ریزشمع یا میکروپایل چیست؟ کاربرد، مزایا و مراحل اجرا
به شمع های با قطر کمتر از ۳۰ سانتیمتر که با تسلیح فولادی (میلگرد گذاری) و تزریق همراه است ریزشمع یا میکروپایل اطلاق می گردد. در بهسازی خاک ها دو رویکرد اصلی وجود دارد:
- استفاده از اعضای باربر
- بهسازی مشخصات مقاومتی خاک توسط مصالح گوناگون
پایدارسازی ساختمان را با متخصصان ماهر کارگشا انجام دهید.
مراحل اجرای ریزشمع ها
- لوله کوبی یا حفاری و لوله گذاری
- تزریق
- تسلیح
ریزشمع ابتدا برای ترمیم شالوده‌ها و ساختمان‌های موجود به کار گرفته می‌شد. اما با پیشرفت تجهیزات حفاری و تزریق، به طور گسترده‌تری مورد استفاده قرار گرفت.
تاریخچه روش ریزشمع
در اوایل دهه ۱۹۵۰ که نیاز به ترمیم سازه‌های آسیب دیده جنگ جهانی دوم در اروپا احساس می شد، پیمانکار مشهور ایتالیایی Fondedile به همراه دکتر Fernando Lizzi ریزشمع را ابداع کردند. با توجه به سرعت اجرا، قابلیت اجرا در ساختمان‌های آسیب دیده و کارایی مناسب، این روش به سرعت در ایتالیا گسترش یافت. Fondedile در سال ۱۹۶۲ با ترمیم چند ساختمان تاریخی در انگلستان و در سال ۱۹۶۵ با بهسازی پروژه‌های حمل و نقل در آلمان، این روش را گسترش داد. در سال ۱۹۷۳ با اصلاح سازه هایی در نیویورک و بوستون، این روش به آمریکا رسید.
مبانی طراحی روش ریزشمع
- طراحی سازهای
- طراحی ژئوتکنیکی
- کنترل برش پانج
در طراحی سازهای، ظرفیت باربری اعضای سازهای ریزشمع مشتمل بر: لوله فولادی، میلگرد تسلیح و دوغاب سیمان محاسبه می‌شود. این ظرفیت می‌بایست با ضریب اطمینان مناسبی، بالاتر از بار وارده به ریزشمع باشد.
در طراحی 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 ریزشمع از خاک، قبل از وقوع تسلیم عوامل مسلح کننده میسر نگردد.
در نهایت، با توجه به بار زیاد و قطر کم ریزشمع ها جهت جلوگیری از برش سوراخ کننده (برش پانچ)، ورق مناسب سر ریزشمع طراحی می گردد.
روش اجرای ریزشمع (میکروپایل)
- استفاده از ریزشمع های خودحفار (خود تزریق)
- روش‌های مرسوم:
- حفاری: لوله‌های ریزشمع از طریق کوبش یا حفاری جایگذاری می‌شوند:
جایگذاری از طریق کوبش به دلیل اصطکاکی که بین لوله‌ها و جدار خاک پیرامون آنها ایجاد می شود و تاثیر آن در افزایش فشار تزریق دوغاب سیمان، باعث ارتقا قابل ملاحظه عملکرد باربری ریزشمع ها می‌شود.
جایگذاری از طریق حفاری باعث ایجاد دست خوردگی در لایه‌های مختلف خاک می‌شود و می‌بایست در عمل قطر بیشتری نسبت به قطر خارجی لوله ها حفاری نمود. به همین دلیل صرفاً در شرایطی که کوبش لوله میسر نباشد از عملیات حفاری استفاده می شود. عملیات حفاری به روش‌های مختلف نظیر حفاری دورانی و یا دورانی (ضربه‌ای) صورت می پذیرد.
- لوله کوبی: پس از حفاری، لوله‌های ریزشمع توسط دستگاه‌های لوله کوب در محل‌های مشخص شده کوبیده می‌شود. اولین قطعه به صورت سرنیزه بوده و قطعات بعدی به ترتیب توسط بوشن و جوش کاملا به یکدیگر متصل می شوند. عملیات کوبش تا زمانی که امکان کوبیدن لوله‌ها میسر باشد ادامه می‌یابد و اگر در ازای ۳۰ ضربه متوالی لوله‌کوب، لوله بیشتر از ۱۰سانتیمتر فرو نرود، عملیات کوبش لوله میکروپایل متوقف می گردد.
