خبراء يفصلون في تثبيت التربة والصخور لتثبيت المنحدرات

تخيل منحدرات شاهقة مع طرق متعرجة محفورة في وجوهها. الأبطال المجهولون الذين يضمنون بقاء هذه الهياكل مستقرة ليسوا مجرد روائع هندسية مرئية، بل شبكات التثبيت الجيوتقني المخفية - الشبكات المتجذرة التي توفر دعمًا حاسمًا للمنحدرات وواجهات الصخور.

تعمل أنظمة التثبيت الجيوتقني على تثبيت الكتل الصخرية عن طريق تعزيز قوة القص الداخلية ومقاومة الانزلاق. تشتمل بعض الأنظمة أيضًا على ميزات حماية خارجية مثل الخرسانة المرشوشة، والتي تحمي الأسطح الصخرية من التجوية مع توفير الدعم الهيكلي.

يتحقق الاستقرار الداخلي من خلال:

• مرابط الصخور مسبقة الإجهاد وغير مسبقة الإجهاد:تقديم تعزيز نشط أو سلبي
• راتنجات قابلة للحقن:ملء كسور الصخور لتحسين القوة الإجمالية
• أنظمة الصرف:تقليل ضغط مياه المسام لتعزيز الاستقرار

بصفتها المكون الأكثر شيوعًا للاستقرار الداخلي، تتكون مسامير الصخور عادةً من قضبان أو خيوط فولاذية عالية القوة يتم إدخالها في ثقوب الحفر وترتبط بالكتل الصخرية باستخدام ملاط الأسمنت أو راتنجات الإيبوكسي. تعتمد سعة تحميلها في المقام الأول على قوة الترابط بين الملاط والصخر، والتي تكون عادةً أقل من قوة الخضوع للفولاذ.

تتراوح التطبيقات من تأمين كتل الصخور السائبة إلى تثبيت المنحدرات بأكملها المتأثرة بالهياكل الصخرية. يمكن تعديل طول وقطر المسمار بناءً على نوع الصخر والخصائص الهيكلية ومتطلبات القوة. عند استخدامها بمفردها، قد لا تقضي مسامير الصخور على جميع المخاطر الأمنية وغالبًا ما تتطلب تقنيات تثبيت تكميلية.

تشمل العيوب البارزة التكاليف المرتفعة نسبيًا، والحساسية للتآكل، وأوقات التثبيت الطويلة التي قد تؤخر جداول بناء المنحدرات.

عادةً ما تستخدم عمليات تثبيت المنحدرات مسامير يبلغ طولها 6 أمتار (20 قدمًا) وقطرها 20-50 مم (5/8"-2")، مصنوعة من الفولاذ عالي القوة (قابلة للتمديد إلى 30 مترًا / 100 قدم عبر المقرنات، على الرغم من أن الممارسة القياسية تحد من الطول الإجمالي إلى 12 مترًا / 40 قدمًا).

تعتبر عناصر التعزيز النشطة هذه، والتي تسمى أيضًا المراسي الصخرية، مثالية للكتل الصخرية غير المستقرة أو المنحدرات المحفورة حديثًا حيث تمنع الحركة على طول الكسور التي يمكن أن تقلل من مقاومة القص. تعمل الصواميل السداسية وألواح التحمل على توزيع أحمال الشد عبر الكتلة الصخرية.

تتضمن عملية التثبيت الحفر، وتغليف طول الرابطة، وإدخال العناصر الفولاذية، والشد، وأخيراً تغليف الطول الحر. قد يكون إعادة الشد الدورية ضرورية بسبب انخفاض الحمل الناتج عن الزحف أو حركة الصخور.

متوفرة كأوتاد صخرية أو دبابيس قص، هذه العناصر التعزيزية السلبية مغلفة بالكامل. تناسب الأوتاد المنحدرات شديدة الانحدار على غرار مسامير الصخور، بينما تعمل دبابيس القص على تثبيت المنحدرات الأكثر انحدارًا حيث تحدد مستويات الفراش والانقطاعات أسطح الفشل.

يتم تثبيت الأوتاد بشكل شائع في أنماط شبكية على المنحدرات المحفورة حديثًا أو لدعم الكتل الفردية. إنها توفر تعزيزًا أوليًا من خلال قوة القص الفولاذية، مما يزيد الاحتكاك على طول أسطح الفشل المحتملة. يؤدي تحرك الكتلة اللاحق إلى تنشيط قوة الشد للفولاذ، مما يعزز القوى العادية عبر الانقطاعات.

تشمل المزايا الملاءمة للصخور المكسورة / الضعيفة للغاية غير المناسبة للإجهاد المسبق، والتركيب الأسرع، والمنحدرات ذات المظهر الطبيعي عند إزالة الألواح. يمكن مطابقة لون الملاط مع الصخر المحيط.

