بحث المنتج:مضخة زيت كهربائية| |مضخة زيت الشد الذكية

شركة ليوتشو يوكياو لتكنولوجيا هندسة الإجهاد المسبق المحدودة

عدة قضايا في براغي التثبيت الجيوتقني وتصميم هياكل التثبيت

تاريخ الإصدار:

2022-01-04

تعتبر مثبتات الصخور والتربة وأنظمة التثبيت تقنية هندسية مبتكرة وخفيفة الوزن تستفيد بنشاط وتستغل بشكل كامل القوة الكامنة وقدرات الاستقرار الذاتي للصخور والتربة. وعلى مدى نصف القرن الماضي، شهدت هذه الأنظمة اعتمادًا سريعًا وواسع النطاق بشكل غير مسبوق في القطاعات المدنية والهيدروليكية والمعمارية وقطاعات النقل والتعدين. وأظهرت مزايا لا مثيل لها مقارنةً بهياكل الدعم التقليدية السلبية—وخاصة في تعزيز كل من استقرار المشاريع الهندسية وفعاليتها من حيث التكلفة. وفي السنوات الأخيرة، حققت الصين نجاحًا لافتًا في تطوير نظريات جديدة وابتكار تقنيات متقدمة للغاية لتثبيت الصخور والتربة. ومع استمرار البلاد في زيادة استثمارات البنية التحتية، خاصة في المجالات الحيوية مثل الموارد المائية والنقل والطاقة والتنمية الحضرية، فإن مثبتات الصخور والتربة وأنظمة التثبيت مستعدة لإطلاق إمكانات أكبر للنمو والابتكار.

ومع ذلك، ومع الانتشار الواسع لتقنية التثبيت الجيوتكنيكي، حدثت عدة حوادث هندسية خلال عملية التصميم أو البناء—غالبًا بسبب عدم الفهم الكافي لآليات التثبيت أو نقص الخبرة في التصميم—مما تسبب في خسائر اقتصادية كبيرة. ولمواجهة التحديات الهندسية الناجمة عن تعزيز وتطبيق تقنيات التثبيت الجيوتكنيكي، قمنا بتجميع مقالات البروفيسور تشنغ ليانغكوي، بما في ذلك "عدة قضايا مفاهيمية ميكانيكية في مشاريع التثبيت الجيوتكنيكي" و"البحث والتطورات الحديثة في التثبيت الجيوتكنيكي"، ضمن دليل شامل بعنوان "القضايا الرئيسية في تصميم براغي التثبيت الجيوتكنيكي والهياكل المثبتة". تم إعداد هذا المصدر كمرجع عملي للمهندسين والفنيين المشاركين في تصميم وممارسة الهندسة الجيوتكنيكية.

عدة قضايا في براغي التثبيت الجيوتقني وتصميم هياكل التثبيت

تشنغ ليانغكوي

تمثل المراسي الجيوتقنية وهياكل التثبيت تخصصًا هندسيًا ناشئًا يُطلق العنان تمامًا لإمكانات مواد التربة والصخور ويستفيد منها بشكل كامل. ومع استمرار تطور نظريات التثبيت الجيوتقني في الصين، يتم باستمرار تطوير تقنيات ومنهجيات مبتكرة. واليوم، تم تطبيق تقنيات التثبيت الجيوتقني على نطاق واسع في مشاريع إنشائية متنوعة، بما في ذلك تثبيت المنحدرات، ودعم الحفريات، والتنقيب عن الأنفاق، والكهوف تحت الأرض، وعمليات التعدين، وإنشاء السدود، ومشاريع الممرات المائية، والخزانات، والمطارات، ومنشآت الموانئ، وكذلك في الهياكل المصممة لمقاومة قوى الانقلاب والطفو. وتقدم المراسي الجيوتقنية وأنظمة التثبيت مزايا كبيرة مقارنة بالهياكل التقليدية السلبية القائمة على الاحتفاظ والجاذبية، مما يوفر استقرارًا معززًا وفعالية من حيث التكلفة للمشاريع الهندسية. كما أن أدائها الذي لا مثيل له أضفى حيوية جديدة على صناعة البناء، مما يجعلها تتمتع بإمكانات نمو هائلة ومستقبل واعد ينتظرها.

ومع ذلك، ومع التطبيق الواسع لتقنية التثبيت الجيوتقني، وقعت عدة حوادث هندسية أثناء التصميم أو البناء بسبب عدم الفهم الكافي لآليات التثبيت أو نقص الخبرة التصميمية، مما تسبب في خسائر اقتصادية كبيرة. وستناقش الأقسام التالية بعض القضايا التقنية التي ظهرت في هذه المشاريع.

تصميم قسم التسليح والطول الحر وجسم التثبيت لقضيب المرساة، بالإضافة إلى القدرة الحملية الشدّية لقضيب المرساة.

