بهسازی خاک به روش میکروپایل یا تزریق تحکیمی (ریز شمع)

میکروپایل به شمع‌های با قطر کوچک (کمتر از mm300) اطلاق می‌گردد که غالباً با تسلیح فولادی سبک و تزریق دوغاب سیمان همراه می‌باشند. میکروپایل علاوه برآنکه به عنوان یک المان باربر و مقاوم در برابر نشست عمل می‌کند، بدلیل تزریق دوغاب سیمان، سبب بهبود مشخصات مکانیکی (مقاومتی و رفتاری) خاک اطراف نیز می‌گردد.

»» تاریخچه

تاریخچه ابداع میکروپایل به اوایل دهه پنجاه میلادی، زمانی که اروپا با خیل عظیمی از ساختمانهای 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 که در چنین شرایطی ابداع میکروپایل توسط Fondedile پیمانکار مشهور ایتالیایی صورت پذیرفت که بدلیل ویژگیهای منحصر به فرد، این روش گسترش فراوانی یافت.

در آغاز استفاده از میکروپایلها تنها در بهسازی بستر ضعیف ساختمانها مورد توجه قرار داشت. لیکن رفته رفته و با توسعه و اجرای این روش در کشورهای مختلف، دامنه کاربرد آنها به دیگر عرصه‌های مهندسی ژئوتکنیک نظیر پایدارسازی شیبها، مقابله با روانگرایی و ... نیز کشیده شد.

در حال حاضر، دستورالعمل ارائه شده توسط (U.S.FHWA) بعنوان مرجع قابل قبول و مورد استفاده طراحان و پیمانکاران اجرای میکروپایل می‌باشد.

»» دامنه کاربرد

در اغلب پروژه ها با توجه به مطالعات ژئوتکنیک انجام شده در ساختگاه و شناسایی لایه‌های تحت‌الارضی، مشخصات ژئوتکنیکی ساختگاه پروژه تعیین می گردد. سپس با انجام تحلیل‌های روانگرایی در اعماق مختلف خاک محل، پتانسیل روانگرایی ساختگاه درصورت وقوع زلزله مورد ارزیابی قرار می گیرد. با وقوع روانگرایی و زائل شدن مقاومت برشی خاک، نشستهای بسیار بزرگی به پی سطحی ساختمان تحمیل می شود که می‌تواند منجر به آسیب‌دیدگی جدی سازه و عناصر غیرسازه‌ای بنا و نهایتاً تخریب آن گردد. از طرف دیگر در برخی از پروژه ها در بحث فنی، تأمین باربری ستونهای روی پی و انتقال بار به لایه‌های عمیق‌تر مورد نظر بوده و عامل تعیین کننده برای انتخاب طرح، گذشته از بحث های اجرایی و اقتصادی می باشد. پس در حالت کلی میکروپایل در بعد فنی در دو رویکرد جلوگیری از وقوع روانگرایی و تأمین باربری ستونهای روی پی و انتقال بار به لایه‌های عمیق‌تر سودمند واقع می شود و به عنوان یک گزینه مطلوب توسط مهندسان ژئوتکنیک پیشنهاد می گردد.

در رویکرد ابتدایی و در ارتباط با ساختمانها، بسته به وزن سازه و شرایط ژئوتکنیکی محل، اغلب در 10 متری اعماق نزدیک به سطح زمین روانگرایی خطرناک بوده و در اعماق بیش از 10 متر تاثیرات روانگرایی بر سازه کم خواهد بود. بنابراین اگر هدف از اجرای میکروپایل مقابله با پدیده روانگرایی باشد، عمق بهسازی بایستی بگونه‌ای انتخاب گردد که ضمن تضمین رفتار مناسب خاک در شرایط بحرانی نظیر زلزله و تأمین مقاومت پی در برابر اضافه بارهای وارده و جلوگیری از نشستهای ناهمگن، از نظر اقتصادی نیز مقرون به صرفه باشد. از طرف دیگر معیار بعدی جهت تعیین عمق مناسب فرو رفت میکروپایل را می توان مشاهدات میدانی ناشی از کوبش میکروپایل در خاک و ثبت تغییرات سرعت فرو رفت براساس تعداد ضربات کوبش (انرژی وارده) دانست. بنابراین با پیشرفت کار عمق طراحی متناسب با شرایط زمین قابل تغییر و تعدیل بوده و این قابلیت از محاسن اجرای میکروپایل می‌باشد، چرا که کوبش هر میکروپایل با توجه به مشابهت با آزمایش نفوذ استاندارد (SPT) اطلاعات بسیار مفیدی در رابطه با تغییر مشخصات خاک در نقاط مختلف عمق در اختیار قرار می‌دهد.

