خاک مسلح چیست؟ ۴ روش مسلح کردن خاک و چگونگی اجرای آن

مسلح کردن خاک در مرحله پایدارسازی ساختمان انجام می شود. خاک مسلح روشی است، که معمولاً برای بهبود مقاومت و سختی خاک با استفاده از روش‌های مهندسی ژئوتکنیک استفاده می‌شود. مسلح کردن اجازه می‌دهد تا خاک در برابر بارهای مختلف از خود مقاومت نشان دهد. در مهندسی ژئوتکنیک، مسلح کردن خاک در زمین‌هایی که فرسایش در آن زیاد است، امری حیاتی و ضروری است. تکنیک‌های مسلح کردن خاک معمولاً در مناطقی که از خاک نرم استفاده می‌شود، قابل اجرا است، زیرا این نوع خاک پشتیبانی کافی از ساختمان را فراهم نمی‌کند؛ اما مسلح کردن خاک چیست و چگونه انجام می‌شود؟ با ویکی ساختمون همراه باشید.

تاریخچه خاک مسلح

مفهوم خاک مسلح به بیش از ۵۰۰۰ سال پیش باز می‌گردد. مسلح کردن خاک شامل مخلوط کردن کاه با گل یا نیزارهای بافته شده، استفاده از شاخه‌ها و سایر الیاف گیاهی برای بهبود مقاومت و ظرفیت کلی خاک برای تحمل بارهای بیشتر بود.

نمونه‌های بی‌شماری از خاک مسلح وجود دارند که قدمت آن‌ها به ساخت دیوار بزرگ چین (استفاده از شاخه‌های درختان به عنوان عناصر کششی) باز می‌گردد. در دوران مدرن، مفاهیم و اصول تقویت خاک اولین بار توسط «هنری ویدال» توسعه یافت. وی نشان داد که ورود عناصر مسلح در توده خاک، مقاومت برشی آن را افزایش می‌دهد.

مسلح کردن خاک چگونه انجام می‌شود؟

خاک‌ها مواد پیچیده‌ای هستند که از مواد کم و بیش فشرده با تخلخل طبیعی ساخته شده‌اند که هوا و آب آزادانه در آن گردش می‌کنند. دانه‌های خاک از تقسیم شدن کم و بیش درشت سنگ به سنگریزه، شن، ماسه یا لجن و همچنین از تجزیه شیمیایی برخی ترکیبات سنگ به ذرات رس میکروسکوپی حاصل می‌شود.

در خاک‌های نفوذ پذیر مانند سنگریزه، شن و ماسه، آب به راحتی گردش می‌کند. این مورد در خاک‌ها با نفوذپذیری کم یا حتی غیر قابل نفوذ مانند گل و لای وجود ندارد. گردش آب در خاک رس یک میلیون برابر کمتر از شن است. علاوه بر این، در نتیجه تنش‌های خارجی مانند ورودی آب، فشار توده وزنی خاک، خشکسالی یا زمین لرزه، ممکن است مشخصات مکانیکی خاک تغییر کند و دیگر با کاربرد مورد نظر سازگار نباشد.

بسته به نوع خاک و ساختار مورد نظر (ساختمان یا پل)، انتخاب سیستم تقویت کننده برای خاک مسلح مهم است. این مسئله بسیار پیچیده باقی مانده است و بقایای گذشته (به عنوان مثال برج پیزا) این مهم را نشان می‌دهد. برای افزایش خصوصیات مکانیکی خاک می‌توان آن را مسلح کرد.

به طور خاص، تکنیک‌های بهبود مشخصات مکانیکی خاک می‌توانند فشردگی خاک را افزایش دهند یا با کاهش حجم فضاهای خالی، باعث متراکم شدن خاک در عمق کمتر از ۱۰ متر شوند. تکنیک‌های تقویت خاک خود شامل عناصر تقویت کننده عمودی یا افقی در خاک هستند. هدف از به کار بردن، همه این تکنیک‌ها ساخت یک سازه بدون تغییر شکل یا نقص پایداری است.

