میکروپایل چیست

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 یا میکروپایل 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.

تزریق دوغاب سیمان

بطور کلی در مواجهه با خاکهای مسئله دار نظیر خاکهای سست با قابلیت باربری کم، نشست‌پذیری زیاد، روانگرا، خاکهای دستی و … دو راه پیش روی مهندسین ژئوتکنیک قرار دارد:

الف) استفاده از المانهای باربر در خاک
ب) 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 میکروپایل ها به همراه تزریق دوغاب سیمان اشاره نمود.

شمع ها عموما به دو گروه اصلی شمعهای 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.

میکروپایل ها میتوانند با هر زاویه های طراحی و اجرا شوند و برای مقاصد متفاوتی از جمله تحمل بارهای محوری و جانبی، جایگزینی شمع های 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.

انواع میکروپایل

با توجه به توضیحات ارائه شده در بخش قبل، میتوان کاربرد میکروپایل ها را به طور کلی در دو بخش زیر بیان نمود:

استفاده از میکروپایل به عنوان المان باربر
استفاده از میکروپایل با هدف بهسازی خاک

کاربرد 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.

استفاده میکروپایل

در حال حاضر در ایران، میکروپایل ها در چهار بخش زیر استفاده میشوند:

استفاده به عنوان المان باربر در زیر پی ساختمان ها
استفاده به عنوان المان باربر برای ترمیم پی ساختمانهای قدیمی
استفاده به عنوان المان باربر در زیر پی سایر روسازه ها (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

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:

به تجهیزات کمتری در مقایسه با تجهیزات احداث شمعهای پیشساخته یا درجا نیاز دارد.
در زمینهایی که فضای کار محدودی دارند میتواند استفاده شود
(به طور مثال در زیرزمین سازه های قدیمی یا در زیر عرشه پلها و … ) سرعت اجرایی بالایی دارد. کار با تجهیزات آن آسان است.
به دلیل انعطافپذیری بالا، میتواند در افزایش ظرفیت باربری پیهای موجود استفاده شود.
به دلیل کمتر بودن میزان صدا، ارتعاش و لرزش حاصل از نصب در محیط های شهری قابل استفاده است.
انجام آزمایشهای مختلف بر روی آن، مانند آزمایش بارگذاری فشاری، کششی و جانبی آسان است.

عوامل موثر در انتخاب 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 میکروپایل ها
شرایط اقتصادی

کنترل کیفیت عملکرد شیلاو خاورمیانه

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 میکروپایل :

در این آزمایش بارگذاری تا مرحله ایجاد گسیختگی (بدون افزایش بار تغییر مکانها 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 خاصی در آیین نامه FHWA تعیین می‌گردد.

آزمایش اثبات میکروپایل :

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.