نیلینگ چیست؟
نیلینگ یا میخکوبی خاک (به انگلیسی: Soil Nailing) که در منابع خارجی به آن دیوارهای خاکی میخکوبی شده (به انگلیسی: SNW: Soil Nail Wall) نیز گفته می شود، یکی از روش های پایدارسازی دیواره های گود در عملیات گودبرداری است. در روش نیلینگ جهت پایدارسازی دیوار گود، سوراخ های عمیقی توسط دستگاه حفار در دیواره ها ایجاد می گردد و میلگردهایی با قطر ۲۵ الی ۴۰ میلیمتر با زاویه ۱۰ الی ۲۰ درجه نسبت به افق در این سوراخ‌ها قرار داده می شوند و سپس دوغاب (گروت) در آن تزریق می شود. روش نیلینگ بدلیل انعطاف پذیری، سرعت و اقتصادی بودن نسبت به سایر سیستم های پایدارسازی در چهار دهه اخیر بخصوص در پروژه های راهسازی، پلسازی و گودبرداری های عمیق شهری مورد توجه قرار گرفته است.
آیین نامه FHWA
FHWA مخفف Federal Highway Administration (مدیریت بزرگراه های فدرال) می باشد که بخشی از اداره وزارت ترابری کشور آمریکاست. این سازمان در سال ۱۹۶۷ تأسیس و قانون بزرگراه های آمریکا در سال ۱۹۲۱ تصویب گردید و نام FHWA بر آن نهاده شد. به طور کلی این سازمان بر بخش های حمل و نقل ایالات متحده نظارت دارد و کارهای زیر را انجام می دهد.
- طراحی راه ها
- مدیریت راه ها
- نگهداری راه ها
- عملکرد بلند مدت روسازی
این سازمان جهت انجام کارهای فوق آیین نامه های مختلفی (آیین نامه FHWA) را تدوین کرده است که در طراحی دیوارهای میخکوبی شده (نیلینگ) (SNW) نیز یکی از مراجع اصلی می باشد و در محاسبات نیلینگ میخکوبی خاک از آن استفاده می شود.
تاریخچه نیلینگ یا دیوارهای خاکی میخکوبی شده (SNW)
پایه و اساس نیلینگ به روش جدید تونلسازی اتریشی برای تقویت سیستم حفاری زیرزمینی در سنگ مرتبط می گردد، میخکوبی خاک (نیلینگ) برای اولین بار در حدود سال ۱۹۶۰ میلادی توسط مهندسین اتریشی جهت پایدارسازی شیروانی های سنگی در تونل استفاده گردید و از دهه ۷۰ در اروپا متداول گشت. در این روش مجموعه ای از سوراخ ها را در سقف و دیوارهای سنگی ایجاد کرده و و در داخل آن میلگردهای فولادی را قرار داده و سپس درون این حفره ها را با گروت (دوغاب) پر کرده تا عملیات پایدارسازی تکمیل گردد. کم کم از این روش توسط دیگر مهندسین آلمانی و فرانسوی در دیگر شیروانی های خاکی استفاده شد و در واقع این مهندسین، تکنولوژی نیلینگ را برای پایدار نمودن شیب ها و دیوارهای خاکی و همچنین کوله پل ها تعمیم دادند.
روش نیلینگ (میخکوبی) بر خلاف روش انکراژ به صورت مقاوم (Passive) عمل کرده و اثر خود را از طریق اندرکنش خاک – میلگرد (Bar-Soil Interaction) حاصل از ایجاد تغییرشکل در خاک، اعمال می کند. بنابراین استفاده از روش نیلینگ در مجاورت سازه های حساس به تغییرمکان نظیر سازه های قدیمی توصیه نمی گردد.
نیلینگ شامل تسلیح و مقاوم نمودن خاک با نصب میلگردهای فولادی (میخ) نزدیک به هم درداخل یک شیب یا گودبرداری، همزمان با گودبرداری از بالا به پایین و پوشاندن سطح شیب با رخپوش شاتکریتی موقت و احیانأ بتن رخپوش دائم می باشد، که منجر به استفاده مفید از خاک محل برای ایجاد حائل های سازه ای جانبی و قائم می شود. در این روش پایدارسازی خاک، اندک تغییر شکل بوجود آمده در خاک احاطه کننده میخ ها باعث بوجود آمدن کشش در میخ ها شده و ایجاد مقاومت می کند.
روش نیلینگ یا دیوارهای میخکوبی شده (SNW) به دلیل مقرون به صرفه بودن و سرعت ساخت بیشتر از سایر روش های مرسوم پایدارسازی خاک، گسترش روز افزونی در اروپا بخصوص فرانسه و آلمان داشت.
