عملیات تزریق در اجرای میکروپایل چگونه صورت میگیرد؟
عملیات تزریق در اجرای ریزشمع یا میکروپایل
عملیات تزریق، تاثیر مهمی بر ظرفیت باربری ریزشمع (یا میکروپایل) دارد و اساسیترین تقسیمبندی ریزشمع (یا میکروپایل)ها به لحاظ ساخت و اجرا نیز مبتنی بر روش تزریق میباشد. جزئیات هر کدام از انواع عملیاتهای تزریق گاهی اوقات در اقصی نقاط جهان بسته به مبدا اجرا و کیفیت منابع محلی دست خوش تغییر میشود. اما با ملاحظات کلی، میتوان چنین گفت که:
- دوغاب سیمان برای تامین مقاومت و استقامت بالا طراحی میشود، اما همچنین بایستی قابلیت پمپ شدن را نیز داشته باشند. همانطور که در شکل 1 نشان داده شده، این موضوع اشاره ضمنی به نسبت وزنی آب به سیمان (W/C) در محدوده “4/0 تا 5/0″، در تزریق ریزشمع (یا میکروپایل) ها دارد.
- بمنظور کاستن از خطر خوردگی آرماتورها، دوغاب سیمان باید با آب قابل شرب تهیه گردد.
- اغلب، سیمانهای تیپ I و II منطبق با ASTM C150/AASHTO M85 مورد استفاده قرار میگیرند که بسته به شرایط محلی، وسعت گارگاه، موجود بودن سیمان در محل و هزینهها باید به شکل کیسهای یا بونکری نگهداری شوند.
- بیشتر از مخلوط آب و سیمان استفاده میشود، اگرچه در برخی کشورهای خاص (مثلاً ایتالیا، انگلستان) ماسه یک افزودنی رایج میباشد. بنوتنیت (که مقاومت دوغاب را کاهش میدهد) در مخلوط اولیه همراه با احتیاط زیاد استفاده میگردد، در حالیکه افزودنیها صرفاً محدود به مواردی میشوند که قابلیت پمپاژ در مسافتهای طولانی و یا در آب و هوای گرم (مثلاً، کاهش زیاد نسبت آب) را ارتقاء دهند.
- باید مقاومت فشاری طرح، معادل با 28 تا 35 مگاپاسکال را با یک پروسه تهیه و تولید مناسب دوغاب سیمان بدست آورد.
اهمیت حیاتی روش اجرای تزریق با این حقیقت مشخص میشود که دوغاب تزریق شده بایستی اهداف زیر را تامین کند:
- بایستی بارهای اعمالی بین آرماتورها و خاک اطرافش را انتقال دهد.
- دوغاب بخشی از مقطع عرضی شمع، که متحمل بارها میباشد را تشکیل میدهد.
- بایستی آرماتورهای فولادی را از خوردگی حفظ کند.
- اثرات دوغاب ممکن است بواسطه تراوش، تراکم و یا شکاف و ترک خوردگی، از محدوده گمانه حفاری شده فراتر رود.
بنابراین دوغاب سیمان بایستی خواص لازم سیالیت، مقاومت، استحکام و دوام پذیری را دارا باشد. درک اشتباه از شرط سیالیت دوغاب میتواند منجر به افزایش میزان آب گردد، که این موضوع تاثیر سوء بر 3 خاصیت دیگر مذکور دارد. در بین همه عواملی که بر سیالیت دوغاب و سایر خواص آن تاثیر دارند، نسبت آب به سیمان غالب میباشد. شکل 1 نشان میدهد که چرا این نسبت بین 4/0 تا 5/0 محدود گشته است، اگرچه حتی ممکن است در نسبت آب به سیمان “4/0″، افزودنیهایی جهت تضمین قابلیت پمپاژ کافی، لازم باشد.
