میکروپایل

 اجرای میکروپایل (micropile):

 

    

تحکیم بستر به روش میکروپایل- پروژه های شرکت حفار پایدار تهران 

 

یکی از جدیدترین، سریعترین و با صرفه ترین روشها برای تحکیم و بالا بردن مقاومت زمینهایی که باربری لازم جهت احداث سازه های مورد نظر بر روی آنها را ندارند، احداث میکروپایل و تزریق سیمان میباشد. به وسیله این تکنیک علاوه بر تغییر مشخصات مکانیکی و ژئوتکنیکی خاک و بالا بردن مقاوت آن می توان از توان باربری خود میکروپایل به عنوان سازه باربر استفاده نمود. این روش در مقایسه با روشهای شمع کوبی و یا احداث شمع درجا اعم از شمع گرد و یا مستطیلی (بارت) از مزیت های عمده ای برخوردار است. به خصوص در زمینهای فوق العاده سست نظیر زمینهای باتلاقی، زمین های کنار دریا و ماسه های بادی نظیر اکثر مناطق مرکزی ایران که امکان حفاری و احداث شمع درجا به سادگی میسر نمی باشد و حتی در صورت احداث هم به علت سستی بیش از حد زمین باربری زیادی نخواهد داشت، توسط این روش می توان با صرف هزینه و زمین خیلی کمتر از روشهای دیگر به اهداف و مقاومت لازم دست پیدا کرد.
از مزیت های دیگر این سیستم در رابطه با سازه هائی که تحت اثر نیروی کشش (up lift) قراردارند این است که میکروپایل بر خلاف شمع های کوبیدنی و یا درجا که بیشتر به نیروی انتهائی (End Bearing) متکی می باشند تنها به صورت اصطکاکی عمل نموده و لذا در برابر نیروهای کششی نیز مقاومتی برابر با مقاومت فشاری خواهد داشت.

کلیات:

به طور کلی میکروپایل(ریزشمع) عبارت است از یک لوله به قطر 2 تا 4 اینچ که به طرز خاصی سوراخکاری شده و در انتهای آن یک سرنیزه ای قراردارد. با کوبیدن این لوله در زمین و تزریق سیمان با مواد افزودنی از داخل آن و نصب انکر در داخل آن می توان از آن به عنوان سازه باربر، دیوار آب بند، دیوار حائل و انکر استفاده نمود.

روش اجرا:

جهت احداث میکروپایل مراحل زیر به ترتیب و بسته به شرایط زمین محل احداث پروژه اجرا خواهد شد.

1- حفاری

در صورتی که زمین محل احداث میکروپایل از مقاومت نسبتاً بالائی برخوردار باشد و یا امکان برخورد با قطعات بزرگ سنگ در هنگام لوله کوبی وجود داشته باشد به صورتی که امکان عبور لوله میکروپایل از آن وجود نداشته باشد ابتدا گمانه ای به قطر 2 الی 4 اینچ ( قطر مورد نظر برای میکروپایل احداثی ) حفاری می گردد. عمق این گمانه لزوماً به اندازه عمق میکروپایل احداثی نبوده و در صورت عبور از لایه های سخت و یا درشت دانه می توان حفاری را متوقف نمود.
برای مثال ممکن است برای احداث یک میکروپایل به عمق 10 متر حفاری به عمق کمتر از 4 متر انجام گیرد.

2- لوله کوبی

پس از حفاری در صورت نیاز و یا در زمینهایی که نیازی به حفاری وجود ندارد، نوبت به لوله کوبی می رسد. در این مرحله لوله های مانیسمان بدون درز به قطر 2 الی 4 اینچ (بسته به شرایط سازه احداثی در روی زمین مورد نظر و باربری مورد نیاز ) که از قبل در طولهای 1 تا 3 متری بریده و سوراخکاری شده اند توسط لوله کوب های ضربه ای و یا پنوماتیک در زمین کوبیده می شود. برای بهتر فرو رفتن لوله در زمین و جلوگیری از ورود خاک به داخل لوله کوبیده شده از یک سرنیزه در انتهای میکروپایل استفاده می شود. لوله کوبی با اضافه کردن قطعات تا رسیدن به ارتفاع مورد نظر برای میکروپایل احداثی ادامه پیدا می کند. 
دربرخی از موارد برای قطعه آخر از یک لوله که یک متر آخر آن سوراخکاری نشده است استفاده می کنیم. این کار برای جلوگیری از بیرون زدن دوغاب در آخرین مرحله تزریق میباشد.

3- خارج کردن مواد زائد از داخل میکروپایل

در این مرحله در صورتی که امکان وارد شدن مواد به داخل میکروپایل وجود داشته باشد (نظیر میکروپایل های احداثی در زمین های باتلاقی) با روش شستشوی با آب و با هوا مواد زائد از داخل میکروپایل خارج می شود.

       

4- تزریق

پس از آماده سازی لوله میکروپایل جهت تزریق با نصب پکرهای پنوماتیک و یا پکر انتگرال عملیات تزریق با فشار 10 الی 15 آتمسفر و با فاصله های 2 تا 4 متری از پائین به بالا انجام می گیرد. فواصل پکرها نیز بستگی به شرایط زمین و مقاومت مورد نظر دارد. در آخرین مرحله تزریق از یک پکر سرچاهی که مجهز به شیر باشد استفاده می گردد. استفاده از پکر شیردار برای نگه داشتن فشار در داخل لوله میکروپایل پس از اتمام عملیات تزریق است.
نوع سیمان، مواد افزودنی و غلظت دوغاب تزریق بستگی به مشخصات مکانیکی و شیمیایی محل احداث میکروپایل دارد.

