مقدمه:
میکروپایل ها در مقایسه با شمعهای متداول از ابعاد کوچکتری برخوردار میباشند و غالبا در اجرای آنها از تسلیح فولادی سبک و تزریق دوغاب سیمان استفاده میشود، لذا اجرای میکروپایل علاوه بر آنکه مانند اجرای شمع های متداول موجب انتقال سربار سازه به لایه های مقاوم زیرین خاک و محدود کردن نشست، پایداری شیب و جداره گودبرداری ها، مقاوم سازی لرزه ای ابنیه موجود و بهسازی خاکهای مساله دار میگردد . همچنین سبب بهبود مشخصات مکانیکی خاک محل پروژه می شود و پارامترهای مکانیکی خاک نظیر: تراکم، ظرفیت باربری، نفوذ پذیری و مدول نشست پذیری می شود. ریزشمع قادر به تحمل بارهای محوری و جانبی بوده و می‌تواند جایگزین شمعهای مرسوم گردد و یا اینکه در کنار سیستم شمع به کار گرفته شود که این موضوع بستگی به روش طراحی دارد. ریزشمع‌ها به روش‌هایی اجرا می‌گردند که کمترین آسیب را به خاک و سازه و محیط اطراف خود وارد آورند. آنها را می‌توان در محیط‌های با دسترسی مشکل و در همه نوع خاک و شرایط زمینی اجرا نمود. ریزشمع‌ها را می‌توان تحت هر زاویه‌ای نسبت به افق (مایل) با استفاده از همان تجهیزات مورد استفاده در پروژه‌های تزریق و مهار، اجرا نمود. بخش عمده نیروهای اعمالی به شمعهای درجا، اساسا توسط بتن مسلح تامین میشود، و بدین لحاظ برای افزایش باربری سازه‌ای آنها می‌توان سطح مقطع و سطح تماس شمع را افزایش داد. در مقابل، ظرفیت باربری سازه‌ای ریزشمع متکی بر ظرفیت المان‌های فولادی مقاوم موجود در آن می‌باشدو به دلیل قطر کوچک ریزشمع‌ها عمما از ظرفیت باربری نوک آن صرفنظر میشود. نمونه‌های از کاربرد ریزشمع در تقویت سازه‌ای می‌توان به تقویت فنداسیون در دست اجرا، تقویت پی‌های موجود، مقاوم سازی لرزه‌ای و حفاظت زمین اشاره کرد.مقاوم سازی درجا شامل پایدارسازی شیروانی‌ها، حفاظت زمین و مقاوم سازی زمین و محافظت از آن، کاهش نشست‌ها و پایدارسازی سازه‌ای می‌باشد. در ادامه با انواع ریزشمع‌ها، مبانی محاسباتی و روش اجرای آنها آشنا خواهیم شد.
مقتضیات بررسی‌های ژئوتکنیکی
اکتشافات زیرسطحی مورد نیاز برای طراحی ریزشمع‌ها عمدتا از مقتضیات لازم برای سایر المان‌های فنداسیون‌های عمیق بیشتر نیست. اطلاعات زیر برای طراحی مناسب ریزشمع‌ها ضروری می‌باشد:
- زمین شناسی عمومی
- تاریخچه محل
- تشریح پروسه‌های ژئولوژیکی یا مدهای رسوب‌گذاری و نهشته‌سازی لایه‌های زمین
- لوگ حفاری‌های خاک بدست امده از همسایگی سازه که شامل تشریح و طبقه‌بندی لایه‌های خاک، وزن مخصوص، میزان رطوبت، مقادیر آزمایش نفوذ استاندارد یا نفوذ مخروط و تشریح شرایط آب زیرزمینی باشد. عمق حفاری باید از حداکثر ارتفاع پیش‌بینی شده شمع فراتر رود و همچنین جزئیات خاک، بویژه برای لایه‌های خاک ناحیه پیوند، تشریح شود.
- پروفیل زیرسطحی خاک در امتداد آرایش سازه، بدست امده از اطلاعات حفاری خاک که حداقل موعد نوع خاکو مقادیر SPT باشد، بایستی برای ارتفاع لایه‌های متغیر خاک و تعیین بدترین شرایط خاک تهیه شود.
- ارزیابی پارامترهای مقاومت برشی خاک و تعیین حدود اتربرگ برای خاکهای چسبنده و توزیع اندازه دانه‌ها برای خاکهای دانه‌ای.
