ریزشمع (میکروپایل)

با توجه به اینکه هر سازه ای که بر روی زمین ساخته میشود نهایتا روی خاک قرار خواهد گرفت لذا شناسایی ویژگی های بستر محل پروژه و تامین ظرفیت باربری و محدود کردن نشست های بستر با توجه به سربار آن سازه جهت طراحی فونداسیون از مهمترین دغدغه های مهندسین ژئوتکنیک است. این مورد زمانی مشکل ساز خواهد شد که خاک بستر ضعیف بوده و یا پارامترهای مقاومتی آن متناسب با سربار وارده نباشد و نیاز به بهسازی زمین پروژه با در نظر گرفتن شرایط موجود باشد. به طور کلی در مواجهه با خاکهای مسئله دار نظیر خاکهای سست با قابلیت باربری کم، نشست‌پذیری زیاد، مستعد روانگرایی، خاکهای دستی و … دو راه پیش روی مهندسین ژئوتکنیک قرار دارد:

الف) استفاده از المانهای باربر در خاک

ب) بهسازی خاک و اصلاح خواص فیزیکی – مکانیکی توده آن.

هر یک از راه حل های فوق دارای روشها و مشخصات مربوط به خود می باشند که طی سالیان متمادی توسعه فراوانی یافته اند. برخی از تکنیک های ابداعی نیز ماهیتی ترکیبی از دو دسته فوق داشته و مزایای هر دو دسته را تا حدودی به همراه دارند. از آن دسته می توان به استفاده از میکروپایل (ریزشمع) ها به همراه تزریق دوغاب سیمان اشاره نمود.

شمع ها عموماً به دو گروه اصلی شمعهای جابجایی و شمعهای جانشینی تقسیم می شوند. میکروپایل (ریزشمع) ها در واقع شمعهای جانشینی کوچکی هستند (معمولا با قطر کمتر از ۳۰۰ میلیمتر) که غالباً با تقویت فولادی سبک و تزریق دوغاب سیمان همراه می باشند در حالی که در ایران به طور معمول قطر آنها در حدود ۸ تا ۱۵ سانتیمتر است. میکروپایل ها (ریزشمع) می توانند با هر زاویه ای طراحی و اجرا شوند و برای مقاصد متفاوتی از جمله تحمل بارهای محوری و جانبی، جایگزینی شمع های معمولی یا به عنوان جزئی از سیستم ترکیبی خاک و شمع، بسته به هدف طراح به کار برده ‌شوند.

اجرای ریزشمع یا میکروپایل جهت بهسازی خاک بستر-پروژه یادمان شهدای بندرعباس شرکت ابرند

میکروپایل (ریزشمع) علاوه بر آنکه به عنوان یک المان باربر و مقاوم در برابر نشست عمل می‌کند، به دلیل تزریق دوغاب سیمان، سبب بهبود مشخصات مقاومتی خاک اطراف نیز می گردد.

اجزای سیستم میکروپایل (ریزشمع) در ایران شامل لوله جداری، آرماتور تسلیح، فلنج اتصال به پی و دوغاب سیمان است. لوله جداری در فواصل مناسب دارای سوراخ بوده که امکان تزریق تحت فشار در داخل خاک را فراهم می کند.

 

تاریخچه استفاده از میکروپایل یا ریزشمع

میکروپایلها (ریزشمع ها) در اوایل دهه ۱۹۵۰ در ایتالیا به منظور تقویت پی ساختمان های تاریخی و آثار باستانی، که به مرور زمان و به خصوص در طول جنگ جهانی دوم دچار آسیب شده بودند، ابداع شدند. پیمانکار ایتالیایی به نام فوندیل اولین بار شمعهای ریشه ای را معرفی نمود. این شمع های درجا ریز کوچک دارای قطر کمی ‌بودند که غالباً با مسلح کننده فولادی سبک و تزریق دوغاب سیمان تقویت شده بودند.

جاگذاری میکروپایل زیر شالوده جهت کاهش نشست سازه

در ابتدا، اغلب کاربرد میکروپایلها (ریزشمع ها) به تقویت زیر سازه های موجود در محیط های شهری محدود می شد؛ ولی در سال ۱۹۵۷ نیازهای جدید مهندسی منجر به معرفی سیستمهای جدید موسوم به میکروپایل های (ریزشمع) زنبوری گردید. این سیستم همان گونه که در شکل زیر نشان داده شده است شامل شبکه ای سه بعدی از میکروپایل‌های قائم و مورب بوده که یک سازه ترکیبی از خاک و شمع را ایجاد می نمایند و به طور جانبی محدود شده است.

