ترکیب دیوار خاک مسلح با ژئوسنتتیک و دیوار وزنی یا نمای صلب FHR، سبک نوینی از دیوار حائل می باشد. این تیپ دیوار به منظور بهره گیری همزمان از مزایای سیستم حائل وزنی GRW و سیستم خاک مسلح RS طراحی می شود. متد طراحی بر مبنای کرنش مجاز، فرض می کند که خاکریز در حالت حدی است اما مسلح کننده نه؛ در حالی که در روش طراحی سنتی بر اساس مقاومت کششی مسلح کننده فرض می شود که هم خاکریز و هم مسلح کننده در حالت حدی قرار دارند و ازین رو این روش نمی تواند اثر سختی مسلح کننده را بررسی نماید. در این پژوهش، برای ارزیابی تنش و کرنش مسلح کننده و خاکریز، تحلیل عددی انجام شده است. در این تحلیل ها، تغییرشکل دیوار حائل، عملکرد دیوار ژئوسنتتیکی با نمای دیوار وزنی و نیز عملکرد ژئوگرید در این تیپ دیوارها مورد بررسی قرار گرفت. برای تعیین نیروی مابین دیوار خاک مسلح ژئوسنتتیکی با نمای دیوار وزنی و خاکِ مسلح، متد تحلیلی نوینی ارائه شد. 

دیوار وزنی با داشتن صلبیت بالا، ساختار ساده و سهولت ساخت، در بسیاری از پروژه های راهسازی و دیگر زیرساخت ها مورد استفاده قرار می گیرد. برای تثبیت شیروانی در برخی پروژه های ژئوتکنیکی، نیاز به کاشت پوشش گیاهی وجود داشته و برخی شیب های کنار جاده نیاز به احداث دیوار حائل و یا تهمیدات زهکشی بهتر دارند. دیوارهای وزنی عمدتا برای حفظ تعادل و پایداری متکی به وزن خود هستند. اما اگر دیوار وزنی خیلی بلند باشد، فشار جانبی خاک وارد بر پشت دیوار خیلی زیاد خواهد بود و این امر منجر به افزایش بیش از حد ضخامت دیوار می شود که ساخت آن را غیر اقتصادی می کند. پس باید کاری کرد که فشار خاک و ضخامت دیوار کم شود. یکی از راهکارهای موثر در جهت بهبود رفتار فشاری خاک، اضافه کردن سیمان می باشد. در این تحقیق، به دلیل مشخصات فنی مناسب و کارایی و اقتصادی بودن از ژئوگرید به عنوان مسلح کننده استفاده شده است. ژئوگرید مقاومت بالا، تغییرطول کم، قفل و بست قوی با خاک، دوام مناسب و مقاومت خزشی خوبی دارد. 

دیوار ژئوسنتتیکی نسبت به دیوار وزنی سنتی خیلی کم عرض تر بوده و ازین رو به عنوان دیوار حائل سبک شناخته می شود. همچنین وقتی ارتفاع دیوار زیاد باشد، سیستم GRS مقرون به صرفه تر است و می تواند به اندازه 30-50% از هزینه های اجرا بکاهد. عموما از پانل بتنی یا بلوک مدولار به عنوان نمای این دیوارها استفاده شده و روش تعادل حدی برای طراحی به کار می رود. این روش هرچند ساده و کاربردی است، اما قادر به برآورد تنش و کرنش مسلح کننده و خاکریز و همچنین تغییرمکان های سازه خاک مسلح نیست. از این رو، از مدل سازی عددی برای تحلیل عملکرد سیستم GRS استفاده می شود. 

محققان در ژاپن، متد ساخت "تسلیح راه با نمای صلب (RRR )" را ارائه کرده اند که تبدیل به آیین نامه اجرای دیوار حائل در راه آهن ژاپن شد. بطور خلاصه، در متد RRR، دال بتنی مسلح که قابلیت تحمل تغییرمکان های خمشی را دارد، برای ساخت دیوار حائل در شیروانی های مایل یا قائم به کار می رود. این نوع دیوار به نام GRS با نمای صلب FHR شناخته می شود که ضخامت آن به مراتب کمتر از دیوار GRS با نمای GRW می باشد. 

ویژگی های این سیستم نوین دیوار حائل به قرار زیر است: 

• استفاده از نمای صلب FHR که پس از ساختِ مرحله به مرحله ی دیوار خاک مسلح، به صورت درجا اجرا می شود (شکل 1). ژئوسنتتیک ها محکم به پشت نما وصل می شوند. اهمیت این اتصال در پایداری دیوار در شکل 2 نشان داده شده است.
• استفاده از مسلح کننده ژئوگریدی پلیمری در خاکریز دانه ای جهت اطمینان از قفل و بست خوب با خاکریز و نیز استفاده از ترکیبی از ژئوتکستایل نبافته و بافته در خاک های چسبنده ی نزدیک به اشباع جهت تسهیل زهکشی و تسلیح کششی خاکریز. این امر امکان استفاده از خاک کم کیفیت ترِ موجود در محل را به عنوان مصالح خاکریز میسر می کند.
• استفاده از مسلح کننده با طول نسبتا کم.

