روش پایدارسازی گود و سازه های نگهبان

روش اجرای نیلینگ 

تئوری استفاده از روش نیلینگ بر مبنای مسلح کردن و مقاوم نمودن توده خاک با استفاده از دوختن توده خاک توسط مهارهای کششی فولادی Nail با فواصل نزدیک به یکدیگر می باشد.

استفاده از این روش موجب: 

1) افزایش مقاومت برشی توده خاک می گردد.
2) محدود نمودن و تحت کنترل در آوردن تغییر مکانهای خاک در اثر افزایش مقاومت برشی در سطح لغزش Slid بدلیل افزایش نیروی قائم می شود.
3) باعث کاهش نیروی لغزش در سطح گسیختگی و لغزشی می شود.
باید توجه داشت کلیه سطوح ترانشه های حفاری شده که توسط نیلینگ بایستی مسلح شوندبا استفاده از شبکه مش و شاتکریت ابتدا حفاظت شده و سپس سیستم نیلینگ روی آنها اجرا می شوند.

کاربرد نیلینگ در پروژه های عمرانی 

1) پایداری ترانشه ها در احداث بزرگراه ها و راه آهن ها.
2) پایداری جداره تونلها وسازه های زیر زمینی.
3) پایدار سازی و حفاظت گود در سازه های مناطق شهری، ساختمانهای مجاور گود، ایستگاه های زیر زمینی مترو و…
4) پایدار سازی کوله های مجاور پل ها در زمین های سست و ریزشی.

مهار کششی نیلینگ معمولا از آرماتورهای فولادی با قطر 20 الی 40 میلیمتر و با حدتسلیم 420 الی 500 نیوتن بر میلیمتر مربع استفاده می شوند که درون یک چال حفاری شده با قطر 76 الی 150 میلیمتر قرارگرفته و دور آن درون چال تزریق می گردد. فواصل بین مهارهای کششی در حدود 1 الی 2 متر می باشد و طول آنها نیز در حدود 70 الی 100 درصد ارتفاع گود می باشد و حداقل شیب نسبت به افق حدودا 15 درجه می باشد.
باید توجه داشت که رویه شاتکریت شده روی ترانشه های حفاری شده نقش سازه ای نداشته اما می توان جهت اطمینان برای پایداری موقت خاک بین مهارها استفاده نمود.

مراحل اجرای سیستم نیلینگ (nailing) 

مطابق با شکل مراحل اجرای نیلینگ بصورت شماتیک نشان داده شده است .
1) گودبرداری در مرحله اول ترانشه و یا گود و ایجاد پله بعدی عملیات.
2) حفاری چال جهت نصب مهار کششی Nail.
3) قراردادن آرماتور داخل چال و تزریق چال.
4) اجرای سیستم زهکشی و اجرای شاتکریت جداره و نصب ضخامت فولادی.
5) گودبرداری مرحله بعدی ترانشه و یا گود و ایجاد پله های بعدی علمیات.
6) اجرای پوشش شاتکریت نهایی پس از اتمام آخرین مرحله حفاری.

اصول طراحی نیلینگ (nailing) 

مراحل طراحی سیستم نیلینگ مطابق زیر است: •
• هندسه سازه مشخص گردد. •
• عمق و زاویه شیب خاکبرداری مشخص گردد. •
• بارگذاری و سربار بارهای وارده به Nail و موقعیت سطح افزایش تخمین زده شود. •
• انتخاب نوع آرماتور شامل: سطح مقطع، طول و فاصله از یکدیگر و در هر تراز مقاومت موضعی آنها تضمین گردد تا مقاومت از نظر استحکام و ظرفیت چسبندگی برای تحمل نیروها تخمین زده شده و با ضریب اطمینان مناسب و قابل قبول کنترل شوند. •
• پایداری کل سازه نگهدارنده و خاک اطراف آن در زمان حفاری گود و ایجاد پله های حفاری و بررسی و کنترل ضریب اطمینان قابل قبول. •
• تخمین نیروهای وارده بر صفحه فولادی Bearing plate •
• در نظر گرفتن سطح پیزومتریک آبهای زیر زمینی و لحاظ نمودن سیستم زهکش

مزایای روش دوخت به پشت 

1) مشخصات مکانیکی خاک بر اثر تزریق بتن به درون چاهک‌ها و نیزپیش تنیده شدن خاک بهبود می‌یابد در نتیجه هم از خاک اطراف جداره برای مهار رانش خاک استفاده می‌شود و هم میزان رانش خاک بر اثر بهبود مشخصات مکانیکی خاک کاسته می‌شود .
2) سازه نگهبان در داخل گود جاگیر نیست .
3) از خاک موجود برای مهار دیواره گود استفاده می‌شود .

