1- معرفی

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 1). اجزای سیستم میکروپایل در ایران شامل لوله جداری، آرماتور تسلیح، دوغاب سیمان و فلنج اتصال به پی 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 ادامه توضیح داده می­شوند. در شکل 2 مراحل اجرای میکروپایل در ایران مشخص است.

اجزای میکروپایل

شکل1: اجزای میکروپایل

مراحل اجرای میکروپایل در ایران

شکل 2: مراحل اجرای میکروپایل در ایران

2- 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 فونددیل 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.

فونددیل 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.

3- کاربردها

با توجه به توضیحات ارائه شده در بخش قبل، میتوان کاربرد میکروپایلها را به طور کلی در دو بخش زیر بیان نمود:

  • استفاده از میکروپایل به عنوان المان باربر
  • 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 استفاده از میکروپایل ها با هدف بهسازی خاک موضوعی نسبتا جدید است که در طی سالیان اخیر مطرح شده و مطالعات محدود تری بر روی آن انجام شده است. در حال حاضر در ایران، میکروپایل ها در پنج بخش زیر استفاده می شوند:

  • استفاده به عنوان المان باربر در زیر پی ساختمان های در حال احداث
  • استفاده به عنوان المان باربر برای ترمیم پی ساختمان های قدیمی نشست کرده و در معرض نشست (مقاوم سازی)
  • استفاده به عنوان المان باربر در زیر پی سایر روسازه ها (کوله پل ها، مخازن نفت و گاز، دکل های انتقال نیرو و …)
  • استفاده با هدف بهسازی خاک و افزایش پارامترهای مقاومتی و رفتاری آن
  • استفاده با هدف بهسازی خاک و مقابله با پدیده روانگرایی

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.

4- مراحل اجرا

روش اجراي ميكروپايل شامل چهار مرحله حفاري ، لوله‌كوبي ، تزريق و تسليح مي‌باشد كه مراحل اجرای آن در زیر تشریح شده است.

1-4- 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.

انجام عملیات حفاری برای نصب میکروپایل

شکل9: انجام عملیات حفاری برای نصب میکروپایل

2-4- 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.

عملیات لوله کوبی

شکل 10: عملیات لوله کوبی

عملیات لوله کوبی

شکل 11: عملیات لوله کوبی

3-4- 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 .

عملیات تزریق دوغاب سیمان

شکل 12: عملیات تزریق دوغاب سیمان

4-4- 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.

نصب فلنج اتصال به پی

شکل 14: نصب فلنج اتصال به پی

5- 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، آزمایش تأیید، آزمایش اثبات، آزمایش خزش

6- جمع بندی

در این مطلب، سعی گردید کلیات بهسازی خاک و تثبیت بستر به روش میکروپایل به همراه چندی جزییات اجرایی ارائه گردد. مجموعه اسپاد تحکیم با تکیه بر دانش مهندسی تیم طراحی و بهره گیری از تجربیات تیم اجرایی، تاکنون بیش از یکصد پروژه تحکیم بستر و بهسازی خاک به روش میکروپایل (ریزشمع) را در مناطق مختلف کشور شامل مناطق شمالی (نظیر رشت، آمل، انزلی، رامسر و تنکابن)، مناطق جنوبی (نظیر ماهشهر، عسلویه، خرمشهر، اهواز، بوشهر و بندرعباس) و مناطق مرکزی (نظیر اصفهان، کرمان و سمنان) طراحی و اجرا نموده است. همچنین  شرکت اسپاد تحکیم برای پروژه های کارفرمایان محترم طرح اولیه ارائه می نماید تا بتوانند در انتخاب روش مناسب و کنترل هزینه ها، تصمیم گیری صحیح و مقرون به صرفه ای داشته باشند. برای مشاهده فیلم اجرای میکروپایل و همچنین ویدیویی کوتاه درباره روش میکروپایل و مزایا و معایب آن، به صفحه آپارات شرکت اسپاد تحکیم به این آدرس مراجعه نمایید. همچنین برای مشاهده پروژه های طراحی و اجرای بهسازی خاک و تحکیم بستر به روش میکروپایل توسط مجموعه اسپاد تحکیم، اینجا کلیک کنید.