- تزریق: دستگاه‌های تزریق از سه بخش میکسر اولیه، میکسر ثانویه و پمپ تزریق تشکیل می‌گردند. اختلاط در میکسر اولیه از نوع سیستم چرخش سریع آب (circulation) بوده و میکسر ثانویه از نوع پره‌ای می‌باشد. 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 می‌باشد. نسبت آب به سیمان با توجه به مشخصات خاک بین ۵/۰ تا ۵/۱ انتخاب می گردد. جهت نگهداری دوغاب آماده شده در میکسر اولیه، دوغاب در داخل میکسر ثانویه ریخته شده و سپس به وسیله پمپ تزریق می‌گردد. جهت تزریق دوغاب در لوله های ریزشمع از شیلنگ هایی به نام پَکر استفاده می‌گردد. هنگام تزریق، پکر به جداره لوله می‌چسبد و مانع از خروج دوغاب می‌شود.
به عنوان نمونه جهت بستن پکر برای ریزشمع ۸ تا ۱۰ متری: مرحله اول بستن پکر در عمق ۶ متری گمانه بوده و پس از اتمام عملیات تزریق در این عمق، پکر در عمق ۴ متری بسته می شود و پس از اتمام تزریق در این مرحله، پکر در عمق ۲ متری بسته می شود و نهایتاً پس از تزریق در این مرحله، پکر سرچاهی بسته می شود و عملیات تزریق به اتمام می رسد. در صورتیکه نشتی دوغاب از سطح یا میکروپایل های جانبی مشاهده شود، عملیات تزریق متوقف می‌گردد.
- میلگرد گذاری: در صورت اجرای میکروپایل باربر، جایگذاری میلگرد تسلیح در داخل لوله ریزشمع و نصب ورق سر ریزشمع (فلنج) ضروری می‌باشد. بدیهی است که میلگرد تسلیح می‌بایست قبل از گیرش سیمان در داخل گمانه نصب شود. فلنج که به منظور ایجاد اتصال کامل بین ریزشمع و بتن شالوده و همچنین جلوگیری از برش سوراخ کننده سر ریزشمع در داخل بتن پی به کار می رود، می بایست در آخرین مرحله به میلگرد تسلیح ریزشمع جوش شود.
اجرای فونداسیون ساختمان را با متخصصان کارگشا بسپارید.
کاربردهای روش ریزشمع
بررسی جنبه‌های مختلف ریزشمع، از جمله رفتار استاتیکی، دینامیکی و لرزه‌ای ریزشمع انجام می گیرد. کاربرد ریزشمع ها در مهندسی ژئوتکنیک مشتمل بر دو بخش است:
- استفاده در بستر پی سازه‌ها
- اصلاح و بهسازی برجای خاک
بعضی از کاربردهای ریزشمع ها
- استفاده به عنوان عضو باربر در زیر پی ساختمان‌ها
- به عنوان عضو باربر برای ترمیم پی ساختمان‌های قدیمی
- عضو باربر در زیر پی سایر روسازه‌ها
- استفاده با هدف بهسازی خاک و افزایش مشخصات مقاومتی و رفتاری آن
- مقابله با پدیده روانگرایی
طبقه بندی ریزشمع
طبقه بندی ریز شمع ها براساس نحوه طراحی
طراحی ریزشمع منفرد یا گروه ریزشمع، با طراحی ریزشمع های زنبوری بسیار متفاوت است. این امر سبب شده است تا دو دسته طراحی برای ریز شمع ها تعریف شود. در دسته اول، میکروپایل‌ها مستقیما بارگذاری شده و مسلح کننده‌ها قسمت اعظم بار اعمالی را تحمل می‌نمایند. در دسته دوم، میکروپایل‌ها به صورت شبکه‌ای درون خاک قرار گرفته و ایجاد یک سیستم ترکیبی خاک مسلح می نمایند که بارهای اعمالی را تحمل می‌نماید. این سیستم ترکیبی همان شبکه میکروپایل های زنبوری می‌باشد.
