این پایان نامه در قالب فرمت word قابل ویرایش ، آماده پرینت و ارائه به عنوان پروژه پایانی میباشد.
چکیده
برای پایدارسازی گودها از روش¬های متفاوتی استفاده می‌شود که از میان آن¬ها روش میخ¬کوبی و روش انکراژ از روش¬های متداول بوده و ازنظر روش اجرا به هم شبیه¬اند. در این پژوهش سعی شده تا دو روش مذکور را باهم ترکیب کرده و به یک مدل بهتر،ایمن¬تر و اقتصادی¬تر برای ایجاد سازه نگهبان گود رسید تا بتوان آن را جایگزین روش‌های قدیمی¬تر و غیر ایمن و غیراقتصادی نمود.
هدف این پژوهش تأمین پایداری لازم برای گود از طریق ایجاد یک سازه نگهبان ترکیبی بهینه هست که زاویه و طول و چیدمانی بهینه برای میخ¬خاک¬ها و انکربولت‌ها بدهد. به‌نحوی‌که موجب گسیختگی و تغییرشکل مخرب در گود نشود، که به‌وسیله نرم‌افزار پلکسیس مدل‌سازی انجام می¬شود. برای این منظور ابتدا باید روش میخکوبی مدل‌سازی شود، سپس زمانی که نتایج مطلوب بدست آمد، انکرها به سازه میخکوبی شده اضافه می¬شود و نتایج روش میخ¬کوبی و روش ترکیبی باهم مقایسه می¬شود.
در این پژوهش میزان تغییر¬شکل¬ها و پایداری سازه نگهبان در گودبرداری¬های عمیق به روش میخ¬کوبی و روش ترکیبی میخ¬کوبی و انکر در عمق¬های 9و18و27 متري در شرایط خاك هموژن و در حالت اجرای میخ‌خاک‌ها با زاویه 0،5،10،15،20 درجه و با طول متفاوت،7/0 و1 و 2/1 برابر ارتفاع گود مورد بررسی قرارگرفته است.
مشاهده می¬شود که استفاده از انکر در قسمت بالای دیواره سازه نگهبان سبب کاهش تغییرشکل¬ها در آن می-شود و استفاده از میخ¬خاک در قسمت¬های پایین‌دیواره سبب افزایش پایداری سازه می¬شود درحالی‌که هزینه¬های اجرایی کاهش می¬یابد.کاربرد این پژوهش در جهت اجرای سازه نگهبان عمیق ایمن اقتصادی ¬ می¬باشد.
کلمات کلیدی:
گودبرداری، میخ¬کوبی، انکر، روش ترکیبی ،آنالیز عددی
فهرست
عنوان صفحه
فصل اول مقدمه و کلیات 1
1-1 مقدمه 3
1-2 روش تحقیق 4
1-3 لزوم انجام تحقیق 5
1-4 فصل بندی مطالب 5
فصل دوم مطالعات انجام‌شده 7
2-1 مقدمه 9
2-2 پیشینه میخکوبی خاک 10
2-3 مطالعات انجام‌شده درروش میخکوبی 12
2-4 اجرای روش میخکوبی 14
2-4-1 گودبرداری 14
2-4-2 حفاری چال برای اجرای میخ 15
2-4-3 نصب میخ و دوغاب ریزی 15
2-4-4 ساخت پوشش شاتکریت موقتی 16
2-4-5 ساخت دیواره میخکوبی شده تا عمق موردنظر 16
2-4-6 ساخت پوشش دائمی و نهایی 17
2-4-7 مقاومت چسبندگی بین خاک و ملات در دیوارهای میخکوبی شده 17
2-4-8 تأثیر شرایط خاک بر مقاومت بیرون کشیدگی میخ 18
2-5 شرایط مطلوب خاک برای میخکوبی 18
2-5-1 خاک‌های ریزدانه سفت یا سخت 19
2-5-2 خاک‌های دانه‌ای متراکم تا خیلی متراکم باکمی چسبندگی ظاهری 20
2-5-3 سنگ هوازده بدون هیچ‌گونه سطوح شکست 20
2-5-4 رسوبات یخچالی 21
2-6 طراحی سازه نگهبان به‌وسیله روش حدی 21
2-7 روش لیو و همکاران 24
2-8 تحقیقات فان و لئو 30
2-9 مطالعات انجام‌شده درروش مهاری 33
