روش اجرایی میکروپایل
معرفي اجمالي ميكروپايل:
بطور كلي در مواجهه با خاكهاي مسئله دار نظير خاكهاي سست با قابليت باربري كم، نشستپذيري زياد، روانگرا، خاكهاي دستي و ... دو راه پيش روي مهندسين ژئوتكنيك قرار دارد:
الف: استفاده از المانهاي باربر در خاك
ب: بهسازي و اصلاح خواص فيزيكي- مكانيكی توده خاک
هر يك از راه حلهاي فوق داراي روشها و مشخصات مربوط به خود ميباشند كه طي ساليان متمادي توسعه فراواني يافتهاند. برخي از تكنيكهاي ابداعي نيز ماهيتي تركيبي از دو دسته فوق داشته و مزاياي هر دو دسته را تا حدودي بهمراه دارند. از آن دسته ميتوان به استفاده از ميكروپايلها بهمراه تزريق دوغاب سيمان اشاره نمود.
ميكروپايل به شمعهاي با قطر كوچك (كمتر از mm300) اطلاق ميگردد كه غالباً با تسليح فولادي سبك و تزريق دوغاب سيمان همراه ميباشند. ميكروپايل علاوه برآنكه به عنوان يك المان باربر و مقاوم در برابر نشست عمل ميكند، بدليل تزريق دوغاب سيمان، سبب بهبود مشخصات مكانيكي (مقاومتي و رفتاري) خاك اطراف نيز ميگردد.
تاريخچه:
تاريخچه ابداع ميكروپايل به اوايل دهه پنجاه ميلادي، زماني كه اروپا با خيل عظيمي از ساختمانهاي در معرض خرابي ناشي از صدمات وارده در جنگ جهاني دوم روبرو بوده است، برميگردد. در اين دوره ابداع يك روش بهسازي بستر كه علاوه بر كارايي و قابليت اجرا در بين ساختمانهاي تخريب شده، سريع و اقتصادي نيز باشد، بسيار ضروري بود كه در چنين شرايطي ابداع ميكروپايل توسط Fondedile پيمانكار مشهور ايتاليايي صورت پذيرفت كه بدليل ويژگيهاي منحصر به فرد، اين روش گسترش فراواني يافت.
در آغاز استفاده از ميكروپايلها تنها در بهسازي بستر ضعيف ساختمانها مورد توجه قرار داشت. ليكن رفته رفته و با توسعه و اجراي اين روش در كشورهاي مختلف، دامنه كاربرد آنها به ديگر عرصههاي مهندسي ژئوتكنيك نظير پايدارسازي شيبها، مقابله با روانگرايي و ... نيز كشيده شد.
دامنه كاربرد:
بطور كلي كاربرد ميكروپايلها در مهندسي ژئوتكنيك مشتمل بر دو بخش "استفاده در بستر پي سازهها" و "اصلاح و بهسازي برجاي خاك" ميباشد. انجام تحقيقات گسترده در مجامع علمي - تخصصي جهان بر روي ميكروپايلها و رفتار استاتيكي، ديناميكي و لرزهاي آنها و همچنين تعريف بسياري از تحقيقات و پايان نامههاي دانشگاهي و ارائه مقالات مختلف در كنفرانسهاي بينالمللي درباره چگونگي رفتار و معيارهاي طراحي ميكروپايلها در خاكهاي مختلف، نيز بيانگر افزايش اقبال جامعه مهندسي ژئوتكنيك به بهرهگيري از اين تكنيك ميباشد. از آن جمله ميتوان به انجام پروژه ملي Forever در فرانسه در مورد بررسي رفتار ميكروپايلها و يا تدوين دستورالعمل طرح و اجراي ميكروپايلها در اداره بزرگراههاي ايالات متحده (U.S.FHWA) اشاره نمود.
در حال حاضر، دستورالعمل ارائه شده توسط (U.S.FHWA) بعنوان مرجع قابل قبول و مورد استفاده طراحان و پيمانكاران اجراي ميكروپايل ميباشد.
|
اصلاح و بهسازی خاک: |
۱. پايدارسازي شيبها
۲. ساخت ديوارههاي نگهبان
۳. مقابله با روانگرايي
۴. افزايش مقاومت توده خاك با اهدافخاص نظير تونلسازي و ...