5- نصب انکر

آخرین مرحله احداث میکروپایل مرحله نصب انکر می باشد. در این مرحله با توجه به نیاز پروژه و قطر میکروپایل احداثی و شرایط و مقدار نیروی اعمالی به میکروپایل انکر مورد نیاز تعیین و نصب می گردد. انکر نصب شده می تواند از آرماتورهای معمولی به صورت تکی، دوتایی و یا سه تایی، انکرهای مقاومت بالا و یا سیم های فولادی تهیه گردد. همچنین مهار انکر احداث شده در سازه بستگی به نوع انکر و شرایط سازه دارد که با توجه به این شرایط محاسبه و طراحی و نصب گردد.

 نحوه محاسبه مقاومت میکروپایل در برابر نیروهای وارده:

برای محاسبه مقاومت میکروپایل در برابر نیروهای وارده اعم از نیروهای کششی یا فشاری از فرمول های ارائه شده در فصل ششم جلد دوم کتاب مهندسی پی تالیف براجا . ام . داس ترجمه آقای شاپور طاحونی استفاده می کنیم.

براین اساس برای محاسبه مقاومت نهائی میکروپایل داریم:

Pu = π d L σv k tanφ
که در آن :
Pu : مقاومت نهائی 
d : قطر تزریق 
L : طول میکروپایل ( برای اطمینان معمولاً از یک متر بالائی صرف نظر می کنیم.)
φ: زاویه اصطکاک داخلی خاک 
σv : تنش قائم موثر متوسط ( مساوی yz در ماسه خشک ) 
K : ضریب فشار خاک که با توجه به انجام عمل تزریق تحت فشار می توان آن را برابر ko در نظر گرفت. (حد پائین k ضریب فشار محرک رانکلین می باشد.)

همچنین در میکروپایل های احداث شده در زمین های رسی مقاومت نهایی به صورت تقریبی برابر است با:

Pu = π d L Ca

Ca: ضریب چسبندگی می باشد که بطور تقریب برابر C⅔ در نظر گرفته می شود که در آن C ضریب چسبندگی زهکشی نشده می باشد.
برای تعیین مقاومت مجاز میکروپایل می توان ضریب اطمینانی برابر 1.5 تا 2 برابر مقاومت نهایی اعمال کرد.

      

تحکیم و تثبیت خاک - کنترل روانگرایی با اجرای روش میکروپایل

 پروژه های شرکت حفار پایدار تهران 

      

 انجام عملیات تحکیم بستر - تحکیم و تثبیت زیر فونداسیون سازه با اجرای ریزشمع 

پروژه های شرکت حفار پایدار تهران

 

مزیت های میکروپایل به شمع درجا اعم از گرد و مستطیلی ( بارت ):

1- مقاومت فشاری

همانگونه که در مورد شمع های کوبیدنی گفته شد در مورد شمع های درجا نیز هر چند که سطح شمع اجرا شده معمولاً دارای پستی و بلندی بیشتری نسبت به شمع کوبیدنی است اما در این مورد هم در ضمن اجرای شمع مشخصات خاک هیچگونه تغییری نکرده و مقاومت اصطکاکی کمی خواهد داشت و همچنین وزن خود شمع عامل مهمی در کاهش ظرفیت باربری آن می باشد. برای مثال در یک شمع درجا که به قطر یک متر و عمق 20 متر در زمین احداث شده است وزن خود شمع حدود 38 تن می باشد که اگر ضریب اصطکاک را برابر 0.5 در نظر بگیریم با در نظر گرفتن ضریب اطمینان 2 حدود 5 متر از طول شمع تنها برای تحمل بار وزن خود شمع لازم است در صورتیکه در مورد میکروپایل اولاً به سبب تزریق مواد ضریب اصطکاک خیلی بیشتر است و ثانیاً وزن خود میکروپایل در برابر باربری آن قابل صرف نظر کردن است.

2- مقاومت کششی

هر چند که شمع درجا نسبت به شمع کوبیدنی به سبب ضریب اصطکاک بیشتر از مقاومت کششی بیشتری برخوردار است و همچنین معمولاً وزن این شمع ها از وزن شمع های کوبیدنی بیشتر می باشد که این خود عاملی در جهت افزایش مقاومت شمع در برابر نیروهای کششی می باشد ولی باز هم در مقایسه با میکروپایل به علت افزایش ضریب اصطکاک میکروپایل تحت تاثیر تزریق سیمان همراه با مواد افزودنی شمع درجا از مقاومت کششی کمی برخوردار بوده و قابل مقایسه با میکروپایل نیست.

3- شرایط اجرا

در مورد شمع ها ی درجا در زمین های نرم به علت ریزشی بودن عملیات حفاری با سختی انجام می گیرد و در بعضی از زمین ها نیز که امکان حفاری با بنتونیت می باشد به علت قرار گرفتن بنتونیت در جداره محل حفاری شده و پر کردن پستی و بلندی های جداره مقاومت اصطکاکی به شدت کاهش یافته که به طور کلی این مشکلات در مورد میکروپایل وجود ندارد.

4. بعد اقتصادی

باتوجه به این امر كه اجرای میكروپایل مبتنی بر استفاده از حجم كم مصالح مشتمل بر فولاد و سیمان، هزینه‌های پائین تجهیز كارگاه و نیز حجم بالای كار نیروی انسانی در زمان كوتاه می‌باشد، روش میكروپایل در مقایسه با سایر روشهای بهسازی نظیر اجرای شمع بتنی و  غیره كه مبتنی بر استفاده از حجم زیاد مصالح و یا بكارگیری ماشین‌آلات سنگین و گرانقیمت می‌باشند، اقتصادی‌تر است.

 

طراحی و اجرای میکروپایل, قیمت میکروپایل, هزینه میکروپایل, پیمانکار میکروپایل, مجری میکروپایل