آشنایی با سیستم های نوین دیوارهای حایل

آشنایی با سیستم های نوین دیوارهای حایل

پایداری دیوارهای وزنی در مقابل واژگونی به واسطه وزنشان است. پایداری دیوارهای طره‌ای بتن آرمه در مقابل واژگونی به واسطه وزن خاکریز بر دال پاشنه دیوار و مقاومت داخلی آنها به واسطه وجود آرماتورها و بتن تأمین می‌شود.
مقاومت دیوارهای مهار شده در مقابل نیروهای جانبی به واسطه میل مهاریهایی است که یک یا چند نقطه سازه دیوار را به خاک پشت آن مهار می‌کنند.
سیستم‌های جایگزین دیوار حایل:
دیوارهای حایل از نوع وزنی و طره‌ای بیشترین کاربرد را در موارد عمومی دارند و اغلب به شیوه بتن‌ریزی درجا اجرا می‌شوند. لیکن امروزه تعدادی از سیستم‌های تقویت خاک یا حایل‌های انعطاف پذیر بتنی (خاک مسلح) به دلیل عملکرد مناسب و هزینه پایین به جایگزین مناسبی برای دیوارهای حایل وزنی و طره‌ای بدل گشته‌اند. به طور کلی انواع مختلفی از سیستم‌های حایل و جایگزین حایل‌های سنتی وجود دارد که هدف فراهم نمودن کلیه راهکارهای طرح و اجرای آنها نیست، بلکه روند طرح و اجرا عموماً از جانب کارخانجات سازنده ارائه می‌شود. و انتخاب هر سیستم نیز بر پایه ملاحظات فنی و اقتصادی صورت می‌گیرد.
سیستم‌های خاک مسلح: خاک مسلح عبارت از مهار و یکپارچه نمودن اجزای دیوار به خاک پشت آن به وسیله تسمه‌های فولادی یا شبکه‌های پلیمر شامل ژئوگرید و ژئوتکستایل است. در این حالت دیوار تبدیل به غشای نازکی می‌شود و شبکه‌های فولادی و پلیمر مسلح کننده، خاک را تبدیل به یک توده خود ایستا می‌نمایند. خاک مسلح در واقع یک نوع مصالح مرکب متشکل از خاک و مصالح مسلح کننده است که کیفیت خاک موجود را بهبود می‌بخشند. این مواد معمولاً به شکل نوار، شبکه، میله، الیاف‌ یا ورقه‌هایی هستند که نقش اصلی آنها تأمین مقاومت کششی لازم برای خاک به مقداری بیش از مقاومت کششی خاک تنها است.
مزایا و معایب خاک مسلح: مزایا و معایب سیستم خاک مسلح به شرح زیر هستند:
  
مزایا:
.سیستم خاک مسلح در مقایسه با دیوارهای حایل معمولی اقتصادی‌تر است.
.سرعت و سهولت اجرای خاک مسلح نسبت به دیوارهای حایل بیشتر است و نیازی به نیروی کارگر زیاد و تجهیزات تخصصی ندارد. بسیاری از اجزای اجرایی آن پیش ساخته بوده و منجر به یک اجرای دقیق و سریع خواهند شد.
.بدون توجه به ارتفاع و طول دیوار، سازه خاک مسلح در حین اجرا کاملاً پایدار است.
.سیستم‌های خاک مسلح در مقایسه با حایل‌های طره‌ای از انعطاف‌پذیری بیشتری برخور دارند (و به همین دلیل به حایل‌های انعطاف‌پذیر نیز مشهورند) و قادر به تحمل تغییرشکل‌ها و نشست‌های بزرگتری هستند. زمانی که چنین تغییرمکان‌های بزرگی پیش بینی شود، تعبیه درزهای قائم لغزشی امکان حرکت و تغییر مکان دیوار را تسهیل می‌کند. در صورت استفاده از حایل‌های خاک مسلح امکان کاهش ضرایب ایمنی ظرفیت باربری خاک نسبت به حایل‌های صلب معمولی وجود خواهد داشت.