تاریخچه اولین استفاده ها از دیوارهای میخکوبی (نیلینگ) شده (SNW) در اروپا
| اطلاعات فنی | نام و محل پروژه | سال |
|---|---|---|
| ترانشه ای به ارتفاع 18 متر در ماسه | گسترش خط ریلی در نزدیکی Versailles فرانسه | 1972 |
| – | اولین استفاده از SNW در آلمان | 1975 |
| آزمایش های بزرگ مقیاس از دیوارهای واقعی با تنوعی در اشکال و گسترده ای از روش های آنالیز که برای طراحی مورد استفاده قرار گرفت. | اولین برنامه بزرگ تحقیقاتی در آلمان | 1975-19814 |
| آزمایش های بزرگ مقیاس،پایش سازه های در حال خدمت، شبیه سازی عددی | برنامه تحقیقاتی کلوتر در فرانسه | 1986 |
بدلیل اینکه امکانپذیری سیستم دیوارهای میخکوبی (نیلینگ) شده (SNW) و مقرون بصرفه بودن آن نسبت به سایر روش ها به اثبات رسید، استفاده از روش میخکوبی (نیلینگ) در ایالت متحده آمریکا نیز گسترش یافت.
تاریخچه استفاده از دیوارهای میخکوبی (نیلینگ) شده (SNW) در ایالت متحده آمریکا
| اطلاعات فنی | نام و محل پروژه | سال |
|---|---|---|
| پایدارسازی گودبرداری موقت | Vancouver, B.C Washington, D.C Mexico City, Mexico | 1960-1970 |
| پایدارسازی گودبرداری فونداسیون عمیق 7/13 متری در ماسه های سیلتی متراکم Lacustrine | گسترش بیمارستان Good Samaritan در Portland, Oregon | 1976 |
| یک نمونه اصلی SNW با ارتفاع 12 متر | در نزدیکی Cumberland Gap, Kentucky | 1984 |
| دیواره ای به ارتفاع 2/12 متر بصورت دو ردیفه | در طول بزرگراه Interstate 78 | 1988 |
| دیوار به ارتفاع متر | ساخته شده توسط دپارتمان حمل و نقل Oregon | 1989 |
اجزای نیلینگ یا دیوارهای میخکوبی شده (Soil Nail Wall)
1) میلگردهای فولادی تسلیح کننده (میخ ها) (Nail):
میخ ها (Nail)، اصلی ترین جزء دیوارهای میخکوبی شده می باشند. میخ ها (نیل) میلگردهایی با قطر ۲۵ الی ۴۰ میلیمتر هستند که با زاویه ۱۰ تا ۲۰ درجه نسبت به افق در سوراخ از پیش دریل شده در دیواره گود قرار داده می شوند و سپس گروت در محل تزریق می گردد. در نتیجه ی تغییر شکل های خاک درگیر در سیستم (ناشی از مراحل بعدی حفاری)، مقاومت کششی به شکل مقاوم در میخ ها ایجاد می شود.
2) دوغاب سیمان (Grout):
بعد از قرارگیری میلگردها در حفره ها، گروت در سوراخ تزریق می گردد. گروت عملکرد اولیه انتقال تنش از خاک به میخ را ایفا می کند. همچنین به عنوان پوشش، از میخ ها در برابر پوسیدگی محافظت می کند.
3) سر مهاری میخ (Head Nail):
انتهای رزوه شده میخ که از رخپوش بیرون می ماند.
4) گل میخ (Headed Stud):
وظیفه ی گل میخ، درگیر کردن رخپوش دائمی و سر میخ را می باشد. معمولا برای هر میخ، ۴ عدد گل میخ بر روی صفحه باربر نصب می شود. حداقل پوشش روی گل میخ ۵۰ میلیمتر می باشد.
5) فاصله دهنده (Centralizer):
فاصله دهنده ها معمولأ از PVC و یا سایر مواد سینتتیک ساخته می شوند و به منظور ایجاد حداقل ضخامت دوغاب در سرتاسر میلگرد نصب می شوند. فاصله دهنده ها باید در فواصل منظم و حداکثر 5/2 متر از یکدیگر نصب شوند. همچنین فاصله آنها از سر و انتهای میلگرد نباید از 5/0 متر بیشتر باشد.
6) مهره شش گوش، واشر و صفحه فولادی باربر:
این اجزا برای اتصال میخ به رخپوش (رویه) و انتقال بار به آن بر روی سر میخ نصب می شوند. صفحه باربر معمولا مربعی به اضلاع ۲۰ تا ۲۵ سانتیمتر و با ضخامت ۲ سانتیمتر می باشد که وظیفه آن توزیع نیروی میخ (نیل) بر رخپوش موقت و خاک پشت آن می باشد.
7) رخپوش (رویه) موقت و دائمی:
رخپوش وظیفه اتصال اجزا به یکدیگر و یکپارچه کردن سیستم را بر عهده دارد. رخپوش موقت به عنوان یک سطح انتقال دهنده بار بین صفحه فولادی باربر و سطح خارجی خاک عمل می کند. این رخپوش برای حفاظت از سطح اولیه دیوار خاکی (که در نتیجه گودبرداری بوجود آمده و بی حفاظ مانده است) اجرا شده و به ادامه گودبرداری در مراحل بعد نیز کمک می کند.
بعد از آنکه میخ ها نصب شدند و مهره ها رو صفحه باربر فولادی محکم شدند، در صورت نیاز، یک لایه رخپوش دائم روی رخپوش موقت اجرا می شود تا الزامات زیبایی سیستم را فراهم سازد.
