میخکوبی خاک با میلگرد؛ روش ها و کاربرد
میخکوبی خاک برای اجرای سازه نگهبان در زمان خاک برداری به منظور جلوگیری از تخریب سازه های قدیمی صورت می گیرد. از روش های مختلفی برای ساخت سازه نگهبان استفاده می شود. از جمله این روش ها می توان از نیلینگ یا میخکوبی، شمع، مهار متقابل و ... نام برد. در این مقاله به معرفی سه نمونه از انواع ساخت سازه نگهبان می پردازیم.
روش‌ها و کاربردها میخکوبی خاک با میلگرد:
مقدمه میخکوبی خاک یکی از روش‌های پایدارسازی گود و تقویت خاک است که در آن از میلگردهای فولادی به عنوان عناصر مسلح‌کننده استفاده میشود. این روش به دلیل کارایی بالا، هزینه مناسب و اجرای سریع، در پروژه‌های مختلف مهندسی عمران کاربرد فراوان دارد. در این مقاله، به بررسی کامل میخکوبی خاک با میلگرد، روش‌های اجرای آن و کاربردهای مختلف آن می‌پردازیم.
تعریف میخکوبی خاک میخکوبی خاک (Soil Nailing) به فرآیندی گفته میشود که در آن میلگردهای فولادی در داخل چاله‌های ایجاد شده در خاک قرار گرفته و با دوغاب سیمانی تزریق می‌شوند تا پایداری دیواره‌های گودبرداری یا شیب‌های طبیعی را افزایش دهند. این روش مشابه آرماتوربندی در بتن است، اما در اینجا هدف مسلح‌سازی خاک برای جلوگیری از ریزش و گسیختگی آن است
میخکوبی خاک
میخکوبی خاک یا نیلینگ (Nailing) از روش هایی ست که برای جلوگیری از ریزش دیواره های گودبرداری شده و همچنین در مناطقی که امکان ریزش دیواره خاکی وجود دارد به عنوان سازه نگهبان به کار برده می شود. از روش های مختلفی برای نگه داشتن دیواره های گودبرداری شده و مهارسازی استفاده می شود که از جمله این روش ها انکراژ، سپرکوبی، استفاده از شمع و سازه نگهبان خرپایی است. در این قسمت از مقاله به معرفی میخکوبی خاک به کمک میلگرد و مراحل اجرا و مزایا و معایب آن خواهیم پرداخت.
تاریخچه میخکوبی
استفاده از میخکوبی برای مهارسازی جداره تونل ها در دهه شصت میلادی توسط مهندسین استرالیایی برای اولین بار اجرا شد. در این روش بعد از رگلاژ شدن دیواره ها، شبکه های مش بندی شده را با میخ هایی به فاصله 50 سانتیمتر به دیواره متصل میکنند. سپس روی شبکه را بتن پاشی یا شاتکریت می کنند.
در این روش ضخامت شاتکریت بین 10 تا 20 سانتیمتر است.
نگاهی به عملیات میخکوبی
در این روش عملیات حفاری به صورت مرحله به مرحله از بالا به پایین انجام می شود. در هر مرحله به کمک دستگاه های حفاری چاهک هایی به صورت مایل در دیواره ایجاد می شود. عمق و فاصله این چاهک ها به جنس خاک بستگی دارد. درون این چاهک ها میلگرد یا کابل های پیش تنیده قرار داده شده و سپس بتن به انتهای چاهک تزریق می شود. با تزریق بتن میلگرد یا کابل کاملا در خاک مهار میشود. در مرحله بعد کابل ها به کمک جک هایی کشیده شده و انتهای کابل در سطح جداره ی گود مهار می شود. سپس درون چاهک با بتن پر می شود. این کار باعث مهار شدن کامل میلگرد درون خاک می شود. بعد از اینکه بتن سخت شد جک های متصل به میلگرد را رها میکنیم. نیروی پیش تنیدگی موجود در میلگرد باعث فشرده و متراکم شدن خاک می شود و از رانش آن جلوگیری به عمل می آورد. در این روش عمق گود برداری به جنس خاک و فاصله ی چاهک ها بستگی دارد اما به طور متوسط عمق گودبرداری حدود 2 تا 3 متر در نظر گرفته می شود.
