مفهوم انتقال نیرو در نیلینگ

مكانيزم هاي انتقال نيرو و پاسخ ديوار كه در هنگام اجرای نیلینگ اتفاق مي افتند:

حفاري خاك از سطح زمين شروع شده و حفاري فاز 1 در شكل زيركامل شده است. به دليل قابليت خاك براي ايستادن ایمن، قسمت بالايي از خاك پشت « پايدار » است ( يا حداقل به صورت مرزي پايدار است ) قبل از آنكه اولين رديف از ميخ ها ( ميخ هاي 1 ) نصب شوند، مقاومت خاك در طول سطح گسيختگي بحراني پتانسيل بالايي بسيج شده است تا اجازه دهد ديوار حفاظت نشده بايستد.

شکل1. انتقال نيرو در ديوارهاي ميخ كوبي شده.

هنگامي كه ميخ هاي 1 و نماي موقتي نصب شده اند، مقداري نيرو كه از تغيير شكل خاك بالايي ايجاد شده است به اين ميخ ها از طريق تنش هاي برشي در طول ميخ ها منتقل مي شود و به نيروهايي محوري تبديل مي شود. بخش بالايي از شكل به طور شماتيك توزيع نيروي محوري در ميخ هاي 1 را در پايان حفاري فاز 1 نشان ميدهد. در اين نقطه، نگهدارنده هاي موقتي سطح حفاري شده را حمايت مي كند و اتصال ميخ هاي مجاور در رديف از ميخ هاي 1 را فراهم مي سازد.

هنگامي كه حفاري تا مرحلة 2 انجام مي شود، قسمت بالايي و قسمت هاي حفاظت نشده از ديوار به طور جانبي تغيير شكل مي دهند. در اين مرحله سطح لغزش پتانسيل ديگري كه از پاي حفاري مرحلة 2 آغاز مي شود شكل گرفته است. سطح گسيختگي بحراني در اين سطح حفاري از سطح حفاري قبلي متمايز است.

سپس ميخ هاي 2 نصب مي گردند. در ادامه facing ( نماي ) موقتي بين قسمت هاي پائيني فازهاي 1و2 نصب شده اند و به نماي ساخته شده در فاز 1 ادغام مي شوند. حركت خاك بالاي عمق فاز 2، باعث خواهد شد كه بارهاي اضافي به ميخ هاي 1 منتقل شوند و نيروهايي در ميخ هاي 2 توليد شوند به توزيع نيروهاي ميخ هاي 1 كه در پايان حفاري مرحلة 2 افزايش يافته است توجه گردد.

براي فراهم ساختن پايداري كلي، ميخ هاي خاك مي بايست خارج از سطح پتانسيل گسيختگي ادامه يابند. هنگامي كه تغيير شكل جانبي مربوطه به حفاري افزايش مي يابد، تنشهاي برشي اضافي در طول ميخ خاك و نيروهاي محوري از ميخ هاي نصب شده قبلي بسيج مي شوند. هنگامي كه عمق حفاري افزايش مي يابد، اندازة جرم خاك نگهداشته شده افزايش مي يابد، همانطور كه در شكل نمايش داده شده است.

هنگامي كه اندازة بخش نگهداشته شده افزايش مي يابد، تنش خاک در سطح مشترك ميخ و خاك و نيروهاي محوري در ميخ ها افزايش مي يابد. تنش هاي كششي اعمال شده پشت قسمت نگداشته شده در يك تأثير مهاري منتقل مي شود اين تنش ها نهايتاً تمايل به پايدار سازي جرم لغزنده دارند.

در حالي كه نيروي كششي در ميخ هاي پائين و مياني ممكن است افزايش يابد هنگامي كه عمق حفاري زياد مي شود، نيروي كششي در بعضي از ميخ هاي بالايي ممكن است كاهش يابد كه اين مربوط به « باز توزيع نيرو » مي شود. براي مثال، قسمت بالايي از شكل به طور شماتيك نشان مي دهد كه توزيع نيروي محوري براي ميخ هاي 1 در پايان آخرين مرحله حفاري فاز 2 مقادير خيلي بزرگ را نشان نمي دهد.

