اجرای پایدارسازی گود به روش مهارکوبی یا انکراژ در ترکیب با دیوارهای پیوسته و ناپیوسته

رایج­ترین کاربرد سیستم مهارکوبی ( یا انکراژ در سیستم نیلینگ)  در پروژه­‌های راهسازی، ساخت دیوارهای پایدارسازی شده به روش مهارکوبی ( یا انکراژ در سیستم نیلینگ)  شده جهت پایدارسازی گودها و شیروانی­‌ها می­‌باشد. عمدتاً المان مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) در ترکیب با سایر المان­‌ها بعنوان دیوار حائل کنسولی غیر وزنی بکار گرفته می­شود. در دیوارهای کنسولی غیروزنی، المان­‌های مجزا (مثلاً تیر نگهبان) یا المان­‌های قائم یکپارچه (مثلاً سپری) به روش کوبشی و رانشی­ یا به روش حفاری و جاگذاری تا عمقی پائین­‌تر از تراز کف گود اجرا می­‌گردند. در دیوارهای کنسولی غیر وزنی سختی خمشی و مقاومت برشی المان­‌های قائم دیوار و همچنین مقاومت پسیو خاک زیر تراز کف گود، موجب پایداری دیوار می­گردد. دیوارهای پایدارسازی شده به روش مهارکوبی با اتکا بر این مولفه و همچنین مقاومت جانبی ناشی از مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) ها در برابر فشارهای افقی اعمالی بر دیوار (از جمله فشار زمین، آب، زلزله و ….) مقاومت می­کنند.

مصالح و روش­‌های اجرائی مختلفی برای ترکیب دیوار حائل با مهارکوبی ( یا انکراژ در سیستم نیلینگ )  استفاده می­­شود. اگر شمع‌­های فولادی یا میل چاه‌­های حفر شده قائم بطور مجزا و با فاصله از هم اجرا شوند، بایستی با یک روکش سازه­‌ای به هم متصل ­شوند. روکش دائم معمولاً از نوع بتن مسلح درجا (CIP) می­باشد اگرچه می­توان از قطعات پیش ­ساخته بتنی و یا از روکش الواری نیز استفاده نمود. اما اگر از المان­های یکپارچه یا جفت شونده به عنوان دیوار حائل استفاده شود، دیگر نیازی به روکش سازه­‌ای نیست. از انواع این المان­‌های یکپارچه می­توان، سپری­‌های (شیت پایل­‌های) فولادی، CIP یا پنل­‌های بتنی پیش ساخته، شمع­‌های مماسی یا هم‌پوشان، ستون­‌های خاک- سیمان و ستون­‌های تزریقی با فشار بالا را برشمرد.

  • مهار یا مسلح‌کننده انکراژ در ترکیب با دیوارهای ناپیوسته
    • مهار یا مسلح‌کننده انکراژ در ترکیب با تیرهای نگهبان

مهارکوبی ( یا انکراژ در سیستم نیلینگ) در ترکیب با تیرهای نگهبان و روکش الواری از رایج‌­ترین نوع دیوارهای پایدارسازی شده به روش مهارکوبی ( یا انکراژ در سیستم نیلینگ)  می­‌باشد. در این سیستم پیش از شروع گودبرداری، المان­‌های قائم تیر نگهبان از فواصل تعیین شده در طرح در زمین کوبیده می­شوند و یا در چاه­‌های حفر شده استقرار می­‌یابند. سپس در حد فاصل این تیرهای قائم، رویه­‌ای عمدتاً از جنس چوب اجرا می­گردد تا هم مانع از هوازدگی خاک گردد و هم از ریزش موضعی خاک بین تیرهای قائم جلوگیری کند. البته می­توان از شاتکریت مسلح نیز به عنوان رویه استفاده نمود. چنین سیستمی را می­توان در انواع خاک­‌ها استفاده نمود، اما در خاک­‌های غیر چسبنده و رس‌­های نرم بایستی دقت نمود که ایستائی کم خاک ممکن است زمان کافی برای اجرای رویه را ندهد. این نوع دیوار سابقه و قدمت زیادی دارد. توالی مراحل ساخت تیرهای نگهبان دائم و رویه دیواره در شکل 1 نمایش داده شده است.

