عملیات خاکی و گودبرداری وخاکبرداری

در سالهای اخیر با افزايش تراكم و تعداد طبقات ساختمانها و نياز به تأمين پاركينگ در ساختمان ها عمق گودبرداري وخاکبرداری ساختمان ها در حد بسیار زیادی افزایش پیدا کرده است اما هنوز در برخی از پروژه های خاکبرداری ساختمان ها از همان روش هاي سنتي كه در گودبرداری های كم عمق گذشته استفاده مي شده ، استفاده ميگردد. متأسفانه بسياري فكر مي كنند كه به كاربردن موارد ايمني لازم در گودبرداري و خاکبرداری ساختمان ها هزينه و زمان بيهوده اي را به كار اضافه ميكند، در حاليكه گودبرداري و خاکبرداری ساختمان ها جزء موارد بسیار پيچيده و بسيار خطرناك مهندسي محسوب مي شود و به ويژه در خاکبرداری ساختمان با عمقهای زیاد بیش از ۸ متر نيازمند بررسيهاي دقیق تر و نظارت و صرف وقت و هزينه قابل ملاحظه اي است تا جان و مال همسایگان به واسطه گودبرداری عمیق به خطر نيفتد . با اين حال عدم آشنايي برخی کارفرمایان و سازندگان و مجریان به اصول فني و یا سهل انگاري منجر به ايجاد حادثه ميگردد. بايد توجه داشت كه اگر ديوار پروژه گودبرداري وخاکبرداری ساختمان ها بلافاصله پس از خاكبرداري پايدار بماند هيچ دليلي ندارد كه در روزهاي بعد يا حتي ساعات بعد هم اين پايداري باقی بماند در واقع هر نوع خاکی بر اساس مشخصات مقاومتی خود یک زمان خود ایستایی را دارد stand up time که ممکن است در آن زمان ایستا و پایدار بماند و لیکن با از دست رفتن تدریجی مقاومت خاک گسیختگی و فرو ریزش برای توده خاک اتفاق می افتد . در نتيجه انجام خاکبرداری ساختمان ها بايد به روشهاي فني و با رعايت اصول مهندسي و ايمني انجام گیرد و در صورت نیاز حفاظت كافی گودبرداری به روش سازه نگهبان فلزی خرپایی و یا نیلینگ و انکراژ و شمع بتنی و .. انجام بگيرد

.

خاک مسلح تسمه ای و خاک مسلح ژئوگریدی

خاک مسلح عبارت است از مجموعه خاک و المانهاییکه به ‌صورت نوارهای افقی ( تسمه فلزی و یا پلیمری ) و یا سطحی ( ژئوگرید ) در خاک قرار می‌گیرند و پوسته که بتنی پنلی یا بلوکهای کوچک سیمانی است و نمای خاک مسلح را تشکیل می‌دهند. در خاک مسلح نیروهای برشی موجود در توده خاک به‌وسیله اصطکاک، به تسمه های و یا ژئوگریدها منتقل میشود و این المانها که تحمل کشش بالایی دارند تحت کشش قرار می‌گیرند. و بدین ترتیب نیروی گسیختگی خاک به عناصر مسلح کننده منتقل می شود . امروزه خاک مسلح دامنه کاربردی بسیار وسیعی در صنعت پل سازی و پایه پل‌ها ، دیوار بزرگراه‌ها و جاده‌ها ، خطوط راه‌آهن ، دیوارهای مناطق کوهستانی و ... پیدا کرده است .

مقايسه خاک مسلح MSE WALLبا ساير سيستم‌های معمول ديوار حايل
• امكان اجرای سريع و ساده خاك مسلح بخصوص با استفاده از امكانات پيش ساختگی وجود دارد.
ا هزينه‌ها در مقايسه با ساير سيستم‌های معمول ديوار حايل كاهش می‌يابد.
