مقاله تحلیلی: طراحی و تحلیل دیوار حائل

این مقاله‌ توصیه‌های خوبی برای طراحی و بررسی دیوارهای حائل برای پی ارائه می‌دهد.

ابعاد پایه از نظر تنش

عرض پایه b مربوط به دیوار حائل باید با دقت به نحوی انتخاب شود که نسبت طول پاشنه‌ی دال به عرض پایه به گونه‌ای باشد که تنش p1 در پاشنه از ظرفیت تکیه‌گاهی ایمن خاک بیش‌تر نشود.

طراحی دیوارهای حائل مرسوم

• سازه‌های حائل وزنی

1. پایداری به وزن خود دیوار وابسته است.
2. برای طراحی اقتصادی نیست.

• سازه‌های حائل نیمه وزنی

1. حداقل مقدار مسلح سازی ممکن است در دیوار برای کاهش اندازه‌ آن به کار رود.

• دیوارهای حائل طره‌ای

1. بتنی مسلح به بدنه‌ باریک و یک دال پایه در دیوار استفاده می‌‌شود.
2. برای طراحی نسبتاً اقتصادی است.

• دیوارهای حائل پشت بنددار / تقویت شده

1. مشابه دیوارهای حائل طره‌ای است، با این تفاوت که دال‌های بدنه‌ای نازکی ممکن است در فواصل طولی استفاده شود تا دال پایه به بدنه دوخته شود تا نیروی برشی و ممان خمشی کاهش پیدا کرده و به طراحی اقتصادی‌تر برسیم.

 تعیین نسبت‌ها

• ابتدا ابعاد تخمینی برای دیوار حائل انتخاب می‌شوند.
• سپس پایداری دیوار برای این ابعاد کنترل می‌شود.
• اگر از نظر پایداری یا اقتصادی نامطلوب بود مقطع را عوض می‌کنیم.

 فشار خاک بر روی دیوار حائل

فشار خاک را می‌توان در مقطع عمودی که از پاشنه‌ دیوار عبور می‌کند به دست آورد. به این شرط که پاشنه به نحوی طراحی شده است که خط AC یک زاویه‌ی کمتر یا مساوی با η با محور عمودی می‌سازد.

روش سیال معادل

• در طول خط AB

ترزاقی و پک نمودارهای نیمه تجربی برای K_h و K_v  برای انواع مختلف خاک‌های زیر ایجاد کرده‌اند:

1. خاک درشت دانه بدون مخلوط ذرات خاک نرم، بسیار نفوذپذیر (شن و ماسه‌ی تمیز)
2. خاک درشت دانه با نفوذپذیری کم به دلیل وجود ذرات لای
3. خاک رسوبی با سنگ، ماسه لای نرم و مصالح دانه‌ای با رس قابل مشاهده
4. رس نرم یا خیلی نرم، لای‌های آلی یا رس لای‌دار
5. رس سفت یا متوسط که به صورت تکه‌ای ته ‌نشین شده و به صورتی محافظت شده است که در طول سیل‌ها یا بارش‌های سنگین مقدار ناچیزی آب به فضاهای بین تکه‌ها نفوذ می کند. در صورتی که این شرایط حفاظت نتواند ارضا شود، رس نباید به عنوان مصالح پشت دیوار استفاده شود. با افزایش سختی رس، خطر نفوذ آب برای دیوار به سرعت افزایش پیدا می‌کند.

دیوارهای حائل با شیب خاک پشت آن در فاصله‌ محدود

فشار خاک بر روی دیوارهای حائل با شیب خاک پشت آن در فاصله‌ محدود

پایداری دیوار حائل

گسیختگی عمیق برشی در صورت وجود یک لایه خاک ضعیف در عمق حدود 1.5 برابر عرض پی در زیر پی رخ می‌دهد. سطح گسیختگی را می‌توان به شکل استوانه‌ای فرض کرد و سطح شکست بحرانی برای لغزش را از راه تحلیل به دست آورد.

برای خاک پشت دیوار با شیب کمتر از 10 درجه، می‌توان فرض کرد که سطح لغزش بحرانی از پاشنه‌ دیوار حائل عبور می‌کند.

کنترل در برابر واژگونی

دیوار باید در برابر واژگونی حول پنجه ایمن باشد

مکان نیروی به دست آمده از پنجه را می‌توان به صورت زیر به دست آورد:

در طراحی دیوار حائل طره‌ای ترجیح بر این است که مرکز بدنه درست در بالای مکان نیروی به دست آمده در پایه باشد (مؤلفه‌ عکس‌العمل خاک). 

کنترل در برابر لغزش

در بسیاری از موارد فشار غیرفعال خاک در محاسبه‌ FOS در برابر لغزش در نظر گرفته نمی‌شود.

اصطکاک پایه و چسبندگی را می‌توان با فرضیات زیر به دست آورد:

گزینه‌هایی برای بهبود FOS در برابر لغزش

کنترل گسیختگی ظرفیت تکیه‌گاهی

خروج از مرکزیت

برای  q_{min ،} e>B/6 منفی می‌شود، یعنی نیروی کششی ایجاد می‌شود، این حالت مطلوب نیست و باید دوباره اندازه‌ها را تعیین کنیم. 

