اجرای نیلینگ گودبرداری ساختمان

اجرای نیلینگ یکی از روش‌های مؤثر و رایج در ایجاد سازه‌های نگهبان به منظور تثبیت دیواره‌های گودبرداری و افزایش پایداری ساختمان‌ها است. این تکنیک به عنوان یک راهکار مهم در پروژه‌های عمرانی، به ویژه در محیط‌های شهری که فضا محدود است و امنیت بناهای مجاور باید تضمین شود، مورد استفاده قرار می‌گیرد. اجرای نیلینگ با استفاده از میخ‌های فولادی و تزریق دوغاب، دیواره‌های گودبرداری را تقویت کرده و مانع از ریزش احتمالی آنها می‌شود.

در ادامه به بررسی نقش پیمانکار نیلینگ در تضمین کیفیت و ایمنی پروژه‌ها و همچنین مراحل اجرای نیلینگ در گودبرداری ساختمان پرداخته می‌شود. روش نیلینگ در گودبرداری بررسی خواهد شد و به بررسی جزئیات و نکات فنی مربوط به نیلینگ گودبرداری ساختمان پرداخته خواهد شد و معایب و مزایای روش اجرای نیلینگ در گودبرداری روشن میشود تا با ابعاد مختلف این تکنیک آشنا شوید و بتوانید از آن در پروژه‌های عمرانی خود بهره‌برداری نمایید. جدول زیر خلاصه از مطالب گنجانده شده است : 

اجرای نیلینگ گودبرداری

1. ابتدا 1 تا نهایتا 2 متر حفاری انجام می شود تا به اولین مرحله برای اجرای نیلینگ برسیم. میتوان برای محاسبه ی عمق گودبرداری ایمن بدون استفاه از مهار از فرمول زیر استفاده کنید:

1. در گام بعدی باید طول ، قطر و زاویه نیل را در نظر گرفته و بر این اساس حفاری محل نیلینگ را انجام دهید. 
2. در گام بعدی نیازاست نیل ها داخل حفرات کار گذاشته شود و دوغاب سیمان به حفره ها ریخته شود. 
3. ساخت روش موقت 10 سانتی  میلگردهای به هم جوش داده شده پس از قرار دادن زهکش ژئوسنتتیک و شاتکریت کردن بتنی با مقاومت سه روزه ی 10.5 مگا پاسکال
4. در مرحله ی بعد به صورت پلکانی به گودبرداری ادامه خواهیم داد و در سطح مورد نظر برای نصب نیلینگ ، گودبرداری متوقف شده و نیلینگ کار گذاشته می شود
5. در آخر روکش دائم روی نیلینگ به صورت درجا یا پیش ساخته نصب خواهد شد.

• روش اول : ایجاد حفره هایی به قطر 10 تا 20 سانت با فاصله های حداکثر 1.5 متر از هم – برای مته کاری و میلگرد گذاری و دوغاب ریزی
• روش دوم : میلگردهای 15 تا 25 میلیمتری با فاصله های 1 تا 1.2 متر داخل خاک فرو میرود. از آنجایی که در خاک عموما عوامل خورنده وجود دارد این روش توصیه نمی شود. 
• روش سوم : میلگرد با حفاری خودکار : میلگردهایی که تو خالی هستند و با حفاری از داخل آن دوغاب هم تزریق می شود و از بالاب به پایین دوغاب ریزی می شود. 
• روش چهارم : شلیک میلگرد : میلگردهای 15 تا 25 میلیمتر با طول حداکثر 8 مترو به صورت شلیک با نیروی زیاد داخل خاک می شود. 

