همه چیز در رابطه با پایدارسازی و تثبیت شیب

هر زمانی که شما برای ساخت یک بنا، به مرحله کندن پِی می‌رسید با این سؤال مواجه خواهید شد که آیا این پی، پایه‌ای پایدار برای سازه ایجاد می‌کند و وزن را به‌درستی به خاک یا سنگ زیرین منتقل می‌کند یا خیر؟ اگرچه نگرانی در مورد پایداری فونداسیون در زمین‌های صاف وجود دارد، اما میزان آن نسبت به زمین‌های شیب‌دار بسیار کمتر است. پایدار سازی شیب به تنشی اشاره دارد که یک پایه شیب (خاک یا سنگ) می‌تواند بدون لغزش یا فروریختن تحمل کند. این مسئله یک عامل مهم در برنامه‌ریزی، طراحی و ساخت هر پروژه مهندسی است. در این مطلب از فرنام بسپار، به روش‌های تثبیت شیب و انواع آن می‌پردازیم.

انواع ناپایداری شیب ‌ها کدامند؟

 پیش از اقدام برای تثبیت شیب باید انواع ناپایداری را بشناسم. انواع ناپایداری شیب می‌تواند به علت گسیختگی دامنه‌ای، تغییرات رطوبتی، فعالیت‌های انسانی، زلزله و تغییرات دما باشد. در ادامه، به توضیح مختصری از هر یک می‌پردازیم.

• گسیختگی دامنه‌ای: گسیختگی دامنه‌ای بر اثر فشار گرانش زمین روی توده‌ای از مصالح رخ می‌دهد. این اتفاق می‌تواند به‌صورت آهسته و تدریجی رخ دهد که به آن خزش گویند. اگر این حالت به‌صورت دفعی و فروریختن سطح باشد، به آن ریزش گویند. هنگامی که این اتفاق در امتداد یک صفحه گسیختگی بلغزد به آن لغزش می‌گویند و اگر مانند دوغاب در جریان باشد، با اصطلاح جریان شناخته می‌شود.
• شکست چرخشی: این نوع ناپایداری شیب هنگامی رخ می‌دهد که سطح شروع به حرکت به سمت بیرون و پایین می‌کند و باعث می‌شود سطح شیب خم شود. این نوع شکست می‌تواند به چندین روش از جمله شکست صورت، پایه و پایین شیب رخ دهد. شکست پایین شیب رایج‌ترین حالت است و هنگامی رخ می‌دهد که سطح شکست از پایین شیب عبور می‌کند.
• شکست بلوکی: این نوع ناپایداری شیب هنگامی رخ می‌دهد که یک بلوک از خاک یا سنگ روی یک سطح مخروطی شکسته حرکت می‌کند. این نوع شکست همچنین به‌عنوان شکست صفحه‌ای شناخته می‌شود.
• شکست ترکیبی: در این نوع شکست، با سطح شکست خمیده در هر دو سر و سطح شکست صاف در وسط شیب روبرو هستیم. شناسایی این نوع شکست مهم است زیرا می‌تواند منجر به ناپایداری پیچیده و خطرناکی در شیب شود.
• ناشی از تغییرات رطوبتی: تغییرات رطوبت در سنگ و خاک می‌تواند باعث ناپایداری شیب شود. به طور مثال خاک‌های رسی بر اثر تغییرات رطوبت ناگهان از بین می‌روند.
• ناشی از فعالیت‌های انسانی: فعالیت‌های انسانی که شامل ساخت‌وساز، حفاری و استخراج معادن است، می‌تواند باعث ناپایداری شیب شود.
• ناشی از زلزله: یکی از عواملی که باعث ناپایداری شیب می‌شود زلزله است. به طور مثال زلزله می‌تواند باعث شکستن دیواره‌های پشتی و یا ساختمان‌هایی که بر روی شیب قرار دارند شود.
• ناشی از تغییرات دما: ناپایداری شیب بر اثر تغییرات دمایی رخ می‌دهد به‌طوری‌که این عامل باعث می‌شود تا تغییرات در حجم و حرکت خاک و سنگ رخ دهد. چه عواملی موجب ناپایداری شیب‌ها می‌شود؟

چه عواملی موجب ناپایداری شیب ها می شود؟

 شناخت عواملی که باعث ناپایداری شیب می‌شوند به دو دلیل اهمیت پیدا می‌کند؛ دلیل اول، طراحی و ساخت شیب‌های جدید و دلیل دوم، تثبیت شیب و تعمیر شیب‌های قدیمی است. عوامل زیادی در ایجاد ناپایداری شیب‌ها دخیل هستند که در ادامه به مهم‌ترین آن‌ها اشاره می‌کنیم:

• وقوع زلزله شدید
• تغییر در پوشش گیاهی منطقه و بهره‌برداری وسیع از آن‌ها
• مخالفت شیب لایه‌بندی با شیب دامنه یا بخش حفاری شده
• کاهش ریزش‌های جوی و مدیریت ضعیف منابع آبی
• دامنه‌های ناپایدار در نواحی کوهستانی (در صورت رخ‌دادن زلزله سبب سقوط دامنه‌ها می‌شود)
• شیب‌های قدیمی در حال پایان‌یافتن عمر مفید خود

آشنایی با روش ‌های تثبیت شیب

 اگر بخواهیم تعدادی از روش‌های تثبیت شیب را نام ببریم باید به مواردی از جمله کاهش شیب، استفاده از مصالح مقاوم، استفاده از روش‌های زهکشی، استفاده از مصالح سبک و استفاده از روش‌های مهندسی زیستی اشاره کنیم. علاوه بر این، اگر بخواهیم تمام روش‌های پایدار سازی شیب را در گروه‌های کلی‌تری قرار دهیم، به سه دسته روش‌های بیولوژیکی، مکانیکی و بیوتکنیکی تقسیم می‌شوند. در ادامه به توضیح هر یک از این روش‌ها می‌پردازیم.

