Understanding Landslides and their Mechanisms

إن الانهيارات الأرضية هي أحداث جيولوجية معقدة تنزل فيها كتل التربة أو الصخور أو الحطام من منحدر تحت تأثير الجاذبية، ويمكن أن تنجم عن ذلك ظواهر طبيعية مثل طول الأمطار الغزيرة، والنشاط السيزمي، والانفجارات البركانية، أو الصهر المتسارع، وكذلك عوامل من صنع الإنسان تشمل إزالة الغابات، والحفر، والبناء على المنحدرات غير المستقرة.

وعندما يحدث تداعي أرضي في المبنى أو في جواره، يمكن أن تتحرك الأرض في اتجاه متبادل أو رأسي أو كليهما، ويمكن أن تؤدي هذه الحركة إلى فقدان القدرة على تحملها، مما يؤدي إلى توترات متفاوتة، ونتيجة لذلك، تشقق في الجدران والطابقين، والأبواب والنوافذ التي تلصق، وتدهور هيكلي تدريجي، وبدون تدخل، يتسارع الضرر، ولا سيما أثناء المواسم الرطبة اللاحقة أو الأحداث السيزمية.

مبادئ المؤسسة

فالأساس هو تقنية جيوتيكية مجربة زمنيا تستخدم لتعزيز أو تعميق الأساس القائم بحيث تنقل الحمولات إلى طبقة أكفأ من التربة أو الصخور، والهدف الأساسي هو استعادة أو تعزيز استقرار المبنى عندما تصبح الأرض الأصلية غير قادرة على دعم الهيكل بشكل آمن، وفي المناطق المتضررة من الأراضي، كثيرا ما يعمل الأساس في إطار تدابير لتحقيق الاستقرار في التربة مثل الحفاظ على الجدران أو تحسين التربة.

وقد استخدم في الماضي الأساس لإصلاح التخريب الناجم عن التعدين أو سوء ظروف التربة، حيث تمتد التطبيقات الحديثة لتشمل المناطق المعرضة للزلازل، والجزر الكبيرة، والأهم من ذلك، المنحدرات الأرضية المعرضة، ويعتمد اختيار طريقة أساسية معينة على عوامل تشمل القيود المفروضة على الوصول، ونوع الأساس، والحمولات الهيكلية، والظروف دون السطحية، ومعدل حركة الأرض الجارية في المستقبل.

Site Investigation and Geotechnical Analysis

وقبل بدء أي عمل يقوم على أساس، يكون إجراء تحقيق شامل في الموقع إلزاميا، ويشمل ذلك استكشاف سطح الأرض عن طريق حفر الآبار، أو اختبارات التخصيب، أو اختبار اختراق التخصيب في التكوين، والعمق إلى الصخور، ومستويات المياه الجوفية، وموقع أسطح المقار، ويوفر اختبار المختبر بارامترات القوة، ومؤشرات التكتل البلاستيكية، وخصائص التوحيد.

ويجب أن يحدد التفسير الجيوتقني عمق سطح الفشل وجمده، لأن الركيزة الأساسية للكمائن أو الفطائر تحتاج إلى أن تمتد إلى ما دون ذلك السطح إلى أرض مستقرة، وإذا كان النزل البري عميقا، فقد يلزم وجود أكوام طويلة للغاية، مما يزيد كثيرا من صعوبة التكلفة والتشييد، وبالإضافة إلى ذلك، يجب أن يُحسب التصميم للقوات الأفقية التي تمارس عن طريق نقل التربة على عناصر الأساس، وكثيرا ما تعالج هذه الأحمال الجانبية الجانبية في تركيبها.

الركيزة المشتركة للتكنولوجيات في تحقيق الاستقرار في الأراضي

وتتيح كل تقنية أساسية مزايا متميزة حسب القيود على الموقع، وظروف التربة، والطابع الملح لتحقيق الاستقرار، وتصف الفروع التالية أكثر الطرق استخداما للهياكل المتأثرة بالزلازل.

أسس ملموسة

وهذه الطريقة التقليدية تشمل حفر التربة تحت الأساس القائم في قطاعات قصيرة ومتتابعة )من ١ الى ٥ر١ مترا( وملء الفراغات بالخرسانة الطازجة، ويمكن أن يعالج الخرسانة قبل أن تحفر الأقسام المتاخمة، وأن يمتد نطاق القاعدة دائما، وأن يكون الركيزة الخرسانية أكثر فعالية عندما تكون طبقة التربة غير مستقرة، وأن تكون الطبقة الأساسية ذات كفاءة.