در رویکرد دوم، در صورتیکه قرار باشد اجرای میکروپایل بهمراه تزریق دوغاب سیمان علاوه بر بهبود مشخصات مقاومتی خاک در مقابل روانگرایی، نقش تأمین باربری ستونهای روی پی و انتقال بار به لایه‌های عمیق‌تر را نیز ایفا نماید، طول میکروپایل متناسب با ظرفیت باربری لازم محاسبه خواهد گردید. در این میان با انتخاب روش اجرای میکروپایل بهمراه تزریق دوغاب سیمان برای پروژه مورد نظر، بررسی چیدمان ریزشمع ها در پلان و محاسبه عمق بهینه آنها، به عنوان مهمترین عناصر طرح بهسازی مطرح می‌باشند. بدین ترتیب نظم در چیدمان ریزشمعها باعث توزیع یکنواخت عکس‌العمل تکیه‌گاهی در زیر پی ساختمان گردیده و پیکرة سازه‌ای پی فوقانی نیز بر این اساس بصورت همگن و بهینه طرح خواهد گردید. عوامل مؤثر در طرح چیدمان میکروپایل ها به طور کلی عبارتند از:
موقعیت پی‌ها و ستون‌ها ، نحوه توزیع و مقدار بارهای گسترده و متمرکز ، پارامترهای مقاومتی و ظرفیت باربری خاک ، نفوذپذیری خاک ، عمق ریزشمع‌ها و مشخصات هندسی و سازه‌ای پی سازه

بطور کلی کاربرد میکروپایل ها در مهندسی ژئوتکنیک مشتمل بر دو بخش "استفاده در بستر پی سازه‌ها" و "اصلاح و بهسازی برجای خاک" می‌باشد.

 » اصلاح و بهسازی خاک
 
   ۱. پایدارسازی شیبها    ۲. ساخت دیواره‌های نگهبان    ۳. مقابله با روانگرایی    ۴. افزایش مقاومت توده خاک با اهداف‌خاص نظیر تونلسازی و ...    ۵. حفاظت شیمیایی بخشهای مدفون سازه‌ها

 

   » پی سازه های جدید و موجود
 
   سازه‌های جدید

سازه‌‌های موجود 

 ۱. کاهش نشست  ۱. کنترل نشست پی‌  ۲. افزایش باربری فشاری

۲. کنترل باربری پی‌

 ۳. تامین باربری کششی

۳. تعمیر یا جایگزینی پی‌

 ۴. افزایش باربری جانبی  ۴. کنترل شستگی پی‌    ۵. مقاوم سازی لرزه‌ای پی‌    

بهسازی پی ساختمانهای قدیمی ساخت و ساز مجاور ساختمان های موجود مقاوم سازی لرزه ای پی سازه های موجود پی سازه های جدید

بهسازی و نوسازی پی های آسیب دیده پایدار سازی شیروانیها

حفاظت شیمیایی بخش های مدفون سازه ساخت دیوارهای حایل

عکس های تکمیلی

بهسازی پی سازه موجود جهت کاهش نشست بهسازی پی سازه موجود جهت کاهش نشست استفاده از میکروپایل در زیر پی سازه های جدید بهسازی پی سازه موجود جهت کاهش نشست اجرای میکروپایل در داخل ساختمان- کاهش نشست استفاده از میکروپایل در زیر پی سازه های جدید

»» روش اجرای میکروپایل

روش اجرای میکروپایل مشتمل بر چهار مرحله حفاری (در صورت نیاز)، لوله‌کوبی، تزریق و تسلیح می‌باشد که مراحل اجرای آن در زیر تشریح شده است .

 

۱. حفاری

در صورتیکه امکان کوبش لوله‌های میکروپایل از ابتدا به دلایل مختلف نظیر وجود کف‌سازی، بتن مگر، لایه متراکم خاک و غیره میسر نباشد، می‌بایست 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. حفـاری می‌بایست تا عمـقی که امکان کوبش میسر گردد، ادامه یابد. بعضاً حفاری در کل ارتفاع میکروپایل نیز صورت می‌گیرد.

