مهارگذاری (انکراژ)

انکراژ یا مهارگذاری روشی اقتصادی و نسبتاً جدید جهت پایدارسازی شیب ها، شیروانی ها، ترانشه های مجاور راه ها و تعریض راه ها، گودبرداری در مجاورت سازه ها، مقاوم سازی سازه های نگهبان قدیمی، افزایش ظرفیت باربری، محدود کردن تغییر شکل ها با ایجاد حداقل دست‌خوردگی و … می باشد.

روش انکراژ یا مهارگذاری، همانند روش نیلینگ یا میخ کوبی جهت پایدارسازی گود، ترانشه ها، شیروانی ها و … استفاده می‌گردد. در این روش پس از حفر گمانه و جایگذاری مهار، قسمت انتهایی گمانه تزریق می گردد و پس از گیرش دوغاب سیمان، مهارها با جک کشیده و پیش تنیده می شوند. اعمال نیروی پیش تنیدگی منجر به حصول اطمینان از صحت عملکرد مهاری ها می شود. عملیات مهارگذاری (Soil Anchoring) غالباً به صورت ساخت از بالا به پایین (Top Down Construction) بر روی یک سطح شیب دار یا قائم اجرا می گردد.

طول گمانه، طول قسمت گیردار مهاری (قسمت تزریق شده یا طول باند) و طول قسمت آزاد مهاری (قسمت تزریق نشده یا آن‌باند) بستگی به مشخصات خاک، عمق گودبرداری، تناژ کشش مهاری، سربار بالای گود، وجود یا عدم وجود آب زیرزمینی و … دارد.

انکراژ یا مهارگذاری خاک (Ground Anchoring) در ابتدا در پروژه های بزرگراهی و برای پايدارسازی خاكبرداری ها و شيب ها مورد استفاده قرار گرفت ولی امروزه به صورت روز افزون در پايدارسازی ديواره گودبرداری در محيط های شهری نيز مورد استفاده قرار می گيرد.

بیشتر بخوانید: نیلینگ یا میخکوبی چیست؟

مبانی طراحی

هدف از اجرای سيستم مهارگذاری (انکراژ) عبارت است از ايجاد يك توده پايدار خاك كه بتواند در مقابل ناپايداری خارجی مقاومت كند. مودهای ناپايداری كه ممكن است در يك سيستم پايدارشده توسط مهارگذاری (انکراژ) به وقوع بپيوندد، در شكل بعد نشان داده شده‌اند.

بخشی از گسيختگی‎ها به دليل ايجاد نيروهای كششی بيش از حد در رشته‌های فولادی می‌باشد. ميزان كشش اوليه استرند یا مونوبار برای طرح نهايی نبايد بيشتر از ۶۰ درصد ظرفيت كششی اين اعضا باشد. براساس آیین نامه FHWA برای جلوگيری از اين مود گسيختگی و همچنين در حالت بارگذاری موقتی مانند انجام آزمايش‌های حين اجرا، اين مقدار نبايد به بيش از ۸۰ درصد ظرفيت كششی برسد. نوع ديگری از گسيختگی داخلی كه بايد به هنگام طراحی مد نظر قرار گيرد گسيختگی ناشی از عدم وجود مقاومت باند كافی می‌باشد. بر اين اساس و با توجه به مقاومت باند خاک محل، طول قسمت تزريق شده بايد به گونه‌ای در نظر گرفته شود تا كل مقاومت باند بسيج شده در طول مذكور بتواند پاسخ گوی نيروهای ايجاد شده حين و بعد از اجرای سيستم انكراژ باشد.

حالت های ناپایداری که ممکن است در روش مهارگذاری اتفاق بیافتد و می بایست هنگام طراحی در نظر گرفته شود به صورت زیر است:

• گسیختگی کششی رشته های استرند (تاندون ها)
• گسیختگی قسمت گیردار (باند) استرند
• گسیختگی به علت بیرون آمدگی رشته های استرند
• گسیختگی خمشی دیواره گود
• گسیختگی دیواره به علت کمبود ظرفیت مقاوم دیواره
• گسیختگی به علت چرخش دیواره به صورت طره
• گسیختگی دیواره به دلیل کمبود ظرفیت محوری دیواره
• گسیختگی به علت واژگونی دیواره
• گسیختگی لغزشی دیواره
• گسیختگی چرخشی توده خاک

 

اجزای اصلی تشکیل دهنده مهار یا انکر

۱. استرند: كابل تنيده شده از چند رشته مفتول فولادی می‌باشد. اين مفتول‌های فولادی دارای مقاومت بالا (حدود ۱۸۶۰ مگاپاسكال) می‌باشند. می‌توان به جای استرند از فولاد نيز استفاده نمود كه در اين حالت نيروی پيش تنيدگی قابل اعمال با توجه به مقاوت پايين تر فولاد (حدود ۴۰۰ مگاپاسكال) نسبت به انكر كمتر می‌باشد. استفاده ازاسترند يا فولاد با توجه به شرايط پروژه تعيين می‌شود اما غالبا در پروژه ها پایدارسازی دیواره گود به روش مهارگذاری یا انکراژ از استرند استفاده می‌شود.