نمونه ای از جاگذاری میکروپایل های زنبوری

فوندیل در سال ۱۹۶۲ از این روش برای تقویت ساختمان های تاریخی انگلستان استفاده نمود. همچنین در سال ۱۹۶۵، این روش در سیستم حمل و نقل زیرزمینی درون شهری آلمان مورد استفاده قرار گرفت که پس از آن اصطلاح میکروپایل (ریزشمع) جایگزین نام شمع ریشه ای گردید. از این میکروپایل ها (ریزشمع)، برای پایدار سازی شیب ها، مسلح کردن دیوارهای ساحلی، حفاظت از سازه های مدفون، مسلح کردن خاک و در سایر روشهای تقویت خاک و سازه استفاده می شود.

کاربردهای میکروپایل یا ریزشمع

با توجه به توضیحات ارائه شده، می توان کاربرد میکروپایل ها (ریزشمع) را به طور کلی در دو بخش زیر بیان نمود:

۱- استفاده از میکروپایل (ریزشمع) به عنوان المان باربر

۲- استفاده از میکروپایل (ریزشمع) با هدف بهسازی خاک

کاربرد اولیه و اصلی میکروپایل (ریزشمع) به عنوان المان باربر است. مطالعات زیادی در این زمینه صورت پذیرفته است و روش های طراحی آن نیز در مراجع مختلف موجود است. اما برخلاف بخش اول، استفاده از میکروپایل ها با هدف بهسازی خاک موضوعی جدید است که در طی سالیان اخیر مطرح شده و مطالعات محدودی بر روی آن انجام شده است. در حال حاضر در ایران، میکروپایل ها در چهار بخش زیر استفاده می شوند:

  1. استفاده به عنوان المان باربر در زیر پی ساختمان ها و سایر روسازه ها (کوله پلها، مخازن نفت و گاز و…)
  2. استفاده به عنوان المان باربر برای ترمیم پی ساختمان های قدیمی
  3. استفاده با هدف بهسازی خاک و افزایش پارامترهای مقاومتی و رفتاری آن
  4. استفاده با هدف بهسازی خاک و مقابله با پدیده روانگرایی

مبانی طراحی میکروپایل (ریزشمع)

اصول محاسبات مهندسی میکروپایل (ریزشمع) تابع نوع کاربری میکروپایل (ریزشمع) و به تبع آن نحوه رفتار آن می باشد. در شرایطی که میکروپایل ها (ریزشمع)‌ با هدف تحکیم و بهسازی بستر پی سازه‌ها مورد استفاده قرار می گیرند، محاسبات فنی میکروپایل (ریزشمع) مشابه با محاسبه شمع‌های متداول است. این محاسبات مبتنی بر سه بخش طرح سازه‌ ای (Structural Design)، طرح ژئوتکنیکی (Geotechnical Design) و کنترل برش پانج (Cone Shear) می‌باشد.

در طرح سازه‌ای، ظرفیت باربری المان های میکروپایل (ریزشمع) 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 (ریزشمع) باشد.

در طرح ژئوتکنیکی، مقاومت اصطکاکی جداره میکروپایل (ریزشمع) با خاک اطراف محاسبه می گردد. این مقاومتِ اصطکاکی می بایست با ضریب اطمینان مناسبی، بالاتر از بار وارده باشد تا امکان جدایی میکروپایل (ریزشمع) از خاک قبل از وقوع تسلیم عوامل مسلح کننده میسر نگردد.

در گام نهایی طرح، با توجه به این امر که میکروپایل ها (ریزشمع)‌ 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.

قراردادن cap در بالای میکروپایل جهت جلوگیری از برش پانچ

روش‌های طراحی

  • روش طراحی بار مجاز (SLD) یا تنش مجاز

در این روشِ طراحی که اغلب مورد استفاده مهندسان ژئوتکنیک قرار می‌گیرد، بار مجاز همواره از بار طراحی بزرگتر می باشد.

