روش ریزشمع یا میکروپایل چیست؟ - پایدار بستر پارس

در مواجهه با خاك‌هاي مسئله‌دار نظير خاك‌هاي سست با قابليت باربري كم، نشست‌پذيری زياد، خاك‌هاي دستي و … دو  راهکار استفاده از المان‌هاي باربر در خاك و بهسازي و اصلاح خواص فيزيكي- مكانيكي توده خاك وجود دارد. یکی از روش­هایی که میتوان از آن به عنوان ترکیب دو راهکار فوق نام برد، استفاده از  روش ریزشمع  یا میکروپایل به همراه تزريق دوغاب سيمان اشاره نمود. روش ریزشمع یا میکروپایل در واقع شمع‌ کوچکی (با قطر كمتر از 300 ميلي‌متر) است كه غالباً با تقويت فولادي سبك  (استفاده از لوله فولادی و میلگرد هسته المان) و تزريق دوغاب سيمان همراه است. از محاسن روش ریز شمع (میکروپایل) مي‌توان به امکان اجرای آن در زاویه ­­های مختلف اشاره کرد. لذا المان ریزشمع براي مقاصد متفاوتي از جمله تحمل بارهاي محوري و جانبي، جايگزيني شمع‌هاي معمولي يا به عنوان جزیي از سيستم تركيبي خاك و شمع، می­تواند کاربرد داشته باشد.

اصلی­ترین مرجع حال حاضر در زمینه طراحی و اجرای روش ریزشمع (میکروپایل) توصیه نامه FHWA مربوط به ایالت متحده آمریکا می­باشد که تحت کد FHWA-NHI-05-039 با عنوان Micropile Design and Construction ارائه شده است.

دسته‌بندی کاربردهای روش ریزشمع (میکروپایل) در شکل 1 و نمونه‌هایی از پروژه‌های اجرا شده با این روش در شکل 2 ارائه شده است.

میکروپایل

شکل 1-‌‌ کاربردهای ریزشمع (میکروپایل)

میکروپایل

شکل 2- مواردی از استفاده ریزشمع (میکروپایل)- FHWA-NHI-05-039

بیشتر بدانید: روش اختلاط عمیق خاک برای سازه نگهبان گودبرداری

ریزشمع (میکروپایل) در مقایسه با سایر روش‌های بهسازی خاك دارای ویژگی‌هایی ‌‌است که به نقل از کتاب مبانی بهسازی خاک اثر دکترعلی قنبری و دکتر محمد عماد محمودی (نشر خورازمی) به آن­ها اشاره شده است:

1. بعد اقتصادی: روش ریزشمع (میکروپایل) در مقایسه با سایر روش‌های بهسازی نظیر اجرای شمع بتنی و فولادی، تثبیت با سیمان، اجرای ستون‌های شنی، تراكم دینامیكی و غیره كه مبتنی بر استفاده از حجم زیاد مصالح و یا بكارگیری ماشین‌آلات سنگین و گران ‌قیمت هستند، اقتصادی‌تر است.
2. بعد اجرایی: روش ریزشمع (میکروپایل) قابلیت حمل و جابجایی آسان در كارگاه، قابلیت اجرا در شیب تند و نیز نواحی دور افتاده، امكان اجرای عملیات در چند جبهه كار، حداقل لرزش و اثرات جانبی بر سازه‌های مجاور، امکان اجرا در زیر سطح آب زیرزمینی و امکان اجرای در زیرزمین بناهای ساخته شده را دارد.
3. بعد فنی: در روش ریزشمع (میکروپایل) چنانچه قبلا اشاره شده، امکان استفاده از عناصر باربر و اصلاح خاك توسط تزریق به صورت همزمان وجود دارد. این همزمانی موجب قابلیت تامین باربری لازم و كنترل نشست پی می­گردد.
4. تضمین كیفیت عملكرد: انجام آزمایش بارگذاری ریزشمع (میکروپایل) با روش‌های ساده و ارزان در مراجعی نظیر FHWA-NHI-05-039 و ASTM D3966 – 07 معرفی شده است که امکان بررسی رفتار، میزان باربری، نشست‌های الاستیك و تغییر شكل‌های پسماند در حین آزمایش بارگذاری ریزشمع (میکروپایل) و امكان تعدیل و تغییر طرح، تعداد و چیدمان ریزشمع‌ها با توجه به مشاهده رفتار واقعی و میزان باربری نهایی وجود دارد.
5. مدت زمان اجرا: در روش ریزشمع (میکروپایل) امکان اجرای سریع و عدم نیاز به تجهیزات خاص و پیچیده، از مهمترین ویژگی­های این روش است.

در شکل 3 نمونه ای از پروژه اجرا شده به روش ریزشمع (میکروپایل) تحت نظارت و اجرای مجموعه ژئوپارس نشان داده شده است. قطر میکروپایل­ ها در این پروژه 15 سانتی­متر و طول 6 متر با طول کلی 2000 متر بوده و اساسی ­ترین چالش پروژه اشاره شده بهسازی خاک زیر فونداسیون سازه­های تاریخی با قدمت بیش از 100 سال (خانه باغ اتحادیه) بوده است.