برای ساخت شمع سالم ضروری است که پس از تکمیل عملیات تزریق، در هیچ یک از قسمتهای مختلف شمع که جهت تحمل بار یا حفاظت از خوردگی بکار میرود، کمبود عمده و قابل توجهی از دوغاب سیمان وجود نداشته باشد. مشکلات ناشی از نقصان دوغاب ممکن است استفاده از یک ماده پرکننده مثل ماسه را برای بستن لایه های نفوذپذیر الزامی نماید، یا ممکن است لازم باشد که گمانه را تزریق کرده و مجدداً پس از گیرش تزریق اولیه، حفاری کرده دوباره تزریق را انجام دهیم.
شمع نوع B
برای یک شمع نوعB ، دستیابی به فشار مورد نظر در طی تزریق همیشه میسر نیست و ممکن است همیشه مهر و موم خاک در اطراف غلاف برای تحمل تزریق تحت فشار کافی نباشد. این مورد ممکن است بعد از تزریق تحت فشار جزئی از طول گمانه اتفاق بیافتد. اگر این مورد رخ دهد، دوغاب بایستی پمپ شود تا زمانیکه سطح آن به بالای شمع برسد، در این زمان تزریق قطع میگردد. نگه داشتن فشار تزریق در سطح معقول (7/0 مگاپاسکال یا کمتر) به جلوگیری از این رخداد کمک خواهد کرد. اگر طول پیوند شمعهای آزمایشی (جهت بررسی ظرفیتهای ژئوتکنیکی) تحت فشار مورد نظر تا ارتفاع کامل تزریق شوند، ممکن است سوالاتی در خصوص کفایت شمعهایی که تحت فشارهای پائین تزریق میشوند مطرح شود. یکی از مزایای انجام آزمایش شمع تحت بارهای بالا (150 تا 200 درصد بار طرح) یا تحت گسیختگی ناشی از کاهش چسبندگی بین شمع و خاک، پی بردن به ظرفیتهای ژئوتکنیکی واقعی شمعها و رفع دغدغه خاطر کاذب میباشد. ارائه آزمایشات مستند، میتواند نحوه اجرای شمعهای مورد تردید را اصلاح نماید. از آنجا که دوغاب یکی از اجزاء خیلی حیاتی ریزشمع (یا میکروپایل) میباشد، بایستی کنترل شدیدی در کیفیت تولید و تهیه آن صورت گیرد.
_ تجهیزات تزریق
بعنوان یک قاعده کلی، بایستی تجهیزات مناسبی در کارگاه برای اختلاط و پمپاژ دوغاب سیمانی جهت تزریق ریزشمع (یا میکروپایل) ها مورد استفاده قرار گیرد. دوغاب با بهترین کیفیت، هم به لحاظ سیالیت و هم مجموعه سایر خواص، بالعکس میکسرهای سرعت پایین و انرژی پایین (مانند میکسرهایی که با دست راه اندازی میشوند، شکل 3)، بوسیله میکسرهای کلوئیدی با انرژی زیاد و سرعت بالا (شکل 4) تولید میشود.
منبع تامین نیروی تجهیزات اختلاط میتواند هوا، دیزل یا نیروی برق باشد که در دامنه وسیعی از ظرفیتها و اندازهها، توسط تولیدکنندگان مختلف ساخته میشوند. فشار تزریق پایین برای دوغاب (تا یک مگاپاسکال) معمولاً با استفاده از فشار ثابت، پمپهای دوار و گردون (پمپهای Moyno) حاصل میگردد، در حالیکه تزریقهای فشار بالا، مانند ریزشمع (یا میکروپایل) های نوع C یا D، معمولاً مستلزم یک پیستون فشار نوسانی یا پمپ کوبهای میباشند.