1.1 تصميم المنطقة المقطعية لأوتار التوتر المسبق

إن قضبان المرساة المضغوطة مسبقاً هي نظام شد مصمم لنقل قوى الشد إلى كتل التربة والصخور المستقرة أو المناسبة، وعادةً ما تتكون من رأس مرساة، وجزء بطول حر من القضيب، وجزء مثبت من القضيب. يوضح الشكل 1 هيكلها. وفيما يتعلق بتصميم المساحة المقطعية لأوتار الضغط المسبق، تحدد مواصفات JGJ120—2012 "الكود الفني لهياكل الاحتفاظ بأعمال حفر المباني" أنه يجب حسابها وفقاً للمعادلة (1):

(1)

أين: ن لقيمة التصميم لقوة الشد المحورية لقضيب التثبيت، ف _{بي واي} لقيمة التصميم لقوة الشد لفولاذ الإجهاد المسبق، أ _ب لمساحة المقطع العرضي لفولاذ التوتر المسبق.

الشكل 1: مخطط لمرساة الإجهاد المسبق

المعادلة (1) مناسبة للمراسي غير المجهدة التي تستخدم قضبانًا حديدية تقليدية كمادة للوتر، لكنها غير مناسبة للمراسي المجهدة التي عادةً ما تستخدم كابلات فولاذية متعددة الخيوط كتعزيز، حيث قد يؤدي ذلك إلى عدم كفاية القدرة المقطعية للوتر. والمراسي المجهدة المستخدمة في التطبيقات الجيوتقنية هي مثال كلاسيكي على الهياكل المشدودة لاحقًا، ويجب أن تفي بمتطلبات ضغط التحكم في الشد. ونظرًا لأن هذه المراسي المجهدة تتضمن كابلات فولاذية متعددة الخيوط مدمجة داخل الأرض تحت ظروف صعبة، فإن الأسلاك التي يبلغ قطرها 4.5 مم تكون عرضة بشكل خاص للتآكل عند تعرضها للمياه الجوفية أو البيئات الرطبة. علاوةً على ذلك، بعد شد الوتر، تصبح الإجهادات الشدّية بين الخيوط والأسلاك الفردية غير متساوية، مع تباينات قد تصل إلى ما يتراوح بين 10% و20%. وعند العمل في مثل هذه الظروف عالية الإجهاد، تكون الأسلاك عرضة لتطوير شقوق مجهرية، مما يزيد بشكل كبير من خطر تدهور الإجهاد بمرور الوقت. وعند تصميم نظام المرساة، يجب ألا تتجاوز إجهاد الشد المطبق على الوتر 60% من قوة الشد النهائية للحديد لضمان السلامة. كما تحدد المعايير الدولية عوامل أمان شدّية دنيا خاصة بأسلاك المرساة—وهي نسب القدرة القصوى للوتر إلى قوة الشد التصميمية—لمختلف المناطق. على سبيل المثال، في الولايات المتحدة، يتم تحديد عامل الأمان بـ 1.67؛ وفي اليابان، يكون 1.54 للتطبيقات المؤقتة و1.67 للأعمال الدائمة؛ وفي الصين، يبلغ 1.6 للمشاريع المؤقتة و1.8 للأعمال الدائمة؛ وفي المملكة المتحدة، يبلغ 1.6 للتركيبات المؤقتة. بالإضافة إلى ذلك، تشترط معايير المراسيات في المملكة المتحدة أنه بالنسبة للمشاريع التي تنطوي على مخاطر عالية لتآكل التربة أو عواقب وخيمة في حالة حدوث فشل، يجب ألا يقل عامل الأمان الشدّي للوتر عن 2.0. ومع ذلك، تُظهر الحسابات المستندة إلى المعادلة (1 أنه عند استخدام الكابلات الفولاذية شائعة الاستخدام من فئة 1860، فإن المقطع العرضي الناتج للوتر يعطي عامل أمان شدّي يبلغ فقط 1.4. وهذا يقل عن هامش الأمان المطلوب لمشاريع التثبيت الجيوتقني، مما يشكل مخاطر محتملة على السلامة الهيكلية.

1.2 تصميم الطول الحر لبراغي الصخور

يشير الطول الحر لقضيب التثبيت المضغوط مسبقًا إلى الجزء من القضيب الممتد بين رأس التثبيت وجزء التثبيت. وتتمثل وظيفته الأساسية في ضمان نقل قوى الشد بشكل كامل إلى الجسم المثبت وإلى طبقات الأرض المحيطة به. وفي تصميم التثبيت، من الضروري توفير طول حر يلبي متطلبات محددة: 1) يجب أن يمتد الجزء الحر من التثبيت بما يتجاوز مستوى الفشل الحرج بمسافة لا تقل عن 1.5 متر (كما هو موضح في الشكل 2). وهذا يضمن بقاء جزء التثبيت بعيدًا بدرجة كافية عن أي سطح فشل محتمل، مما يسمح للمرساة بمقاومة قوى القص بفعالية مع الحفاظ على منطقة مناسبة من الإجهاد الضاغط بين وجه الحفر وسطح الانزلاق. 2) كما أن الجزء الحر الأطول يسهل وضع جزء التثبيت داخل طبقات أرضية تتمتع بقوة قص أعلى، مما يعزز الفعالية الكلية لنظام التثبيت. 3) كما أنه يساعد في الحفاظ على السلامة الهيكلية والاستقرار للنظام بأكمله، مما يضمن عمل قضبان التثبيت بانسيابية مع الهيكل الداعم. 4) كما أن الطول الحر الكافي يقلل من خطر حدوث تقلبات كبيرة في الضغط المسبق الأولي الناجم عن تغيرات في التموضع. وعلى وجه التحديد، هذا يمنع حدوث انخفاضات مفرطة في نقل الحمل—نتيجة لعدم كفاية التثبيت بين الخيوط الفولاذية وأجهزة التثبيت أو بسبب فقدان الحمل في أنظمة نقل القوة مثل ألواح التحميل—وكذلك زيادة حادة في نقل الحمل نتيجة لتحركات أرضية مُتضخمة. ولهذه الأسباب، تفرض معايير قضبان التثبيت الجيوتقنية في مختلف البلدان ألا يقل الطول الحر لقضيب التثبيت عن 4.5 إلى 5.0 أمتار.