در انتها یک لایه بتن به صورت پاششی یا شاتکریت روی دیواره گود اجرا می شود. ضخامت این لایه کم است اما از فرسایش خاک جلوگیری میکند و برای انجام عملیات ساختمانی سطح مناسبی را فراهم میکند.
مراحل اجرای میخکوبی خاک با میلگرد
بررسی و طراحی اولیه: قبل از اجرای میخکوبی، مطالعات ژئوتکنیکی بر روی خاک انجام شده و ظرفیت باربری آن بررسی میشود.
حفاری چاله‌ها: با استفاده از دستگاه حفاری، چاله‌هایی با قطر 76 تا 150 میلی‌متر و عمق متناسب با طرح ایجاد میشود.
قرار دادن میلگردها: میلگردهای فولادی با قطر 20 تا 40 میلی‌متر درون چاله‌ها قرار داده می‌شوند.
تزریق دوغاب سیمانی: برای افزایش چسبندگی و استحکام، دوغاب سیمانی به داخل چاله‌ها تزریق میشود.
نصب زهکش‌ها: برای کنترل آب‌های زیرزمینی و کاهش فشار هیدرواستاتیکی، نوارهای زهکش نصب می‌شوند.
اجرای بتن پاشی (شاتکریت): سطح گودبرداری شده با بتن پاشی پوشیده میشود تا محافظت بیشتری ایجاد شود.
نصب صفحات فولادی و مهره‌ها: در انتهای میلگردها، صفحات فولادی به همراه مهره‌های تنظیم‌کننده قرار داده میشود تا نیروی فشاری به خوبی منتقل گردد.
تکمیل و کنترل نهایی: پس از اجرای میخکوبی، آزمایش‌های کنترل کیفیت انجام میشود تا از صحت عملکرد سازه اطمینان حاصل گردد
روش‌های میخکوبی خاک
روش سنتی: در این روش از میلگردهای فولادی ساده یا آجدار استفاده میشود و دوغاب سیمانی نقش چسبندگی را بر عهده دارد.
میخکوبی با استفاده از سپرزنی: در برخی پروژه‌ها، از سپرهای فولادی یا بتنی برای افزایش مقاومت جانبی استفاده میشود.
میخکوبی با شمع نگهبان و تخته‌گذاری: این روش برای مواقعی که تاسیسات زیرزمینی وجود دارند و نیاز به حفاظت بیشتر است، به کار می‌رود.
سیستم دیوار شمعی حفر شده: در این روش، به جای میلگرد، از شمع‌های بتنی برای مسلح کردن خاک استفاده میشود.
خرپای فلزی: یکی از روش‌های رایج در مناطق شهری است که شامل نصب خرپاهای فلزی در گودبرداری‌ها می‌باشد.
روش مهار متقابل: در گودهای با عرض کم، از این روش استفاده میشود که در آن نیمرخ‌های فولادی در دو طرف گود متصل شده و تعادل ایجاد میکنند
کاربردهای میخکوبی خاک
پایدارسازی گودبرداری‌ها در پروژه‌های ساختمانی و عمرانی
تقویت شیب‌ها و دامنه‌های ناپایدار برای جلوگیری از رانش زمین
پشتیبانی از تونل‌ها و کاهش خطر ریزش در پروژه‌های زیرزمینی
تقویت دیواره‌های خاکی مجاور راه‌ها و پل‌ها برای جلوگیری از فرسایش و ریزش
افزایش پایداری در پروژه‌های سدسازی و کانال‌های آبی
کاربردهای میخکوبی خاک
پایدارسازی گودبرداری‌ها در پروژه‌های ساختمانی و عمرانی
تقویت شیب‌ها و دامنه‌های ناپایدار برای جلوگیری از رانش زمین
پشتیبانی از تونل‌ها و کاهش خطر ریزش در پروژه‌های زیرزمینی
تقویت دیواره‌های خاکی مجاور راه‌ها و پل‌ها برای جلوگیری از فرسایش و ریزش
افزایش پایداری در پروژه‌های سدسازی و کانال‌های آبی
مزایایی میخکوبی خاک
- این روش به تجهیزات کمتری نیاز دارد.