  • روش طراحی ضرایب بار یا مقاومت (LFD)

در این روش با استفاده از ضرایب افزایش بار و کاهش مقاومت، طراحی به گونه ای انجام می‌گیرد که همواره مقاومت طراحی از مقاومت مورد نیاز بزرگتر باشد.

در هر دو روش طراحی با اعمال ضریب اطمینان سعی می شود، عدم قطعیت های موجود در بارگذاری و خصوصیات خاک و مصالح که از ماهیت تصادفی ذاتی آن ها ناشی می شود، جبران گردد.

طبقه بندی میکروپایل (ریزشمع)

طراحی میکروپایل (ریزشمع) منفرد یا گروه میکروپایل (ریزشمع)، با طراحی میکروپایل (ریزشمع) های زنبوری بسیار متفاوت است. این امر سبب شده است تا دو دسته طراحی برای میکروپایل ها تعریف شود. در دسته اول، میکروپایل‌ها مستقیماً بارگذاری شده و مسلح کننده ها قسمت اعظم بار اعمالی را تحمل می نمایند. در دسته دوم، میکروپایل ها به صورت شبکه ای درون خاک قرار گرفته و ایجاد یک سیستم ترکیبی خاک مسلح می نمایند که بارهای اعمالی را تحمل می نماید. این سیستم ترکیبی همان شبکه میکروپایل (ریزشمع) های زنبوری می باشد.

اجرای میکروپایل جهت تحمل بارهای محوری و جانبی

در دسته اول، میکروپایل ها به عنوان جایگزین شمع های سنتی برای انتقال بار سازه به لایه های مقاوم زیرین استفاده می شوند. این میکروپایل ها به گونه ای طراحی می شوند که عملکرد منفرد داشته باشند حتی اگر به صورت گروهی اجرا شوند. لازم به ذکر است که بیش از 90% طراحی و اجرای میکروپایل ها در سطح بین المللی در قالب دسته اول و عملکرد منفرد آنها صورت میگیرد.

در دسته دوم میکروپایل ها دارای تقویت سبک تر می باشند زیرا مسلح کننده ها، مانند دسته اول مستقیماً تحت بارگذاری قرار نمی گیرند و این توده خاک و شمع است که بارهای اعمالی را تحمل می نماید. علاوه بر این دو دسته، نوع دیگری از میکروپایل ها در ایران استفاده می شود که به میکروپایل «تحکیمی» معروف است. میکروپایل تحکیمی از لحاظ فلسفه رفتاری شبیه میکروپایل های شبکه ای است با این تفاوت که در آن از آرماتور تسلیح استفاده نمی شود. تزریق دوغاب سیمان بخش اصلی میکروپایل تحکیمی است که با استفاده از آن پارامترهای مقاومتی و رفتاری خاک افزایش پیدا می کند.

 

مراحل اجرای میکروپایل (ریزشمع)

اجرای سیستم میکروپایل (ریزشمع) شامل مراحل حفاری گمانه، قراردادن لوله جداری در خاک (لوله کوبی)، تزریق دوغاب سیمان، قراردادن آرماتور تسلیح و نصب فلنج اتصال است که در ادامه توضیح داده می شوند.

حفاري

به صورت کلی لوله های میکروپایل از دو طریق کوبش و یا حفاری جاگذاری می شوند. جاگذاری از طریق کوبش به دلیل اصطکاکی که بین لوله ها و جدار خاک پیرامون آنها ایجاد می شود و تاثیر آن در افزایش فشار تزریق دوغاب سیمان، باعث ارتقا قابل ملاحظه عملکرد باربری میکروپایل ها می شود. جاگذاری از طریق حفاری باعث ایجاد دست خوردگی در لایه های مختلف خاک می شود و می بایست در عمل قطر بیشتری نسبت به قطر خارجی لوله ها حفاری نمود. به همین دلیل صرفا در شرایطی که کوبش لوله میسر نباشد (عمدتاً در اعماق زیاد) از عملیات حفاری استفاده می شود. عمليات حفاري به روش‌هاي مختلف نظير حفاري دوراني(Rotary) و يا دوراني- ضربه‌اي (D.T.H) صورت مي‌پذيرد.