_ اختلاط دوغاب
در ابتدا، حجم معینی از آب درون میکسر ریخته میشود، در ادامه سیمان و سپس مصالح دانهای یا پرکننده (در صورت نیاز) اضافه میگردد. عموماً توصیه شده است که دوغاب بایستی حداقل به مدت 2 دقیقه مخلوط گشته و سپس قبل از پمپ شدن به درون شمع، تحت یک تلاطم آرام و پیوسته درون میکسر ثانویه (مخزن) نگهداری شود. تنها در مصارف زیاد، مثلاً در مواردی که انتظار میرود قطعات بزرگ استثنائی آماده گردد، نیاز به مخزن ذخیره دوغاب میباشد. دوغاب بایستی، در طی حداکثر زمان خاصی پس از اختلاط تزریق شود. با توجه به آنکه این زمان “کارایی ایمن” به عوامل متعددی وابسته است، لذا این زمان بایستی بر اساس آزمایشهای برجا (در محل) تعیین شود. اما عموماً نباید فراتر از یک ساعت رود.
آب نیز بوسیله یک تانکر مدرج یا جریان سنج، به مجموعه درون میکسر اضافه میشود. سیمان معمولاً بر اساس وزن، یا بصورت سیمان کیسهای و یا سیمان ذخیره شده در سیلو به مجموعه اضافه میشود. ماسه یا مصالح پرکننده نیز بر اساس وزن بوسیله کیسههای از پیش اندازهگیری شده یا بطور رایجتر، با استفاده از یک گیج باکس که پیشاپیش کنترل و وزن شده است به مجموعه اضافه میشوند. در مورد مصالح فلهای، برای کنترل کیفیت (سنجش حجم یا وزن) اجزای اضافه شده به مخلوط، بایستی روشهایی اندیشیده شود.
_ تکنیکهای تزریق دوغاب
چهار تقسیمبندی از روش تزریق در فصل 2 همین کتاب بیان شد. در ادامه این روشها با جزئیات بیشتر توضیح داده میشوند.
- روش تزریق ثقلی (ریزشمع یا میکروپایل نوع A)
پس از حفر گمانه تا انتها، با دوغاب پر شده و آرماتورها جاگذاری میشوند. تزریق دوغاب بایستی همیشه از طریق یک لوله ترمی واقع در درون گمانه، از ته گمانه شروع شود. در انتهای کار دوغاب بایستی با کیفیتی مشابه به آنچه که در ابتدا بدرون گمانه تزریق شد، به بیرون از گمانه جریان یابد. اکنون میتوان تزریق را متوقف نمود. هیچ فشار اضافی در حین تزریق بکار گرفته نمیشود.
دوغاب معمولاً شامل یک مخلوط سیمان تمیز با نسبت وزنی آب به سیمان حدوداً “45/0 تا 5/0” میباشد. در اروپا، مخلوط ماسهای با نسبت 1:1 یا 2:1،(سیمان:ماسه) نیز اضافه میشود، اما این ترکیب بخاطر تمایل به استفاده از فشار تزریق بالاتر با دوغاب سیمان تمیز کمتر رواج پیدا کرده است. امروزه روشهای ثقلی تنها زمانی استفاده میشوند که شمعها در بستر سنگی اجرا شوند، یا زمانی که شمعهای با ظرفیت پایین، در خاکهای چسبنده سفت و سخت اجرا میشوند (Bruce and Gemme, 1992).
- تزریق فشاری از میان غلاف (ریزشمع یا میکروپایل نوع B)
دوغاب ثانویه (مرحله دوم) بعد از تزریق ثقلی دوغاب اولیه، و در حین بیرون کشیدن غلاف موقت، تحت فشار تزریق میشود. هدف، بالا بردن مشخصهها و خصوصیات مجموعه خاک- دوغاب میباشد. این عملیات میتواند به طول پیوند ناقل نیرو در داخل لایه تحمل کننده نیرو محدود شده یا اینکه در تمام طول شمع اجرا شود، که حالت دوم مناسبتر است.