8) نوار زهکشی ژئوکامپوزیت :(Geo composite Strip Drain):
این نوار قبل از اجرای رخپوش موقت نصب می گردد تا جمع آوری و انتقال جریان آب که ممکن است به رخپوش موقت فشارهای هیدرواستاتیکی اضافی وارد کند را ممکن سازد.
مقطع عرضی از دیوار میخکوبی شده (نیلینگ) به همراه اجزا
معرفی اجزای دیوار میخکوبی شده (نیلینگ) به همراه جزئیات اتصال میخ به رخپوش
مراحل اجرای نیلینگ
1) گودبرداری:
گودبرداری اولیه تا عمقی صورت می گیرد که سطح گود بتواند بدون نیاز به سازه حائل برای مدت زمان کوتاه مثلا 24 تا 48 ساعت، پایدار بماند. عمق این مرحله از گودبرداری کمی پایین تر از کد ارتفاعی می باشد که قرار است میخ های ردیف اول نصب گردند، یعنی حدود 1 تا 2 متر. عرض سکوی گودبرداری باید به اندازه ای باشد ک تجهیزات بتوانند جهت نصب در آن قرار بگیرند.
2) حفاری گمانه ها جهت جایگذاری میخ‌ها:
بعد از اجرای مرحله اول خاکبرداری نوبت به حفاری گمانه ها برای قرار دادن میخ ها (نیل) می رسد. برای حفاری از دستگاه دریل واگن استفاده می شود. شیب، قطر، طول و تعداد چاله ها طبق مشخصات درج شده در نقشه های اجرایی نیلینگ و محاسبات پایداری ترانشه انجام می شود، اما به طور معمول چاله ها با زاویه ۱۰ تا ۱۵ درجه نسبت به افق، قطر ۱۰ تا ۱۵ سانتی متر و طول ۵ تا ۱۵ متر در فواصل یک تا دو متری اجرا می شوند.
3) نصب میخ و گروت ریزی:
پس از حفاری گمانه نوبت به نصب میلگرد می رسد. عناصر تسلیح (میخ ها) معمولاً به ۳ صورت زیر می باشند:
- غالباً میلگردهای فولادی تو پر (قطر ۲۸ الی ۴۰ میلیمتر)
- گاهی اوقات میلگردهای فولادی توخالی (Hollow core soil nail FHWA 2006)
- گاهی اوقات میخ های ساخته شده از فایبرگلاس (EFRI Fiberglass Nail Team2005)
در روش نیلینگ معمولأ از میخ های توپر استفاده می شود. برای قرار گیری میلگرد در وسط گمانه جهت پوشش محافظ بتنی کامل در اطراف میخ و جلوگیری از چسبیدن میلگرد به جداره گمانه، فاصله دهنده ها را قبل از نصب میخ ها دور آن ها قرار می دهند. سپس میخ ها در داخل سوراخ قرار می گیرند و یک لوله گروت ریزی (Tremie) نیز داخل سوراخ قرار داده می شود. زمانی که حفاظت زیادی دربرابر خوردگی نیاز باشد از غلاف های پلاستیکی موج دار برای تامین حفاظت بیشتر استفاده می شود. سپس سوراخ با گروت سیمانی پر می شود.
اگر از میلگردهای توخالی خود حفار برای سازه های موقت (سازه با عمر کمتر از 18 ماه) استفاده شود، سوراخ کردن و گروت ریزی همزمان انجام می شود. قبل از اجرای رخپوش نوارهای زهکش ژئوکامپوزیت روی سطح گود، تقریبا بین میخ های مجاور نصب می شود. نوارهای زهکش تا پای گود ادامه می یابد تا آب جمع آوری شده از طریق کانال زهکشی در پای دیوار، از محل دور شود. سپس این نوارها جهت نصب در مراحل بعدی گودبرداری در پای گود لوله می شوند.
4) شاتکریت (ساخت رخپوش موقت):
در این مرحله رخپوش (رویه) موقت جهت حمایت از خاک بدون حائل تا مرحله بعدی گودبرداری ساخته می شود. رایج ترین رخپوش های موقت از یک لایه شاتکریت سبک مسلح با ضخامت 10 سانتی متر ساخته می شوند.
معمولأ برای تسلیح رخپوش (رویه) از یک مش جوش داده شده میلگرد (WWM)، تقریبا در وسط ضخامت رخپوش استفاده می شود.
طول پانل مش ها به نحوی انتخاب می شود ک با پانل مش بعدی حداقل یک سلول مش WWM همپوشانی داشته باشد. در طول زمان گیرش رخپوش موقت، صفحه فولادی باربر بر سر نیل که از سوراخ بیرون آمده است قرار می گیرد. در این هنگام میلگرد به آرامی با اولین لایه از شاتکریت تازه درگیر می شود و در نهایت واشرها و مهره های شش گوش برای اتصال کامل میخ با ورق فولادی نصب می شوند.
سپس بعد از عمل آوری شدن رخپوش، مهره کاملا محکم می گردد. این کار حداقل به 24 ساعت زمان نیاز دارد.
