خلاصه

باتوجه به عدم وجود خاک با ظرفیت باربری مناسب، ضرورت اصلاح خاک برای ساخت پروژههای عظیم به امری اجتناب ناپذیر تبدیل شده است. از بین روشهای متداول اصلاح خاک، ستون سنگی معمولی و مسلح شده با ژئوسنتتیک، با توجه به سازگاری با محیط زیست و عملکرد مناسب، از شناخته شده ترین روشهای اصلاح خاک میباشند. در این مقاله با استفاده از نرم افزا ر ۶٫۱۱-۱ABAQUS رفتار مکانیکی ستون سنگی معمولی و مسلح با استفاده از پارامترهای ژئوتکنیکی منطقه پارس جنوبی مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان داد که ستون سنگی باعث کاهش نشست شده و ژئوسنتتیک ها این اثرات مثبت را بیشتر میکنند. مطالعات پارامتریک نشان داد که اثرات گروه در طراحی ستون سنگی باید در نظر گرفته شود. با استفاده از مطالعه پارامتریک تأثری پارامترهای فاصله بین ستونی، طول و قطر روی کاهش نشستهاو شکم دادگی ستون سنگی در حالتهای مختلف مورد بررسی قرار گرفت.

کلمات کلیدی: ستون سنگی، مسلح سازی، ژئوسنتتیک، پارس جنوبی، نرم افزار ۶٫۱۱-۱ABAQUS

ٌ.مقدمه

طول رودخانهها و سواحل دریاها، با خاکهای نرم پوشیده شده است. به علت مقاومت برشی اندک و تراکم پذیری بالا، ساخت و ساز روی خاکهای نرم طبیعی خطرناک میباشد و برای دستیابی به شرایط مطلوب، باید خا ک تا ظرفیت باربری مورد نظر بهبود یابد. روشهای مختلف برای این کار وجود دارد. از بین همه روشها،ستون سنگی یک روش موثر، اقتصادی و سازگار با محیط زیست برایاصلاح چنینخاکها می باشد. این روش در واقع توسعه یافته روش تراکم لرزه ای هستند که برای خاکهای چسبنده در اواسط سال ًٌَُ در آلمان مورد استفاده قرار میگرفت. در طی ًَ سال گذشته، اهمیت ستون سنگی برای مسلح کردن خاکهای چسبنده برای پیهاعموماً، شناخته شده است. تکنیک ستون سنگیعمدتاً در اروپا توسعه یافته است، اما هم اکنون کاربرد آن در اکثر مناطق دنیا گسترده شده است و برای اکثر خاکریزها و ساخت جادهها به وفور مورد استفاده قرار میگیرد. زیرا از بین روشهای مختلف بهبود خاکهای نرم، این روش از مؤثرترین و کم هزینهترینتکنیکهای بهبود این نوع خاکهامیباشد و دارای تأثیر بسیار مطلوبیدر افزایش ظرفیت باربری، کاهش نشست سازه قرار گرفته روی پی، و با کوتاه کردن مسیر زهکشی باعث سرعت بخشیدن بهنشستهای تحکیمی میشوند. ستون سنگی ظرفیت باربری خود را از مقاومت فشاری مقاوم زمین که در مقابل شکم دادگی در طول ستون سنگی به وجودمیآید، بدست میآورد و به مقاومت برشی خاک پیرامون آن بستگی دارد. برای اینکه این مقاومت به وجود آید، باید ستون سنگی منبسط گردد. در خاکهای با مقاومت برشی خیلی کم مقاومت فشاری زمین برای تامین ظرفیت باربری ستون سنگی کافی نیست. به منظور جلوگیری ا ز گسیخته شدن ستون سنگیبخاطر شکم دادگی، حلقههای ژئوسنتتیک برای محصور کردن ستونهای سنگی مورد استفاده قرار میگیرد که در برابر تغییرات بیولوژیکی و تخریبهای شیمیایی بسیار مقاوم هستند.

۱عضو هیئت علمی دانشگاه صنعت آب و برق
۲عضو هیئت علمی دانشگاه صنعت آب و برق

۱

بر خلاف پیهای با ستون سنگی معمولی، ستونهای ماسهای یا شنی روکش شده با ژئوسنتتیکمیتوانندبهعنوان روشی برای بهبود خاکهای بسیار نرم بکار برده میشوند. اگر در یک خاک نرم ستون سنگی معمولی محصور نشده بکار رود، فشار افقی وارد بر یک ستون سنگی برابر با فشار وارد از طرف ستون سنگی به خاک میباشد با کاربرد ستون سنگی روکش شده، فشار وارد از سوی ستون سنگی به خاک نرم کاهش مییابد، زیرا قفسه ژئوسنتتیک که محیط ستون سنگی را در برگرفته است دارای اثرات تکیه گاهی شعاعیمیباشد.

