دیوار خاک مسلح

خاک مسلح  REINFORCED EARTH

خاک مسلح، بی شک یکی از مهم ترین نوآوریهای چند دهه اخیر در مهندسی راه و ساختمان است که یکی از کاربردهای تلفیق بتن پیش ساخته با روش های بهسازی خاک می باشد.

خاک مسلح از ترکیب خاک و تسمه های فولادی گالوانیزه بدست می آید. نیروهای رانشی در خاکریز به وسیله اصطکاک به تسمه ها منتقل شده و با نیروی کششی ایجاد شده در تسمه ها متعادل می گردد. پوسته هایی از بتن پیش ساخته، نمای خارجی خاکریز را تشکیل داده به علاوه از ریزش موضعی و شستشوی مواد خاکی جلوگیری می نماید.

موارد کاربرد

۱-    پلها: خاک مسلح در ساخت کوله پلها کاربرد فراوانی دارد. در حالی که در کوله های رایج، اغلب پی عمیق لازم است، کوله های خاک مسلح روی پی سطحی بنا می شوند.

۲-    بزرگراهها و جاده ها:بیشترین کاربرد خاک مسلح دیوارهای نگهدارنده حاشیه بزرگراهها و جاده ها

می باشد.

۳-    سازه های خطوط راه آهن: این سازه ها مشابه سازه های بزرگراهی است که بارگذاری های خاص، عمر طراحی و ضرایب ایمنی آنها توسط شرکتهای راه آهن تعیین می شود.

۴-    سازه های صنعتی: خاک مسلح یک روش برجسته ساخت دیوارهای شیبدار و انبارهای ذخایر معدنی در کل دنیاست.

۵-    کانال های آب و آبراهها: خاک مسلح انتخاب مناسبی برای سازه‌های دریایی مانند دیوارهای ساحلی، سد خاکی و حتی سرریزها می‌باشد.

۶-     سازه‌های حفاظتی: خاک مسلح در مورد سازه‌های حفاظتی که در موارد نظامی به کار می‌رود راه حلی مناسب است.

۷-    دیوارهای مناطق کوهستانی: دیوارهای خاک مسلح در مناطق کوهستانی جهت پایداری شیروانی کاربرد زیادی دارند.

 استفاده از خاک مسلح به عنوان پایه کناری (کوله) پلها

پس از استفاده موفق از روش خاک مسلح در دیوارهای بلند و دیوارهایی که در معرض بارهای سنگین قرار دارند، استفاده از این روش در پلها نیز متداول گشت. در سال ۱۹۶۹، اولین کوله خاک مسلح در استراسبورگ (فرانسه) بر روی پلی کوچک اجرا شد. این پل و تجربیات دیگر نشان داده که روش خاک مسلح قابل استفاده در پلهای بلند نیز می باشد. پس از آن در سال ۱۹۷۲ کوله پلی بلند به ارتفاع ۱۸ متر در تیون ویل (فرانسه) به صورت خاک مسلح با موفقیت اجرا و مورد بهره برداری قرار گرفت. بین سالهای ۱۹۶۷ تا ۱۹۷۴ در آزمایشگاه مرکزی موسسه پل و راه فرانسه مطالعات بسیاری درباره مکانیسم خاک مسلح صورت گرفت.

امروزه با توجه به مزایای روش خاک مسلح نسبت به استفاده از سایر روشها، روش خاک مسلح بخصوص در کوله پلها مورد توجه خاص قرار گرفته است و از این روش در اجرای پلهای راه و راه آهن استفاده می شود.

انواع کوله ها از لحاظ هندسه

به طور کلی کوله پلها به دو نوع تقسیم می شوند:

- کوله بسته با دیوار برگشتی

- کوله باز با دیوارهای بالی

انتخاب هر کدام از این دیوارها بستگی به موقعیت محل و محدودیتهای موجود دارد.

