_

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:

 

  1. استفاده از میکروپایل به عنوان المان باربر

  2. 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:

 

  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.

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

 

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.

تاریخچه میکروپایل

شکل 8 – نمایی از تست های کششی، فشاری و جانبی میکروپایل اجرا شده توسط شرکت مهندسی فاراب پی