گام 1. اجرای تیر نگهبان         گام 2. خاکبرداری و نصب روکش      گام 3. اجرای مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ)  و آزمایش (بارگذاری آن)

گام 4. تکمیل خاکبرداری   گام 5. نصب گل میخ­ها و زهکش­های پیش ساخته    گام 6. اجرای روکش بتنی CIP

 

شکل1. مراحل اجرای سیستم مهارکوبی یا انکراژ دائم- به روش تیر نگهبان و روکش

 

  • تیرهای نگهبان

اولین مرحله ساخت تیر نگهبان و رویه دیوار مشتمل بر اجرای تیرهای نگهبان از سطح زمین تا عمق نهائی طرح می­باشد. فواصل افقی تیرهای نگهبان معمولاً بین 1/5 تا 3 و گاهاً 4 متر متغیر است. تیرهای نگهبان ممکن است پروفیل فولادی یا میل چاه‌­های بتنی حفر شده باشند. اگر چه به ندرت در این سیستم از میل چاه‌­های حفر شده استفاده می­شود.

  • استقرار تیرهای نگهبان در گمانه­های از پیش حفر شده (تیرهای جایگزینی)

تیرهای فولادی از قبیل پروفیل­‌های بال پهن (WF) یا ناودانی­‌های دوبل را می­توان در چاه‌­های حفر شده قرار داد که متعاقباً با بتن پر می­شوند. توصیه می­شود که چاه­‌های حفر شده از پائین چاه تا سطح بستر گود با بتن سازه­‌ای یا بتن کم مایه (lean-mix) پر شوند. انتخاب بتن سازه‌­ای یا بتن کم مایه مبتنی بر باربری جانبی و قائم بخش جاساز شد دیوار پایدارسازی شده می­‌باشد از سطح بستر گود تا سطح زمین نیز، چاه بایستی با بتن کم مایه پر شود که بعداً حین اجرای رویه دیوار پایدارسازی شده و مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ)  ( یا انکر در سیستم نیلینگ)  خراشیده می‌­شود. استفاده از بتن سازه‌­ای در این قسمت توصیه نمی­شود، زیرا خراشیدن بتن سازه‌­ای بسیار سخت می­باشد. بتن کم مایه معمولاً حاوی 50 الی 100 کیلوگرم سیمان در هر متر مکعب بتن بوده و مقاومت فشاری آن معمولاً کمتر از 1 مگاپاسکال می­باشد. به جای بتن کم‌ مایه می­توان از مصالح با مقاومت محدود (CLSM) یا “پرکننده­‌های روان” استفاده نمود. این مصالح علاوه بر سیمان محتوی ریزدانه‌­ها (fine aggregate) و خاکستر بادی (fly ash) نیز هستند. در صورت استفاده از بتن کم مایه یا مصالح CLSM برای پر کردن گمانه، بایستی حداقل مقاومت 0/35 مگاپاسکال تامین شود. همانند بتن کم مایه، مصالح CLSM نیز بایستی قابلیت خراش‌­پذیری در حین اجرای رویه دیوار پایدارسازی شده و مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) را دارا باشند.

در ادامه مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) ها ما بین فواصل مقاطع فولادی سازه‌­ای اجرا می­شوند. خاطر نشان می­‌شود فاصله بین مقاطع فولادی به نوع سیستم مهارکوبی ( یا انکراژ در سیستم نیلینگ)  نیز بستگی دارد. قطر چاه حفر شده برای تیرهای نگهبان به شکل سازه‌­ای و قطر مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) بستگی دارد. مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) های درجا را می­توان بین مقاطع سازه‌­ای در هر موقعیتی در امتداد تیرهای نگهبان اجرا نمود. اتصال مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) به تیرهای نگهبان مستقر در چاه­‌های حفر شده را می­توان در رویه جلویی مقاطع سازه‌­ای یا بین مقاطع اجرا نمود. برای مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) های با قطر کم، اتصال را می­توان بطور پیش ساخته و قبل از اجرای تیرهای نگهبان اجرا نمود. در مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) های با قطر بزرگ این اتصال بعد از اجرای مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) ها اجرا می­گردد.