۵. حفاظت شيميايي بخشهاي مدفون سازهها
|
پی سازه های جدید و موجود: |
a. سازههاي جديد:
۱. كاهش نشست
۲. افزايش باربري فشاري
۳. تامين باربري كششي
۴. افزايش باربري جانبي
b. سازههاي موجود:
۱. كنترل نشست پي
۲. كنترل باربري پي
۳. تعمير يا جايگزيني پي
۴. كنترل شستگي پي
۵. مقاوم سازي لرزهاي پي
|
بهسازی پی ساختمانهای قدیمی |
بهسازی و نوسازی پی های آسیب دیده |
|
ساخت و ساز مجاور ساختمان های موجود |
پایدار سازی شیروانیها |
|
مقاوم سازی لرزه ای پی سازه های موجود |
حفاظت شیمیایی بخش های مدفون سازه |
|
پی سازه های جدید |
ساخت دیوارهای حایل |
|
بهسازی پی سازه موجود جهت کاهش نشست |
بهسازی پی سازه موجود جهت کاهش نشست |
|
بهسازی پی سازه موجود جهت کاهش نشست |
اجرای میکروپایل در داخل ساختمان- کاهش نشست |
|
استفاده از میکروپایل در زیر پی سازه های جدید |
استفاده از میکروپایل در زیر پی سازه های جدید |
روش اجراي ميكروپايل:
روش اجراي ميكروپايل مشتمل بر چهار مرحله حفاري (در صورت نياز)، لولهكوبي، تزريق و تسليح ميباشد كه مراحل اجرای آن در زیر تشریح شده است .
۱) حفاري:
در صورتيكه امكان كوبش لولههاي ميكروپايل از ابتدا به دلايل مختلف نظير وجود كفسازي، بتن مگر، لايه متراكم خاك و غيره ميسر نباشد، ميبايست نسبت به انجام عمليات حفاري اقدام نمود. عمليات حفاري به روشهاي مختلف نظير حفاري دوراني (Rotary) و يا دوراني- ضربهاي (D.T.H) صورت ميپذيرد. حفـاري ميبايست تا عمـقي كه امكان كوبش ميسر گردد، ادامه يابد. بعضاً حفاري در كل ارتفاع ميكروپايل نيز صورت ميگيرد.
|
حفاری(اجرای میکروپایل بصورت مایل) |
حفاری(اجرای میکروپایل بصورت مایل) |
|
حفاری(اجرای میکروپایل بصورت قائم) |
حفاری(اجرای میکروپایل بصورت قائم) |
۲) لولهكوبي:
به منظور استقرار لولههاي ميكروپايل در محل گمانه، غالباً از عمليات لولهكوبي استفاده ميگردد. براي اين منظور در مرحله اول عمليات از لوله نوكتيز ميكروپايل استفاده ميشود و پس از فرو رفتن لوله اول، لوله دوم به لوله اول متصل گرديده و كوبيده ميشود و عملياتكوبش به همين منوال ادامه مييابد. طول لولههاي ميكروپايل غالباً دو متر ميباشد. جهت اتصال كامل لولهها به يكديگر علاوه بر استفاده از بوشنهاي رزوه شده، لولهها به لبه بوشن نيز، جوش داده ميشوند.
|
لوله میکروپایل با دیواره مشبک(در طولهای۲ متری) |
لوله نوک تیز میکروپایل جهت شروع لوله کوبی |
|
نصب یک قطعه فولاد ضربه گیر در ابتدای لوله |
عملیات لوله کوبی |
|
لوله کوبی در درون ساختمان |
افزودن لوله جدید با بوشن های رزوه شده و جوش |
|
جوش لب به لب دو لوله بهم |
شکل نهایی اتصال دو لوله بهم |
۳( تزريق:
پس از اتمام لولهكوبي، ميبايست تزريق دوغاب سيمان انجام گيرد . مجموعه دستگاه تزريق از سه بخش ميكسر اوليه، ميكسر ثانويه و پمپ تزريق تشكيل ميگردد.اختلاط در میکسر اولیه از نوع سیستم چرخش سریع آب(circulation)می باشد و میکسر ثانویه از نوع پره ای می باشد و دوغاب به منظور تزریق توسط پمپ تزریق در آن نگهداری می شود . پس از اختلاط آب و سيمان به نسبت مشخص در ميكسرها، دوغاب سيمان توسط پكرهاي درون چاهي و سرچاهي از طريق جداره مشبك ميكروپايل به خاك تزريق ميگردد كه علاوه بر افزايش قابل توجه چسبندگي جداره ميكروپايل به زمين، سبب بهبود مشخصات مكانيكي خاك اطراف نيز ميگردد.
