راهنمای طراحی دیوارهای حائل : ضابطه شماره 308 | 3-11- خاک مسلح

خاک مسلح در واقع یک نوع مصالح مرکب متشکل از خاک و مسلح کننده است کـه کیفیـت خـاک موجـود را بهبـود می بخشد. مسلح کننده ها معمولا به شکل نوار، شبکه، میله، الیاف یا ورقه هایی می باشـند کـه نقـش اصـلی آن هـا افـزایش مقاومت کششی خاک می باشد . 

1-3-11- اجزای اصلی   

سیستم های خاکریز مسلح عموما دارای سه جز اصلی می باشند، عنصر مسـلح کننـده، خـاکریز و عناصـر نمـا . بـرای عناصر مسلح کننده، هر دو نوع مصالح فلزی و غیرفلزی (از نوع پلیمری شامل ژئوتکستایل و پلاستیک) به کار می روند. بـه منظور برآوردن نیازهایی نظیر زهکشی، دوام لازم و انتقال تنش اصطکاکی از عنصر مسلح کننده به خاک، عمومـا مصـالح خاکریز از نوع دانه ای انتخاب می شوند. عناصر نما برای نگه داشتن مصالح خاکریز در امتداد دیوار، جلـوگیری از خـوردگی عناصر مسلح کننده و همچنین تامین زیبایی حائل، به کار می روند. عناصر نمـا تنهـا بـرای فشـار افقـی کـوچکی طراحـی می شوند و جنس آن ها عموما از پانل های بتنی پیش ساخته، ورقه های فلزی، توری های سیمی، شبکه های پلیمری و سـایر مصالح می باشد .

2-3-11- تسمه های مسلح کننده   

به منظور تثبیت مکانیکی خاکریزها، تسمه های مسلح کننده به صورت افقی و در فواصل مشخصی از یکـدیگر بـر روی خاک قرار داده می شوند. سپس یک لایه خاک ریخته و متراکم می گردد و تسمه های ردیف بعدی چیده می شوند. این کار تا تراز بالای خاکریز ادامه می یابد. نمونه ای از جزییات خاک مسلح با استفاده از تسمه های مسـلح کننـده فلـزی در شـکل (11-1) نشان داده شده است . 

3-11-3- شبکه های مسلح کننده   

سیستم شبکه مسلح کننده، شامل المان های فلزی یـا پلیمـری مـی باشـد کـه مقاومـت کششـی بـالایی دارنـد و در صفحات افقی در داخل خاکریز به صورت لایه لایه قرار می گیرنـد. نمونـه ای از اجـرای دیوارهـای حائل خـاک مسـلح بـا استفاده از شبکه های مسلح کننده فولادی در شکل (11-2) نشان داده شده است. شبکه های مسلح کننده بـا اسـتفاده از مواد پلیمری نیز ساخته می شوند که نمونه ای از آن در شکل (11-3) نشان داده شده است. 

4-3-11- مزایا و معایب   

الف - مزایا   

1- سیستم خاک مسلح در مقایسه با دیوارهای حائل معمولی اقتصادی تر است . 

2- سرعت و سهولت اجرای خاک مسلح نسبت به دیوارهـای حائـل  بـیش تـر اسـت و نیـازی بـه نیـروی کـار مـاهر و تجهیزات تخصصی ندارد. بسیاری از اجزای اجرایی آن پیش ساخته بوده که باعث سرعت اجرای بالاتری می شود.  

3- سیستم های خاک مسلح در مقایسه با حائل های معمول از انعطاف پذیری بیش تری برخوردارنـد (و بـه همـین دلیل به حائل های انعطاف پذیر نیز مشهورند) و قادر به تحمل تغییر شکل های جانبی و نشست هاي نامسـاوی بزرگ تری می باشند. زمانی که چنین تغییر مکان های بزرگی پیش بینی شـود، تعبیـه درزهای قـایم لغزشـی امکان حرکت دیوار را تسهیل می کند. به دلیل انعطاف پذیری حائل های خـاک مسـلح امکـان کـاهش ضـریب اطمینان ظرفیت باربری خاک نسبت به حائل های صلب معمولی وجود خواهد داشت.  

4- با توجه به انعطاف پذیری و خاصیت جـذب انـرژی تـوده خـاک یکپارچـه پشـت دیـوار، عملکـرد لـرزه ای دیوارهای خاک مسلح نسبت به دیوارهای حائل صلب بهتر است.  

5- پایداری سیستم خاک مسلح به دلیل انعطاف پذیری و جرم بیش تر، در مقابل بارگذاری های دینـامیکی نظیـر بار چرخ وسایل نقلیه، آثار موج و ضربه قایق های کوچک، بیش تر است.  

