روش میکروپایل چیست؟
زمین و خاک همیشه بستر ایده‌آلی برای ساخت سازه‌های عمرانی نیستند. در بسیاری از موارد خاک‌ها سست هستند، نشست پذیری زیاد و قابلیت باربری کمی دارند و به طور کلی برای پی کنی و ساخت سازه باید بهسازی شوند. میکروپایل یکی از تکنیک‌های کارآمد بهسازی زمین می‌باشد. این روش با عنوان روشریزشمع نیزشناخته می‌شود.
دو روش کلی مقابله با خاک های مسئله دار، یکی استفاده از المان های باربر و دیگری اضافه کردن مواد و مصالحی به خاک جهت بهسازی پارامتر های مقاومتی آن می باشد. میکروپایل یا ریزشمع روشی است که بهنوعی مزایای هر دو روش بالا را در بر می گیرد.
لوله کوبی یا حفاری و لوله گذاری خاک، تزریق و تسلیح، سه مرحله ای است که اساس بهسازی خاک به روش استفاده از میکروپایل را تشکیل میدهد. میکروپایل ابتدا برای ترمیم پی ها و ساختمان های موجود به کار گرفته می شد. اما با پیشرفت تجهیزات حفاری و تزریق به سرعت ذهن محققین و مهندسان عرصه ژئوتکنیک را به خود معطوف کرد تا به استفاده بهینه تر و کابردی از این روش دست یابند.
روش میکروپایل بسته به نوع و هدف پروژه ممکن است با تسلیح فولادی سبک و تزریق دوغاب سیمان در کنار ریزشمع‌ها همراه باشد. با استفاده از این روش در واقع ظرفیت باربری و مشخصات مکانیکی خاک نظیر چسبندگی خاک، سختی خاک و یا تراکم پذیری آن بهبود می یابد.
کاربردهای روش میکروپایل چیست ؟ نقش آن در بهسازی زمین چیست؟
به طور کلی کاربردهای میکروپایل با عناوین استفاده از آن به عنوان المان باربر و همچنین روشی برای بهسازی خاک مطرح است.اما برخی از کاربردهای میکروپایل و نقش آن در بهسازی زمین را می‌توان به صورت زیر عنوان نمود:
- بهسازی پی ساختمان‌های قدیمی و ساختمان‌های جدید با روش میکروپایل
- نوسازی و یا بهسازی پی‌های آسیب دیده با روش میکروپایل
- پایدارسازی شیروانی‌ها با روش میکروپایل
- امکان پایدارسازی شیب‌ها با این روش
- ساخت دیوارهای نگهبان و همچنین ساخت و ساز مجاور ساختمان‌های موجود با روش میکروپایل
- امکان کنترل نشست پی و کاهش نشست زمین با روش میکروپایل
- امکان کنترل باربری پی و همچنین افزایش باربری فشاری، باربری کششی و باربری جانبی با روش میکروپایل
روش طراحی و اجرای میکروپایل چیست ؟
اصول طراحی میکروپایل
اصول محاسبات مهندسی میکروپایل تابع نوع کاربری میکروپایل و به تبع آن نحوه رفتار آن می باشد. در شرایطی که میکروپایل‌ها با هدف تحکیم و بهسازی بستر پی سازه‌ها مورد استفاده قرار می گیرند، محاسبات فنی میکروپایل مشابه با محاسبه شمع‌های متداول است. این محاسبات مبتنی بر سه بخش طرح سازه ای (Structural Design)، طرح ژئوتکنیکی (Geotechnical Design) و کنترل برش پانج (Cone Shear) می باشد.
در طرح سازه‌ای، ظرفیت باربری المان های میکروپایل مشتمل بر جدار فولادی، آرماتور تسلیح و دوغاب سیمان محاسبه می شود. این ظرفیت می بایست با ضریب اطمینان مناسبی، بالاتر از بار وارده به میکروپایل باشد.
در طرح ژئوتکنیکی، مقاومت اصطکاکی جداره میکروپایل با خاک اطراف محاسبه می گردد. این مقاومت اصطکاکی می بایست با ضریب اطمینان مناسبی، بالاتر از بار وارده باشد تا امکان جدایی میکروپایل از خاک قبل از وقوع تسلیم عوامل مسلح کننده میسر نگردد.
در گام نهایی طرح، با توجه به این امر که میکروپایل‌ها دارای بار متمرکز زیاد و قطر کوچک بوده و برش پانج باتوجه به سربارهای وارده محتمل می باشد، کنترل مقاومت در برابر برش پانچ که منتهی به ارائه طرح فلنج مناسب می گردد، انجام می شود.