مراحل اجرای میکروپایل در خاک

لوله‌كوبي

پس از حفاري، لوله هاي میکروپایل در محل هاي مشخص شده و توسط دستگاه هاي لوله كوب كوبيده مي شود. لوله قطعه اول به صورت سرنيزه بوده و قطعات بعدي به ترتيب توسط بوشن و جوش كاملا بهم متصل می شوند. عمليات کوبش تا زمانی که امکان کوبيدن لوله ها ميسر باشد ادامه می‌يابد و اگر در ازای ۳۰ ضربه متوالی لوله‌كوب، لوله بيشتر از ۱۰سانتي‌متر فرو نرود، عمليات کوبش لوله میکروپایل (ریزشمع) متوقف می گردد. در اين حالت تا تحقق عمق طراحي، حفاري انجام شده و سپس لوله هاي مربوط به ريزشمع در درون گمانه نصب مي گردد.

لوله هاي میکروپایل (ریزشمع) به قطر خارجي ۷۶ ميليمتر و قطر داخلي ۶۸ ميليمتر در قطعات دو متري مي‌باشند. اين لوله‌ها به وسيله بوشن و جوش به يكديگر متصل مي‌شوند. هر میکروپایل داراي ۸۰ سوراخ به قطر ۸ ميليمتر، در هر مترطول مي باشد. محيط داخلي لوله ها بايستي به گونه ای باشد تا در تزريق دوغاب اثرات منفي نگذارد.

تزریق

دستگاه های تزريق از سه بخش ميكسر اوليه، ميكسر ثانويه و پمپ تزريق تشكيل می شود. اختلاط در میکسر اولیه از نوع سیستم چرخش سریع آب (circulation) بوده و میکسر ثانویه از نوع پره ای می باشد. ساخت دوغاب تزريق در میکسر اولیه صورت می گیرد بدین صورت که ابتدا آب به ميزان مورد نظر در میکسر ريخته شده و سپس متناسب با نسبت آب به سيمان مورد نياز، سيمان به آن افزوده مي شود. زمان حداقل هم زدن دوغاب سيمان، ۳۰ ثانيه مي باشد. نسبت آب به سيمان مورد استفاده با توجه به شرايط زمين بين ۵/۰ تا ۵/۱ مطلوب مي باشد. پس از آماده شدن دوغاب، جهت نگهداري، دوغاب در داخل میکسر ثانويه ريخته شده و سپس به وسيله پمپ هاي تزريق مخصوص تزريق مي گردد. جهت تزریق دوغاب در لوله های میکروپایل (ریزشمع) از شیلنگ های مخصوصی به نام پکر استفاده می شود که هنگام تزریق، پکر به جداره لوله می چسبد و مانع از خروج دوغاب می شود. بطور مثال مرحله اول بستن پكر براي میکرو پایل ۸-۱۰ متري در عمق ۶ متري گمانه بوده و پس از اتمام عمليات تزريق عمق ۶ متري، پكر در عمق ۴ متري بسته مي‌شود و پس از اتمام تزريق در اين مرحله، پكر در عمق ۲ متري بسته مي‌شود و نهايتاً پس از تزريق در اين مرحله، پكر سرچاهي بسته مي‌شود و عمليات تزريق به اتمام مي‌رسد. در صورتيكه نشتي دوغاب از سطح يا میکروپایل هاي جانبي مشاهده شود، عمليات تزريق متوقف مي گردد.

مشخصات تزریق

فشار تزريق: فشار تزريق در مراحل مختلف تزريق، در اعماق مختلف، تحت تاثير جنس زمين و شرايط ژئوتكنيكي مي تواند متغير باشد. حداكثر فشار تزريق به ۱۰ اتمسفر (1 مگا پاسکال) محدود مي گردد.

مقدار سيمان مصرفی: باتوجه به شرايط ژئوتكنيكي و ميزان باربري ريزشمع ها، مقدار سيمان برآوردي معادل هر مترطول میکروپایل (ریزشمع) تا ۱۰۰ كيلوگرم مي تواند باشد. البته باتوجه به اين امر كه بايد تزريق تا فشار ۱۰ اتمسفر ادامه يابد، لذا ممكن است مقدار سيمان از برآورد اوليه بيشتر گردد.

