همراه با تزرريق دوغاب قرار مي‌گيرد. بعد از گيرش بتن كابلهاي مذكور توسط جكهايي كشيده شده و با اتصالات ويژه‌اي در جدار گود مهار مي‌شوند سپس مرحله بعدي حفاري آغاز مي شود. مقداري كه در هر مرحله خاكبرداري مي شود، بستگي به نوع خاك و فاصله سوراخها دارد و معمولاً دو تا سه متر مي باشد. دو روش ديگر براي نصب ميخها وجود دارد كه در ذيل در مورد آنها شرح داده مي‌شود:

– نیل های (ميخهای) كوبشي:

ميخهاي كوبشي داراي قطر كم (از ۱۵ تا ۴۶ ميليمتر) و از جنس فولاد نرمي با مقاومت تسليم Mpa 350 مي باشند كه توسط چكشهاي لرزه‌اي بادي يا هيدروليكي درون خاك شليك مي شوند و نيازي به حفاري اوليه ندارند. در صورت مناسب بودن وضع خاكريز نصب و اجراي اين ميخها سريع و ارزان مي باشد.

– ميخهاي Jet grouted:

روش نصب بصورت تركيبي از خاك و دوغاب به همراه يك ميله فلزي با قطر حداكثر ۳۰ تا ۴۰ سانتيمتر درون آن مي باند اين تكنيك بر اساس كوبش ميله به وسيله چكشهاي لرزه‌اي و انجام عمليات و افزايش چشمگير مقاومت از جا درآمدگي ميخ مي‌گردد.

گل میخ ها مقاومت کششی فراهم می کنند و بیش از تمام طولشان در کشش می باشند (شکل ۱۲ ) . برای یک برش قائم با سطح افقی، طول گل میخ معمولا ً ۶۰%تا ۱۰۰% ارتفاع دیوار می باشد ، که به شرایط خاک و فواصل ۲ متری مرکزها به طور قائم و ۱٫۵ تا ۲٫۵ متری مرکزها به طور افقی بستگی دارد. میخ کوبی که برای شیب های دائمی مورد استفاده قرار می گیرد ، همانند مهارهای خاک به مقاوم شدن در مقابل خوردگی نیاز دارد. دیوارهای میخ کوبی نسبت به دیوارهای شمع نگهبان در عمق کمتری زیر سطح نهایی گود قرار می گیرند ، که برای محل هایی که سنگ بستر نزدیک کف گود قرار دارد ، مناسب می باشند.

 

 

                                                                          شکل ۱۲

 

• مزايای روش:

۱- سهولت و سرعت زياد در امر اجرا

۲- كاهش حجم ديوار مسلح بتني كه به عنوان حايل به صورت دائم ساخته مي‌شود.

۳- كاهش اتلاف مصالح حين ساخت و سهولت اجرا و در نتيجه كاربرد بسيار ساده اين روش در مناطق شهري.

۴- با توجه به اينكه ميخها پيش كشيده نيستند اجراي ميخكوبي در داخل خاك سريع مي‌باشد و ديوار نما كه معمولاً شاتكريت مي شود سريع و ارزان تمام مي گردد.

۵- سبكتر، كوچكتر و در نتيجه ارزانتر بودن دستگاههاي مورد نياز جهت سوراخ كردن خاك و يا تزريق، نسبت به ساير دستگاههاي به كار گرفته شده در سيستم‌هاي مهار.

۶- در سيستم ميخ كوبي خاك، فاصله ميخها از يكديگر نسبت به سيستم مهار خاك، بسيار كمتر مي باشد و از اين رو با از جا درآمدن يك يا چند ميخ از داخل خاك، امكان انتقال بار به ميخهاي ديگر به مراتب بيشتر از سيستم مهاري مي باشد.

