میکروپایل چیست؟

به روشی که در آن نسبت به بهسازی خاک اقدام می شود، میکروپایل گفته می شود. میکروپایل المانی باربر و مقاوم می باشد که با اضافه شدن آن به خاک و در کنار آن استفاده از دوغاب سیمان، خاک بهبود می یابد. با این مقدمه در ادامه این مطلب به بیان توضیحات بیش تر و جزئیات در زمینه میکروپایل می پردازیم. پس همراه من تا انتهای مقاله باشید. 

 تاریخچه میکروپایل :

میکروپایل­ ها در مراجع مختلف به شمع­ های با قطر کمتر از ۳۰ سانتی­متر اطلاق می­ گردد که با تسلیح فولادی و تزریق همراه خواهد بود. تاریخچه میکروپایل به اوایل دهه ۱۹۵۰ میلادی بر می گردد. در آن زمان­ نیاز به ترمیم ساختمان ­­های آسیب دیده در جنگ جهانی دوم در اروپا زیاد بود. 

ابداع میکروپایل توسط Fondedile پیمانکار مشهور ایتالیایی به همراه دکتر Fernando Lizzi صورت پذیرفت.با توجه به کارایی و قابلیت اجرای آن در ساختمان ­های آسیب دیده و همچنین سرعت اجرای آن به سرعت در ایتالیا گسترش یافت. Fondedile در سال ۱۹۶۲ این تکنولوژی را با ترمیم چند ساختمان تاریخی به انگلستان و در سال ۱۹۶۵ با استفاده از این روش در پروژه­ های حمل و نقل، آن را به آلمان معرفی کرد.

 پس از حدود دو دهه، در سال ۱۹۷۳ و انجام ترمیم ساختمان ­هایی در بوستون و نیویورک این تکنولوژی به آمریکای شمالی معرفی شد.بعد از معرفی میکروپایل، سازمان ­ها و پژوهشکده ­های علمی به تنظیم آئین­ نامه ­ها و استانداردهای میکروپایل پرداختند. 

معروف ترین آن­ ها آیین نامه­ Micropile Design and construction است که توسط انجمن بزرگراه­ های آمریکا (FHWA) تنظیم شده است. همچنین در پروژه ملی Forever فرانسه نیز در مورد بررسی رفتار میکروپایل ­ها تحقیقات جامعی صورت گرفت.

میکروپایل چیست؟

به شمع هایی با قطر کم تر از 300 میلی متر که معمولا با تزریق دوغاب و تسلیح فولادی سبک همراه می باشد، میکروپایل گفته می شود.کاربرد میکروپایلآن چه که در ابتدای انجام پروژه باید مورد بررسی قرار گیرد، ویژگی های ژئوتکنیکی محل انجام پروژه می باشد. 

آن چه که در مرحله بعد باید مورد بررسی قرار گیرد، مطالعه روان گرایی و پتانسیل روان گرایی محل انجام پروژه در صورت وقوع زلزله می باشد.اهمیت انجام این کار در جلوگیری از نشست در پی های سطحی می باشد. زیرا وقوع چنین اتفاقی خطرات زیادی در پی دارد.

 میکروپایل یکی از روش هایی است که به این منظور مورد استفاده قرار می گیرد. در این روش، عموما در عمق 10 متری نسبت به سطح زمین روانگرایی خطرناک بوده و در عمق بیش از 10 متر، تاثیرات ناشی از روانگرایی کاهش می یابد.

از این رو آن چه که حائز اهمیت می باشد، انتخاب صحیح و مناسب عمق خاک برای بهسازی می باشد. انتخاب صحیح عمق خاک به منظور حفظ تضمین رفتار مناسب خاک در شرایط بحرانی هم چون زلزله و هم چنین تامین مقاومت پی در مقابل بارهای اضافه وارد شده مهم و حیاتی می باشد.از دیگر مواردی که می توان از میکروپایل در آن استفاده کرد، تامین باربری ستون های قرار گرفته بر روی پی و انتقال بار به لایه های عمیق تر می باشد.

 در این روش، استفاده از میکروپایل با تزریق دوغاب همراه می باشد.استفاده از دوغاب نه تنها باعث بهبود شرایط مقاومتی خاک می شود، بلکه در تامین باربری ستون های قرار گرفته بر روی پی و به واسطه آن انتقال بار به لایه های عمیق تر خاک نیز تاثیرگذار می باشند. 