هنگاميكه سطح گسيختگي بحراني بزرگتر و عميق تر مي شود، مشاركت ميخ هاي بالايي در پايدار سازي اين جرم لغزنده بزرگتر كاهش مي يابد. در بعضي موارد ميخ هاي بالايي ممكن است كه كاملاً غير مؤثر در ارزيابي از سطوح گسيختگي بحراني عميق باشند. به هرحال، ميخ هاي بالايي نمي بايست كه بيش از حد نياز در نظرگرفته شوند، بخاطر اينكه آنها براي پايدار سازي در هنگام مراحل اوليه از حفاري مشاركت مي كنند و به كاهش تغيير مكان هاي جانبي كمك مي كنند. آناليز ديوارهاي ميخ كوبي شده مي بايست كه هم « درزمان ساخت » و هم « بعد از ساخت » شرايط بارگذاري را در نظر بگيرد كه حالت بحراني غالب در هر سطح خاك را بدست آورد. موقعيت بحراني غالب ممكن است كه بعد از اينكه ديوار كامل شد رخ دهد كه مربوط به تركيب بارهاي دراز مدت طراحي ( بار مرده، بار زنده و ترافيك ) و بارهاي نهايي ( زلزله ) مي باشد. در موقعيت هاي ديگر، حالت بحراني غالب ممكن است كه در طول ساخت رخ دهد هنگامي كه پائين ترين سطح حفاري به طور موقت بدون ساپورت مي ماند و ميخ هاي خاك و شاتكريت هنوز نصب نشده اند. اين شرايط بارگذاري كوتاه مدت بحراني است كه با شرايط تراوش موقتي بحراني تر ( بدتر ) شود. انتخاب ضرائب اطمينان براي شرايط حفاري موقتي كه پائينتر از آنهايي هستند كه براي شرايط طولاني مدت اتخاذ مي شوند قابل قبول است و به طور معمول انجام مي شود به دليل آنكه تداوم قرارگرفتن در اين ريسك گسيختگي خيلي كمتر مي باشد.

شکل2. مد گسیختگی در ديوارهاي ميخ كوبي شده.

به عبارت ساده تر می توان گفت در هرمرحله خاکبرداری پیش از نصب میخ، مقاومت برشی خاک در راستای بحرانی ترین گوه گسیختگی فعال می شود تا پایداری سطح خاکبرداری شده را فراهم آورد. با کارگذاری میخ و سیستم بتن پاشی موقت، بخشی از بار ناشی از تغییر شکل دیواره خاکبرداری شده فوقانی از طریق تنش های برشی در راستای میخ ها به میخ ها منتقل می گردد و به شکل نیروهای محوری تغییر می یابند. به طور کلی، راستای نیروهای برشی وارده بر هر میخ در نقطه عطفی که ماکزیمم مقدار نیروی محوری هر میخ در آن حادث می شود، تغییر می یابد. این نقطه عطف در واقع محل تلاقی محتمل ترین سطح لغزش با میخ می باشد. نیروی محوری وارده بر میخ از نقطه عطف به سوی ابتدا و انتهای میخ، کاهش می یابد. این کاهش در حد فاصل نقطه عطف و انتهای میخ مشهودتر می باشد. پوشش بتن پاشی موقت ضمن محافظت نسبی از دیواره خاک برداری شده فوقانی، ارتباط میخ های مجاور با دیواره خاک برداری شده فوقانی را برقرار می کند. در مرحله بعدی خاک برداری، آن بخش از دیواره محافظت نشده و بخش محافظت شده فوقانی تغییر شکل های جانبی می دهند وسطح لغزش دیگری در توده خاک ایجاد می گردد که نسبت به سطح لغزش ایجاد شده در مرحله قبل از خود، عمق قطر بیشتری را اتخاذ می کند و این فعالیت موجب پایداری دیواره می گردد. با کارگذاری ردیف میخ های بعد و اجرای پوشش موقت بتن پاشی، مقدار بار محوری اعمالی در میخ اجرا شده در مرحله پیشین افزایش می یابد ضمن آن که میخ اجرا شده در این مرحله تحت بار محوری قرار می گیرد.بدین ترتیب با ادامه مراحل خاکبرداری، اجرای پوشش موقت بتن پاشی و اجرای میخ های ردیف های جدید، سطوح لغزش جدید و قطورتر ایجاد می گردند و میخ ها یک به یک زیر بار محوری قرار خواهند گرفت. با دست یابی به تراز نهایی گود و اتمام فرآیند مرحله به مرحله سیستم حفاظت از دیواره ها به روش دیواره میخ کوبی شده، سطح لغزش کامل (Global) تشکیل میگردد که اگرچه ممکن است آنقدر قطور باشد که میخ های تمامی ردیف ها در مراحل ساخت بار محوری مربوط به آن مرحله را تحمل کرده اند و در مراحل پایانی ساخت، سهم باربری خود را به میخ های ردیف های پایین تر داده اند. همچنین، میخ های ردیف های بالایی قطعا در کاهش تغییر مکان های اجتناب ناپذیر افقی، کاهش قابل ملاحظه ای ایجاد خواهند کرد. مطابق ملاحظات آیین نامه FHWA، اگرچه سیستم حفاظت دیواره میخ کوبی شده شرایط ضمن ساخت متعددی دارد، اما از آنجایی که مدت زمان اجرای هر مرحله نسبت به اجرای تمامی فرآیند خاک برداری و سیستم حفاظت کوتاه تر می باشد، احتیاجی به کنترل شرایط ضمن ساخت در محاسبات نخواهد بود.

---