روش اجرای نیلینگ در گودبرداری

1. تحلیل ژئوتکنیکی:
   • بررسی ویژگی‌های خاک: شامل بررسی تراکم، نوع خاک، زاویه اصطکاک داخلی، مقاومت برشی، و تراوایی خاک.
   • آزمایش‌های خاک: آزمایش‌های برش مستقیم، سه‌محوری، و نفوذپذیری برای تعیین پارامترهای مکانیکی خاک.
2. طراحی نیل‌ها:
   • طول نیل‌ها: تعیین طول نیل‌ها با توجه به عمق گودبرداری و نوع خاک. معمولاً طول نیل‌ها بین 0.8 تا 1.2 برابر ارتفاع گودبرداری است.
   • فاصله نیل‌ها: فاصله افقی و عمودی بین نیل‌ها باید بر اساس محاسبات طراحی تعیین شود. معمولاً فاصله افقی بین 1.5 تا 2 متر و فاصله عمودی بین 1 تا 1.5 متر است.
   • قطر نیل‌ها: انتخاب قطر مناسب برای نیل‌ها با توجه به بارهای وارده و مقاومت کششی میلگردها.
3. اجرای نیل‌ها:
   • حفاری سوراخ‌ها: حفاری سوراخ‌ها با استفاده از مته‌های حفاری با قطر و عمق مورد نظر.
   • نصب میلگردها: قرار دادن میلگردهای فولادی در سوراخ‌های حفاری شده.
   • تزریق دوغاب سیمان: تزریق دوغاب سیمان به منظور تثبیت میلگردها و افزایش پیوستگی بین میلگرد و خاک.
4. پوشش سطحی:
   • شاتکریت: پاشیدن لایه‌ای از شاتکریت (بتن پاششی) بر روی سطح گودبرداری به منظور حفاظت از نیل‌ها و ایجاد یک سطح پایدار.
   • درزگیری و آب‌بندی: استفاده از مواد درزگیر برای جلوگیری از نفوذ آب و افزایش دوام دیوار نیلینگ.

ممنوعیت‌ها و محدودیت‌ها

• شرایط آب و هوایی نامساعد: جلوگیری از اجرای نیلینگ در شرایط آب و هوایی نامساعد مانند باران شدید یا یخبندان.
• خاک‌های ناپایدار: اجتناب از اجرای نیلینگ در خاک‌های بسیار ناپایدار که ممکن است سبب فروپاشی دیوار شود.
• محدودیت‌های فضایی: در صورت وجود محدودیت فضایی برای تجهیزات حفاری و نصب، باید از روش‌های جایگزین استفاده کرد.

چه خاکی مناسب اجرای نیلینگ است ؟ 

• خاک های ریز دانه ی سفت و سخت مانند خاک رس سفت تا سخت ، خاک های رسی سیلتی و سیلت های رسی ماسه رس دار ، ماسه سیلتی و یا ترکیبی از این خاک ها. نشانه خمیری خاک ریز دانه باید کمتر از 15 باشد. (PL<15)
• خاک درشت دانه متراکم و بسیار متراکم با مقداری ریز دانه مقدار ریز دانه 10 تا 15 درصد و عدد SPT حدود 30 باشد. چسبندگی این خاک باید بیش از 5 کیلوپاسکال باشد. 
• سنگ های هوازده بدون سطح سست
• خاک های منجمد

خاک نامناسب برای اجرای نیلینگ

• خاک های غیر چسبنده سست خشک
• خاک هایی با سطح آب زیرزمینی بالا ( اگر تمهیداتی اندیشیده شود که سطح آب زیرزمینی پایین بیاید میتوان از نیلینگ استفاده کرد )
• خاک های بالای سنگ های سخت
• ریزانه های سستی که عدد SPT آن کمتر از 4 است. اگر خاک با خاصیت خمیری بالا در اثر خزش باعث ریزش گود می شود. 
• خاک های نباتی
• خاک های بسیار خورنده حاوی آهک
• خاک های بادرفتی

خاک های نامناسب به دلیل خزش

بعضی از انواع خاک هستند که امکان خزش بالایی دارند. این خاک ها در صورت افزایش طول فولاد و کاهش فاصله بین آن ها امکان اجرای نیلینگ خواهند داشت اما عموما از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیست. امکان خزش در خاک های زیر وجود دارد :

