ارزیابی ظرفیت بار جانبی میکروپایل( micropile )در محل اتصال کیسینگ
در اینجا یک رویکرد محافظه کارانه برای ارزیابی ظرفیت ممان خمشی در محل اتصال کیسینگ ارائه شده است. این روش فرض می کند که ضخامت دیواره کیسینگ میکروپایل( micropile )، در محل اتصال برابر با ۵۰ درصد ضخامت سالم دیواره کیسینگ است. بنابراین مدول مقطع عرضی در محل اتصال کاهش می یابد.قطر خارجی کیسینگ در نقطه اتصال برابر با رابطه زیر است:
مدول مقطع عرضی کاهش یافته در نقطه اتصال (ُSjoint) بصورت زیر محاسبه میشود:
برای محاسبه ماکسیمم ممان خمشی در نقطه اتصال از رابطه زیر استفاده میشود:
باربری جانبی گروه میکروپایل:
مانند سایر انواع شمع ها ، رفتار میکروپایل در پیکربندی گروه تحت تأثیر فاصله بین عناصر منفرد است. جابجایی یک گروه شمع تحت یک بار جانبی ممکن است ۲ تا ۳ برابر بزرگتر از جابجایی یک شمع منفرد با همان میزان شدت باشد.
هالووی و همکاران (۱۹۸۱) و براون و همکاران (۱۹۸۸) گزارش دادند که شمع های موجود در ردیف گروههای شمع بطور قابل توجهی مقاومت کمتری در برابر بار جانبی نسبت به شمعهای ردیف جلو دارند و بنابراین انحراف بیشتری نشان می دهند. این مورد به دلیل تداخلات بین شمع-خاک- است که در یک گروه شمع( micropile )اتفاق می افتد. اثر متقابل شمع-خاک- باعث می شود ظرفیت جانبی گروه شمع کمتر از مجموع ظرفیت های جانبی شمع های منفرد متشکل در گروه باشد.
از این رو ، گروه های شمع با بارگزاری جانبی دارای بازدهی گروهی کمتر از ۱ هستند. بر اساس آزمایشات انجام شده به عنوان بخشی از پروژه ملی (FOREVER, 2003) بر روی گروه های میکروپایل بارگذاری شده به صورت افقی ، نتیجه گیری های زیر انجام شد:
برای میکروپایل های قرار گرفته درون یک خط ، اثرات گروه میکروپایل( micropile ) با فاصله میکروپایل های بین ۶ تا ۷ برابر قطر ناچیز است.
برای میکروپایل های قرار گرفته در یک ردیف عمود بر جهت بارگذاری ، اثرات گروه با فاصله میکروپایل ها بیشتر از ۳ برابرقطر ناچیز است.
ظرفیت جانبی یک شمع( micropile )انفرادی در یک گروه شمع تابعی از موقعیت آن در گروه و فاصله مرکز تا مرکز شمع است. شمع های موجود در ردیف های عقب گروه های شمع مقاومت کمتری در برابر بار جانبی نسبت به شمع در ردیف جلو دارند و بنابراین انحراف بیشتری نشان می دهند. این به دلیل تداخلات شمع- خاک است که در یک گروه شمع اتفاق می افتد.
براون و همکاران (۱۹۹۸) برای تصحیح منحنی p-y ، از یک شمع منفرد( micropile ) بر اساس موقعیت گرفته در ردیف شمع ها ، از یک ضریب p وPm استفاده کرد تا اندرکنش بین شمع-خاک را بررسی کند.
تصویری از مفهوم ضریب p در شکل ۱ ارائه شده است. برای شمعهای در یک ردیف معین ، مقدار Pm یکسان برای کلیه منحنی های p-y در طول شمع اعمال می شود.
در یک آزمایش بار جانبی از یک گروه شمع ۳ در ۳ در شن و ماسه بسیار متراکم با فاصله مرکز به مرکز شمع۳b استفاده شد و براون Brown)) دریافت که ردیف اصلی شمع ها دارای Pm برابر با ۰.۸ یک شمع جداگانه است. مقادیر Pm برای ردیف میانی و عقبی گروه به ترتیب ۰.۴ و ۰.۳ است.
خلاصه ای از مطالعات گروه شمع (MicroPile) تحت بار جانبی اضافی در (۲۰۰۵) ۰۴۲-۰۵ FHWA-NHI- آورده شده است. همچنین ، نتایج اولیه حاصل از پروژه FOREVER نشان می دهد که ضریب Pm برای میکروپایل ها ممکن است کمی بیشتر از موارد توصیه شده در اینجا باشد ، با این حال ، در حال حاضر تنها داده های محدودی از آزمایش سانتریفیوژ در دسترس است.
براون و بولمن (۱۹۹۳) یک روش تعیین ضریب p برای طراحی گروه های شمع با بار جانبی ارائه دادند. این روش ، که در مراحل گام به گام زیر شرح داده شده است ، می تواند برای طراحی گروه های میکروپایل( micropile )تحت بار جانبی مورد استفاده قرار بگیرد.
روش طراحی گام به گام برای گروه های شمع ( micropile )تحت بار جانبی
مرحله اول: منحنی های p-y برای تک شمع را توسعه دهید (به راهنمای شمع منفرد که قبلاً ارائه شده مراجعه کنید)
مرحله دوم : تجزیه و تحلیل LPILE را انجام دهید
تجزیه و تحلیل LPILE را با استفاده از مقادیر Pm برای هر شمع درموقعیت قرار گرفته در ردیف شمع انجام دهید تا بر اساس داده های فعلی ، داده های بار-جابجایی و بار- لنگر را ایجاد کنید ، پیشنهاد شده است که از مقادیر Pmبرابر با ۰.۸ برای ردیف جلو ، ۰.۴ برای ردیف دوم و ۰.۳ برای ردیف سوم و بعد از آن استفاده شود.
این توصیه ها بصورت منطقی برای فاصله مرکز به مرکز شمع ( سه برابرقطر شمع) و میزان تغیرات جابجایی شمع در سطح زمین از ۱۰ تا ۱۵ درصد قطر میکروپایل در نظر گرفته شده است. برای فاصله های مرکز به مرکز بیشتر یا جابحایی های کوچکتر (همانطور که برای گروه های میکروپایل معمولی پیش بینی می شود) ، این مقادیر Pm باید بصورت محافظه کارانه استفاده شود.
بار برشی (در خط زمین) و تغییرات جابجایی را برای هر شمع در ردیف آن تعیین کنید.
نمودار بار – جابحایی سر شمع MicroPileمانند نتایج نشان داده شده در شکل ۱ است.این نمودار را می توان برای هر شمع در ردیف خود با انتخاب مجموعه ای از بارهای برشی و استفاده از LPILE برای ارزیابی جابجایی متناسب با هر بار برشی گسترش داد.
مرحله ۳: تخمین جابجایی گروه تحت بار جانبی
متوسط بار برای جابجایی معین همه شمعهای گروه برای تعیین میانگین پاسخ گروه به یک بار جانبی انجام شود، همانطور که در شکل ۱ نشان داده شده است.
بار جانبی گروه شمع را بر تعداد شمعهای گروه تقسیم کنید تا میانگین بار جانبی مورد مقاومت برای هر شمع مشخص شود. نمودار بار-جابجایی را مانند شکل ۱ با میانگین بار در هر شمع وارد کنید و برای تخمین جابجایی گروه از منحنی بار- جابجایی متوسط گروه استفاده کنید.
مرحله چهارم: مقبولیت سازه ای شمع را ارزیابی کنید
رسم حداکثر ممان خمشی بدست آمده از تجزیه و تحلیل نرم افزار LPILE در مقابل جابجایی برای هر ردیف از شمع ها ،همانطور که در شکل ۲ نشان داده شده است.
برای تعیین حداکثر ممان خمش برای یک شمع MicroPile جداگانه در هر ردیف شمع ، از جابجایی تخمین زده شده گروه تحت بار جانبی در هر شمع استفاده کنید.
ظرفیت سازه ای را با توجه به معادلات معیار زیر درجایی که Mmax استفاده شده در این معادلات حداکثر ممان خمشی مربوط به جابجایی گروه تخمین زده شده است ارزیابی کنید.
مرحله ۵: ارزیابی گروه شمع اصلاح شده با در نظرگیری اندرکنش سازه روی زمین و زیر زمین
نمونه ای دقیق از این روش را برای یک گروه شمع کوبشی می توانید در ضمیمه FHWA-NHI-05-042 (2005)، F.8 پیدا کنید. مراحل همان مرحله ای است که برای یک گروه میکروپایل استفاده می شود.
تجزیه و تحلیل اثر متقابل خاک – سازه برای گروه های میکروپایل (Micro Pile)
روشهای گفته شده در بالا از تجزیه و تحلیل یک میکروپایل تنها به عنوان وسیله ای برای ارزیابی پاسخ به بار جانبی در گروه های میکروپایل استفاده می کند. میکروپایل ها اغلب در ترکیب با المان های فونداسیون عمیق موجود استفاده می شوند. به همین دلیل ، برآورد مقدار باری که به هر المان فونداسیون بصورت مجزا وارد می شود ، باید انجام شود.
در بعضی موارد ، ممکن است یک مسئله از نظر آماری نامشخص باشد (به عنوان مثال ، بارها باید توسط بیش از ۲ شمع در یک سطح مقطع مشخص تحمل شوند) که مستلزم این است که سختی عناصر فونداسیون (هر دو میکروپایل موجود و جدید) و کلاهک شمع در تجزیه و تحلیل در نظر گرفته شوند.
نرم افزار FB-Pier (2001) با پشتیبانی FHWA به عنوان ابزار طراحی اولیه برای تجزیه و تحلیل گروه های شمع تحت بارهای محوری و جانبی توسعه داده شده است.
این نرم افزار یک برنامه غیر خطی ، تحلیل المان محدود ، خاک و سازه است.نرم افزار FB-Pier از یک روش تعیین ضریب p در ارزیابی گروه های شمع تحت بارهای محوری ، جانبی و ترکیب بارهای محوری -جانبی استفاده می کند.
اطلاعات بیشتر در مورد قابلیت های برنامه FB-Pier را می توانید در http://bsi-web.ce.ufl.edu بیابید. از برنامه رایانه ای GROUP (2003) همچنین می توان برای مدل سازی گروههای شمع استفاده کرد ( به www.ensoftinc.com مراجعه کنید )
میکروپایل های مایل
ظرفیت بار جانبی میکروپایل های عمودی منفرد در مقایسه با شفت های حفاری شده و شمع های کوبشی محدود است. همانطور که برای سایر سیستم های فونداسیون عمیق اینطور است ، میکروپایل ها می توانند به عنوان المانی برای ایجاد مقاومت بیشتر در برابر بارگذاری جانبی بصورت مایل قرار گیرند. توجه داشته باشید از آنجا که تجهیزات حفاری میکروپایل برای حفاری عمودی و برعکس طراحی شده اند ، افزایش قابل توجهی در هزینه (بر اساس واحد طول) یا کیفیت نهایی برای میکروپایل های مایل در مقایسه با میکروپایل های عمودی مشاهده نمی شود.
محاسبه ظرفیت جانبی یک میکروپایل مایل منفرد در نمونه مسئله شماره ۱ نشان داده شده است. ظرفیت جانبی کل میکروپایل های مایل مجموع ظرفیت های جانبی هر میکروپایل مایل است. این ظرفیت جانبی با بار جانبی وارد شده از سازه به پی مقایسه می شود. اگر این مقدار کمتر از بار جانبی وارد شده به پی باشد ، بار باقیمانده توسط میکروپایل ها در خمش حمل می شود.
گروه های میکروپایل با شمع های عمودی و مایل باید با استفاده از برنامه های اندرکنش خاک و سازه گفته شده در بخش ۵-۱۹-۳ تجزیه و تحلیل شوند. گروههای شمع که دارای شمعهای مایل هستند نسبتاً سخت هستند و برای بار مشخص نسبت به سیستمی که تعداد شمعهای عمودی برابری دارد ، حرکت جانبی کمتری را متحمل می شوند. با این حال ، این افزایش سختی سیستم همچنین منجر به خمش بیشتر در سر شمع می شود که نگران کننده است ، به ویژه برای مناطق با لرزه خیزی بسیار بالا. بعلاوه ، میکروپایل های مایل در مواردی که احتمال نشست زمین در اطراف میکروپایل مایل وجود دارد ، نباید مورد استفاده قرار گیرند.
این نشست ها باعث ایجاد خمش های اضافی در میکروپایل ها و از دست رفتن سطح تکیه گاه آن ها می شوند. بحث بیشتر در مورد شمع در مناطق با لرزه خیزی بالا در بخش ۵.۲۱ آمده است. این نشست ها باعث ایجاد خمش های اضافی در میکروپایل ها و از دست رفتن تکیه گاه می شوند مطالب بیشتر در مورد شمع مایل برای مناطق لرزه خیز در بخش ۵.۲۱ آمده است.
ملاحظات کمانش برای میکروپایل (MicroPile)
از آنجا که میکروپایل ها اغلب به داخل سنگ صخره ای یا خاک متراکم ( سخت) نصب می شوند ، ظرفیت آنها غالبا بنا به مقاومت سازه ای آن ها در مقایسه با مقاومت جانبی ایجاد شده بین دوغاب میکروپایل و زمین اطراف تعیین میشود.
پتانسیل کمانش توسط مهار جانبی فراهم شده توسط زمین اطراف کاهش می یابد ، با این حال در مواردی که خاک های نرم یا ضعیف (به عنوان مثال ، رسوبات بسیار نرم) ، حفره ها (به عنوان مثال ، تشکیلات کارستی) ، یا خاک های قابل روان شدن موجود باشد ، ممکن است کمانش توانایی حمل بار یک میکروپایل را تحت تاثیر قرار دهد و این مورد باید در طراحی مورد توجه قرار گیرد.
به همین دلیل ، بسیار مهم است که با آزمایش های در زیرزمین این مناطق مهم شناسایی شود و همچنین ، عمق این لایه های خاک باید در طول فرایند نصب میکروپایل ثبت شود.
برای کسب اطلاعات بیشتر درباره کمانش به Cadden and Gomez (2002) مراجعه کنید.