آنالیز عددی GRS-RW :

در این تحقیق برای تحلیل عددی و تئوریک، یک تیپ سیستم GRS-RW مطابق شکل 3 در نظر گرفته شده است. ارتفاع دیوار 10 متر بوده، عرض در بالا 1 متر و در پایین 3 متر می باشد. عمق مدفون دیوار 1 متر است. خاکریزی به ارتفاع 8 متر با شیب 1:1.5 بالای دیوار وجود دارد که با سرباری معادل جایگزین شده است. 19 لایه ژئوگرید 9 متری با فاصله عمودی 0.5 متر در خاکریز قرار گرفته است.

 دو تیپ ژئوگرید (G1 و G2 ) به منظور مقایسه انتخاب شده اند. مشخصات خاک فونداسیون، خاکریز، مصالح GRW و همچنین سطوح مشترک در جدول های 1-3 ارائه شده است. خاک بستر نماینده ای از خاکهای سطحی بیش تحکیم یافته بوده و خاکریز، یک خاک دانه ای عادی تحکیم یافته می باشد. زاویه اتساع به صورت محافظه کارانه هم برای خاک بستر و هم خاکریز معادل صفر در نظر گرفته شده است ( از این جهت که خاک ها در اثر گسیختگی برشی دچار افت مقاومت می شوند). قابل ذکر است مدل سازی عددی در اینجا با هدف بررسی چند روند تحلیلی برای محاسبه نیروی بین خاک مسلح و GRW انجام می شود. 

شکل های 4 تا 6 به ترتیب، تغییرمکان افقی، توزیع تنش افقی بین پشت دیوار و خاک مسلح و بیشینه کرنش کششی را در هر لایه ژئوگرید نشان می دهند ( که در آن منطور از "1-"، حالتِ خاکریزی تا بالای دیوار است و "2-" مربوط به حالت اتمام اجرای سربار در بالای دیوار می باشد. جدول 4 خلاصه ای از نتایج تحلیل عددی، بیشینه تغییرمکان افقی، نیروهای افقی مابین دیوار و مسلح کننده ها و مقدار متوسط بیشینه کرنش ژئوگرید را در سیستم ارائه می دهد. 

روش طراحی سیستم GRS-RW با نمای صلب

نتایج تحلیل عددی انجام شده توسط Wang et al. (2014) نشان می دهد که فشار جانبی خاک وارد بر دیوار خاک مسلح با نمای وزنی کمتر از فشار وارد بر نمای گابیونی می باشد و توزیعی غیرخطی در راستای ارتفاع دیوار ارائه می دهد که استخراج قوانین ریاضی از آن را دشوار می سازد. ازین رو، برای تعیین فشار خاک پشت دیوار می توان به آیین نامه ژاپن مراجعه کرد که متد دو گوه ای را برای آنالیز پایداری داخلی سیستم خاک مسلح با نمای صلب به کار می برد. 

متد دو گوه ای (شکل 7) برای محاسبه پایداری داخلی یک دیوار خاک مسلح عادی که در آیین نامه ژاپن ارائه شده، شبیه آیین نامه موسسه معماری آلمان است با این تفاوت که در آیین نامه ژاپن، تنها حالتی که سطح لغزش به دلیل سختی بالای نمای FHR از پاشنه دیوار بگذرد در نظر گرفته می شود. 

جمع بندی

محاسبه فشار خاک و ارزیابی صحیح مشارکت مسلح کننده ها، نکاتی کلیدی در طراحی سیستم خاک مسلح هستند. کرنش کششی نهایی ژئوسنتتیک به میزان قابل توجهی بیشتر از کرنش نهایی مصالح خاکریزی است و به طور کلی تغییرشکل مسلح کننده ژئوسنتتیکی در حالت حدی در پروژه های مهندسی مجاز نیست. در روش سنتی طراحی، مقاومت کششی مسلح کننده به عنوان شاخص طراحی در نظر گرفته می شود اما معیار تغییرمکان لحاظ نمی شود. در نتیجه نتایج محاسبات تفاوت زیادی با مقادیر اندازه گیری شده واقعی دارند. 

ایده طراحی برای یک سیستم خاک مسلح معمولی یا سیستم خاک مسلح با نمای وزنی می تواند مبتنی بر اصل کرنش مجاز باشد به این معنی که فرض شود مصالح خاکریزی در حالت نهایی باشند اما مسلح کننده در حالت مجاز باشد ( وارد فاز حالت حدی نشود). در این پژوهش، بر اساس نتایج تحلیل عددی روی خاک مسلح با نمای FHR و خاک مسلح با نمای GRW، ایده ای برای طراحی بر اساس تنش و کرنش مجاز مسلح کننده ها ارائه شده است. 

By: Mandana Mohiti

Paper by: Xiequn Wang. Rajyaswori Shrestha. Xinping Li. Abhay Kumar Mandal

جهت دریافت مشاوره و ارائه طرح های پایدارسازی دیوارهای خاک مسلح، می توانید با ما تماس بگیرید. تیم ما آماده است تا شما را در انتخاب مناسب ترین راهکارها و محصولات یاری رساند.