baner
05 آبان

میکروپایل

1-1-تاریخچه میکروپایل
میکروپایل­ها 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 شمع­های درجا ریز کوچک دارای قطر کمی ‌بودند که غالباً با مسلح کننده فولادی سبک و تزریق دوغاب سیمان تقویت شده بودند.
در ابتدا، اغلب کاربرد میکروپایل­ها به تقویت زیر سازه­های موجود در محیط­های شهری محدود می‌شد؛ ولی در سال ۱۹۵۷ نیازهای جدید مهندسی منجر به معرفی سیستم­های جدید موسوم به میکروپایل­های زنبوری گردید. این سیستم همان گونه که در شکل ۱ 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 می‌نمایند و به طور جانبی محدود شده است.
فوندیل در سال ۱۹۶۲ از این روش برای تقویت ساختمان­های 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 جایگزین نام شمع ریشه ای گردید.از این میکروپایل­ها، برای پایدار سازی شیب­ها، مسلح کردن دیوارهای ساحلی، حفاظت از سازه­های مدفون، مسلح کردن خاک و در سایر روش­های تقویت خاک و سازه استفاده می‌شود.



 

بطور کلی در مواجهه با خاک­های مسئله دار نظیر خاک­های سست با قابلیت باربری کم، نشست‌پذیری زیاد، روانگرا، خاکهای دستی و … دو راه پیش روی مهندسین ژئوتکنیک قرار دارد:
الف) استفاده از المان­های باربر در خاک
ب) بهسازی و اصلاح خواص فیزیکی- مکانیکی توده خاک
هر یک از راه حل‌های فوق دارای روش­ها و مشخصات مربوط به خود می‌باشند که طی سالیان متمادی توسعه فراوانی یافته‌‌اند. برخی از تکنیک­های ابداعی نیز ماهیتی ترکیبی از دو دسته فوق داشته و مزایای هر دو دسته را تا حدودی به همراه دارند. از آن دسته می‌توان به استفاده از میکروپایل­ها به همراه تزریق دوغاب سیمان اشاره نمود.
شمع­ها عموما به دو گروه اصلی شمع­های جابجایی و شمع­های جانشینی تقسیم می‌شوند. میکروپایل­ها در واقع شمع­های جانشینی کوچکی ( معمولا با قطر کمتر از ۳۰۰ میلیمتر ) هستند که غالباً با تقویت فولادی سبک و تزریق دوغاب سیمان همراه می‌باشند. میکروپایل­ها می­توانند با هر زاویه­ای طراحی و اجرا شوند و برای مقاصد متفاوتی از جمله تحمل بارهای محوری و جانبی، جایگزینی شمع­های معمولی یا به عنوان جزئی از سیستم ترکیبی خاک و شمع، بسته به هدف طراحی به کار برده ‌شوند.
میکروپایل 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 می­گردد.
 

1-1-معرفی میکروپایل
میکروپایل یک شمع با قطر کوچک همراه با یک تسلیح فولادی سبک است که در آن از تکنیک تزریق دوغاب سیمان استفاده می­شود. طبق تعریف آیین­نامه FHWA میکروپایل­ها قطر کمتر از 30 سانتیمتر دارند، در حالی که در ایران به طور معمول قطر آنها در حدود 8 تا 15 سانتیمتر است(شکل 2).
اجزای سیستم میکروپایل 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 می­کند. شکل 1، اجزای تشکیل دهنده میکروپایل را نشان می­دهد. احداث سیستم میکروپایل نیز شامل مراحل حفاری گمانه، قراردادن لوله جداری در خاک (لوله کوبی)، تزریق دوغاب سیمان، قراردادن آرماتور تسلیح و نصب فلنج اتصال است که در بخشهای آتی توضیح داده می­شوند. در شکل 3 مراحل اجرای میکروپایل در ایران مشخص است
.
 