معایب روش دوخت به پشت 

1) استفاده از بدنه خاک مجاور دیواره گود ضروری است .لذا درمواردی که خاک مجاور گود در زیر یک ساختمان یا درحریم همسایه یا درحریم تاسیسات و معابر شهری باشد از این روش نمی‌توان استفاده کرد یا استفاده از آن با محدودیت همراه است .
2) به دلیل ضرورت اجرای عملیات به صورت مرحله به مرحله ،به زمان زیادی نیاز دارد،البته این امر ممکن است در پروژه های بزرگ مطرح نباشد بلکه بر عکس ممکن است زمان کلی اجرای کار نیز،به ویژه با مدیریت صحیح ،کاهش یابد .
3) هزینه اجرای عملیات ،به دلیل تکنولوژی پیشرفته تر ،درمقایسه با روش‌های ساده تر بیشتر است؛ولی در پروژه های بزرگ و احجام زیاد ممکن است این امر مطرح نباشد و بر عکس هزینه کلی کار کاهش یابد .
4) به دستگاه های خاص نظیر دستگاه های لازم برای حفر چاهک‌ها ،تزریق ،حمل پانل‌ها نیاز دارد.
5) به افراد با تخصص‌های بالاتر در رده های مختلف فنی برای اجرای عملیات مربوطه ،در مقایسه با روش‌های ساده تر نیاز دارد .

3) روش دیواره دیافراگمی 

در این روش ابتدا به کمک دستگا ه های حفاری ویژه محل دیوارنگهبان را حفر می‌کنیم .سپس به طور همزمان محل حفر شده را با گل بنتونیت و سیمان پر می‌کنیم تا ازریزش خاک دیواره محل حفر شده جلوگیری شود .سپس قفسه آرماتورهای دیوار نگهبان را که از قبل ساخته و آماده کرده‌ایم،در داخل محل حفر شده دیوار جای می‌دهیم .آنگاه بتن ریزی دیوار را انجام می‌دهیم . بتن مصرفی معمولا از نوع بتن روان وبا کارایی زیاد است . دیوارهای دیافراگمی معمولاً به صورت پیش ساخته و پیش کشیده نیز اجرا می‌شوند .

شرح روش: 

یکی دیگر از روشهای محافظت از جداره گود احداث دیوار دیافراگمی و یا دیوار دوغابی Slurry Wall می باشد. در این روش ابتدا توسط دستگاههای گراب متناسب با شرایط زمین حفاری قسمتی از دیوار انجام می شود و همزمان با حفاری جهت پایداری جداره دیواره حفاری شده و جلوگیری از ریزشهای موضعی از دوغاب بنتونیت استفاده می شود تشکیل کیک بنتونیت در داخل دیواره حفاری شده و نفوذ در لایه های دانه ای جداره باعث می گردد جداره همواره پایدار بماند و سپس بلافاصله پس از رسیدن به عمق مورد نظر آرماتور گذاری شده و در نهایت بتن ریزی می گردد. این روش در زیر هسته سدهای خاکی نیز کاربرد بسیار دارد و از هرگونه نشتی را جلوگیری می نماید. استفاده از این تکنیک در مناطق شهری نیز با محدودیت های نظیر استفاده از روش مهار بندی افقی و مایل و المانهای کششی دارا می باشد.

مزایای روش دیواره دیافراگمی 

1) سرعت اجرای کار بسیار زیاد است .
2) درجه ایمنی کار بسیار زیاد است .
3) دیوار دیافراگمی هم به عنوان سازه نگهبان گود رفتار می‌کند و هم در حین بهره برداری از آن به عنوان دیوار حایل استفاده می‌شود .
4) دیواردیافراگم به ویژه برای حفاری‌ها و گودهای با طول زیاد مناسب است .

معایب روش دیواره دیافراگمی 

1) در احجام کم هزینه کار بسیار زیاد است ،ولی در احجام بزرگ هزینه کلی اجرای کار می‌تواند از روش‌های ساده تر کمتر نیز باشد.
2) در این روش دستگاه های حفاری مربوطه نیاز به فضای کار زیادتری بدارند و در صورتی که از نظر فضای دو طرف دیواره محدودیت داشته باشیم اجرای کارناممکن خواهد بود و یا اینکه به سختی صورت می‌گیرد .
3) در این روش به دستگاه های حفاری ویژه ای نیاز است .
4) در این روش به نیروهای با تخصص بالا برای کار با دستگاههای مورد نظر و سایر موارد نیاز است .