6- تسمه ها یا شبکه هاي پلیمری استفاده شده در سیستم خاک مسلح در مقابل حملات شیمیایی یا بیولـوژیکی معمول در خاک، پایدارند .

7- با توجه به اینکه عناصر نما دارای نقش درجه دوم در پایداری سیستم خاک مسـلح هسـتند، انعطـاف پـذیری بیش تری در انتخاب هندسه و آرایش آن ها به منظور حصول زیبایی نسبت به دیوارهای حائل متعـارف وجـود دارد. طیف گسترده ای عناصر نما از پانل های پیش ساخته بتنی با طرح، رنگ و بافت های متفاوت تا پوشش گیاهی را می توان در سیستم خاک مسلح به کار برد .

ب - معایب   

1- در مسلح کننده های فلزی امکان ایجاد خوردگی وجود دارد. احتمال این رخداد باید براساس میزان خورنـدگی خاک بررسی شود. اجرای پوشش هاي ویژه نظیر پوشش های گالوانیزه یا  اپوکسی در کنـار افـزایش ضـخامت طرح مسلح کننده روش های معمول تامین ضخامت کافی مسلح کننده در دوران بهره برداری هستند . 

2- هرچند که مسلح کننده هاي پلیمری دوام بالایی دارند، ولی امکان کاهش مقاومـت آن هـا در حـین اجـرا، بـه دلیل ساییدگی وجود خواهد داشت. مقدار کاهش مقاومت بسته به نوع پلیمر متغیر است. 

3- پلیمرهای مختلف ویژگی های خزشی متفاوت دارند. بار مجاز وارد بر شبکه یا نوارهای مسلح کننـده از جـنس پلیمر متناسب با تغییر شکل مجاز آن ها و با در نظر گرفتن مقدار تغییر شکل خزشی تعیین مـی شـود. در ایـن راستا تحقیقات زیادی روي رفتار تابع زمان ژئوگریدهاي پلیمری انجام شده است . 

4- اجرای سیستم خاک مسلح در نواحی خاکبرداری نیاز به خاکبرداری عریض تری نسـبت بـه دیوارهـای حائـل  معمولی دارد . 

5- امکان خاکبرداری از خاکریزهای مسلح شده وجود ندارد. 

5-3-11- ملاحظات اقتصادی   

اگر سطح دیوار حائل بیش از 200 مترمربع یا ارتفاع آن بـیش از 3 متـر باشـد، یـا دیوارهـای حائـل  معمـول نیـاز بـه شالوده عمیق داشته باشد، کاهش هزینه های اجرایی در صورت استفاده از سیسـتم خـاک مسـلح بـه طـور چشـمگیری مشهود خواهد بود. کاربرد سیستم شکل گرفته از پانل هاي پیش سـاخته بتنـی در صـورت افـزایش مسـاحت حائـل از 50 مترمربع و افزایش ارتفاع حائل از 2/5 متر، برتری اقتصادي قابـل تـوجهی در نـواحی خـاکبرداری نسـبت بـه حائـل هـای معمولی خواهد داشت. البته هزینه هایی مانند پشته ریزی گران، دشـواری کـار در هندسـه هـای پیچیـده یـا  لـزوم تـامین تکیه گاه های موقت در خلال عملیات خاکبرداری، مزایای اقتصادی این سیستم را قدری کاهش می دهـد. در شـیروانی هـا، اجراي سیستم خاک مسلح 30 تا 50 درصد نسبت به حائل های معمول اقتصادی تر است. ولی عمر کوتاه، خطـرات جـدی ناشی از خرابی احتمالی حائل، هزینه های بالاي تعمیر و یا تعویض اجزای خاک مسلح تا حدودی باعث افـزایش هزینـه هـا می گردد. کاهش زمان عملیات اجرایی در دیوارهای خاک مسلح نسبت به دیوارهای حائل صلب، از عوامل موثر در کـاهش زمان سرمایه گذاری و بازگشت سود سرمایه می باشد . 

6-3-11 مصالح   

مطابق مطالب ارائه شده، سیستم های خاک مسلح شامل سه جز اصلی می باشند که عبارتند از وسایل تسلیح، خـاکریز و عناصر نما . 

