• سیستم طبقه بندی ریزشمع یا میکروپایل­ها (micro pile)
  1. انواع ریزشمع یا میکروپایل ­ها

طبقه بندی ریزشمع (یا میکروپایل) ­ها بر اساس دو معیار صورت می­گیرد:

  • فلسفه رفتاری (طراحی) 2) روش تزریق (اجرا و ساخت)

فلسفه رفتاری به روش­های طراحی ریزشمع (یا میکروپایل) ­ها اشاره دارد. روش تزریق، نمایانگر نحوه ساخت و اجرا می­باشد. سیستم طبقه بندی ریزشمع (یا میکروپایل)  شامل یک اندیس دوتائی می­باشد. که شامل یک “شماره” بمنظور بیان روش طراحی و یک حرف بمنظور تشخیص نحوه اجرا است.

شکل 1. ریزشمع (یا میکروپایل) ­های “تیپ 1 ” (بطور مستقیم بارگذاری شده)

 

  1. طبقه­ بندی طراحی

طراحی یک ریزشمع (یا میکروپایل)  منفرد یا گروهی از ریزشمع (یا میکروپایل) ­ها بطور کلی با طراحی ریزشمع (یا میکروپایل) ­های مشبک که بسیار نزدیک هم اجرا می­شوند، تفاوت دارد. این تفاوت خود موجب تعریف ریزشمع (یا میکروپایل)  “تیپ 1” و “تیپ 2” می­شود. ریزشمع (یا میکروپایل)  “تیپ 1” بطور مستقیم بارگذاری شده و آرماتور شمع، مقاومت اصلی را در برابر بارهای اعمالی نشان می­دهد (شکل 1).

ریزشمع (یا میکروپایل)  “تیپ 2” خاک را از داخل (بین خود) به احاطه درآورده و یک توده خاکی تقویت شده ایجاد می­کند که در برابر بارهای اعمالی ایستادگی می­نماید (شکل 2). ریزشمع (یا میکروپایل)  “تیپ 2″، در واقع همان ریزشمع (یا میکروپایل) ­های مشبک می­باشد.

جهت انتقال بارهای سازه­ای به لایه­ های خاکی مقاوم­تر و مستحکم در اعماق پائین، می­توان ریزشمع (یا میکروپایل) ­های “تیپ 1” را جایگزین شمع­های مرسوم نمود. شمع­هایی که مستقیم بارگذاری شوند (بارگذاری محوری یا جانبی) اشاره به ریزشمع (یا میکروپایل) ­های “تیپ 1” دارند. بارها به لحاظ سازه­ای توسط آرماتورهای فولادی و به لحاظ ژئوتکنیکی توسط ناحیه پیوند دوغاب- زمین تک تک شمع­ها تحمل می­گردند. تا به امروز حداقل 90 درصد از پروژه­ها در شمال آمریکا، از جمله ریزشمع (یا میکروپایل) ­های “تیپ 1” بوده­اند. این شمع­ها به نحوی طراحی می­شوند که بطور انفرادی عمل کنند، اگرچه ممکن است که بطور گروهی اجرا گردند. نمونه­ای از آرایش ریزشمع (یا میکروپایل) ­های “تیپ 1” در شکل 3 نشان داده شده است.

شکل 2. ریزشمع (یا میکروپایل) ­های “تیپ 2”- شمع­های مشبک همراه با توده خاک تقویت شده

 

شکل 3. آرایش ریزشمع (یا میکروپایل) ­های “تیپ 1”

کاربرد دیگر شامل شبکه­ای از ریزشمع (یا میکروپایل) ­های مشبک، بعنوان توده خاک مسلح می­باشند، که برای پایدارسازی و نگهداری مورد استفاده قرار می­گیرد. این نوع از ریزشمع (یا میکروپایل) ­ها اشاره به ریزشمع (یا میکروپایل) ­های “تیپ 2” دارند. این بار، بارهای سازه­ای بر کل توده خاکی تقویت شده تحمیل می­گردد. ریزشمع (یا میکروپایل) ­های “تیپ 2” بسیار سبک آرماتورگذاری می­گردند چرا که همانند المان­های “تیپ 1” مستقیماً در معرض بار قرار نمی­گیرند. نمونه­ای از گروه ریزشمع (یا میکروپایل) ­های مشیک در شکل 4 نشان داده شده است.

شکل 4. آرایش ریزشمع (یا میکروپایل) ­های “تیپ 2”

چند وجه اشتراک بین ریزشمع (یا میکروپایل) ­های “تیپ 1” و “تیپ 2” وجود دارد. مثلاً، یک ردیف ریزشمع (یا میکروپایل)  را در نظر بگیرید که در سرتاسر صفحه گسیختگی بمنظور پایدارسازی شیروانی اجرا شده­اند. تحقیقات اخیر (Pearlman, et al, 1992) نشان می­دهد که اندرکنش شمع- زمین، فقط در نزدیک صفحه گسیختگی رخ می­دهد. در این حالت، شمع­ها به مانند المان­های “تیپ 1” عمل می­کنند چرا که بطور مستقیم در معرض بار قرار می­گیرند. بالای صفحه گسیختگی، گروه شمع­ها بر پیوستگی توده خاک تقویت شده می­افزایند. این رفتار مختص المان­های “تیپ 2” می­باشد. لذا این مثال نشان اشتراک رفتاری “تیپ 1” و “تیپ 2” می­باشد.