در صورت نیاز قبل از مرحله بعدی گودبرداریآزمون هایی جهت اندازه گیری خیز میخ های نصب شده تحت بارهای آزمون انجام می شود. قبل از ادامه مرحله بعدی حفاری، شاتکریت باید حداقل به میزان 72 ساعت نگهداری و عمل آوری شود یا حداقل به مقاومت فشاری معادل با 3 روز دست یابد.
5) اجرای مراحل بعدی گود:
مراحل قبلی برای مابقی حفاری تکرار می شود. در هر مرحله از حفاری، لایه عمودی زهکش در پایین گود لوله می شود سپس یک پانل مش WWM با همپوشانی حداقل یک سلول مش جایگذاری می شود. رخپوش موقت همراه با یک درز ساخت با شاتکریت قبلی گود ادامه می یابد. در پایین گود، نوار زهکش به کانال زهکش منتهی می گردد.
6) ساخت رخپوش نهایی دائم:
پس از به پایان رسیدن گودبرداری و نصب میخ ها و با موفقیت انجام شدن آزمایش بارگذاری روی میخ ها ممکن است رخپوش نهایی ساخته شود. جنس رخپوش دائم می تواند از جنس بتن مسلح درجا (CIP)، شاتکریت مسلح یا پانل های پیش ساخته باشد. برای تسلیح رخپوش دائم از میلگرد یا WWM استفاده می شود. هنگامی که بتن درجا و شاتکریت برای رخپوش نهایی مورد استفاده قرار گیرد، برای رسیدن به بیش ترین پیوستگی، تا حد امکان از درزهای افقی بین مراحل حفاری اجتناب می شود.
البته ممکن است در صورت نیاز برای رسیدن به عملکرد بهتر، سازگاری بیش ترو اهداف ویژه در پروژه ای خاص، در ترتیب یا نحوه اجرای هر یک از مراحل بالا تغییراتی صورت گیرد.
انواع روش نیلینگ برای جایگذاری نیل ها در گمانه
برای قرار دادن میخ (نیل) در داخل گمانه و گروت ریزی از از روش های زیر استفاده می شود.
1) حفاری و تزریق:
معمول ترین روش اجرای نیلینگ، روش حفاری و تزریق است. بدین صورت که میلگرد فولادی در یک سوراخ (گمانه} که از قبل توسط دستگاه حفار ایجاد شده است جا داده می شود و سپس گروت (دوعاب) به داخل سوراخ تزریق می گردد.
از این روش نیلینگ معمولأ در در خاک های غیر ریزشی استفاده می گردد که دارای ۴ مرحله زیر می باشد:
- حفر گمانه توسط دستگاه حفاری
- خروج ابزار حفاری (مته یا راد)
- قرار دادن میخ (نیل) داخل گمانه
- تزریق
2) راد خود حفار:
در صورت ریزشی بودن خاک گود، با توجه به عدم امکان اجرای نیلینگ و یا برای تسریع در پروژه می توان از راد خودحفار برای پایدارسازی با مقاومتهای مختلف استفاده نمود.
در این روش، ابزار حفاری (راد خود حفار و سر مته) نقش میلگرد (میخ) را ایفا می کند و در دیواره باقی می ماند و همزمان با عمل حفـاری، ملات نيز به داخل ميله ها تزریق می شود. رادهای خودحفار توخالی بوده و جهت تزریق با ایجاد شیارهایی روی راد عملیات تزریق از داخل راد، در حین حفاری انجام می شود. ملات از طریق شيار های موجود در سر مته، سوراخ حفاری شده را از بالا به پایين پر می کند. این روش نصب ميخ ها منجر به نصب سریع تر ميخ ها نسبت به سایر روش ها می شود.
3) میخ های پرتابی (launched):
در این روش میلگردهای بدون روکش با استفاد از هوای فشرده با سرعت خیلی زیاد به درون خاک پرتاب می شوند. میلگردها قطری معادل 19 تا 25 میلیمتر وطولی حدود 8 متر دارند.
4) میخ های کوبیدنی (تو پر بدون دوغاب)
5) تزریق پر فشار (جت گروتینگ)
کاربرد نیلینگ یا دیوارهای میخکوبی شده (SNW)
نیلینگ خصوصا برای خاکبرداری های ترانشه ای که در آن ها شرایط گوبرداری قائم یا نزدیک به قائم از بالا به پایین وجود دارد بسیار مناسب است. میخکوبی (نیلینگ) در کاربردهای موقت و دائم ذیل بسیار موفق عمل کرده است.
- گودبرداری ترانشه های بزرگ راه
- عریض سازی جاده در زیر یک پل موجود (در کنار کوله های آن)
- تعمیر، پایدارسازی و ساخت مجدد سازه های حائل موجود (از جمله مدخل تونل ها)
- گودبرداری های دائم و موقت در یک ناحیه شهری
سازه های حائل در خاکبرداری ها:
در صورتیکه شرایط زمین مناسب باشد از نیلینگ می توان به عنوان سازه های حائل موقت یا دائم بصورت قائم یا نزدیک به قائم مانند سایر سازه های حائل با توانایی بسیج کردن خاک استفاده کرد. همچنین سیستم رخپوش موجود تا حد زیادی نیازهای زیبایی شناسی دیوارهای میخکوبی شده را تأمین می کند.