 

حفاری(اجرای میکروپایل بصورت مایل) حفاری(اجرای میکروپایل بصورت قائم) حفاری(اجرای میکروپایل بصورت مایل) حفاری(اجرای میکروپایل بصورت قائم)

۲. لوله‌کوبی

به منظور استقرار لوله‌های میکروپایل در محل گمانه، غالباً از عملیات لوله‌کوبی استفاده می‌گردد. برای این منظور در مرحله اول عملیات از لوله نوک‌تیز میکروپایل استفاده می‌شود و  پس از فرو رفتن لوله اول، لوله دوم به لوله اول متصل گردیده و کوبیده می‌شود و عملیات‌کوبش به همین منوال 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 لوله ها میسر باشد ادامه می‌یابد و اگر در ازای 30 ضربه متوالی لوله‌کوب، لوله بیشتر از 10سانتی‌متر 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 گردد.

لوله های میکروپایل به قطر خارجی 76 میلیمتر و قطر داخلی 68 میلیمتر در قطعات دو متری می‌باشند. این لوله‌ها به وسیله بوشن و جوش به یکدیگر متصل می‌شوند. هر میکروپایل دارای 80 سوراخ به قطر 8 میلیمتر، در هر مترطول می باشد. محیط داخلی لوله ها بایستی برقوزده‌ باشد تا در تزریق دوغاب اثرات منفی نداشته باشد.

لوله میکروپایل با دیواره مشبک(در طولهای۲ متری) نصب یک قطعه فولاد ضربه گیر در ابتدای لوله لوله کوبی در درون ساختمان جوش لب به لب دو لوله بهم لوله نوک تیز میکروپایل جهت شروع لوله کوبی عملیات لوله کوبی افزودن لوله جدید با بوشن های رزوه شده و جوش شکل نهایی اتصال دو لوله بهم

۳. تزریق

عملیات تزریق دوغاب سیمان بایستی با دقت در بخش ساخت دوغاب و تزریق آن صورت گیرد.مجموعه دستگاههای تزریق از سه بخش میکسر اولیه، میکسر ثانویه و پمپ تزریق تشکیل می‌گردد.اختلاط در میکسر اولیه از نوع سیستم چرخش سریع آب(circulation)می باشد و میکسر ثانویه از نوع پره ای می باشد.

ساخت دوغاب تزریق در همزن های میکسر اولیه صورت می گیرد. ابتدا آب به میزان مورد نظر ریخته شده و سپس متناسب با نسبت آب به سیمان (WCR) مورد نیاز، سیمان به آن افزوده می شود. زمان حداقل هم زدن دوغاب سیمان، 30 ثانیه می باشد. نسبت آب به سیمان مورد استفاده با توجه به شرایط زمین بین 5/0 تا 5/1مطلوب می باشد. پس از آماده شدن دوغاب، جهت نگهداری، دوغاب در داخل همزن ثانویه ریخته شده و سپس بوسیله پمپ های تزریق مخصوص تزریق می گردد.

به دلیل اینکه دوغاب سیمان باید تحت فشار زیاد در لایه های خاک نفوذ کند ، جهت تزریق دوغاب سیمان 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. 

مثلا مرحله اول بستن پکر برای ریزشمع 8-10 متری در عمق 6 متری گمانه بوده و  پس از اتمام عملیات تزریق عمق 6 متری، پکر در عمق 4 متری بسته می‌شود و پس از اتمام تزریق در این مرحله، پکر در عمق 2 متری بسته می‌شود و نهایتاً پس از تزریق در این مرحله، پکر سرچاهی بسته می‌شود و عملیات تزریق به اتمام می‌رسد. در صورتیکه نشتی دوغاب از سطح یا میکروپایل های جانبی مشاهده شود، عملیات تزریق متوقف می گردد.
در صورتی که درون لوله میکروپایل قبل از تزریق دوغاب سیمان ،کثیف باشد باید توسط فشار آب یا هوای فشرده درون لوله تمیز شود.

۱.۳مشخصات تزریق:

۱.۱.۳فشار تزریق:
فشار تزریق در مراحل مختلف تزریق، در اعماق مختلف، تحت تاثیر جنس زمین و شرایط ژئوتکنیکی می تواند متغیر باشد. حداکثر فشار تزریق به 10 اتمسفر محدود می گردد. 