 2- کاربردها
با توجه به توضیحات ارائه شده در بخش قبل، می¬توان کاربرد میکروپایل¬ها را به طور کلی در دو بخش زیر بیان نمود: 
1. استفاده از میکروپایل به عنوان المان باربر
2. استفاده از میکروپایل با هدف بهسازی خاک
کاربرد اولیه و اصلی میکروپایل 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. شکل 4، کاربردهای میکروپایل در این دو حوزه را به طور خلاصه بیان می¬کند. در حال حاضر در ایران، میکروپایل¬ها در چهار بخش زیر استفاده می¬شوند: 
 استفاده به عنوان المان باربر در زیر پی ساختمان¬ها
 استفاده به عنوان المان باربر برای ترمیم پی ساختمان¬های قدیمی
 استفاده به عنوان المان باربر در زیر پی سایر روسازه¬ها (کوله پل¬ها، مخازن نفت و گاز و ...)
 استفاده با هدف بهسازی خاک و افزایش پارامترهای مقاومتی و رفتاری آن 
 استفاده با هدف بهسازی خاک و مقابله با پدیده روانگرایی



 
۲-۱-  سیستم طبقه بندی میکروپایل
تقسیم بندی میکروپایل­ها بر اساس دو معیار صورت می­گیرد:
-  نحوه طراحی
-  روش اجرا
 
۲-۱-۱-  طبقه بندی بر اساس نوع طراحی
طراحی میکروپایل منفرد یا گروه میکروپایل، با طراحی میکروپایل­های زنبوری بسیار متفاوت است. این امر سبب شده است تا دو دسته طراحی برای میکروپایل­ها تعریف شود. در دسته اول، میکروپایل­ها مستقیما بارگذاری شده و مسلح کننده­ ها قسمت اعظم بار اعمالی را تحمل می‌نمایند. در دسته دوم، میکروپایل­ها به صورت شبکه­ای درون خاک قرار گرفته و ایجاد یک سیستم ترکیبی خاک مسلح می‌نمایند که بارهای اعمالی را تحمل می‌نماید. این سیستم ترکیبی همان شبکه میکروپایل های زنبوری می‌باشد. میکروپایل های دسته اول و دوم به ترتیب در شکل های 5 و 6 نشان داده شده اند.

 میکروپایل

 

میکروپایل

  در دسته اول، میکروپایل­ها به عنوان جایگزین شمع­های سنتی برای انتقال بار سازه به لایه ­های مقاوم زیرین استفاده می‌شوند. این میکروپایل­ها به گونه­ای طراحی می‌شوند که عملکرد منفرد داشته باشند حتی اگر به صورت گروهی اجرا شوند. در دسته دوم میکروپایل­ها دارای تقویت سبک تر می‌باشند زیرا مسلح کننده ­ها، مانند دسته اول مستقیما تحت بارگذاری قرار نمی­گیرند و این توده خاک و شمع است که بارهای اعمالی را تحمل می‌نماید. علاوه بر این دو دسته، نوع دیگری از میکروپایل­ها در ایران استفاده می­شود که به میکروپایل «تحکیمی» معروف است. میکروپایل تحکیمی از لحاظ فلسفه رفتاری شبیه میکروپایل­های شبکه­ ای است با این تفاوت که در آن از آرماتور تسلیح استفاده نمی­شود. تزریق دوغاب سیمان بخش اصلی میکروپایل تحکیمی است که با استفاده از آن پارامترهای مقاومتی و رفتاری خاک افزایش پیدا می­کند.

۲-۱-۲-  طبقه بندی بر اساس روش اجرا
روش تزریق، مهمترین عامل تاثیرگذار بر مقاومت باند بین زمین و دوغاب می باشد. به­ گونه ای که مقاومت باند به طور مستقیم با تغییر روش تزریق، تغییر می­نماید. در این طبقه­ بندی، معیار، روش تزریق و فشار آن می­باشد و استفاده از غلاف و آرماتور تقویت تعیین کننده زیربخش­های این طبقه بندی می باشد. همان­گونه که در شکل 7 نشان داده شده است، در این طبقه­ بندی میکروپایل­ها به ۴ دسته تقسیم می‌شوند.

