مطالعه عددی خاکریزهای متکی بر شمع ‌های پیچی و بتنی تحت بارگذاری ترافیکی راه‌ آهن

امروزه استفاده از المان‌های سازه‌ای مانند شمع ‌ها، به عنوان یک راه‌حل موثر در بهبود عملکرد کلی یک سیستم خاکریزی به لحاظ پایداری و کنترل نشست در نظر گرفته می‌شوند. در سال‌های اخیر استفاده از شمع‌های پیچی به دلیل عملکرد مناسب تحت بار فشاری و کششی، نصب سریع و آسان شمع و حذف مشکلات بتن‌ریزی مورد توجه قرار گرفته است. این مقاله یک بررسی عددی از مقایسه عملکرد خاکریزهای متکی بر شمع‌های پیچی و بتنی ساخته شده بر روی خاک نرم، ارائه می‌دهد. برای این منظور مدل‌های المان محدود سه بعدی به‌طور جداگانه از خاکریزهای متکی بر شمع‌های پیچی و بتنی در حالی که طول و قطر شفت شمع‌های آن‌ها یکسان است، در نرم‌افزار آباکوس توسعه داده می‌شوند. نتایج مدل‌سازی ‌های عددی با مشاهدات میدانی و اندازه‌گیری‌های آزمایشگاهی دیگر پژوهشگران اعتبارسنحی می‌شوند. نتایج نشان می‌دهد استفاده از شمع‌های پیچی در مقایسه با شمع‌های بتنی، باعث کاهش قابل قبول نشست در خاکریز و خاک نرم پی خواهد شد، و حرکات جانبی خاکریز را کنترل می‌کند. همچنین توزیع نیروی محوری در شمع حاکی از آن است که شمع پیچی ظرفیت باربری بیشتری نسبت به شمع بتنی دارد و شمع‌ها به صورت اصطکاکی رفتار می‌کنند. حضور کلاهک شمع، باعث کنترل قابل قبول نشست‌ها در سیستم خاکریز متکی بر شمع می‌شود و ظرفیت باربری بیشتری در شمع بسیج خواهد شد. همچنین اضافه کردن پره به بدنه شمع در فواصل مختلف، تاثیر چشمگیری در بهبود عملکرد سیستم خاکریزهای متکی بر شمع نمی‌گذارد و حتی ممکن است باعث افزایش نشست و پایین آمدن مکانیزم انتقال بار شود.

numerical investigation of concrete and helical pile-supported embankments under railway traffic loading

the use of structural elements such as piles are considered as an effective solution in improving the overall performance of an embankment system in terms of stability and settlement control. in recent years using helical piles has been considered due to their proper performance. this research presents a numerical investigation to compare the performance of embankments rested on concrete and helical piles. a 3d finite element models are developed separately in abaqus software for embankments based on helical and concrete piles while the length and diameter of their pile shafts are the same. the model was validated via comparing the obtained numerical results with the field and laboratory measurements (observation). the results show that the helical piles have significantly reduced the settlement in the embankments and the soft foundation soil and controlled lateral embankment displacement. also, the distribution of axial force along the embedment depth of the pile indicates that the helical pile has higher bearing capacity than the concrete pile and behaves frictionally. the presence of the cap on the helical pile was also examined and the results show that it causes adequate control of the settlement in the embankment system and increases the bearing capacity of the piles. in addition, adding the blade to the pile body at different distances does not have a significant effect on improving the performance of the pile-supported embankment system while it could lead to embankment settlement and lower load transmission.