• تطابق پذيری آن بالاست و امكان اجرا در انواع شيب‌ها و با شرايط مختلف خاک وجود دارد.
• وجود المان‌های پوسته امكان ايجاد بيشترين هماهنگی بين سازه و محيط اطراف را به طراح می‌دهد.
• انعطاف پذيری و تغييرشكل پذيری نسبتاً بالای خاک مسلح امكان تحمل نشست‌های زياد را فراهم می‌آورد.
‌مشكل اصلی خاک مسلح پديده خوردگی المان‌های مسلح كننده در خاک است. بنابراين در طراحی و اجرای خاک مسلح بايد توجه خاصی به دوام و پايايی مصالح المان‌های مسلح كننده در خاك داشت. در مجموع تجربه‌های حاصل از اجرای نمونه‌های مختلف خاک مسلح بيانگر كارايی مناسب آن برای موارد زير است:
• ديوارهای خاک مسلح MSE WALL در جاده‌های كوهستانی كه بر روی بسترهای ضعيف‌ يا شيب‌های ناپايدار اجرا شده‌اند.
• ديوارهای خاک مسلح MSE WALL برای آزادراه‌ها كه در آنها اجرای سريع و هزينه پايين اهميت بسياری دارد.
• ديوارهای خاک مسلح MSE WALL در اطراف خطوط راه آهن كه برای آنها مقاومت بالا در مقابل ارتعاش مدنظر است.
• ديوارهای خاک مسلح MSE WALL به عنوان ديوارهای ساحلی به دليل مقاومت خوب آنها در مقابل ضربات امواج و فرسايش ناشی از آن.
مشخصات اجزای تشكيل دهنده خاک مسلح عبارتند از :
• خاكريز
• الما‌ن‌های مسلح كننده
• الما‌ن‌های پوسته
برای افزايش كارايی خاک مسلح بايد توجه خاصی به ويژگی‌های خاكريز داشت. ويژگی‌های مهم در اين مورد به شرح زیر است.
• پايداری خاكريز در درازمدت و كوتاه مدت
• خواص مكانيكی خاك (چسبندگی و اصطكاك داخلی)
• خواص شيميايی (مسائل دوام و پايداری، خوردگی عناصر مسلح كننده)
در مورد خاک‌های دانه‌ای و خاک‌های چسبنده بايد به موارد زير به هنگام انتخاب خاكريز برای خاک مسلح توجه داشت. انتخاب خاک‌های دانه‌ای متراكم شده كه به هنگام اعمال نيروی برشی دچار افزايش حجم می‌شوند، مناسبتر هستند. در خاک‌های دانه‌ای خوب زهكشی شده، تنش مؤثر عمودی پس از اجرای هر لايه خاكريز سريعاً بين خاكريز و المان‌های مسلح كننده منتقل می‌شود و كاهش مقاومت برشی با بارگذاری قائم بدون تأخير فاز صورت می‌گيرد. در محدوده بارهای معمول خاک مسلح اين خاك‌ها رفتاری الاستيک از خود نشان می‌دهند، در نتيجه پديده تغيير شكل پسماند (پس از اجرا) در آن رخ نمی‌دهد.از سوی ديگر در خاک‌های ريزدانه كه معمولاً خوب زهكشی نمی‌شوند، تنش مؤثر سريعاً منتقل نمی‌شود و در نتيجه ضريب ايمنی زمان اجرا بسيار كاهش می‌يابد. علاوه بر آن به دليل وجود رفتار الاستو پلاستيك يا پلاستيك در اين خا‌ک‌ها احتمال رخداد تغييرشكل پسماند (پس از اجرا) وجود دارد. از سويی در اين خاک‌ها المان‌های مسلح كننده با تنش بالا، مستعد پديده خزش هستند و خوردگی در آنها بيشتر ديده می‌شود. بر اساس اين موارد استفاده از خاک‌های ريزدانه برای خاكريزی دیوار خاک مسلح مناسب نيستند.