- به کمک میخکوبی می توان محدوده کمتری از خاک را مسلح کرد.
- هزینه روش میخکوبی در مقایسه با انکراژ و دیوارهای وزنی بتنی کمتر است.
- میخکوبی در عبور و مرور و حمل و نقل وسایل کمتر مزاحمت ایجاد میکند.
- سرعت اجرای میخکوبی بالاتر است ضمن اینکه به مصالح کمتری نیز نیاز دارد.
- در هنگام برخورد به تاسیسات شهری در روش میخکوبی میتوان به راحتی شیب چاهکها را تغییر داد و مشکل را برطرف نمود.
معایب میخکوبی
- میخکوبی روشی کاملا تخصصی ست که نیاز به نیروهای متخصص دارد.
- در مکان هایی که جریان آب وجود دارد امکان استفاده از روش نیلینگ وجود ندارد.
- در صورت وجود تاسیسات شهری ممکن است محدودیت هایی برای طول، شیب یا محل حفاری به وجود بیاید.
- اجرای میخکوبی برای همه خاک ها مناسب نیست. خاک های آلی، سنگ های هوازده، خاک های بسیار نرم، خاک های خشک و بدون چسبندگی، خاک هایی با سطح آب بالا و همچنین خاک هایی که دارای سنگ با اندازه بالای 3 اینچ هستند برای میخکوبی مناسب نمی باشند.
نحوه کارگذاری میلگرد در میخکوبی خاک
حفاری و گودبرداری
ابتدا می بایست عملیات گود برداری انجام شود. عمق گود برداری به میزانی می بایست باشد که خاک بتواند به مدت 24 تا 48 ساعت بدون مشکل پایدار باقی بماند. تعیین میزان عمق گودبرداری به نوع خاک و مشخصات مکانیکی آن بستگی دارد. معمولا عمق گودبرداری بین 1 تا 2 متر در نظر گرفته می شود. عرض گودبرداری نیز با توجه به فضای مورد نیاز برای دستگاه ها و تجهیزات مبخکوبی مشخص می شود. عرض گودبرداری باید به گونه باشد که تجهیزات به راحتی بتوانند عملیات انجام دهند.
حفاری چاهک ها
با توجه به مشخصات فیزیکی و مکانیکی خاک ابتدا عمق و قطر چاهک ها را مشخص می کنیم. سپس به کمک دستگاه مخصوص اقدام به حفر چاهک ها در محل مناسب می نماییم. چاهک ها می توانند افقی یا مایل باشند. قطر هر چاهک حدود 10 تا 15 سانتیمتر و عمق آن بین 5 تا 10 متر در نظر گرفته می شود.
جایگذاری میلگرد و تزریق دوغاب
پس از قرار دادن میلگردها درون چاهک به منظور پیوستگی بین خاک و میلگرد به درون چاهک دوغاب تزریق میشود تا اطراف میلگرد پوشانده شده و از خوردگی میلگرد نیز جلوگیری کند.
برای اینکه دوغاب تزریق شده به صورت کاملا یکنواخت اطراف میلگرد را بپوشاند و از تماس میلگرد با بدنه چاهک جلوگیری شود در اطراف میلگرد قطعاتی به نام اسپیسر قرار میدهیم. پس از انجام عملیات تزریق، به منظور جلوگیری از فرسایش و حفظ یکپارچگی میخ ها یک لایه بتن به روی دیواره پاشیده می شود. برای اجرای پوشش از دو روش استفاده می شود. پوشش موقت و پوشش دائمی.
