میکروپایل چیست؟
میکرو پایل چیست؟
به طور کلی در مواجهه با خاک های مسئله دار نظیر خاک های سست با قابلیت باربری کم، نشست‌پذیری زیاد، روانگرا، خاک های دستی و ... دو راه پیش روی مهندسین ژئو تکنیک قرار می گیرد:
الف: استفاده از المان های باربر در خاک
ب: بهسازی و اصلاح خواص فیزیکی- مکانیکی توده خاک
روش اجرای میکرو پایل به روشی گفته می شود که در آن نسبت به بهسازی خاک اقدام می شود. میکروپایل ها(ریز شمع) به شمع هایی با قطر کمتر از 300 میلی متر گفته می شوند که باربر و مقاوم می باشند و با اضافه شدن آن به خاک و در کنار آن استفاده از دوغاب سیمان، سبب بهبود مشخصات مکانیکی (مقاومتی و رفتاری) خاک اطراف نیز می‌گردد.
الف: استفاده از المان های باربر در خاک
ب: بهسازی و اصلاح خواص فیزیکی- مکانیکی توده خاک
روش اجرای میکرو پایل به روشی گفته می شود که در آن نسبت به بهسازی خاک اقدام می شود. میکروپایل ها(ریز شمع) به شمع هایی با قطر کمتر از 300 میلی متر گفته می شوند که باربر و مقاوم می باشند و با اضافه شدن آن به خاک و در کنار آن استفاده از دوغاب سیمان، سبب بهبود مشخصات مکانیکی (مقاومتی و رفتاری) خاک اطراف نیز می‌گردد.
تاریخچه میکرو پایل ( ریز شمع)
تاریخچه ابداع میکروپایل ها به اوایل دهه پنجاه میلادی، زمانی که اروپا با خیل عظیمی از ساختمان های در معرض خرابی ناشی از صدمات وارده در جنگ جهانی دوم روبرو بوده است، برمی‌گردد. در این دوره ابداع یک روش بهسازی بستر که علاوه بر کارایی و قابلیت اجرا در بین ساختمان های تخریب شده، سریع و اقتصادی نیز باشد، بسیار ضروری بود. در چنین شرایطی ابداع میکروپایل توسط یک پیمانکار مشهور ایتالیایی انجام گرفت که به دلیل ویژگی های منحصر به فردی که داشت، این روش گسترش فراوانی یافت.
در آغاز استفاده از میکروپایل ها تنها در بهسازی بستر ضعیف ساختمان ها مورد توجه قرار داشت. لیکن رفته رفته و با توسعه و اجرای این روش در کشورهای مختلف، دامنه کاربرد آنها به دیگر عرصه های مهندسی ژئوتکنیک نظیر پایدارسازی شیب ها، مقابله با روانگرایی و ... نیز کشیده شد.
در آغاز استفاده از میکروپایل ها تنها در بهسازی بستر ضعیف ساختمان ها مورد توجه قرار داشت. لیکن رفته رفته و با توسعه و اجرای این روش در کشورهای مختلف، دامنه کاربرد آنها به دیگر عرصه های مهندسی ژئوتکنیک نظیر پایدارسازی شیب ها، مقابله با روانگرایی و ... نیز کشیده شد.
اصول طراحی میکروپایل
اصول محاسبات مهندسی میکروپایل ها تابع نوع کاربری میکروپایل و به تبع آن نحوه رفتار آن می باشد. در شرایطی که میکروپایل‌ها با هدف تحکیم و بهسازی بستر پی سازه‌ها مورد استفاده قرار می گیرند، محاسبات فنی میکروپایل ها مشابه با محاسبه شمع های متداول است. این محاسبات مبتنی بر سه بخش طرح سازه ای (Structural Design)، طرح ژئوتکنیکی (Geotechnical Design) و کنترل برش پانج (Cone Shear) می باشد.
در طرح سازه‌ای، ظرفیت باربری المان های میکرو پایل مشتمل بر جدار فولادی، آرماتور تسلیح و دوغاب سیمان محاسبه می شود. این ظرفیت می بایست با ضریب اطمینان مناسبی، بالاتر از بار وارده به میکروپایل باشد.
در طرح ژئوتکنیکی، مقاومت اصطکاکی جداره میکروپایل با خاک اطراف محاسبه می شود. این مقاومت اصطکاکی باید با ضریب اطمینان مناسبی، بالاتر از بار وارده باشد تا امکان جدایی میکروپایل از خاک قبل از وقوع تسلیم عوامل مسلح کننده میسر نگردد.
در گام نهایی طرح، با توجه به این امر که میکروپایل‌ها دارای بار متمرکز زیاد و قطر کوچک بوده و برش پانج باتوجه به سربارهای وارده محتمل می باشد، کنترل مقاومت در برابر برش پانچ که منتهی به ارائه طرح فلنج مناسب می گردد، انجام می شود.