فلسفه طراحی یک ریزشمع (یا میکروپایل)  منفرد “تیپ 1” با فلسفه طراحی گروهی از ریزشمع (یا میکروپایل) ­های “تیپ 1” یکسان می­باشد. ریزشمع (یا میکروپایل) ­های “تیپ 1” بسیار نزدیک به هم (عمدتاً موازی نه در هم) اجرا می­شوند، و هر کدام بطور مستقیم بارگذاری می­شوند. رفتار و روش طراحی یک گروه از ریزشمع (یا میکروپایل) ­های “تیپ 1” نبایستی با گروه ریزشمع (یا میکروپایل) ­های شبکه بندی شده اشتباه گرفته شود. اگرچه ممکن است هندسه آنها شبیه هم باشد.

تاثیر گروه بر ظرفیت باربری ریزشمع (یا میکروپایل) ­ها و روش­های طراحی ریزشمع (یا میکروپایل) ­های “تیپ 1” در حالت منفرد و گروهی در فصل 5 مورد بحث قرار گرفته است. روش طراحی گروه ریزشمع (یا میکروپایل) ­های مشبک “تیپ 2” در این کتاب بررسی نمی­شود.

 

  1. طبقه­ بندی به لحاظ اجرا

بطور کلی، روش تزریق در حین اجرا، حساس­ترین پارامتر موثر بر ظرفیت باربری مجموعه زمین- دوغاب می­باشد. ظرفیت باربری مجموعه زمین- دوغاب بطور مستقیم با تغییر روش تزریق، تغییر می­کند. بخش دوم طبقه­ بندی ریزشمع (یا میکروپایل) ­ها شامل یک حرف مشخص (از A تا D) می­باشد که بر اساس روش تزریق و فشار تزریق مورد استفاده در حین اجرا انتخاب می­شود. استفاده از غلاف­گذاری و آرماتور، این طبقه­ بندی را ریزتر می­کند. این طبقه­بندی در شکل 2-5 بطور شماتیک نشان داده شده است.

نوع A : طبقه­ بندی نوع A بیانگر یک تزریق ثقلی (بدون فشار پمپ) می­باشد. از آنجا که ستون تزریق تحت فشار نمی­باشد، هم می­توان از ملات ماسه- سیمان، و هم از دوغاب سیمان استفاده نمود. بمنظور افزایش ظرفیت کششی، می­توان قطر گمانه شمع را بیشتر نمود. اگرچه این تکنیک رایج نبوده و در سایر انواع شمع­ها مورد استفاده قرار نمی­گیرد.

نوع B : نوع B دلالت بر تزریق تحت فشار دوغاب سیمان به درون گمانه دارد، در حالیکه غلاف اولیه حفاری، بیرون کشیده می­شود. فشار تزریق معمولاً بین “5/0 تا 1 مگا پاسکال” متغیر است و در محدوده­ای نگه داشته می­شود که در خاک اطراف ترک­های هیدورلیکی (hydrofracturing) ایجاد نگردد و از طرفی پوشش و درزگیری لازم برای جلوگیری از ریزش جداره در حین بیرون کشیدن غلاف، حدالامکان تامین گردد.

شکل 2-5. طبقه ­بندی ریزشمع (یا میکروپایل) ­ها بر اساس نوع تزریق (به جزئیات ارائه شده در جدول 2-1 رجوع کنید)

نوع C : نوع C بیانگر یک پروسه تزریق دو مرحله­ای می­باشد: 1) دوغاب سیمان تحت اثر وزن خود به مانند نوع A تزریق می­گردد و 2) پس از سخت شدن تزریق اولیه (بعد از تقریباً 15 تا 25 دقیقه) تزریقی مشابه، ولی این بار از طریق یک لوله تزریق غلاف دار بدون استفاده از پکر (در سطح مشترک ناحیه تزریق)، تحت فشاری حداقل 1 مگا پاسکال صورت می­گیرد.

به نظر می­رسد که این نوع شمع فقط در فرانسه استفاده می­گردد و به نوعIGU اشاره دارد.