نسبت آب به سيمان: نسبـت آب به سيمان در دوغــاب تـزريـق مـورد استفـــاده، بيـن ۵/۰ تا ۵/۱ در شرايط عادي و نسبت آب به سيمان دوغاب در شرايط ديگر از ۶۷/۰ تا ۱ مي تواند متغير باشد. شایان ذكر است كه نسبت دوغاب در هر بخش به پيشنهاد پيمانكار و تاييد دستگاه نظارت تعيين مي گردد.

نوع سيمان مصرفي: نوع سيمان مصرفي در ملات تزريق سيمان از نوع سيمان پرتلند تيپ یک، تیپ دو و يا سيمان تيپ پنج است که با توجه به شرايط شيميايي محل مورد نظر تعيين مي گردد.

آب مصرفی: آبي كه در تهيه دوغاب تزريق بكارمي‌رود، بايد تميز و صاف بوده و داراي كليه شرايط لازم براي آب مصرفي در ساخت بتن باشد. آب مصرفي بايستي عاري از هر نوع ماده‌اي از قبيل اسيدها، قليا‌ها، مواد قندي، نمك‌ها و مواد آلي كه منجربه ايجاد صدمه‌ به بتن مي شود، باشد. آب مورد استفاده در ساخت دوغاب تزريق بايد داراي ذرات جامد معلق كمتر از ۲/۰ درصد، مواد محلول كمتر از ۵/۳ درصد، درصد كلر كمتر از ۱ درصد، درصد سولفات كمتر از ۳/۰ و درصد قليايي كمتر از ۰۶/۰ باشد. در حالت كلي آب قابل شرب جهت ساخت دوغاب مناسب مي‌باشد.

تسليح و نصب فلنج

در صورت اجرای میکروپایل باربر، جاگذاری آرماتور تسليح در داخل لوله ميكروپايل و نصب فلنج ضروری 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 سوراخ کننده سر ميكروپايل در داخل بتن پي بكار مي‌رود، مي‌بايست در آخرين مرحله به آرماتور تسليح ميكروپايل جوش شود.

اجزای تشکیل دهنده ریزشمع یا میکروپایل

طبقه بندی بر اساس روش اجرا

روش تزریق، مهمترین عامل تاثیرگذار بر مقاومت باند بین خاک و دوغاب می باشد. به گونه ای که مقاومت باند به طور مستقیم با تغییر روش تزریق، تغییر می نماید. در این طبقه بندی، معیار، روش تزریق و فشار آن می باشد و استفاده از غلاف و آرماتور تقویت تعیین کننده زیربخش های این طبقه بندی می باشد. همان گونه که در شکل زیر نشان داده شده است، در این طبقه بندی میکروپایل (ریزشمع) ها به ۴ دسته تقسیم می شوند.

نوع A: در این روش اجرا، دوغاب سیمان تحت وزن خودش در محل قرار می گیرد.

نوع B: در این روش، پس از خارج شدن غلاف فولادی حفاری از گمانه، دوغاب سیمان تحت فشار به داخل گمانه تزریق می شود. فشار تزریق معمولا بین ۵/۰ تا ۱ مگاپاسکال تغییر می کند و بایستی به گونه ای باشد که مانع از شکست هیدرولیکی گردد.

نوع C: نوع C یک فرآیند دو مرحله ای را نشان می دهد که در آن ابتدا دوغاب سیمان تحت وزن خودش در داخل حفره قرار می گیرد (همانند نوع A). سپس قبل از سخت شدن دوغاب اولیه (بعد از حدود ۱۵ تا ۲۵ دقیقه)، همان نوع دوغاب از طریق لوله های تزریق مشبک و بدون استفاده از پکر، در محل تماس دوغاب با زمین و در فشار حداقل ۱ مگاپاسکال تزریق می شود. این نوع میکروپایل فقط در فرانسه استفاده می شود.

نوع D: نوع D یک فرآیند دو مرحله ای از تزریق مشابه نوع C، اما با تغییراتی در مرحله دوم می باشد. ابتدا دوغاب سیمان یکنواخت تحت وزن خودش مانند نوع A و C و یا تحت فشار، مانند نوع B در حفره قرار می گیرد. بعد از سخت شدن دوغاب اولیه، دوغاب بعدی از طریق لوله های تزریق مشبک تحت فشار ۲ تا ۸ مگاپاسکال تزریق می شود. در این روش از پکر استفاده می شود تا در صورت نیاز بتوان سطوح خاص را چندین مرتبه اصلاح نمود.