۷- در مورد خاكهاي ناهمگن با دانه‌هاي درشت نظحير خاكهاي متراكم با سنگهاي هوازده، سوراخ كردن به قطر كوچك به مراتب راحتر و ارزانتر از شمعهاي نگهبان و كش مهارها مي‌باشد.

مزیت های نسبی دیوارهای میخ کوبی در مقایسه با ساخت دیوارهای شمع نگهبان به صورت زیر می باشند :

• برای میخ کوبی در یک زمین مناسب، هزینه ی ساخت حدود ۱۰% تا ۳۰% کمتر می باشد.
• تجهیزات کوچکترند و به راحتی حرکت می کنند ، پروسه ی ساخت هم در سایتهای مشکل، ساده تر می باشد.
• سازه ی تکمیل شده سازگاری بیشتری با اختلاف نشستهاو نشستهای کلی دارد.
• دیوارهای میخ کوبی برای موقعیت های غیرعادی می توانند مورد استفاده قرار بگیرند.
• در طی ساخت و برای دوری از تخته سنگ، شمع و سایر مشاهدات پیش بینی نشده، می توان طراحی را اصلاح و بهینه کرد.
• معايب و محدوديتهاي روش

۱- مشكل بودن ساخت سيستم زهكشي مناسب در خاكهاي ريزدانه.

۲- به كار گرفته نشدن ظرفيت از جادرآمدگي مصالح تسليح به طور كامل و اقتصادي در خاكهاي چسبنده نرم.

۳- براي عمل كردن اين سيستم بايستي خاك تغيير مكان جانبي مناسبي داشته باشد لذا در مناطق شهري بايستي فاصله مورد نياز بين توده ميخ كوبي شده و سازه مجاور آن حفظ شود.

۴- همچنان مشكلات حقوقي اين روش در مناطق شهري حل نشده است.

محدودیت های اصلی دیوارهای میخ کوبی این است که آن ها به خاک های نسبتا ً مناسبی با چسبندگی قابل قبول و فقدان آب زیرزمینی آزاد در خاک نیاز دارند. برخی از این محدویت ها به قرار زیر می باشند:

۱- خاک های نامناسب که شامل رس های نرم ، ماسه های شل و شن ها (عدد SPT کمتر از ۱۰) ، ماسه ها و شن های آبدار ، خاک های ارگانیک ، نهشته هایی مثل ، انباشته های سنگی و لای های مستعد یخ زدن ، رس ها در طی طراحی ، نیاز به ارزیابی با دقت زیادی می باشند.

-۲ زمان ایستادن خاک: یک شیب خاکی باید قادر باشد که در یک برش قائم با ارتفاع ۱ تا ۲ متر و قبل از نصب میخ ها به صورت پایدار باقی بماند. مشکلات در مورد زمان ایستادن معمولا ً نزدیک سطح زمین بکر ، جایی که ممکن است انباشته شل ، تاسیسات مدفون یا زمین های نرم شده ی محلی هستند ، پیش بیاید .

۳- سطح آب: میخ کوبی در بالای تراز آب انجام می گیرد ، اگرچه در طی ساخت زهکش ها در رویه ی شیب نصب می شوند ، هر نشستی در طی ساخت دردسر ساز می شود و باید از آن دوری کرد. آب زائد سطحی نیز قبل از اینکه به دیوار میخ کوبی برسد باید قطع شود و هر آب جمع شده ای باید به سرعت تخلیه شود. آب منجمد شده می تواند به رویه ی شات کریت شده آسیب بزند و به علت انبساط خاک بارهای اضافی به صفحه ی مهار وارد سازد.

نگرانی های دیگری که برای ساخت میخ کوبی به خصوص در مناطق شهری وجود دارند ، عبارتند از :

• ممکن است گل میخ ها با تاسیسات تداخل داشته باشند.
• حرکات افقی غیر قابل قبول ممکن است بر روی سازه های مجاور تاثیر بگذارند.
• ممکن است رویه ی شات کریت شده با گذشت زمان خراب شود.

