پاورپوینت پایدارسازی گود به روش انکراژ میل مهار


پایدارسازی گود به روش انکراژ(میل مهار)

مقدمه
کلیات
مصالح و قطعات المانها (تاندونها)
1-میله های فولادی و کابلها
2-اسپیسرها و سنترلایزرها
3-سایر انواع انکرها و مصالح تاندونها
گروت سیمان
انواع سیستمهای انکراژ
1-انکراژ با شفت مستقیم و گروت ریزی ثقلی
2-انکراژ با شفت مستقیم و تزریق گروت با فشار
3-انکراژ با پس تزریق
4-انکراژ نوک پهن
کاربردهای سیستم انکراژ
1-دیوار نگهبان
2-پایدارسازی شیب
3-سازه های متصل به زمین

فهرست

مقدمه
یکی از پرکاربردترین روشهای گودبرداری عمیق و پایدارسازی شیبها که اساس آن افزایش تنشهای مقاوم گوهی گسیختگی خاک است، روش میل مهار )انکراژ( میباشد. در این روش، همانند روش میخکوبی)نیلینگ( از یک المان فولادی )کابل )استرند
( یا میله(، جهت افزایش مقاومت برشی سطح گسیختگی شیروانی استفاده میشود.

علاوه بر این، با استفاده از نیروی پیشتنیدگی ایجاد شده در کابل، نیروی اصطکاک موجود در سطح گسیختگی و در نتیجه ضریب اطمینان پایداری گوه گسیختگی افزایش مییابد ) شکل1). به طورکلی به دلیل وابستگی این روش به نیروی انسانی ماهر و تجهیزات خاص، روش گرانتری نسبت به روش نیلینگ میباشد و استفاده از آن تنها در شرایطی که جابجاییها و تغییرمکانهای جداره گود در وضعیت نامطلوب قرار دارد، توصیه میشود. در این نوشتار به بررسی کامل این روش پرداخته شده است.

شکل 1: تفاوت سیستم های انکراژ و نیلینگ در اجرا

کلیات
انکرها (مهارها) المانهای سازه ای پیش تنیده ای هستند که در خاک یا سنگ نصب شده و نیروی کششی ایجاد شده در خود را به زمین منتقل می کنند. درون چاله ی انکرها بوسیله ی ملات گروت تزریق و پر میشود که از این لحاظ به آنها انکرهای تزریقشده نیز گفته میشود. از طرف دیگر به دلیل مکانیزم عملکرد، به سیستم
دوخ به پشت(انکراژ) نیز گفته میشود.

اساسی ترین مولفه های یک سیستم انکراژ عبارتند از: انکر، طول آزاد (آزاد) و طول محصور. این بخشها به همراه سایر اجزای آن در شکل ( 2) نشان داده شده است. سیستم انکراژ از قطعاتی مانند سر انکر، صفحه باربری، و لوله ای که توانایی انتقال نیروهای پیشتنیدگی موجود در المان پیش تنیده (میله یا کابل) را به سطح خاک یا سازه نگهبان داشته باشد، تشکیل شده است. در شکلهای 3 و 4 به ترتیب اجزای سیستم های انکراژ با تاندون های میله ای و کابلی نشان داده شده است.

شکل 2: اجزای سیستم انکراژ

طول آزاد انکر، بخشی از آن است که میتواند به صورت آزاد در محدوده ی الاستیک تغییرشکل داده و نیروهای مقاوم را از طول محصور انکر با سازه مورد نظر منتقل کند. به منظور حفظ عدم محصورشدگی بخش آزاد در برابر تزریق گروت، از یک لوله ی پلاستیکی صاف استفاده میشود، لذا این بخش میتواند به راحتی تغییرشکل داده و تحت نیروی پیش تنیدگی قرار گیرد و بعد از رها کردن نیرو نیز به راحتی تغییرشکل دهد.

طول محصورشده ی تاندون ها بخشی است که تحت گروت ریزی قرار گرفته و توانایی انتقال نیروهای کششی را به زمین ایجاد میکند. این بخش باید پشت خط گسیختگی گوه محتمل لغزش قرار گیرد. به بیان دیگر با نیروی کششی موجود در تاندونها، گوه گسیختگی ناپایدار به بخش پایدار پشت خود دوخته میشود.

شکل 3: اجزای سر یک انکر میله ای

شکل 4: اجزای سر یک انکرکابلی

به طور کلی مراحل اجرای یک سیستم انکراژ عبارتند از (شکل5):

1-حفاری محل نصب انکر تحت زاویهای مشخص و تا عمق طراحی و با استفاده از تمهیدات حفاظتی (تیوب یا کیسینگ) و مایع حفاری

2- جایگزینی مایع حفاری با تزریق گروت اولیه در شرایطی که حفاری تا عمق معین انجام شده است.