میخکوبی (نیلینگ) به علت کمترین حفاری و به همان نسبت حریم راه معقول و حدود مشخص، کمترین آسیب را به محیط اطراف مسیر حمل ونقل وارد می کند. از این رو مخصوصأ برای پروژه های عریض سازی راه های موجود در سراشیبی ها، میخکوبی (نیلینگ) بسیار کاربردی است.
میخکوبی (نیلینگ) برای استفاده موقت (مرحله اول ساخت دیوار حائل بتنی)
میخکوبی (نیلینگ) برای استفاده دائم (عریض سازی راه)
سازه های حائل در زیر کوله پل موجود:
میخکوبی (نیلینگ) به دلیل عدم نیاز به قطع عبور و مرور بر روی پل نسبت به سایر روش های پایدارسازی، جهت عریض سازی شیب پایانی کوله پل در زیر پل های موجود، اقتصادی تر و سودمندتر می باشد.
عریض سازی جاده در زیر یک پل موجود
تعمیر و ساخت مجدد سازه های حائل موجود:
میخکوبی (نیلینگ) می تواند برای پایدارسازی یا مقاوم سازی سازه های حائل موجود که شکست خورده اند یا تنش های جدیدی به آن ها تحمیل شده است، مورد استفاده قرار گیرد. در این کاربردها تغییر شکل های خاک برای بسیج مقاوت تسلیح کننده ها ناشی از حرکت مجموعه در اثر گودبرداری نیست بلکه در اثر جابجایی های ناشی از اضافه بار گذاری سازه می باشد.
اضافه کردن یک خط عبور به جاده ای موجود با کمک مقاوم سازی دیوار حائل بنایی آن
گودبرداری های دائم و موقت در یک ناحیه شهری:
اجرای گودهای عمیق در پروژه های مختلف، به خصوص پروژه های داخل شهر برای ساختمان های بلند نیاز به شرایط خاص دارد. یکی از مشکلات رایج در اجرای پروژه های شهری بحث اشغال فضا و معارضین و ترافیک ناشی از اجرای عملیات عمرانی در محل پروژه می باشد. به کمک روش میخکوبی (نیلینگ) فضای کمتری اشغال می شود و در نتیجه مشکلات ترافیک و به تبع آن مشکلات ناشی از معارضین به حداقل می رسد. در میخکوبی (نیلینگ)عملیات حفاری و پایدار سازی به صورت همزمان پیش می رود و موجب افزایش سرعت در پیشرفت پروژه می گردد.
امکان سنجی روش نیلینگ
امکان سنجی میخکوبی (نیلینگ) شامل ارزیابی ملاحظات تکنیکی و اقتصادی شامل موارد زیر می باشد.
- ارزیابی از شرایط غالب زمین
- ارزیابی از مزایا و معایب میخکوبی (نیلینگ) برای کاربرد خاص در پروژه
- مقایسه گزینه های ممکن از دیگر سیستم های پایدارسازی گود قابل اجرا
- ارزیابی هزینه
ارزیابی شرایط زمین برای اجرای نیلینگ(میخکوبی دیواره ها)
امکان استفاده از روش نیلینگ برای محدوده وسیعی از انواع خاک ها و شرایط زمین وجود دارد. مناسب ترین و نامناسب ترین شرایط خاک برای میخکوبی (نیلینگ) و همچنین شرایط بینابینی که اظهار نظر قطعی در مورد آن نمی توان کرد، به شرح زیر می باشد.
شرایط مطلوب خاک برای اجرای روش نیلینگ:
در موارد زیر میخکوبی (نیلینگ) دارای توجیه اقتصادی و تکنیکی می باشد.
- خاک هایی که در هنگام گودبرداری هر فاز، قادر به پایداری بدون حائل به ارتفاع 1 تا 2 متر بصورت قائم یا نزدیک به قائم برای مدت زمان 1 تا 2 روز باشند.
- تمام میخ هایی که در مقطع عرضی، بالای سطح آب زیرزمینی واقع شده اند.
- میخ هایی که زیر سطح آب زیرمینی واقع شوند اما آب زیرزمینی به شکل بدی بر روی سطح گود، مقاومت باندی سطح اندرکنش گروت-خاک و یا سلامتی دراز مدت میخ ها اثر نگذارد (مثلأ کاراکترهای شیمیایی خاک، موجب خوردگی نشود)
- شرایط زمین به گونه ای باشد که سوراخ حفر شده برای چند ساعت توانایی پایداری بدون حفاظ را داشته باشد تا میخ ها درون آن ها نصب گردند و گروت ریزی انجام شود.
به طور کلی شرایط خاک زمانی برای میخکوبی (نیلینگ)مطلوب است که نتایج آزمون های محلی، صلاحیت خاک را تأیید نمایند. آزمون نفوذ استاندارد (STP) که عدد STP-N از آن بدست می آید برای تعیین شرایط مطلوب خاک اعتماد پذیری لازم را دارا می باشد.
بر اساس معیار های عمومی گفته شده در بالا دسته بندی خاک های مطلوب برای میخکوبی (نیلینگ) بصورت زیر می باشد.
