میکروپایل

معرفی

میکروپایل‌ها به دو گروه کلی تقسیم می­شوند: “میکروپایل‌های پیش­ ساخته” و “میکروپایل‌های درجا” (Fleming, 1985). میکروپایل‌ها پیش­ ساخته المان­هایی می­باشند که در اثر کوبش یا ارتعاش به داخل زمین رانده می­شوند، بنابراین در طی نصب، خاک­های اطراف را جابجا کرده و به جلو می­رانند. میکروپایل‌های درجا در گمانه ­ها و چاه­هایی از پیش حفر شده، قرار داده می­شوند و یا اینکه در محل، ساخته و اجرا می­گردند.

ریزشمع (یا میکروپایل)، غالباً جزء شمع­های حفاری درجا، البته با قطر کوچک (عمدتاً کمتر از ۳۰۰ میلیمتر) می­باشد که اغلب با آرماتور تقویت می­گردد. ریزشمع (یا میکروپایل)  از طریق حفر یک گمانه یا چاه، سپس استقرار آرماتورها در گمانه و در نهایت تزریق گمانه اجرا می­گردد.

میکروپایل

شکل شماتیک از اجرای سیستم ریز شمع (میکرو پایل)

از جمله کاربردهای ریزشمع می‌توان به بهسازی بستر و افزایش ظرفیت باربری و کاهش نشست پی‌ها و پایه پل‌ها، مقاوم سازی سازه‌های قدیمی، افزایش ضریب اطمینان پایداری شیروانی‌های خاکی و … اشاره نمود.

میکروپایل

نمونه‌های از کاربردهای مختلف ریزشمع‌ها

طراحی

ریزشمع (یا میکروپایل)  قادر به تحمل بارهای محوری و جانبی بوده و می­تواند جایگزین شمع­های مرسوم گردد و یا اینکه در کنار سیستم شمع به کار گرفته شود که این موضوع بستگی به روش طراحی دارد. ریزشمع (میکروپایل)­ها به روش­هایی اجرا می­گردند که کمترین آسیب را به خاک و سازه و محیط اطراف خود وارد آورند. آنها را می­توان در محیط­های با دسترسی مشکل و در همه نوع خاک و شرایط زمینی اجرا نمود. ریزشمع (میکروپایل)­ها را می­توان تحت هر زاویه­ای نسبت به افق (مایل) با استفاده از همان تجهیزات مورد استفاده در پروژه­های تزریق و مهار، اجرا نمود.

از آنجا که مراحل اجرا، ارتعاش و سر و صدای کمی را ایجاد نموده و می­توان آنرا در فضاهای مسقف کم ارتفاع اجرا نمود، اغلب برای تقویت پی­های سازه­های موجود مورد استفاده قرار می­گیرد. در مواردی که فضای زیرزمینی محدود باشد، تجهیزات حفاری ویژه­ای لازم می­باشد.

بخش عمده نیروهای اعمالی به شمع­های درجا، اساساً توسط بتن مسلح تحمل می­شود؛ و بدین لحاظ برای افزایش ظرفیت باربری سازه­ای آنها می­توان سطح مقطع و سطح تماس شمع را افزایش داد. در مقابل، ظرفیت باربری سازه­ای ریزشمع (میکروپایل)  متکی بر ظرفیت المان­های فولادی مقاوم موجود در آن می‌باشد. این المان­های فولادی تقریباً نصف حجم گمانه را اشغال می­کنند. بکارگیری روش­های حفاری و تزریق ویژه در اجرای ریزشمع (میکروپایل)­ها امکان پیدایش مقادیر ظرفیت باربری بالایی را در مجموعه خاک- دوغاب مهیا می­سازد.

دوغاب، نیروهای موجود در ناحیه پیوند (مجموعه خاک-دوغاب) را به روشی شبیه به مهاربندی زمین، از طریق اصطکاک و به کمک آرماتورها به زمین منتقل می­کند. بخاطر قطر کوچک ریزشمع (میکروپایل)، عموماً از ظرفیت باربری نوک آن صرفنظر می­شود. مقاومت ناحیه پیوند دوغاب-خاک به نوع زمین و روش ترزیق (مثلاً تزریق فشاری یا ثقلی) بستگی دارد. روش حفاری نیز اگرچه بسیار کم، ولی تاثیر گذار می­باشد.

اجرا

به منظور استقرار لوله‌های میکروپایل (غلاف فولادی) در محل گمانه‌ها بسته به سختی خاک محل پروژه ممکن است از روش کوبش توسط دستگاه لوله کوب و یا حفاری و جایگذاری استفاده شود. برای این منظور در اولین قسمت عملیات لوله کوبی از لوله نوک تیز میکروپایل استفاده می‌شود و پس از فرورفتن لوله اول، لوله دوم و لوله‌های بعدی به نوبت تا دست یافتن به عمق مورد نیاز به هم متصل گردیده و کوبیده می‌شود. طول لوله‌های میکروپایل غالباً بین ۱ تا ۲ متر می‌باشد.

پس از اتمام لوله کوبی، تزریق دوغاب سیمان انجام می‌گیرد. این عملیات بوسیله مجموعه دستگاه تزریق متداول که از سه بخش میکسر اولیه، میکسر ثانویه و پمپ تزریق تشگیل گردیده صورت می‌گیرد. پس از اختلاط آب و سیمان و در صورت نیاز افزودنی‌های دیگر به نسبت مشخص دوغاب در میکسر اولیه ساخته می‌شود. دوغاب سیمان جهت نگهداری و انتقال آن در طی زمان به پمپ تزریق در میکسر ثانویه نگهداری می‌شود و در نهایت فشار لازم توسط پمپ تزریق ایجاد شده و دوغاب توسط پکرهای درون چاهی و سرچاهی از طریق جداره مشبک میکروپایل و فشار مشخص به خاک تزریق می‌گردد که علاوه بر ایجاد پیوستگی میان جداره میکروپایل و زمین، سبب بهبود مشخصات مکانیکی خاک اطراف نیز می‌گردد.

به منظور ایجاد باربری، در گام نهایی اجرای میکروپایل، عملیات نصب آرماتور تسلیح در داخل غلاف فولادی صورت می‌گیرد. بدیهی است که آرماتور تسلیح می بایست قبل از گیرش سیمان، در داخل گمانه نصب شود.

بمنظور ایجاد اتصال کامل بین میکروپایل و بتن شالوده و همچنین جلوگیری از برش پانچ در آخرین مرحله صفحات توزیع تنش (فلنج) به آرماتور تسلیح و لوله میکروپایل متصل می‌گردد.

میکروپایل

تجهیزات و مراحل مختلف عملیات میکروپایل