3- جایگزاری المان کششی (کابل یا میله) تا طول طراحی شده (شکل 6)

4-تزریق گروت بخش محصور و همزمان خروج تیوب یا کیسینگ حفاظتی

5- اعمال نیروی پیش تنیدگی بر قسمت آزاد بر اساس مقادیر طراحی شده به منظور کاهش جابجایی سازه(حداقل 7 روز بعد از تزریق بخش محصور شده )شکل 7و8)

شکل 5: شکل شماتیک مراحل اجرای سیستم انکراژ

شکل 6: جایگزاری المان میله ای در حفره

شکل 7: اعمال نیروی پیش تنیدگی به المان کابلی

شکل 8: اعمال نیروی پیش تنیدگی به المان میله ای

بخش کامل شده انکراژ از قسمتهای مختلفی تشکیل شده است که عبارتند از: المان فولادی پیش تنیدگی (کابل یا میله)، حفاظ خوردگی، غلاف (یا پوشش)، سنترلایزر ، اسپیسر و مخصوصاً گروت.
غلاف یک لوله پلاستیکی موجدار است که از بخش آزاد (گروت ریزی نشده انکر) در برابر خوردگی محافظت میکند(شکل 9)

سنترلایزر ها، قطعاتی هستند که موقعیت المان فولادی را در مرکز حفره حفاری شده قرار داده و شرایط وجود حداقل پوشش گروت دور المان را فراهم میکنند(شکل 10).

در حقیقت این قطعات از زیاد شدن یا کم شدن پوشش گروت بر دور المانها جلوگیری میکنند. درشرایطی که المانها از چند رشته (کابل) تشکیل شده باشند، از اسپیسرهایی استفاده میشود که بین همه ی رشته ها ایجاد فاصله نمایند تا ملات گروت بتواند دور تمام آنها قرار گیرد (شکل 11 ). معمولاً ملات گروت پایه ی سیمان بوده که قابلیت انتقال بار از المانها به زمین و همچنین ایجاد محافظ در برابر خوردگی را دارند.

شکل 9: غلافهای مورد استفاده در انکراژ

شکل 11 : سنترلایزر نصب شده بر روی یک تاندون کابلی

شکل 11 : اسپیسر

مصالح و قطعات المانها (تاندونها)
1-میله های فولادی و کابلها

انکراژهایی که تاندون های آنها کابلی باشد (شکل 13)، معمولاً از چند کابل تشکیل شدهاند که قطر هر یک از این کابلها معمولاً 15 میلیمتر میباشد. این نوع از انکراژهای چندکابلی، محدودیتی در بارگذاری یا طول ندارند. علاوه براین یکی از مهمترین ویژگیهای این تاندونها ثابت ماندن مشخصات بلند مدت و درنتیجه به حداقل رسیدن افت بار در بلند مدت آنهاست.

نوعی از کوپلرها وجود دارد که برای نوع خاص تاندونهای 7 تایی ساخته شدهاند، لکن کمتر مورد استفاده قرار میگیرند، زیرا امکان تولید کابل در هر طولی وجود داشته به گونه ای که دیگر نیازی به استفاده از کوپلر جهت افزایش طول آنها نباشد. از این رو استفاه از کوپلر به دلیل بیشتر بودن قطر تاندون در محل نصب آنها نسبت به قطر تاندون، در شرایط عادی توصیه نمیشود، لیکن استفاده از آنها جهت ترمیم تاندونهای موجود بلامانع است. در صورت استفاده از کوپلرها، باید به مسئله ی حفاظت تاندونها در برابر خوردگی در محل نصب کوپلرها توجه شود .

شکل 12 : المانهای میله ای سیستم انکراژ

شکل 13 : تاندون های کابلی آماده شده

2-اسپیسرها و سنترلایزرها
اسپیسرها و سنترلایزرها در طول انکر در فواصل مشخصی (معمولاً در هر 3متر) نصب میشوند.

در انکرهای کابلی، اسپیسرها فاصله ی 6 الی 13 میلیمتری بین کابلها و پوشش خارجی گروت به میزان حداقل 13 میلیمتر را ایجاد میکنند.

هم اسپیسرها و هم سنترلایزرها باید از مواد مقاوم در برابر خوردگی ساخته شده و به گونهای طراحی شوند که مانع مسیر جریان گروت نباشند. شکلهای 14 و 15 یک برش از تاندونهای میلهای و کابلی را نشان میدهد.