ظرفیت تکیه‌گاهی خاک را می‌توان با استفاده از معادله‌ی کلی ظرفیت تکیه‌گاهی زیر به دست آورد:

در طول تحلیل باید نکات زیر را در نظر بگیریم:

• خروج از مرکزیت بار در روی پی را می‌توان با استفاده از روش مساحت مفید در نظر گرفت. ظرفیت تکیه‌گاهی با فرض عرض پی B' به صورت زیر محاسبه کرد:

•   زاویه‌ی نیرو باید به صورت زیر در نظر گرفته شود:

• فاکتور اطمینان در برابر ظرفیت تکیه‌گاهی:

2 برای خاک دانه‌ای و 3 برای خاک‌های چسبنده.

درزهای دیوار

• درزهای اجرایی: درزهای عمودی یا افقی که در محل دو بتن متوالی قرار گرفته‌اند. برای افزایش مقاومت برشی در درزها از کلیدهایی که در شکل نشان داده شده است، استفاده می‌شود.

• درز انقباض: درزهای عمودی هستند که در دیوار قرار گرفته‌اند (از بالای دال پی تا بالای دیوار) و به بتن اجازه‌ تغییر بدون آسیب قابل ‌ملاحظه را می‌دهد. شکاف ممکن‌ است بین 6 تا 8 میلی متر عرض، 12 تا 16 میلی متر عمق و در فاصله‌ 8 الی 12 متری باشد.

• درز انبساط: این درزهای عمودی در دیوارهای حائل بزرگ برای آزادی انبساط بتن به دلیل تغییرات دما ایجاد شده و معمولاً از بالا به پایین دیوار گسترش پیدا می‌کنند. این درزها را می‌توان با پرکننده‌های قابل انعطاف درز، پر کرد. فولاد تقویتی افقی با عبور از بدنه در تمام درزها به صورت پیوسته اجرا می‌شود.

  زهکشی دیوار

جمع شدن آب باران در خاک پشت دیوار به اشباع شدن آن و در نتیجه افزایش قابل ملاحظه‌ فشار اعمالی از طرف خاک به دیوار حائل می‌شود. این موضوع در نهایت به شرایط ناپایدار منجر می‌شود. دو گزینه برای محافظت در برابر این پدیده عبارت‌اند از:

• تعبیه‌ سوراخ‌های رطوبت در پشت دیوار
• سیستم زهکشی لوله‌ سوراخ دار با فیلتر

• سوراخ‌های رطوبت: حداقل قطر این سوراخ‌ها باید 10 سانتیمتر باشد و بسته به مصالح پشت دیوار، باید اندازه‌های مناسبی داشته باشند. مصالح ژئوتکستایل یا یک لایه نازک از دیگر فیلترها را می‌توان در پشت دیوار برای جلوگیری از ورود مصالح پشت دیوار به داخل سوراخ‌ها و بسته شدن آن به کار برد.

• لوله‌های سوراخ‌دار: این لوله‌ها به صورت افقی در پشت دیوار از پایین بدنه قرار می‌گیرند. مصالح فیلتر دور لوله باید ضوابط زیر را ارضا کند:

خاکی که باید محافظت شود نباید در فیلتر شسته شود:

فشار هیدرولیک اضافی به دلیل نفوذپذیری کم فیلتر در خاک ایجاد نشود:

نشست‌های دیوار

• نشست خاک زیر دیوار

1. نشست آنی خاک دانه‌ای 
2. نشست تحکیمی خاک چسبنده

• نشست تفاضلی

1. هنگامی که افزایش قابل توجهی در خاک پشت دیوار داشته باشیم نشست پاشنه بیش‌تر خواهد شد.
2. نشست‌های پنجه توسط فشار جانبی زمین ایجاد می‌شود. برای کمینه کردن نشست‌های پنجه، زمین می‌تواند با استفاده از شمع‌های ماسه‌ای، ستون‌های سنگی، دوغاب ریزی یا شمع‌های سازه‌ای مقاوم‌سازی شود.
3. نشست‌های تفاضلی در طول دیوار ممکن ایجاد ترک در دیوار کند. این ترک‌ها را می‌توان در طول ساخت هم مشاهده کرد و اقدامات پیشگیرانه مناسب مانند تراکم خاک زیر آن انجام داد.

یک دیوار حائل سازه‌ای است که برای مقاومت در برابر فشار جانبی خاک طراحی می‌شود. فشار مثبت در روی دیوار حائل از صفر در بالای دیوار حائل تا بیش‌ترین سطح در پایین دیوار حائل افزایش پیدا می‌کند. برای کاربردی بودن، دیوارهای حائل باید به نحو مناسب مسلح شده باشند.

صفحه گسترده طراحی دیوار حائل مهندسی عمران می‌تواند برای طراحی یک دیوار حائل با یک فرآیند آسان مفید باشد. صفحه گسترده شامل تب‌هایی برای پایداری، ممان و برش، مسلح سازی و ... است. یک صفحه گسترده طراحی دیوار حائل شامل یک واسط کاربری ساده و گزینه‌های مختلف است که می‌تواند فرآیند طراحی دیوار حائل را تا حد زیادی ساده کند.

منبع

ترجمه شده توسط تیم مترجمین ۸۰۸

اگر دوست دارید به تیم مترجمین ۸۰۸ بپیوندید، با ما تماس بگیرید.

دریافت فایل PDF مقاله برای اعضای VIP رایگان است. سایر کاربران با پرداخت ۵۰۰ تومان می توانند اقدام به دریافت این فایل کنند.