2-9-1 انواع روش مهاری با انکر 35
2-9-2 مزایای پیش تنیدگی 36
2-9-3 اعضا ضروری در پیش تنیدگی 38
2-9-4 قسمتهای مربوط به مهار کردن و بستن سر انکر 39
2-9-5 کاربرد پیش تنیدگی 40
2-10 دیوار برلنی 41
2-11 مقایسه تغییرشکل گودهای عمیق به روش میخکوبی و روش مهاری با بلوک بتنی 43
2-12 روش ترکیبی میخکوبی و انکر 47
فصل سوم معرفی نرم‌افزار PLAXIS و صحت سنجی 49
3-1 مقدمه 51
3-1-1 صفحات 52
3-1-2 فصل مشترک 53
3-1-3 ایجاد شبکه 54
3-1-4 مدل رفتاری 55
3-1-5 مدل موهر – کولمب 56
3-2 صحت سنجی 61
فصل چهارم مدل‌سازی و تحلیل نتایج 67
4-1 مقدمه 69
4-2 مفروضات و مشخصات تحلیل‌ها 69
4-3 مدل‌سازی و تحلیل نتایج درروش میخکوبی 72
4-3-1 ضریب ایمنی طراحی 73
4-3-2 جابه‌جایی افقی سطح زمین پشت گود 75
4-3-3 جابه‌جایی قائم سطح زمین پشت گود 77
5-3-4 جابه‌جایی افقی در ارتفاع دیواره گود 78
4-3-5 نیروی محوری میخ‌خاک‌ها 84
4-3-6 توزیع نیروی محوری در طول میخخاک 90
4-3-7 مقایسه ضریب اطمینان طراحی و نهایی 93
4-4 روش ترکیبی میخکوبی و انکر 95
4-4-1 ضریب ایمنی طراحی درروش ترکیبی 97
4-4-2 مقایسه جابه‌جایی افقی در ارتفاع دیواره درروش ترکیبی و روش میخکوبی 98
4-4-3 جابه‌جایی قائم سطح زمین پشت گود 105
4-4-4 جابه‌جایی افقی سطح زمین پشت گود 106
4-4-5 نیروی محوری و توزیع آن در میخخاک ها درروش ترکیبی 112
فصل پنجم نتیجه‌گیری و پیشنهادها 115
5-1 نتیجه گیری 117
5-2 پیشنهادها برای ادامه تحقیق 121
منابع 123
فهرست شکل¬ها
عنوان صفحه
شکل 2-1 : مراحل اجرای میخکوبی 14
شکل2-2: سطح گسیختگی و جزئیات درروش LUOو همکاران 24
شکل 2-3 : تأثیر Φ وC/HΓروی حداکثر نیروی کششی ایجادشده در میخ 26
شکل 2-4 : تأثیر Φ وC/HΓ روی ضریب اطمینان برای10H= 27
شکل 2-5 : تأثیر H روی ضریب اطمینان برای 40 =Φو10C/HΓ= 27
شکل 2-6 : تأثیر C/HΓروی ضریب اطمینان برای 40=Φدر دو حالت خشک و اشباع 27
شکل 2-7 : تأثیر C/HΓروی ضریب اطمینان برای 20=Φدر دو حالت خشک و اشباع 28
شکل 2-8 : مقایسۀ نیروی کششی داخلی میخ بین روش لیو، روش سینماتیک حدی و روش طراحی تجربی 28
شکل 2-9: مدل‌سازی عددی شیروانی میخکوبی شده توسط نرم‌افزار اجزا محدود 30
شکل 2-10: ضریب اطمینان پایداری شیروانی میخکوبی شده بر اساس زاویه شیب شیروانی و میخخاک ها 31
شکل 2-11:توزیع نیروی کششی در میخ‌خاک‌ها در حالت نسبت طول به ارتفاع متفاوت .A: طول متفاوت میخخاک در 3/1 بالای شیب. B: طول متفاوت میخخاک در 3/1 پایینی شیب. 32
شکل2-12 : سازه نگهبان مهارشده با انکر 35
شکل 2-13 : تغييرات نسبت تغيير مکاني با ضریب انعطاف‌پذیری 43
شکل 2-14 : جابجایی افقی دیواره گود براي دو سیستم با عمق‌های مختلف گود در معیار راست- سخت‌گیرانه، چپ- ساده 45
شکل 2-15 : جابجایی راست- افقی، چپ- قائم، سطح زمین براي دو سیستم، با عمق‌های مختلف گود در معیار سخت‌گیرانه 45