میکروپایل

 

نوع A : در این روش اجرا، دوغاب تحت وزن خودش در محل قرار می‌گیرد.
 نوع B : در این روش دوغاب سیمان، پس از خارج شدن غلاف فولادی حفاری از گمانه، تحت فشار به داخل گمانه تزریق می‌شود. فشار تزریق معمولا بین ۵/۰ تا 1  MPa تغییر می‌کند و بایستی به گونه ای باشد که مانع از شکست هیدرولیکی گردد.
نوع C : نوع C یک فرآیند دو مرحله­ای را نشان می‌دهد که در آن ابتدا دوغاب سیمان تحت وزن خودش در داخل حفره قرار می‌گیرد (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 Mpa 1 تزریق می‌شود. این نوع میکروپایل  فقط در فرانسه استفاده می‌شود و به روش IGU موسوم است.
نوع D : نوع D یک فرآیند دو مرحله­ای از تزریق مشابه نوع C، اما با تغییراتی در مرحله دوم می‌باشد. ابتدا دوغاب سیمان یکنواخت تحت وزن خودش مانند نوع A و C و یا تحت فشار، مانند نوع B در حفره قرار می‌گیرد. بعد از سخت شدن دوغاب اولیه، دوغاب بعدی از طریق لوله های تزریق مشبک تحت فشار ۲ تا ۸ مگاپاسکال تزریق می‌شود. در این روش از پکر استفاده می‌شود تا در صورت نیاز بتوان سطوح خاص را چندین مرتبه اصلاح نمود. این نوع شمع که در فرانسه به روشIRS  موسوم است، به طور گسترده در سایر کشورها نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد.


 میکروپایل

 برای هر یک از کاربردهای ذکر شده، نوع خاصی از روش طراحی و اجرا مورد استفاده قرار می‌گیرد که خلاصه آن در جدول زیر آمده است.

 

میکروپایل

 

احداث سیستم میکروپایل مزایای ویژه­ای در مقایسه با سایر روشهای احداث پی و بهسازی خاک دارد که به صورت زیر می­توان آنها را بر شمرد: 
1. به تجهیزات کمتری در مقایسه با تجهیزات احداث شمع­های پیش­ساخته یا درجا نیاز دارد. 
2. در زمین­هایی که فضای کار محدودی دارند می­تواند استفاده شود (به طور مثال در زیرزمین سازه­های قدیمی یا در زیر عرشه پل­ها و ... )
3.سرعت اجرایی بالایی دارد.
4.کار با تجهیزات آن آسان است.
5.به دلیل انعطاف­پذیری بالا، می­تواند در افزایش ظرفیت باربری پی­های موجود استفاده شود.
6.به دلیل کمتر بودن میزان صدا، ارتعاش و لرزش حاصل از نصب در محیط­های شهری قابل استفاده است. 
7.انجام آزمایش­های مختلف بر روی آن، مانند آزمایش بارگذاری فشاری، کششی و جانبی آسان است. 
۳-عوامل موثر در انتخاب میکروپایل­ها
 عوامل مختلفی در انتخاب میکروپایل برای پی سازه و پایداری شیب­ها موثرند. این عوامل عبارتند از:
1-شرایط فیزیکی
- محدودیت­های دسترسی در نواحی دورافتاده؛
- نزدیکی به ساختمان­های موجود
2-شرایط زیر زمینی
- شرایط زمین شناسی دشوار؛- زمین­های مستعد روانگرایی در طی نصب شمع
3-شرایط محیطی
-نواحی حساس به لرزش و صدا؛
-خاک­های پر خطر یا آلوده   
4-سازگاری با سازه موجود 
5محدودیت میکروپایل­ها
6-شرایط اقتصادی
 