انواع روش های اجرای میکروپایل

شرایط مطلوب خاک برای اجرای میکروپایل (ریزشمع)

عوامل مختلفی در انتخاب میکروپایل (ریزشمع) برای پی سازه و پایداری شیب ها موثرند. این عوامل عبارتند از:

  1. شرایط فیزیکی مثل محدودیت های دسترسی در نواحی دورافتاده یا نزدیکی به ساختمان های موجود
  2. شرایط زیر سطحی مثل شرایط زمین شناسی دشوار یا زمین های مستعد روانگرایی در طی نصب شمع
  3. شرایط محیطی مثل نواحی حساس به لرزش و صدا یا خاک های پر خطر و آلوده
  4. سازگاری با سازه موجود
  5. محدودیت میکروپایل ها
  6. شرایط اقتصادی

شرایط فیزیکی

تجهیزات حفاری و تزریق مورد استفاده برای نصب میکروپایل (ریزشمع)، نسبتاً کوچک هستند و می توانند در نواحی محدود که امکان عبور تجهیزات نصب شمع وجود ندارد، وارد شوند. میکروپایل ها می توانند در داخل دیوارها و پی های با ابعاد چند میلیمتر نصب شوند. نصب آنها تحت تأثیر نیروی فوقانی آنها یا سایر موانع که در نصب شمع ها وجود دارد، نمی باشد. تجهیزات نصب می توانند در نواحی با شیب تند و نیز نواحی دورافتاده حرکت کنند. همچنین عملیات حفاری و تزریق مرتبط با نصب میکروپایل (ریزشمع) ها اگر به شیوه صحیح اجرا گردند، باعث آسیب به ساختمانهای مجاور نمی شود.

شرایط زیرسطحی

میکروپایل ها می توانند در نواحی با شرایط زمین شناسی سخت، متغیر و غیر قابل پیش بینی مثل زمین های دارای قلوه سنگ و تخته سنگ و تاسیسات زیرزمینی، یا وجود واریزه های گوناگون و لنزهای نامرتبی از مواد و اجزای ضعیف نصب شوند. رس های نرم، ماسه های روان و سطح آب زیر زمینی بالا که در روش نصب سنتی شرایط نامساعد تلقی می شوند، کمترین تاثیر را بر روی نصب میکروپایل دارند. میکروپایل ها در سرتاسر جهان در سازندهای آهکی کارستی کاربرد دارند.

شرایط محیطی

میکروپایل ها می توانند در خاکهای پر خطر و آلوده نصب شوند. قطر کوچک آنها باعث کاهش میزان تلفات در هنگام نصب نسبت به شمع های سنتی جانشینی می شود. مخلوط دوغاب می تواند به گونه ای طراحی شود که در برابر فعالیت شیمیایی آب و خاک مقاوم باشد. در طرح اختلاط دوغاب، می توان از افزودنی ها استفاده نمود تا از زوال بتن در محیط های اسیدی و خورنده جلوگیری شود.

میکروپایل ها می توانند در نواحی حساس مثل نواحی با طبیعت شکننده نصب شوند. تجهیزات نصب آنها به بزرگی و یا به سنگینی تجهیزات حفاری و نصب شمعهای معمولی نیست و می تواند در نواحی باتلاقی (لجن زار) یا نواحی دیگر با خاک سطحی نرم و مرطوب، با کمترین تاثیر بر روی محیط استفاده شود. تجهیزات حفاری قابل حمل، به طور متداول در نواحی با دسترسی محدود استفاده می گردد.

نصب میکروپایل، صدا و لرزش کمتری نسبت به تکنیک های رایج نصب شمع های سنتی مانند شمع کوبی ایجاد می نماید. لرزش های ایجاد شده در حین حفاری، ابتدا به خاک و سپس از خاک به ساختمان های مجاور منتقل می شود. استفاده از میکروپایل در نواحی شهری قدیمی و صنعتی، می تواند مانع از ایجاد این اثر مخرب بر تجهیزات و سازه های حساس مجاور شود.

