نیلینگ
با توجه به عمق زیاد گودبرداری و عدم امکان گودبرداری به صورت مایل و پله‌ای و استفاده بهینه از زمین و همچنین انجام عملیات گودبرداری در کوتاهترین زمان ممکن، استفاده از روش نیلینگ (میخکوبی خاک) الزامی است. نیلینگ روش جدیدی است که به دلیل اقتصادی بودن و مزایای منحصر به فرد خود، به عنوان راه حل بسیار مناسبی در موارد مختلف از جمله پایدارسازی شیب‌ها و شیروانی‌ها و افزایش ظرفیت باربری و محدود کردن تغییر شکل‌ها با ایجاد حداقل دست خوردگی در وضعیت طبیعی زمین خصوصاً در مناطق شهری که فضای کافی برای انجام سایر عملیات‌ها در دسترس نیست، کاربردهای فراوانی دارد.
در این روش پس از خاکبرداری پله اول (خاک محل باید قابلیت پایداری تا عمق حدود ۱/۵ متر را داشته باشد). اولین ردیف میخ‌ها اجرا و سپس رویه بتنی نازکی تحت عنوان شاتکیرت اجرا می‌شود و در انتها صفحه سر و مهره مربوطه بسته می‌شود. این روند تا رسیدن به تراز نهایی گودبرداری و طی پله‌های خاکبرداری باقیمانده ادامه خواهد یافت.
استفاده از روش نیلینگ به عنوان یک سیستم حفاظت جداره ترانشه و گود در مناطق شهری و فضاهای محدود بسیار کارا بوده و بدلیل امکان همزمانی اجرا در چند جبهه کاری از سرعت خوبی برخوردار است. با توجه به درجه پایداری، امکان اجرای گود قائم وجود داشته و همچنین در انواع شرایط خاک، اجرای آن امکان پذیر بوده و مهمترین ویژگی این روش محسوب می‌شود. برای سازه‌های زیر زمینی بخصوص در فضاهای محدود شهری مانند ایستگاه‌های مترو مناسب است.
پایدارسازی گوه لغزش توسط نیلینگ (میخکوبی)
دیوارهای میخکوبی شده می‌توانند به دو صورت موقت یا دائمی‌اجرا شوند. میخ‌کوبی‌های موقت بسته به نوع خاک و طرح و اجرا دارای طول عمر سرویس کمتر از ۱۸ ماه هستند. سازه‌های میخکوبی شده‌ی دائم طول عمر بیشتر از این مقدار دارند. چنانچه یک گودبرداری توسط دیوارهای میخکوبی شده‌ی موقت مسلح شود، اما به دلیل تأخیرات کارگاهی طول مدت ساخت بیشتر از ۱۸ ماه طول بکشد، عوامل اجرایی موظف هستند از یک سیستم نگهداری دائمی برای تثبیت گودبرداری استفاده کنند. در این روش سوراخ‌هایی در داخل زمین حفاری شده و سپس میلگردهای فولادی در آن کار گذاشته شده و فضای خالی حفره را با دوغاب پر می‌‌کنند.
مزایای روش نیلینگ
- امکان اجرا در مجاورت سازه‌های موجود.
- روش ساخت مطابق با معیارهای زیست محیطی است (بدون لرزش و سر و صدا).
- روش اجرا، سازگار با عوارض زمین و وضعیت طرح و محل است ( انعطاف پذیری روش).
- تغییر شکل‌های کم دیوار ( امکان اجرا در مجاورت سازه‌های حساس به نشست).
- صرفه جویی اقتصادی در مقایسه با دیگر روش‌های ساخت خصوصاً سازه‌های نگهبان گیردار
- امکان کار حتی در فضاهای محدود که وسایل کوچکتر می‌توانند استفاده شوند.
- مناسب برای کاربردهای موقتی و دائمی.
معایب روش نیلینگ یا میخ کوبی
- نیاز به اخذ رضایت از همسایه‌ها
- آلودگی صوتی ماشین آلات
دامنه کاربرد نیلینگ
میخکوبی خاک (نیلینگ) روش جدیدی است که به دلیل اقتصادی بودن و مزایای منحص به فرد به عنوان راه حل بسیار مناسبی در موارد مختلف از جمله پایدار سازی شیب‌ها و شیروانی‌ها و افزایش ظرفیت باربری و غیره کاربردهای فراوانی دارد. استفاده از روش تسلیح خاک، طی دو دهه اخیر در اکثر کشورهای پیشرفته و در حال توسعه، جهت پایدارسـازی گودبرداریها و همچنین پایدارسازی شیب‌های طبـیعی کاربرد وسیعی پیدا کرده است.
