• کلیات سیستم مهار کوبی یا انکراژ (anchorage)

مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) تزریق شده پیش­تنیده در واقع یک المان سازه‌­ای اجرا شده در خاک یا سنگ می­باشد، که نقش آن انتقال بار کششی اعمالی به توده خاک می­باشد. ابتدا گمانه­‌ها در سینه دیوار حفر شده و پس از قرارگیری مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) ، عملیات تزریق دوغاب صورت گرفته و گمانه‌­ها پر می­شوند. مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ)های تزریقی با نام tieback (دوخت به پشت) نیز عنوان می­گردند.

نکته: جا دارد بار دیگر مفهوم پیش­تنیدگی را مرور کنیم. پیش­تنیدگی که معادل انگلیسی آن pre-stressing می­باشد، به معنی اعمال تنش به المان باربر پیش از بهره‌­برداری است. یعنی پیش از اینکه سازه و المان باربر بهره‌­برداری شود و بارهای مرده نهایی سازه و بارهای زنده بهره‌­برداری و سایر بارها بر سازه و المان مذکور تحمیل شوند، با کشیدن عضو (میلگرد یا کابل) در آن تنش ایجاد می­کنیم. پس توجه نمایید که به دلیل ایجاد تنش در عضو پیش از بهره‌­برداری، از آن با عنوان “پیش­تنیدگی” یاد می­شود.

پیش­تنیدگی به دو روش “پیش­کشیدگی” و “پس­کشیدگی” صورت می­گیرد. اگر پیش از بتن‌­ریزی یا تزریق دوغاب، پروسه کشش صورت گیرد و پس از آن بتن‌­ریزی یا تزریق دوغاب شود، آنگاه می­گوییم، “پیش­تنیدگی از نوع پیش‌کشیدگی”. ولی اگر بعد از بتن­‌ر‌یزی و یا تزرق دوغاب، کشش صورت گیرد، آنگاه گوییم “پیش­تنیدگی از نوع پس­‌کشیدگی”.

  • اجزاء اصلی سیستم مهارکوبی یا انکراژ تزریقی

اجزاء اصلی سیستم مهارکوبی ( یا انکراژ در سیستم نیلینگ)  تزریقی شامل سه بخش؛ 1) “مجموعه مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) ” 2) طول غیر پیوندی یا طول بدون تنش و 3) طول پیوندی می­باشد. شکل شماره 1 اجزاء اصلی مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ های تزریقی را نشان می­دهد. “مجموعه مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) ” شامل “سر مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) “، پلیت باربر و شیپوری می­باشد. نقش “مجموعه مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) ” انتقال نیروهای پیش­تنیدگی از فولاد پیش­تنیده (میلگرد یا رشته­های فولادی) به رویه دیواره (سطح زمین) یا سازه­‌های پشتیبان می­باشد.

 

 

 

 

 

شکل 1. اجزاء سیستم مهارکوبی زمین

جنس المان مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) را می­توان از میلگردهای نورد شده یا رشته­‌های فولادی بافته شده انتخاب نمود. در واقع در این کتاب المان مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) بر حسب نوع مصالح به دو گروه اصلی تقسیم می­شود. اگر جنس مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) از میلگرد باشد، زین پس آن را “تاندون میلگردی” خطاب می­کنیم و اگر جنس المان مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) از رشته‌­های فولادی (strand) باشد به آن “تاندون کابلی” خواهیم گفت.

“مجموعه مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) ” برای تاندون میلگردی و تاندون کابلی به ترتیب در شکل­‌های شماره 2 و 3 نشان داده شده­ است. طول غیر پیوندی بخشی از فولاد پیش­تنیده است که دچار افزایش طول الاستیک نشده و نیروی مقاوم را از طول پیوندی به سازه انتقال می­دهد. پیوندشکن یک غلاف پلاستیکی نرم و صاف می­باشد که میلگرد یا رشته­‌های فولادی را در طول غیر پیوندی در بر می­گیرد تا مانع از احاطه دوغاب بر فولاد پیش­تنیده در این بخش گردد. وجود این غلاف پلاستیکی باعث می­گردد فولاد پیش­تنیده واقع در طول غیر پیوندی در طی آزمایش و تحمل نیرو، بدون اصطکاک با محیط اطراف به راحتی افزایش طول دهد و بدین ترتیب فولاد پیش­تنیده بعد از اعمال بار lock-off، کماکان غیر پیوندی تلقی می­گردد. طول پیوندی تاندون، طولی از فولاد پیش­تنیده است که توسط دوغاب احاطه شده و قادر به انتقال بارهای کششی اعمالی به زمین اطراف می­باشد. طول پیوندی مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) بایستی پشت سطح گسیختگی بحرانی واقع شود.