۳-۱-  شرایط فیزیکی 
تجهیزات حفاری و تزریق مورد استفاده برای نصب میکروپایل، نسبتا” کوچک هستند و می توانند در نواحی محدود که امکان عبور تجهیزات نصب شمع وجود ندارد، وارد شوند. میکروپایل­ها می­توانند در داخل دیوارها و پی­های با ابعاد چند میلیمتر نصب شوند. نصب آنها تحت تأثیر نیروی فوقانی آنها یا سایر موانع که در نصب شمع ها وجود دارد، نمی­باشد. تجهیزات نصب می­توانند در نواحی با شیب تند و نیز نواحی دورافتاده حرکت کنند. همچنین عملیات حفاری و تزریق مرتبط با نصب میکروپایل­ها اگر به شیوه صحیح اجرا گردند، باعث آسیب به ساختمان­های مجاور نمی­شود.
۳-۲-  شرایط زیرسطحی
میکروپایل­ها می­توانند در نواحی با شرایط زمین شناسی سخت، متغیر و غیر قابل پیش بینی مثل زمین­های دارای قلوه سنگ و تخته سنگ و تاسیسات زیرزمینی، یا وجود واریزه های گوناگون و لنزهای نامرتبی از مواد و اجزای ضعیف نصب شوند. رس­های نرم، ماسه های روان و سطح آب زیر زمینی بالا که در روش نصب سنتی شرایط نامساعد تلقی می­شوند، کمترین تاثیر را بر روی نصب میکروپایل دارند. میکروپایل­ها در سرتاسر جهان در سازندهای آهکی کارستی کاربرد دارند.
  ۳-۳-  شرایط محیطی
میکروپایل­ها می­توانند در خاک­های پر خطر و آلوده نصب شوند. قطر کوچک آنها باعث کاهش میزان تلفات در هنگام نصب نسبت به شمع­های سنتی جانشینی می­شود. مخلوط دوغاب می­تواند به­گونه­ای طراحی شود که در برابر فعالیت شیمیایی آب و خاک مقاوم باشد. در طرح اختلاط دوغاب، می توان از افزودنی­ها استفاده نمود تا از زوال بتن در محیط­های اسیدی و خورنده جلوگیری شود.
میکروپایل­ها می­توانند 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 می­تواند 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 می­گردد.
نصب میکروپایل، صدا و لرزش کمتری نسبت به تکنیک­های رایج نصب شمع­های سنتی مانند شمع کوبی ایجاد می­نماید. لرزش­های ایجاد شده در حین حفاری، ابتدا به خاک و سپس از خاک به ساختمان­های مجاور منتقل می­شود. استفاده از میکروپایل در نواحی شهری قدیمی و صنعتی، می­تواند مانع از ایجاد این اثر مخرب بر تجهیزات و سازه­های حساس مجاور شود.
میکروپایل­ها می­توانند در مناطقی که یک لایه آبدار آلوده بر روی یک لایة باربر قرار دارد، نصب شوند. بر خلاف شمع های کوبیدنی که ممکن است یک مجرای عمودی برای انتقال آلودگی ایجاد کنند، میکروپایل­ها می­توانند به­گونه­ای نصب شوند که مانع از آلودگی لایه های آبدار زیرین شوند.
۳-۴-  سازگاری با سازه موجود
میکروپایل­ها می­توانند به کلاهک شمع­های موجود اضافه شوند. بنابراین نیاز به افزایش ابعاد پی از بین می­رود. این عمل باعث تامین مقاومت فشاری، کششی و خمشی مورد­نیاز اضافی، هنگام افزایش بار سازه می­شود. گاهی محدودیت­های سازه­های مجاور، امکان افزایش ابعاد کلاهک شمع موجود را به ما نمی­دهند. بنا براین نیاز به سیستم­های معمول نصب شمع از بین می­رود.
۳-۵-  محدودیت میکروپایل­ها
در برخی شرایط، میکروپایل­های عمودی ممکن است از لحاظ ظرفیت باربری جانبی و کاهش هزینه­ها دارای محدودیت باشند. همچنین فرض می­شود به خاطر قطر نسبی کوچک آنها، ظرفیت باربری محوری محدودی داشته باشند. اگرچه در آزمایش، میکروپایل­ها تا بار محوری KN 4500 در ماسه متراکم را تحمل کرده­اند. بنابراین انتظار می­رود با تحقیقات و آزمایشات بیشتر بتوان ظرفیت باربری جانبی را نیز افزایش داد. امکان نصب میکروپایل به صورت مایل، به طراحان برای رسیدن به ظرفیت باربری جانبی مورد نیاز کمک می­کند. هزینه اجرای میکروپایل­ها معمولا از سیستم­های نصب شمع سنتی و به خصوص شمع­های کوبیدنی بیشتر می­باشد. اما در برخی شرایط خاص، میکروپایل­ها به عنوان گزینه دارای صرفه اقتصادی و در عین حال تنها راه حل ممکن برای ساخت و اجرای پروژه می­باشند. استفاده از میکروپایل­ در پایدارسازی شیب­ها در ارتفاع­های محدود و بر اساس تجربیات محدود گذشته صورت گرفته است. به خاطر تعداد محدود پروژه­های اجرا شده، پیشنهاد می­شود که در کاربردهای پایدارسازی، شیب­ها ابزار بندی و پایش شود.