روش‌های مختلف پایدارسازی ترانشه‌ها همواره با چالش‌های مختلفی روبرو است. از این بین نیلینگ یا میخکوبی به دلیل مزایای فنی و اقتصادی گزینه مطلوب اغلب کارفرمایان بخش راه و ساختمان است که بدون ایجاد مشکل در محدوده پروژه، ضرایب اطمینان دیواره‌های گودبرداری را به بهترین شکل تامین می‌کند. به کارگیری دانش روز سیستم نیلینگ و پس کشیدگی المان‌های نیل، این امکان را ایجاد کرد که تغییر مکان‌های مجاور ساختمانهای فرسوده و معابر پرترافیک کاهش یابد. این فن آوری که اصطلاحاً انکراژ نامیده می‌شود با به کارگیری استرند چند رشته به جای میلگرد در گمانه‌ها به تنها گزینه پایدارسازی گودهای بالای ۲۵ متر تبدیل شده است.
کاربرد نیلینگ در پروژه‌های عمرانی
- پایدارسازی ترانشه‌ها در احداث بزرگراه‌ها و راه آهن‌ها.
- پایداری جداره تونل‌ها و سازه‌های زیرزمینی
- پایدارسازی و حفاظت گود در سازه‌های مناطق شهری، ساختمانهای مجاور گود، ایستگاه‌های زیرزمینی مترو
- پایدار سازی کوله‌های مجاور پل‌ها در زمین‌های سست و ریزشی
اصول طراحی نیلینگ (nailing)
مراحل طراحی سیستم نیلینگ مطابق زیر است.
- هندسه سازه مشخص شود.
- عمق و زاویه شیب خاکبرداری مشخص شود.
- بارگذاری و سربار بارهای وارده به Nail و موقعیت سطح افزایش تخمین زده شود.
- انتخاب نوع آرماتور شامل سطح مقطع، طول و فاصله از یکدیگر و در هر تراز مقاومت موضعی آنها تضمین شده تا مقاومت از نظر استحکام و ظرفیت چسبندگی برای تحمل نیروها تخمین زده و با ضریب اطمینان مناسب و قابل قبول کنترل شوند.
- پایداری کل سازه نگهدارنده و خاک اطراف آن در زمان حفاری گود و ایجاد پله‌های حفاری و بررسی و کنترل ضریب اطمینان قابل قبول.
- تخمین نیروهای وارده بر صفحه فولادی Bearing plate
- در نظر گرفتن سطح پیزومتریک آب‌های زیر زمینی و لحاظ نمودن سیستم زهکش
مکانیزم‌های گسیختگی در طراحی
مکانیزم‌های گسیختگی و در نتیجه موارد لازم جهت کنترل در طراحی‌ها به طور خلاصه به سه گروه اصلی زیر طبقه بندی می‌شوند.
گسیختگی‌های داخلی (Internal Failure Modes)
- بیرون آمدن میخ (Pullout Failure)
- گسیختگی بین دوغاب و خاك (Bar-Grout Pullout Failure)
- گسیختگی کششی میخ (Nail Tensile Failure)
- گسیختگی خمشی یا برشی میخ (Bending/Shear Failure)
گسیختگی‌های خارجی (External Failure Modes)
- تشکیل گوه گسیختگی (Global Stability Failure)
- لغزش (Sliding Failure)
- ظرفیت باربری کف گود (Bearing Capacity Failure)
گسیختگی‌ها رویه (Facing Failure Modes)
- گسیختگی خمشی (Flextural Failure)
- سوراخ شدگی (Punching Shear Failure)
- گسیختگی گل میخ ها (Headed Stud Failure) تنها برای حالت دائم
مراحل اجرای سیستم نیلینگ
- گودبرداری در مرحله اول ترانشه یا گود و ایجاد پله بعدی عملیات
- حفاری چال جهت نصب مهار کششی nail
- قراردادن آرماتور داخل چال و تزریق چال
- اجرای سیستم زهکشی و اجرای شاتکریت جداری و نصب ضخامت فولادی
- گودبرداری مرحله بعدی ترانشه یا گود و ایجاد پله‌های بعدی عملیات
- اجرای پوشش شاتکریت نهایی پس از اتمام آخرین مرحله حفاری
روش‌های اجرایی سیستم نیلینگ
خاكبرداری
گودبرداری اوليه تا عمقی صورت می‌پذيرد که ديواره‌ی گودبرداری شده بتواند در مدت کوتاهی بين ۲۴ تا ۴۸ ساعت پايداری خود را حفظ کند. خاكبرداری می‌بايست به صورت مرحله به مرحله انجام شده و پس از انجام هر مرحله از خاكبرداری بایستی عمليات اجرای میخکوبی در آن مرحله صورت گيرد و پس از اتمام عمليات، خاكبرداری مرحله بعد انجام می‌پذيرد. عرض گودبرداری انجام شده حداقل بايد به اندازه‌ای باشد که بتوان ابزارهای لازم را در محل مستقر کرد. در هر مرحله خاكبرداری، عمق ديواره ايجاد شده بايستی پايداری لازم در حين اجرای میخکوبی را داشته باشد، اصولاً عمق گودبرداری جهت تامين کوتاه مدت پايداری ۲ متر است. البته با توجه به شرايط ژئوتكنيكی خاک ساختگاه ارتفاع مجاز خاكبرداری در هر مرحله تعيين می‌شود.