  • تیرهای نگهبان کوبشی

در تیرهای نگهبان کوبشی از پروفیل­های HP و سپری­های فولادی استفاده می­­شود. تیرهای نگهبان کوبشی بایستی بدون ایجاد خسارت و اعوجاج قابل توجه، تا عمق نهایی مد نظر نفوذ کنند. برای ارتقاء قابلیت نفوذ در لایه­‌های سخت می­توان از فولادهای با مقاومت بالا و یا از ابزارهای خاص به نام کفشک­ (shoes) یا گره­ (points) استفاده نمود. اگر تیرهای نگهبان تا عمق مورد نظر نفوذ نکنند، بایستی از روش حفر چاه و استقرار تیر نگهبان در داخل آن استفاده نمود. برای اتصال مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) به تیرهای نگهبان در این سیستم از تیرهای (پشت بند) افقی یا اتصالات thru-beam استفاده می­گردد.

اتصال thru-beam نوعی اتصال مختص تیر به مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) های با قطر کم بوده و معمولاً قبل از کوبیدن تیر ساخته می­شود. این نوع اتصال با فرض اعمال بار مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) بر مرکز تیر نگهبان در امتداد صفحه تیر نگهبان، طراحی می­شود. در مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ)های قطر بزرگ (تقریباً بزرگ­تر از 150 م.م.) نمی­توان از اتصالات thru beam استفاده نمود. اتصالات thru beam زمانی استفاده می­شوند که احتمال گسیختگی مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) ها کم باشد، زیرا اگر یک مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) گسیخته شود، از اتصال جدا خواهد شد و بایستی یک اتصال جدید ساخته شود. در دیوارهای پایدارسازی شده به روش مهارکوبی ( یا انکراژ در سیستم نیلینگ)  موقت می­توان اتصال sidewinder را بکار برد. این نوع اتصال برای دیوارهای دائم توصیه نشده است. اتصال sidewinder از مرکز تیر نگهبان فاصله دارد و بار مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) با اندکی فاصله از صفحه به بال تیر اعمال می­شود. اتصالات sidewinder تیر نگهبان را در معرض بارهای خمشی و پیچشی قرار می­دهد.

برای اتصال مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) به تیرهای نگهبان کوبشی می­توان از تیرهای (پشت­بندهای) افقی استفاده نمود. این پشت­بندها را می­توان جلوی تیرهای نگهبان، یا پشت بال جلویی تیر نصب نمود. اگر پشت بند در جلوی تیر نگهبان نصب گردد، یا بصورت نمایان (اکسپوز) رها شده و یا داخل روکش بتنی دفن می­شود. اگر پشت­بند بصورت نمایان (اکسپوز) و در معرض هوا باقی بماند، پیش­بینی و استفاده از محافظ خوردگی الزامی است. از آنجا که پشت بندهای اکسپوز ظاهر جالبی ندارند و محافظت از خوردگی آنها الزامی است، لذا استفاده از پشت­بند نمایان در دیوار پایدارسازی شده به روش‌های مهارکوبی ( یا انکراژ در سیستم نیلینگ) دائمی غیر منطقی است و توصیه نمی­شود. برای پوشاندن پشت­بندهای واقع در جلوی تیرهای نگهبان نیاز به اجرای روکش بتنی ضخیم می­باشد. حال اگر تیرهای افقی پشت­بند، پشت بال جلوی تیر نصب گردند امکان اجرای روکش بتنی نازک­تر فراهم می­گردد. در این صورت پشت­بند افقی بایستی در طول­‌هایی محدود (به اندازه فاصله افقی بین تیرهای نگهبان) تهیه شده و سپس پشت بال جلویی (روی جان تیر نگهبان) جوش شوند. این پروسه سخت و پر هزینه می­باشد. در این پروسه فاصله خالص بین تیرها بایستی پیش از نهایی شدن دستور برش پشت­بندهای افقی به دقت اندازه گرفته شود.