میکروپایل ها می توانند در مناطقی که یک لایه آبدار آلوده بر روی یک لایة باربر قرار دارد، نصب شوند. بر خلاف شمع های کوبشی که ممکن است یک مجرای عمودی برای انتقال آلودگی ایجاد کنند، میکروپایل (ریزشمع) ها می توانند به گونه ای نصب شوند که مانع از آلودگی لایه های آبدار زیرین شوند.

سازگاری با سازه موجود

میکروپایل ها می توانند به کلاهک شمعهای موجود اضافه شوند. بنابراین نیاز به افزایش ابعاد پی از بین می رود. این عمل باعث تامین مقاومت فشاری، کششی و خمشی مورد نیاز اضافی، هنگام افزایش بار سازه می شود. گاهی محدودیت های سازه های مجاور، امکان افزایش ابعاد کلاهک شمع موجود را به ما نمی دهند. بنا براین نیاز به سیستم های معمول نصب شمع از بین می رود.

شرایط اقتصادی

صرفه اقتصادی میکروپایل ها به فاکتورهای بسیاری بستگی دارد. بسیار مهم است که هزینه اجرای میکروپایل (ریزشمع) را با توجه به شرایط فیزیکی، محیطی و زیرسطحی که در بالا توضیح داده شد، ارزیابی شود. به عنوان مثال برای یک سایت با خاک نرم، تمیز و یکنواخت و دسترسی آسان، میکروپایل (ریزشمع) نمی تواند راه حلی قابل رقابت با سایر راه کارها باشد. به هر حال، برای پی سازی حساس در زیر پایه های پل در نواحی مسکونی یا صنعتی قدیمی با ترافیک سنگین، میکروپایل (ریزشمع) می توانند به عنوان راه حلی با صرفه اقتصادی مطرح گردد.

تحلیل هزینه ها بایستی با در نظر گرفتن کلیه هزینه های مربوط به پروژه و نه فقط هزینه های مربوط به نصب شمع، انجام گردد. این هزینه ها ممکن است شامل موارد زیر باشند:

نیازمندی های مربوط به حفاری، شمع کوبی و خاکریزی؛

اجرای پی؛

حمل مصالح پر خطر؛

پایین آوردن سطح آب زیر زمینی؛

کنترل فرسایش؛

محدودیت های دسترسی؛

بهسازی زمین و …

اجرای میکروپایل بصورت Mono Bar

مزایا و معایب استفاده از روش میکروپایل یا ریزشمع

احداث سیستم میکروپایل (ریزشمع) مزایای ویژه ای در مقایسه با سایر روشهای احداث پی و بهسازی خاک دارد که به صورت زیر می توان آنها را بر شمرد:

۱- به تجهیزات کمتری در مقایسه با تجهیزات احداث شمعهای پیش ساخته یا درجا نیاز دارد.

۲- در زمین هایی که فضای کار محدودی دارند می تواند استفاده شود (به طور مثال در زیرزمین سازه های قدیمی یا در زیر عرشه پل ها و …).

۳- سرعت اجرایی بالایی دارد.

۴- کار با تجهیزات آن آسان است.

۵- به دلیل انعطاف پذیری بالا، می تواند در افزایش ظرفیت باربری پی های موجود استفاده شود.

۶- به دلیل کمتر بودن میزان صدا، ارتعاش و لرزش حاصل از نصب در محیط های شهری قابل استفاده است.

۷- انجام آزمایشهای مختلف بر روی آن، مانند آزمایش بارگذاری فشاری، کششی و جانبی آسان است.

اما در برخی شرایط، میکروپایل (ریزشمع) های عمودی ممکن است از لحاظ ظرفیت باربری جانبی و کاهش هزینه ها دارای محدودیت باشند. همچنین فرض می شود به خاطر قطر نسبی کوچک آنها، ظرفیت باربری محوری محدودی داشته باشند. اگرچه در آزمایش، میکروپایل (ریزشمع) ها تا بار محوری ۴۵۰۰ کیلونیوتن در ماسه متراکم را تحمل کرده اند. بنابراین انتظار می رود با تحقیقات و آزمایشات بیشتر بتوان ظرفیت باربری جانبی را نیز افزایش داد. امکان نصب میکروپایل (ریزشمع) به صورت مایل، به طراحان برای رسیدن به ظرفیت باربری جانبی مورد نیاز کمک می کند. هزینه اجرای میکروپایل (ریزشمع) ها معمولا از سیستم های نصب شمع سنتی و به خصوص شمعهای کوبشی بیشتر می باشد. اما در برخی شرایط خاص، میکروپایل ها به عنوان گزینه دارای صرفه اقتصادی و در عین حال تنها راه حل ممکن برای ساخت و اجرای پروژه می باشند. استفاده از میکروپایل (ریزشمع) در پایدارسازی شیبها در ارتفاعهای محدود و بر اساس تجربیات محدود گذشته صورت گرفته است. به خاطر تعداد محدود پروژه های اجرا شده، پیشنهاد می شود که در کاربردهای پایدارسازی شیبها ابزار بندی و پایش شود.