حفاری
حفاری محل ميخها می‌بايست در فواصل مشخص، مطابق نقشه‌های اجرايی به وسيله دستگاه حفاری ضربه‌ای D.T.H و يا مشابه آن صورت گيرد. حفاری گمانه‌های مورد نظر می‌تواند در جبهه‌های مختلف كاری صورت پذيرد.
- حفاری به صورت چرخشی (Rotary Drilling) با هوا یا آب. این روش متداول‌ترین روش در حفاری میخ‌ها است.
- حفاری با لوله جدار (Driven Casing). استفاده از این روش در خاك‌های ریزشی توصیه می‌شود.
- حفاری با سیستم خود حفار (Self Drilling Method) . استفاده از این روش در خاک‌های ریزشی مناسب بوده و دارای سرعت قابل قبولی اجرایی نیز است.
- حفاری با سیستم اوگر(Auger)
- در گذشته استفاده از روش‌های کوبشی میخ‌ها نیز مرسوم بوده که امروزه بدلیل راندمان کم و مشکلات فنی و اطمینان کم منسوخ شده است.
جزییات اجرایی‌‌حفاری
- قطر حفاری میخ‌ها معمولاً بین ۷۶ تا ۲۰۰ میلیمتر استمی باشد.
- دوغاب مورد استفاده معمولاً از اختلاط آب و سیمان با نسبت وزنی ۰/۴ تا ۰/۷ است. در برخی موارد نیز از افزودنی‌هایی مانند ماسه و یا مواد شیمیایی استفاده می‌شود.
- قطر آرماتور مورد استفاده معمولاً بین ۱۸ تا ۴۰ میلیمتر است.
- فواصل قائم و افقی میخ‌ها بین ۱/۲۵ تا ۲ متر متغییر است و معمولاً به طور مساوی انتخاب می‌شوند.
- زاویه حفاری و قرارگیری میخ‌ها نسبت به افق بین ۱۰ تا ۲۰ درجه بوده که در اکثر موارد ۱۵ درجه در نظر گرفته می‌شود.
- حداکثر طول میخ‌ها جهت دارا بودن کارایی کافی برابر با ۱۸ متر است.
نصب ميلگرد تسليح و تزريق دوغاب سيمان
پس از حفاری گمانه تا عمق مورد نظر، عمليات نصب ميلگرد تسليح صورت می‌پذيرد. عناصر تسليح معمولاً شامل آرماتورهای فولادی بوده و اغلب تو پر هستند. می‌توان از ميلگردهای توخالی نيز استفاده کرد. به هر حال میلگردهای طراحی شده پس از حفاری درون گمانه قرار می‌گيرند. جهت آنکه راستای ميلگردها دقيقاً در امتداد محور استوانه‌ی چال‌های حفر شده باشد از ابزاری به نام مرکز کننده (اسپیسر یا سنترالیزر) استفاده می‌شود. ميلگردها در داخل مرکز کننده‌ها فرو رفته و سپس در داخل چال، جاگذاری می‌شوند. چنانچه شرايط خوردگی شديد باشد از پوشش اپوکسی مخصوصی جهت محاظت از ميخها استفاده می‌شود. ميلگردهای فولادی مسلح کننده مهمترين عنصر ديوارهای ميخکوبی شده است. اين المان‌ها در سوراخ‌هايی که از پيش حفاری شده قرار گرفته و سپس يک شیلنگ دوغاب ريزی به انتهای چال رفته و فضای خالی باقي مانده را از انتها تا ابتدای چال دوغاب ريزی می‌کند. شيب چال‌های حفر به مقدار ملايمی در پايين سطح افق قرار دارد. لذا دوغاب با نيروی وزن وارد شده بر آن به خوبی در حفره‌ها جا می‌گيرد. به چنين روشی، روش دوغاب ريزی ثقلی گفته می‌شود که جزء روش‌های متداول در ميخکوبی به حساب می‌رود. دوغاب نقش اصلی انتقال تنش از زمين به ميخها را ايفا می‌کند.
شاتکریت دیواره، نصب صفحه و مهره
پس از اتمام عمليات تزريق، سطح ديواره جهت جلوگيری از فرسايش و همچنين حفظ يكپارچگی بيشتر در عملكرد ميخها، توسط يك لايه بتن‌پاشی شده (شاتکریت) پوشانده می‌شود. پوشش، نوعی اتصال سازه‌ای در سيستم ايجاد می‌کند و در میخکوبی‌ها دو نوع پوشش، موقت و دائمی وجود دارد. پوشش موقت نقش سطحی را ايفا می‌کند که اجزای سازه‌ای ميخکوی را به يکديگر متصل می‌نمايد. همچنین نوارهای ژئوکامپوزيتی قبل از آنکه پوشش موقت اجرا شود در سطح گودبرداری کار گذاشته می‌شود تا زه آب داخل خاک را هدايت کرده و از نفوذ آن به داخل پوشش ممانعت به عمل آورد. همچنين پس از بتن پاشی موقت جهت اتصال كامل سر ميخها به ديواره و همين طور جلوگيری از بروز برش پانچ در ديواره و در صورت نياز تنش‌دهی به ميخها، يك صفحه فلزی به عنوان سر نيل بر روی ديواره قرار گرفته و توسط يك مهره به آرماتور درون گمانه متصل می‌شود. پوشش دايمی بعد از آنکه ميخها نصب و پوشش موقت شکل گرفت، اجرا می‌شود. ضخامت اين پوشش كم بوده و غالباً به ۱۰ تا ۱۵ سانتيمتر محدود است.
مقایسه سایر روش‌های مهار با روش نیلینگ
نیلینگ روش جديدی است كه به دليل اقتصادی بودن و مزايای منحصر بفرد خود، به عنوان راه حل بسيار مناسبی در موارد مختلف از جمله افزايش ظرفيت باربری و محدود كردن تغيير شكل‌ها با ايجاد حداقل دست خوردگی در وضعيت طبيعی زمين، كاربردهای فراوانی دارد. استفاده از اين روش تسليح خاک، جهت پايدارسـازی گودبرداریها و همچنين پايدارسازی شیب‌های طبـيعی كاربرد وسيعی پيدا كرده است. برخی از كاربردهای وسيع اين روش تسليح خاك شامل پايدارسازی شيب‌های طبيعی يا ترانشه‌های مجاور راه‌ها، تعريض راه‌ها، گودبرداری در مجاورت سازه‌های موجود، پايدارسازیی و مقاوم‌سازی سازه‌های نگهبان قديمی و … است.
روش مهار (anchoring)
تفاوت اصلی روش مهار اصطکاکی با روش نیلینگ در پیش تنیده کردن مهارها است که باعث کاهش تغییر شکل گود می‌شود. به دلیل عمق زیاد گودبرداری لزوم بکار گیری مهار‌های اصطکاکی پیش تنیده جهت کاهش تغییر شکل‌ها وجود دارد.
انکراژ (Anchorage)
سیستم انکراژ مشابه روش نیلینگ است با این تفاوت که در این سیستم با مکانیزمی خاص قسمتی از انکر جاگذاری شده را (که می تواند آرماتور یا استرند باشد) تزریق نمی‌کنند تا با کشش آن قسمت، جلوی جابه‌جایی دیواره به طور کامل گرفته شود. نیروی پیش تنیدگی خاصی در سیستم نیلینگ اعمال نمی‌شود و حرکت توده خاک موجب ایجاد نیرو در میخ‌های می‌شود. سيستم مهاری به دليل پيش تنيدگی مهارها، قبل از حركت توده خاك نيروی بزرگی وجود دارد كه سبب كاهش قابل توجه تغيير شكل‌ها می‌شود.
انکراژ در پروژه‌های بزرگراهی و برای پایدارسازی خاکبرداری‌ها و شیب‌ها به کار می‌رود. ولی امروزه به صورت روز افزون در پایدارسازی دیواره خاکبرداری‌ها در محیط‌های شهری نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این روش پس از حفر گمانه و جایگذاری مهاری، بخشی از انتهای گمانه تزریق شده و مهارها با جک کشیده می‌شوند.
مزایا روش مهار سازی انکراژ
- کنترل تغییر مکان‌ها به وسیله پس تنیدگی
- ایمنی بیشتر
- کنترل کیفی بهتر به دلیل کشش انکرها
معایب روش مهار سازی انکراژ
- نیاز به تجهیزات و ابزار پیشرفته
- عدم کارایی در خاک‌های مساله دار (حفرات زیر زمینی، چاه، انبار و…)
- به دلیل ضرورت اجرای عملیات به صورت مرحله به مرحله، به زمان زیادی نیاز دارد البته این امر در پروژه‌های بزرگ مطرح نیست. بلکه بر عکس زمان کلی اجرای کار نیز، به ویژه با مدیریت صحیح، کاهش یابد.
- هزینه اجرای عملیات به دلیل تکنولوژی پیشرفته‌تر، در مقایسه با روش‌های ساده‌تر بیشتر است، ولی در پروژه‌های بزرگ و در احجام زیاد این امر مطرح نشده و بر عکس هزینه کلی کار کاهش یابد.