عکس زیر مربوط به گودبرداری در کنار ساختمان موجود می­باشد. همزمان با مونتاژ و ساخت تیرهای نگهبان فلزی، چاه‌­ها تا عمقی بیش از عمق نهایی گود حفر می­شوند. فقط در ته چاه که از تراز نهایی گود نیز رد شده آرماتوربافی انجام می‌­شود. در انتهای تیر نگهبان نیز تعدادی نبشی به عنوان برش­گیر جوش داده می­شود تا پس از استقرار تیر داخل چاه و بتن‌­ریزی چاله کف چاه تیر فولادی کاملاً با بتن مسلح ته چاه درگیر شده و بصورت گیردار و طره‌­ای عمل نماید.

 

عکس م-1. نمونه‌­ای از حفر چاه و جاگذاری تیرهای نگهبان قائم پیش از گودبرداری

عکس م-2. نمایش شماتیک چاله بتن مسلح ته چاه برای تضمین عملکرد طره‌­ای تیرهای نگهبان قائم در ترکیب با مهارکوبی و میخکوبی

عکس م-3. استقرار تیر نگهبان مونتاژ شده داخل چاه حفر شده با چرثقیل

 

عکس م-4. استقرار تیر نگهبان مونتاژ شده داخل چاه حفر شده در کنار سازه موجود

عکس م-5. تیر نگهبان مستقر در داخل چاه حفر شده

2-1) مهار یا مسلح‌کننده انکراژ در ترکیب با بلوک­های بتنی موضعی

مبنای این روش نیز مشابه همان است که در خصوص تیرهای نگهبان گفته شد. اگر پارامترهای مقاومتی خاک کافی باشد و خاک تا حدودی ایستا باشد، سازه نگهبان سبکتری نیاز خواهد بود. لذا می­توان به جای تیرهای نگهبان قائم که تمام ارتفاع گود را ساپورت می­کنند از بلوک­‌های بتنی موضعی استفاده نمود. با دقت در عکس زیر می­توانید بلوک­‌های بتنی اجرا شده و همچنین گودال­‌های حفر شده در اطراف مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) در قسمت پایین گود برای اجرا بلوک بتنی درجا را مشاهده نمایید. این بلوک­ها بصورت درجا و مسلح اجرا می­شوند.

عکس م-6. نمونه­ای از پایدارسازی به روش بلوک­های موضعی به همراه مهارکوبی

در واقع بلوک­‌های موضعی نسبتاً بزرگ، مانع از ریزش خاک پشت خود و بخشی از خاک اطراف خود به دلیل چسبندگی و کیفیت نسبتاً خوب خاک می­شوند. مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) ها نیز که از بین بلوک­­‌ها اجرا می­گردند پس از پیش­تنیدگی، بلوک را محکم در جای خود ثابت کرده و به توده خاک پشت گوه گسیختگی محتمل می­دوزند و ضریب اطمینان سیستم را افزایش می­دهند.

عکس م-7. شاتکریت دیوار مهارکوبی در ترکیب با بلوک‌­های موضعی

عکس م-8. موردی خاص از ترکیب تیرها نگهبان و بلوک‌­های موضعی با قالب فلز دائم به همراه مهارکوبی

مسلماً ترکیب سیستم‌­ها و افزایش تعداد و نوع المان­‌های باربر (مانند عکس فوق) به نوعی نامعینی سیستم نگهبان را افزایش داده و موجب افزایش ضریب اطمینان­ پایداری می­گردد. چنین سیستم­‌هایی اغلب برای دیوارهای دائم و برای پروژه‌­های بسیار حساس با ارزش افزوده زیاد طرح می­شود. دقت کنید که از بلوک‌­های موضعی بزرگ و قالب­‌های فلزی دائم آنها می­توان در ساخت سازه اصلی بعنوان تکیه­ گاه و قالب استفاده نمود.