در دسته اول، ریزشمع ها به عنوان جایگزین شمع های سنتی برای انتقال بار سازه به لایه های مقاوم زیرین استفاده می‌شوند. این ریزشمع ها به گونه ای طراحی می‌شوند که عملکرد منفرد داشته باشند حتی اگر به صورت گروهی اجرا شوند.
در دسته دوم ریز شمع ها دارای تقویت سبک تر می‌باشند زیرا مسلح کننده‌ها، مانند دسته اول مستقیما تحت بارگذاری قرار نمی‌گیرند و این توده خاک و شمع است که بارهای اعمالی را تحمل می‌نماید.
علاوه بر این دو دسته، نوع دیگری از ریزشمع ها در ایران استفاده می شود که به ریزشمع تحکیمی معروف است. ریزشمع تحکیمی از لحاظ فلسفه رفتاری شبیه ریز شمع های شبکه ای است با این تفاوت که در آن از میلگرد تسلیح استفاده نمی‌شود. تزریق دوغاب سیمان بخش اصلی ریزشمع تحکیمی است که با استفاده از آن مشخصات مقاومتی و رفتاری خاک افزایش پیدا می کند.
طبقه بندی ریزشمع ها براساس روش اجرا
روش تزریق، مهم‌ترین عامل تاثیرگذار بر مقاومت بخش گیردار (باند) بین خاک و دوغاب است. به گونه‌ای که مقاومت بخش گیردار به طور مستقیم با تغییر روش تزریق، تغییر می‌نماید. معیار طبقه بندی، روش تزریق و فشار آن می‌باشد و استفاده از غلاف و میلگرد تقویت، تعیین کننده زیربخش‌های این طبقه بندی است. در این طبقه بندی، ریز شمع ها به ۴ دسته تقسیم می شوند:
نوع A: در این روش، دوغاب تحت وزن خودش و بدون فشار در محل تزریق می‌گردد.
نوع B: دوغاب سیمان پس از خارج شدن غلاف فولادی حفاری از گمانه، تحت فشار به داخل گمانه تزریق می‌شود. فشار تزریق معمولا بین ۵/۰ تا ۱ مگاپاسکال تغییر می‌کند و بایستی به گونه‌ای باشد که مانع از شکست هیدرولیکی گردد.
نوع C: دوغاب سیمان تحت وزن خودش در داخل گمانه قرار می‌گیرد، سپس قبل از سخت شدن دوغاب اولیه (بعد از حدود ۱۵ تا ۲۵ دقیقه)، همان نوع دوغاب از طریق لوله‌های تزریق مشبک و بدون استفاده از پکر، در محل تماس دوغاب با زمین و در فشار حداقل ۱ مگاپاسکال تزریق می‌شود.
نوع D: بعد از سخت شدن دوغاب اولیه، دوغاب بعدی از طریق لوله‌های تزریق مشبک تحت فشار ۲ تا ۸ مگاپاسکال تزریق می‌شود. در این روش از پکر استفاده می‌شود تا در صورت نیاز بتوان سطوح خاص را چندین مرتبه اصلاح نمود.
مزایای روش ریزشمع
- سرعت اجرایی بالا
- نیاز به تجهیزات کمتر در مقایسه با تجهیزات احداث شمع های پیش ساخته یا درجا
- عدم نیاز به تخصص خاص جهت استفاده از تجهیزات
- امکان استفاده در پروژه‌هایی با فضای محدود
- امکان افزایش ظرفیت باربری پی‌های موجود به دلیل انعطاف پذیری بالا
- امکان استفاده در محیط های شهری به دلیل کم بودن آلودگی صوتی
- آسان بودن آزمایش های کنترل کیفی
اجرای انواع سازه ساختمان را در کارگشا ثبت نمایید.
«این محتوا یک رپورتاژ آگهی است و وبسایت ویکی ساختمون هیچ مسئولیتی را بر عهده ندارد.»