 

• بارگذاری کششی گل میخ ها

آنالیزهای نظری و اندازه گیری های صحرایی نشان می دهند که در یک گل میخ نفوذ کرده ی درون شیب ، نیروی کششی از ابتدای آن که بر رویه قرار گرفته به تدریج افزایش می یابد تا اینکه به یک مقدار ماکزیمم برسد ، سپس در فواصل دورتر از رویه کاهش می یابد (شکل ۱۲ ). مکان هندسی کشش ماکزیمم ، یک سطح منحنی شکلی را تعریف می کند که از سطح زمین در پشت دیوار در نقطه ی A گسترش پیدا می کند و به پنجه ی شیب در نقطه ی B می رسد. برای یک گود با شیب قائم و پشت شیب افقی ، با ارتفاع H ، سطح منحنی AB در یک فاصله یAC پشت دیوار که حدود H 0.3 تا H0.35 می باشد ، به زمین می رسد. این سطح منحنی ، ناحیه ی محرک را از ناحیه ی مقاوم در پشت آن جدا می کند.

همانطوریکه پروسه ی گودبرداری پیش می رود ، کشش در میخ هم به تدریج گسترش پیدا می کند. از این رو میخ های نزدیک کف دیوار بارکمتری را نسبت به جاهای دیگر تحمل می کنند (شکل ۱۲ ).

• ساخت دیوارهای نیلینگ تزریق شده

مراحل نصب گل میخ ها در (شکل ۱۳) نشان داده شده اند ، روش ۶ مرحله ای ساخت دیوار به صورت زیر می باشد:

• یک برش قائم با ارتفاع ۱ تا ۲ متر درون زمین ساخته می شود. ارتفاع گود به وسیله ی فاصله ی طراحی نیل ها و توانایی ایستادنِ خاک تعیین می شود.
• یک گمانه با قطر ۱۰ تا ۳۰ سانتیمتر، درون شیب و با زاویه ی ۱۰ تا ۲۰ درجه نسبت به افق ایجاد می گردد ، سوراخ شیبدار تزریق دوغاب را با وزن یا فشار کم آسان می سازد. برای این منظور گونه های زیادی از تجهیزات حفاری مورد استفاده قرار می گیرند.
• یک میلگرد فولادی با قطر ۱۶ تا ۳۶ میلی متر در گمانه قرار می گیرد ، در مرکز قرار دهنده ، یک فضایی را که حداقل ۳٫۷۵ سانتیمتر می باشد بین میلگرد و اطراف گمانه نگه می دارد. روش تزریق از کف به بالا می باشد. برای تزریق از دوغاب سیمان تمیز با نسبت آب به سیمان ۰٫۴ تا ۰٫۵٫۱۹۹۶) Byrne Et al) ، یا دوغاب ماسه – سیمان در قطرهای بزرگتر گمانه استفاده می شود. دوغاب برای به دست آوردن مقاومت فشاری مینیمم kg/cm²240 در۷ روز باید طراحی شود. فواصل قائم و افقی گل میخ ها مقداری از ۱ تا ۵ متر می باشد. فواصل افقی برای فراهم کردن یک طراحی موثر معمولا ًاز ۱٫۵ تا ۲٫۵ متر می باشد. طرح نیلینگ معمولا ً یک شبکه ی مربع شکل می باشد. این امر نصب زهکش های نواری را از میان خطوط قائم بین میخ ها آسان می سازد.
• زهکش های قائم پیش ساخته (PV) ،برای جمع آوری نشست های کم در رویه ی خاک بدون محافظ به کار می روند. عرض نوارهای قائم ۳۰ یا ۴۰ سانتیمتر می باشد که در بین خطوط میخ ها قرار می گیرند. یک لایه ی اولیه ی شات کریت که ۱۰ تا ۱۵ سانتیمتر ضخامت دارد برروی سطح قائم اسپری می شود، از یک شبکه تقویت سیمی جوشکاری شده (به شکل های ۱۴ و ۱۶ نگاه کنید) به عنوان روکش کار استفاده می شود. انتهای بیرونی هر میخ به صفحه ی مهاری پیچ می شود. یک بار کم که حدود ۱۰% بار طراحی می باشد به پیچ ها اعمال می شود تا اینکه صفحه برروی رویه ی شات کریت به خوبی بنشیند.