اجرای میکروپایل چهار مرحله دارد:
مرحله حفاری
این مرحله در واقع پیش‌نیاز مرحله بعدی یعنی لوله‌کوبی است. در صورتی که فضای کافی برای لوله کوبی وجود داشته باشد دیگر نیازی به عملیات حفاری نیست. در غیر اینصورت به اندازه‌ای که لوله‌کوبی امکان‌پذیر باشد باید حفاری انجام شود.
مرحله لوله‌کوبی
پس از حفاری، لوله‌های میکروپایل یا همان ریزشمع‌ها باید در مکان‌های از پیش تعیین شده کوبیده شوند. این کار توسط دستگاه‌های لوله کوب انجام می‌شود. به اینصورت که در ابتدا ریزشمع‌های اول در محل‌های مورد نظر کوبیده می‌شوند. سپس به ترتیب ریزشمع‌های بعدی بر روی آن‌ها کوبیده شده و به هم متصل می‌گردند. این کار تاز زمانی ادامه پیدا می‌کند که در ازای تعداد مشخصی ضربه‌ی متوالی توسط لوله‌کوب، لوله از مقدار مشخصی بیشتر فرو نرود یا به بیان دیگر عمق طراحی میکروپایل محقق گردد.
شاید بد نباشد این نکته را نیز بدانید که موقعیت ستون‌ها، موقعیت پی‌ها، پارامترهای مقاومتی خاک، ظرفیت باربری و میزان نفوذپذیری خاک و همچنین عمق ریزشمع‌ها از جمله عوامل موثر در طرح چیدمان میکروپایل‌ها هستند.
مرحله تزریق
در این مرحله از شلنگ‌های مخصوصی برای تزریق دوغاب در لوله‌های میکروپایل یا همان ریزشمع‌ها استفاده می‌گردد. این شلنگ‌های مخصوص پکر نامیده می‌شود.
ابتدا دوغاب تزریق در یک دستگاه میکسر چرخشی ساخته می‌شود. این دوغاب شامل نسبت معینی از آب و سیمان است. سپس دوغاب ساخته شده به درون یک میکسر پره‌ای منتقل می‌شود و از طریق پمپ‌ها و پکر به داخل لوله‌های میکروپایل تزریق می‌گردد. توجه به این نکته ضروری است که در صورت کثیف بودن درون لوله‌ها از تزریق دوغاب سیمان، ابتدا باید درون لوله‌ها توسط فشار آب یا هوای فشرده تمیز شود.
مرحله تسلیح
آخرین مرحله از اجرای میکروپایل، مرحله تسلیح است. این مرحله شامل جاگذاری آرماتور در داخله ریزشمع‌ها می‌باشد. پر واضح است که مرحله تسلیح باید قبل از سفت شدن سیمان انجام شود.
توجه به کیفیت اجرا در هر یک از این مراحل در واقع تعیین کننده‌ی کارایی روش میکروپایل و نقش آن در بهسازی زمین است.
اجرای میکروپایل چه مزایایی دارد؟
۱- اجرای روش میکروپایل در زمین‌های سست و خاک‌های مسئله‌دار امکان‌پذیر و مناسب می‌باشد.
۲- امکان اجرای روش میکروپایل در مکان‌هایی با دسترسی محدود وجود دارد.
۳- روش میکروپایل امنیت بالایی دارد، زیرا امکان کنترل کیفی از نظر طراحی و اجرا را از طریق آزمایش‌های کنترلی فراهم می‌کند. این آزمایش‌ها شامل آزمایش بارگذاری فشاری، آزمایش بارگذاری کششی و آزمایش بارگذاری جانبی ریزشمع است.
۴- روش میکروپایل انعطاف پذیری بالایی در حین اجرا دارد.
۵- این روش از هزینه‌های اجرایی کم‌تر و سرعت اجرای بیشتری نسبت به سایر روش‌های بهسازی زمین برخوردار است.
۶- اجرای روش میکروپایل نیاز به ماشین‌آلات زیادی ندارد. بنابراین برای استفاده در محیط‌های شهری مناسب است.
این نکته نیز لازم به ذکر است که در بسیاری از پروژه‌های شهری امکان استفاده از شمع‌های پیش ساخته وجود ندارد. در نتیجه شمع‌ها باید به صورت درجا اجرا شوند. این مسئله به دلیل مشکلات شمع کوبی است که در بسیاری از مواقع برای اجرای روش میکروپایل در برخی پروژه‌های شهری به وجود می‌آید.