همانطور که گفته شد، “تاندون”، بخشی از مجموعه سیستم مهارکوبی (یا انکراژ در سیستم نیلینگ) در خاک است. تاندون (یا همان المان مهار) متشکل از المان فولادی پیش­تنیده (میلگرد یا رشته­های فولادی)، محافظ خوردگی، غلاف، متمرکزکننده و فاصله دهنده‌­ها می­باشد. دقت کنید که دوغاب جزء مجموعه تاندون (المان) محسوب نمی­باشد. غلاف یک لوله یا تیوب صاف یا موجدار می­باشد که فولاد پیش­تنیده واقع در طول غیرپیوندی را از خوردگی محافظت می­کند. متمرکزکننده­‌ها تاندون را در مرکز گمانه نگه می­دارند تا حداقل پوشش دوغاب دور تاندون تامین گردد. در تاندون­‌های چند المانی از فاصله دهنده‌­ها استفاده می­شود، تا رشته­‌های فولادی یا میلگردها را جدا از هم نگه دارد، به نحویکه هر المان به طور کافی و مناسب در دوغاب تزریق شده احاطه گردد. دوغاب از جنس سیمان پرتلند است که نقش اصلی آن انتقال بار از تاندون به خاک اطراف بوده و همچنین تاندون را از عوامل خورنده محافظت می­کند.

شکل 2. “مجموعه مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) ” –  تاندون میلگردی

شکل 3. “مجموعه مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) ” – تاندون کابلی (رشته­های فولادی بافته شده)

  • تعریف مصالح
  • مصالح تاندون
  • تاندون­های میلگردی و تاندون­های کابلی

امروزه در مهارکوبی (یا انکراژ در سیستم نیلینگ) خاک و سنگ از میلگرد و یا کابل فولادی به عنوان المان مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) استفاده می­شود. دفترچه مشخصات (استاندارد) برای میلگرد ASTM-A722 و برای کابل فولادی ASTM- A416 می­باشد. دفترچه مشخصات رشته‌­های فولادی برجسته نیز، ASTM- A886 می­باشد. میلگردهای مورد استفاده عمدتاً در قطرهای 26، 32، 45 و 64 م.م. در شاخه­‌های 12 و 18 متری می­باشند که برای مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ)های بلندتر می­توان از جفت­‌کننده استفاده نمود. بطور سرانگشتی می­توان گفت یک تاندون میلگردی 18 متری یکپارچه (بدون جفت­کننده) به قطر 64 م.م. قادر به تحمل بار طرح 2077 کیلونیوتنی می­باشد. در مقایسه با رشته­‌های فولادی، میلگردها تنش بیشتری را تحمل می­کنند و بار اعمالی بر آنها را می­توان بعد از پروسه lock-off تنظیم نمود.

عکس م-1. استقرار تاندون­های کابلی در گمانه همراه با شلنگ تزریق

رشته‌­های فولادی متشکل از چندین رشته “هفت سیم” می­باشند. پرکاربردترین رشته‌­های فولادی در آمریکا کابل­هایی به قطر 15 م.م. می­باشند. در کابل‌­های چند رشته­‌ای هیچ محدودیتی از بابت بارگذاری یا طول مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) وجود ندارد. رشته‌­های فولادی دارای ویژگی­های مناسبی می­باشند که منجر به ثبات قدرت بارپذیری بلند مدت مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) می­گردد. در صورت استفاده از رشته‌­های هفت- سیم تکی بلند، اولویت بکارگیری کابل­های بلند ساخته شده در کارخانه می­باشد، لیکن می­توان از جفت­‌کننده نیز استفاده نمود. در مواقعی که قطر کوپلینگ خیلی بیشتر از قطر رشته‌­ها باشد، استفاده از جفت­‌کننده توصیه نشده است، اما برای تعمیر و سر هم سازی تاندون­های معیوب می­توان از جفت­‌کننده استفاده نمود. زمانیکه از جفت­‌کننده استفاده می­گردد، مسئله حفاظت از خوردگی تاندون در محل وصله بایستی مد نظر قرار گیرد.

 

 

2-1)   فاصله دهنده‌­ها و متمرکز کننده‌­ها

در طول پیوندی بطور معمول از هر 3 متر یک عدد فاصله دهنده‌­ها (متمرکزکننده‌­ها) قرار داده می­شود. برای تاندون­های کابلی چند رشته­‌ای، فاصله دهنده‌­ها باید حداقل فاصله­‌ای حدود 6 تا 13 م.م بین رشته‌­ها و حداقل پوشش 13 م.م. برای دوغاب اطراف رشته‌­ها تامین ­کنند. فاصله دهنده‌­ها و متمرکزکننده بایستی از مصالح مقاوم در برابر خوردگی ساخته شوند و ممانعتی برای حرکت آزاد دوغاب حین تزریق ایجاد نکنند. شکل 5 و 6 بترتیب مقطع تاندون میلگردی و تاندون کابلی چند رشته­‌ای را نشان می­دهند.

