تاریخچه میکروپایل
میکروپایل 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 شمع های 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.
در ابتدا، اغلب کاربرد میکروپایل ها به تقویت زیر سازه های موجود در محیط های شهری محدود میشد؛ ولی در سال ۱۹۵۷ نیازهای جدید مهندسی منجر به معرفی سیستمهای جدید موسوم به میکروپایل های زنبوری گردید.
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 جایگزین نام شمع ریشه ای گردید.
از این میکروپایل ها، برای پایدار سازی شیب ها، مسلح کردن دیوارهای ساحلی، حفاظت از سازه های مدفون، مسلح کردن خاک و در سایر روش های تقویت خاک و سازه استفاده میشود.
از این میکروپایل ها، برای پایدار سازی شیب ها، مسلح کردن دیوارهای ساحلی، حفاظت از سازه های مدفون، مسلح کردن خاک و در سایر روش های تقویت خاک و سازه استفاده میشود.
شکل ۱- سیستم میکروپایل زنبوری
شکل 2- نمایی از میکروپایل اجرا شده جهت بهسازی خاک توسط شرکت مهندسی فاراب پی
بطور کلی در مواجهه با خاکهای مسئله دار نظیر خاک های سست با قابلیت باربری کم، نشست پذیری زیاد، روانگرا ، خاکهای دستی و … دو راه پیش روی مهندسین ژئوتکنیک قرار دارد:
-
استفاده از المانهای باربر در خاک
-
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.
شمع های جابجایی و شمعهای جانشینی
شمع ها عموما به دو گروه اصلی شمع های جابجایی و شمعهای جانشینی تقسیم میشوند.
میکروپایل ها در واقع شمع های 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.
شکل 3- اجزای تشکیل دهنده میکروپایل در ایران
شکل 4- مراحل اجرای میکروپایل لوله کوبی در ایران
شکل 5- نمایی از میکروپایل اجرا شده جهت بهسازی خاک توسط شرکت مهندسی فاراب پی
کاربرد میکروپایل ها
با توجه به توضیحات ارائه شده در بخش قبل، میتوان کاربرد میکروپایل ها 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 میکروپایل
کاربرد اولیه و اصلی میکروپایل به عنوان المان باربر است. مطالعات زیادی در این زمینه صورت پذیرفته است و روشهای طراحی آن نیز در مراجع مختلف موجود است.
اما برخلاف بخش اول، استفاده از میکروپایلها 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 میکند. در حال حاضر در ایران، میکروپایلها در چهار بخش زیر استفاده میشوند:
-
استفاده به عنوان المان باربر در زیر پی ساختمانها
-
استفاده به عنوان المان باربر برای ترمیم پی ساختمانهای قدیمی
-
استفاده به عنوان المان باربر در زیر پی سایر روسازهها (کوله پلها، 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
مزایای 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:
-
به تجهیزات کمتری در مقایسه با تجهیزات احداث شمعهای پیشساخته یا درجا نیاز دارد.
-
در زمینهایی که فضای کار محدودی دارند میتواند استفاده شود (به طور مثال در زیرزمین سازههای قدیمی یا در زیر عرشه پلها و … )
-
سرعت اجرایی بالایی دارد.
-
کار با تجهیزات آن آسان است.
-
به دلیل انعطافپذیری بالا، میتواند در افزایش ظرفیت باربری پیهای موجود استفاده شود.
-
به دلیل کمتر بودن میزان صدا، ارتعاش و لرزش حاصل از نصب در محیطهای شهری قابل استفاده است.
-
انجام آزمایشهای مختلف بر روی آن، مانند آزمایش بارگذاری فشاری، کششی و جانبی آسان است.
شکل 6- نمایی از کاربردهای مختلف میکروپایل – اجرا شده جهت بهسازی خاک توسط شرکت مهندسی فاراب پی
عوامل موثر در میکروپایل ها
عوامل مختلفی در انتخاب میکروپایل برای پی سازه و پایداری شیبها موثرند. این عوامل عبارتند از:
-
شرایط فیزیکی
-
محدودیتهای دسترسی در نواحی دورافتاده؛
-
نزدیکی به ساختمانهای موجود
-
شرایط زیر زمینی
-
شرایط زمین شناسی دشوار؛
-
زمینهای مستعد روانگرایی در طی نصب شمع
-
شرایط محیطی
-
نواحی حساس به لرزش و صدا؛
-
خاکهای پر خطر یا آلوده
-
سازگاری با سازه موجود
-
محدودیت میکروپایلها
-
شرایط اقتصادی
شکل 7- نمایی از میکروپایل اجرا شده جهت بهسازی خاک – کاربر میکروپایل در تثبیت نشست ساختمان توسط شرکت مهندسی فاراب پی
– کنترل کیفیت عملکرد میکروپایل
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 تست ها امکان کنترل عملکرد پیمانکار در حین اجرا و پس از عملیات حفاری، نصب و تزریق وجود خواهد داشت.
در تمامیآزمایش 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:
• آزمایش نهایی : در این آزمایش بارگذاری تا مرحله ایجاد گسیختگی (بدون افزایش بار تغییر مکان¬ها 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.
جدول۳- تعداد آزمایش پیشنهاد شده در آیین نامه FHWA