اجرای پوسته موقت
وظیفه پوشش موقت متصل کردن اجزای سازه میخکوبی به یکدیگر است. در این مرحله نوارهای زهکشی ژئوکمپوزیت در بخش های میانی و در محل هایی که میخکوبی انجام شده است اجرا می شود. از بتن پاشی موقت برای اتصال کامل سر میخها به دیواره و جلوگیری از برش پانچ در دیواره استفاده می شود. در صورت نیاز به تنش دهی به میخ ها یک صفحه فلزی نیز به عنوان سر میخ روی دیواره نصب می شود.
اجرای پوسته نهایی
پوسته نهایی با ضخامت 10 تا 15 سانتیمتر پس از نصب میخ ها و پوشش موقت به صورت شاتکریت انجام می شود.
روش سپر زنی
سپر نوعی سازه نگهبان است که می تواند از جنس فولاد، بتن یا ... باشد و در زمین کوبیده می شود. این عضو مقطعی لاغر و وزن کم دارد به طوری که در پایداری گود نقشی ایفا نمی کند.
سپر کوبی کاربرد وسیعی دارد برای مثال میتوان از کاربردهای آن به عنوان دریچه های دریایی، دیوار حائل در فضاهای محدود و حوضچه های خشک نام برد. حوضچه ی خشک در سازه هایی مانند پایه پل، اسکله ها و سدها برای خشک کردن محل ساخت فونداسیون به کار برده می شود. انتخاب مصالح سپر کوبی به مقاومت و شرایط محیطی بستگی دارد همچنین باید میزان خورندگی عوامل محیطی در انتخاب مصالح سپرکوبی لحاظ شود. از سپرکوبی به صورت موقت و دائم می شود استفاده کرد. در روش دایم بیشتر بتن و فولاد کاربرد دارد. اما سپرهای فولادی به دلیل هزینه اولیه کمتر، انعطاف و نصب راحتر نسبت به سپرهای بتنی ارجحیت دارند.
سپرهای بتنی مسلح به صورت پیش ساخته به صورت کام و زبانه ساخته می شوند و در محل نصب می گردند. از این نوع سپر برای پایدارسازی دائم خاکریز رودخانه ها، کانل ها وسازه های آبی استفاده می شود.
سیستم شمع نگهبان و تخته گذاری
از سیستم شمع نگهبان و تخته گذاری به منظور ممانعت از برخورد با تاسیسات زیرزمینی استفاده می شود. این سیستم می تواند به صورت موقت و یا دائم اجرا شود. شمع های نگهبان مقاطع فولادی با فاصله ی 1.5 تا 3متر هستند که در محل های از پیش تعیین شده در زمین کوبیده می شوند. تخته ها نیز به صورت افقی بین تیرهای نگهبان نصب می شوند. به این ترتیب فشار ناشی از خاک که بر تخته ها وارد می شود به شمع های نگهبان منتقل می شود.
از این روش در محل هایی که سطح آب زیرزمینی از گود پایین‌تر است کاربرد دارد.
سیستم دیوار شمعی حفر شده
دیوارهای شمعی حفر شده یک شمع بتنی ست که در یک گودال حفر شده در حفاری های عمیق به کاربرده می شود.
از دیوار شمعی حفر شده در مواردی که اجرای تیر نگهبان یا سپرزنی با دشواری همراه باشد و یا به دلیل وجود سازه هایی مانند تونل و لوله و ... امکان استفاده از مهار در نزدیکی زمین وجود ندارد استفاده می شود.
نتیجه‌گیری
میخکوبی خاک با میلگرد یکی از روش‌های مدرن و موثر در پایدارسازی خاک و گودبرداری‌ها است که در پروژه‌های مختلف مهندسی عمران مورد استفاده قرار می‌گیرد. این روش با توجه به هزینه مناسب، سرعت اجرا و انعطاف‌پذیری بالا، به یکی از گزینه‌های برتر برای تقویت خاک و جلوگیری از ریزش و گسیختگی تبدیل شده است. با رعایت اصول طراحی و اجرای صحیح، میتوان از مزایای این روش بهره‌مند شد و ایمنی پروژه‌های عمرانی را تضمین کرد.
