دیوار خاک مسلح

خاك مسلح روش نسبتا جدیدي است که نخستین بار توسط یک مهندس فرانسوي، در سال 1963 ابداع شد. دیوار حائل پران‌یر نخستین نمونه خاك مسلح بود که در سال 1965 در فرانسه بنا شد و پس از آن در سال 69-1968 اجراي پروژه‌ي بلندمدت دیوارهاي حائل بر روي شیب هاي ناپایدار در جنوب فرانسه، فرصت انجام بررسی هاي تحقیقاتی و پیشرفت هاي فنی را فراهم نمود.

خاك مسلح مجموعه‌اي از خاکریز (خاك آن معمولا دانه اي است)، عناصر مسلح کننده (به صورت تسمه، میلگرد و غیره) و عناصر نما می‌باشد. در خاك مسلح وجود عناصر مسلح کننده کششی باعث بهبود مقاومت خاك می شود.

تاریخچه تسلیح خاک

تاریخچه استفاده از خاک مسلح توسط انسان به چهار تا پنج هزار سال قبل از میلاد مسیح که از کاه برای مسلح کردن خاک رس و آجر‌های رسی استفاده می‌کردند بر می‌گردد. کاربرد‌های خاک مسلح در برج‌های بلند و چند طبقه هرمی شکل پلکان داری که به زیگورات مشهورند و همچنین در بخش‌هایی از دیوار چین نیز مشاهده شده است. ورقه‌های بامبو، پوست بز، کاه، نی و پوست درختانی همانند خرما از جمله مسلح‌کننده‌های قدیمی می‌باشد.

تکنیک خاک مسلح مدرن و روش تحلیل و طراحی آن در سال 1966 توسط مهندس فرانسوی هانری ویدال (Henri Vidal) ارائه شد و بعد از او توسط داربین (Darbin) در سال 1970 و بوسیله شوسر (Schosser) در سال 1974 پیگیری شده که در این تحقیقات از مته‌های فولادی به عنوان عناصرمسلح‌کننده استفاده شده است. در سال 1960 مرکز تحقیقات راه فرانسه مطالعات کاملی در خصوص فواید استفاده از خاک مسلح انجام داد. در 30 سال گذشته بسیاری از دیوار‌های حائل و خاکریز‌هایی که با استفاده از خاک مسلح اجرا شده عملکرد خوبی داشته است.

خاک مسلح یا خاک تثبیت شده مکانیکی ایده جدیدی نیست و امروزه این عمل توسط مسلح‌کننده‌هایی از قبیل فلز، پلیمر و یا مصالح طبیعی صورت می‌گیرد. با توجه به اینکه خاک در برابر کشش ضعیف است، ایده خاک مسلح در حقیقت راه حلی برای رفع این نقطه ضعف می‌باشد.

ترکیب مسلح‌کننده و و خاک مناسب، مصالح ویژه‌ای را بوجود می‌آورد که دارای خواصی کاملاً متفاوت با خواص اجزاء تشکیل‌دهنده آن است. زمانی که مقاومت کششی مسلح‌کننده به خاک متراکم ملحق می‌شود توده به صورت جسم ترکیبی و نیمه صلب در می‌آید و امکان ساخت سازه‌های اقتصادی که قادر به مهار نیرو‌های کششی هستند را فراهم می‌سازد.

مهندس فرانسوی هانری ویدال دریافت که وقتی مصالح دانه‌ای با مواد زبری که مقاومت کششی خوبی دارند ترکیب می‌شوند، ماده ترکیبی حاصل مقاومتر از ماده اولی خواهد بود این ایده سبب توسعه سریع تسلیح خاک گشت و باعث شد موضوع تسلیح خاک فرم پیشرفته‌ای به خود بگیرد.

