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 می گردد. 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 اجرای از بالا به پایین (Top Down Construction) بر روی یک سطح شیب دار یا قائم اجرا می گردد.

بیشتر بخوانید: نیلینگ یا میخکوبی چیست؟

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 هاي بزرگراهي و براي پايدارسازي خاكبرداري ها و شيب ها مورد استفاده قرار گرفت ولي امروزه به صورت روز افزون در پايدارسازي ديواره گودبرداری در محيط هاي شهري نيز مورد استفاده قرار مي گيرد.

مبانی طراحی

هدف از اجراي سيستم مهارگذاري (انکراژ) عبارت است از ايجاد يك توده پايدار خاك كه بتواند در مقابل ناپايداري خارجي مقاومت كند. مودهاي ناپايداري كه ممكن است در يك سيستم پايدارشده توسط مهارگذاري (انکراژ) به وقوع بپيوندد، در شكل بعد نشان داده شده اند.

بخشي از گسيختگي ها به دليل ايجاد نيروهاي كششي بيش از حد در رشته های فولادی مي باشد. ميزان كشش اوليه استرند یا مونوبار براي طرح نهايي نبايد بيشتر از ۶۰ درصد ظرفيت كششي اين اعضا باشد. براساس آیین نامه FHWA براي جلوگيري از اين مود گسيختگي و همچنين در حالت بارگذاري موقتي مانند انجام آزمايشهاي حين اجرا، اين مقدار نبايد به بيش از ۸۰ درصد ظرفيت كششي برسد. نوع ديگري از گسيختگي داخلي كه بايد به هنگام طراحي مد نظر قرار گيرد گسيختگي ناشي از عدم وجود مقاومت باند كافي مي باشد. بر اين اساس و با توجه به مقاومت باند خاك محل، طول قسمت تزريق شده بايد به گونه اي در نظر گرفته شود تا كل مقاومت باند بسيج شده در طول مذكور بتواند پاسخ گوي نيروهاي ايجاد شده حين و بعد از اجراي 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 فولادي مي باشد. اين مفتول هاي فولادي داراي مقاومت بالا (حدود ۱۸۶۰ مگاپاسكال) مي باشند. مي توان به جاي استرند از فولاد نيز استفاده نمود كه در اين حالت نيرو يپيش تنيدگي قابل اعمال با توجه به مقاوت پايين تر فولاد (حدود ۴۰۰ مگاپاسكال) نسبت به انكر كمتر ميباشد. استفاده ازاسترند يا فولاد با توجه به شرايط پروژه تعيين ميشود اما غالبا در پروژه ها پایدارسازی دیواره گود به روش مهارگذاری یا انکراژ از استرند استفاده میشود.

 

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

۳. شلنگهاي تزريق: براي اطمينان از پر شدن گمانه با دوغاب در حين تزريق گمانه از يك يا چند شلنگ با طولي حداقل برابر با طول مهار استفاده مي شود.

۴. پكر: براي تزريق تحت فشار از پكر استفاده مي شود. دوخت هاي پكر بايد به گونه اي باشد كه تحمل فشارهاي تزريق را داشته باشد. آب بندي ابتدا و انتهاي پكر بايد به صورت مناسبي 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 جلوگيري از چسبيدن و درگير شدن استرندها به دوغاب و اطمينان از عدم انتقال نيروي مهار به خاك در طول آزاد، استرند در طول آزاد مهار در داخل غلاف نگهداشته مي شود.

۶. سر انكر: يك استوانه داراي چند سوراخ مخروطي شكل در قاعده آن مي باشد كه به منظور انتقال نيروي كششي مهار از استرند بر روي مهار در سر گمانه نصب مي شود.

۷. گوه: قطعات فولادي مخروطي شكل تو خالي كه در اطراف هر رشته استرند در داخل سوراخ سر انكر و به منظور قفل كردن استرند استفاده مي شود. لازم به ذكر است كه در صورت استفاده از ميلگرد به جاي استرند در انكر نياز به بعضي از اجزاي فوق نمي باشد.

مراحل اجرای دیوارهای مهارگذاری (انکراژ) شده

اصول اجرای روش مهارگذاری یا انکراژ مشابهت های فراوانی با روش نیلینگ (میخکوبی) دارد. تفاوت اصلی در اعمال نیروی پس تنیدگی برای المان تسلیح می باشد. گام های اجرایی مشابه روش میخکوبی و شامل خاکبرداری مقطعی، حفاری گمانه ها، نصب میلگرد تسلیح، تزریق دوغاب سیمان (در بخشی از طول گمانه)، بتن پاشی و نصب صفحه سر انکر و مهره می باشند. 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 رشته های فولادی تسلیح و دوغاب اطراف آن اعمال می شود.

بیشتر بخوانید: منظور از پایدارسازی گود چیست؟

در مرحله اول یک دیوار نگهبان اجرا می گردد. در گام دوم خاکبرداری تا تراز نصب اولین ردیف انکرها انجام می گردد. 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 پوشش ها نیز می تواند از نوع بتن پاششی، بتن پیش ساخته، بتن درجا ریز و سایر انواع تکنولوژی های جدیدتر برای اجرای پوشش طرح دار و سازگار با محیط باشد. در روش انکراژ انواع روش های تزریق جهت تامین مقاومت قسمت گیردار وجود دارد.

چند نکته مهم در خصوص استفاده از روش مهارگذاری (انکراژ) بایستی مد نظر قرار گیرد:

۱. در پاره ای 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 می دهد. 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 پانل های بین پروفیل های قائم، خاک دیواره ریزش نموده است. جهت بیان اهمیت استفاده از این پانل ها فرض نمایید که خاک دیواره از نوع خاک ماسه ای تمیز باشد. در این حالت خاک بین پروفیل های قائم ریزش می نماید و پروفیل های قائم عملکردی از خود نشان نمی دهند. لذا جهت انتقال فشار خاک به پروفیل قائم لازم است که به وسیله یک عضو رابط، فشار خاک بر پروفیل های قائم وارد شود. این موضوع در مورد خاک های رسی نیز صادق است زیرا پایداری خاکهای رسی به شکل موقت بوده و این خاکها پس از گذشت یک دوره زمانی عملکردی مانند ماسه ها می توانند داشته باشند. با این مطالب روشن می شود که در اجرای صحیح سازه های 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 هزینه های اجرایی آن نیز بیشتر است. از روش مهارگذاری (انکراژ) برای تامین پایداری گودهای با عمق بیشتر نسبت به حالت میخکوبی (نیلینگ) استفاده می گردد.

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.