عناصر و المانهای مسلح کننده خاک مسلح برای انتقال نيرو از ناحيه محرک به ناحيه مقاوم هستند. اين عناصر بايد پيوستگی و اصطكاک مناسبی با مصالح خاكريز داشته، دوام و پايايی آنها مناسب، و دارای شكل پذيری زياد در هنگام گسيختگی باشند. ميزان وادادگی آنها تحت تنش‌های كششی بايد كم باشد. بر اين اساس موادی كه با موفقيت در مسلح سازی انواع سازه‌های مهندسی به كار رفته‌اند عبارتند از فولاد گالوانيزه، آلياژ آلومينيوم منيزيم، فولاد ضد زنگ‌، و مواد پليمری.
عناصر مسلح كننده غيرفلزی معمولاً از پليمرها ساخته می‌شوند، البته استفاده از ژئوسينتتيك‌ها (نظير ژئوتكستايل، ژئوگريد و ژئوكامپوزيت) هم معمول است. اين المان‌ها معمولاً ضعيفتر از المان‌های مشابه فلزی هستند و دچار خوردگی نمی‌شوند. اما توسط عوامل ديگر مورد حمله قرار می‌گيرند و پديده خزش معمولاً در مورد اين مواد از اهميت بسياری برخوردار است.
عناصر و المانهای پوسته در واقع پوششی برای خاک مسلح هستند و عملكرد اصلی آنها جلوگيری از ريزش خاک بين الما‌ن‌های مسلح كننده است. اين اجزا برای جلوگيری از فرسايش سطحی و ايجاد يک نمای مناسب استفاده می‌شوند. خاک مسلح به دليل انعطاف پذيری بالای آن در بسياری موارد بر روی خاکهای نرم كه نشست بسياری در آنها رخ می‌دهد اجرا می‌شوند. بر اين اساس المان پوسته هم بايد انعطاف پذيری لازم را داشته باشد. بيشترين نوع المان‌های پوسته كه معمولاً مورد استفاده قرار می‌گيرند، شامل موارد زیر است:
قطعات فلزی يا فولادی: شكل اين المان‌ها به صورت مقطعی از نيم بيضی است كه بسيار انعطاف پذير و مقاوم هستند، برای نصب اين المان‌ها آنها را به يكديگر پيچ كرده و المان‌های مسلح كننده را در فاصله بين آنها قرار می‌دهند. استفاده از اين نوع المان پوسته برای مناطقی كه مشكل حمل و نقل و دسترسی وجود داشته باشد به دليل سبكي بالايشان بسيار مناسب است.
قطعات بتنی: شكل اين المان‌ها معمولاً به صورت چليپايی است و با استفاده از بتن به صورت پيش ساخته تهيه می‌شوند. اتصالات آنها به گونه‌ای تعبيه شده كه امكان تحمل تغيير شكل قابل ملاحظه‌ای را بدون تر‌ك خوردگی در بتن داشته باشند و ‌خاک از آن محل خارج نشود. قطعات بتنی امكان اجرای انواع پوشش‌های نما را فراهم می‌آورند.
دوام و پايايی سیستم دیوار خاک مسلح MSE WALL
رفتار و عملكرد خاک مسلح در درازمدت تابعی از رفتار المان‌های مسلح كننده آن در طول زمان است. بر اساس ويژگی‌های مكانيكی مورد نياز برای المان‌های مسلح كننده، فولاد يكی از بهترين انتخاب‌ها است، اما پدیده خوردگی در فولاد باعث تقليل رفتار خاک مسلح می‌شود.
خاک مسلح را می‌توان نتيجه مشاركت دو ماده با مدول الاستيسيته متفاوت دانست كه اساس آن بر اصطكاک و اندركنش خاك و الما‌ن‌های مسلح كننده پايه گذاری شده است. برای درک رفتار سازه‌های خاک مسلح ابتدا رفتار نمونه‌های آزمايشگاهی مصالح خاک مسلح و سپس اصطكاک بين خاک و المان‌های مسلح كننده و در نهايت رفتار سازه‌های خاک مسلح بررسی می‌شود.