 

شکل 5. مقطع تاندون میلگردی

شکل 6. مقطع تاندون کابلی 5 رشته­ای (هر رشته از 7 سیم تشکیل شده است)

 

  • میلگردها و رشته‌­های فولادی با پوشش اپوکسی

میلگرد با پوشش اپوکسی (AASHTO M284) و کابل فولادی با پوشش اپوکسی (ASTM A882)، کاربرد زیادی در پروژه‌­های راهسازی ندارند ولی در سدها بطور گسترده استفاده می­شوند. پوشش اپوکسی یک لایه مضاعف محافظ خورندگی در طول پیوندی و غیر پیوندی مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) ایجاد می­نماید.

در کابل­‌های فولادی با پوشش اپوکسی علاوه بر محیط اطراف رشته­‌ها فاصله بین هفت- سیم در هر رشته نیز با اپوکسی پر می­شود. استفاده از کابل­هایی که فاصله بین سیم­ها با پوشش اپوکسی پر نشده، توصیه نمی­شود زیرا ممکن است آب وارد فواصل رشت‌ه­ها شده و زمینه خوردگی آنها را فراهم آورد. بر خلاف رشت‌ه­های بدون اپوکسی، تغییر شکل خزشی در رشته‌­های با پوشش اپوکسی در حین آزمایش مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) نسبتاً قابل توجه می­باشد. در ارزیابی معیار خزش مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) و برای بدست آوردن اندازه واقعی جابجایی در ناحیه پیوندی، خزش رشته­‌های با پوشش اپوکسی بایستی از جابجایی خزشی کلی کسر شود. نحوه محاسبه دقیق جابجایی خزشی رشته­‌های با پوشش اپوکسی در نشریه (PTI (1996 ارائه شده است.

 

4-1)  سایر انواع مهارها(یا مسلح‌کننده انکراژ) و مصالح تاندون

علاوه بر مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ)های فولادی پیش­تنیده تزریقی، انواع دیگری از مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ)ها و مصالح نیز در ایالات متحده مورد استفاده قرار می­گیرد. برای مثال می­توان به میلگردهای درجه 60 و 75 با تزریق دوغاب، مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ)های ستاره‌­ای ، مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ)های صفحه‌­ای و مهار(یا مسلح‌کننده انکراژ)های مکانیکی سنگ اشاره داشت. روش‌­های طراحی و روش‌­های آزمایش مورد بحث در این مقاله مختص مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ)های تزریقی با فولادهای پیش­تنیده پر مقاومت می­باشد. این روش‌­ها برای سایر انواع مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ)های فوق­الذکر مناسب نیستند.

در دهه­‌های اخیر، تحقیقاتی در خصوص استفاده از تاندون­های پلاستیکی پیش­تنیده مسلح (FRP) انجام شده است (Schmidt et al., 1994). تاندون­‌های FRP مقاومت کششی بالایی دارند و در برابر خوردگی مقاوم می­باشند و سبک وزن هستند. سایر مصالح همچون فایبرگلاس و فولاد ضدزنگ نیز بطور آزمایشگاهی مورد استفاده قرار گرفته‌­اند اما هزینه و مشکلات اجرائی، توسعه کاربرد آنها را محدود نموده است.

  • دوغاب سیمان

دوغاب مورد استفاده برای مهارکوبی (یا انکراژ در سیستم نیلینگ) در خاک و سنگ معمولاً از نوع دوغاب سیمان پرتلند خالص (دوغابی عاری از هر گونه افزودنی) مطابق استاندارد ASTM C150 می­باشد. اگر چه می­توان از دوغاب ماسه- سیمان نیز برای گمانه­‌های با قطر زیاد استفاده نمود. برای تزریق اطراف تاندون­های کپسوله شده، می­توان از دوغاب ماسه- سیمان- شن نخودی نیز استفاده نمود. استفاده از میکسرهای سرعت بالا می­تواند ضامن اختلاط یکنواخت آب و دوغاب باشد. نسبت وزنی آب به سیمان (W/C) بین 0/4 تا 0/55 می­باشد. در زمان اعمال تنش به مهار (یا مسلح‌کننده انکراژ) ، سیمان نوع I معمولاً حداقل مقاومت فشاری 21 مگاپاسکال را تامین می­نماید. در برخی پروژه‌­ها، ممکن است افزودنی­های خاصی برای بهبود کارایی و جریان‌­پذیری دوغاب لازم باشد. اغلب نیاز به افزودنی نیست، ولی در مواردی که دمای محیط بالا است و یا فاصله پمپاژ دوغاب بسیار زیاد است، استفاده از روان‌کننده­ می­تواند مفید باشد.