يعتمد التصميم بشكل كبير على رسم خرائط الانقطاع من المسوحات السطحية وبيانات الحفر، حيث تؤثر هذه الميزات بشكل حاسم على استقرار المنحدر. يتطلب وجود المياه الجوفية داخل الانقطاعات اهتمامًا خاصًا أثناء التقييمات.

تشمل معلمات التقييم الرئيسية:

• ارتفاع وسمك الصخر الذي يتطلب التثبيت
• قوة القص لأسطح الفشل (مع الأخذ في الاعتبار الاحتكاك والتماسك والمياه الجوفية والعوامل الجيولوجية)

يتم تطبيق أحمال التعزيز في تحليلات الاستقرار لتحقيق عوامل أمان مستهدفة. يعتمد طول المسمار على قوة الرابطة وتباعد الانقطاع، وعادةً ما يتراوح بين 2-30 مترًا (6-100 قدمًا)، على الرغم من أن مشاريع النقل نادرًا ما تتجاوز 10 أمتار (30 قدمًا).

يتبع التثبيت أنماط شبكية مع تباعد موحد للمسامير لتعزيز الاستقرار العام، خاصة للصخور المتآكلة أو المكسورة. في الصخور المختصة ذات أحجام الكتل الكبيرة، غالبًا ما يحدد المهندسون "الكتل الرئيسية" ويصممون أنماط المسامير وفقًا لذلك، مما يقلل من إجمالي متطلبات التعزيز من خلال التنسيب الاستراتيجي.

توزع ألواح التحمل والصواميل السداسية الأحمال على الأسطح الصخرية، مع استخدام الغسالات المشطوفة للتركيبات المائلة. في الصخور الضخمة ذات الانقطاعات القليلة، قد يتم حذف الألواح، مع إخفاء أغطية الملاط لنهايات المسمار المقطوعة.

تختلف إجراءات التغليف:

• عملية من خطوتين:التغليف الأولي لطول الرابطة، يليه الشد والتغليف الحر للطول
• بديل من خطوة واحدة:استخدام منتج سريع التصلب لطول الرابطة وملاط بطيء التصلب للطول الحر
• الأوتاد / الدبابيس:عادةً ما تستخدم التغليف الأسمنتي من خطوة واحدة أو حقن الراتنج

يحظى راتنج البوليستر بشعبية للتطبيقات المؤقتة بسبب أوقات المعالجة القابلة للتعديل وسهولة الاستخدام، بينما يناسب ملاط الأسمنت التركيبات الدائمة في البيئات المسببة للتآكل على الرغم من التصلب الأبطأ.

منذ الستينيات، عملت الراتنجات والإيبوكسيات القابلة للحقن على تثبيت مناجم الفحم تحت الأرض ومشاريع جيوتقنية مختلفة. يتم حقن هذه المواد من خلال ثقوب الحفر، وتخترق الكسور والانقطاعات، مما يعزز الاستقرار. قد تتطلب الصخور أو الفراغات المكسورة للغاية مواد مفرطة، مما يؤثر على تكاليف المشروع (يوصى بفتحة لا تقل عن 2 مم / 1/16" للتدفق السليم).

عند تطبيقها بشكل مناسب، يوفر حقن الراتنج تثبيتًا فعالاً بأقل تأثير بصري وصيانة. تشير الأبحاث الجارية إلى أنه قد يقلل من كميات المسمار المطلوبة.

يعتمد اختيار المنتج في المقام الأول على وجود الماء في الكسور:

تشمل أفضل ممارسات التثبيت:

• تباعد الثقوب 2.5-5 م (8-16 قدمًا)
• الحفر عموديًا على الانقطاعات الرئيسية
• بناء موسم الجفاف كلما أمكن ذلك
• تسلسل الحقن من الأسفل إلى الأعلى
• الضخ على مراحل مع فترات مراقبة
• مراقبة الضغط أقل من 250 رطل لكل بوصة مربعة

نجح مشروع طريق سريع في كولورادو في تثبيت منحدر صخري من الغنيس بمساحة 80 مترًا مربعًا (850 قدمًا مربعًا) بالقرب من بوابة نفق باستخدام حقن PUR. تلقت ستة عشر ثقبًا بقطر 38 مم (1.5 بوصة) على أعماق 3-3.5 م (10-12 قدمًا) ما بين 200-700 رطل من الراتنج لكل منها، بإجمالي أكثر من 5000 رطل. ظهر الراتنج من كسور السطح على بعد 1.5 متر (5 أقدام) من نقاط الحقن، مع عدم وقوع حوادث سقوط صخور أثناء أو بعد التثبيت.

تعد أنظمة التثبيت الجيوتقني بمثابة ضمانات حاسمة لاستقرار المنحدرات والسلامة الهندسية. من خلال الاختيار المناسب والتصميم الأمثل والتركيب المتحكم فيه، توفر هذه الأنظمة أقصى أداء. تتطلب التطبيقات العملية دراسة شاملة للظروف الجيولوجية والعوامل الهيدرولوجية والمتطلبات الهندسية والقيود الاقتصادية لضمان الاستقرار والسلامة على المدى الطويل.