عکس م-9. نمونه­ای از پایدارسازی به روش شمع­‌های بتنی درجا (ناپیوسته) به همراه مهارکوبی با رویه شاتکریت

 

  • مهارکوبی ( یا انکراژ در سیستم نیلینگ) همراه با دیوارهای پیوسته

آنچه که در بند 1 تشریح گردید مربوط به دیوارهای ناپیوسته (گسسته) بود. این نام­گذاری از آنجا نشات می­گیرد که تیرهای نگهبان یا بلوک­های موضعی با فواصل افقی از هم اجرا می­گردند. حال اگر به جای تیر نگهبان یا بلوک موضعی از المان دیگری استفاده شود که نسبت به هم فاصله نداشته باشند و در اصل به طور پیوسته سطح دیوار را بپوشاند، دیوار جزء “دیوارهای پیوسته” تقسیم­ بندی می­شود. از انواع دیوارهای پیوسته می­توان به دیوارهای سپری، شمع­‌های مماسی، شمع­های همپوشان، پرده تزریق دوغاب، و یا گودهای خاکی بهسازی شده با تزریق اشاره داشت. دیوارهای پیوسته معمولاً برای نگهداری خاکبرداری­های موقت استفاده می­شوند. دیوارهای سپری طی یک مرحله و تا تراز نهایی طرح کوبیده و اجرا می­شوند. قفل بست­‌های نر و مادگی تعبیه شده در لبه صفحات سپری امکان چفت شدن و پیوستگی سپری­‌ها را فراهم می­‌آورد. اگر سپری­ها در حین کوبش از مسیر خود منحرف شوند، ساخت دیوارهای راهنمای کوتاه در سطح زمین، یا تیرهای فلزی راهنما بعنوان قالب و کوبیدن سپری­‌ها از میان این قالب منجر به حفظ مسیر و رفع این مشکل می­گردد. اما بایستی در نظر گرفت که اجرای دیوارهای سپری در زمین­‌های سخت و سنگی و یا در مواردی که مانعی در مسیر سپری باشد، امکان­پذیر نیست. در بازار سپری هم از جنس فولاد و هم بتن پیش‌­ساخته وجود دارد. لیکن عمدتاً سپری­‌های فولادی مورد استفاده قرار می­گیرد، که بدلیل موجودیت و مقاومت بالای آنها نسبت به سپر بتنی پیش‌­ساخته است. اطلاعات تکمیلی در خصوص روش‌­های ساخت، مصالح و لوازم و امکانات مورد نیاز برای سایر سیستم‌­های دیوار پیوسته در آیین­نامه( FHWA-HI-99-007 (1999 ذکر گردیده است.

عکس م-10. مقاطع سپری­‌های فولادی پیش‌­ساخته

عکس م-11. سپرکوبی از میان تیر راهنما جهت کنترل مسیر سپری

عکس م-12. خاکبرداری گود پایدار شده به روش سپرکوبی (فلزی) به همراه مهارکوبی

بر خلاف سیستم دیوار تیرهای نگهبان و روکش که جز دیوارهای ناپیوسته (گسسته) محسوب می­شود، رفتار مقاومتی سیستم دیوارهای پیوسته در هر دو جهت قائم و افقی می­باشد. چرخه خاکبرداری و اجرای مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) ها از راس خاکبرداری تا تراز هر ردیف مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) تکرار می­گردد. به خاطر پیوستگی نسبی این سیستم از دیوارها، فشار آب پشت دیوارهای پیوسته بایستی در طراحی لحاظ شود. در مواردیکه دیوارهای پیوسته در معرض بارهای هیدرواستاتیک دائم ­باشند، بایستی اتصال دیوار و مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) حتماً ضد آب (ضد نفوذ آب) اجرا گردد.

عکس م-13. نمونه­ای از پایدارسازی به روش شمع­‌های بتنی همپوشان (درجا) به همراه مهارکوبی یا انکراژ