• خاک هایی با حد روانی بیشتر از 50
• خاک هایی با شاخص پلاستیک بیشتر از 20
• خاک های زهکشی نشده ای با مقاومت کششی کمتر 50 مگا پاسکال
• شاخص روانی بیشتر از 20
• خاک های آلی 

فرمول‌ها و روابط طراحی نیلینگ

در طراحی نیلینگ باید موارد زیر را رعایت کنید : 

• استفاده از متخصصان خبره در هر موضوع: مشارکت مهندسان ژئوتکنیک با تجربه در طراحی ضروری است.
• محدودیت‌های محیطی: شامل بررسی فشار آب زیرزمینی و تدابیر زهکشی.
• پارامترهای طراحی: شامل پارامترهای خاک، بارگذاری، و تعامل خاک و نیلینگ.
• آزمایشات کشش: برای تأیید محاسبات طراحی انجام می‌شوند.

فرمول های نیلینگ

1. ظرفیت باربری نیل‌ها:

• Qn​  : ظرفیت باربری نیل (نیوتن)
• As : سطح مقطع نیل (متر مربع)
• Fy : مقاومت تسلیم فولاد (پاسکال)

1. طول مهاری نیل‌ها:

• dL : طول مهاری (متر)
• d : قطر نیل (متر)
• ᶂ : مقاومت پیوستگی بین نیل و خاک (پاسکال)

1. تنش برشی در نیل‌ها:

• τ  : تنش برشی (پاسکال)
• V : نیروی برشی (نیوتن)
• As : سطح مقطع نیل (متر مربع)

نکات : 

• کیفیت دوغاب: اطمینان از کیفیت و تراکم دوغاب سیمان برای جلوگیری از حفره‌ها و ناپیوستگی‌ها.
• کنترل جابجایی‌ها: مانیتورینگ مداوم جابجایی‌های دیوار و نیل‌ها برای اطمینان از پایداری سازه.

طراحی نیلینگ  - ضریب اطمینان 

در جدول زیر حداقل ضرایب اطمینان توصیه شده برای بارهای استاتیک و لرزه‌ای را برای انواع مختلف شکست‌های پایدارسازی و اجزای مقاومتی مشخص می‌کند. در ادامه، محتویات جدول به زبان فارسی آمده است:

 نکات :

1. برای سازه‌های دائمی غیر بحرانی، برخی از سازمان‌ها ممکن است طراحی با ضرایب ایمنی کمتر از 1.35 را در شرایط استاتیک و بلندمدت بپذیرند، زمانی که عدم قطعیت کمتری وجود دارد به دلیل اطلاعات ژئوتکنیکی کافی و تجربه موفق محلی در خصوص میخ‌گذاری خاک.
2. مجموعه دوم ضرایب ایمنی برای پایداری کلی مربوط به حالتی است که حفاری موقت برای مدت تا 48 ساعت بدون میخ‌ها پشتیبانی می‌شود. مقدار بزرگتر ممکن است برای سازه‌های بحرانی‌تر یا زمانی که عدم قطعیت‌های بیشتری در خصوص شرایط خاک وجود دارد اعمال شود.
3. ضرایب ایمنی برای ظرفیت باربری قابل اعمال هستند زمانی که از معادلات استاندارد ظرفیت باربری استفاده می‌شود.