يك نمونه آزمايشگاهی از خاک مسلح را به عنوان يک نوع مصالح مورد آزمايش قرار می‌دهيم. نتايج حاصله از يك سری آزمايش‌های سه محوری بر روی نمونه‌های ماسه مسلح شده با ديسک‌های افقی آلومينيومی نمايانگر تأثير چگالی ماسه، فواصل و مقاومت كششی عناصر مسلح كننده بر روی رفتار نمونه است. در اين آزمايش‌ها دو مد خرابی قابل مشاهده است.
• خرابی در اثر پارگی المان‌های مسلح كننده
• خرابی در اثر لغزش بين خاک و المان‌های مسلح كننده
آزمايش‌های انجام شده نشانگر تغيير نيروی كششی در طول الما‌ن‌های مسلح كننده و رسيدن آن به يك مقدار حداكثر در اين طول است. مكان هندسی محل تنش حداكثر در المان‌های مسلح كننده برای لايه‌های متفاوت خط نيروی كششی حداكثر را تعريف می‌كند. اين خط دو ناحيه محرک و مقاوم را از هم جدا می‌كند.
در ناحيه محرک و یا اکتیو خاک تمايل به جدا شدن از سازه دارد و عامل اصطكاک در طول المان مسلح كننده آن را مهار می‌كند. در ناحيه مقاوم تنش برشی مانع از لغزش المان‌های مسلح كننده می‌شود. خط مرزی بين اين دو ناحيه (خط كشش حداكثر) سطح محتمل گسيختگی در سازه است. موقعيت اين خط تابع چند پارامتر از جمله هندسه سازه، نيروهای وارده و تأثيرات ديناميكی است. علاوه بر آن ميزان صلبيت المان‌های مسلح كننده هم بر روی شكل آن اثرگذار است. اين سطح گسيختگی متفاوت از گوه گسيختگی كولمب است، اين خط در ناحيه فوقانی ديوار عمودی است و اين به دليل وجود المان‌های مسلح كننده نسبتاً صلب در خاک است كه باعث تغيير توزيع تنش، كرنش در خاک می‌شود.
طراحی سازه‌های خاک مسلح شامل كنترل پايداری خارجی يا كلی و پايداری داخلی است. مدهای معمول خرابی در اين مورد به شرح زیر است.
• لغزش
• واژگونی
• عدم كفايت باربری بستر (كج شدگی)
• لغزش عميق
برای اين منظور می‌توان خاک مسلح را مشابه يك سازه وزنی فرض نمود و كل نيروهای وارد بر سازه خاک مسلح را با فرض توزيع رانكين برای فشار جانبی خاک و توزيع ذوزنقه‌ای برای تنش خاک در زير سازه در نظر گرفت. بر اساس آزمايش‌هايی ميز لرزان، مشاهده نمونه‌های واقعی پس از زلزله و تحليل‌های عددی اجزای محدود، مشخص شده كه سازه‌های خاک مسلح عموماً به دليل انعطاف پذيری خوب، زلزله‌های شديد را بدون خرابی تحمل می‌كنند. توزيع عناصر مسلح كننده در جرم سازه باعث توزيع و استهلاک انرژی لرزه‌ای می‌شود، در نتيجه احتمال ايجاد نيروی متمركز و به دنبال آن خرابی كاهش می‌يابد. تأثير زلزله روی پايداری كلی سازه خاک مسلح را می‌توان بر اساس فرضيات حاكم بر ساير سيستم‌های حايل وزنی انعطاف پذير تخمين زد. در مورد پايداری داخلی، زلزله منجر به افزايش نيروهای ديناميكی در عناصر مسلح كننده می‌شود، توزيع نيروها در حالت ديناميكی متفاوت از توزيع آن در حالت استاتيكی است.