4) روش مهار متقابل 

این روش برای گودهای به عرض کم مناسب است .در این روش ابتدا در دو طرف گود ،در فواصلی معین از یکدیگر چاهک‌های را حفر می نمائیم .طول این چاهک‌ها برابر با عمق گود به اضافه مقداری اضافه تر به میزان حدود 0.25 تا 0.35 برابر عمق گود است .این عمق اضافه به منظور تأمین گیرداری انتهای تحتانی پروفیل‌هایی است که در چاهک قرار داده می‌شوند .

سپس درو ن این چاهک‌ها پروفیل‌های فولادی HیاI مطابق با محاسبات و نقشه های اجرایی قرار می‌دهیم . طول این پروفیل‌ها را معمولاًبه گونه ای در نظر می‌گیریم که انتهای فوقانی آن‌ها تاحدی بالاتر از تراز بالای گود قرار گیرند .
آنگاه قسمت فوقانی هر دو پروفیل قائم مزبور را به کمک تیرها و خرپاهایی به یکدیگر متصل می‌کنیم .این کار موجب می‌شود که هر دو پروفیل متقابل قائم ،به پایداری یکدیگر کمک کنند .

پس از آن، عملیات گود برداری را به تدریج انجام می‌دهیم .در صورت لزوم ،در نقاط دیگری از ارتفاع پروفیل‌های قائم نیز سیستم مهار متقابل را اجرا می نمائیم .

در صورتی که خاک خیلی ریزشی باشد باید در بین اعضای قائم از الوارهای چوبی یا اعضای مناسب دیگراستفاده کنیم .
سیستم مهار متقابل فوق الذکر باید در جهت عمود بر سیستم قبلی آن یعنی در جهت طول گود نیز به صورتی مناسبی مهار بندی شود .

مزایای روش مهار متقابل 

1) گودبرداری‌های با عرض کم دارای مزایای بسیار زیادی است که از آن جمله سرعت زیادتر ،هزینه کمتر و جاگیری کمتر را می‌توان نام برد .
2) این روش به ویژه در بسیاری از عملیات‌های اجرای کانال‌ها می‌تواند بسیار سودمند واقع شود .

معایب روش مهار متقابل 

1) در صورتی که عرض گود زیاد ،مثلاً بیش از 10 متر شود و نیز درصورتی که عمق گود زیاد باشد ممکن است مهاربندی های عرضی ویا مهاربندی های تراز های مختلف دست و پا گیر شده و موجب بروز مشکل در اجرای کار بشود .

5) روش اجرای شمع 

در این روش در پیرامون زمینی که قرار است گود برداری شود در فواصل معینی از هم شمع‌هایی اجرا می‌کنیم .این شمع‌ها می‌توانند از انواع مختلف مصالح سازه ای نظیر فولاد،بتن و چوب باشند .همچنین شمع‌های بتنی را می‌توان به صورت پیش ساخته یا درجا اجرا کرد .در این روش شمع‌ها فشار جانبی خاک را به صورت تیرهای یکسر گیردارتحمل می‌کنند .

طول گیرداری لازم در انتهای شمع‌ها چیزی در حدود 3 درصد است. پس از اجرای شمع‌ها می‌توان عملیات گودبرداری را اجرا کرد .در صورت لزوم باید شمع‌ها را در امتداد گود مهاربندی کرد .

شرح روش: 

یکی از روشهای متداول در پایداری و حفاظت جداره ها با شرایط متنوع اعم از زمین سخت و سست و نرم استفاده از شمع های درجا می باشد و در برخی موارد علاوه بر ایفای نقش حفاظت جانبی نقش آب بندی را نیز انجام می دهد و همواره درصورت نیاز بار قائم نیز تحمل می کند. مهار بندی جداره ها توسط شمع های درجا در موارد زیر بعنوان گزینه برتر برای سیستم های حفاظت جانبی گود مطرح می باشند : –

– در مواردیکه امکان اجرای سپر فولادی (کوبیدن و نصب) وجود ندارد و یا سختی و تراکم زمین بیش از حد توان سپر کوبی و با دشواری زیادی مواجهه می باشد. –
– در شرایطی که بدلیل وجود آبهای زیر زمینی و بالا بودن سطح آن نیاز به آب بند بودن جداره می باشد. –
– در مواردیکه امکان ایجاد مهارهای جانبی (کششی) در زیر ساختمان های مجاور ناشی از گودبرداری وجود ندارد و یا در تلاقی با تاسیسات زیر بنایی شهری و مستحدثات زیرزمینی (تونل) باشد. –
– در مواقعیکه امکان استفاده از سیستم حفاظت گود بعنوان بخشی از سازه اصلی و باربری وجود داشته باشد.