۳-۶-  شرایط اقتصادی
 صرفه اقتصادی میکروپایل­ها به فاکتورهای بسیاری بستگی دارد. بسیار مهم است که هزینه اجرای میکروپایل­ها را با توجه به شرایط فیزیکی، محیطی و زیرسطحی که در بالا توضیح داده شد، ارزیابی کنیم. به عنوان مثال برای یک سایت با خاک نرم، تمیز و یکنواخت و دسترسی آسان، میکروپایل­ نمی­تواند راه حلی قابل رقابت با سایر راه­کارها باشد. به هر حال، برای پی سازی حساس در زیر پایه های پل در نواحی مسکونی یا صنعتی قدیمی با ترافیک سنگین، میکروپایل­ها می­توانند به عنوان راه­حلی با صرفه اقتصادی مطرح گردند.
مخلوط دوغاب می­تواند طوری طراحی شود که در برابر فعالیت شیمیایی آب و خاک ایستادگی کند. ترکیبات مخصوص می­توانند در طراحی مخلوط دوغاب استفاده شوند تا باعث افزایش مقاومت آن در برابر محیط­های اسیدی و خورنده شود.
تحلیل هزینه­ها بایستی با در نظر گرفتن کلیه هزینه­های مربوط به پروژه و نه فقط هزینه­های مربوط به نصب شمع، انجام گردد. این هزینه­ ها ممکن است شامل موارد زیر باشند:
-نیازمندی­های 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 …..
4-گام های طراحی
1-بررسی اطلاعات در دسترس درباره طرح  
-نیروی کار مورد نیاز، شرایط بارگذاری شمع، محدودیت­های جانمایی شمع
-شرایط خاص مثل راه­های دسترسی موجود، برداشت سربار، وجود مواد خطرناک و محدودیت­های محیطی
 - شرایط قرارداد
1- بررسی داده های ژئوتکنیکی و تخمین پارامترهای ژئوتکنیکی مورد نیاز برای طراحی
 - بدست آوردن پروفیل زمین شناسی و ژئوتکنیکی زیر سطحی در محل
 - برآورد پارامترهای طراحی ژئوتکنیکی
- بدست آوردن خواصی از خاک که الزامات محافظت خاک در برابر خوردگی را تعیین می­کند
- مشخص کردن نواحی مشکل دار، در صورت وجود
2- طراحی ژئوتکنیکی اولیه شمع
-  برآورد پارامترهای انتقال دهنده بار (تماس دوغاب با زمین) برای لایه­های مختلف زیر زمینی و تعیین طول تماس شمع که برای تخمین بار مورد نیاز است
-  ارزیابی فواصل شمع­ها
3-طراحی سازه ای اجزای مختلف شمع
-  تعیین ظرفیت سازه­ای طول غلاف دار شمع
-  تعیین ظرفیت سازه­ای طول بدون غلاف شمع
-  مقاومت باند در سطح تماس دوغاب و آرماتور
 -ناحیه انتقالی بین مقاطع غلاف دار و بدون غلاف
- انعطاف پذیری و سازگاری تغییر شکل اجزای مختلف سازه
-اتصال شمع به پی
-اتصالات مفصل­های تقویت کننده
5-ملاحظات طراحی ترکیبی ژئوتکنیکی و سازه ای
 -تحلیل سختی مورد نیاز و نشست پیش بینی شده
-ظرفیت باربری جانبی، پیش بینی تغییر مکان جانبی و تنش های ترکیبی (محوری + خمشی) ناشی از بارگذاری جانبی
 -ملاحظات مربوط به کمانش شمع و تکیه گاه های جانبی خاک
6-سایر ملاحظات طراحی میکروپایل
 -الزامات مربوط به کنترل خوردگی
 -برنامه ریزی کنترل عملکرد و اجرا
 -بررسی کارایی و هزینه اجرای طرح
4-1-  آیین نامه طراحی
طراحی میکروپایل بر اساس آیین نامه طراحی اداره بزرگراه های آمریکا انجام می گیرد.
Micropile Design and Construction Guideline By: U.S. Department of Transportation, Federal High Way Administration 1998, Report
No: FHWA-SA- 97- 070
4-2-  روش های طراحی
4-2-1-  روش طراحی بار مجاز (SLD) یا تنش مجاز
در این روش طراحی که اغلب مورد استفاده مهندسان ژئوتکنیک قرار می‌گیرد، طراحی به گونه ای است که بار مجاز همواره از بار طراحی بزرگتر می¬باشد.
4-2-2-  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. در شکل زیر خلاصه ای از روش¬های طراحی و مقایسه آن¬ها ارائه شده است.