خاک های ریز دانه بندی شده سفت یا سخت:
خاک های ریز دانه بندی شده (چسبنده) ممکن است شامل رس های سفت یا سخت، سیلت های رس دار، رس های لای دار، رس های ماسه دار، لای های ماسه دار و ترکیبی از آن ها باشد. خاک های ریزدانه بندی شده بطور تجربی می تواند به خاک های سفت که عدد SPT-N آنها حداقل 9 ضربه به ازای 300 میلیمتر است طبقه بندی شود.
خاک های دانه ای متراکم تا خیلی متراکم با کمی چسبندگی ظاهری:
اینگونه خاک ها شامل ماسه و شن می باشند و اعداد SPT-N بزرگتر از 30 را نتیجه میدهند و با مقداری ریزدانه (معمولأ 10 تا 15 درصد) یا با سیمان طبیعی برای تامین چسبندگی همراه هستند.
سنگ هوازده بدون هیچگونه سطوح شکست:
سنگ هوازده به شرطی می تواند یک تکیه گاه مناسب برای میخ ها تأمین نماید که، سطوح شکست در جهت های نامطلوب غالب نباشد و همچنین درجه هوازدگی در کل سنگ تقریبأیکنواخت باشد.
رسوبات یخچالی:
اینگونه خاک ها بدلیل آنکه معمولأ متراکم، خوب دانه بندی شده یا با مقدار محدودی ریزدانه همراه هستند برای میخکوبی (نیلینگ) مناسب هستند.
شرایط نا مطلوب خاک برای نیلینگ یا میخکوبی دیواره ها:
خاک های خشک غیر چسبنده بد دانه بندی شده:
اینگونه خاک ها که خشک می باشند و ریزدانه ای ندارند، هیچگونه خواص سیمانی و چسبندگی ظاهری از خود نشان نمی دهند، بنابرابن دست یافتن به خاکبرداری های قائم یا نزدیک به قائم در آن ها سخت خواهد بود.
خاک های با سطح آب زیرزمینی بالا:
سفره آب زیرزمینی موجود در پشت دیوارهای میخکوبی (نیلینگ) شده به شکل قابل توجهی نیاز به زهکشی دارد و به همین دلیل لازم است خاک موجود در چنین مکان هایی پایدارسازی شود. مقدار زیاد آب زیرزمینی حفاری را به خصوص در خاک های دانه ای شل، دشوار کرده و منجر به فرو ریزش شود. همچنین جریان زیاد آب به سطح گود ممکن است باعث دشواری هایی در اجرای شاتکریت نیز شود.
خاک هایی شامل پاره سنگ و قلوه سنگ:
زیاد بودن میزان پاره سنگ و قلوه سنگ در خاک ممکن است باعث بروز مشکلات زیادی در دریل کردن شود و در نتیجه باعث افزایش هزینه و زمان انجام پروژه شود.
خاک های ریزدانه بندی شده نرم یا خیلی نرم:
این خاک ها معمولأ عدد SPT-N کمتر از 4 دارند و برای میخکوبی (نیلینگ) نامطلوب هستند، زیرا مقاومت باندی نسبتأ کمی در سطح اندرکنش گروت-خاک فراهم می نماید و بواسطه این امر، طول میخ ها به شکل نامعقولی باید بلند انتخاب شود تا مقاومت مورد نیاز را تأمین کند. همچنین خاک های با خاصیت خمیری زیاد ممکن است تورمی باشند و به واسطه آن فشارهای محلی اضافه ای را روی رخپوش بصورت ورم کردن ایجاد کنند.
خاک های آلی:
برخی از خاک های آلی همانند لای های آلی، رس های آلی و پیت، مقاومت های برشی خیلی کمی دارند و در نتیجه مقاومت باندی کمی تأمین می نمایند که باعث غیر اقتصادی شدن طول میخ ها می گردد.
خاک های بشدت خورنده (روباره ای و سرباره ای) و یا وجود آب زیر زمینی:
چنین شرایطی ممکن است نیاز به تأمین حفاظت خوردگی پر هزینه ای داشته باشد، همچنین واضح است که برای میخکوبی (نیلینگ) با کاربرد دائم مناسب نمی باشد.
سنگ هوازده با صفحات ضعیف نامطلوب و کارست (KARST):
سنگ هوازده با سطوح ضعیف و نا مطلوب همانند، درزها، شکستگی ها، برش ها، گسل ها، چینه بندی ها، شیستوزیتی یا کلیواژ ممکن است باعث دشواری هایی در دریل کردن و پایداری و گروت ریزی شود. همچنین گروت ریزی در سنگ های دارای درزها یا فضاهای خالی بسیار بزرگ، خیلی سخت است و بدلیل تلف شدن زیاد گروت هزینه بر می باشد.
رس سیلیت دار غیر مطبق (لس ها loess):
این خاک ها زمانی که خشک باشند ممکن است مقاومت قابل قبولی از خود نشان دهند و نصب میخ هایی با طول اقتصادی را اجازه دهند. با این حال هنگامی که مقدار زیادی آب پشت دیوارهای میخکوبی (نیلینگ) شده وارد می شود، ساختار خاک ممکن است فروریخته شود و افت مقاومت زیادی اتفاق بی افتد. بنابراین برای این خاک ها، پتانسیل فروریزشی تحت رطوبت باید ارزیابی شود.