شکل 14 : مقطع یک تاندون میله ای

شکل 15 : مقطع یک تاندون کابلی

3-سایر انواع انکرها و مصالح تاندونها

گروت سیمان

شکل 16 : تزریق گروت به حفره نصب انکر

انواع سیستمهای انکراژ

شکل 17 : انواع اصلی انکراژ

انواع روشهای مورد استفاده جهت حفاری نصب انواع (1) تا (3) انکراژ عبارتند از: مته ی دورانی، مته ی کوبهای، مته ی دورانی/کوبهای، دورانی اوگری (شکل 18). معمولاً فرآیندها و روشها ی مورد استفاده جهت حفاری، توسط پیمانکار انتخاب میشود. در انتخاب روش حفاری باید به شرایط حاکم بر محل اجرا نیز توجه شود که این مسئله گزینه های پیمانکاران را محدود میکند.

همچنین روش حفاری نباید بر سازههای مجاور و سطح زمین اطراف محل اجرای پروژه، اثر منفی بگذارد.
یکی از مسائل قابل انتظار در مرحلهی حفاری، ریزش یا تورم جداره حفره است که اولین علت آسیب به سیستم انکراژ میباشد. برای مثال، استفاده از اوگر با قطر بزرگ برای خاکهای ماسهای و شنی به دلیل حفاری بیش از قطر اوگر و کندن حجم بیش تر از نیاز خاک در حفره، مناسب نیست. این مسئله میتواند موجب مسدود شدن حفره گردد، لذا در خاکها یا سنگهای سست بهتر است حفاری با استفاده از کیسینگ انجام شود. خاکهای حفاری شده را میتوان به وسیلهی فشار آب و هوا خارج کرد. البته در استفاده از هوا باید احتیاط لازم را انجام داد، زیرا فشار زیاد هوا میتواند موجب خروج مقادیر بیش از نیاز آب یا خاک گردد و در نتیجه تخریب حفره یا آسیب به جداره آن را در پی داشته باشد.

شکل 18 : مته اوگری

1-انکراژ با شفت مستقیم و گروت ریزی ثقلی
سیستم انکراژهای با شفت مستقیم و گروت ریزی ثقلی معمولاً در سنگها یا خاکهای چسبنده بسیار سخت تا سخت و با روش حفاری دوار یا اوگری توخالی استفاده میشود.

جهت گروت ریزی حفره از لوله های ترمی استفاده میشود که بر این اساس گروتریزی به صورت ثقلی انجام خواهد شد. حفره میتواند بر اساس شرایط پایداری خاک جدار، با یا بدون کیسینگ باشد.

مقاومت انکرهای گروتریزی شده در برابر نیروی بیرون کش به مقاومت برشی بسیج شده در سطح مشترک خاک و گروت بستگی دارد.

2-انکراژ با شفت مستقیم و تزریق گروت با فشار

3-انکراژ با پس تزریق
پس تزریق عملیاتی است که در آن پس از اجرای تزریق به روش ثقلی، ملات گروت در چند مرحله با فشار تزریق شده تا موجب افزایش حجم ناحیه تزریق شده گردد که هر یک از این مراحل یک یا دو روز به طول می انجامد. عملیات پس تزریقی توسط لوله هایی که به همراه تاندون ها در درون حفره رانده شده اند اناجم میشود.
این لولهها مجهز به شیرهای کنترل در ناحیه گروت ریزی هستند که امکان تزریق گروت بیشتر به داخل ناحیه گروت ریزی قبلی را فراهم میکنند. فشار بالای تزریق موجب شکافته شدن لایه تزریق اولیه و نفوذ و گسترش گروت به داخل حجم این لایه گردد. به طور کلی دو نوع اساسی سیستم انکراژ با پس تزریقی مورد استفاده قرار
میگیرد:

1- سیستمی که در آن از پک هایی برای جداکردن شیرهای کنترل استفاده میشود.

2-سیستمی که گروت را به داخل لوله ی پس تزریقی پمپ کرده بدون آنکه باز بودن شیرها کنترل گردد.

4-انکراژ نوک پهن
انکراژهای نوک پهن از یک طول تزریق شده تشکیل شده است که در بخشهای انتهایی آن ضخامت گروت به طور موضعی افزایش داده شده است (شبیه گره).

از این نوع انکراژ میتوان در خاکهای چسبنده سخت تا سفت استفاده کرد. در این سیستم علاوه بر اینکه از مقاومت برشی موجود در سطح مشترک طول گروت و خاک استفاده میشود، به دلیل وجود گره ها از ظرفیت باربری آنها نیز استفاده
می گردد. البته باید در شکل دهی این گره ها توجه شود.