 
۲.۱.۳مقدار سیمان مصرفی:
باتوجه به شرایط ژئوتکنیکی و میزان باربری طراحی ریزشمع ها، مقدار سیمان برآوردی معادل هر مترطول میکروپایل تا 100 کیلوگرم می تواند باشد. البته باتوجه به این امر که باید تزریق تا فشار 10 اتمسفر ادامه یابد، لذا ممکن است مقدار سیمان از برآورد اولیه بیشتر گردد.
 
۳.۱.۳نسبت آب به سیمان دوغاب تزریق:
نسبـت آب به سیمان در دوغــاب تـزریـق مـورد استفـــاده، بیـن 5/0 تا 5/1 در شرایط عادی و نسبت آب به سیمان دوغاب در شرایط دیگر از 67/0 تا 1 می تواند متغیر  باشد. قابل ذکر است که نسبت دوغاب در هر بخش به پیشنهاد پیمانکار و تایید دستگاه نظارت تعیین می گردد.

۴.۱.۳نوع سیمان مصرفی:
نوع سیمان مصرفی در ملات تزریق سیمان از نوع سیمان پرتلند تیپ دو و یا سیمان تیپ پنج با توجه به شرایط شیمیایی محل مورد نظر تعیین می گردد. 
 
۵.۱.۳ آب مصرفی:
آبی که در تهیه دوغاب تزریق بکارمی‌رود، باید تمیز و صاف بوده و دارای کلیه شرایط لازم برای آب مصرفی در ساخت بتن باشد. آب مصرفی بایستی عاری از هر نوع ماده‌ای از قبیل اسیدها، قلیا‌ها، مواد قندی، نمک‌ها و مواد آلی که منجربه ایجاد صدمه‌ به بتن می شود، باشد. آب مورد استفاده در ساخت دوغاب تزریق باید دارای ذرات جامد معلق کمتر از 2/0 درصد، مواد محلول کمتر از 5/3 درصد، درصد کلر کمتر از 1 درصد، درصد سولفات کمتر از 3/0 و درصد قلیایی کمتر از 06/0 باشد. در حالت کلی آب قابل شرب جهت ساخت دوغاب مناسب می‌باشد.

ساخت دوغاب سیمان جهت تزریق جاگذاری پکر جهت تزریق دوغاب به درون لوله نمونه از تزریق دوغاب سیمان در لایه های خاک پمپاژ آب به درون لوله میکروپایل جهت خروج گل و لای درون آن تزریق تحت فشار دوغاب به درون لوله میکروپایل  بهبود خواص خاک بعد از تزریق دوغاب سیمان

۴. تسلیح و نصب فلنج

 گام نهایی در اجرای میکروپایل، عملیات جاگذاری آرماتور تسلیح در داخل لوله میکروپایل و نصب فلنج (در صورت نیاز) می‌باشد. بدیهی است که آرماتور تسلیح می‌بایست قبل از گیرش سیمان، در داخل گمانه نصب شود. فلنج که به منظور ایجاد اتصال کامل بین میکروپایل و بتن فونداسیون و همچنین جلوگیری از برش پانچ سر میکروپایل در داخل بتن پی بکار می‌رود، می‌بایست در آخرین مرحله به آرماتور تسلیح میکروپایل جوش شود .

 

نصب آرماتور تسلیح قبل از گیرش سیمان نمونه ای از میکروپایل آماده نصب فلنج نمایی از اجرای میکروپایل در زیر فونداسیون

»» عکس های تکمیلی
 

   ریختن بتن مگر نمونه ای از اجرای میکروپایل در زیر پی نحوه اتصال میکرو پایل به فونداسیون نحوه اتصال میکرو پایل به فونداسیون    ریختن بتن مگر نمونه ای از اجرای میکروپایل در زیر پی نحوه اتصال میکرو پایل به فونداسیون نحوه اتصال میکرو پایل به فونداسیون

>>> آزمایشهای مورد نیاز برای تدقیق فرضیات طراحی

به طور کلی با توجه به کارکرد در نظر گرفته شده برای میکروپایل و برای اطمینان از فرض های طراحی صورت گرفته، آزمایشهای مختلفی می توان انجام داد. این آزمایشها عبارتند از:

/ 0 نظر / 74 بازدید