Application:] Suitable for lightly loaded structures on shallow foundations where the landslide is limited to the upper few meters of soil and it is often combined with temporary shoring and dewatering operations.

الدعامة الأساسية

فالأكياسات التي ترتكز عليها الاستخدامات التي تدفع أو تضجر من أجل نقل حمولات هيكلية من خلال تربة غير مستقرة إلى طبقة أعمق وتحمل أعباء ثقيلة، والكميات المتحركة (الخرسانة أو الفولاذ أو الخشب) مفيدة في التربة الرجولية التي يكون فيها الدافع قابلاً للتحرك، كما أن الأكوام المولدة (المسماة بالثقاب المثقبة أو الخيص) تملأ بالخرسانة المثبتة.

وتشمل التطورات الأخيرة في تصميم أكوام تثبيت الاستقرار في الأراضي استخدام أكوام كبيرة الحجم (حتى 2 متر) لمقاومة حمولات التربة الأفقية، وكذلك مجموعات من الكويول الأصغر (<60 cm) arranged to form a shear wall. ]]) التي تشكل أساساً ] في كثير من الأحيان الطريقة التي يمكن بها اختيار الانهيالات الأرضية العميقة لأنها يمكن أن تصل إلى أعماق كبيرة وتوفر مقاومة عمودية وجانبية على السواء.

بيم وقاعدة الأساس

فالعمليات التي تقوم عليها الحزمة والقاعدة، المعروفة أيضا باسم " الشعاع الحاج " ، تنطوي على حفر تحت الأساس وترسيخ حزمة صلبة (الحزمة الحديدية) تمتد عبر المنطقة غير المستقرة، ويمكن أن تنقل هذه الحزمة إلى قواعد أو أكوام ملموسة توضع في أرض مستقرة، وتصبح التقنية مفيدة بصفة خاصة عندما يكون المبنى جاهزا للعمل في إطار القاعدة.

Guidance from engineering practice:] The Institution of Structural Engineers recommends beam and base underpinning for structures with heavy column loads or where differential settlement must be minimized. However, careful raping calculations are needed to predict the longterm performance of the system under continuing slope movement.

Micropiling

أما الكمائن الدقيقة (التي تسمى أيضاً أكوام صغيرة أو أكوام مثبتة) فهي أكوام صغيرة مطهرة (100-300 مم) يتم حفرها ثم حقنها بزراعة الأسمنت تحت الضغط، وهي مركبة باستخدام أجهزة حفر محمولة يمكن أن تعمل في قبو محصورة أو ذات رأس محدود، ويمكن ربط أجهزة التجميل الصغيرة بمقاومة القوى الأفقية ويمكن ربطها بالأصول الصلبة الموجودة بواسطة مسمار معززة.

وقد أظهرت دراسة حالة من المعهد الاتحادي السويسري للتكنولوجيا لعام 2018 أن مزيجا من الميكروبيلزات والتصريفات الأفقية قد نجح في تثبيت مبنى سكني مؤلف من 10 مبانٍ على تباطؤ في التربة في الألب، وأن الميكروبيات صُممت لتعمل كعناصر تحميل رأسية وتعزيز التربة السلبي.

التدريب المتكامل وتحقيق الاستقرار في التربة

وتخضع الانهيارات الأرضية تقريباً للسيطرة على المياه، إذ تؤدي الضغوط المتصاعدة على المياه إلى الحد من الإجهاد الفعال في التربة، وانخفاض قوة الماشية، وحفز الحركة، وبالتالي فإن الركيزة وحدها نادراً ما تكون كافية، ويجب أن تقترن بتحسينات الصرف، وتشمل التدابير النموذجية تصريفات سطحية لاعتراض مياه الأمطار، وتصريفات المياه الجوفية (التصريفات المتطورة، والتصريفات الفرنسية، أو تصريف المياه الخنازيرية) لخفض حجم المياه.

وعند تصميم نظام صرف لموقع من مواقع الانحلال الأرضي، يكون الوصول إلى الصيانة على المدى الطويل أمراً بالغ الأهمية، إذ يمكن أن يؤدي وقف الصرف عن طريق الجسيمات الدقيقة أو النمو البيولوجي إلى ارتفاع مستويات المياه وإعادة تنشيط الحركة، وينبغي للمهندسين أن يشملوا موانئ التنظيف وغرف التفتيش وخطة رصد للتحقق من أداء التصريف، فإدماج تصريف المياه في أكوام أساسية، مثلاً، وضع مجاري الأكوابل فعالة.