شکل 2-16 : جابجایی راست- افقی، چپ- قائم، سطح زمین براي دو سیستم، با عمق‌های مختلف گود در معیار ساده 46
شکل 3-1 : کاربرد صفحات در مسائل ژئوتکنیکی 52
شکل 3-2 : موقعیت گره‌ها و نقاط تنش در یک جزء 5گره ای و 3 گره ای تیر 53
شکل 3-3 : توزیع گره‌ها و نقاط تنشی در اجزای سطوح مشترک و ارتباط آنها با اجزای خاک 54
شکل 3-4 : ایده اصلی یک مدل الاستیک کاملاً پلاستیک 57
شکل 3-5 : سطح تسلیم مدل موهر – کولمب در فضای تنش‌های اصلی (C=0) 58
شکل 3-6 : تعریف E0 و E50 نتایج آزمایش سه محوری زهکشی شده استاندارد 60
شکل 3-7 : دایره‌های تنش در حالت تسلیم، ترسیم پوش گسیختگی کولمب 61
شکل 3-8 : مقطع دیوار میخکوبی شده پروژه کلوتر 62
شکل 3-9 : هندسه مدل دیوار پروژه کلوتر 64
شکل 3-10 :مقایسه نیروی کششی سر میخ‌خاک‌ها با عمق در اندازهگیری و مدل فان و لیو و صحت سنجی 65
شکل4 - 1:مدل و شرایط مرزی 70
شکل 4-2:ضریب ایمنی طراحی دیواره میخکوبی شده برای گود9 متر 74
شکل 4-3: ضریب ایمنی طراحی دیواره میخکوبی شده برای گود18 متر 74
شکل 4-4: ضریب ایمنی طراحی دیواره میخکوبی شده برای گود27متر 74
شکل 4-5:جابه جایی افقی سطح زمین پشت گود برای گود 9 متر 75
شکل 4-6:جابه جایی افقی سطح زمین پشت گود برای گود18 76
شکل 4-7:جابه جایی افقی سطح زمین پشت گود برای گود27متر 76
شکل 4-8:جابه جایی قائم سطح زمین پشت گود برای گود9 متر 77
شکل 4-9:جابه جایی قائم سطح زمین پشت گود برای گود18 متر 78
شکل 4-10:جابه جایی قائم سطح زمین پشت گود برای گود27متر 78
شکل 4-11 : جابه‌جایی افقی در ارتفاع دیواره گود برای عمق 9 متر و طول میخخاک برابرH7/0 است. 79
شکل 4-12 : جابه‌جایی افقی در ارتفاع دیواره گود برای عمق 9 متر و طول میخخاک برابرHاست. 79
شکل 4-13 : جابه‌جایی افقی در ارتفاع دیواره گود برای عمق 9 متر و طول میخخاک برابرH2/1 است. 80
شکل4-14 : جابه‌جایی افقی در ارتفاع دیواره گود برای عمق 18 متر و طول میخخاک برابرH7/0 است. 80
شکل4-15 : جابه‌جایی افقی در ارتفاع دیواره گود برای عمق 18 متر و طول میخخاک برابرH است. 81
شکل4-16 : جابه‌جایی افقی در ارتفاع دیواره گود برای عمق 18 متر و طول میخخاک برابرH2/1 است. 81
شکل4-17 : جابه‌جایی افقی در ارتفاع دیواره گود برای عمق 27 متر و طول میخخاک برابرH7/0است. 82
شکل4-18 : جابه‌جایی افقی در ارتفاع دیواره گود برای عمق 27 متر و طول میخخاک برابرH است. 82
شکل4-19 : جابه‌جایی افقی در ارتفاع دیواره گود برای عمق 27 متر و طول میخخاک برابرH2/1 است. 83
شکل4-20 : نیروی محوری میخ خاکها برای گود 9 متر و طول میخ خاکها برابر H7/0 است. 85
شکل 4-21: نیروی محوری میخ خاکها برای گود 9 متر و طول میخ خاکها برابر Hاست. 86
شکل4-22 : نیروی محوری میخ خاکها برای گود 9 متر و طول میخ خاکها برابر H2/1 است. 86
شکل 4-23: نیروی محوری میخ خاکها برای گود 18 متر و طول میخ خاکها برابر H7/0 است. 86