روشهای مختلف برای اجرای تکنیک های شمع های درجا ریز وجود دارد و متداولترین آنها عبارتند از: 

الف) اجرای دیوار محافظت پیوسته (آب بند)
ب) اجرای دیوار محافظت ناپیوسته

الف) اجرای دیوار محافظ پیوسته (آب بند) 

در این روش ابتدا شمع هایی با بتن پلاستیک یک در میان حفاری و اجرا می گردد و سپس با رعایت هم پوشانی شمع های اصلی و سازه ای با رعایت احداث جداره زنجیره ای و پیوسته اجرا می گردد.

ب) اجرای دیوار محافظت ناپیوسته 

در مواردیکه توده خاک و سنگ دارای چسبندگی زیاد بوده و سطح آبهای زیر پایین بوده می توان از شمع های درجا ریز ناپیوسته و با فاصله استفاده نمود. در این روش بدلیل چسبندگی بین دانه ها خاک بین شمع ها با وجود پدیده قوس خوردگی پایداری جانبی وجود دارد .

با در نظر گرفتن شرایط و پارامترهای ژئوتکنیکی خاک معمولا حداکثر فاصله محور تا محور شمع های اصلی 2 برابر قطر شمع ها می باشد همچنین در این روش پایداری در برابر نیروهای جانبی نیز مدنظر قرار می گیرد این روش در پایداری های کوتاه مدت کارایی داشته و در اثر مرور زمین احتمال هوازدگی بین شمع ها وجود دارد و در دراز مدت نیز تغییر مشخصات خاک و برخی از پارامترهای آن مانند از دست دادن آب و یا حالت اشباع پیدا نمودن آن باعث ریزش خاک بین شمع ها شده و برای جلوگیری از آن می توان از بتن پاشی (شاتکریت) و با بستن مش پوشش لازم را جهت پایداری ایجاد نمود.

مزایای روش اجرای شمع 

1) سرعت عملیات اجرایی بسیار بالاست .
2) سیستم به هیچ وجه دست و پا گیر نیست .
3) در احجام زیاد هزینه عملیات کاهش می‌یابد .
4) گاهی از اوقات می‌توان از شمع‌ها به عنوان سازه نگهبان دائم (نظیر دیوار حائل)یا بخشی از آن نیز استفاده کرد .
5) شمع‌های پیش ساخته را پس از جمع آوری می‌توان در پروژه های دیگر نیز استفاده کرد .
6) در گودهای با عمق تاحدود 5 متر معمولاً اقتصادی‌اند .

معایب روش اجرای شمع 

1) در صورتی که ارتفاع گودبرداری زیاد باشد هم باید فواصل شمع‌ها از هم کم شوند و هم باید از مقاطع سازه ای قوی‌تری برای اجرای کار استفاده کرد .
2) در بسیاری از پروژه های شهری به دلیل مشکلات شمع کوبی نمی‌توان ازشمع های پیش ساخته استفاده کرد و فقط باید شمع‌ها را به صورت درجا اجرا کرد .

6) روش سپر کوبی 

در این روش ابتدا در طرفین گود سپرهایی را می‌کوبیم وسپس خاکبرداری را شروع می‌کنیم .پس از آنکه عمق خاکبرداری به حد کافی رسید در کمرکش سپرها و بر روی آن‌ها تیرهای پشت بند افقی را نصب می‌کنیم .سپس قید های فشاری قائم را در جهت عمود بر صفحه سپرها به این پشت بندهای افقی وصل می‌کنیم سپرها و پشت بندها و قیدهای فشاری در عرض‌های کم و خاک‌های غیر سست معمولاًاز نوع چوبی است ولی در عرض‌های بیشتر و خاک‌های سست‌تر استفاده از سپرها و پشت بندها و قیدهای فشاری فلزی اجتناب ناپذیر است .

