میکروپایل Micropile & Underpinning

به طور کلی دو روش جهت مقابله با خاک های مسئله دار وجود دارد، روش اول استفاده از المانهای باربر و روش دیگر اضافه کردن مصالح و موادی به خاک به منظور بهسازی خصوصیات مقاومتی آن می باشد. روش میکروپایل یا ریزشمع به نوعی مزایای هر دو روش بالا را به صورت همزمان در بر می گیرد. لوله کوبی یا حفاری و لوله گذاری خاک، تزریق و تسلیح، سه مرحله ای است که اساس بهسازی خاک با میکروپایل را تشکیل می دهد. در اوایل میکروپایل برای ترمیم پی ها و ساختمان های موجود به کار گرفته می شده است ولی با پیشرفت تجهیزات حفاری و تزریق به سرعت توجه محققین و مهندسان حوزه ژئوتکنیک را به سمت خود معطوف کرد تا به یک استفاده بهینه تر و کابردی از این روش دست یابند.

تاریخچه میکروپایل

میکروپایل ها در منابع مختلف به شمع های با قطر کمتر از ۳۰ سانتیمتر اطلاق می گردد که با تسلیح فولادی و تزریق همراه می باشد. 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 دیده میشد. ابداع میکروپایل توسط فنددیل Fondedile پیمانکار مشهور ایتالیایی به همراه دکتر فرناندو لیتزی Fernando Lizzi انجام گرفت.

با توجه به کارایی و قابلیت های اجرایی میکروپایل در سازه های آسیب دیده و همچنین سرعت بالای اجرای آن، این روش 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 Boston و نیویورک New Yourk 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. معروفترین آن ها آیین نامه طراحی و ساخت میکروپایل Micropile Design and construction است که توسط انجمن بزرگراه های آمریکا Federal Highway Administration (FHWA) تنظیم شده است. همچنین در پروژه ملی Forever فرانسه نیز در مورد بررسی رفتار میکروپایل ها تحقیقات جامعی صورت گرفت.

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.

روش اجرای میکروپایل

شرکت مهندسی شیلاو خاورمیانه با استفاده از دو تکنیک روز، بهسازی خاک را به روش میکروپایل را انجام می دهد. روش اول روش مرسومی است که مشتمل بر چهار مرحله حفاری (در صورت نیاز)، لوله‌کوبی، تزریق و تسلیح میی باشد که به طور شماتیک نشان داده شده است. اما این شرکت با استفاده از میکروپایل های خودحفار – خودتزریق نیز اقدام به بهسازی خاک می کند که با بیش از یک دهه فعالیت حرفه ای در این زمینه جزو شرکت های پیشرو در ایران می باشد.

کاربردهای میکروپایل

شرکت شیلاو خاورمیانه با استفاده از دو تکنیک روز، بهسازی خاک را به روش میکروپایل را انجام می دهد. روش اول روش مرسومی است که مشتمل بر چهار مرحله حفاری (در صورت نیاز)، لوله‌کوبی، تزریق و تسلیح میی باشد که به طور شماتیک نشان داده شده است. اما این شرکت با استفاده از میکروپایل های خودحفار – خودتزریق نیز اقدام به بهسازی خاک می کند که در این زمینه جزو شرکت های پیشرو در ایران می باشد. کاربردهای میکروپایل بطور کلی کاربرد میکروپایل ها در مهندسی ژئوتکنیک مشتمل بر دو بخش استفاده در بستر پی سازه‌ها و اصلاح و بهسازی برجای خاک می باشد. انجام تحقیقات گسترده در مجامع علمی – تخصصی جهان بر روی میکروپایل روز به روز در حال افزایش است. بررسی رفتار استاتیکی، دینامیکی و لرزه‌ای آن ها مورد توجه است. در بسیاری از تحقیقات چگونگی رفتار و معیارهای طراحی میکروپایل ها در خاک های مختلف، مورد بررسی قرار گرفته است. بنابراین امروزه دامنه استفاده از میکروپایل گسترش فراوانی یافته است.