شکل4-24 : نیروی محوری میخ خاکها برای گود 18 متر و طول میخ خاکها برابر H است. 87
شکل4-25 : نیروی محوری میخ خاکها برای گود 18 متر و طول میخ خاکها برابر H2/1 است. 87
شکل 4-26: نیروی محوری میخ خاکها برای گود 27 متر و طول میخ خاکها برابر H7/0 است. 88
شکل4-27 : نیروی محوری میخ خاکها برای گود 27 متر و طول میخ خاکها برابر H است. 88
شکل 4-28: نیروی محوری میخ خاکها برای گود 27 متر و طول میخ خاکها برابر H2/1 است. 88
شکل4-29: توزیع نیروی محوری در طول میخ خاک ردیف اول 90
شکل4-30: توزیع نیروی محوری در طول میخ خاک ردیف دوم 91
شکل4-31: توزیع نیروی محوری در طول میخ خاک ردیف سوم 91
شکل 4-32: توزیع نیروی محوری در طول میخ خاک ردیف چهارم 91
شکل 4-33: توزیع نیروی محوری در طول میخ خاک ردیف پنجم 92
شکل 4-34:ضریب ایمنی دیواره میخکوبی شده در حالت نهایی(U)و طراحی(D)،برای گود 9 متر 94
شکل 4-35:ضریب ایمنی دیواره میخکوبی شده در حالت نهایی(U)و طراحی(D)،برای گود 18 متر 94
شکل 4-36:ضریب ایمنی دیواره میخکوبی شده در حالت نهایی(U)و طراحی(D)،برای گود27متر 94
شکل 4-37: فاصله بین دو انکر 3 متر و بین دو ردیف انکر، یک ردیف میخخاک نیز موجود است 96
شکل 4-38: فاصله بین دو انکر 3 متر و میخخاک میان دو انکر را حذف میکنیم 96
شکل4-39 : ضریب ایمنی طراحی نسبت به طول میخخاک برای گود 9 متر 97
شکل4-40 : ضریب ایمنی طراحی نسبت به طول میخخاک برای گود 18 متر 98
شکل4-41 : ضریب ایمنی طراحی نسبت به طول میخخاک برای گود 27 متر 98
شکل4-42: جابه‌جایی افقی در ارتفاع دیواره گود برای عمق 9 متر و طول میخخاک برابرH 7/0 است. 99
شکل 4-43: جابه‌جایی افقی در ارتفاع دیواره گود برای عمق 9 متر و طول میخخاک برابرH است. 100
شکل 4-44: جابه‌جایی افقی در ارتفاع دیواره گود برای عمق 9 متر و طول میخخاک برابر H2/1 است. 100
شکل 4-45: جابه‌جایی افقی در ارتفاع دیواره گود برای عمق 18 متر و طول میخخاک برابر H 7/0 است. 101
شکل 4-46: جابه‌جایی افقی در ارتفاع دیواره گود برای عمق 18 متر و طول میخخاک برابرH است. 101
شکل 4-47: جابه‌جایی افقی در ارتفاع دیواره گود برای عمق 18 متر و طول میخخاک برابر H 2/1 است. 102
شکل 4-48: جابه‌جایی افقی در ارتفاع دیواره گود برای عمق 27 متر و طول میخخاک برابرH7/0 است. 102
شکل 4-49: جابه‌جایی افقی در ارتفاع دیواره گود برای عمق 27 متر و طول میخخاک برابرH است. 103
شکل 4-50: جابه‌جایی افقی در ارتفاع دیواره گود برای عمق 27 متر و طول میخخاک برابرH 2/1 است. 103
شکل 4-51: جابه جایی قائم سطح زمین پشت گود برای گود 9 متر 105
شکل 4-52: جابه جایی قائم سطح زمین پشت گود برای گود 18 متر 105
شکل 4-53: جابه جایی قائم سطح زمین پشت گود برای گود 27 متر 106
شکل 4-54: جابه جایی افقی سطح زمین پشت گود برای گود 9 متر 107