در این روش انتخاب طول مناسب میکروپایل باید با توجه ظرفیت باربری لازم محاسبه و اندازه گیری شود.

مراحل اجرای میکروپایل (ریزشمع):

روش اجرای میکروپایل (ریزشمع) شامل چهار مرحله حفاری، لوله‌کوبی، تزریق و تسلیح می‌باشد که مراحل اجرای آن در زیر تشریح شده است.

حفاری :

به صورت کلی لوله های میکروپایل (ریزشمع) از دو طریق کوبش و یا حفاری جاگذاری می شوند. جاگذاری از طریق کوبش به دلیل 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 ملاحظه عملکرد باربری میکروپایل (ریزشمع) 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.

 عملیات حفاری به روش‌های مختلف نظیر حفاری دورانی(Rotary) و یا دورانی- ضربه‌ای (D.T.H) صورت می‌پذیرد.

لوله‌کوبی :

پس از حفاری، لوله های میکروپایل (ریزشمع) در محل های مشخص شده و توسط دستگاه های لوله کوب کوبیده می شود. لوله قطعه اول به صورت سرنیزه بوده و قطعات بعدی به ترتیب توسط بوشن و جوش کاملا بهم متصل می شوند. 

عملیات کوبش تا زمانی که امکان کوبیدن لوله ها میسر باشد ادامه می‌یابد و اگر در ازای ۳۰ ضربه متوالی لوله‌کوب، لوله بیشتر از ۱۰سانتی‌متر فرو نرود، عملیات کوبش لوله میکروپایل (ریزشمع) متوقف می گردد.در این حالت تا تحقق عمق طراحی حفاری انجام شده و سپس لوله های مربوط به ریزشمع در درون گمانه نصب می گردد.

لوله های میکروپایل (ریزشمع) به قطر خارجی ۷۶ میلیمتر و قطر داخلی ۶۸ میلیمتر در قطعات دو متری می‌باشند. 

این لوله‌ها به وسیله بوشن و جوش به یکدیگر متصل می‌شوند. هر میکروپایل (ریزشمع) دارای ۸۰ سوراخ به قطر ۸ میلیمتر، در هر مترطول می باشد. محیط داخلی لوله ها بایستی برقوزده‌ باشد تا در تزریق دوغاب اثرات منفی نداشته باشد.

تزریق :

دستگاه های تزریق از سه بخش میکسر اولیه، میکسر ثانویه و پمپ تزریق تشکیل می‌گردد. اختلاط در میکسر اولیه از نوع سیستم چرخش سریع آب (circulation) بوده و میکسر ثانویه از نوع پره ای می باشد. ساخت دوغاب تزریق در میکسر اولیه صورت می گیرد بدین صورت که ابتدا آب به میزان مورد نظر در میکسر ریخته شده و سپس متناسب با نسبت آب به سیمان مورد نیاز، سیمان به آن افزوده می شود.

 زمان حداقل هم زدن دوغاب سیمان، ۳۰ ثانیه می باشد. نسبت آب به سیمان مورد استفاده با توجه به شرایط زمین بین ۵/۰ تا ۵/۱مطلوب می باشد. پس از آماده شدن دوغاب، جهت نگهداری، دوغاب در داخل میکسر ثانویه ریخته شده و سپس به وسیله پمپ های تزریق مخصوص تزریق می گردد. جهت تزریق دوغاب در لوله های میکروپایل (ریزشمع) 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 پکر برای میکرو پایل ۸-۱۰ متری در عمق ۶ متری گمانه بوده و پس از اتمام عملیات تزریق عمق ۶ متری، پکر در عمق ۴ متری بسته می‌شود و پس از اتمام تزریق در این مرحله، پکر در عمق ۲ متری بسته می‌شود و نهایتاً پس از تزریق در این مرحله، پکر سرچاهی بسته می‌شود و عملیات تزریق به اتمام می‌رسد.

 در صورتیکه نشتی دوغاب از سطح یا میکروپایل (ریزشمع) های جانبی مشاهده شود، عملیات تزریق متوقف می گردد.مشخصات تزریقفشار تزریق: فشار تزریق در مراحل مختلف تزریق، در اعماق مختلف، تحت تاثیر جنس زمین و شرایط ژئوتکنیکی می تواند متغیر باشد. 

