موضوع:»منابع آموزشی خاک و پی و آزمایشگاه مقاومت مصالح
بازدید : مرتبه

  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

عکس های تکمیلی

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.

»» مقايسه با ساير روشهاي بهسازي خاك

با توجه به وضعيت لايه‌بندي خاك تحت‌الارضي و ميزان بار وارده در زير پي با توجه به تعداد طبقات ساختمان در پروژه حاضر، مناسب‌ترين روشها جهت حل مشكل ظرفيت باربري و نشست و كاهش پتانسيل روانگرايي، استفاده از پي عميق نظير شمع (Pile) يا ريزشمع (Micropile) و يا استفاده از روشهاي تراكمي نظير تراكم ديناميكي(Dynamic Compaction) يا تراكم ارتعاشي- جايـگزيني (Vibro-Replacement) مي‌باشد. بطور كلي با توجه به ابعاد كوچك پروژه، هزينه‌هاي تجهيز مربوط به روش‌هاي تراكم ديناميكي و تراكم ارتعاشي-جايگزيني بسيار بالا مي‌باشد. با توجه به لايه‌بندي خاك و ظرفيت باربري محاسبه‌ شده براي شمعهاي كوبشي، متراژ مورد نياز جهت اجراي شمع نسبتا زياد و هزينه تجهيز كارگاه و اجراي آن بسيار بالا خواهدبود. با توجه به جميع ملاحظات فوق، ميكروپايل در مقايسه با ساير روشهاي بهسازي خاك داراي ويژگيهاي بارزي مي‌باشد كه در ذيل به صورت فهرست‌وار به آنها اشاره مي‌گردد.

a. بعد اقتصادي

باتوجه به اين امر كه اجراي ميكروپايل مبتني بر استفاده از حجم كم مصالح مشتمل بر فولاد و سيمان، هزينه‌هاي پائين تجهيز كارگاه و نيز حجم بالاي كار نيروي انساني در زمان كوتاه مي‌باشد، روش ميكروپايل در مقايسه با ساير روشهاي بهسازي نظير اجراي شمع بتني و فولادي، تثبيت با سيمان، اجراي ستونهاي شني، تراكم ديناميكي و غيره كه مبتني بر استفاده از حجم زياد مصالح و يا بكارگيري ماشين‌آلات سنگين و گران‌قيمت مي‌باشند، اقتصادي‌تر است.

b. بعد اجرايي

ماشين‌آلات اجراي ميكروپايل در مقايسه با ماشين‌آلات اجرايي ساير روشها داراي ابعاد و حجم كمتري

 مي‌باشد، لذا علاوه برآنكه داراي قابليت حمل و جابجايي آسان در كارگاه مي‌باشد، امكان اجراي عمليات در چند جبهه كاري مختلف بدون تداخل كاري را فراهم مي‌نمايد.

با توجه به ابعاد كوچك بدنه ميكروپايل، قطر ناچيز حفاري و همچنين كوبش ميكروپايل با انرژي كم، ميزان لرزش و ساير اثرات جانبي بر روي سازه‌هاي مجاور در مقايسه با ساير روشها نظير اجراي شمع، به حداقل ممكن كاهش مي‌يابد.

يكي از برترين ويژگيهاي ميكروپايل قابليت اجراي بسيار ساده در شرايط وجود آب زيرزميني است. در مناطقي كه سطح آب زيرزميني بالا بوده و حفاري‌هاي قطر بزرگ جهت اجراي شمع‌هاي بتني نيازمند پايدارسازي ديواره چاهكها و تخليه آب زيرزميني و ... مي‌باشد، اجراي ميكروپايل از سطح زمين و تزريق دوغاب سيمان از داخل آن، با سرعت فراوان انجام پذيرفته و بعلت چگالي و ويسكوزيته بيشتر دوغاب سيمان، آب حفره‌اي در اثر فشار دوغاب سيمان تخليه و با دوغاب سيمان جايگزين مي‌گردد.