به دلیل اینکه دوغاب سیمان باید تحت فشار زیاد در لایه های خاک نفوذ کند ، جهت تزریق از یکسری شیلنگ دو جداره به نام پکر(packer) استفاده می شود. پکرها بعد از اینکه به درون لوله میکرو پایل فرستاده شدند جداره دوم آنها بوسیله پمپ هوا باد می شود که با این کار پکر کاملا به بدنه لوله می چسبد و مانع خروج دوغاب در حین تزریق از بالای لوله می شود.
|
ساخت دوغاب سیمان جهت تزریق |
پمپاژ آب به درون لوله میکروپایل جهت خروج گل و لای درون آن |
|
جاگذاری پکر جهت تزریق دوغاب به درون لوله |
تزریق تحت فشار دوغاب به درون لوله میکروپایل |
|
نمونه از تزریق دوغاب سیمان در لایه های خاک |
بهبود خواص خاک بعد از تزریق دوغاب سیمان |
۴) تسليح و نصب فلنج:
گام نهايي در اجراي ميكروپايل، عمليات نصب آرماتور تسليح در داخل لوله ميكروپايل و نصب فلنج (در صورت نياز) ميباشد. بديهي است كه آرماتور تسليح ميبايست قبل از گيرش سيمان، در داخل گمانه نصب شود. فلنج كه به منظور ايجاد اتصال كامل بين ميكروپايل و بتن فونداسيون و همچنين جلوگيري از برش پانچ سر ميكروپايل در داخل بتن پي بكار ميرود، ميبايست در آخرين مرحله به آرماتور تسليح ميكروپايل جوش شود .
|
نصب آرماتور تسلیح قبل از گیرش سیمان |
نصب فلنج |
|
نمونه ای از میکروپایل آماده |
نمایی از اجرای میکروپایل در زیر فونداسیون |
عکس های تکمیلی:
|
ریختن بتن مگر |
ریختن بتن مگر |
|
نمونه ای از اجرای میکروپایل در زیر پی |
نمونه ای از اجرای میکروپایل در زیر پی |
|
نحوه اتصال میکرو پایل به فونداسیون |
نحوه اتصال میکرو پایل به فونداسیون |
|
نحوه اتصال میکرو پایل به فونداسیون |
نحوه اتصال میکرو پایل به فونداسیون |
مروري بر مباني محاسباتي ميكروپايل:
اصول محاسبات مهندسي ميكروپايل تابع نوع كاربري ميكروپايل و به تبع آن نحوه رفتار آن ميباشد. در شرايطي كه ميكروپايلها با هدف تحكيم و بهسازي بستر پي سازهها مورد استفاده قرار ميگيرند، محاسبات فني ميكروپايل مشابه با محاسبه شمعهاي متداول است. اين محاسبات مبتني بر سه بخش طرح سازهاي (Structural Design)، طرح ژئوتكنيك (Geotechnical Design) و كنترل برش پانج (Cone Shear) ميباشد.
در طرح سازهاي، ظرفيت باربري المانهاي ميكروپايل مشتمل بر جدار فولادي، آرماتور تسليح و دوغاب سيمان محاسبه ميشود كه اين ظرفيت ميبايست با ضريب اطمينان مناسبي، بالاتر از بار وارده به ميكروپايل باشد.
در طرح ژئوتكنيكي، مقاومت اصطكاكي جداره ميكروپايل با خاك اطراف محاسبه ميگردد كه ميبايست اين مقاومت اصطكاكي با ضريب اطمينان مناسبي، بالاتر از بار وارده باشد تا امكان جدايي ميكروپايل از خاك قبل از وقوع تسليم عوامل مسلح كننده ميسر نگردد.
در گام نهايي طرح، باتوجه به اين امر كه ميكروپايلها داراي بار متمركز زياد و قطر كوچك بوده و برش پانج باتوجه به سربارهاي وارده محتمل ميباشد، كنترل مقاومت در برابر برش پانچ كه منتهي به ارائه طرح فلنج مناسب ميگردد، انجام ميشود