در این روش صفحات فلزی Sheet pile داخل خاک و جداره گود توسط چکش پنوماتیک و با استفاده از لرزش کوبیده می شوند و با انواع اتصالات بین خود به یکدیگر متصل شده و یک جداره پیوسته را تشکیل می دهند از مزایای این روش راحتی در کوبیدن ـ نصب و بیرون کشیدن آنها به دیگر روش ها برتری داشته و مصالح آن مجددا قابل استفاده در پروژه های دیگر می باشد، همچنین در این روش به المانهای افقی و مایل کمتری نیاز می باشد.

بنابراین محدودیت های اشغال فضای داخل گود کمتر وجود دارد. لیکن از جمله معایب این روش وابستگی به نصب سپرهای فلزی می باشند که در محیط های شهری بدلیل وجود تاسیسات زیربنایی شهری و ایجاد لرزش و صدای ناشی از کوبش سپرها محدودیت هایی را بوجود می آورد. همچنین کوبیدن سپرها در زمین های سنگی و یا خاک های بسیار متراکم به سختی انجام پذیر است و در زمین های با شرایط بالا با محدودیت مواجهه می گردد.

مزایای روش سپرکوبی 

1) سرعت اجرایی کر بسیار زیاد است .
2) درجه ایمنی کار بسیار زیاداست .
3) برای اجرای کانال هابه ویژه با طول‌های بسیار مناسب است .

معایب روش سپرکوبی 

1) در این روش به دستگاه های سپرکوبی که به هر حال یک دستگاه ویژه است نیاز است
2) این روش به نیروهای باتخصص بالاتر نسبت به روش‌های ساده تر نیاز دارد .
3) دستگاه های سپرکوب به جای کافی برای اجرای کار نیاز دارند .
4) این روش برای عرض‌های کم مناسب‌تر است .

7) روش خرپایی 

این روش یکی از مناسب‌ترین و متداول‌ترین روش‌های اجرایی سازه نگهبان در مناطق شهری است . اجرای آن ساده بوده و نیاز به تجهیزات و تخصص بالایی ندارد و در عین حال قابلیت انعطاف زیادی از نظر اجرا در شرایط مختلف دارد .شمای کلی این نوع سازه نگهبان در شکل شماره یک نشان داده شده است . برای اجرای این نوع سازه نگهبان ابتدا در محل عضو های قائم خرپا که در مجاورت دیواره گود قرار دارند چاه‌هایی را حفر می‌کنیم . عمق این چاه‌ها برابر با عمق گود به اضافه مقداری اضافه برای اجرای شمع انتهای تحتانی عضو خرپاست .

طول شمع را که با LP نشان داده می‌شود از طریق محاسبه به دست می‌آوریم .آنگاه درو ن شمع را آرماتوربندی کرده و عضو قائم را در داخل شمع قرار می‌دهیم و سپس شمع را بتن ریزی می‌کنیم پس از سخت شدن بتن انتهای تحتانی عضو قایم به صورت گیردار در داخل شمع قرار خواهد داشت .

سپس خاک را در امتداد دیواره گود با یک شیب مطمئن برمی درایم .آنگاه فونداسیون پای عضو مایل را اجرا می‌کنیم.این فونداسیون درپلان به صورت مربعی است .بعدیا عرض فونداسیون را باBF و ضخامت یا ارتفاع آنرا باB نشان می‌دهیم .پس از آن عضو مایل را از یک طرف به عضو قائم و از طرف دیگر به ورق کف ستون بالای فونداسیون متصل می‌کنیم .عملیات فوق را برای تمام خرپاهای سازه نگهبان در امتداد دیواره به صورت همزمان اجرا می‌کنیم .حال خاک محصور بین اعضای قائم و افقی خرپا را در سرتاسر امتداد دیواره به صورت مرحله به مرحله برمی داریم و در هر مرحله اعضای افقی و قطری خرپا رابه تدیج نصب می‌کنیم تا اینکه خرپا تکمیل شود .

شمای کلی سازه نگهبان خرپایی

مزایای روش خرپایی 

1) برای عموم گودهای واقع در مناطق شهری مناسب است .
2) از نظر اجرا درشرایط مختلف ،قابلیت انعطاف زیادی دارد .
3) امکان استفاده مجدد از خرپا وجود دارد.
4) ساده است و به تخصص و دستگاه های خاص نیازی ندارد.

معایب روش خرپایی 

1) سرعت اجرا در مقایسه با روش‌های پیشرفته تر نسبتاً کمتر است .
2) خرپاها جاگیرند .
3) احتمال الزامی بودن برداشتن بخشی از خاک با روش‌های دستی وجود دارد .