در ارزیابی امکان سنجی دیوارهای میخکوبی (نیلینگ) شده علاوه بر موارد فوق، ملاحظات زیر راجع به شرایط خاک نیز باید در نظر گرفته شود.
- قرارگیری خاک در دماهای یخبندان به مدت طولانی ممکن است باعث یخزدگی در خاک های دانه ای و لای دار اشباع شود که این امر باعث افزایش فشار به رخپوش موقت و دائم می شود.
- تکرار سیکل های یخ زدن و آب شدن در خاک پشتیبانی شده توسط سیستم میخکوبی (نیلینگ)، ممکن است باعث کاهش مقاومت باندی در سطح مشترک گروت-خاک و همچنین کاهش یوستگی بین خاک و شاتکریت شود. برای کاهش این اثرات باید تدابیر حفاظتی مناسبی در برابر نفوذ یخبندان در نظر گرفته شود و همچنین از طرح اختلاط متناسب با این شرایط برای استفاده شود.
- خاک های دانه ای که خیلی سست (N≤4) و سست (4<N≤10) هستند، ممکن است در اثر ارتعاشات ناشی از ترافیک و عبور تجهیزات ساخت، نشست های بیش از حدی را ایجاد نمایند.
- خاک های دانه ای سست و خیلی سست اشباع در نواحی زلزله خیز می توانند مستعد روانگرایی باشند. از چندین تکنیک تغییر خصوصیات خاک برای متراکم سازی خاک های دانه ای استفاده می شود تا این اثرات مخرب کاهش یابد.
شرایط نیمه مطلوب و بینابینی خاک برای نیلینگ:
برخی از خاک ها دارای شرایط بینابینی هستند و نیمه مطلوب می باشند و اگرچه خواص مهندسی آن ها کمتر مطلوب است اما چندین پروژه نیلینگ با موفقیت و هزینه مناسب در آن ها اجرا شده است که در زیر به نمونه هایی از این خاک ها اشاره شده است.
خاکریزهای مهندسی:
میخکوبی (نیلینگ) در این خاکریزها مشروط بر آنکه خاک، ترکیبی از مصالح دانه ای خوب دانه بندی شده (تقریبأ 90درصد مخلوط یا بیشر) و خاک ریز دانه بندی شده با خاصیت خمیری کم (PI<15) باشد، می تواند انجام شود.
خاک های پسماند:
این خاک ها ( خاک هایی که از هوازدگی درجای مصالح سنگ مادر تولید می شوند) ممکن است مصالح قابل قبولی برای میخکوبی خاک باشند. همینطور خاک های آجری و خاک های گرمسیری بشدت هوازده نیز ممکن است مناسب واقع گردند. برای این نوع خاک ها باید ملاحظات خاصی در زمینه تغییرپذیری مکانی خاک و قابلیت زهکشی آن لحاظ گردد.
مزایا و معایب میخکوبی (نیلینگ):
مزایای نیلینگ یا میخکوبی:
در مقایسه با سایر روش های ساخت، دیوار های میخکوبی (نیلینگ) شده در سه بخش ساخت، عملکرد و هزینه دارای مزایای زیر می باشند.
- ساخت
- دیوار های میخکوبی (نیلینگ) شده نسبت به مهارها، حریم راه (ROW) کمتری نیاز دارند.
- نسبت به سایر تکنیک های ساخت، ضررهای محیطی کمتری دارند و کمتر مخل عبور و مرور و ترافیک می شوند.
- در مقایسه با سایر روش ها به خصوص گودبرداری مهاربندی شده، شلوغی کمتری در پای گود ایجاد می کند.
- نیازی به کار گذاشتن الِمان سازه ای در پای گود ندارد.
- اجرای میخکوبی (نیلینگ) سریع تر است و معمولأ مصالح ساخت کمتری نسبت به دیوارهای مهار خاکی نیاز دارد.
- شیب و محل قرارگیری میخ ها در مواجهه با موانع (مثل پاره سنگ، قلوه سنگ، شمع ها و یا تجهیزات زیرزمینی) براحتی میتواند تعدیل شود.
- بدلیل استفاده از تعداد میخ های قابل ملاحظه در میخکوبی (نیلینگ) نسبت به مهار خاکی، تعدیل طرح میخکوبی در هنگام ساخت در محل بدون لطمه به درجه ایمنی کار، به آسانی می تواند انجام بگیرد.
- برای حائل سازی زیر سازه دیگر(مثل پل) تجهیزات میخکوبی (نیلینگ) کوچکتر و مناسب تر از مهار خاکی است.
- میخکوبی (نیلینگ) در محل هایی که دسترسی محدود دارند بواسطه کوچک بودن تجهیزات مورد نیاز سودمندتر خواهد بود.
- استفاده از میخکوبی (نیلینگ) و همچنین تعداد پیمان کاران با تجربه و با کیفت در ساخت دیوارهای میخکوبی (نیلینگ) شده، هر ساله افزایش می یابد.