- اگر با لایه سنگی مواجه شدیم بایستی، لوگ طبقه‌بندی سنگ، نرخ‌های نفوذ، درجه هوازدگی و ترک خوردگی، اندازه گیری RGD، مقاومت فشاری محصور نشده، و مشاهدات حفاری تهیه گردد.
- در صورت امکان تعیین حضور خاکهای با شرایط خطرآفرین، آلوده و یا چسبنده. این کار ممکن است شامل تعیین، مقاومت الکتریکی ویژه، PH، حضور سولفات‌ها، کلراید و سرب گردد.
مزایا نسبت به شمعهای متداول:
- دسترسی به کیفیت بالای اجرا
- قابل اجرا در همه نوع شرایط محیطی ( از جمله محیط‌های مردابی، کوهستانی و در فضاهای با سقف کوتاه)
- سهولت در انجام آزمایش بارگذاری (کششی، فشاری و جانبی) و کم هزینه بودن آن
- انعطاف پذیر بودن جهت کنترل محاسبات اولیه و تطبیق آنها حین اجرا ( توسط شرایط اجرایی و نتایج بارگذاری)
- قابلیت بکارگیری چندین مجموعه ماشین آلات اجرایی به صورت موازی جهت کنترل زمان اجرای پروژه (جاگیر نبودن تجهیزات)
- انعطاف پذیر بودن در صورت هر گونه تغییرات سازه‌ای و تغییر بارهای وارده در حین اجرا
- سرعت در اجرا(کوتاه شدن زمان اجرای پروژه)
- صرفه اقتصادی
طبقه بندی انواع میکروپایل
نوع ۱. میکروپایل های باربر: میکروپایل باربر به طور کلی برای تحمل بارهای فشاری، کششی و یا جانبی بکار میروند و به خوبی می تواند جایگزین شمع های بتنی و فولادی کوبیدنی و درجا شود. میکروپایل نوع اول با اتصال به فونداسیون برای تحمل بارهای وارده، کاهش نشست، مقاوم سازی لرزه ای بناهای موجود، افزایش ظرفیت باربری فونداسیونهای موجود، بلند کردن و تراز کردن سازه های موجود و پایداری شیروانی ها بکار می رود.
نوع ۲. میکروپایل های تحکیمی: میکروپایل های تحکیمی معمولا عملکرد تسلیح خاک را بر عهده دارند و با ایجاد یک اسکلت جدید از خاک و دوغاب تزریق شده بهبود خواص ژئوتکنیکی، پارامترهای مقاومتی و تغییر شکل پذیری خاک را منجر می شود. میکروپایل های نوع دوم با عملکرد بهسازی خاک با هدف افزایش ظرفیت باربری ،کاهش نشست، کنترل تراوش، پیشگیری و کاهش خطر روانگرایی( مقاوم سازی ژئوتکنیکی )،بهسازی خاکهای مساله دار (خاکهای سست ،خاکهای واگرا ،خاکهای دستی و مدفنهای زباله و …. )، پایدارسازی شیروانی و گودبرداری ها بکار می رود.
کاربردها:
میکروپایل علاوه بر اینکه مانند شمعهای متداول به منظور تامین باربری و انتقال بار سازه به لایه‌های زیرین خاک طراحی و اجرا می‌شوند، دارای کاربردهای متفاوت دیگری نیز میباشند که در ذیل به آنها اشاره میشود:
1- بهبود مشخصات مکانیکی خاک از قبیل افزایش تراکم و چسبندگی، کاهش نفوذ پذیری، کاهش نشست پذیری، افزایش ظرفیت باربری
2- پایدارسازی گودها، شیروانی‌ها، شیب‌ها
3- ترمیم و تقویت فنداسیون موجود و آسیب دیده یا نشست کرده
4- کنترل نشست در سازه‌های اجرا شده بر روی بسترهای سست یا خاک دستی
5- مقوم سازی لرزه‌ای فنداسیون
6- بهسازی خاک به جهت رفع پتانسیل روانگرایی
میکروپایل مشبک و تزریق با پکر انتگرال
میکروپایل مشبک شامل یک لوله فولادی می‌باشد که در هر متر طول آن 80 عدد سوراخ به قطر 8 میلیمتر ایجاد شده است. میکروپایل‌ها تا عمق مورد نظر در زمین کوبیده یا حفاری می‌شوند، سپس عملیات تزریق دوغاب توسط پکر انتگرال به صورت مرحله‌ای و از پایین به بالا انجام میشود.دوغاب مصرفی شامل سیمان، آب و افزودنی‌های مختلف میباشند. با توجه به عمق و جنس زمین دوغاب تحت فشار 5 تا 25 بار تزریق میشود. در میکروپایل‌های باربر، انکر فولادی پیش از گیرش دوغاب سیمان درون میکروپایل قرار گرفته و به منظور جلوگیری از ایجاد برش پانچ و اتصال و درگیری بهتر میکروپایل با پی، پلیت بر روی میکروپایل قرار می‌گیرد.