8) روش پشت بندهای افقی و مایل

این روش ساده برای نگهداری و حفاظت جداره های حاصل از گودبرداری و برای جلوگیری از تغییر مکان های جانبی در گودهایی با عرض کم در محیط های شهری استفاده می شود از معایب این روش اتلاف قابل توجهی از فضای کاری داخل گود و محدودیت در بکارگیری ماشین آلات و تجهیزات مورد نیاز و همچنین افزایش ریسک برخورد با المان ها و به مخاطره انداختن آنها می باشد.

شیب پایدار 

از جمله مسائل مهمی که در گود برداری‌ها بدان بر می خوریم ،حفاظت و نگهداری شیروانی‌های خاکی یا دیواره های ترانشه های محیطی گودها، به ویژه گودهای عمیق و عرض است .در خاک برداری‌های وسیع که لازم است حجم عظیمی از خاک برداشته شود ،استفاده از مهاربندی عرضی در جهت عمود بر دیواره معمولاً غیر اقتصادی ،و در بسیاری از موارد نیز عملاً غیر اجرایی است .

در گودبرداری‌های کوچک‌تر، مقایسه بین استفاده از مهار بندی عرضی یا اجرای دیواره گود به صورت شیبدار و انتخاب یکی از این دو گزینه بستگی به میزان فضای قابل دسترسی و نیز ملاحظات اقتصادی دارد .

گودبرداری‌های باز و عریض ممکن است برای استفاده دائم و یا به عنوان بخشی از کارهای اجرایی موقت لازم باشند .نکته قابل توجه آنست که گودبرداری و مسائل مربوط به آن ،یکی از مسائل مهندسی عمران است ونباید ازضوابط ویژه سایر شاخه‌ها نظیر استخراج معادن و نظایر آن بدون در نظر گرفتن ملاحظات مهندسی عمران در این خصوص استفاده شود .

به طورکلی می‌توان گفت که اجرای گودبرداری‌های موقت به صورت شیبدار چه از نظر هزینه مستقیم و چه از نظر زمان اجرا ،در مقایسه با سایر روش‌های نگهداری خاک اقتصادی‌تر است .این گزینه را زمانی می‌توانیم اتخاذ کنیم که هم بتوانیم شیب را در داخل زمین مورد نظر اجرا نمائیم و هم دبی آب زیرزمینی که به شیب وارد می‌شود کم باشد یا بتوانیم آن را کنترل نماییم .

با این وجود اتخاذ تصمیم در مورد اجرای سازه نگهبان حتماً باید مبتنی بر دارا بودن آگاهی کافی در مورد خاک زیرین و نیز تحلیل پایداری مناسب خاک باشد و نمی‌توان صرفاً بر مبنای ملاحظات اقتصادی و نیز یک شیب فرضی به این امر مبادرت کرد .پایداری شیب خاک‌های دانه ای را می‌توانیم به سهولت با توجه به زاویه مقاومت برشی ،یعنی زاویه اصطکاک داخلی خاک یا لایه های خاک تعیین کنیم .در خاک‌های چسبنده تحکیم عادی یافته ،برای بررسی و تعیین پایداری شیب می‌توانیم از محاسبات تکراری لنگرهای محرک و مقاوم‌تر گزینه های آزمونی مختلف سطوح گسیختگی بالقوه استفاده نماییم.نیروی مقاوم را باید بر اساس مقاومت برشی زهکشی نشده سریع خاک در سطح گسیختگی مورد نظر به دست بیاوریم .

در صورت امکان برای جلوگیری از تاثیر دست خوردگی خاک بر روی تعیین مقاومت خاک رسی ،بهتر است مقاومت برشی این گونه خاک‌ها را به جای آنکه با استفاده از روش‌های آزمایشگاهی به دست آوریم در محل و با استفاده از آزمون برش پره ای به دست آوریم . در ترانشه های شیبدار از جنس خاک‌های رس بیش تحکیم یافته لازم است روش تحلیل رابا توجه به مدت زمانی که گود در معرض عوامل جوی می‌ماند انتخاب کنیم .هدف از این کار اینست که عواملی نظیر زهکشی و نیز به تعادل رسیدن فشار آب منفذی ناشی از آزاد شدن فشارسربار قائم را به حساب بیاوریم .