تثبیت شیب به روش بیولوژیکی

 به‌منظور کنترل فرسایش، رسوب، سیل و تثبیت شیب‌های تند از روش‌های مهندسی زیستی خاک، استفاده می‌شود. این روش‌ها شامل تکنیک‌های مهندسی زیستی خاک است که ترکیبی از مفاهیم ساختاری، زیست‌محیطی و بیولوژیکی را در خود دارند و بسیار علمی و کاربردی هستند. برای تثبیت شیب به روش بیولوژیکی می‌توان از روش‌های زیر استفاده کرد:

• استفاده از گیاهان
• استفاده از باکتری‌ها
• استفاده از مواد آلی
• استفاده از سازه‌های ژئوتکنیکی و سازه‌های هیدرولیکی

همچنین، اکثرا روش تثبیت بیولوژیکی دامنه، در شیب‌های ملایم بین صفر تا پنجاه درجه به کار گرفته می‌شود و به سه شکل زیر انجام می‌گیرد:

• درخت‌کاری استفاده از علف‌ها و بوته‌ها استفاده از قلمه برای کنترل شیب پایدار سازی شیب به روش مکانیکی
• برای تثبیت شیب به روش مکانیکی می‌توان از تثبیت مکانیکی زمین استفاده کرد. در این روش خاک را به‌صورت مصنوعی تقویت می‌کنند. به طور مثال این روش در پیاده‌سازی تکنیک دیواره‌های حائل مورداستفاده قرار می‌گیرد.

علاوه بر دیوارهای حائل، برخی از تکنیک‌های رایج تثبیت شیب مکانیکی شامل موارد زیر می‌شود:

• پیچ‌ومهره سنگ (Rock Bolting)
• میخکوبی خاک (Soil Nailing)
• شات‌کریت (Shotcrete)
• گابیون‌ها (Gabions)

 علاوه بر این، زهکشی دامنه، تغییر هندسه شیب، استفاده از خاکریز با آب‌برگردان، استفاده از میل‌مهار و کابل مهار، شمع‌کوبی، استفاده از شبکه‌ها و دیوارهای توری فلزی، افزایش سختی سنگ، استفاده از پوشش‌های سبک، تغییر ترکیب شیمیایی خاک، استفاده از تکنیک‌های تراکم خاک، استفاده از ژئوتکستایل و قلمه به‌عنوان روش‌های مکانیکی پایدارسازی شیب شناخته می‌شوند.

تثبیت شیب به روش بیوتکنیکی

روش بیوتکنیکی یا پایدارسازی بیومهندسی یکی از روش‌های تثبیت شیب به‌حساب می‌آید که در آن از ترکیب اجزای سازه‌ای و پوشش زنده که عمدتاً بریده شده هستند و مواد گیاهی چوبی استفاده می‌شود. در واقع، در این روش از گیاهان و ریشه‌های آنان برای تثبیت خاک و جلوگیری از فرسایش استفاده می‌شود. این رویکرد به‌عنوان مهندسی زیستی خاک یا بیوتکنولوژی نیز شناخته می‌شود.

در این روش گیاهان را می‌توان به‌عنوان حمایت‌کننده اولیه یا به‌عنوان حمایت‌کننده ثانویه برای پشتیبانی از سایر مواد استفاده کرد. این روش سازگار با محیط‌زیست و مقرون‌به‌صرفه است. بااین‌حال، توجه به این نکته مهم است که راه‌حل‌های بیوتکنیکی ممکن است در مناطقی با تنش بالا، امواج شدید، نوسانات سریع یا طولانی‌مدتِ سطح آب یا جریان‌های سریع آب مؤثر نباشند.

ژئوسل ‌ها چگونه به تثبیت شیب کمک می‌ کنند؟

 هدف از به‌کارگیری ژئوسل، محافظت از شیب است. ژئوسل‌ها یا مواد ژئوسنتتیک به دلیل ساختار سه‌بعدی منحصربه‌فردی که دارند، مواد پرکننده (فیلرها) را محدود می‌کنند و از مواد زیرین در برابر جابه‌جایی به‌وسیله آب و باد محافظت می‌کنند. در واقع، ساختار ژئوسل‌ها که به‌صورت سازه‌ای بافته شده از پلیمرهای مقاوم است و مانند یک سد عمل می‌کند؛ درحالی‌که آب یا باد را از سطح خود عبور می‌دهد، مواد را سر جای خود نگه می‌دارد. تثبیت شیب با ژئوسل‌ها به طور گسترده‌ای در ساخت‌وسازها مانند جاده‌ها انجام می‌گیرد تا از فرسایش خاک در زمین‌های شیب‌دار جلوگیری کنند.

جمع‌بندی

 نیروی گرانشی روی سازه در زمین‌های شیب‌دار متفاوت است. در نتیجه، هر زمان که زمین ناهموار باشد، مهندسان باید زاویه و پایداری شیب، نوع خاک یا سنگ و هرگونه بارگذاری یا تنش اضافی را که ممکن است وجود داشته باشد، به‌دقت در نظر بگیرند. در این مقاله سعی کردیم تا روش‌های تثبیت شیب و عواملی که باعث به‌وجودآمدن ناپایداری در آن‌ها می‌شود را توضیح دهیم. امیدوارم مطالعه این مطلب برای شما مفید بوده باشد.