کنترل کیفیت عملکرد میکروپایل (ریزشمع)

برای اطمینان از اینکه میکروپایل ها (ریزشمع) قابلیت تحمل بار طراحی در نظر گرفته شده را بدون جابجایی اضافی و با ضریب اطمینان کافی در طول عمر خدمت خود دارا می‌باشند، آزمایش بارگذاری صحرایی بر روی میکروپایل ها انجام می‌گیرد. علاوه بر آن با استفاده از این تست ها امکان کنترل عملکرد پیمانکار در حین اجرا و پس از عملیات حفاری، نصب و تزریق وجود خواهد داشت.

در تمامی ‌آزمایش های بارگذاری مقاصد زیر مد نظر می باشند:

  • رسیدن به یک بار ماکزیمم از پیش تعیین شده؛
  • رسیدن به جابجایی محوری از پیش تعیین شده؛
  • رسیدن به آستانه خزش از پیش تعیین شده؛

آزمایش های بارگذاری به ۴ دسته کلی تقسیم می‌شوند:

  1. آزمایش نهایی: در این آزمایش بارگذاری تا مرحله ایجاد گسیختگی (بدون افزایش بار تغییر مکان ها افزایش می‌یابد) بین خاک و دوغاب ادامه می‌یابد.
  2. آزمایش تأیید: این آزمایش برای کنترل اینکه آیا روش اجرا، قابلیت تامین مقاومت باند در نظر گرفته شده را دارد، انجام می‌گیرد. بزرگی بار آزمایش با توجه به ضریب اطمینان در نظر گرفته شده تعیین می‌گردد. به عنوان مثال اگر ضریب اطمینان ۲٫۵ در نظر گرفته شده باشد، بار آزمایش ۲۵۰ برابر بار طراحی می‌باشد. در آزمایش تایید، میکروپایل (ریزشمع) ضرورتاً به نقطه گسیختگی نمی‌رسد. این آزمایش معمولا بر روی میکروپایل “قربانی” پیش از آغاز ساخت انجام می‌شود. همچنین در حین اجرا، برای تعیین ظرفیت ها در شرایط مختلف خاک و روش های متفاوت اجرا، انجام می‌شود.
  3. آزمایش اثبات: این آزمایش معمولا بر روی درصدی از میکروپایل (ریزشمع) ها (حدود ۵%) انجام می‌شود. این آزمایش به صورت افزایش بار مرحله ای تا رسیدن به درصدی از بار طراحی، (توصیه آیین نامه، ۱۶۷% است) انجام می‌شود. با استفاده از این آزمایش، توانایی میکروپایل (ریزشمع) در تحمل بارهای سرویس بدون تغییرمکان های زیاد کنترل می‌گردد.
  4. آزمایش خزش: این آزمایش معمولاً در ضمن سه آزمایش قبلی (نهایی، تأیید و اثبات) انجام می شود. آزمایش خزش شامل اندازه گیری میزان جابجایی در بار ثابت و در فواصل زمانی مشخص است. حداکثر تغییر مکان حدود ۲ میلیمتر در هر مرحله زمانی، معیار پذیرش محسوب می‌شود. هدف از انجام این آزمایش بررسی ایمنی سیستم در مقابل بارهای طراحی در زمان بهره برداری است.

اجرای میکروپایل جهت بهسازی خاک بستر-پروژه هتل هالیدی رامسر

در پایان امید است که این مطلب از وب‌سایت مهندسی ابرند برای شما مفید واقع شده باشد.