تزریق فشاری معمولاً با وصل کردن یک کلاهک فشار در بالای غلاف (که معمولاً سر مته همین نقش را بر عهده دارد) و تزریق دوغاب ثانویه بداخل غلاف تحت فشار کنترل شده صورت میگیرد. از آنجا که جزئیات سر مته و تکنولوژی پمپ تزریق را نمیتوان با لزجت نسبی ملات ماسه- سیمان تطبیق داد، در مواردی ایجاد فشار در دوغاب با استفاده از اعمال هوای فشرده در حین تزریق صورت گرفته است. این روش در حال حاضر با افزایش قدرت پمپها، در کنار گرایش به استفاده از دوغاب سیمان تمیز و مستحکم بدون ماسه رو به تکامل است. فشار تزریق تا حد امکان در نزدیکی نقطه تزریق، برای محاسبه اتلاف در مسیر بین پمپ و گمانه اندازهگیری میشود.
عمدتاً، یک گیج فشار به دکل حفاری نصب شده و بعنوان وسیله پایش نرخ سرعت بیرون کشیدن غلاف در طی مرحله تزریق فشاری توسط شخص حفار مشاهده میشود.
متعاقباً، اگر از کلاهک تزریق استفاده شود و غلاف با وسیلهای به غیر از دکل مته (مثلاً، توسط جکهای هیدرولیکی) بیرون کشیده شود، معمولاً یک گیج فشار بر کلاهک نصب میگردد. استفاده کنندگان از این سیستم تصدیق میکنند که اتلاف در طول مسیر سیستم وجود خواهد داشت، اما نمونه رکوردهای قرائت شده از روی گیج فشار بدون اصلاحات، بیانگر آنست که این اتلافها توسط فشار اضافی ستون دوغاب ناشی از وزن خود آن در طول گمانه جبران میشوند.
روش آمریکایی
در روش آمریکایی با هدف تثبیت فشارهای جانبی خاک که ممکن است بواسطه پروسه حفاری و تراوش حاصله بداخل خاکهای دانهای تیزگوشه یا سنگهای شکافته شده کاهش یافته باشد، دوغاب ثانویه تحت فشار متوسطی در حدود “5/0 تا 1” مگاپاسکال تزریق میشود. فشار تزریق موثر (نوعاً 20 و 40 کیلوپاسکال در هر متر عمق بترتیب برای خاکهای سست و خاکهای متراکم) بر حسب عوامل زیر مشخص میشود:
- نیاز به اجتناب از ایجاد آشفتگی در زمین یا نقصان دوغاب کنترل نشده
- طبیعت سیستم حفاری (فشار مجاز برای اوگرها بدلیل نشت از مفاصل و اتصالات و اطراف flights کمتر میباشد)
- قابلیت “آب بند” شدن زمین در اطراف غلاف، در طی بیرون کشیدن آن و تزریق تحت فشار
- نیاز به اجتناب از “انسداد و گرفتگی” غلاف بوسیله دوغاب بخاطر فشار بیش از حد، که مانع از اجرای مناسب شمع میشود
- ” تزریق پذیری” زمین
- ظرفیت باربری لازم برای مجموعه زمین- دوغاب
- عمق نهایی شمع
تزریق دوغاب
تزریق دوغاب تحت فشار با هدف ارتقاء میزان اصطکاک سطحی (چسبندگی) بین خاک- دوغاب و در نتیجه بالا بردن ظرفیت باربری ریزشمع (یا میکروپایل) میباشد. تجربیات موجود از مهارکوبی زمین، موید تاثیر تزریق فشاری بر ظرفیت باربری نهایی بوده است. این موضوع با جزئیات بیشتر در فصل 5 بحث شده است.