اهمیت مسلح کردن خاک

در تخریب ساختمان، زیر ساخت های عمرانی و پایدارسازی ساختمان ها، مسلح کردن و پایدارسازی خاک از اهمیت ویژه ای برخوردار است. با توجه به رشد روز افزون حوزه عمران، نیاز به توسعه زمین به طور فزاینده‌ای ضروری گشته است. انواع خاصی از خاک که تاکنون به دلیل ویژگی‌های مکانیکی ضعیف آن‌ها مورد غفلت واقع شده‌اند، حالا باید تقویت شوند تا از پایداری ساختمان‌ها و زیرساخت‌های مهندسی عمران که مورد نیاز مردمان امروز است، پشتیبانی کنند.

تکنیک‌های مسلح خاک برای پروژه‌های مختلف اعم از پل‌ها، دیوارهای نگهدارنده، خاکریزه‌ها، راه آهن‌ها و … بسیار گسترده هستند. با قرار گرفتن عناصر کششی، خاک مسلح می‌شود تا مقاومت طبیعی و پایداری آن بهبود یابد. این امر با ترکیب عناصر مسلح کننده در زیر پایه توده خاک انجام می‌شود.

هنگامی که فشار بر روی توده خاک وارد شود، عناصر مسلح کننده مانند میلگردها به ایجاد مقاومت کششی کمک می‌کنند که در نهایت برابر حرکت خاک مقاومت کرده و پشتیبانی بیشتری ایجاد می‌کنند. با این کار خاک مسلح شده و نسبت به توده خاک معمولی مقاومت بیشتری خواهد داشت.

برای مطالعه: ۱۰ نکته مهم هنگام بتن ریزی فونداسیون و مراحل اجرایی آن

تکنیک‌های مسلح کردن خاک

تکنیک‌های اجرای خاک مسلح را می‌توان در چهار گروه عمده زیر تقسیم بندی کرد:

۱- نیلینگ یا میخ کوبی (Soil Nailing)

نیلینگ یا میخ کوبی نوعی تکنیک خاک مسلح است که معمولاً برای مسلح کردن زمین مجاور حفاری با نصب میله‌های فولادی یا میخ‌ها با فاصله نزدیک انجام می‌شود. می‌توان برش‌های عمودی یا شیب‌دار را برای حفاری با استفاده از میلگردهای درون خاک به عنوان مسلح کننده اجرا کرد. میخ‌ها با شیب ۲۰ تا ۲۵ درجه به صورت افقی به زمین نصب می‌شوند.

نیلینگ یا میخ کوبی، یک روش مؤثر و اقتصادی در ساخت دیوار حائل برای حمایت از خاک در زمان گودبرداری و خاکبرداری ساختمان، تکیه گاه‌های پل، بزرگراه‌ها و سایر موارد است. میخ کوبی به صورت روش مقاوم (Passive) و بدون پیش تنیدگی فولاد اجرا می‌شود و اعضا باربر تحت فشار، برش و گشتاور خمش قرار می‌گیرند.

۲- سیستم مهاربندی یا انکراژ (Soil Anchorage)

زمین مهار یا انکراژ به تاندون‌های پیش تنیده‌ دائمی تزریق شده با سیمان اشاره دارد که در خاک برای مهار خاک استفاده می‌شوند. مهارها داخل سوراخ‌های حفاری شده در جداره‌های گود قرار می‌گیرند و با پیش تنیده شدن به المان‌های مقاومت تبدیل می‌شوند. از این روش برای افزایش ظرفیت باربری خاک استفاده می‌شود.

میزان کشش اولیه میلگرد برای ایجاد نیروی پیش تنیدگی نباید بیش از ۶۰ درصد ظرفیت کششی این اعضا باشد. همچنین، به منظور عملکرد صحیح میلگردها، این اعضا باید تا پشت ناحیه گسیختگی ادامه پیدا کنند. انکراژ به صورت روش فعال (Active) انجام می‌شود زیرا نیروی پیش تنیدگی در اعضای فولادی وجود دارد.