کاربردهای سیستم انکراژ
1-دیوار نگهبان
از سیستم انکراژ جهت ایجاد فضای لازم برای احداث جادههای پرترافیک، گسترش مسیرها و اصلاح هندسی راهها استفاده میشود. مزیتهای سیستم انکراژ نسبت به دیوارهای حایل بتنی سنتی، در بخشهای قبل ارائه شد.
شکل 19 مقایسه بین این دو سیستم در احداث یک جاده پرترافیک را به صورت شماتیک نشان میدهد. عموماً دیوارهای حایل بتنی سنتی بسیار گرانتر از دیوارهای موقت انکراژ تمام میشوند، زیرا احداث این دیوارها مستلزم اجرای گودبرداری موقت، خاکریزی و احتمالاً فونداسیون عمیق میباشد. همچنین از دیوارهای حائل انکراژ میتوان جهت احداث پل در مجاورت پل موجود یا تعریض پل موجود استفاده کرد.

2-پایدارسازی شیب
جهت حفظ پایداری شیبها و پایدارسازی آنها، معمولاً سیستم انکراژ در ترکیب با دیوار، تیرهای افقی و بلوکهای سیمانی (شکل 20) به کار میرود. سیستم انکراژ اجازه خواهد داد تا یک برش قائم و عمیق از خاک جهت اجرای راه فراهم گردد (شکل 21 (الف)). این سیستم میتواند نیروی قابل توجهی جهت تثبیت پایداری توده مستعد لغزش مجاور راه فراهم آورد (شکل 21 (ب)).

این نیرو ممکن است به مقدار قابل توجهی بیشتر ازنیروی لازم برای اجرای یک دیوار حایل قائم یا حفظ پایداری یک گودبرداری قائم باشد. در صورت استفاده از تیرهای افقی (معمولاً فولادی) یا بلوک های بتنی، امکان انتقال نیروی انکر به سطح خارجی گود یا شیب به وجود میآید که در این صورت موجب عدم رانشهای موضعی در وجه خاک و همچنین کمک به پایداری بیشتر وجه حفاری شده، خواهد شد. هزینه، زیبایی و نگهداری بلند مدت، پارامترهایی هستند که به طور مستقیم در انتخاب تیرهای افقی یا بلوکها اثر میگذارند.

شکل 19 : مقایسه سیستم انکراژ و دیوار حایل بتنی وزنی در احداث یک راه

شکل 21 : استفاده از انکراژ و بلوک

3-سازه های متصل به زمین
یکی از کاربردهای انکراژ، استفاده از آن به عنوان سیستم دائمی مقاوم در برابر نیروی برکننده قائم در سازه های متصل به زمین است. این نیرو میتواند ناشی از عواملی مانند فشار هیدرواستاتسک آب یا نیروهای واژگونی باشد.

از این روش در شرایطی استفاده میشود که سازه در زیر سطح آب زیرزمینی قرار دارد و وزن آن به اندازه ای نیست که بتوانند نیروهای برکننده را خنثی نماید.

در حقیقت سیستم انکراژ، موجب دوخته شدن سازه به زمین و در نتیجه افزایش مقاومت آن در برابر کنده شدن میشود. شکل شماتیک یک نمونه از کاربرد این روش در شکل21 (ج) نشان داده شده است.

مزایای استفاده از این تکنیک عبارتند از:

1- حجم بتن دال متصل به زمین در مقایسه با دال بتنی وزنی بسیار کمتر است.

2- عملیات گودبرداری و زهکشی کمتری مورد نیاز خواهد بود.

با این وجود، این روش معایبی نیز دارد که عبارتند از:

1-در اثر نشست یا تورم سازه، امکان ایجاد تغیرات شدید در نیروی انکرها وجود دارد.

2-مشکل بودن ایجاد شرایط آببندی در محل اتصال انکرها به دال بتنی که به خصوص در موارد وجود فشار هیدرواستاتیک بسیار مهم است.

3- تفاوت تنش در نقاط مختلف دال.

اگرچه استفاده از این روش در راه سازی چندان مورد توجه قرار نگرفته است، لکن از آن میتوان جهت تثبیت سدهای بتنی استفاده کرد (شکل 21) (د).

با تغییر ضوابط آئین نامه ها، ممکن است سدهای بتنی موجود نتوانند ضوابط جدید را به خصوص در بخشهای الزامات حداکثر سیلاب و زلزله برآورده کنند و نیاز به تثبیت و بهسازی داشته باشند، که در این شرایط استفاده از انکر میتواند ظرفیت مضاعفی را برای سد در برابر واژگونی، لغزش و بارهای زلزله ایجاد نماید.

شکل 21 : کاربردهای سیستم انکراژ

پایان