شکل 4-55: جابه جایی افقی سطح زمین پشت گود برای گود 18 متر 107
شکل 4-56: جابه جایی افقی سطح زمین پشت گود برای گود 27 متر 107
شکل 4-57: جابه‌جایی افقی سطح زمین پشت گود برای عمق 9 متر و طول میخخاک برابرH 7/0 108
شکل 4-58: جابه‌جایی افقی سطح زمین پشت گود برای عمق 9 متر و طول میخخاک برابرH 108
شکل 4-59: جابه‌جایی افقی سطح زمین پشت گود برای عمق 9 متر و طول میخخاک برابرH 2/1 109
شکل 4-60: جابه‌جایی افقی سطح زمین پشت گود برای عمق 18 متر و طول میخخاک برابرH 7/0 109
شکل 4-61: جابه‌جایی افقی سطح زمین پشت گود برای عمق 18 متر و طول میخخاک برابرH 110
شکل 4-62: جابه‌جایی افقی سطح زمین پشت گود برای عمق 18 متر و طول میخخاک برابرH 2/1 110
شکل 4-63: جابه‌جایی افقی سطح زمین پشت گود برای عمق 27 متر و طول میخخاک برابرH 7/0 111
شکل 4-64: جابه‌جایی افقی سطح زمین پشت گود برای عمق 27 متر و طول میخخاک برابرH 111
شکل 4-65: جابه‌جایی افقی سطح زمین پشت گود برای عمق 27 متر و طول میخخاک برابرH 2/1 112
فهرست جدول¬ها
عنوان صفحه
جدول 3-1 : انواع شبکه‌بندی در نرم‌افزار پلکسیس 55
جدول 3-2 : پارامترهای ورودی مدل موهر - کولمب 59
جدول 3-3 : مشخصات خاک و میخخاک ها و نمای دیوار استفاده‌شده در تحلیل اجزا محدود برای دیوار میخکوبی شده پروژه کلوتر 63
جدول 4-1: مشخصات خاک 71
جدول 4-2: مشخصات میخخاک و انکر 71
جدول 4-3: مشخصات دیواره سازه 71
جدول 4-4: ضرایب اطمینان مجاز در تحلیل‌های تعادل حدي 72
جدول 4-5 : شماره میخ خاکها و محل قرارگیری آنها در عمق گود 85
جدول 4- 6: مقایسه کلی نتایج درروش ترکیبی و روش میخکوبی 113
فصل اول
مقدمه و کلیات
1-1 مقدمه
امروزه با افزایش رشد شهر¬نشینی و ساخت سازه¬های بزرگ سبب انجام گودبرداری¬های عمیق جهت ایجاد پارکینگ و انباری و کاربرد¬های دیگر شده است. از مسائل مهم در گودبرداری¬ها طراحی سازه نگهبان مناسب و کنترل مقادیر جابه¬جایی¬های دیواره گود و خاک پشت گود است.روش¬های مختلفی در اجرای گود¬های نیمه عمیق و عمیق مورداستفاده قرار می¬گیرد گه روش¬های میخ¬کوبی و انکر از روش¬های متداول است.
افزایش عمق گودبرداری به‌ویژه در مناطق شهری در مجاورت ساختمان¬ها و معابر اهمیت ویژه‌ای دارد و تأمین پایداری و کنترل جابه¬جایی¬های دیواره گود و پشت دیواره باید با دقت بررسی شود.در این شرایط بعضی از روش¬های پایدار¬سازی گود قابلیت اجرایی خود را از دست می‌دهند و بر اساس قوانین آئین¬نامه¬ای گودبرداری عمیق در شرایطی مجاز است که ایمنی سازه-های مجاور را به خطر نیندازد.
روش مناسب گودبرداری و پایدارسازی با توجه به جنس خاک، شرایط آب زیرزمینی،عمق و طول گودبرداری،موقعیت و شرایط ساختمان¬های مجاور،جابه-جایی دیواره گود، دائمی و یا موقت بودن سازه،مسئله زلزله، بار دینامیکی ناشی از حرکت خودرو¬ها در مجاورت گود و هزینه¬های اجرای پروژه انتخاب می¬گردد.