 کوله بسته با دیوار برگشتی

در حالتی که دیوارهای مورد نیاز برای رمپ دسترسی به پل بلند باشند، به طوری که نتوان اختلاف ارتفاع را تنها با خاکریزی ایجاد نمود، کوله بسته با دیوار برگشتی راه حل مناسب تری است. معمولاً در حالتی که ارتفاع خاکریز رمپ کوتاه است از این روش استفاده نمی شود. عمده مشکل این روش لزوم انتظار تا هنگام اجرای تیر تکیه گاه عرشه جهت اجرای بخش فوقانی دیوار برگشتی است.

 کوله باز با دیوارهای بالی

در کوله باز، از دیوار خاک مسلح به شکل قوسی با انحنا به طرف داخل و یا شکل شکسته استفاده می شود. یکی از عمده مزایای استفاده از کوله باز این است که در این حالت امکان تعریض پل در آینده وجود دارد.

 انواع کوله ها از لحاظ رفتار

از لحاظ رفتار و نحوه باربری کوله ها به دو نوع تقسیم می شوند: کوله معمولی و کوله ترکیبی.

 کوله معمولی

در کوله های معمولی کل وزن عرشه توسط دیوارهای خاک مسلح کوله تحمل می شود و علاوه بر آن این دیوارها نقش تحمل فشار جانبی خاک را نیز بر عهده دارند. از مزایای این نوع کوله می توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • انتقال نسبتاٌ یکنواخت وزن عرشه پل به خاک پی.
  •  امکان اجرای پل روی خاکهای بسیار سست به دلیل توزیع وزن پل روی خاک.
  •  امکان اجرای سریع و هم زمان کوله و خاکریز دسترسی
  •  یکپارچگی کوله و خاکریز دسترسی

 کوله ترکیبی

گاهی لازم است برای تحمل بارهای پل و فشار جانبی خاک از دو سازه جداگانه استفاده گردد. در این موارد از کوله ترکیبی استفاده می شود. یعنی برای تحمل بارهای ناشی از پل از ستون و برای تحمل فشار خاک خاکریز از دیوار خاک مسلح استفاده می گردد. این عامل باعث می شود که عملکرد پل و خاکریز کاملاً از هم جدا باشد. علاوه بر این در این حالت توسعه سازه در آینده نیز امکان پذیر است.

کوله های ترکیبی به دو صورت اجرا می شوند: کوله های ترکیبی با تکیه گاه خارجی و کوله های ترکیبی با تکیه گاه داخلی.

 کوله های ترکیبی با تکیه گاه خارجی

در این حالت تعدادی ستون در جلوی دیوار خاک مسلح ساخته می شود که نقش تحمل بارهای پل را بر عهده دارد. فاصله بین ستونها و دیوار خاک مسلح بستگی به عرض فونداسیون دارد.

 کوله های ترکیبی با تکیه گاه داخلی

گاهی به دلایل معماری پایه های پل را در داخل کوله ها کار می گذارند. در این صورت لازم است پوششی بین ستونها و توده خاک مسلح قرار داد تا از تماس آنها با هم جلوگیری شود و هر کدام علمکرد جداگانه ای داشته باشند.

  مقایسه بین کوله های خاک مسلح و کوله های بتنی

به طور کلی می توان عمده تفاوتهای کوله های خاک مسلح و کوله های بتنی را در موارد زیر خلاصه کرد:

  1.  بنای خاک مسلح، که عمدتا” از خاک و جوشن‏های داخل آن تشکیل شده، قابلیت انعطاف زیاد دارد و در نتیجه بهتر از دیوارهای سنگی و بتنی در مقـــابل نشستهای نامساوی و ضربه و لرزه مقاومت می‏کند.
  1.  بناهای خاک مسلح حجیم هستند، اما خاکبرداری لازم جهت احداث این بناها اغلب کمتر از

سازه های وزنی دیگر است، زیرا این سازه ها نیازی به پی های حجیم و عمیق ندارند و امکان اجرای بنای خاک مسلح در هر نوع زمینی موجود است.