ٍ. نگاهی به کارهای انجام شده

Sharma et al. (2004)، با انجام آزمایشهایی گزارش کردند که ژئوگرید به طور چشمگیری ظرفیت باربری ستون سنگی را افزایش میدهد و همچنین این نوع مسلح سازی باعث کاهش قابل ملاحظهای در عمق و همچنین قطرشکم دادگی ستون سنگی میشود Gneil and Bouazza, .[1] (2009)،با مطالعات آزمایشگاهی به این نتیجه رسیدند که کاربرد ژئوگرید و محصو ر کردن ستون سنگی با استفاده از این تکنیک به مقدار زیادی سختی ستون سنگی را افزایش داده و تغییر ش کل نسبی را کاهش میدهد. برای ستون سنگی با پوشش کامل در گروه ستون سنگی، کرنش یا تغیی ر شکل نسبی تا ًَ % کاهش را نشان میدهد .[۲] مطالعات آزمایشگاهی Malarvizhi and Ilamparuthi (2004)، نشان داد که حلقههای ژئوگرید، ظرفیت باربری ستونهای سنگی چه شناور و چه با تکیه گاه انتهایی را افزایش میدهند. ظرفیت باربری نهایی درحالت ستون سنگی محصور شده با ژئوگرید و ستون سنگیمعمولی که در لایه رسی قرار داده میشود، َ و ٍ برابر بیشتر از حالتی است که ستون سنگی بکار گرفته نمیشود Murugesan and Rajagopal (2006).[3]، تستهای را برای بررسی اثر سختی حلقه ژئوسنتتیک، عمق حلقه و همچنین قطر ستون سنگی روی عملکرد ستون سنگی، انجام دادند. نتایج نشان داد که حلقه ژئوسنتتیک سختی ستون سنگی را افزایش میدهد و اثرات مثبت محصور کردن با افزایش قطر ستون سنگی کاهش مییابد، و این که ژئوسنتتیک در قسمتی یا طولی که احتمال شکمدادگی وجود دارد، باید قرار داده شود .[۴] Murugesan and Rajagopal (2009)، هم یک سری تستهای آزمایشگاهی را برای مطالعه رفتار ستونهای سنگی مسلح شده با ژئوسنتتیک در حالت تکی و گروهی، انجام دادند.نتایج حاصل از این آزمایشها نشان داد که حلقههای ژئوسنتتیک سختی ستون سنگی را افزایش میدهن. مشخص شد که نیروی کششی حلقه از شکم دادگی ستون تبعیت میکند، و بیشترین مقدار این نیرو جایی بود که بالاترین کرنش حلقه اتفاق افتاد و در بخش بالایی ستون سنگی بود و همچنین این نیرو با افزایش عمق کاهش مییافت Gniel and Bouazza (2008) .[5]، بر اساس تستهای کوچک مقیاس نتایج نشان دادند که کرنش عمودی با افزایش درصد طول محصور کردنی کاهش مییابد .[۶]

Lee and Yoo (2011)، با تستهای مقیاس واقعی نشان دادند که محصور کردن ستون سنگی تا چه حدی میتواند باعث کاهش تغییر مکان افقی گردد و همچنین محصور کردنستون سنگی با ژئوسنتتیک ضمن اینکه ظرفیت باربری را افزایش میدهد، باعث جلوگیری از شکست های ناگهانی ناشی از شکم دادگی نیز میشود، شکم دادگی به مقدار زیادی کاهش پیدا میکند، و همچنین قفسه ژئوگرید، مانع نفوذ خاک نرم به داخل مصالح ستون سنگی میشود[۷]

َ. آنالیز المان محدود

َ؟ٌ شرح مطالعه موردیو پارامترهای ژئوتکنیکی

در اینجا خلاصهای از مطالعات ژئوتکنیک سایت فاز ٌٍ پارس جنوبی ارائه میگردد. مطابق پلان جانمایی، ُ مخزن فولادی با قطر َْ متر و ارتفاع ٍٍ متر میباشد و در حالت خالی ًًًٍ تن وزن دارد، حجم این مخازن ًًًًًٌ متر مکعب است. مخزن مورد بررسی،مخزن شماره َ (شکل ٌ)میباشد. بستر مخزن شماره َعمدتاً سنگ مارن است. بهدلیل اینکه بار پی مستقیم یا غیر مستقیم به سنگ بستر مارنی میرسد در نتیجه این پیها توانایی باربری کمی را دارا هستند و ممکن است نشستهای موضعی یا کلی رخ دهدو این نشستهای آسیبهای جدی به مخزن وارد آورند.در نظر گرفتن گزارشهای موجود و گمانههای شناسایی موجود لایه بندی خاک را میتوان به دو لایه عمده تقسیم نمود. لایه اول به ضخامت ِ متر که از خاک ریزدانه تشکیل شده است و لایه دوم خاکی با مشخصات رس سخت و مارن به طول َِ متر میباشد. جهت مشخص نمودن پارامترهای مقاومتی و مورد نظر طراحی، با استفاده از نمونههای دستخورده و دستنخوردهآزمایشهای آزمایشگاهی و صحرایی انجام گردید و نتایج در جدول ٌ با در نظر گرفتن نتایج آزمایشها خلاصه شده است.

شکل ٌ- موقعیت مخزن شماره سه
جدول ٌ- مشخصات پارامترهای لایههای خاک

مشخصات واحد لایه اول ( ِ لایه دوم ( َِ
متر) متر)
وزن مخصوص طبیعی (kN/m3) ٌْ ٌُ
خاک
مدول الاستیسیته (kPa) ًًًًٌ ًًًٌُ
نسبت پواسون – ًُ/ً َِ/ً
چسبندگی (kPa) ًُ ٍَ
زاویه اصطکاک (درجه) ْ ٍّ
شاخص فشردگی – ًُ/ً ٌٌُ/ً
شاخص تورم – ًٌ/ً ًٌّ/ً

خاک زیر مخزن شماره َ، خاکی ضعیف است مقدار تنش وارده بر خاک بیش از ٌ/ٍ کیلوگرم بر سانتیمتر مربع (بار مخزن در حالت پر)می باشد. حال اگر عمق پی را یک متر و پی را از نوع گسترده انتخاب کنیم، با توجه به تنش وارده مقدار نشست در مرکز مخزن حدوداً ٌٍ سانتیمتر به دست میآید
که از مقدار نشست مجاز(که بین ٌٍ تا ٌّ سانتی متر می باشد) برای این مخزن بیشتر میباشد. مشخصات ستون سنگی هم در جدول ٍ آورده شده