در طی تزریق فشاری در خاکهای دانهای، قدری تراوش و جابجایی خاکهای سست شده اتفاق میافتد. مضافاً، پدیدهای معروف به “پالایش فشاری” رخ میدهد، یعنی در حین تزریق فشاری دوغاب قدری از آب مخلوط سیمان بیرون زده و داخل خاکهای اطرف رانده میشود. نتیجه این پروسه کم شدن میزان آب دوغاب تزریق میباشد که منجر به گیرش سریع دوغاب و افزایش مقاومت آن خواهد شد. این رویه همچنین موجب شکلگیری سریع کیک سیمان در امتداد سطح تماس خاک- دوغاب میشود که موجب بهبود مجموعه میگردد. در خاکهای چسبنده، برخی جابجاییهای جانبی، تراکمها یا بهسازیهای موضعی خاک ممکن است در اطراف ناحیه خاک- دوغاب رخ دهد، اگرچه بهسازی صورت گرفته عمدتاً کیفیت کمتری نسبت به مورد مشابه برای خاکهای غیر چسبنده دارد.
همچنین بنظر میرسد که تزریق فشاری موجب نوعی فشردگی و تراکم مجدد خاک در اطراف گمانه شده و قطر موثر شمع را در ناحیه تزریق شده افزایش دهد. این مکانیزمها بطور موثر تماس و درگیری بین خاک- دوغاب را افزایش میدهند، که منجر به چسبندگی بالاتر و عملکرد بهتر بار- جابجایی میشود. همچنین فشار تزریق میتواند بطور مکانیکی خصوصیات خاک مابین شمعها را بهبود بخشد. این موضوع مختص شمعهای “تیپ 2” است، اما هنوز بطور کامل بررسی نشده است.
پیش تزریق (ریزشمع یا میکروپایل های نوعC و نوع D)
اعمال تزریق با فشار زیاد، در طی مرحله حذف غلاف مناسب نیست. برای مثال، ممکن است موجب ترکهای هیدرولیکی در خاک و یا نشت در اطراف غلاف گردد. همچنین در بعضی روشهای ساخت و اجرای ریزشمع (یا میکروپایل) ممکن است احتیاج به استفاده از غلاف موقت نباشد و بنابراین تزریق فشاری در روش نوع B میسر نیست. این شرایط منجر به توسعه روش پیش تزریق است، که به موجب آن دوغاب ثانوی را میتوان از طریق لوله های دوغاب مخصوص، اندکی بعد از اجرای دوغاب اولیه تزریق نمود. چنین دوغابهایی همیشه مخلوطی از آب و سیمان تمیز میباشند (برای پمپاژ راحت) و بنابراین ممکن است میزان آب آنها بیشتر از دوغاب اولیه باشد (در محدوده “5/0 تا 75/0” نسبت وزن). آب اضافی این مخلوطها با پالایش فشاری در طی عبور از میان خاک بیرون رانده میشود، و بنابراین دوغاب نهایی تزریق شده میان خاک، میزان آب کمتری دارد (و طبعاً مقاومت بالاتری دارد).
همانطور که در پاراگرافهای بعدی توضیح داده میشود، فشار بالای پیش تزریق معمولاً بطور موضعی، برای زمان تقریباً محدود به کار برده میشود. این کار ممکن است فقط چند دقیقه جهت تزریق یک پوسته و روکش صورت گیرد. طبق گزارشهای اداره بزرگراههای ایالات متحده (1997)، آقای هربست اشاره میکند که در ریزشمع (یا میکروپایل) های نوع B، تامین ظرفیت باربری بالاتر مجموعه خاک- دوغاب، هرچه بهتر و مطلوبتر حاصل میشود. جاییکه فشار تزریق پایین است ولی بر یک سطح بزرگتر و در یک زمان طولانی تر اعمال میشود.
این موضوع هنوز در دست بررسی میباشد. تقسیم بندی های مبتنی بر روش ساخت و اجرا (ارائه در بخش 2-1-2)، دو نوع شمع پیش تزریقی C و D را مشخص میکند.