میکروپایل


5- مراحل اجرا
روش اجراي ميكروپايل شامل چهار مرحله حفاري ، لوله‌كوبي ، تزريق و تسليح مي‌باشد كه مراحل اجرای آن در زیر تشریح شده است. 
5-1- حفاري
بصورت کلی لوله های میکروپایل از دو طریق کوبش و یا حفاری جاگذاری می شوند. جاگذاری از طریق کوبش بدلیل 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 ملاحضه 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 (عمدتا در عمق های 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. 

میکروپایل

1-1-  لوله‌كوبي
پس از حفاري، لوله­هاي میکروپایل در محل هاي مشخص شده و توسط دستگاه­هاي 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 لوله­ها ميسر باشد ادامه می‌يابد و اگر در ازای 30 ضربه متوالی لوله‌كوب ، لوله بيشتر از 10سانتي‌متر فرو نرود، عمليات کوبش لوله میکروپایل متوقف می­گردد. در اين حالت تا تحقق عمق طراحي حفاري انجام شده و سپس لوله­هاي مربوط به ريزشمع در درون گمانه نصب مي­گردد.
لوله­هاي میکروپایل به قطر خارجي 76 ميليمتر و قطر داخلي 68 ميليمتر در قطعات دو متري مي‌باشند. اين لوله‌ها به وسيله بوشن و جوش به يكديگر متصل مي‌شوند. هر میکروپایل داراي 80 سوراخ به قطر 8 ميليمتر ، در هر مترطول مي باشد . محيط داخلي لوله­ها بايستي برقوزده‌ باشد تا در تزريق دوغاب اثرات منفي نداشته باشد. 