به رغم آنکه از نتایج تحلیل‌های تنش موثر ،مبتنی بر پارامترهای مقاومت مقاومت برشی زهکش شده ،برای سازه های دائمی از شرایط کاملاً زهکشی شده استفاده می‌کنند ،ولی در صورتی که طراح بخواهد شیب‌های موقت با عمر کم مثلاً شش ماه را بررسی و طراحی کند برای به دست آوردن پایداری کوتاه مدت شیب بدون داشتن آگاهی در مورد سرعت افت فشار آب منفذی دچار مشکل خواهد شد. انتخاب زاویه شیب دراینگونه خاک‌های رس،به تبعات ناشی از گسیختگی و لغزش شیب بستگی دارد . در صورتی که بر اثر لغزش خاک ایمنی به خطر نیفتد می‌توانیم هزینه اقتصادی تعمیرات شیروانی در صورت لغزش خاک را محاسبه کرده و آن را با هزینه واقعی افزایش شیب که پایداری بیشتری را برای شیب موجب می‌شود مقایسه کنیم .

طبق تحقیقات انجام شده میانگین مقاومت رس‌ها در سطح گسیختگی آن‌ها در حدود 50 تا 100 درصد مقاومت برشی زهکشی نشده نمونه های به قطر 38 میلی متر خاک‌های مزبور است .

پایداری کوتاه مدت خاک‌های شیروانی خاک‌های رس بیش تحکیم یافته عملاً به اقدامات احتیاطی‌ای بستگی دارد که به منظور جلوگیری از جریان یافتن آب زیرزمینی در شیب،ناشی از لایه های تراوای بالای خاک رس یا ناشی ازبارش باران بر روی شیب صورت می‌گیرد .

تاثیرات مخرب تورم این گونه خاک‌های رس بر روی پایداری آن‌ها،بر اثرآزادشدن فشار ناشی از سربار خاک و نرم شدگی و تورم بعدی خاک بر اثر ورود آب‌های زیرزمینی به داخل ترک‌ها و منافذ ترک،دلایل کافی برای اتخاذ روش‌های حفاظتی خاک به دست می‌دهند .روش‌های ساده ای نظیر پوشانیدن خاک با ورق‌های پلی اتیلن یا پاشیدن بتن ضعیف بر روی سطح شیبدار خاک از جمله روش‌هایی هستند که هم سودمندند و هم اقتصادی‌اند .

روش‌های بهبود پایداری شیب ترانشه ها 

برای بهبود پایداری شیب ترانشه ها می‌توانیم از روش‌های زیر استفاده کنیم : 

1) شیب بندی مجدد پروفیل شیروانی ،و سنگین کردن موضعی پنجه شیروانی با استفاده از یک سکوی شیب بر خاکی به منظور مقابله با لنگر متحرک
2) تحت کشش قرار دادن خاک با استفاده از پیچ‌های مهاری سنگ به منظورافزایش تنش موثر روی سطح گسیختگی بالقوه خاک و در نتیجه افزایش مقاومت خاک
3) قطع کردن سطوح گسیختگی بالقوه خاک با سپرها ،شمع‌های درجا یا ستون‌های اجرا شده به روش تزریق فورانی
4) افزایش تنش قائم موثر بر روی سطوح گسیختگی بالقوه خاک ،از طریق کاهش فشار آب منفذی به کمک زهکشی
5) بهبود مقاومت خاک مرکب،از طریق شیب بندی مجدد شیروانی و کارگذاری آرماتور در داخل خاک و قطع سطوح گسیختگی بالقوه خاک با آرماتورها
6) مهارکوبی در داخل خاک و قطع سطوح گسیختگی بالقوه این خاک با این مهارها .

توزیع تقریبی تنش در خاک ،بر اثر بارهای وارده برسطح خاک 

در مواردی که پروفیل خاک از چند لایه تشکیل شده باشد ،می‌توانیم برای تعیین ظرفیت باربری خاک،تاثیر بار وارد بر سطح پروفیل را بر روی یک یا چند تا از لایه‌ها در نظر بگیریم .

در اینگونه موارد نمی‌توانیم به طورتقریبی توزیع بار ناشی از مصالح واقع در بالای سطح مورد نظر را با این فرض در نظر بگیریم که کل بار وارد بر سطح خاک ،بر روی سطحی توزیع می‌شود که شکل آن با شکل سطح بارگذاری شده یکی است ،ولی ابعاد آن با افزایش عمق زیاد می‌شود .این موضوع در شکل زیر نشان داده شده است.