 

۲. فاصله نگهدار: برای دسته كردن چند رشته استرند در يك مهار (انکر) و ثابت نگهداشتن آن‌ها نسبت به يكديگر و رعايت حداقل فاصله مجاز بين رشته‌های استرند از فاصله نگهدارها استفاده می‌شود.

۳. شلنگهای تزريق: براي اطمينان از پر شدن گمانه با دوغاب در حين تزريق گمانه از يك يا چند شلنگ با طولی حداقل برابر با طول مهار استفاده می‌شود.

۴. پكر: برای تزريق تحت فشار از پكر استفاده می‌شود. دوخت‌های پكر بايد به گونه‌ای باشد كه تحمل فشارهای تزريق را داشته باشد. آب بندی ابتدا و انتهای پكر بايد به صورت مناسبی انجام گيرد تا در هنگام پركردن پكر توسط دوغاب و يا تزريق تحت فشارِ طول گيردار مهار، نشت اتفاق نيافتد.

۵. غلاف استرند: به منظور جلوگيری از چسبيدن و درگير شدن استرندها به دوغاب و اطمينان از عدم انتقال نيروی مهار به خاك در طول آزاد، استرند در طول آزاد مهار در داخل غلاف نگه داشته می‌شود.

۶. سر انكر: يك استوانه دارای چند سوراخ مخروطی شكل در قاعده آن می باشد كه به منظور انتقال نيروی كششی مهار از استرند بر روی مهار در سر گمانه نصب می‌شود.

۷. گوه: قطعات فولادی مخروطی شكل تو خالی كه در اطراف هر رشته استرند در داخل سوراخ سر انكر و به منظور قفل كردن استرند استفاده می‌شود. لازم به ذكر است كه در صورت استفاده از ميلگرد به جای استرند در انكر نياز به بعضی از اجزای فوق نمی‌باشد.

مراحل اجرای دیوارهای مهارگذاری (انکراژ) شده

اصول اجرای روش مهارگذاری یا انکراژ مشابهت‌های فراوانی با روش نیلینگ (میخکوبی) دارد. تفاوت اصلی در اعمال نیروی پس تنیدگی برای المان تسلیح می‌باشد. گام‌های اجرایی مشابه روش میخکوبی و شامل خاکبرداری مقطعی، حفاری گمانه‌ها، نصب میلگرد تسلیح، تزریق دوغاب سیمان (در بخشی از طول گمانه)، بتن پاشی و نصب صفحه سر انکر و مهره می‌باشند. پس از گذشت مدت زمان مناسب جهت عمل آوری دوغاب سیمان، با نصب پایه جک، جک کششی و نیروسنج، نیروی پس تنیدگی تا مقدار مورد نظر طراحی به رشته‌های فولادی تسلیح و دوغاب اطراف آن اعمال می‌شود.

بیشتر بخوانید: منظور از پایدارسازی گود چیست؟

در مرحله اول یک دیوار نگهبان اجرا می‌گردد. در گام دوم خاکبرداری تا تراز نصب اولین ردیف انکرها انجام می‌گردد. مرحله سوم حفاری گمانه جهت اجرای انکر می‌باشد. سپس در مرحله چهارم تزریق و در مرحله پنجم پس از گیرش دوغاب عملیات کشش استرند و خاکبرداری و اجرای پوشش بتنی انجام می گیرد. در این روش امکان اجرای پوشش دائمی نیز در صورت نیاز وجود دارد. این پوشش‌ها نیز می‌تواند از نوع بتن پاششی، بتن پیش ساخته، بتن درجا ریز و سایر انواع تکنولوژی‌های جدیدتر برای اجرای پوشش طرح دار و سازگار با محیط باشد. در روش انکراژ انواع روش‌های تزریق جهت تامین مقاومت قسمت گیردار وجود دارد.

چند نکته مهم که در خصوص استفاده از روش مهارگذاری (انکراژ) بایستی مد نظر قرار گیرد، به شرح زیر است؛

۱. در پاره‌ای موارد دیده شده است که دیواره گود به همراه میلگردهای داخل دیواره ریزش نموده است. این نوع ریزش به دلیل قرار گرفتن میلگردها داخل گوه گسیختگی رخ می‌دهد. به عبارتی اگر میلگردها داخل گوه گسیختگی قرار گیرند، این میلگردها عملاً کاربردی نخواهند داشت و در این حالت اگر دیواره گود شروع به ریزش نماید، میلگردهای قرار داده شده در دیواره گود با توده خاک فرو خواهد ریخت. بر این اساس باید میلگردهای قرار داده شده داخل دیواره گود تا پشت ناحیه گسیختگی ادامه داشته باشند تا بتوانند نیروی حاصل از گوه لغزش را به ناحیه مقاوم خاک انتقال دهند.