اعتبارات التصميم

مسارات التعبئة والتكامل الهيكلي

ويجب أن يوفر نظام الأساس وسيلة تحميل واضحة من الأساس الحالي إلى الطبقات المستقرة، وهذا يتطلب في كثير من الأحيان حزماً أو أقواس أو أحزمة أرضية معززة تربط بين كل كومة أو مكوناتها، ويجب أن تُحسب تفاصيل الربط للتقلص والزحف والحركات الحرارية، كما ينبغي أن ينظر التصميم في إمكانية استمرار زحف الكتلة الأرضية، وقد يتطلب ذلك نظاماً أساسياً واحداً يمكن أن يُخْدمَه.

الرصد والتحقق من الأداء

وأثناء وبعد الركيزة، يكون الرصد ضروريا لضمان استقرار الهيكل، وتشمل الأدوات المدافن، وقياسات الشقوق، وخلايا الحمل على الخيوط، والمقابر في المنحدر، وينبغي أن تحدد خطة الرصد معدلات التنقل المقبولة (مثل أقل من 10 ملم في السنة) وقيم الحفز على التدخل، والرصد الطويل الأجل مهم بصفة خاصة بالنسبة للمواقع المتسارعة في الأراضي لأن التغيرات الموسمية في المياه الجوفية يمكن أن تحدث.

إغلاق المباني

إن بناء مبنى على أرضية نشطة هو بناء عالي الخطورة، ويجب تسلسل العمل لتجنب نقل الحمولة المفاجئ الذي يمكن أن يزعزع الاستقرار في الهيكل أو يسبب فشلا كارثيا، وكثيرا ما ينطوي ذلك على الركيزة في المراحل، حيث يسمح لكل مرحلة بالتعافي قبل العائدات القادمة، كما أن الدعم المؤقت مثل أبراج الصخور، أو الحزمة الإبرية، أو الاختباء الهدرائية قد يشمل التخطيط لحالات الطوارئ.

أمثلة على دراسة الحالات الإفرادية

Case 1: Residential Complex in California, USA]
]Following the 2017 Montecito debris flows, a 12‐unit apartment building founded on isolated spread footings experienced settlement of up to 200 mm. Geotechnical investigation revealed a shallow translational flat 4 mngineamers designed a system of 400 mm

(أ) كان نظام " إكتس " (DliFT) في كولومبيا ()
A 19thcentury masonry church in the Andean region was threatened by a slowmoving Landlizaral — The church’s stone foundations were severely cracked.

الاستحقاقات والحدود

  • Immediate stabilization] - Underpinning can stop ongoing foundation movement quickly, especially when combined with drainage.
  • حفظ الهياكل القائمة - الأساس الذي يتجنب الهدم وإعادة البناء، وهو أمر غالباً ما يكون أكثر تكلفة وتعطيلاً.
  • زيادة السلامة ] - تحد المباني المستقرة من المخاطر التي يتعرض لها المحتلون والهياكل الأساسية القريبة.
  • Enhanced property value] — Properly underpinned structures retain marketability in landslide‐prone areas.

غير أن الأساس ليس حلاً للحلول، بل يمكن أن يكون مكلفاً جداً، لا سيما بالنسبة للشرائح العميقة التي تتطلب أكوام طويلة، فالأعمال معقدة تقنياً وقد تتطلب من المتعاقدين المتخصصين، وقد تتجاوز تكلفة الركيزة قيمة الهيكل، مما يجعل الانتقال الخيار المفضل، وبالإضافة إلى ذلك، فإن الركيزة لا تزيل الخطر الذي يتهدد الأراضي؛ بل تحمي المبنى فحسب، وقد يستمر المنحدر المحيط في التحرك أو التسبب في إلحاق الضرر بالمرافق.

خاتمة

فتقنيات " الصمامات " توفر مجموعة أدوات هندسية قوية من أجل تثبيت الهياكل المتأثرة بالانهيالات الأرضية، ومن خلال نقل الحمولات إلى خارج منطقة التنقل، وفي كثير من الأحيان إدماج تحسينات الصرف، يمكن لهذه الأساليب أن تستعيد السلامة الهيكلية وتمتد إلى حياة الخدمات في المباني الضعيفة، ويتوقف النجاح على فهم دقيق لجيولوجيا المواقع، واختيار دقيق لأسلوب الأساس، ومراقبة الجودة الصارمة أثناء البناء.