ساعات کاری: ‌8 صبح تا 5 بعد از ظهر – نشانی: انتهای گاندی، ابتدای وزرا،(خالد اسلامبولی)، پلاک 110، واحد 12 – تلفن: 88887043 – 021

میکروپایل

تعریف میکروپایل یا ریزشمع

میکروپایل ها به دو گروه کلی تقسیم می­شوند: “میکروپایل های پیش­ ساخته” و “میکروپایل های درجا” (Fleming, 1985). میکروپایل ها 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. میکروپایل های درجا در گمانه ­ها و چاه­هایی از پیش حفر شده، قرار داده می­شوند و یا اینکه در محل ساخته و اجرا می­گردند. بنابراین در زمین حفر شده قرار داده می­شوند.

ریزشمع (یا میکروپایل) ، غالباً جزء شمع­های حفاری و درجا، البته با قطر کوچک (عمدتاً کمتر از 300 میلیمتر) می­باشد که اغلب با آرماتور تقویت می­گردد. همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است، ریزشمع (یا میکروپایل)  از طریق حفر یک گمانه یا چاه، سپس استقرار آرماتورها در گمانه و در نهایت تزریق گمانه اجرا می­گردد.

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 (یا 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 (یا 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 (یا 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 (یا 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 (یا 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.

شکل 1.  مراحل اجرای ریزشمع (یا میکروپایل)  با استفاده از غلاف گذاری

1) شروع حفاری و یا نصب غلاف موقت  2) ادامه حفاری تا عمق نهایی  3) بیرون کشیدن سرمته و راد

4) استقرار آرماتور یا سایر سیستم­های تسلیح و تزریق دوغاب با ترمی  5) بیرون کشیدن غلاف موقت و تزریق دوغاب ثانویه تحت فشار ممکن  6) تکمیل شمع (ممکن است غلاف در لایه تراکم پذیر باقی بماند)

 

  • تاریخچه

ریزشمع (یا میکروپایل) ­ها در اوایل دهه 1950 در ایتالیا، برای تقویت پی بناهای تاریخی و یادبودهایی که با گذشت زمان و بویژه در طی جنگ جهانی دوم در معرض آسیب و تخریب قرار گرفته بودند، ظهور کردند. در آن زمان به یک سیستم مطمئن برای نگهداری بارها و وزن سازه­ها با کمترین جابجایی، قابل اجرا در فضاهای با دسترسی محدود با کمترین آسیب و خسارت وارده بر سازه­های موجود، نیاز بود. یک پیمانکار ایتالیایی بنام Fondedile ، روش “palo radice” یا “روت پایل”ها را برای تقویت پی سازه­ها پیشنهاد داد.

palo radice یک شمع با قطر کوچک می­باشد که در محل، حفاری و اجرا شده و پس از قرار دادن آرماتور سبک، ترزیق می­شد. شکل 2، آرایش کلاسیک palo radiceها را در پی نشان می­دهد.

شکل 2. آرایش کلاسیک “روت پایل”ها در پی

اگرچه فولاد بعد از جنگ در اروپا کم تولید می­شد، اما نیروی کاری، ارزان قیمت و فراوان بود و اغلب آنها نیز قابلیت­های فنی بالایی داشتند. چنین شرایطی بستر توسعه روت پایل­های کم آرماتور را مهیا نمود که عمدتاً توسط پیمانکاران طراحی و اجرا می­شد. آزمایش­های بارگذاری بر روی این روت پایل­ها، ظرفیت­های باربری فراتر از 400 کیلو نیوتن را ثبت کرد، اگر چه برای ظرفیت باربری اسمی طراحی بر پایه روش­های طراحی شمع­های مرسوم با روش­های حفاری همان زمان، چیزی کمتر از 100 کیلونیوتن در نظر گرفته شده بود. آزمایش­های تمام مقیاس، تقریباً با هزینه­ های نسبتاً پایین اجرا می­شدند. در طی این آزمایش­ها، هیچ گونه گسیختگی در ناحیه پیوند خاک- دوغاب ثبت نشد.

استفاده از روت پایل­ها در طی دهه 1950 در ایتالیا توسعه یافت. آقای fondedile این تکنیک را برای تقویت پی چندین سازه تاریخی به سال 1962 در انگلستان پیشنهاد داد و به سال 1965 این روش در فونداسیون پروژه­های راه و ترابری آلمان مورد استفاده قرار گرفت. در همان زمان، بنا به دلایل خاص مالکیت زبانی، واژه “ریزشمع (یا میکروپایل) ” جایگزین “روت پایل” شد.

در ابتدا کاربرد اصلی ریزشمع (یا میکروپایل)  برای تقویت پی سازه­ها در محیط­های شهری بود. با شروع سال 1957، تقاضاهای مضاعف مهندسی منجر به پیدایش سیستم “reticoli di pali radice” (ریزشمع (یا میکروپایل) ­های مشبک) گردید. این سیستم شامل چندین ریزشمع (یا میکروپایل)  عمودی و مایل که در یک شبکه سه بعدی در هم قفل شده باشند، می­گردید.

این سیستم منجر به ایجاد یک سازه محصور شده، مرکب از خاک- شمع می­شد (شکل 3).

ریزشمع (یا میکروپایل)  مشبک، برای پایدارسازی شیروانی­ها، تقویت دیوارهای ساحلی و بندری، حفاظت از سازه­های مدفون و سایر موارد نگهداری و تقویت خاک­ها و سازه­ها و مقاوم سازی زمین به کار گرفته شد.

سیستم ریزشمع (یا میکروپایل)  در سوئیس و آلمان توسعه یافت و خیلی زود خاور دور تبدیل به بازار اصلی این فن­آوری شد. وفور کارگران نسبتاً ارزان، کمبود فولاد و نیاز مبرم به ترمیم و بازسازی محیط­های شهری، همگی موجب افزایش استفاده از ریزشمع (یا میکروپایل) ­ها در اروپا گردید. بالعکس، رشد تاخیری و آرام استفاده از ریزشمع (یا میکروپایل) ­ها در شمال آمریکا، بازتابی از فراوانی فولاد ارزان قیمت، هزینه­های نسبتاً بالای کارگر، و اجرای پروژه­های بزرگ در مناطق برون شهری بود. چنین شرایطی موجب توسعه تکنیک شمع­های جابجایی گردید که با استفاده از دفترچه­ مشخصات تجویزی اجرا می­شدند و از تکنولوژی پایین­تری نسبت به ریزشمع (یا میکروپایل) ­ها برخوردار بودند. امروزه، هزینه­ های اجرا در سراسر جهان تقریباً مشابه هم هستند و رشد تقاضا برای ریزشمع (یا میکروپایل) ادامه دارد، بویژه در بین پیمانکاران ژئوتکنیکی که توانایی ساخت و طراحی را دارا می­باشند.

شکل 3. نمونه­ای از نحوه آرایش ریزشمع (یا میکروپایل) ­های مشبک