 

 شکل ۱۳

 

• سطح گودبرداری ۱٫۵ تا ۲ متر دیگر پائین برده می شود و مراحل ۱ نا ۴ تکرار شده و ردیف دیگری از نیل ها نصب می شوند. این روش ساخت تا کف دیوار ادامه می یابد. قبل از رفتن به مرحله ی بعدی باید ۳ تا ۴ روز اجازه داد تا دوغاب مقاوم شود و بعد از آن مرحله ی بعدی گودبرداری را آغاز کرد.
• برای سازه های دائمی ، بک رویه ی بتن قالب گیری شده ی درجا به منظور سخت کردن دیوار از نظر سازه ای و روکش کردن صفحات مهار میخ به طور دائمی به کار می رود. برای سازه های موقت ، رویه ی بیرونی (در صورت نیاز ) از یک لایه ی دوم شات کریت مسلح استفاده می شود. ضخامت کلی دیوار دائمی کامل شده معمولا ۲۵ سانتیمتر می­باشد.

 

شکل ۱۴

 

در شکلهای زیر نمونه هایی از اجرای دیوارهای نیلینگ نشان داده شده است.                                                          

 

 شکل ۱۵

 

• حرکات جانبی

گل میخ ها باید به سرعت نصب شوند تا پیش آمدگی خاک در طی ساخت را تا حد امکان کمتر و جلوی حرکات

جانبی در رویه ی خاک را بگیرند. برای بسیج مقاومت Pull Out ، تغییر مکان نسبی ۱ تا ۵ میلی متر نیاز می­باشد. مشاهدات محلی نشان می دهند که ماکزیمم حرکات به سمت بیرون دیوارهای نیلینگ در بالای رویه ی دیوار رخ می دهند. حرکات افقی و قائم در بالای دیوار از حدود ۰٫۱% ارتفاع دیوار H در خاک های سخت و سنگ های هوازده تا  ۰٫۳%H برای خاک های رسی می باشد.

 

• اتصال گل میخ با دیوار

دو روش برای ایجاد ارتباط وجود دارد (شکل ۱۶) . برای دیوارهای موقت ، صفحه ی مهاری فولادی با استفاده از یک پیچ و واشر برروی رویه ی شات کریت قرار می گیرد. (شکل  a-16 ) برای دیوارهای دائمی صفحه درون دیوار مدفون می شود و مقاومت در برابر برش سوراخ کننده ، از طریق یک اتصال Headed-Stud  به دست می آید. در (شکل c-16) یک رویه ی شات کریت نازک اولیه ساخته شده است. بعد از اینکه صفحه ی باربر به آن پیچ شد ، Headed-Stud   ها مقاومت برش سوراخ کننده را به درون رویه ی بتنی دائمی گسترش می دهند.

 

 

   شکل ۱۶

 