c. بعد فني

ميكروپايل از يكسو با دارا بودن عناصر تسليح مشتمل بر جدار ضخيم فولادي و آرماتور تسليح، قابليت انتقال و پخش بار به لايه‌هاي مقاوم زيرين و نيز كنترل نشست به دليل سختي بالاي فولاد و تسليح عمقي خاك را دارد و از سوي ديگر بدليل تزريق دوغاب سيمان، مشخصات مكانيكي خاك، نظير سختي، تراكم پذيري، ظرفيت باربري، ضريب اصطكاك و چسبندگي و غيره را بهبود مي‌بخشد. لذا ميكروپايل در مقايسه با ساير روشها مانند حفاري و تزريق، تثبيت خاك با سيمان و يا آهك، تراكم ديناميكي، استفاده از زمين مصنوع‌ها (ژئوسنتتيك) كه صرفاً خصوصيات مكانيكي خاك را تغيير مي‌دهند و يا استفاده از شمع كه صرفاً به عنوان عنصر باربر عمل مي‌كند، بدليل عملكرد مركب (استفاده از عناصر باربر و اصلاح خاك) داراي برتري مي‌باشد. لازم به ذكر است، بعلت تزريق دوغاب سيمان و افزايش چشمگير چسبندگي جدار ميكروپايل به توده خاك و بهبود مشخصات رفتاري خاك، استفاده از ميكروپايل با قطر كم و با عمق نفوذ كمتر نسبت به شمع‌هاي بتني يا فولادي قطور و عميق، قابليت تامين باربري لازم و كنترل نشست پي را خواهد داشت. همچنين بايستي توجه نمود كه عمليات كوبش ميكروپايلها باعث انتقال انرژي جنبشي و ارتعاشي به توده خاك گرديده و منجر به تحكيم و تراكم توده خاكي اطراف ميكروپايل خواهد شد. اين امر به خصوص در خاكهاي دانه‌اي مشهودتر مي‌باشد. همچنين در شرايطي كه به علت وجود لايه‌هاي متراكم زيرسطحي (نظير آنچه در پروژه حاضر وجود دارد)، كوبش شمعهاي قطور مشكل يا غير ممكن مي‌باشد، كوبش ميكروپايل با قطر كوچك مي‌تواند بهترين راه حل باشد.

d. تضمين كيفيت عملكرد

انجام تست بارگذاري ميكروپايل با روشهاي ساده و ارزان يكي از مزاياي بسيار بزرگ اين روش در مقايسه با روشهاي ديگر نظير اجراي شمعهاي قطور بتني يا فولادي يا ستونهاي شني مي‌باشد. با توجه به باربري كمتر ميكروپايلها نسبت به شمعهاي قطور و عميق، انجام تست بارگذاري با استفاده از جكهاي سبك، با تامين نيروي عكس العمل تكيه‌گاهي كافي، با دقت بالا و به سادگي امكان‌پذير خواهد بود. با استفاده از نتايج تست بارگذاري ريزشمع، امكان بررسي رفتار، ميزان باربري، نشستهاي الاستيك و تغيير شكلهاي پسماند در حين بارگذاري وجود خواهد داشت. بدين ترتيب امكان ارزيـابي صحت و سقم فرضيات طراحي فراهم گرديده و امكان تعديل و تغيير طرح، تعداد و چيدمان ميكروپايلها با توجه به مشاهده رفتار واقعي و ميزان باربري نهايي آنها در محل وجود خواهد داشت.

e. مدت زمان اجرا

همانگونه كه قبلاً ذكر گرديد، اجراي ميكروپايل بدليل سهولت فراوان اجرايي، امكان اجرا در چند جبهه مختلف كاري و اجراي پي در پي و همزمان كليه مراحل ساخت، در مقايسه با روشهاي ديگر از سرعت بسيار بالايي برخوردار خواهد بود. همچنين عدم نياز به امكانات خاص براي تجهيز و در نتيجه عدم اتلاف وقت جهت آغاز عمليات اجرايي در مقايسه با ساير روشها، از مزيتهاي اين روش به حساب مي‌آيد.

با تشکر از همکاری دکتر محسن صابرماهانی مدیر عامل محترم شرکت خدمات بهسازي خاك سامان

منبع:www.pile.ir

نویسنده :«احسان غرقابي_مدير سایت» سه شنبه 1388/02/29 1:1 قبل از ظهر

. .