- عملکرد
- دیوارهای میخکوبی (نیلینگ) شده منعطف هستند و با نشست های نهایی و جزئی نسبتأ بزرگی می توانند خود را وفق دهند.
- خیزهای نهایی اندازه گیری شده در دیوارهای میخکوبی (نیلینگ) شده معمولأ در محدوده متوسطی است.
- بدلیل منعطف بودن سیستم دیوارهای میخکوبی (نیلینگ) شده، در وقایع لرزه ای عملکرد رضایت بخشی از خودبه نمایش می گذارد.
- هزینه
- هنگام استفاده از روش های معمول در ساخت دیوارهای میخکوبی (نیلینگ) شده، نسبت به دیوارهای وزنی بتنی مرسوم اقتصادی ترند.
- هنگام استفاده از روش های معمول در ساخت دیوارهای میخکوبی (نیلینگ) شده، معمولأ معادل یا حتی به صرفه تر نسبت به دیوارهای مهار خاکی می باشند.
- اجرای رخپوش (رویه) شاتکریتی معمولأ کم هزینه تر از رخپوش های مورد نیاز برای سایر روش ها می باشد.
معایب نیلینگ:
برخی از معایب دیوارهای میخکوبی (نیلینگ) شده بشرح زیر می باشد.
- نیلینگ برای مواردی که در آن ها کنترل خیلی دقیقی بر تغییر شکل نیاز است مناسب نیست، زیرا برای عملکرد این سیستم، لازم است تا قدری تغییر شکل در سیستم ایجاد شود تا مقاومت بوجود آید . البته پیش کشیدگی در میخ ها می تواند این مشکل را در برخی موارد مرتفع سازد اما هزینه پروژه را بالا می برد.
- وجود تأسیساتی در پشت سیستم دیوارهای میخکوبی (نیلینگ) شده ( در بخش خاکی که قرار است میخکوبی شود)می تواند محدودیت هایی در موقعیت قرارگیری و شیب و طول میخ های واقع در ردیف های فوقانی ایجاد کند.
- برای جاهایی که مقدار زیادی آب زیرزمینی به داخل گود جریان دارد، میخکوبی (نیلینگ) به دلیل نیاز به حفظ و نگهداری از سطوح بدون پشتیبان گود مناسب نمی باشد.
- دیوارهای میخکوبی (نیلینگ) شده دائم، نیاز به کسب حق مالکیت دائمی از زمین غیر (بصوت زیرزمینی) دارند.
- ساخت دیوارهای میخکوبی (نیلینگ) شده نیاز به پیمانکاران با تجربه و خاص دارد.
گام ها و ملاحظات طراحی نیلینگ (میخکوبی دیواره ها)
گام 1: ملاحظات اولیه طراحی
- طرح دیوار(مثلأ، ارتفاع دیوار، طول دیوار، زاویه کوبش رخپوش)
- فواصل افقی و قائم میخ ها (بین 1.25m تا 2m که بطور مرسوم 1.5m انتخاب می شود)
- الگوی قرارگیری میخ ها بر روی رخپوش (مثلأ، مربعی، شطرنجی و یا اگوهای نامنظم)
- شیب میخ ها
- طول میخ ها و توزیع آن
- نوع مصالح میخ ها (انتخاب درجه فولاد میلگرد)
- انتخاب خصوصیات مناسب زمین برای طراحی (مثلأ، مقاومت برشی خاک، موقعیت تراز آب زیرزمینی و غیره)
- دیگر ملاحظات اولیه
گام 2: طراحی اولیه بااستفاده از چارت های سازه
- این چارت ها برای ارزیابی اولیه طول و ماکزیمم نیروی میخ استفاده می شود.
گام 3: طراحی نهایی
در طراحی نهایی میخکوبی (نیلینگ)، پارامترهای واقعی مربوط به هندسه دیوار، بارها، لایه بندی خاک تا جاییکه امکان دارد در مدل لحاظ می شود و حالت های شکست تک تک مورد بررسی قرار می گیرد و ضرایب اطمینان مربوط به هر کدام از حالت های شکست تأمین می گردد.
1) حالت های شکست خارجی:
- پایداری کلی
- پایداری لغزشی
- ظرفیت باربری
2) ملاحظات لرزه ای
3) حالت های شکست داخلی:
- مقاومت بیرون کشیدگی میخ
- مقاومت کششی میخ
4) طراحی رخپوش:
- تعیین بار سر میخ
- نوع و ضخامت رخپوش دیوار
- مصالح رخپوش
- مقاومت خمشی رخپوش
- مقاومت برشی پانچ رخپوش
- مقاومت گلمیخ های رخپوش
- دیگر ملاحظات طراحی رخپوش
گام 4: تخمین ماکزیمم تغییر شکل دیوار
گام5: دیگر ملاحظات طراحی
- زهکشی
- محافظت در برابر یخبندان
- بارهای خارجی
- تحمل بار مرده رخپوش (مثلأ، طراحی فونداسیون جهت تکیه گاه رخپوش های پیش ساخته)
مطالب مرتبط:
