بخشی از مقاله
معرفی روش نیلینگ در مهار گود
چکیده: یکی از مسائل مشکل ساز در امور ساخت وساز، گود برداری و روش های مهار شود ، یعنی مقابله با ریزش جانبی خاک اطراف کود است. در این زمینه روش های متعددی وجود دارد که روش نیلینگ که در این مقاله به آن پرداخته شده است یکی از روشهای جدیدی است که امروزه در اروپا کاربرد فراوانی داشته و هر روز به موارد استفاده از آن افزوده می شود.این روش در مقایسه با سایر روشها اقتصادی تر بوده و از لحاظ اجرایی سهولت بیشتری دارد. این مقاله به معرفی روش نیلینگ پرداخته و همچنین روش اجرا و کلیات و اصول طراحی مهار ها را بررسی می کند.
:مهار گود/نیلینگ گود برداری سازه نگهبان
1- مقدمه:
یکی از مهمترین مسائل در ساخت و سازهای شهری توجه به محافظت از ساختمانهای موجود در مجاورت گود برداری ها میباشد . اگر تمهیدات لازم جهت حفاظت جانبی گودها در ساختمانهای در حال احداث در نظر گرفته نشود منجر به مخاطراتی نظیر کاهش ظرفیت باربری ، نشستهای قابل توجه و تغییر مکانهای جانبی در سازه های مجاور خواهد شد . جهت جلوگیری از این مشکلات لازمست که قبل از شروع حفاری با استفاده از سیستمهای نگهدارنده جانبی محیطی امن و پایدار جهت حفاظت از بناهای مجاور ایجاد نمود . سیستمهای محافظ جانبی بکار رفته در این زمینه را میتوان به گروههای زیر طبقه بندی نمود :
ا - دیوارهای مهاربند شده توسط پشت بندهای افقی و مایل
Braced walls using wales and struts
۲ - دیوار های مهار بند شده توسط مهارهای کششی
Soldier beam and lagging
٣- دیوارهای سپری مهار بندی شده
Braced sheeting
۴- دیوارهای شمعی
Bored - pile walls
۵- دیوارهای آب بند دوغابی
Diaphragm - slurry walls
- روش نیلینگ
Soil nailing
در این مقاله ابتدا مرور مختصری بر روشهای متداول مهار گود در ایران می رود سپس در ادامه به طور اختصاصی روش نیلینگ توضیح داده می شود.
۲- معرفی روشهای معمول مهار گود
۱-۲- دیوارهای مهار بندی شده توسط پشت بندهای افقی و مایل این روش بطور گسترده ای تا اواسط دهه ۱۹۶۰ میلادی بکار میرفت . این سیستم امروزه بجز در پروژه های کوچک و با عمق حفاری کم در سایر موارد بندرت بکار میرود . این روش در حفاظت حفاری های بزرگ در مناطق شهری بندرت بکار میرود زیرا وجود پشت بندهای افقی و مایل در این سیستم باعث اتلاف فضای کاری قابل توجه در محدوده حفاری میشود و در ضمن خطر تصادم و برخورد به این پشت بندها نیز وجود دارد .
۲-۲- دیوارهای مهاربندشده توسط مهارهای کششی :
این روش بعنوان یک روش متعارف در پایدارسازی موقت گودهای شهری بکار میرود. در این روش مقاطع نورد شده فولادی بصورت یک سری ستون بدرون خاک تا زیر عمق کف حفاری فرو برده میشوند . فواصل این ستونها (s) بطور متعارف بین ۲ تا ۴ متر میباشد بصورتیکه بتوان فواصل بین آنها را توسط الوارهای چوبی پر کرد. در این روش در فواصل و عمقهای مناسب که بر اساس محاسبات مهندس طراح مشخص شده است از مهارهای کششی جهت حفاظت جانبی سیستم استفاده میشود . اتصال میله مهارها به ستونهای فولادی توسط جوش یک صفحه فولادی انجام میشود .
۳-۲- دیوارهای سپری مهاربندی شده :
در این روش صفحات فلزی سپری بدرون خاک کوبیده میشود و سپس در عمقهای مشخص که توسط مهندس طراح تعیین شده است از مهارهای کششی جهت پایداری جانبی سپرها استفاده میشود . روشهای ۲ و ۳ ( دیوارهای مهاربند شده توسط مهارهای کششی ، دیوارهای سپری مهاربندی شده و به راحتی نصب و برداشته میشوند و همچنین مصالح بکار رفته در این روشها قابل استفاده مجدد هستند. همچنین استفاده از این روشها منجر به حذف پشت بندهای افقی و مایل در محدوده گود میشود و از اینرو معایب روش یک ( دیوارهای مهاربندی شده توسط پشت بندهای افقی و مایل ) در محدود سازی فضای گود را ندارند. اما باید توجه داشت که این روشها به شدت وابسته به اجرای مهارهای کششی جانبی هستند لذا در فضاهای شهری ممکن است بعلت وجود تاسیسات شهری محدودیت هایی در اجرای این سیستم بوجود آید. همچنین فرو راندن ستونها و سپرهای فولادی در خاکهای بسیار متراکم و یا زمینهای سنگی به سختی صورت می گیرد و بنابراین استفاده از این روشها در زمینهای متراکم با محدودیت روبرو خواهد بود.
۴-۲- دیوارهای شمعی:
دیوارهای شمعی در موارد زیر بعنوان یک گزینه برتر جهت سیستم حائل جانبی گودها مطرح هستند : الف - در شرایطی که فرو راندن ستونها و سپر های فولادی بعلت متراکم بودن زمین به دشواری صورت گیرد . ب - در شرایطی که بعلت بالا بودن سطح آب زیرزمینی نیاز به ایجاد یک دیواره آب بند محافظ جهت جلوگیری از ورود آب به درون گود باشد. پ - در صورتیکه از سیستم محافظ گود بتوان بعنوان بخشی از سازه اصلی استفاده کرد . ت - در شرایطی که مالكین زمین های مجاور اجازه اجرای مهارهای کششی را در زیر ساختمانهای مجاور نمی دهند و یا در صورتیکه بعلت وجود زیرزمین در ساختمانهای مجاور و یا عبور تونلهای شهری امکان اجرای مهار کششی در زیر آنها نباشد.
روشهای مختلفی برای استفاده از تکنیک دیوارهای حائل شمعی وجود دارد. دو روش متداول در استفاده از دیوارهای حائل شمعی وجود دارد که عبارتند از :
۱- دیواره شمعی زنجیره ای
۴- دیواره شمعی ناپیوسته
۱-۴-۲- روش دیواره شمعی زنجیره ای : در این روش با اجرای یک در میان شمعها و هم پوشانی ایجاد شده یک دیوار حائل زنجیره ای تولید میشود. در مواردی میتوان بسته به نیاز از مهارهای کششی جانبی نیز جهت تقویت عملکرد جانبی سیستم استفاده نمود .استفاده از این روش در مناطقی که سطح آب زیرزمینی بالا بوده و خاک دارای چسبندگی ناچیز است توصیه میشود .
۲-۴-۲- روش دیواره شمعی ناپیوسته :
هنگامیکه توده خاک در محل دارای مقداری چسبندگی ( جوش خوردگی) بوده و آب نیز وجود نداشته باشد میتوان از شمعهای درجاریز فاصله دار استفاده نمود در این روش خاک بین شمعها بعلت پدیده قوس خوردگی دارای پایداری جانبی می باشند. فاصله حداکثر بین مرکز شمعها در این روش ۲ برابر قطر شمعها می باشد. همچنین در این روش باید پایداری جانبی سیستم در برابر فشار جانبی خاک مورد توجه قرار گیرد . در ضمن باید توجه داشت که این روش ساخت تنها برای دوره های زمانی کوتاه مدت کارایی دارد زیرا در دراز مدت امکان تغییر مشخصات خاک بین شمعها و ریزش آنها در اثر هوازدگی و ارتعاش وجود دارد . جهت محدود کردن اثرات هوازدگی میتوان از بتن پاشی سطح خاک که توسط توری سیمی ( Wire Mesh) پوشانده شده است استفاده نمود .
۵-۲- دیوارهای آب بند دوغابی :
یکی دیگر از سیستمهای محافظ جانبی استفاده از دیواره آب بند دوغابی می باشد در این روش یک دیوار جداکننده از مصالح دوغاب مخلوط سیمان جهت جلوگیری از نفوذ و یا خروج مایعات به محدوده حفاری اجرا می شود . این تکنیک بیشتر در جلوگیری از نشست مخازن زمینی مایعات و همچنین در دیواره آب بند زیر هسته سدهای خاکی بکار میرود .
۳- روش نیلینگ:
1-3-تاریخچه روش نیلینگ
روش نیلینگ در دو دهه ی اخیر در بسیاری از پروژه های مهندسی به کار گرفته شده است. این فن آوری از توسعه روش میله مهار در سنگ (bolting rock) در روش جدید تونل سازی اتریش " (NATM) نشأت گرفته است که در آن از ترکیب بتن شاتکریت مسلح و میله مهار ها برای تولید یک سیستم نگهبان انعطاف پذیر در ساخت سازه های زیر زمینی به کار می رفت.
اولین ثبت استفاده از این روش در شمال آمریکا، ایالت ونکوور در اوایل سال ۱۹۷۰ میلادی به عنوان سازه نگهبان موقت بوده است. گزارش بعدی در فرانسه در سال ۱۹۷۲ بود که از این روش برای ساخت دیوار نگهبان استفاده شد.در آلمان در سال ۱۹۷۶ برای اجرای شیب های تند در بزرگراهها و راه آهن و همین طور مهار بندی موقت برای گود برداری ساختمان استفاده شده است. پیمان کار فرانسوی با همکاری پیمان کار متخصص اولین ثبت روش نیلینگ را در عمق ۱۸ متری و با شیب ۷۰ درجه، در خاکهای ماسه ای به عنوان بخشی از پروژه راه آهن داشته اند. (۱۹۷۲/۷۳) رویه ای در حدود ۱۲۰۰۰ متر مربع با بیش از ۲۵۰۰۰ آرماتور و دوغاب پر کننده در سوراخهایی که از قبل کنده شده بود، به طول ۱۴ کیلومتر پایدار شد. اولین تحقیق اساسی در باره روش نیلینگ در آلمان انجام شد.(۸۱-۱۹۷۵) این آزمایش شامل چند نمونه آزمایشگاهی از انواع مختلف دیوار های نگهبان در ابعاد واقعی بود. در نتیجه توسعه روش نیلینگ در فرانسه و آشکار شدن نقطه ضعف های سایر سیستم های باربر ، فرانسوی ها آزمایشهای خود را در سال ۱۹۸۶ شروع کردند. این آزمایشات شامل سه نمونه آزماشگاهی در أبعاد بزرگ بر روی خاک ماسه اي و بررسی شش نمونه واقعی و در حال بهره برداری از این روش در ساختمان بود.نتایج تحقیقات اولیه منتشر شد و فاز دوم تحقیقات آغاز شد.
پس از گذشت بیست سال از معرفی این روش در اروپا و با توجه به تحقیقات مرتبط دو کشور مذکور ، امروزه روش نیلینگ به طور گسترده ای در هر دو کشور فرانسه و آلمان کاربرد دارد. مزایای مهم این روش عبارتند از اقتصادی بودن، ساختار انعطاف پذیر، امکان ساخت آن با ابزار های کوچک و در دسترس کارگاهی مناسب بودن برای مناطق شهری و در نهایت قابلیت انطباق پذیری آن برای کاربرد های ویژه .
فرانسه گزارش داده است که سالانه فقط در کار های دولتی بیش از ۱۰۰،۰۰۰ متر مربع دیوار به این روش ساخته می شود. در حالی که شاید صد ها کار خصوصی و ثبت نشده نیز از این روش استفاده می کنند. امروزه بیشتر از این دیوار ها به طور موقتی و با رویه شاتکریت شده استفاده می شود. بلند ترین دیوار تعمودی ساخته شده با این روش در فرانسه ۲۲ متر ارتفاع دارد. و بلندترین دیوار مایل با شیب ۷۳ درجه ۳۰ متر ارتفاع دارد. در آلمان تخمین زده می شود که بیش از ۵۰۰ ساختمان که خاک آنها با این روش مهار شده است وجود دارد. مانند فرانسه اغلب از آن به عنوان سازه موقت و با رویه شاتکریت شده بتنی استفاده می شود.
۲-۳- معرفی روش :
پایه اصلی روش نیلینگ بر مبنای مسلح کردن و مقاوم ساختن توده خاک موجود با استفاده از دوختن توده خاک توسط یک سری مهار کششی فولادی با فواصل نزدیک میباشد . استفاده از روش نیلینگ موجب افزایش مقاومت برشی توده خاک و محدود کردن تغییر مکانهای خاک در اثر افزایش مقاومت برشی در سطح لغزش بعلت افزایش نیروی عمودی و همچنین کاهش نیروهای لغزشی در سطح لغزش احتمالی ایجاد میشود . سطح ترانشه حفاری شده که توسط نیلینگ مسلح شده است می باید با استفاده از یک شبکه توری سیمی شاتکریت شده محافظت شود. نمونه ای از استفاده از روش نیلینگ در پایدار سازی موقت گود مجاور ساختمانها در شکلهای شماره (۱) ارائه شده است.
از کاربردهای روش نیلینگ میتوان به موارد زیر اشاره نمود : - پایدارسازی ترانشه ها در پروژه های احداث بزرگراهها و راه آهن - سیستم پایدارسازی و حفاظت موقت گودها در مناطق شهری جهت احداث ساختمانهای بلند - پایدار سازی جبهه های کاری در تونلها و سازه های زیرزمینی - پایدار سازی کوله های مجاور پل ها
مهارهای کششی از آرماتورهای فولادی با قطر در حدود ۲۰ الى ۳۵ میلیمتر و مقاومت حد تسلیم ۴۲۰ الى ۵۰۰ نیوتن بر میلیمتر مربع تشکیل شده اند که درون یک گمانه حفاری شده با قطر در حدود ۱۰۰ الی ۳۰۰ میلیمتر قرار گرفته و دور آنها تزریق میشود . فواصل بین این مهارها در حدود ۱ الى ۲ متر میباشد. طول این مهارها در حدود ۷۰ الي ۱۰۰ درصد
ارتفاع گود بوده و با شیب حدود ۱۵ درجه نسبت به افق اجرا میشوند . رویه شاتکریتی ترانشه حفاری شده بعنوان یک المان باربر سازه ای مطرح نمی باشد اما از آن میتوان در جهت اطمینان برای پایداری موقت خاک بین مهارها استفاده نمود . در برخی موارد میتوان از قطعات پیش ساخته بتنی بعنوان یک المان محافظ بجای رویه شاتکریتی استفاده نمود .
۳-۳- مراحل اجرای سیستم نیلینگ:
در شکل شماره (۲) اجرای سیستم نیلینگ به صورت شماتیک ارائه شده است که شامل مراحل زیر میباشد :
1 - انجام حفاری در اولین مرحله گود
۲ - حفاری گمانه مورد نظر جهت احداث مهار کششی
3 - قرار دادن آرماتور و انجام تزریق درون گمانه حفاری شده
۴- قرار دادن سیستم زهکش اجرای رویه شاتکریتی اولیه و صفحات فولادی محافظ
۵ - ادامه مراحل فوق برای پله های بعدی حفاری در گود برداری
۶- اجرای پوشش شاتکریتی نهایی پس از رسیدن به آخرین مرحله حفاری در گود
۴-۳- کلیات و اصول طراحی روش طراحی سیستم نیلینگ شامل مراحل زیر است :
)برای یک هندسه سازه ای مشخص گودبرداری (عمق و زاویه شیب خاکبرداری برای بارگذاری سربار باید بارهای وارده به میخ و موقعیت سطح لغزش تخمین زده شود ۲) نوع آرماتورها انتخاب شود (نوع. سطح مقطع.طول. فاصله) و در هر تراز از آرماتورها مقاومت موضعی آنها تعیین شود که در واقع تعیین میکند مقاومت میخ( استحکام و ظرفیت چسبندگی ) برای تحمل نیروهای وارده تخمین زده شده با یک ضریب اطمینان قابل قبولی. کافی است یا خیر. ۳) بایداری کل سازه نگهدارنده و خاک اطراف آن در طی حفاری و بعد از آن با یک ضریب اطمینان قابل قبول بررسی شود.