توزیع تقریبی تنش قائم ناشی از بارگذاری وارد بر سطح خاک

در این شکل ابعاد سطح بارگذاری شده فوقانیB*L است . در عمقZ فرض می‌شود که کل بار به طور یکنواخت بر روی سطح به ((L+Z)*(B+Z)) توزیع می‌شود .در شکل زیر رابطه بین توزیع تقریبی تنش حاصل از روش فوق ،و توزیع تنش دقیق نشان داده شده است .همانطور که در این شکل مشاهده می‌کنیم بار یکنواختی به شدتP بر روی سطح مربعی فوقانی به بعد B وارد می‌آید .در قسمت پایین شکل ،توزیع تنش قائم در عمقB از سطح ،با توزیع‌های تقریبی و دقیق نشان داده شده و با یکدیگر مقایسه شده‌اند .با افزایش نسبت عمق به بعد سطح بارگذاری شده تفاوت بین این دو روش کم می‌شود .

مقایسه بین نتایج حاصل از روش های تقریبی و دقیق تنش قائم زیر یک سطح با بارگذاری یکنواخت

روش فوق روش2:1 نامیده می‌شود .پاره ای نیز بر این عقیده‌اند که ناحیه تنش را با زاویه خط مایل نسبت به امتداد قائم بین 30 تا 45 درجه مشخص کنند . این روش‌های تقریباً یکجا در شکل زیر نشان داده شده‌اند .

روش های تقریبی تعیین افزایش تنش در خاک زیر شالوده

توزیع تنش ناشی ازسازه های ثقلی و پشته های خاکریز 

در بسیاری از موارد می‌توانیم بارهای وارده از یک سازه بر روی یک توده خاک را با یک سیستم ساده تنش مرزی نشان دهیم ،بدون آنکه این امر تاثیر چندانی بر روی توزیع تنش‌های محاسباتی در محدوده مورد نظر بگذارد .با این وجود ،در مورد بارهای ناشی از وزن یک توده خاک اضافی در تماس با خاک زیرین ممکن است تقریب فوق منجر به تفاوت‌های زیادی بین تنش‌های واقعی و محاسباتی شود .

یکی از مثال‌های مهم در این زمینه ،پشته های خاکریز است .با استفاده از یک تحلیل ارتجاعی خطی تقریبی می‌توانیم تاثیر یک پشته خاکریز را مطابق با شکل زیر (الف) در نظر بگیریم .این شکل،یک پشته ارتجاعی متقارن و طویل را نشان می‌دهد که با شالوده‌اش یکپارچه است.

در گذشته مرسوم بود که تنش ناشی از این پشته را که در شالوده آن ایجاد می‌شود به صورت یک تنش گسترده عمود بر سطح مزبور در نظر می‌گرفتند و مقدار آن را برابر با حاصلضرب وزن مخصوص مصالح پشته خاکی در ارتفاع پشته مزبور در هر نقطه از آن فرض می‌کردند .این نوع توزیع که بارگذاری تقریبی عمودی یا مسئله بوسینسک نامیده می‌شود در شکل زیر (ب) نشان داده شده است.روش تقریبی فوق از تنش برشی ایحاد شده بین پشته خاکریز و شالوده آن صرف نظر می‌کند .در روش‌های متاخرتر ،پشته خاکریز و شالوده آن را به صورت جسم یکپارچه ای در نظر می‌گیرند که فقط بار ناشی از وزن خودش بر آن وارد می‌آید .

پشته خاکریز ارتجاعی 

الف) پشته ارتجاعی متقارن طویل که با شالوده اش یکپارچه است ب) بارگذاری تقریبی قائم

در شکل زیر، به عنوان یک مثال ،تفاوت بین نتایج حاصل از دو روش فوق آورده شده و بایکدیگر مقایسه شده است.این شکل،توزیع تنش قائم ،در نقطه واقع در زیر خط مرکزی پشته و نیز نقاط واقع در لبه پاشنه آنرا نشان می‌دهد.پشته مزبور متقارن است ،و زاویه شیب جوانب آن برابر با 45 درجه و ضریب پواسون آن برابر با 0.3 است . سایر منحنی‌های این شکل که با خطوط پر نشان داده شده‌اند ،توزیع تنش قائم را برای پشته های باشکل های مختلف،بر حسبL/H نشان می‌دهند.منحنی‌های خط چین ،نتایج حاصل از تحلیل تقریبی بوسینسک برای L/H=1 را نشان می‌دهند .

توزیع تنش قائم در امتداد مقاطع قائم برای نسبت های مختلف L/H
الف) در امتداد خط محوری ب) در پنجه شیب