  1. مصالح اصلی و عمده مورد استفاده در اینگونه بناها خاک است که به حد وفور همه جا یافت می‏شود.
  1.  بناهای خاک مسلح در مقابل زلزله بسیار مقاوم می‏باشند.

انعطاف پذیری، میرایی بالای دیوارهای خاک مسلح باعث شده است تا در حین زلزله این دیوارها رفتار خوبی از خود نشان دهند و دچار گسیختگی نگردند. در زلزله‏هایی که اخیرا” در لوس آنجلس (۱۹۹۴) و سان فرانسیسکو (۱۹۸۹) (آمریکا) و آلیکا (۱۹۸۳) (ژاپن) رخ داد، با وجود خسارات زیادی که به بار آمد، به هیچکدام از دیوارهای خاک مسلح آسیب قابل توجهی وارد نشد.

  1.  اجرای کار با استفاده از ماشین آلات متداول راهسازی صورت می‏گیرد.
  1.  مصرف سیمان را به حداقل ممکن کاهش می‏دهد، زیرا سیمان فقــط در نمای خارجـی و به ضخـامت ۱۴ تا ۱۸ سانتی‏متر در بتن مورد نیاز به کار گرفته می‏شود و مقدار آن در مقایسه با سایر دیوارها ناچیز است.
  1.  میزان جوشنهای فولادی (تسمه ها) داخـــل خاک ناچیــز و کلا” بین ۳ تا ۴ کیلوگرم در متر مکعب خاک است.
  1.  میلگرد مصرفی در قطعات بتن نمای خارجی تا ارتفاع ۶ متر هیچ و بالاتر از آن حدود ۲ کیلوگرم در متر مربع نما است.
  1.  سرعت اجرای کار در مقایسه با دیوارهای سنگی و بتنی فوق العاده زیاد است. به عنوان مثال در پل روگذر حصارک بر روی آزاد راه کـرج – قزوین روزانـه قریب ۱۰۰ متر مربع نما دیوار اجرا می‏شد. زمان احداث دیوار منطقه کوهستانی راه شهر کرد به خوزستان سه هفته بود و دیوار راه بوشهر به شیراز در عرض یک ماه ساخته شد و بالاخره بنای رمپ شرقی پل امامزاده حسن در تهران در کمتر از یک هفته به انجام رسید. علاوه بر این به دلیل استفاده از قطعات بتنی پیش ساخته، خاک مسلح را تقریبا” در تمام فصول سال می‏توان اجرا کرد.
  1.  نمای بنای خاک مسلح بسیار زیباتر از دیوارهای سنگی و بتنی است و چون از قطعات پیش سـاخته تشکیل شده امکان دادن نما و ظاهـر دلخــواه به آن وجود دارد.
  1.  هزینه اجرای کوله های خاک مسلح به مراتب از هزینه اجرای سایر ابنیه نگهبان به روشهای دیگر، ارزانتر است.
  1.  دیوارهای خاک مسلح بسیار انعطاف پذیر هستند و این مساله امکان احداث این نوع دیوارها جهت کوله پل را در مواردی که خاک پی نرم است فراهم می کند.
  1.  استفاده از کوله خاک مسلح امکان اجرای هم زمان پایه کناری و خاکریز دسترسی را فراهم می کند.
  1.  با توجه به پیوستگی فیزیکی و مکانیکی بین پایه کناری پل و خاکریز دسترسی، در کوله های خاک مسلح نشست های نامساوی ایجاد نمی شود و از ناپیوستگی در پروفیل طولی جاده جلوگیری می گردد. این پیوستگی بخصوص در موردی که خاک بستر سخت باشد، مورد توجه بسیار خواهد بود.
  1. در حین اجرای دیوار خاک مسلح، خاک پی متراکم شده و خواص آن بهبود می یابد.
  1. مرجع: وبلاگ عمران سد و شبکه