نحوه عملکرد خاک مسلح و مزایای آن

خاک مسلح با توجه افزایش مقاومت کششی خاک، افزایش مقاومت برشی به علت اصطکاک موجود در سطح تماس خاک و مصالح مسلح‌کننده و جلوگیری از نفوذ مصالح در خاک سست باعث افزایش ظرفیت باربری و کاهش نشست خاک و همچنین باعث افزایش پایداری خاکریز‌ها و بسیاری موارد دیگر می‌شود، استفاده از خاک مسلح چه از نظر فنی و چه از نظر اقتصادی در اغلب اوقات بر دیگر روش‌ها برتری دارد. از نظر سازه خاک مسلح به علت انعطاف‌پذیری و میرایی بالایی که دارد در مقابل بار ناشی از زلزله عملکرد خوبی نشان می‌دهد از نظر اقتصادی نیز با توجه به سهولت در اجرا، عدم نیاز به کارگران با مهارت‌های فنی بالا، کم بودن زمان اجرا این روش می‌تواند در ردیف اول اولویت‌های انتخابی قرار گیرد.

انواع مسلح کننده‌ها

تسمه‌هاي مسلح کننده:

همچنین به جهت تثبیت مکانیکی خاکریز‌ها، از تسمه‌های مسلح‌کننده به صورت افقی و در فواصل مشخص از یکدیگر، بر روی لایه‌های خاک استفاده می‌شود. در این روش پس از اجرای تسمه یک لایه خاک ریخته و متراکم می‌گردد و تسمه‌های دیگر ردیف‌ها به همین شکل تا تراز فوقانی خاکریز ادامه می‌یابد.

شبکه‌های مسلح‌کننده

در اینگونه سیستم‌ها به جهت تسلیح خاک از المان‌هایی از جنس فلز و یا پلیمر استفاده می‌شود که مقاومت کششی بالایی دارند. این المان‌ها بصورت افقی در لایه‌های مختلف خاک کوبیده شده قرار می‌گیرند.

شبکه‌های مسلح‌کننده خاک که از جنس پلیمر هستند را ژئوگرید می‌نامند.

استفاده از ژئوسنتتیکها جهت تسلیح خاک

از جمله پرکاربردترین مصارف ژئوسنتتیکها، ساخت دیوار حائل به صورت خاک مسلح است. در این روش دیگر نیازی به احداث دیوار‌های حائل بتنی، طره‌ای یا سنگی نداشته و با استفاده از خاک و ژئوگرید احداث می‌گردد. کوله پل‌ها، تقاطع های غیر همسطح، دیوارهای برگشتی، پایدارسازی شیروانی‌ها و همه و همه در دو نوع باربر و غیر باربر با استفاده از ژئوگریدها قابل اجرا هستند.

کاربرد ژئوگرید در خاک مسلح

امروزه خاک‌های مسلح شده با ژئوگرید در بسیاری از فعالیت‌های عمرانی یک کشور مورد استفاده قرار می‌گیرد. از خاک‌ مسلح شده با ژئوگرید در دیوار‌های حایل، ایجاد پایداری و حفظ خاکریزی‌ها با شیب‌های تند تا 110 درجه، استفاده می‌گردد. همچنین در کوله پل‌ها و سازه‌های کنترل‌کننده آلودگی‌های صوتی نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد.

ژئوگریدها بعنوان تقویت کننده خاک در لایه های مختلف خاک کوبید شده قرار می‌گیرند و میزان مقاومت کششی و برشی خاک را به میزان قابل توجهی افزایش می‌دهند.

 

دیوار خاک مسلح در زیرگذر محمدشهر استان البرز

مزایا و معایب دیوار‌های ژئوسنتتیک

مزایا:

صرفه اقتصادی نسبت به دیوار‌های حائل مشابه. بطور کلی در صورتیکه سطح دیوار حائل بیش از 200 مترمربع و یا ارتفاع آن بیش از 3 متر باشد، یا اینکه دیوار‌های حائل نیاز به شالوده‌ی عمیق داشته باشد، استفاده از دیوار‌های مسلح باعث کاهش محسوس هزینه‌ها خواهد شد.