در طرح سازه‌ای، ظرفیت باربری المان های میکرو پایل مشتمل بر جدار فولادی، آرماتور تسلیح و دوغاب سیمان محاسبه می شود. این ظرفیت می بایست با ضریب اطمینان مناسبی، بالاتر از بار وارده به میکروپایل باشد.
در طرح ژئوتکنیکی، مقاومت اصطکاکی جداره میکروپایل با خاک اطراف محاسبه می شود. این مقاومت اصطکاکی باید با ضریب اطمینان مناسبی، بالاتر از بار وارده باشد تا امکان جدایی میکروپایل از خاک قبل از وقوع تسلیم عوامل مسلح کننده میسر نگردد.
در گام نهایی طرح، با توجه به این امر که میکروپایل‌ها دارای بار متمرکز زیاد و قطر کوچک بوده و برش پانج باتوجه به سربارهای وارده محتمل می باشد، کنترل مقاومت در برابر برش پانچ که منتهی به ارائه طرح فلنج مناسب می گردد، انجام می شود.
آزمایش های مورد نیاز برای طراحی دقیق میکروپایل ها (ریز شمع )
1. آزمایش بارگذاری فشاری ریز شمع
2. آزمایش بارگذاری کششی ریز شمع
3. آزمایش بارگذاری جانبی ریز شمع
2. آزمایش بارگذاری کششی ریز شمع
3. آزمایش بارگذاری جانبی ریز شمع
روش اجرای میکروپایل
1.حفاری
در صورتی که امکان کوبش لوله‌های میکروپایل از ابتدا به دلایل مختلف نظیر وجود کف‌سازی، بتن مگر، لایه متراکم خاک و غیره میسر نباشد، باید نسبت به انجام عملیات حفاری اقدام نمود. عملیات حفاری به روش‌های مختلف نظیر حفاری دورانی (Rotary) و یا دورانی- ضربه‌ای (D.T.H) صورت می‌پذیرد. حفاری را باید تا عمقی که امکان کوبش میسر شود، ادامه داد. بعضاً حفاری در کل ارتفاع میکروپایل هم می تواند صورت گیرد.
2.لوله‌کوبی
به منظور استقرار لوله‌های میکروپایل در محل گمانه، غالباً از عملیات لوله‌کوبی استفاده می‌شود. برای این منظور در مرحله اول عملیات از لوله نوک تیز میکروپایل استفاده می گردد و پس از فرو رفتن لوله اول، لوله دوم به لوله اول متصل شده و کوبیده می‌شود و عملیات کوبش به همین روال ادامه می‌یابد. جهت اتصال کامل لولهها به یکدیگر علاوه بر استفاده از بوشن‌های رزوه شده، لولهها به لبه بوشن نیز، جوش داده می‌شوند.
عملیات کوبش تا زمانی که امکان کوبیدن لولهها میسر باشد ادامه می‌یابد و اگر در ازای ۳۰ ضربه متوالی لوله کوب، لوله بیشتر از ۱۰سانتیمتر فرو نرود، عملیات کوبش لوله میکروپایل متوقف می گردد. در این حالت تا تحقق عمق طراحی حفاری انجام شده و سپس لوله های مربوط به میکروپایل در درون گمانه نصب می شود.
لوله‌های میکروپایل به قطر خارجی ۷۶ میلیمتر و قطر داخلی ۶۸ میلیمتر در قطعات دو متری هستند. این لولهها به وسیله بوشن و جوش به یکدیگر متصل می‌شوند. هر میکروپایل دارای ۸۰ سوراخ به قطر ۸ میلیمتر، در هر متر طول می باشد. محیط داخلی لوله ها باید برق زده باشند تا در هنگام دوغاب ریزی مشکل ایجاد نشود.
لوله‌های میکروپایل به قطر خارجی ۷۶ میلیمتر و قطر داخلی ۶۸ میلیمتر در قطعات دو متری هستند. این لولهها به وسیله بوشن و جوش به یکدیگر متصل می‌شوند. هر میکروپایل دارای ۸۰ سوراخ به قطر ۸ میلیمتر، در هر متر طول می باشد. محیط داخلی لوله ها باید برق زده باشند تا در هنگام دوغاب ریزی مشکل ایجاد نشود.
3.تزریق
ساخت دوغاب مورد نظر و تزریق مناسب آن در این بخش بسیار مهم می‌باشد. دستگاه تزریق دوغاب از سه بخش میکسر اولیه، میکسر ثانویه و پمپ تزریق تشکیل می شود که در میکسر اولیه اختلاط از نوع سیستم چرخش سریع آب می‌باشد و میکسر ثانویه از نوع سیستم پره‌ای می‌باشد. ساخت دوغاب تزریق در همزن های میکسر اولیه صورت می‌گیرد. ابتدا آب به میزان مورد نظر ریخته شده و سپس متناسب با نسبت آب به سیمان (WCR) مورد نیاز، به آن سیمان اضافه می کنند.