طراحی یک سازه نگهبان میخ¬کوبی بر اساس انتقال نیروی محرک توده خاک به میخ¬خاک¬ها و انتقال این نیروها به توده خاک ایمن است که به پارامترهای متعددی ازجمله روش نصب و روش تزریق و مشخصات خاک و سازه نگهبان بستگی دارد که اساس کار روش میخ¬کوبی به این شکل است که میخ¬خاک¬ها اجراشده و با خاک‌برداری عمق¬های بیشتر دیواره گود مقداری جابه¬جایی پیدا می-کند که سبب فعال شدن عملکرد میخ¬خاک¬ها می¬شود.
روش اجرایی انکر ها مشابه میخ¬خاک است با این تفاوت که نیروهای پیش تنیدگی در انکر ایجاد می¬گردد که این نیروها از طریق قسمت غیر مهاری انکر به قسمت مهارشده منتقل می¬گردد که سبب ایجاد پایداری و کنترل جابه¬جایی می¬شود.
با توجه به اهمیت کنترل تغییرشکل جانبی دیواره از یک نرم‌افزار تحلیل عددی باید استفاده شود که برای این منظور از نرم‌افزار8.2 PLAXIS استفاده‌شده است که یک نرم‌افزار بر اساس روش اجزا محدود است. آئین‌نامه معتبر طراحی و بررسی پایداری و تغییرشکل در سازه میخ¬کوبی و انکراژ، آئین‌نامه اداره فدرال راه امریکا است.
1-2 روش تحقیق
در این پژوهش به بررسی پارامتر¬های مؤثر بر روش میخ¬کوبی و روش ترکیبی میخ¬کوبی و انکر پرداخته می-شود. بررسی اثر زاویه میخ¬ها و نسبت طول آنها به ارتفاع گود، در گودهای با عمق¬های مختلف و اثر هر یک از پارامترهای فوق بر روی جابه¬جایی و ضریب پایداری سازه نگهبان بررسی می¬گردد، همچنین چیدمان¬های مختلف انکر گذاری را در حالت جایگذاری انکر به‌جای میخخاک برای شرایط وجود و نیز عدم وجود میخخاک میان انکرها در عمق¬ها و چیدمان¬های مختلف طولی میخخاک درروش ترکیبی بررسی کرده و تأثیر چیدمان برای گودهای مختلف و چیدمان¬های طولی متنوع میخ¬خاک بررسی می¬¬شود، سپس نتایج حاصل برای سازه میخ¬کوبی و سازه ترکیبی برای زوایا و طول¬های مختلف میخ¬خاک و ارتفاع¬های مختلف گودبرداری مقایسه می¬شود.
1-3 لزوم انجام تحقیق
در سال‌های اخير با توجه به توسعه و گسترش شهرها و افزایش تراكم جمعيت، تعداد طبقات زیرزمین و عمق گودبرداری افزایش‌یافته است .پایداری خاک به‌عنوان یکي از مسائل مهم در مهندسي ژئوتکنيک مطرح است .لذا شناسایي و اجرای روش‌هایی كه به كمک آنها بتوان این مشکلات را تا حد امکان رفع نمود لازم و ضروری به نظر می‌رسد. در بعضی موارد كار ساخت نيازمند گودبرداری با شيب قائم است. نياز به سيستم نگهداری موقتي دارد تا دیواره‌های گود عميق را پایدار نگه دارد. سرعت و كيفيت ساخت پروژه را ارتقاء دهد و اطمينان حاصل دهد كه آسیب‌های جاني و مالي محتمل رخ نمي¬دهد. طراحي سیستم‌های نگه‌دارنده گودهای عميق نيازمند تحليل دقيق، طراحي و مانيتور كردن عملکرد آن است. در سال¬های اخیر استفاده از سیستم¬های ترکیبی موردتوجه قرارگرفته است که سازه ترکیبی میخ¬کوبی و انکر یکی از آن‌هاست و اهمیت این روش ترکیبی در این است که این روش علاوه بر تامین پایداری کافی و کنترل تغییرشکل¬های سازه نگهبان، هزینه¬های اجرایی را نیز کاهش می¬دهد که در گودبرداری¬های عمیق مزایای این روش نسبت به سایر روش-ها بارزتر است. در این پژوهش این سیستم ترکیبی جدید بررسی می¬شود.