• سرعت اجرای بالا و سهولت در اجرا
• امکان استفاده از مصالح موجود در محل
• دیوار‌های ژئوسنتتیک انعطاف پذیرتر هستند و عملکرد بسیار مناسبی در مقابل زلزله و دیگر نیرو‌های وارد بر سازه دارند. همچنین به دلیل انعطاف‌پذیری و جرم بیشتر، در مقابل بارگذاری‌های دینامیکی همچون بار چرخ وسایل نقلیه، آثار موج و ضربه قایق‌ها، مقاومت بیشتری دارند.
• امکان استفاده از نما‌های متنوع
• سازگاری با محیط زیست
• طول عمر بالاتر نسبت به سازه‌های مشابه
• پدیده خوردگی که در مسلح‌کننده‌های فولادی کنترل‌کننده است در ژئوسنتتیک‌ها مشاهده نمی‌شود.
• مسلح‌کننده‌های ژئوسنتتیک سبک هستند و به راحتی حمل و نقل می‌شوند.
• با استفاده از پوشش گیاهی در نما می‌توان از دیوار‌های با مسلح‌کننده و نمای ژئوگریدی در برابر پرتو فرابنفش محافظت نمود.

معایب:

• پدیده خزش در ژئوسنتتیک‌ها باعث کاهش مقاومت درازمدت آن‌ها می‌شود. همچنین بسیاری از انواع ژئوسنتتیک‌ها باید همواره در برابر پرتو فرابنفش محافظت شوند.
• اجرای این دیوار‌ها به خصوص در نواحی خاکبرداری نیاز به فضای بیشتری نسبت به دیگر انواع دیوار حائل دارد.
• امکان خاکبرداری از خاکریز‌های مسلح شده وجود ندارد.

برخی از کاربرد‌های دیوار خاک مسلح ژئوگریدی

• احداث رمپ و کوله پل‌ها
• احداث دیوار‌های خاک مسلح ژئوگریدی
• احداث و تعریض جاده‌ها و خطوط آهن
• احداث دیوار حائل ژئوگریدی در مسیر رودخانه‌ها و کناره سواحل به منظور جلوگیری از آبشستگی و فرسایش
•  ویژگی‌ها و مزایای استفاده از ژئوگرید GPgrid-Geogrid در رمپ‌ها و کوله‌های پل‌ها
• اجرای کوله‌های باربر و غیرباربر در پل‌ها
• اجرای رمپ پل‌ها
• امکان تطابق اجرای کوله‌ها و رمپ‌های ژئوگریدی با سایر بخش‌های پل
• امکان اجرای کوله‌ها و رمپ‌های قائم
• عدم محدودیت در ارتفاع
• امکان اجرای نما‌های متنوع در بدنه پل
• کاهش هزینه‌های پروژه نسبت به روش‌های مشابه

ویژگی‌ها و مزایای اجرای دیوار خاک مسلح ژئوگریدی

• صرفه اقتصادی نسبت به دیوار‌های حائل مشابه
• سرعت اجرای بالا و سهولت در اجرا
• امکان استفاده از مصالح موجود در محل
• عملکرد بسیار مناسب در مقابل زلزله و دیگر نیرو‌های وارد بر سازه
• امکان استفاده از نما‌های متنوع
• سازگاری با محیط زیست
• طول عمر بالاتر نسبت به سازه‌های مشابه

مبانی طراحی خاک مسلح

آیین‌نامه FHWA در نشریه NHI-10-024 ضوابط عمومی برای طراحی خاک مسلح ارائه نموده است. طراحی دیوار‌های خاک مسلح ژئوگریدی ژئوپارسیان بر اساس آیین‌نامه‌های به روز جهانی از جمله FHWA، AASHTO و با استفاده از نرم‌افزار‌های MSEW، ReSSA، PLAXIS وSlide انجام می‌شود. همچنین به منظور اجرای دقیق و بدون نقص پروژه‌های ژئوسنتتیک، ژئوپارسیان خود را متعهد به پشتیبانی و ارائه مشاوره به کارفرمایان و پیمانکاران در فرآیند اجرایی پروژه‌ها می‌داند.

انواع نما‌های قابل اجرا

با توجه به جدا بودن عملکرد نما از دیوار حائل، انواع مختلف نما‌ها در دیوار‌های مسلح ژئوگریدی بنا به نظر کارفرما قابل اجرا است.

کاربرد ژئوتکستایل در دیوار  خاک مسلح

ژئوتکستایل‌ها در دیوارهای مسلح ژئوگریدی به منظور جلوگیری از مخلوط شدن دانه‌بندی خاک، حفظ هندسه آن و ایجاد زهکشی مناسب به کار برده می‌شوند.

 

نمونه برخی پروژه‌های شرکت ژئوپارسیان در اجرای خاک مسلح