الف - وسایل تسلیح   

وسایل تسلیح مورد استفاده در سیستم های خاک مسلح براساس نوع مصالح (فلزی یا غیرفلـزی) و همچنـین هندسـه (نوار یا تسمه، شبکه و ورق) تقسیم بندی می شوند. مهم ترین ویژگی های وسایل تسلیح، مقاومت، پایـایی، تغییرشـکل هـای خزشی کم و ضریب اصطکاک زیاد با مصالح خاکریز و دوام آن ها می باشد. بسته به خواص الکتروشیمیایی مصـالح خـاکریز و بسته به محیط اطراف سازه مصالح فولادی با پوشش گـالوانیزه، مصـالح فـولادی بـا پوشـش اپوکسـی و یـا محصـولات پلیمری به عنوان وسایل تسلیح قابل استفاده می باشند. نقطه قوت مصالح پلیمری عدم خوردگی آن ها در تماس بـا خـاک و نقطه ضعف آن ها تغییرشکل های قابل توجه تابع زمان و کاهش مقاومت آن ها تحت بار ثابت و دمای ثابت می باشد.

1- خاکریز   

کاربرد سیستم های خاک مسلح اغلب برای پایدارسازی خاکریزهای دانه ای است. ولی از آن جا که شبکه های مسلح کننده مقاومت بیرون کشیدگی بیش تری از تسمه های مسلح کننده دارند، پایدارسازی خاکریزهای رس دار و لای دار نیز با استفاده از این قبیل وسایل تسلیح امکان پذیر است. مزایای عمده خاکریزهای دانه ای، پایداری آن ها (دچار خزش نمی شوند)، زهکشی آسان آب های سطحی، عدم یخبندان، و عدم خوردگی وسایل تسلیح می باشد. در کنار این مزایا، بزرگ ترین عیـب مصـالح دانه ای هزینه زیاد است که از این لحاظ در نقطه مقابل بزرگ ترین مزیت مصالح چسبنده، یعنی قابلیت دسترسی فراوان به آن ها و هزینه کم خاکریزی قرار می گیرند. معایب خاکریزهاي ریزدانه و چسـبنده، مشـکل پایـداری درازمـدت آن هـا (خوردگی و استعداد یخبندان زیاد) و تغییرشکل و اعوجاج سازه خاک مسلح به لحاظ تغییر شکل های خزشی ایـن مصـالح است. اگر مصالح دانه ای در دسترس باشد، باید از آن ها استفاده نمـود، ولـی در صـورت عـدم دسترسـی بـه ایـن مصـالح، صرفه جویی اقتصادی ناشی از کاربرد مصالح چسبنده در مقایسه با عملکرد نه چندان مناسب آن ها باید مورد ارزیابی قـرار گیرد و سپس انتخاب مصالح مناسب با جمع بندی ملاحظات فنی و اقتصادی صورت گیرد.

2- عناصر نما 

با توجه به اینکه عناصر نما تنها به عنوان یک جز سازه ای با عملکرد ثانویـه مـدنظر مـی باشـند، مـی تـوان در انتخـاب مصالح و طرح ظاهری آن ها انعطاف پذیری بیش تری نسبت به حائل های صلب داشت. محدوده وسیعی از مصالح، شـکل، ظاهر معماری و رنگ های مختلف برای این اجزا به کار می رود. انتخاب طرح مورد نظر از این مجموعه تـابعی از نـوع سـازه خاک مسلح، نوع مصالح تسلیح و ملاحظات خاص معماری خواهد بود.

7-3-11- زهکشی 

تدابیر لازم برای زهکشی خاک پشت دیوار خاک مسلح باید در نظر گرفته شود تا به حالت اشـباع در نیایـد. همچنـین باید با تعبیه جزییات مناسب، از ورود آب های سطحی به خاکریز پشت خاک مسلح جلوگیری به عمل آید، زیـرا بـه دلیـل احتمال آلودگی این آب ها به مواد شیمیایی، آب های سطحی برای وسایل تسلیح و عناصر نما مضر هستند. در صورتی کـه سیستم خاک مسلح، نگهدارنده خاکریز راه های اصلی و یا جاده هایی باشد که در فصل زمستان بـا اسـتفاده از ترکیبـات شیمیایی یخ زدایی می شوند، تعبیه یک لایه نفوذناپذیر بین لایـه سـطح راه و اولـین ردیـف از تسـمه هـای فلـزی، جهـت جلوگیری از ورود هرگونه جریان مواد شیمیایی در داخل جسم خاک مسلح، لازم است . 