۲. در موارد متعددی به دلیل عدم استفاده از پانل‌های بین پروفیل‌های قائم، خاک دیواره ریزش نموده است. جهت بیان اهمیت استفاده از این پانل‌ها فرض نمایید که خاک دیواره از نوع خاک ماسه‌ای تمیز باشد. در این حالت خاک بین پروفیل‌های قائم ریزش می‌نماید و پروفیل‌های قائم عملکردی از خود نشان نمی‌دهند. لذا جهت انتقال فشار خاک به پروفیل قائم لازم است که به وسیله یک عضو رابط، فشار خاک بر پروفیل‌های قائم وارد شود. این موضوع در مورد خاک‌های رسی نیز صادق است زیرا پایداری خاک‌های رسی به شکل موقت بوده و این خاک‌ها پس از گذشت یک دوره زمانی عملکردی مانند ماسه‌ها می توانند داشته باشند. با این مطالب روشن می‌شود که در اجرای صحیح سازه‌های نگهبان بایستی دقت ویژه لحاظ گردد.

مزایای و معایب روش مهارگذاری (انکراژ)

روش مهارگذاری (انکراژ) مشابهت زیادی به روش میخکوبی (نیلینگ) دارد. در روش مهارگذاری (انکراژ) به علت استفاده از خاصیت پس تنیدگی کابل‌ها و مونوبارها، نسبت به روش میخکوبی (نیلینگ) از قابلیت و توانایی بیشتری در مهار نیروی رانش برخوردار است. البته هزینه‌های اجرایی آن نیز بیشتر است. از روش مهارگذاری (انکراژ) برای تامین پایداری گودهای با عمق بیشتر نسبت به حالت میخکوبی (نیلینگ) استفاده می‌گردد.

بیشتر بخوانید: سازه نگهبان خرپایی چیست؟

از مهم‌ترین مزایای این روش پایداری گود میتوان به موارد زیر اشاره کرد؛

۱. کنترل تغییر مکانها به وسیله پس تنیدگی،

۲. ایمنی بیشتر،

۳. کنترل کیفی بهتر به دلیل کشش انکرها.

همچنین محدودیت های روش مهارگذاری (انکراژ) عبارت است از؛

۱. نیاز به تجهیزات و ابزار پیشرفته،

۲. عدم کارایی در خاکهای مسأله دار (حفرات زیر زمینی، چاه، انبار و…)،

۳. به دلیل ضرورت اجرای عملیات به صورت مرحله به مرحله، به زمان زیادی نیاز دارد البته این امر ممکن است در پروژه های بزرگ مطرح نباشد بلکه برعکس ممکن است زمان کلی اجرای کار نیز، به ویژه با مدیریت صحیح، کاهش یابد.

۴. هزینه اجرای عملیات به دلیل تکنولوژی پیشرفته تر، در مقایسه با روشهای ساده تر بیشتر است، ولی در پروژه های بزرگ و در احجام زیاد ممکن است این امر مطرح نباشد و برعکس هزینه کلی کار کاهش یابد.

تفاوت های روش میخکوبی (نیلینگ) و مهارگذاری (انکراژ)

امروزه از نظر اقتصادی تفاوت بسیاری در هزینه های اجرای روش انکراژ و نیلینگ مشاهده میشود و به این نتیجه رسیده اند که نیلینگ نسبت به روش انکراژ هزینه کمتری دارد.

در سازه نگهبان نیلینگ نیاز مصالح و تجهیزات نسبت به سازه نگهبان انکراژ کمتر است.

پایدارسازی گودهای پایدار شده به روش سازه نگهبان نیلینگ نسبت به روش سازه نگهبان انکراژ با سرعت بالاتری انجام می شود.

تفاوت نیلینگ و انکراژ در این است که در روش اجرای سازه نگهبان انکراژ میلگردها بعدا تحت فرآیند پس تنیده کردن قرار می گیرند و در نهایت همین عامل باعث می شود تا این روش از قدرت بیشتری در مهار نیروی رانشی و ریزشی زمین برخوردار باشد.

تفاوت اصلی میخ کوبی و مهارگذاری، پیش تنیدگی عضو تسلیح در روش مهارگذاری می باشد.

روش میخ کوبی (نیلینگ) به صورت مقاوم (Passive) و روش مهار گذاری به صورت فعال (Active) عمل می کند.

در عملیات میخ کوبی فعال شدن نیرو در میخ ها مستلزم بروز تغییرشکل در توده خاک دیواره گود است. درحالیکه در روش مهارگذاری به دلیل پیش تنیدگی مهارها، قبل از حرکت توده خاک، نیروی موجود در مهاری ها سبب کاهش قابل توجه تغییرشکل ها می گردد.