.با توجه به انعطاف پذیری و خاصیت جذب انرژی توده خاک یکپارچه پشت دیوار، عملکرد لرزه‌ای دیوارهای خاک مسلح نسبت به دیوارهای حایل صلب بهتر است. در طراحی لرزه‌ای دیوارهای خاک مسلح به منظور حصول سازه شکل پذیر، باید لغزش عناصر مسلح کننده درون خاک بیشتر مورد توجه قرار گیرد تا مقاومت کششی آنها.
.پایداری سیستم خاک مسلح به لحاظ انعطاف‌پذیری و جرم بیشتر، در مقابل بارگذاری‌های دینامیکی نظیر بار چرخ وسایل نقلیه، آثار موج و ضربه قایق‌های کوچک بیشتر است.
.

معایب:
-در صورت زیاد بودن قلیایی خاک امکان خوردگی تسمه‌های فلزی وجود خواهد داشت، لذا قبل از اجرای خاک مسلح باید پتانسیل قلیایی خاک و نرخ خوردگی تسمه‌های مزبور تعیین شود. اجرای پوشش‌های ویژه نظیر گالوانیزه و چسب‌های اپوکسی با ضخامت مشخص بر روی تسمه‌های فلزی جهت کاهش خوردگی و کاهش ضخامت آنها در طول دوره بهره‌برداری مد نظر است.
-پلیمرهای مختلف ویژگی‌های خزشی متفاوت دارند. بار مجاز وارد بر شبکه یا نوارهای مسلح کننده از جنس پلیمر متناسب با تغییر شکل مجاز آنها است. و با در نظر گرفتن مقدار تغییر شکل خزشی تعیین می‌شود. در این راستا تحقیقات زیادی روی رفتار تابع زمان ژئوگریدهای پلیمری انجام شده است.
-اجرای سیستم خاک مسلح به لحاظ برداشتن کل خاکریز و ریختن و تراکم مجدد آن دارای عملیات خاکی بیشتری نسبت به حایل‌های معمولی خواهد بود.
-امکان خاکبرداری از خاکریزهای مسلح شده وجود ندارد، چرا که پایداری و توان باربری سیستم به واسطه وزن خاک متکی بر تسمه‌ها یا شبکه‌های مسلح کننده تأمین می‌شود.
مقاومت اصطکاکی: بار منتقله به واسطه اصطکاک در واحد سطح مصالح مسلح کننده به ویژگی‌های فصل مشترک خاک و تسمه وابسته است. عمدتاً تابعی از ویژگی‌های هندسی و ظاهری تسمه یا ادوات مسلح کننده و همچنین رفتار تنش تغییر شکل خاک هستند. همچنین به میزان تنش قائم ناشی از وزن خاک وارد بر تسمه که فقط تابعی از خصوصیات وزنی خاک است، بستگی دارد. به همین دلیل امکان تخمین و تعیین ضریب اصطکاک بین خاک و تسمه به صورت تحلیلی وجود دارد و معمولاً تعیین این ضریب در قالب مطالعات آزمایشگاهی نظیر آزمایش بیرون کشیدن تسمه، آزمایش برش مستقیم بین خاک و ادوات مسلح کننده و ابزاربندی مدل‌های تمام مقیاس و انجام آزمایش بر روی آنها صورت می‌گیرد.
با اعمال کرنش‌های برشی در خاک‌های دانه‌ای، متراکم، تمایل به اتساع در جسم خاک به وجود میآید. در صورتی که با اعمال شرایط مرزی خاص از اتساع نمونه جلوگیری به عمل آید، با افزایش تنش‌های محدود کننده (همه جانبه) موضعی‌، تمایل به اتساع نمونه کاهش مییابد. به همین جهت مادامی که تمایل به اتساع خاک با افزایش عمق کاهش می‌یابد، ضریب اصطکاک بین خاک و تسمه، نیز کاهش می‌یابد.