د- سپرها

يكي از روشهاي گودبرداري جدا كردن ناحيه گودبرداري از محيط اطراف، کوبش سپرها مي‌باشد، به نحوي كه ابتدا سپرها تا عمقي معلوم كوبيده شده و سپس خاك جلوي سپر برداشته مي‌شوند و چنانچه اين كار در مناطق شهري صورت گيرد معمولاً در دو طرف گود سپركوبي انجام مي‌شود و اگر فاصله سپرهاي روبروي هم كم باشد بالاي سپرها با تيرهايي بهم متصل مي‌شوند. سپرها و ديوارهاي جداكننده از ديرباز به عنوان دو رقيب براي هم مطرح بوده‌اند با توجه به اينكه كوبيدن سپرها همراه با ايجاد لرزش و سر وصدا مي‌باشد، در شهرها بيشتر از ديوارهاي جدا كننده استفاده مي‌شود و سپرها بيشتر در محوطه‌هاي دريايي و رودخانه‌ها مورد استفاده قرار مي‌گيرند سپرها مي‌توانند چوبي، بتني يا فلزي باشند. سپرها معمولا در سیستم­های حفاظتی موقتی مورد استفاده قرار می­گیرد.این نوع دیوار به طور مناسبی در ساخت­های زیر زمینی مورد استفاده قرار می­گیرد، و به طور کلی از فاکتورهای زیر تاثیر می­پذیرد.

• شرایط خاک و سهولت نصب شمع

خاک زیرین باید به سپر اجازه دهد که به راحتی درون آن رانده شود که مقادیر N در آزمایش نفوذ استاندارد  باید کمتر از ۵۰ ­باشد، و اگر جز این باشد رسیدن به نفوذ مورد نیاز مشکل می­باشد. انتخاب سپر به نیازمندی­های مقاومت خمشی و مقاومت کوبشی برای راندن درون زمین بستگی دارد. راندن سپر در خاک­های ماسه­ای شل منجر به نشست در زمین مجاور می­گردد.

• آب بندی

به علت پيوستگي نسبي اين سيستم‌هاي ديوار فشار آب در پشت ديوار بايد در طراحي مطرح شود. در مواردي كه سپر بايد در مقابل نيروهاي هيدرواستاتيك دائمي مقاومت كند، در محل اتصال ديوار و مهار با زمين يك اتصال ضد نفوذ آب بايد ايجاد گردد. اگر اختلاف در هد هیدرولیکی وجود اشته باشد، انتظار میرود که برخی نشت­ها از میان قفل و بست­ سپر های فولادی عبور کنند.

• توانایی بیرون کشیدن سپرهای موقتی پس از استفاده

اگر مجاز به در آوردن ِ سپرهای فولادی باشیم، بسیار اقتصادی می­باشد.

سپرها را به سه طريق مي توان اجرا كرد:

۱- كوبيدن

۲- تغيير دادن مشخصات زمين

۳- حفاري

به لحاظ اجرايي از هيچ يك از روشهاي فوق نمي‌توان در مناطق محدود شهري جهت گودبرداري در كنار يك ساختمان بهره برد، زيرا در روش اول فضاي محدود امكان كوبيدن سپر در منتهي‌اليه ديوار همسايه را به دستگاه لرزاننده نمي‌دهد، همچنين سر وصداي زياد و درشت دانه بودن خاك عملاً اجراي آنرا غير ممكن مي‌سازد. در روش دوم زمين با لرزاندن يا با فشار آب نرم مي‌گردد تا سپر به آساني در خاك فرو رود (زمينهاي دانه‌اي) بدليل آنكه عمليات اجرايي در نزديك پي همسايه انجام مي‌گيرد، سست كردن خاك با اضافه كردن آب خود باعث نشست پي‌هاي مجاور مي‌شود. دیوارهای سپرکوبی بوسیله راندن مقاطع پیش ساخته درون زمین ساخته می­شوند. شرایط خاک ممکن است به مقاطع این اجازه را بدهد که به جای رانده شدن توسط چکش، درون زمین ویبره شوند. یک دیوار کامل توسط اتصال مفاصل مقاطع سپرهای مجاور هم در نصب­های متوالی شکل می­گیرد.دیوارهای سپرکوبی با به کار بردن مقطع کامل مقاومت سازه­ای را فراهم می­کنند. در شکل­ ۱۷ نمونه­ای از دیوار سپرکوبی ومقطع نوعی از آن نشان داده شده است.