زمان حداقل هم زدن دوغاب سیمان، ۳۰ ثانیه می‌باشد. پس از آماده شدن دوغاب، جهت نگهداری، دوغاب در داخل همزن ثانویه ریخته شده و سپس به وسیله پمپ های تزریق مخصوص تزریق می‌گردد. تزریق تا زمانی که دوغاب از سطح یا میکروپایل های جانبی نشت کند، عملیات تزریق متوقف می شود.
زمان حداقل هم زدن دوغاب سیمان، ۳۰ ثانیه می‌باشد. پس از آماده شدن دوغاب، جهت نگهداری، دوغاب در داخل همزن ثانویه ریخته شده و سپس به وسیله پمپ های تزریق مخصوص تزریق می‌گردد. تزریق تا زمانی که دوغاب از سطح یا میکروپایل های جانبی نشت کند، عملیات تزریق متوقف می شود.
کاربرد های میکروپایل
برخی از کاربرد هایی که میکرو پایل ها دارند به شرح زیر می باشد:
• بهسازی پی ساختمان‌های قدیمی و ساختمان‌های جدید با روش میکروپایل
• نوسازی و یا بهسازی پی‌های آسیب دیده با روش میکروپایل
• پایدار سازی شیروانی‌ها با روش میکرو پایل
• امکان پایدارسازی شیب‌ها با این روش
• ساخت دیوارهای نگهبان و همچنین ساخت و ساز مجاور ساختمان‌های موجود با روش میکروپایل
• امکان کنترل نشست پی و کاهش نشست زمین با روش میکروپایل
• امکان کنترل باربری پی و همچنین افزایش باربری فشاری، باربری کششی و باربری جانبی با روش میکروپایل
• بهسازی پی ساختمان‌های قدیمی و ساختمان‌های جدید با روش میکروپایل
• نوسازی و یا بهسازی پی‌های آسیب دیده با روش میکروپایل
• پایدار سازی شیروانی‌ها با روش میکرو پایل
• امکان پایدارسازی شیب‌ها با این روش
• ساخت دیوارهای نگهبان و همچنین ساخت و ساز مجاور ساختمان‌های موجود با روش میکروپایل
• امکان کنترل نشست پی و کاهش نشست زمین با روش میکروپایل
• امکان کنترل باربری پی و همچنین افزایش باربری فشاری، باربری کششی و باربری جانبی با روش میکروپایل
مزایای میکروپایل
از مزایایی که میکروپایل ها دارند می توان به موارد زیر اشاره کرد:
• در این روش به دلیل استفاده از آرماتور و سختی بالای آن، نشست خاک را می توان کنترل نمود و با استفاده از آن بار موجود به لایه های مقاوم زیرین منتقل می‌شود.
• تزریق دوغاب در اجرای میکروپایل ها، خصوصیات مکانیکی خاک نظیر سختی، تراکم‌پذیری، ظرفیت باربری، ضریب اصطکاک و چسبندگی و ... را بهبود می‌بخشد.
• کوبش میکروپایل ها موجب تراکم و تحکیم توده خاک اطراف می‌شود.
• انرژی پایین کوبش و قطر ناچیز حفاری، اثرات جانبی و لرزش در سازه‌های مجاور را به حداقل مقدار ممکن می رساند.
• به جهت استفاده از حجم کم مصالح مشتمل بر فولاد و سیمان، هزینه‌های پائین تجهیز کارگاه روشی اقتصادی می‌باشد.
• با توجه به ابعاد کمتری که ماشین‌آلات اجرای میکروپایل نسبت به سایر ماشین‌آلات دارند، علاوه بر اینکه دارای قابلیت حمل و جابجایی آسان را در کارگاه دارند، می توانند امکان اجرای عملیات در چند جبهه کاری مختلف را بدون تداخل کاری فراهم نمایند.
• در این روش به دلیل استفاده از آرماتور و سختی بالای آن، نشست خاک را می توان کنترل نمود و با استفاده از آن بار موجود به لایه های مقاوم زیرین منتقل می‌شود.
• تزریق دوغاب در اجرای میکروپایل ها، خصوصیات مکانیکی خاک نظیر سختی، تراکم‌پذیری، ظرفیت باربری، ضریب اصطکاک و چسبندگی و ... را بهبود می‌بخشد.
• کوبش میکروپایل ها موجب تراکم و تحکیم توده خاک اطراف می‌شود.
• انرژی پایین کوبش و قطر ناچیز حفاری، اثرات جانبی و لرزش در سازه‌های مجاور را به حداقل مقدار ممکن می رساند.
• به جهت استفاده از حجم کم مصالح مشتمل بر فولاد و سیمان، هزینه‌های پائین تجهیز کارگاه روشی اقتصادی می‌باشد.
• با توجه به ابعاد کمتری که ماشین‌آلات اجرای میکروپایل نسبت به سایر ماشین‌آلات دارند، علاوه بر اینکه دارای قابلیت حمل و جابجایی آسان را در کارگاه دارند، می توانند امکان اجرای عملیات در چند جبهه کاری مختلف را بدون تداخل کاری فراهم نمایند.
تاریخ انتشار: ۱۳۹۸/۱۲/۱۲