۳- ژئوسنتتیک (Geosynthetics)

ژئوسنتتیک از پلیمرهای مصنوعی تولید می‌شوند که در زمینه مهندسی ژئوتکنیک و خاک مسلح بسیار پر کاربرد هستند. این متریال به عنوان فیلتر، زهکش و مسلح کننده استفاده می‌شود. ژئوتکستایل از خانواده ژئوسنتتیک از پلیمرهای پلی استر یا پلی پروپیلن تولید می‌شود. این متریال برای افزایش مقاومت کلی خاک، پایداری، جلوگیری از فرسایش و کمک به زهکشی استفاده می‌شوند.

ژئوگرید یک ماده ژئوسنتتیک با ساختاری مش مانند است که دارای دهانه‌های مربع یا مستطیلی است. ژئوگرید مانند حفاظی برای پایداری حرکت‌های سطح بیرونی خاک عمل می‌کند. ژئوگرید خاک را ثابت نگه می‌دارد و از حرکت جانبی آن جلوگیری می‌کند. از دیگر انواع ژئوسنتتیک می‌توان به ژئوممبران‌ها، ژئونت‌ها، ژئوکامپوزیت‌ها، ژئوسل و ژئومت اشاره کرد.

۴- پنل فیسینگ (Facing Panels)

این روش شامل سازه‌های مسلح شده خاک به صورت عمودی است. فیسینگ معمولاً از پنل‌های پیش ساخته بتنی یا فولادی تشکیل شده‌اند که توسط مکانیزم بهم پیوسته به هم متصل می‌شوند. بتن استفاده در این پنل‌ها از جنس بتن مسلح با عیار بسیار بالاست (۳۵۰ کیلوگرم بر مترمکعب). از این روش بیشتر در پل‌ها و زیرگذرها استفاده می‌شود.

در این روش میلگردهایی نیز در داخل خاک قرار می گیرند تا هم‌پیوستگی ساختار افزایش پیدا کند. این تکنیک معمولاً به عنوان فرآیند از پایین به بالا شناخته می‌شوند زیرا شامل قالب بندی، آرماتوربندی، بتن ریزی، پایدارسازی خاک و غیره است. ناگفته نماند، اعضای کششی مورد نیاز برای انجام این فرآیند شامل میلگردها یا مش‌ها هستند.

کاربرد خاک مسلح

موارد استفاده از خاک مسلح به شرح زیر هستند:

• ساخت دیوارهای جاده‌های شیب‌دار کوهستانی
• ساخت ساختمان بلند مرتبه با گودبرداری عمیق
• ساخت دیوارهای نگهدارنده حاشیه بزرگراه‌ها
• ساخت دیوارهای ساحلی و سدهای خاکی
• ساخت سازه‌های خطوط راه آهن
• ساخت پایه پل‌ها
• ساخت سازه‌های حفاظتی نظامی
• ساخت دیوارهای شیب‌دار

سخن آخر

خصوصیات مکانیکی مهم‌ترین دلیل جهت مسلح کردن خاک است. خاک تحت فشار و نیرو ممکن است دچار ریزش شود و خرابی بسیار ایجاد کند. معمولاً در پروژه‌هایی که عمق خاکبرداری زیاد است و خطر ریزش گود وجود دارد، خاک مسلح می‌تواند به عنوان روشی برای افزایش مقاومت برشی شناخته شود. روش‌های تقویت خاک اغلب به نیلینگ، انکراژ، ژئوسنتتیک و پنل فیسینگ تقسیم می‌شوند که هر کدام بسته به نوع پروژه و خصوصیات خاص قابل استفاده هستند. ناگفته نماند، طراحی مکانیک خاک، کاری بسیار تخصصی است و باید توسط مهندس عمران با گرایش خاک و پی محاسبه و آنالیز شود.