 

میکروپایل

 

 

میکروپایل

1-1-تزریق

دستگاه­های تزريق از سه بخش ميكسر اوليه، ميكسر ثانويه و پمپ تزريق تشكيل مي‌گردد . 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 می­گیرد 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، 30 ثانيه مي باشد. نسبت آب به سيمان مورد استفاده با توجه به شرايط زمين بين 5/0 تا 5/1مطلوب مي باشد. پس از آماده شدن دوغاب ، جهت نگهداري ، دوغاب در داخل میکسر ثانويه ريخته شده و سپس بوسيله پمپ هاي تزريق مخصوص تزريق مي گردد . جهت تزریق دوغاب در لوله های میکروپایل 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 8-10 متري در عمق 6 متري گمانه بوده و  پس از اتمام عمليات تزريق عمق 6 متري، پكر در عمق 4 متري بسته مي‌شود و پس از اتمام تزريق در اين مرحله ، پكر در عمق 2 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 مي­گردد .

میکروپایل

5- 3- 1-  مشخصات تزریق :
1- 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 10 اتمسفر محدود مي گردد. 
2- مقدار سيمان مصرفی: باتوجه به شرايط ژئوتكنيكي و ميزان باربري طراحي ريزشمع ها، مقدار سيمان برآوردي معادل هر مترطول میکروپایل تا 100 كيلوگرم مي تواند باشد. البته باتوجه به اين امر كه بايد تزريق تا فشار 10 اتمسفر ادامه يابد، لذا ممكن است مقدار سيمان از برآورد اوليه بيشتر گردد.
3-نسبت آب به سيمان: نسبـت آب به سيمان در دوغــاب تـزريـق مـورد استفـــاده، بيـن 5/0 تا 5/1 در شرايط عادي و نسبت آب به سيمان دوغاب در شرايط ديگر از 67/0 تا 1 مي تواند متغير  باشد. قابل ذكر است كه نسبت دوغاب در هر بخش به پيشنهاد پيمانكار و تاييد دستگاه نظارت تعيين مي گردد.
4-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. 
5- - 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 2/0 درصد، مواد محلول كمتر از 5/3 درصد، درصد كلر كمتر از 1 درصد، درصد سولفات كمتر از 3/0 و درصد قليايي كمتر از 06/0 باشد. در حالت كلي آب قابل شرب جهت ساخت دوغاب مناسب مي‌باشد.

 

میکروپایل

 

 5-4-  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. 

 

 

میکروپایل

 6-  کنترل کیفیت عملکرد
برای اطمینان از اینکه میکروپایل ها 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 تست­ها امکان کنترل عملکرد پیمانکار در حین اجرا و پس از عملیات حفاری، نصب و تزریق وجود خواهد داشت.
در تمامی‌آزمایش­های 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؛
آزمایش­های بارگذاری به ۴ دسته کلی تقسیم می‌شوند:

·آزمایش نهایی : در این آزمایش بارگذاری تا مرحله ایجاد گسیختگی (بدون افزایش بار تغییر مکان­ها افزایش می‌یابد) بین خاک و دوغاب ادامه می‌یابد.
·آزمایش تأیید : این آزمایش برای کنترل اینکه آیا متد 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 ضرورتا 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 متدهای متفاوت اجرا، انجام می‌شود. تعداد این آزمایش مطابق جدول ۳ تعیین می‌گردد.

 

·آزمایش اثبات : این آزمایش معمولا بر روی درصدی از میکروپایل ها (حدود ۵%) انجام می‌شود. این آزمایش به صورت افزایش بار مرحله ای تا رسیدن به درصدی از بار طراحی، (توصیه آیین نامه ۱۶۷ درصد) انجام می‌شود. با استفاده از این آزمایش، توانایی میکروپایل در تحمل بارهای سرویس بدون تغییرمکان های زیاد کنترل می‌گردد.
  ·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.

 

دریافت ادامه مطلب از طریق لینک دانلود:    Micropile-Proposal.pdf [حجم: 3.3 مگابایت] ( تعداد دانلود: 116)