میکروپایل

شکل 3- پروژه ریزشمع (میکروپایل) خانه باغ اتحادیه

از دیگر سو، محدودیت‌هایی برای روش ریزشمع (میکروپایل) وجود دارد که به برخی از آن­ها پرداخته شده است.

1. ریزشمع‌ها (میکروپایل­ها) قطر کمی دارند و لذا مقدار محدودی ظرفیت باربری را افزایش می‌دهند. برای این منظور جهت افزایش ظرفیت باربری ژئوتکنیکی می­توان روش­هایی نظیر اختلاط عمیق خاک (DSM) یا تزریق با فشار بالا (JET GROUTING) را استفاده کرد.
2. امکان اجرای ریزشمع‌ها (میکروپایل­ ها) در طول‌های زیاد وجود ندارد و لذا بهسازی عمیق به این روش امکان‌پذیر نیست.
3. به خاطر بالابودن ضریب لاغری (نسبت طول به قطر)، ریزشمع­ها (میکروپایل­ ها) برای کاربردهای لرزه­ای مرسوم در مناطقی که احتمال روانگرایی وجود دارد، نیازمند توجه بیشتری است. لازم به ذکر است در مراجع اشاره شده نظیر FHWA-NHI-05-039 به محدودیت استفاده از ریزشمع­(میکروپایل­) در خاک­های روانگرا اشاره شده که در شکل 4 از همین مرجع ارائه شده است.

میکروپایل

شکل 4- محدودیت استفاده ریزشمع (میکروپایل) در خاکهای روانگرا- FHWA-NHI-05-039

در شکل 5 اجزای یک ریزشمع مسلح (میلگرد و غلاف) به صورت شماتیک نشان داده شده است. همان­گونه که در شکل نیز مشاهده می­شود، اجزای اصلی ریزشمع‌ها عبارتند از: میلگرد تسلیح، دوغاب سیمان و غلاف فولادی.

میکروپایل

شکل 5- اجزای یک ریزشمع (میکروپایل) مسلح

ریزشمع‌ها (میکروپایل­ ها) در روش متداول اغلب در زمین کوبیده می‌شوند (لوله‌کوبی) و یا ابتدا حفاری گمانه انجام می­شود. در حالت دوم ابتدا حفاری انجام و غلاف موقت یا دائم کارگذاری می­شود، در ادامه میلگرد یا سایر سیستم‌های تسلیح کارگذاری و دوغاب پایه سیمانی تزریق انجام می­شود. در برخی پروژه­ها بنا به نیاز تزریق ثانویه تحت فشار ممکن انجام می­گیرد. المان­ های تسلیح نظیر لوله غلاف و میلگرد (یا میلگردهای) مرکزی براساس ظرفیت لازم (بویژه ظرفیت سازه­ای) طراحی می­شوند و در نهایت ظرفیت ژئوتکنیکی لازم کنترل می­گردد.

در روش نوین اجرای ریزشمع (میکروپایل) که توسط مجموعه ژئوپارس اجرا می­گردد، کلیه عملیات حفاری، تسلیح گذاری و تزریق در یک مرحله اجرا گردیده که در نتیجه آن، علاوه بر افزایش سرعت انجام عملیات،کیفیت تزریق انجام شده نیز بسیار بالا می باشد و منجر به ایجاد میکروپایل­هایی با مقاومت ژئوتکنیکی بسیار بالاتر از میکروپایل های معمول می­گردد. این روش در خاک­های ریزشی و نیز در زیر تراز آب زیرزمینی بسیار مفید فایده می­باشد. شماتیک روش اجرا شده توسط مجموعه ژئوپارس در شکل 6 نشان داده شده است.

میکروپایل

شکل 6- اجزای یک ریزشمع (مینی پایل) به روش اشوبک

پس از برآورد ظرفیت سازه­ای و ژئوتکنیکی المان ریزشمع (میکروپایل)، ظرفیت این المان­ها در قالب فنرهایی (منفرد یا گروهی) در نرم­افزارهای مورد استفاده اعمال می­گردد. به عنوان نمونه تنش و نشست کنترل شده در پروژه ساختمان بهسازی شده با استفاده از روش ریزشمع (میکروپایل) در شکل 7 نشان داده شده است.

میکروپایل

شکل 7- تنش و نشست کنترل شده با استفاده از طرح روش ریزشمع (میکروپایل)

چنانچه در ابتدا هم بیان شد، ریزشمع (میکروپایل) امکان اجرای در زیر سازه­های ساخته شده را نیز دارد. این روش در سازه­هایی که دارای نشست افزایشی در حین بهره­برداری هستند، کاربردی خواهد بود. در شکل 8 نمونه­ای از جزئیات اتصال ریزشمع (میکروپایل) به فونداسیون سازه (ساختمان) موجود نشان داده شده است.

شکل 8- جزئیات اتصال ریزشمع (میکروپایل) به پی (فونداسیون) موجود در حالت کشش-فشار و فشاری- FHWA-NHI-05-039

میکروپایل

میکروپایل