8-3-11 ملاحظات اجرایی 

اجرای سیستم های خاک مسلح نیازمند پیمانکار خاص، نیروی کار ماهر یا تجهیزات ویژه ای نیست. بسیاری از اجـزای این سیستم پیش ساخته هستند و به آسانی حمل شده و در جای خود مستقر می شوند که منجر به اجرای دقیق و سـریع می گردد. پانل های پیش ساخته نما معمولا توسط جرثقیل های کوچک جابه جـا مـی شـوند. بـارگیری کـامیون هـا جهـت اجرای خاکریز با استفاده از لودرهای کوچک صورت می گیرد. تراکم خاکریز در هر لایه با اسـتفاده از غلتـک هـای لـرزه ای کوچک در نواحی دور از دیوار و با استفاده از تخماق های دستی در نواحی نزدیک به نما انجـام مـی شـود. اولـین فعالیـت، آماده سازی ناحیه اجرایی شامل جمع آوری گیاهان، ریشه درختان، آشغال و سایر مصالح اضافی مـی باشـد. معمـولا جهـت استقرار دیوار، یک پاشنه کوچک به نام شناژ تراز که یک جز غیرسازه ای است، در پای دیوار اجرا می گردد. اولـین مرحلـه از پانل های پیش ساخته پوسته روی پاشنه قرار گرفته و پشت آن اولین لایـه خاکریز پخـش شـده، تسـطیح و متـراکم می گردد. سپس وسایل تسلیح روی خاکریز استقرار یافته و با لایه دوم خاکریز به روش بیان شده پوشانده مـی شـود و بـه این ترتیب تا تراز بالایی دیوار اجرا می گردد. تجهیزات اجرایی نباید مستقیما روی وسایل تسلیح حرکت نمایند. پانل هـای پیش ساخته ی بتنی باید کمی شیب دار به سمت خاکریز اجرا شوند (شیبی در حـدود 1/50 -یک پنجاهم- در ارتفـاع) ، تـا حرکتـی را کـه دیوار تا بسیج نیروهای مقاوم تسمه ها به سمت خارج می نماید، جبران نمایند. مصالح پرکننده (الیاف، فوم، نئوپرن و...) در حد فاصل درز افقی بین پانل های پوسته جهت یکنواختی توزیع فشار بین پانل هـا قـرارداده مـی شـود. معمـولا یـک لایـه ژئوتکستایل، بر روی کل درزهای بین پانل های بتنی در سمت خاکریز قرار می گیرد تا مانع از رد شدن ذرات ریز خـاک از درز بین المان های بتنی پیش ساخته گردد . 

9-3-11- ابزاربندی و پایش 

تاریخچه استفاده از سیستم های خاک مسلح نسبت به عمر مفید حائل نسبتا کم است. بـه همـین دلیـل جمـع آوری اطلاعات واقعی از سازه های تمام مقیاس جهت تصحیح و تکمیل فرضیات طراحی بسیار مهم است. سازه های خاک مسـلح در شرایط متفاوت از لحاظ نوع تسلیح، مصالح نما، نوع خاکریز و همچنین در شـرایط خاصـی نظیـر تغییـرات سـطح آب زیرزمینی باید ابزاربندی و پایش شوند. اندازه گیری ها باید شامل تعیین تغییر مکان های قـایم و افقـی نمـا، فشـار جـانبی خاک وارد بر نما، نیروی کششی وسایل تسلیح در نقاط حداکثر و همچنین انجام آزمایش بیرون کشیدن مسلح کننده ها از داخل خاک باشد. پایش سیستم های خاک مسلح به لحاظ کنترل پایداری آن پس از شروع بهره بـرداری از دیـوار بایـد بـه طور منظم انجام شود. کنترل پایداری خارجی این سازه ها مشابه دیوارهای حائـل  معمـولی صـورت مـی گیـرد کـه شـامل کنترل سیستم زهکش، فرسایش پنجه دیوار و غیره می باشد. البته لازم به ذکر است که شکست و گسیختگی این سازه هـا ممکن است در اثر عدم پایداری داخلی دیوار نیز اتفاق بیفتد که این می تواند ناشی از حفاری خاکریز پشـت دیـوار، تغییـر بیش از حد سطح سفره آب زیرزمینی و همچنین آسیب دیدن مسلح کننده ها در اثر خرابی نمای دیوار باشد.

10-3-11- تعمیر و نگهداری   

با توجه به اینکه از کاربرد سیستم های خاک مسلح مدت زمان زیادی نمـی گـذرد، بنـابراین تجربـه هـای محـدودی در زمینه مسائل و ملاحظات مربوط به تعمیر و نگهداری این سیستم ها وجود دارد. مراقبت از پانل های نما با توجه بـه نقـش ثانویه آن ها و تحمل فشارهای جانبی کم، به شیوه های متعارف صورت می گیرد. ولی رفـع مشـکلات و معایـب مـرتبط بـا وسایل تسلیح نظیر خوردگی مصالح فلزی بسیار مشکل اسـت. یـک راه حـل احتمـالی بـرای چنـین شـرایطی اسـتفاده از میخ کوبی برای پایدارسازی خاک است. روش دیگر نیز می تواند کاربرد پشت بندهای سنگی در جلوی دیوار باشد .