مقادیر مقاومت پیوند در طراحی پایدارسازی خاک به روش میخکوبی یا نیلینگ

مقاومت یک میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ) در مقابل پول­اوت که بروش حفاری- تزریق اجرا شده باشد، از اندازه میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ) (قطر و طول) و مقاومت نهایی پیوند،”qu”  تاثیر می­پذیرد. مقاومت پیوند همان مقاومت برشی بسیج شده در امتداد سطح مشترک خاک-دوغاب می­باشد. مقاومت پیوند به ندرت در آزمایشگاه اندازه­ گیری می­شود و هیچ استانداردی که بتوان از آن برای ارزیابی مقاومت پیوند بدست آمده از مطالعات کورولیشن محلی و تجربیات محلی در شرایط مشابه استفاده نمود، وجود ندارد. در نتیجه این وابستگی شرایط محلی، دفترچه مشخصات قرارداد شامل الزامات سخت و محکمی می­باشد که طبق آن درصدی از میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ) ها برای بررسی طرح مقاومت پیوند، تحت آزمایش بارگذاری برجا قرار می­گیرند.

عوامل تاثیرگذار

طبق تجربیات مشاهده شده برای میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ) های حفاری- تزریق شده، مقاومت پیوند از موارد زیر تاثیر می­پذیرد:

  • شرایط زمین اطراف میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ) (نوع خاک و شرایط آن)
  • اجرای میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ) ها، از جمله:
  • روش حفاری
  • پروسه تزریق
  • طبیعت تزریق
  • فشار تزریق (مثلاً، ثقلی یا تحت فشار)
  • اندازه ناحیه تزریق شده

برای میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ) های حفاری- تزریق شده در خاک­های غیر چسبنده، بزرگی فشار سربار و طبیعت خاک دانه­ای بر زاویه اصطکاک خاک تاثیر می­گذارد، که آنهم به نوبه خود بر مقاومت پیوند تاثیر می­گذارد. برای میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ)  های تزریق شده در خاک ریزدانه، بطور کلی، مقاومت پیوند کسری از مقاومت برشی زهکشی نشده خاک می­باشد. نسبت مقاومت پیوند به مقاومت برشی زهکشی نشده خاک، “qu/Su“، برای خاک­های نرم­ بزرگ­تر از خاک­های سخت می­باشد.

مقادیر معمول پیوند نهایی برای میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ) های حفاری- تزریق شده در خاک­های مختلف و با استفاده از روش­های حفاری متفاوت در جدول 1 ارائه شده است. مقادیر این جدول فقط با روش تزریق ثقلی همخوانی دارد. جدول 1 این امکان را فراهم می­کند که طراح، مقاومت پیوند را با وارد نمودن اسم نوع سنگ و خاک­های تشریح شده بواسطه منشاء و مبداء ژئولوژیک آنها (مثلاً، ریزشی، مارین و …) ارزیابی نموده و تخمین بزند. اگرچه جدول 1بازه وسیعی از انواع سنگ­ها و خاک­های مختلف، روش­های حفاری، و شرایط زمینی را پوشش می­دهد، ولی داده­های استفاده شده در جدول همه موارد ترکیبی ممکن را پوشش نمی­دهند.

مقاومت­های پیوند بالا و پایین ذکر شده در جدول1، تقریباً با شرایط حداقل و حداکثر مطلوب برای یک نوع خاک و روش ساخت همخوانی دارند. برای مثال، در مورد خاک­های دانه­ای، در مواردی که محدوده­ها نسبتاً عریض باشند، مقاومت­های پیوند بالا و پایین ممکن است به ترتیب، با شرایط مصالح سست و خیلی متراکم همخوانی داشته باشند. این مقادیر بطور ذاتی محافظه کارانه می­باشند و می­توان از آنها بعنوان مقادیر اولیه در طراحی استفاده نمود. مقاومت پیوند نهایی خاک را می­توان، طی بررسی­های محلی پروژه از طریق نتایج آزمایش PMT برجا و با استفاده از کورولیشن زیر تخمین زد:

رابطه 1  

در این رابطه “PL” فشار محدود اندازه­گیری شده بوسیله پرسیومتر بر حسب مگاپاسکال، و “qu” مقاومت پیوند نهایی است که بر حسب کیلوپاسکال محاسبه می­شود. معادله فوق در دستگاه انگلیسی، به قرار زیر می­باشد:

رابطه 2

در مورد سنگ­ها، مقاومت پیوند را می­توان از روی کورولیشن با مقاومت فشاری سنگ سالم، ارزیابی نمود. در جای دیگر انجمن Post-Tensioning (PTI, 1996) پیشنهاد می­کند که تنش پیوند نهایی بین سنگ و دوغاب را می­توان بعنوان 10% از مقاومت فشاری محدود نشده سنگ تا میزان حداکثر 4000 کیلو پاسکال، تقریب زد. اما توصیه شده است که مقاومت پیوند تخمینی، از مقادیر موجود برای سنگ­های معمول که در جدول 1 ذکر شده است فراتر نرود.

مقاومت پیوند می­تواند بطور قابل توجهی توام با افزایش فشار دوغاب (Shiehds et al, 1978; Weatherby, 1982) افزایش یابد. در خاک­ها تحت فشار دوغاب کمتر از 350 کیلوپاسکال، مقاومت پیوند محاسبه شده در حدود دو برابر مقاومت پیوند منتج از دوغاب ریزی ثقلی می­باشد (Elias and Juran, 1991). در سنگ­ها، افزایش در مقاومت پیوند ناشی از فشار دوغاب می­تواند حتی بیشتر نیز باشد. ولی رشد مقاومت پیوند با افزایش فشار متناسب نبوده و پس از رسیدن به مقدار خاصی، ثابت می­ماند. تحت این شرایط، فقط آزمایش­های بارگذاری درجا می­تواند تخمین و ارزیابی معقولی از مقاومت پیوند تامین کند.

بدلیل مشکلات موجود در تخمین مقاومت پیوند، نیاز به آزمایش­های بارگذاری میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ) های پیش بهره­ برداری برای بررسی مقاومت پیوند ذکر شده در دفترچه مشخصات و ایجاد حداقل طول میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ) لازم جهت نگهداری و پشتیبانی بارگذاری طرح، یک امر رایج می­باشد.

در موارد خاص، جاییکه از میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ) های رانشی در خاک­های دانه­ای استفاده می­شود (فقط کاربردهای ویژه)، مقاومت پیوند بدست آمده بطور برجسته­ای اصطکاکی بوده و از همان عوامل موثر بر مقاومت اصطکاکی خاک، تاثیر می­پذیرد­، از جمله:

  1. فشار سربار در امتداد طول پیوند
  2. دانسیته نسبی خاک
  3. روش اجرا

زاویه اصطکاک ظاهری در سطح مشترک خاک- میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ)، را می­توان بین 75/0 تا 1 برابر tagφ تخمین زد. که “φ” زاویه اصطکاک موثر مصالح دانه­ای است (Elias and Juran, 1991).

 

جدول 1. مقاومت پیوند تخمینی میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ) ها در خاک و سنگ

مصالح روش ساخت نوع سنگ یا خاک مقاومت پیوند نهایی

qu (kPa)

سنگ حفاری دورانی مارل- سنگ آهک

فیلیت (Pyllite)

چالک (Chalk)

دولومیت نرم

دولومیت ترک­دار

سنگ آهک هوازده

شیل هوازده

شیست هوازده

بازالت

شیل سخت یا تخته سنگ متورق

400 – 300

300 – 100

600 – 500

600 – 400

1000 – 600

300 – 200

150 – 100

175 – 100

600 – 500

400 – 300

خاک­های غیرچسبنده حفاری دورانی ماسه یا شن

ماسه سیلت­دار

سیلت

رسوبات کوهپایه­ای

واریزه ای نرم

180 – 100

150 – 100

75 – 60

120 – 40

150 – 75

غلاف گذاری رانشی ماسه یا شن

سربار کم

سربار زیاد

مارین متراکم

واریزه­ای

 

240 – 190

430 – 280

480 – 380

180 – 100

اوگر خاکریز ماسه سیلتی

ماسه نرم سیلتی

ماسه رسی سیلت­دار

40 – 20

90 – 55

140 – 60

تزریق تحت فشار ماسه

ماسه یا شن

380

700

خاک­های ریزدانه حفاری دورانی رس سیلتی 50 – 35
غلاف گذاری رانشی سیلت رسی 140 – 90
اوگر لس

رس نرم

رس سفت

سیلت رس­دار سفت

رس ماسه­دار آهکی

75 – 25

30 – 20

60 – 40

100 – 40

140 – 90