نوع D : نوع D، به یک پروسه تزریق دو بخشی مشابه نوع C، البته با اصلاحاتی در مرحله دوم آن اشاره دارد. در مرحله اول دوغاب سیمان همانند نوع A و C بصورت ثقلی تزریق می­گردد و شاید همانند نوع B تحت فشار صورت گیرد. بعد از سخت شدن تزریق اولیه، دوغاب ثانویه از طریق یک لوله تزریق غلاف­دار تحت فشار 2 تا 8 مگاپاسکال تزریق می­شود. ممکن است از یک پکر نیز استفاده شود، تا در صورت لزوم حرکت افقی غلاف محدود گردد. این نوع شمع بطور رایج در تمام جهان استفاده می­گردد و در فرانسه بنام IRS (Injection Répéctitive et Sélective) شناخته می­شود.

جدول 2-1 جزئیات طبقه­ بندی ریزشمع (یا میکروپایل) ­ها بر اساس روش تزریق (اجرا) را شرح می­دهد. تقسیم بندی­های ریزتر (شماره­های1،2و3) بابت حفاری با غلاف و آرماتورگذاری می­باشد. این تقسیم­بندی­ها همچنین بیانگر نوع سیستم تقویتی مورد نیاز بر اساس طراحی نیز می­باشند. (برای مثال آرماتورگذاری، غلاف گذاری و یا هردو). جدول 1 سیستم طبقه بندی ریزشمع (یا میکروپایل) ­ها را بر اساس نوع اجرا ارائه می­کند.

جدول 1. جزئیات طبقه­بندی ریزشمع (یا میکروپایل) ­ها بر اساس نوع ساخت
نوع ریزشمع (یا میکروپایل)  و روش تزریق زیر گروه غلاف حفاری سیستم تسلیح تزریق
نوع A

تزریق ثقلی

A1 موقت یا بدون لوله گذاری

(open hole or auger)

بدون تسلیح، میلگرد، قفسه، لوله یا مقطع سازه­ای ملات ماسه- سیمان یا دوغاب سیمان تمیز از طریق لوله tremie (یا غلاف) بدون هیچ اضافه فشاری به ته گمانه ریخته می­شود.
A2 دائمی، تمام طول خود غلاف حفاری
A3 دائمی، فقط بالای میل چاه غلاف حفاری در مقطع بالایی میل چاه، میلگرد(ها) یا لوله در مقطع پایینی میل چاه (ممکن است در تمام طول ادامه داده شود)
نوعB

تزریق تحت فشار در حین بیرون کشیدن اوگر یا غلاف حفاری

B1 موقت یا بدون لوله گذاری

(open hole or auger)

میلگرد یا لوله (بعلت ظرفیت باربری کم قفس، استفاده از آن توصیه نمی­شود) دوغاب سیمان تمیز ابتدا از طریق لولهtremie  بداخل غلاف حفاری یا اوگر ریخته می­شود. در حین بیرون کشیدن غلاف یا اوگر، فشار اضافی (معمولاً در حدود 1 مگاپاسکال) به دوغاب ثانویه تزریقی اعمال می­شود.
B2 دائمی، بخشی از طول چاه خود غلاف حفاری
B3 دائمی، فقط بالای میل چاه غلاف حفاری در مقطع بالایی میل چاه، میلگرد(ها) یا لوله در مقطع پایینی میل چاه (ممکن است در تمام طول ادامه داده شود)
نوع C

تزریق ثقلی اولیه، سپس تزریق ثانویه تک مرحله­ای تحت فشار

C1 موقت یا بدون لوله گذاری

(open hole or auger)

میلگردها یا لوله (بعلت ظرفیت باربری کم قفس، استفاده از آن توصیه نمی­شود) ابتدا دوغاب سیمان تمیز از طریق لوله tremie بداخل غلاف حفاری یا اوگر وارد می­شود. بین 15 تا 25 دقیقه بعد، دوغاب مشابهی از میان لوله (یا لوله تقویتی)، با فشاری در حدود 1 مگاپاسکال از بالا تزریق می­شود.
C2 مشخص نشده است
C3 مشخص نشده است
نوع D

تزریق اولیه ثقلی (نوعA) یا تحت فشار (نوعB). سپس تزریق ثانویه یک یا دو مرحله­ای تحت فشار

D1 موقت یا بدون لوله گذاری

(open hole or auger)

میلگردها یا لوله (بعلت ظرفیت باربری کم قفس، استفاده از آن توصیه نمی­شود) ابتدا دوغاب سیمان تمیز از طریق لوله tremie (نوعA) و یا تحت فشار (نوعB) بداخل گمانه یا غلاف یا اوگر تزریق می­شود. چند ساعت بعد، دوغاب مشابهی از میان لوله یا آرماتورهای جاگذاری شده، از طریق پکر تزریق می­شود، که بسیاری از اوقات برای حصول پیوند مد نظر ضروری می­باشد.
D2 تنها زمانی کاربرد دارد که لوله تزریق مجدد بطور تمام طول بیرون غلاف، قرار داده شود خود غلاف حفاری
D3 موقت یا بدون لوله گذاری

(open hole or auger)

غلاف حفاری در مقطع بالایی میل چاه، میلگرد(ها) یا لوله در مقطع پایینی میل چاه (ممکن است در تمام طول ادامه داده شود)