انواع دوغاب ها
نوع C : دوغاب سیمان تمیز به همان روش نوع A در گمانه میریزد. 15 تا 25 دقیقه بعد، پیش از سخت شدگی دوغاب اولی، دوغاب مشابهی این بار از سر گمانه بدون پکر، از طریق یک لوله دوغاب روکش دار از پیش جاسازی به قطر 38 الی 50 م.م. تحت فشار یک مگاپاسکال تزریق میشود.
نوع D : دوغاب سیمان خالصی مشابه همان روشی که در نوع A صورت گرفت، در تمام گمانه تزریق میشود. وقتی که این دوغاب اولیه سخت شد، دوغاب مشابهی از طریق لوله تزریق روکشدار تزریق میشود. چنین تزریقی تا چند مرحله میسر میباشد و معمولاً تحت فشاری بین 2 تا 8 مگاپاسکال صورت میگیرد، بویژه در آغاز هر عملیات اصلاح روکش، زمانیکه دوغاب محصور اولی بایستی برای اولین بار دچار پارگی شود. معمولاً یک وقفه حداقل 24 ساعته قبل از مراحل متوالی وجود دارد. سه یا چهار مرحله تزریق معمول میباشد. حجم دوغابهای ثانویه، 250 درصد حجم دوغاب اولیه میباشد. متغیرهایی در این روش وجود دارد. لوله پیش تزریق میتواند یک لوله پلاستیک روکشدار با قطر 25 تا 38 م.م باشد که در کنار آرماتورهای فولادی قرار دارد یا اینکه میتواند همان لوله تقویتی باشد، که بطور مناسب پوشش داده شده است.
در هر کدام از این موارد ممکن است، یک پکر دوبل برای تزریق در بین لوله ها از غلاف انتهایی تا به بالا استفاده شود.
متناوباً، این تزریق فشاری میتواند از سطح زمین از طریق یک آرایش “حلقه سیار” هدایت شود. با این روش، دوغاب در اطراف سیستم پمپاژ میشود و فشار با نرخ ثابتی افزایش مییابد و به مقدار فشار تنظیمی خروجی نزدیک میشود. تحت فشار بحرانی “شیوع “، که توسط مقاومت جانبی بدست آمد از دوغاب مجاور مشخص میگردد، دوغاب شروع به بیرون زدن از لوله از بین روکش ها میکند و وارد خاک اطراف در همان تراز میشود. زمانیکه از روش حلقه سیار استفاده میکنیم، فرض بر این است که در هر مرحله متوالی از تزریق، روکشهای متفاوتی باز میشوند، که نهایتاً متضمن بهسازی در کل طول روکش میباشد. (ویژگیای که توسط روش tube á manchette با استفاده از پکرهای دوبل تضمین میشود).
تزریق تکمیلی (ثانویه)
بخاطر نشت، فرار و یا انقباض آرام دوغاب، معمول است که افت سطح دوغاب را کمی قبل از سخت شدگی محاسبه کنیم. در عملیات مهارکوبی زمین، این مسئله بسادگی با پر کردن گمانه از دوغاب کم آب، در مراحل بعدی بر طرف میشود. اما در عملیات اجرای ریزشمع (یا میکروپایل) ، جایی که که از غلاف دائمی برای آرماتورها در ارتفاع فوقانی شمع استفاده نمیشود، از آنجاییکه ستون شمع بایستی جهت تحمل بار و به دلایل حفاظت از خوردگی، پیوسته باشد، بهتر است که از چنین اتصال نامطمئنی پرهیز گردد. بنابراین بهتر است که برای تضمین تمامیت و صحت کار، مرحله پر کردن در طی فاز سخت شدگی صورت پذیرد. بویژه جاییکه تنشهای بین سطحی بالا بین شمع و سازه موجود بایستی تحمل گردد، استفاده از دوغاب انقباض ناپذیر، با مقاومت بالا ممکن است لحاظ گردد.
مطالب بیشتر
سایر خدمات
.