فشار مقاوم خاک: فشار مقاوم خاک در زمان بیرون کشیدن تسمه یا سایر ادوات مسلح کننده در خلاف نیروی کششی تسمه در سطحی عمود بر محور تسمه به وجود می‌آید. در مورد سیستم‌های مسلح کننده شبکه‌ای که در آنها فواصل بین میلگردهای عرضی (عمود بر امتداد کشش) بیش از ۱۵ سانتی‌متر باشد، سهم بزرگی از مقاومت خاک به واسطه نیروی مقاوم خاک یا ظرفیت باربری خاک در وجه جلویی آرماتورهای مسلح کننده است که در صفحه نیروی کششی در جهت عمود بر آن قرار گرفته‌اند. به گونه‌ای که در خاکهای شن و ماسه‌ای با شبکه‌های مسلح کننده، سهم فشار مقاوم خاک در انتقال تنش بین خاک و مفتول‌های فلزی در حدود ۹۰ درصد است.
خاکریز: کاربرد سیستم‌های خاک مسلح اغلب برای پایدارسازی خاکریزهای دانه‌ای (غیرچسبنده) است. لیکن از آنجا که سهم بیشتری از مقاومت مفتول‌ها و شبکه‌های جوش شده به واسطه فعال شدن فشار مقاوم خاک است، به همین جهت پایدارسازی خاکریزهای چسبنده نظیر رس و لای با استفاده از این قبیل وسایل به جای تسمه‌ها و نوارهای فلزی (یا غیرفلزی) که عملکرد آنها بیشتر مبتنی بر مقاومت اصطکاکی است، امکانپذیر است. مزایای عمده خاکریزهای دانه‌ای، عدم وجود تغییر شکل‌های خزشی (تابع زمان)، زهکشی آ‌ب‌های سطحی، عدم یخبندان، و عدم خوردگی وسایل تسلیح است. در کنار این مزایا، بزرگترین عیب این مصالح هزینه زیاد است که از این لحاظ در نقطه مقابل بزرگترین مزیت مصالح چسبنده، یعنی قابلیت دسترسی فراوان به آنها و هزینه کم خاکریزی قرار می‌گیرد.
پایداری خارجی: پایداری خارجی سیستم‌های خاک مسلح شامل کنترل لغزش بین خاک و دیوار، چرخش و واژگونی حول پنجه دیوار و کنترل ظرفیت باربری در سطح پایه، کنترل پایداری شیروانی فوقانی و کنترل نشست‌های نامساوی در طول دیوار است. در کنترل‌های فوق الذکر فرض می‌شود که کل سیستم خاک مسلح شامل خاکریز، وسایل تسلیح، و اجزای نما به صورت واحد یکپارچه عمل می‌کنند.
واژگونی حول پنجه دیوار: سیستم خاک مسلح باید در مقابل واژگونی حول پنجه دیوار پایدار باشد. معمولاً در صورتی که سازه به اندازه کافی انعطا‌ف پذیر باشد، امکان چرخش آن حول پنجه کم است. در این مورد تمام سطح کف دیوار باید در تمامی ترکیبات بارگذاری در تماس باسطح زمین باشد. کنترل واژگونی در مواردی که حداقل طول تسمه‌های تقویتی حدود ۷۰ درصد ارتفاع دیوار باشد، بعضاً تعیین کننده است.
سیستم‌های پیش ساخته بتنی مدولار: سیستم‌های مدولار بتن پیش‌ساخته در واقع متشکل از بلو‌ک‌های بتنی توخالی است که با خاک پر شده و با قفل و بست و درگیری در یکدیگر، به صورت حایل وزنی عمل می‌کنند. سرعت زیاد اجرای این سیستم معمولاً باعث صرفه‌جویی در هزینه‌ها نسبت به سیستم‌های متداول خاک مسلح هستند. در شرایط خاصی که مثلاً نشست‌های نامتقارن که کنترل آنها توسط سازه دیوار لازم باشد، سازه‌ها و سیستم‌های خاصی نظیر دیوارهای حایل انبار‌های فولادی‌ با قطعات بتن پیش ساخته، بسیار پرهزینه تر خواهند بود. اما در مجموع از دیوارهای حایل معمولی و متداول بتنی و سنگی ارزانتر هستند.