تکنیک‌های اجرایی سازه نگهبان نیلینگ

• حفاری و نصب فولاد نیلینگ‌ها: این تکنیک شامل حفاری سوراخ‌ها در دیوارهای خاکی و قرار دادن میلگردهای فولادی در این سوراخ‌ها است.
• تزریق دوغاب: دوغاب سیمانی به منظور تثبیت میلگردها به داخل سوراخ‌های حفاری‌شده تزریق می‌شود که باعث افزایش استحکام و پایداری می‌شود.
• نصب شبکه‌های مهاری: شبکه‌های فلزی بر روی سطح دیوارها نصب می‌شوند تا پایداری کلی سیستم را افزایش دهند.
• کنترل و آزمایش: برای اطمینان از عملکرد صحیح سیستم، آزمایش‌های کشش فولاد نیلینگ‌ها و کنترل کیفیت دوغاب انجام می‌شود.
• پوشش محافظ فولاد نیلینگ‌ها: استفاده از پوشش‌های گالوانیزه و مواد ضد خوردگی برای حفاظت از میلگردها در برابر عوامل محیطی و افزایش عمر مفید آن‌ها اهمیت دارد.

نکات مهم اجرای نیلینگ

خلاصه ای از نکات اجرای نیلینگ را در ادامه مرور خواهیم کرد : 

• از بالای محدوده ای که قرار است پایدار شود شروع میکنید و به صورت مارپیچ داخل دیواره ها به صورت شیب دار سوراخی حفر میکنید. 
• سوراخ ها معمولاً چندین اینچ قطر و تا پانزده فوت عمق دارند.
• سوراخ ها با اندکی زاویه  حفر می شوند.
• مارپیچ جمع می شود و تمام نخاله ها را با آن از بین می برد.
• سپس مهندسان یک پیچ یا نیلینگ دوغاب شده با روکش فولادی را در سوراخ زمین سوراخ می کنند.
• نیلینگ تقویت کافی را فراهم می کند تا خاک بر روی خود فرو نریزد یا سر نخورد.

5 گام اجرای نیلینگ

اجرای نیلینگ از تکنیک های مقرون به صرفه و کارآمد برای ایجاد سازه نگهبان یا تقویت خاک اطراف گودبرداری است. گودبرداری به روش نیلینگ نیاز به تخصص و مهارت و تجربه ی دارد. روش اجرای نیلینگ در گودبرداری ساختمان بسته به هر پروژه متفاوت است و نمیتوان تنها به استانداردها و پروتکل ها استناد کرد. شرایط اجرای هر پروژه متفاوت است و بر این اساس مهم است که پیمانکار نیلینگ کدام روش را برای پیش برد اهداف خود انتخاب کند. در حال حاضر شیوه نامه های حدودی در مورد روش نیلینگ در گودبرداری وجود دارد و مهندسان طراح معمولا با استاندارد به همین قوانین و پروتکل های محدود سازه نگهبان نیلینگ را می سازند اما واقعیت این است همیشه این استاندارد ها و شیوه نامه برای طراحی نیلینگ خاک کافی نیست. حضور مهندسان خبره کمک میکند که در هر شرایطی ساختار ایمن حین گودبرداری ایجاد شود. در ادامه 5 گام اساسی اجرای نیلنگ مرور شده است : 

1. حفاری
2. نصب فولاد نیلینگ و تزریق دوغاب
3. نصب زهکشی
4. ساخت پوشش اولیه
5. ساخت پوشش نهایی

• مقاوم سازی دیوار موجود یا ساخت سازه نگهبان : سوال اینجاست که آیا در حین گودبرداری ، روش نیلینگ قرار است اجرا شود و خاک موجود مقاوم سازی شود یا قرار است سازه نگهبان به روش نیلینگ احداث شود. 

ابزار نیلینگ گودبرداری ساختمان

• فولاد های نیلینگ : عنصر اصلی که نقش باربری دیوار ها را ایفا میکند
• پوشش دیوار : روی دیوارها برای حفاظت بهتر از فولاد و بهبود استحکام از پوشش هایی استفاده می شود.
• عناصر تکمیلی : و زهکشی و سیستم های محافظت در برابر خوردگی برای نیلینگ استفاده می شود. 