شکل ۱۷

 

در گودبرداریهای عمیق معمولا از سپرهای فولادی استفاده می­شود، گرچه سپرهای بتنی مسلح شده هم به صورت موفقیت آمیزی مورد استفاده قرار می­گیرند. سپرهای فولادی به علت مزیت­های بیشتری که نسبت به سایر مصالح دارند بیشتر مورد استفاده قرار می­گیرند.

• مزایای روش

۱ – فراهم کردن مقاومت بالا برای تنشهای کوبشی

۲ – وزن کم

۳ – استفاده مجدد در چند پروژه دیگر

۴ – عمر سرویس طولانی در بالا یا پایین آب با حفاظت نسبتا کم

۵ – آسانی درست کردن طول شمع بوسیله جوشکاری یا پیچ کردن

۶ – تغییر شکل کمتر اتصالات در طی راندن

• معایب روش

۱ – مقاطع به عنوان قسمتی از سازه دائمی به ندرت مورد استفاده قرار می­گیرند.

۲ – در خاک دارای تخته سنگ، نصب سپرها مشکل می­باشد، در چنین مواردی رسیدن به عمق مناسب دیوار ممکن نمی­باشد.

۳ – شکل گودبرداری بوسیله مقطع سپر و المان­های متصل کننده دیکته می­شود

۴ – راندن سپر ممکن است موجب اختلال در همسایگی شود

۵ – به علت ارتعاشات ناشی از نصب امکان وقوع نشست در سازه­های مجاور وجود دارد.

۶ – سپرهاي استاندارد در كشور توليد نمي شوند و از نظر اقتصادي مقرون به صرفه نيستند.

۷ – در سپرها به لحاظ مسأله كمانش در سپرها و هم مشكل غلبه بر اصطكاك جداره سپر براي كوبش در اعماق زياد، محدوديت عمق وجود دارد.

• مراحل نصب سپرها

۱ – موقعیت سپر

تیر راهنمای قرار داده شده روی زمین برای نمایش موقعیت سپر می­باشد

۲ – نصب سپر اول

دستگاه شمع­کوب ، سپر اول را بلند کرده و آنرا درون زمین می­راند، حدود یک متر از طول سپر در بالای زمین باقی گذاشته می­شود

۳ – نصب سپر دوم

دستگاه شمع­کوب ، سپر دوم را درون زمین رانده و سپر اول و دوم به هم قفل می­شوند.

۴ – تکرار مراحل

مراحل ۲ و۳ تکرار می­شوند تا اینکه نصب سپرها در طول تیر راهنما تکمیل شود.

۵ – گسترش سپرها

مجموعه اول سپرهای نصب شده طول بلندی برای رسیدن به عمق مورد نیاز در زمین را ندارند، از این رو گسترش سپرها مورد نیاز می­باشد.این عمل بوسیله جوش دادن سپردوم با سپر اول که قبلا درون زمین رانده شده بود انجام می­گیرد و این مجموعه به درون زمین رانده می­شود.

• اقدامات ایمنی

مهندسان حرفه­ای و اشخاص دارای صلاحیت برای اطمینان حاصل کردن از درستی و ایمنی روش نصب، قبل از اینکه گودبرداری از ترازی به تراز دیگر برود، به انجام دادن بررسی­های دقیق بر روی سازه­های موقتی متعهد می­شوند. به علاوه، مهندسان گیج­های متنوع تنش و کرنش نصب شده بر روی سازه­های موقتی در یک مبنای معین را که بوسیله مهندسان طراح درمحدوده قابل قبولی قرار می­گیرندرا مانیتور می­کنند.به علاوه ابزارها به صورت گسترده­ای، برای مانیتور کردن لرزش­ها، حرکات زمین و غیره ، در مجاورت محل ساخت نصب می­شوند. بنابراین مهندسان همیشه در فکر تاثیر شدید این ساخت وساز بر روی ساختمان­های اطراف و اطمینان حاصل کردن از ایمن بودن آنها می­باشند.