مزایا:
.سیستم‌های بلوک پیش ساخته بتنی از لحاظ عملیات حفاری و محل قرارگیری نسبت به دیوارهای حایل معمولی بسیار اقتصادی هستند، بخصوص در حالاتی که سطح دیوار بیش از ۵۰ متر مربع و ارتفاع کل دیوار بیش از ۲/۵ متر باشد.
.سرهم بندی بلو‌کهای پیش ساخته نیازی به قفل و بست و گیره و یا سایر ادوات مکانیکی ندارد و حتی استفاده مجدد از آنها نیز امکانپذیر است.
.در مورد این سیستم از هیچ گونه المان تقویتی (فلزی یا غیرفلزی) در داخل خاک استفاده نمی‌شود، به همین جهت هیچ دچار مشکل خوردگی نخواهند شد.
.انجام حفاری در خاکریز پشت دیوار، ضریب ایمنی پایداری مجموعه حایل را بر خلاف دیوارهای خاک مسلح که نسبت به این مسئله حساس هستند، به خطر نمی‌اندازد.
معایب: حایل‌های اجراشده از بلوک‌های بتنی پیش ساخته، ترکهای نسبتاً کوچکی را در محل اتصالات داخلی به یکدیگر که عموماً ناشی از تغییر مکا‌ن‌های نامتقارن طولی است، متحمل می‌شوند. این ترکها در نشست نامتقارنی به میزان ۱ سانتیمتر در ۲ متر به وجود می‌آیند.
ملاحظات طراحی: در این مورد نیز مشابه دیوارهای حایل خاک مسلح، شرکت‌های مختلف، ضوابط فنی و نقشه‌های اجرایی مربوط به محصولات خود را دارا هستند. کنترل پایداری این مجموعه مشابه دیوارهای حایل معمولی صورت می‌گیرد. و در این مورد نیز فرض بر رفتار یکپارچه سیستم مدولار بلوک بتنی پیش ساخته و خاک درون آن است. کنترل پایداری خارجی شامل کنترل لغزش در امتداد شالوده یا خاک طبیعی کف، کنترل واژگونی حول پنجه دیوار، کنترل ظرفیت باربری دیوار و کنترل نشست‌های نامتقارن و کنترل کلی پایداری شیروانی خاکریز پشت دیوار است.
ظرفیت باربری و نشست: ظرفیت باربری خاک زیر دیوار باید در حد مجاز باشد و تأمین ضریب ایمنی حداقل معادل ۳، در این مورد لازم است. در صورتی که ضریب ایمنی مذکور تأمین نشود، آنگاه باید تمهیدات خاصی را در تسلیح خاکریز یا بهبود خواص خاک زیر پی نظیر استفاده از ستون‌های سنگی، تراکم ارتعاشی، یا تراکم دینامیکی به کار بست.
زهکشی: اجرای تمهیدات خاص جهت زهکشی خاکریز پشت دیوار و جلوگیری از اشباع شدن خاک پشت دیوار امری ضروری است. در ضمن در مورد سیستم‌هایی که وجه آن رو به فضای باز و در نما و معرض دید است، استفاده از ور‌ق‌های ژئوتکستایل در وجه پشت دیوار در قسمت درزها به لحاظ جلوگیری از جابه‌جایی ذرات ریزدانه خاک از پشت دیوار و از لابه‌لای درزها به بیرون لازم است.
مرمت: با توجه به نو بودن این سیستم اجرایی، تجربه‌های خیلی زیادی در مورد اصول کلی ترمیم و نگهداری آنها وجود ندارد. امروزه یکی از راه‌حل‌های متداول جهت جلوگیری از صدمات احتمالی ناشی از نشست‌های نامتقارن قائم، جایگزینی مقطع دیوار با مقطعی است که حساسیت کمتری نسبت به این نشست‌های نامتقارن داشته باشد. نظیر سیستم خاک مسلح با درزهای قائم یا یک دیوار انباره فولادی و چیدن یک ستون سنگی در جلوی دیوار که را‌ه‌حل‌های موجود هستند.