 مصالح نیلینگ

• میلگردها: معمولاً از فولاد با استحکام بالا استفاده می‌شود. از میلگردهای موجود در بازار استفاده می شود عموما زیر قطر 25 میلیمتر و بیشتر از میلگردهای قطر 18 تا 25 میلیمتر استفاده می شود. 
• اتصالات: شامل صفحات، مهره‌ها و سایر اجزای اتصالی
• دوغاب: معمولاً از مخلوط سیمان و آب تشکیل شده و برای افزایش استحکام فولاد نیلینگ‌ها استفاده می‌شود. دوغاب سیمانی یا ماسه سیمان با نسبت 0.4 تا 0.5 با اسلامپ 30 میلیمتر با مقاومت 28 روزه ی 21 مگا پاسکال. 
• زهکشی: برای جلوگیری از تجمع آب پشت دیوار استفاده می‌شود.
• متمرکز کننده : ترکیبی از مواد مصنوعی و پلی ونیل که با فاصله ی حداکثر 2.5 متر بر روی میلگرد قرار میگیرد. 

خرابی های اجرای نیلینگ 

شکل زیر دو دسته اصلی از خرابی‌های دیوارهای میخکوبی خاک را نشان می دهد :  خرابی‌های خارجی و خرابی‌های داخلی. جزئیات و توضیحات آن در ادامه آمده است : 

خرابی‌های خارجی نیلینگ

1. خرابی پایداری کلی (Global Stability Failure):
   • شکل (a): این نوع خرابی زمانی رخ می‌دهد که مقاومت خاک و میخ‌ها در برابر بارهای وارده کافی نباشد و سطح خرابی ایجاد شود. مقاومت خاک و میخ‌ها نتوانند از حرکت توده خاک جلوگیری کنند.
2. خرابی پایداری لغزش (Sliding Stability Failure):
   • شکل (b): در این حالت، مقاومت برشی پایه کافی نیست و توده خاک به دلیل نیروی جانبی وارد بر دیوار به صورت افقی حرکت می‌کند. این نوع خرابی به دلیل کمبود مقاومت برشی در پایه رخ می‌دهد.
3. خرابی باربری (یا تورم پایه) (Bearing Failure or Basal Heave):
   • شکل (c): این نوع خرابی زمانی رخ می‌دهد که فشار زیرین بر دیوار باعث تورم یا بالا آمدن پایه دیوار می‌شود. مقاومت خاک زیر دیوار برای تحمل این فشار کافی نیست.

خرابی‌های داخلی نیلینگ

1. خرابی بیرون‌کشیدن میخ از خاک (Nail-Soil Pullout Failure):
   • شکل (d): این نوع خرابی زمانی رخ می‌دهد که میخ‌ها از خاک جدا می‌شوند. سطح خرابی نشان می‌دهد که نیروی کششی وارده بر میخ بیشتر از توان خاک برای نگه‌داشتن میخ است.
2. خرابی بیرون‌کشیدن میخ از گروت (Bar-Grout Pullout Failure):
   • شکل (e): در این حالت، خرابی به دلیل جدا شدن میخ از گروت (ماده چسبنده) است. گروت نمی‌تواند نیروی وارده بر میخ را به طور کافی انتقال دهد.
3. خرابی کششی میخ (Nail Tensile Failure):
   • شکل (f): این نوع خرابی زمانی رخ می‌دهد که نیروی کششی وارده بر میخ بیشتر از ظرفیت کششی آن باشد و میخ بشکند.
4. خرابی خمش و/یا برش میخ (Nail Bending and/or Shear Failure):
   • شکل (g): این نوع خرابی به دلیل نیروی خمشی و برشی وارده بر میخ رخ می‌دهد. ترکیبی از ممان (نیروی خمشی) و نیروی برشی می‌تواند باعث شکست میخ شود.

این شکل به خوبی نشان می‌دهد که هر نوع خرابی چگونه رخ می‌دهد و چه عواملی در هر نوع خرابی مؤثر هستند. این اطلاعات برای طراحی و ساخت دیوارهای میخکوبی خاک بسیار مفید و ضروری هستند تا از خرابی‌های احتمالی جلوگیری شود.