حداکثر فشار تزریق به ۱۰ اتمسفر محدود می گردد.مقدار سیمان مصرفی: باتوجه به شرایط ژئوتکنیکی و میزان باربری طراحی ریزشمع ها، مقدار سیمان برآوردی معادل هر مترطول میکروپایل (ریزشمع) تا ۱۰۰ کیلوگرم می تواند باشد. 

البته باتوجه به این امر که باید تزریق تا فشار ۱۰ اتمسفر ادامه یابد، لذا ممکن است مقدار سیمان از برآورد اولیه بیشتر گردد.

نسبت آب به سیمان:

 نسبـت آب به سیمان در دوغــاب تـزریـق مـورد استفـــاده، بیـن ۵/۰ تا ۵/۱ در شرایط عادی و نسبت آب به سیمان دوغاب در شرایط دیگر از ۶۷/۰ تا ۱ می تواند متغیر باشد. 

قابل ذکر است که نسبت دوغاب در هر بخش به پیشنهاد پیمانکار و تایید دستگاه نظارت تعیین می گردد.

نوع سیمان مصرفی: 

نوع سیمان مصرفی در ملات تزریق سیمان از نوع سیمان پرتلند تیپ یک، تیپ دو و یا سیمان تیپ پنج است که با توجه به شرایط شیمیایی محل مورد نظر تعیین می گردد.

آب مصرفی:

 آبی که در تهیه دوغاب تزریق بکارمی‌رود، باید تمیز و صاف بوده و دارای کلیه شرایط لازم برای آب مصرفی در ساخت بتن باشد. آب مصرفی بایستی عاری از هر نوع ماده‌ای از قبیل اسیدها، قلیا‌ها، مواد قندی، نمک‌ها و مواد آلی که منجربه ایجاد صدمه‌ به بتن می شود، باشد. آب مورد استفاده در ساخت دوغاب تزریق باید دارای ذرات جامد معلق کمتر از ۲/۰ درصد، مواد محلول کمتر از ۵/۳ درصد، درصد کلر کمتر از ۱ درصد، درصد سولفات کمتر از ۳/۰ و درصد قلیایی کمتر از ۰۶/۰ باشد. 

در حالت کلی آب قابل شرب جهت ساخت دوغاب مناسب می‌باشد.

تسلیح و نصب فلنج :

در صورت اجرای میکروپایل (ریزشمع) باربر، جاگذاری آرماتور تسلیح در داخل لوله میکروپایل (ریزشمع) و نصب فلنج ضروری می‌باشد. بدیهی است که آرماتور تسلیح می‌بایست قبل از گیرش سیمان در داخل گمانه نصب شود.فلنج که به منظور ایجاد اتصال کامل بین میکروپایل و بتن فونداسیون و همچنین جلوگیری از برش سوراخ کننده سر میکروپایل در داخل بتن پی بکار می‌رود، می‌بایست در آخرین مرحله به آرماتور تسلیح میکروپایل جوش شود.

مزایای میکروپایل :

استفاده از میکروپایل مزایایی به همراه دارد که از جمله می توان به قابلیت اجرای آن در زمین های سست و مکان هایی که دسترسی به آن محدود می باشد، اشاره کرد.

از دیگر مزایای استفاده از میکروپایل ها می توان به سرعت بالای اجرای آن ها و قابلیت کنترل در زمان اجرای آن اشاره کرد.

استفاده از میکروپایل از لحاظ اقتصادی نیز مقرون به صرفه می باشد.

از آن جایی که امکان کنترل مبانی طراحی و هم چنین کنترل کیفیت اجرای آن وجود دارد، استفاده از میکروپایل از امنیت بسیار بالایی برخودار می باشد.

به کارگیری میکروپایل ها در انواع خاک امکان پذیر می باشد.

از دیگر مزایای میکروپایل ها می توان به به سازگاری آن ها با محیط زیست اشاره کرد.

میکروپایل ها از انعطاف پذیری بالایی در زمان اجرا برخوردار می باشند.

یکی دیگر از مزیت های استفاده از میکروپایل ها قابلیت اجرای آن ها در مکان هایی با ارتفاع کم هم چون برخی از پارکینگ ها می باشد.

استفاده از میکروپایل ها برای مکان هایی که از محدویت فضایی برخوردار بوده و امکان استفاده از ماشین آلات سنگین در آن وجود ندارد، نیز بسیار مناسب می باشد.