الشكل 2: وضع قسم التثبيت لبرغي الصخور

1.3 تصميم قسم تثبيت المسامير الصخرية

تتمثل وظيفة قسم التثبيت لقضيب التثبيت المضغوط مسبقًا في نقل القوة الشدّية المؤثرة على جسم قضيب التثبيت إلى طبقات الأرض المحيطة، وذلك باستخدام الإسمنت أو الأجهزة الميكانيكية. أما فيما يتعلق بقدرة تحمل السحب لقضبان التثبيت من النوع الملتصق: ر يتم تحديدها بطول عنصر التثبيت. إل _أ • قطر مسمار التثبيت دي • قوة الربط بين مادة التمليط في قسم التثبيت والطبقات المحيطة بها ف _مجم كان القرار يعتمد سابقًا على المعادلة (2) للحساب:

(2)

يشير المعادلة (2) إلى أن قوة المقاومة للرفع لمسمار التثبيت تزداد بشكل طردي مع طول جزء التثبيت الخاص به. ونتيجة لذلك، لا تزال بعض البرامج التجارية تعتمد على أساليب حسابية تقليدية لتحديد أطوال مسامير التثبيت، مما يؤدي إلى مشكلة منتشرة في الصين: حيث يشيع استخدام أجزاء تثبيت طويلة جدًا في جدران الخوازيق المدعومة بمسامير التثبيت في حفر الأساسات. ومع ذلك، تكشف التحليلات التجريبية والنظرية الواسعة النطاق أنه تحت تأثير الأحمال الشدّية، فإن إجهاد الربط بين الملاط داخل منطقة تثبيت المرساة والأرض المحيطة يتوزع بشكل غير متساوٍ على طول الجزء—وعادةً ما يتبع النمط الموضح في الشكل 3. وعلى وجه التحديد، عندما يكون الشد المطبق منخفضًا، يتركز إجهاد الربط على مقطع قصير نسبيًا. ومع ازدياد القوة الشدّية، ينتقل ذروة إجهاد الربط تدريجيًا نحو جذر المرساة، بينما ينخفض إجهاد الربط بالقرب من الطرف القريب من جزء التثبيت انخفاضًا حادًا. وفي النهاية، عندما يصل ذروة إجهاد الربط إلى الجذر، يهوي إجهاد الربط المتبقي عند الطرف القريب من جزء التثبيت إلى مستويات منخفضة جدًا—بل وقد يؤدي حتى إلى فصل الملاط عن التربة أو الصخور المحيطة. وبشكل جوهري، كلما كان جزء التثبيت أقصر، ازدادت قوة الربط المتوسطة له عادةً. ومن المهم الإشارة إلى أن الطول الفعال لجزء التثبيت، والذي يمكنه حقًا الاستفادة من قوة القص للتربة أو الصخور المحيطة، محدود بطبيعته.

الشكل 3: توزيع إجهاد الربط على طول الطول الكامل لمسمار التثبيت شديد التحميل في منطقة التثبيت

تُحدد المواصفة الفنية GB 50086—2015 "الكود الفني لمشاريع الدعامات الجيوتقنية والخرسانة الرشّة" بشكل صحيح أن طول التثبيت للمراسي المركزة حملًا يجب أن يكون بشكل مثالي من 3 إلى 8 أمتار في الصخور، ومن 6 إلى 12 مترًا في التربة. ومع ذلك، فإن أطوال التثبيت الطويلة جدًا ليست ضرورية ولا فعالة من حيث التكلفة؛ بل يمكنها في الواقع تقليل كفاءة تركيب المراسي، وزيادة تكاليف المشروع، وتأخير التوقيت الأمثل لعمليات التثبيت.

هناك العديد من الشكوك المرتبطة بتصميم المرساة، ولهذا من الضروري الالتزام الصارم بمتطلبات الكود من خلال دمج عوامل الأمان. اعتمادًا على مدى مخاطر السلامة العامة المحتملة بعد حدوث فشل في مشروع التثبيت، يجب ألا يقل عامل أمان السحب للجزء المدفون من المرساة الدائمة عن 1.8 إلى 2.2، في حين ينبغي أن يكون عامل الأمان للشد الخاص بقضيب المرساة نفسه 1.6 على الأقل (للحديدات التسليح) و1.8 (للأوتار الفولاذية). بالإضافة إلى ذلك، افتراض أن إجهاد الالتصاق على طول طول التثبيت موزع بشكل موحد قد يؤدي إلى تقدير غير دقيق لقدرة المرساة على تحمل الأحمال. في الواقع، تتناقص قوة الالتصاق مع زيادة طول التثبيت. لذلك، عند حساب القدرة الحدية للمرساة، من الضروري أخذ معامل التأثير ψ بعين الاعتبار، والذي يعكس كيفية تأثير طول التثبيت على قوة الالتصاق. وعلى وجه التحديد: - بالنسبة لأطوال التثبيت الأكبر من 6.0 أمتار (لمراسي الصخور) أو 10.0 أمتار (لمراسي التربة)، يمكن تحديد معامل التأثير ψ ضمن نطاق يتراوح بين 0.6 و1.0. - أما بالنسبة لأطوال التثبيت الأقصر—أقل من 6.0 أمتار (لمراسي الصخور) أو 10.0 أمتار (لمراسي التربة)—فيجب أن يكون معامل التأثير ψ أعلى، وعادةً ما يتراوح بين 1.0 و1.6.

1.4 اختيار أنواع المرساة في تصميم المراسي

بالنسبة للمشاريع الجيوتقنية التي تتطلب بشكل صريح قوى مرساة لمقاومة الانقلاب الهيكلي، والانزلاق العمودي، والانزلاق على طول القاعدة أو أسطح القص، والانهيارات أو عدم الاستقرار المحتمل على نطاق واسع، ينبغي دائمًا استخدام مرساة مسبقة الإجهاد. وبالنسبة للمنحدرات الصخرية الدائمة ودعم الكهوف الصخرية واسعة النطاق، يُفضل استخدام نظام تثبيت يجمع بين مراوح طويلة ذات إجهاد عالٍ أو معتدل (كابلات) ومراوح قصيرة منخفضة الإجهاد، وذلك حسب احتياجات الاستقرار المحددة.

يجب أن يشمل دعم الأنفاق الصخرية بشكل فعال مسامير صخريّة من الفولاذ منخفضة الإجهاد مزودة بمراسي ميكانيكية عند الرؤوس، أو تلك التي يتم تثبيتها باستخدام مواد حقن عالية القوة مثل الراتنجات أو عوامل التثبيت القائمة على الأسمنت. وبالنسبة لمشاريع مسارات المناجم حيث يكون للصخر المحيط وقت قصير للتحوّل الذاتي إلى حالة مستقرة، أو يظهر سلوك زحف كبير، أو يكون عرضة للاهتزازات الناتجة عن التفجير، فإن المراسي منخفضة الإجهاد من نوع الاحتكاك—مثل تصاميم الأكمام المقسمة أو التوسع الهيدروليكي—تناسب بشكل خاص.

لمشاريع الإنحدار أو الحفر في الصخور والتراب الرخوين، يُنصح باستخدام أنظمة تثبيت نابذة للحمل. أما مشاريع التثبيت الدائمة فيجب أن تستخدم قضبان تثبيت نابذة للضغط، في حين يمكن الاعتماد على قضبان تثبيت نابذة للشد في مشاريع التثبيت المؤقتة. ولتطبيقات مقاومة الارتفاع الهيكلي، يُوصى باستخدام قضبان تثبيت من نوع الضغط أو نابذة للضغط، أو قضبان تثبيت ذات قطر مكبر.

يمكن استخدام مسامير الصخور غير المجهدة لدعم كهوف الأنفاق ذات الامتدادات الأصغر (أقل من 10 أمتار) الموجودة في ظروف الصخور المحيطة من الفئتين الثانية والثالثة، مما يساعد على التحكم في الانزلاقات الصخرية صغيرة الحجم أو تشوهات التربة بين مسامير التثبيت المجهدة في مشاريع تثبيت المنحدرات، وكذلك تعزيز منحدرات الحفريات ذات أعماق الحفر الضحلة.

تعاني قضبان التثبيت غير المجهدة والمرتبطة ارتباطًا كاملاً (أظافر التربة)، التي تُستخدم لتقوية التربة المستخرجة، عادةً من انخفاض كبير في قوة التربة بسبب وجود المياه الجوفية ومياه الأمطار وتسريبات من الأنابيب تحت الأرض ومصادر مياه محلية. وهذا بدوره يقلل من مقاومة الاحتكاك بين التربة وأظافر التربة، مما يؤدي غالبًا إلى انهيار جدران أظافر التربة في المناطق المشبعة بالمياه. وعلى العكس من ذلك، عندما يتم تطبيق دعم أظافر التربة فوق مستوى المياه الجوفية - أو إذا تم استخدام أساليب احترازية لخفض منسوب المياه الجوفية - وفي الحالات التي تتم فيها إدارة مياه السطح بشكل فعال من خلال أنظمة تصريف قوية، فإن التأثير التقويمي لأظافر التربة والاستقرار الكلي لجدار أظافر التربة يتحسنان بشكل ملحوظ.

عدة طرق فعّالة لتعزيز قدرة الانسحاب الحاملة لمسامير الصخور

1) تشمل طريقة التثبيت المركب بفتحة واحدة (الشكل 4a) تركيب وحدتين أو أكثر من وحدات التثبيت الفردية داخل حفرة واحدة. تتميز كل وحدة بجزء منفصل ذي طول حر، وجزء آخر مخصص للتثبيت على طول قضيبها. وعندما يتم تطبيق قوى الشد بشكل فردي على كل وحدة، تضمن الطريقة توزيعًا موحدًا لضغط الربط بين الملاط والأرض المحيطة، مما يقلل بشكل كبير من ذروة الإجهاد. كما تعزز هذه الطريقة الاستفادة القصوى من قوة القص للأرض المحيطة بأجزاء التثبيت. بالإضافة إلى ذلك، تزداد مقاومة السحب للمرساة بشكل متناسب مع كل من عدد وحدات التثبيت الفردية والطول الكلي للجسم المثبت.

الشكل 4: عدة طرق لتعزيز قوة التثبيت

2) طريقة التثبيت بالحقن عالي الضغط بعد الانتهاء (الشكل 4ب). بعد إدخال قضيب التثبيت، المزود بأجهزة متخصصة مثل أنابيب الصمامات ذات الأكمام وأكياس الختم، إلى الثقب، يتم أولاً تطبيق حقن الجاذبية على قسم التثبيت، مما يشكل جسماً اسطوانياً من المعجون. وحالما يصل معجون التثبيت إلى قوة 5.0 ميجاباسكال، يتم استخدام سائل حقن عالي الضغط بضغط لا يقل عن 2.5 ميجاباسكال لشق الجسم الأولي للمعجون. تسمح هذه العملية للمعجون بالاختراق والانتشار وممارسة ضغط جانبي في الأرض المحيطة بمنطقة التثبيت، مما يعزز بشكل كبير قوة التماسك بين المعجون والتكوين. ونتيجة لذلك، تزداد مقاومة السحب النهائية لقضيب التثبيت بشكل كبير، وغالباً بمقدار أضعاف قدرته الأصلية.

3) طريقة التثبيت ذات الرأس المكبر (الشكل 4ج). تستخدم هذه التقنية قوة التحمل للتراب عند المقطع العرضي المتغير لجزء التثبيت، مما يعزز بشكل كبير القدرة النهائية لسحب قضيب التثبيت.

آلية نقل الحمولة لنظام التثبيت الموزع للحمل (المركب بفتحة واحدة)

بسبب الحمل المركز، فإن توزيع إجهاد الربط بين الملاط في قسم التثبيت لقضيب التثبيت وال地面 المحيطة غير متساوٍ. وكلما كان جزء التثبيت أقصر، ارتفع متوسط إجهاد الربط، مما يسمح بالاستفادة بشكل أكثر فعالية من قوة القص لل地面 المحيطة بمنطقة تثبيت قضيب التثبيت. ولمعالجة عيوب آلية نقل الحمولة المركزة في قضبان التثبيت التقليدية، تم تقديم تقنية التثبيت ذات التوزيع الضاغط (ذات النواة القابلة للإزالة) - التي طورها تشينغ ليانغكوي وفريقه بشكل مستقل (كما هو موضح في الشكل 5). عادةً ما يتكون هذا النوع من التثبيت من 2 إلى 4 مثبتات وحدوية فردية، كل منها بطول تثبيت قصير نسبيًا، يتراوح عادةً من 2 إلى 4 أمتار. ونتيجة لذلك، فإن الحمولة التي يتحملها كل مثبت وحدوي تبلغ حوالي 1/2 إلى 1/4 فقط من تلك التي يحملها مثبت مركّز للحمولة. وبالمقارنة مع قضبان التثبيت ذات الحمولة المركزة، تتمتع مثبتات التوزيع الضاغط بخصائص ميكانيكية متفوقة بشكل كبير (كما هو موضح في الشكل 6).

الشكل 5: الرسم التخطيطي لتكوين مسمار التثبيت الموزع للضغط

الشكل 6: توزيع القوة الداخلية لمراسي نوع الضغط

1) يمكن أن يقلل بشكل ملحوظ من القوة المحورية القصوى في جسم التمليط الخاص بمسمار التثبيت، ومن إجهاد القص (اللاصق) بين مادة التمليط والأرض المحيطة، مما يُحسّن بشكل ملحوظ من تجانس كل من توزيع القوة المحورية داخل التمليط وتوزيع إجهاد القص (اللاصق).

2) مع زيادة عدد مسامير الصخور الفردية وطول التثبيت الإجمالي للمشابك، يمكن تحسين قدرة مقاومة الانسحاب للمشابك بشكل طردي.

3) عندما يتم تحميل قضيب التثبيت، تميل توزيع إجهاد الالتصاق بين المونة في منطقة التثبيت والأرض المحيطة إلى أن يصبح أكثر انتظامًا، مما يقلل بشكل ملحوظ من تركيزات الإجهاد. هذا يساعد على تقليل الزحف في الأرض المثبتة ويحد من النزوح القصي بين الأرض والمونة، وبالتالي يتحكم بفعالية في الفقد الأولي لضغط التوتر المسبق للمرساة ويعزز الأداء طويل الأمد لقضيب التثبيت.

4) يتكون قضيب مسمار التثبيت الموزع للإجهاد من خيوط فولاذية عارية مغلفة بالشحم ومغلفة بطبقة واقية من البولي إيثيلين. وعندما يتعرض المسمار للشد، تبقى القواعد المحيطة بالتثبيت بشكل رئيسي تحت الضغط، مما يجعلها شديدة المقاومة للتشققات. هذا التصميم يعزز بشكل كبير حماية النواة الفولاذية للمسمار من التآكل، وبالتالي يحسن المتانة الكلية لمسمار التثبيت.

توقيت التثبيت

بعد حفر المنحدرات والأنفاق والكهوف، فإن عدم تركيب مسامير الصخور بسرعة لتوفير مقاومة كافية للتثبيت يمكن أن يؤدي إلى تشوه الصخور والتربة المحيطة نتيجة لتأثيرات التفريغ الناجمة عن الحفر. ومع مرور الوقت، يميل هذا التشوه إلى التفاقم. بالإضافة إلى ذلك، مع اتساع منطقة الحفر، تؤدي عوامل مثل الاهتزازات وهطول الأمطار والتجوية وتقلبات درجة الحرارة إلى تقليل قوة القص لكل من كتلة الصخور والتربة وأسطحها الهيكلية بشكل أكبر. وفي الوقت نفسه، قد تنجرف تدريجيًا مواد الردم الضعيفة الموجودة داخل فواصل الصخور وشقوقها، مما يسرع من تدهور القدرة الأصلية للكتلة الصخرية على تحمل الأحمال.

إن تعظيم تقليل الفاصل الزمني بين حفر كتلة الصخور والتربة وتطوير مقاومة مسامير التثبيت أمر بالغ الأهمية. فهذا النهج يقلل من كلٍّ من مدة ومساحة وجهة الحفر المكشوفة دون أي دعم تثبيتي، وهو الشرط الأساسي والمبدأ الرئيسي للاستفادة الكاملة من القدرة الذاتية للدعم لدى المواد التي تم حفرها، ولتعزيز استقرار المنحدرات والأنفاق. وبالنسبة لمشاريع الكهوف والأنفاق ذات الامتدادات الكبيرة وجدران جانبية عالية، والتي تقع في ظروف صخرية محيطة من الدرجة الرابعة والخامسة، ينبغي أن تتبنى أنظمة دعم متكاملة باستخدام مثبتات منخفضة الإجهاد مثل مثبتات الآليات ذات القشرة التمددية، ومثبتات الغلاف الراتنجي، ومثبتات غلاف الأسمنت سريع التصلب—بدلًا من المثبتات التقليدية السلبية ذات الارتباط الكامل على الطول. توفر هذه المثبتات منخفضة الإجهاد قوى دعم نشطة، مما يساعد بفعالية في السيطرة على تشوهات المرحلة المبكرة لكتلة الصخور أثناء الحفر. ومن خلال تعبئة القدرة الذاتية الطبيعية للصخور المحيطة بسرعة، تضمن هذه المثبتات احتواء كتل الصخور المتصدعة داخل المنطقة المدعومة بشكل محكم ومتين، مشكلةً بذلك حلقةً ضاغطة من الصخور (قوسًا) تُحسّن بشكل كبير الاستقرار العام للمنشآت تحت الأرض.

تصميم أنكوراج للحفريات واسعة الامتداد وعالية الارتفاع بكتلة صخرية عالية الإجهاد ومنخفضة القوة

1) يجب تدعيم المناطق المحيطة بالكهف (بما في ذلك التاج والجدران الجانبية) على الفور وبشكل شامل بمسامير صخور منخفضة الإجهاد المسبق (مشدودة) وخرسانة رش مُعزَّزة بألياف فولاذية فور الانتهاء من الحفر. وستتيح معلمات الدعم التي تم اختيارها بعناية التشكيل السريع لحلقة قوية عالية القوة من "المسامير والرش والصخور" تحمل الأحمال حول محيط الكهف، تتميز بسمك مناسب وصلابة استثنائية وحالة ثابتة من الضغط ثلاثي الأبعاد، مما يساعد بشكل فعال في السيطرة على التشوهات الشديدة الناتجة عن إطلاق الإجهاد الصخري الأولي أثناء الحفر.

2) من خلال استخدام عناصر مسبقة الصنع كهيكل لنقل الأحمال، يتم تقليل الفجوة إلى أقصى حد ممكن بين براغي التثبيت منخفضة الإجهاد في نظام التركيب والمراسي الطويلة المجهدة مسبقًا. ومن الناحية المثلى، ينبغي إكمال شد وقفل المراسي الطويلة المجهدة مسبقًا في غضون 20 إلى 30 يومًا بعد حفر الصخور. هذا يضمن أن حلقة الصخور المرساة التي تحيط بالكهف متصلة بشكل آمن بطبقات الصخور الأساسية المستقرة الموجودة على عمق كبير أدناه، مما يمنع بشكل فعال أي تشوه لاحق في الكتلة الصخرية المحيطة بالكهف.

3) قم بتقليل المسافة بين قضبان التثبيت الطويلة المضغوطة مسبقًا لزيادة قيمة الضغط المسبق الأولي المطبق على وحدة مساحة جدار النفق، مع التأكد من أن هذه القيمة لا تقل عن 120 كن/م. ²。

4) يُفضل ضبط الضغط المسبق الأولي (حمل القفل) لمسامير التثبيت المضغوطة عند 50% من السعة الشدّية التصميمية للمسامير. يتيح هذا الأمر إمكانية أن تزداد القوة الشدّية في المسامير تدريجيًا مع استمرار انطلاق إجهادات الصخور وزيادة تشوه الصخور المحيطة. وفي المقابل، ستساعد المقاومة المتزايدة للمسامير على مواجهة المزيد من تطور تشوهات الصخور المحيطة، مما يمكّن في النهاية الصخور المحيطة ونظام الدعم (الصلابة) من تحقيق نمو مستقر ومنسق بمرور الوقت.

5) تعزيز مراقبة النزوح وردود الفعل المعلوماتية لهندسة الكهوف. إذا استمرت الزيادات الشبيهة بالمعدلات في نزوح الصخور المحيطة—ما يشير إلى عدم توازن في التفاعل بين الصخور المحيطة وقوى الدعم—فإنه يلزم على الفور تعزيز الهيكل بإضافة مسامير ربط إضافية مسبقة الإجهاد.

تأثير تثبيت المنحدر

6.1 حساب الاستقرار للمنحدرات المثبتة بالأوتاد

حاليًا، عند تطبيق طريقة الاتزان في الحدود الجاسئة لتقييم استقرار المنحدرات المدعومة بأسياخ التثبيت في الصين، غالبًا ما يُلاحظ أنه حتى مع وجود عدد كبير من أسياخ التثبيت ذات الضغط المسبق—كل منها قادر على تحمل أحمال كبيرة جدًا—يبقى مساهمتها المحسوبة في الاستقرار الكلي للمنحدر صغيرة بشكل مدهش أو محدودة بشدة. هذا التناقض يتناقض تمامًا مع ظروف الاستقرار الفعلية التي نراها في المنحدرات الواقعية المدعومة بالأسياخ. وتكمن العلة الأساسية لهذه المشكلة في أن الحسابات الحالية تفشل في أخذ كيفية قدرة ضغط الأسياخ المسبق على تعزيز كل من تماسك (c) عند سطح الفشل المحتمل ومعامل المرونة للصخر (E) بشكل كبير. علاوةً على ذلك، تميل هذه التحليلات إلى التقليل من تقدير المقاومة المماسية التي توفرها قوى الأسياخ والتي تعمل مباشرةً على مستوى سطح الفشل. وعند توفر بيانات كافية أو أدلة تجريبية، فإن النهج العملي يتمثل في زيادة قيمة التماسك (c) بحذر كهامش أمان. بالإضافة إلى ذلك، في الطرق التقليدية المستخدمة لحساب عامل الأمان للمنحدرات المدعومة بأسياخ التثبيت، عادةً ما يتم إدراج المكوّن المماسي لقوة الأسياخ في البسط من الصيغة، مما يؤدي عن غير قصد إلى التقليل من الأثر الحقيقي المثبت لأسياخ التثبيت. ومن الأفضل اتباع نهج أكثر دقة، يتمثل في وضع هذه القوة المماسية في مقام المعادلة، باعتبارها خفضًا في قوة الانزلاق الدافعة.

6.2 تخطيط مسامير التثبيت على المنحدرات الصخرية

عند تصميم مشاريع تثبيت المنحدرات الصخرية، من الضروري فهم واضح للصخور المكونة للمنحدر، وبنية الكتلة الصخرية، والتفاعل بين الأسطح الهيكلية، بالإضافة إلى العلاقة بين هذه الأسطح الهيكلية وواجهة المنحدر. كما يجب تقييم العوامل الجيولوجية بدقة، مثل توزيع المناطق الضعيفة داخل الصخر وظروف المياه الجوفية. وبناءً على هذا التحليل، ينبغي تحديد نوع أو نمط انهيار المنحدر. وأخيرًا، يمكن اختيار مخطط ترتيب المراسي وفقًا لنمط الانهيار الأكثر احتمالًا.

للهياكل الصخرية الرسوبية أو المتحولة التي تظهر انقطاعات مائلة برفق β << α )، عادةً ما تستخدم المرابط المجهدة مسبقًا والموزعة بشكل موحد على طول سطح المنحدر (الشكل 7أ)؛ وذلك للمنحدرات الصخرية شديدة الانحدار والمتقطعة الطبيعة β > α )، قد يُعتبر تجنب تركيب قضبان التثبيت المضغوطة مسبقًا في النظام، مع اختيار تدابير وقائية مباشرة على سطح المنحدر بدلاً من ذلك. ومع ذلك، بالنسبة للمنحدرات الصخرية التي تحتوي على كتل صخرية ذات فواصل أفقية (مثل الصخور الرسوبية ذات الطبقات الرقيقة) حيث يكون الانزلاق الدائري محتملًا أو عند حدوث طبقات متآكلة وضعيفة عند قاعدة المنحدر، يمكن وضع قضبان التثبيت المضغوطة مسبقًا بشكل استراتيجي في مناطق تركيز الإجهاد بالقرب من قاعدة المنحدر (الأشكال 7b و7c). أما بالنسبة للمنحدرات المعرضة لخطر الانهيار بالانقلاب، فمن المستحسن تركيب قضبان التثبيت المضغوطة مسبقًا في الأقسام العلوية والوسطى من المنحدر، مع توجيه القضبان بزاوية صاعدة (الشكل 7d). يساعد هذا الترتيب في تعزيز القوة العمودية المؤثرة على الأسطح المتقطعة، مما يوفر مقاومة فعّالة ضد كل من الانهيارات الناتجة عن الانقلاب والانهيارات الناتجة عن الانثناء والانبعاج في الكتلة الصخرية.

الشكل 7: الصخرة هيكل المنحدر الصخري وتخطيط قضبان التثبيت

عرض المشروع

مشروع دعم الجدار بمرساة لحفر الأساسات في المقر الرئيسي لبنك الصين

مشروع الدعم بالركائز والخرسانة الرشية لمحطة الطاقة الكهرومائية تحت الأرض في خزان السدود الثلاثة

مشروع رسو السد الخرساني الجاذبي في شيجياتشوانغ

مشروع تثبيت المنحدرات بارتفاع 530 مترًا لجسر السد الأيسر لمحطة جينبينغ الكهرومائية

نبذة عن المؤلف

تشنغ ليانغكوي، ذكر، من مواليد نوفمبر 1935، من لييانغ بمقاطعة جيانغسو. شغل سابقًا منصب نائب كبير المهندسين في المعهد العام لأبحاث البناء التابع لوزارة المعادن، ويحمل حاليًا لقب مهندس أول على مستوى أستاذ. وهو يشغل حاليًا أو سبق له أن شغل مناصب مثل المدير التنفيذي للجمعية الصينية لعلوم وهندسة الصخور، ورئيس اللجنة الاستشارية الفنية للجمعية نفسها، وعضو المجموعة الصينية ضمن الجمعية الدولية لعلوم وهندسة الصخور، ورئيس الجمعية الصينية لهندسة ربط الصخور والتربة (لدوراتها الأولى والثانية والثالثة)، ونائب رئيس اللجنة المهنية لهندسة الصخور تحت الأرض التابعة للجمعية الصينية لعلوم وهندسة الصخور. بالإضافة إلى ذلك، يعمل أستاذاً غير متفرغ في جامعة داليان للتكنولوجيا، وجامعة بكين للعلوم والتكنولوجيا، وجامعة الصين لعلوم التعدين والتكنولوجيا، كما أنه عضو في هيئة تحرير مجلات منها *المجلة الصينية للهندسة المدنية* و*مجلة علوم وهندسة الصخور*.

لقد كرّس تشينغ ليانغكوي نفسه منذ فترة طويلة لأبحاث وتطبيقات التثبيت الجيوتقني، وتكنولوجيا الخرسانة الرشية، واستقرار الأنفاق والمنحدرات والحفر العميقة. وكان من أوائل الذين قادوا في الصين أبحاثًا ناجحة حول الخرسانة الرشية وتقنياتها الداعمة، حيث طوّروا أنظمة تثبيت بالخرسانة الرشية مصممة خصيصًا لظروف العمل المتنوعة والبيئات الجيولوجية المختلفة للصخور المحيطة. كما ابتكر تشينغ نظريات جديدة حول تعزيز الأقواس الصخرية والتحكم في زحف الكتل الصخرية من خلال أساليب التثبيت بالخرسانة الرشية، مما أدى إلى تقدم كبير في فهم التفاعل بين الصخور والمراسي. ومعترف به كرائد وقائد في مجال هياكل الخرسانة الرشية وأنظمة التثبيت الجيوتقني في الصين، حصل تشينغ ليانغكوي، بصفته المساهم الرئيسي، على 18 جائزة على مستوى وطني ومحافظاتي للتقدم العلمي والتكنولوجي، بما في ذلك مراتب أولى وثانية وثالثة، بالإضافة إلى جائزة المؤتمر الوطني للعلوم والتكنولوجيا. ومن الجدير بالذكر أنه حاز على جائزتيْن وطنيتين للتقدم العلمي والتكنولوجي. علاوةً على ذلك، لعب دورًا رئيسيًا في صياغة أو مراجعة سبع معايير وطنية وصناعية. كما ألّف تشينغ تسعة كتب متخصصة أو شارك في تأليفها، ونشر أكثر من 200 ورقة بحثية داخل البلاد وخارجها. لقد كان عمله الرائد حاسمًا في إرساء وتعزيز الخبرة الصينية في مجال المراسي الجيوتقنية وهياكل التثبيت، مما دفع باتجاه تحولات جذرية وقفزات نوعية في الممارسات الهندسية للبلاد، لا سيما في مجالات مثل بناء الأنفاق، والغرف تحت الأرضية الكبيرة، وتثبيت المنحدرات، ودعم الحفر العميقة، وكذلك الحلول المبتكرة للأساسات الهيكلية التي تتعرض للرفع والشد. تقديراً لمساهماته البارزة، تم تكريم تشينغ بمنحة حكومية خاصة من مجلس الدولة في عام 1991. وفي عام 2012، تم إدراجه في «القاموس البيوجرافي لخبراء العلوم والتكنولوجيا الصينيين»، الذي أعدّته الجمعية الصينية لعلوم وتكنولوجيا، وتحديدًا في قسم الهندسة والتكنولوجيا ضمن مجلد المعادن. ومؤخرًا، في عام 2019، تم إدراج اسمه ضمن سلسلة «التذكار: الاحتفاء بروح العلماء»، وهي مجموعة تابعة لجمعية ميكانيكا الصخور والهندسة الصينية تُكرّم العلماء البارزين.

|المصدر: الهندسة المعمارية الصناعية|

|إذا كان هناك أي انتهاك، يرجى الاتصال بنا لإزالته.|