مبانی محاسباتی:
طراحی میکروپایل همانند شمعهای متداول از سه بخش طراحی ژئوتکنیکی، سازه ای و کنترل ظرفیت برش پانچ تشکیل میگردد. در طرح ژئوتکنیکی میکروپایل، نیروی مقاوم ناشی از چسبندگی و اصطکاک محیط خارجی میکروپایل با خاک اطراف محاسبه میشود و پس از اعمال ضریب اطمینان، به عنوان یکی از معیارهای کنترل باربری مجاز لحاظ میگردد. در طراحی سازه ای، ظرفیت باربری اجزای سازه ای میکروپایل مشتمل بر جداره، انکر فولادی و گروت محاسبه میشود و مجموع نیروهای قابل تحمل این اجزا پس از اعمال ضریب اطمینان مناسب به عنوان معیار دیگر کنترل کننده باربری مجاز در نظر گرفته میشود. همچنین بار مجاز میکروپایل با توجه به نشست مجاز سازه و مدول تغییر مکان میکروپایل محاسبه میگردد و به عنوان معیار سوم کنترل کننده در نظر گرفته میشود و در نهایت به منظور تعیین باربری مجاز میکروپایل با دو معیار دیگر مورد مقایسه قرار می‌گیرد.
اجرا:
اجرای میکروپایل به روش‌های متفاوتی صورت می‌گیرد. اغلب این رو‌ها دارای مراحل مشترک حفاری، لوله گذاری، تزریق دوغاب سیمان و در صورت لزوم نصب انکر و فلنج می‌باشد. حفاری به روش‌های متفاوتی امکان پذیر است اما استفاده از روش حفاری دورانی-ضربه‌ای (Rotary-Precussion) یا چکش مستقر در درون چال (D.T.H) به دلیل سرعت بالا و کارایی مناسب، نسبت به سایر روش‌های حفاری مرسوم‌تر است. پس از انجام حفاری، لوله گذاری میکروپایل‌ها بوسیله لوله کوب‌های مخصوص انجام میشود. لوله کوب‌های مورد استفاده در اجرای میکروپایلکه به منظور هدایت و استقرار لوله‌ها در داخل زمین مورد استفاده قرار می‌گیرند در مقایسه با شمع کوب‌های متداول بسیار کوچک بوده و به سهولت قابل حمل میباشند.تزریق دوغاب به وسیله مجموعه تزریق، مشتمل بر دستگاه میکسر اولیه، میکسر ثانویه و پمپ تزریق صورت می‌پذیرد. در میکسر اولیه آب و سیمان و در صورت لزوم برخی افزودنی‌ها با سیستم چرخش سریع آب با یکدیگر به صورت کامل مخلوط می‌شوند. پس از اتمام اختلاط، دوغاب به مخلوط کن ثانویه که از نوع پره‌ای می‌باشد منتقل میگردد تا عملیات نگهداری دوغاب به منظور تزریق آن صورت پذیرد و در نهایت دوغاب توسط پمپ‌های مخصوص تزریق با فشار مورد نظر در داخل خاک تزریق میگردد. در صورت اجرای میکروپایل به منظور باربری، اجرای انکر و فلنج و مهار آن در داخل بتن فنداسیون به منظور جلوگیری از برش پانچ و نیز حصول اطمینان از عملکرد مرکب میکروپایل با فنداسیون ضروری می‌باشد.
آرماتورگذاری:
میزان تسلیح فولاد قرار داده شده در یک ریزشمع بر اساس بارگذاری تکیه گاه‌های آن و سختی مورد نیاز برای محدود کردن جابجایی الاستیک تعیین میشود. سیستم تسلیح ممکن است شامل یک میلگرد منفرد، یک گروه از میلگردها، یک غلاف لوله فولادی یا فولاد سازه‌ای نورد شده باشد.
ثبت ديدگاه