این شکل خرابی‌های سطحی (Facing Failure Modes) دیوارهای میخکوبی خاک را نشان می‌دهد. این نوع خرابی‌ها مربوط به سطح بیرونی دیوار است که با محیط در تماس است. این دسته خرابی‌ها شامل سه نوع اصلی است:

خرابی‌های سطحی نیلینگ

1. خرابی خمشی سطحی (Facing Flexure Failure):
2. خرابی برشی پانچ سطحی (Facing Punching Shear Failure):
3. خرابی سرمیخ (Headed-Stud Failure):

• شکل (h): این نوع خرابی زمانی رخ می‌دهد که سطح دیوار تحت نیروی خمشی (ممان پلاستیک) قرار گرفته و نمی‌تواند این نیرو را تحمل کند. در نتیجه، سطح دیوار ترک خورده و دچار شکست می‌شود. سطح خرابی نشان داده شده جایی است که دیوار تحت تنش خمشی خم می‌شود و از حالت الاستیک به پلاستیک تغییر می‌کند.
• شکل (i): این نوع خرابی زمانی رخ می‌دهد که نیروی برشی به طور متمرکز بر سطح دیوار وارد شود و باعث ایجاد ترک‌های برشی در نقطه‌ای خاص از دیوار گردد. این نوع خرابی معمولاً در نقاطی که نیروی متمرکز بر دیوار وارد می‌شود، رخ می‌دهد و سطح دیوار نمی‌تواند این نیروی برشی متمرکز را تحمل کند.
• شکل (j): این نوع خرابی به دلیل شکست سرمیخ‌ها (Headed-Studs) رخ می‌دهد. سرمیخ‌ها عناصری هستند که برای اتصال و پایداری دیوار استفاده می‌شوند. شکست سرمیخ‌ها ممکن است به دلیل خستگی مواد یا بارگذاری‌های بیش از حد رخ دهد. این خرابی نشان می‌دهد که سرمیخ‌ها در برابر بارهای وارده مقاومت کافی ندارند و دچار شکست می‌شوند

نیلینگ خاک چیست ؟

نیلینگ (Soil Nailing) یا میخ‌کوبی خاک، یک تکنیک تقویت و تثبیت زمین است که در مهندسی ژئوتکنیک و عمران برای افزایش پایداری شیب‌ها، دیواره‌های گود و سازه‌های زیرزمینی استفاده می‌شود. این روش شامل نصب میخ‌های فولادی در داخل توده خاک یا سنگ به منظور ایجاد یک ساختار پایدار است. به طور خلاصه روش اجرای نیلینگ شامل موارد زیر است :

• حفاری: ابتدا، حفاری دیواره‌ها و گودبرداری به صورت مرحله‌ای و در قطعات کوچک انجام می‌شود.
• نصب میخ‌ها: میخ‌های فولادی در فواصل منظم و به صورت افقی یا شیب‌دار در دیواره حفاری شده قرار داده می‌شوند. این میخ‌ها معمولاً به قطر 25 تا 40 میلی‌متر و طول 5 تا 15 متر هستند.
• دوغاب‌ریزی: پس از نصب میخ‌ها، فضای بین میخ و دیواره حفاری با دوغاب سیمانی پر می‌شود تا اتصال بین میخ و خاک یا سنگ ایجاد شود.
• نصب شبکه و پوشش سطحی: در نهایت، یک شبکه فولادی (مش) و پوشش سطحی (معمولاً شاتکریت) برای افزایش پایداری سطحی و جلوگیری از ریزش‌های کوچک روی دیواره نصب می‌شود.

گودبرداری به روش نیلینگ

روش نیلینگ (میخ گذاری یا میخ کوبی) یکی از انواع سازه های نگهبان می باشد که برای اولین بار در حدود دهه ۶۰ میلادی توسط مهندسین استرالیایی به منظور پایدارسازی جداره های تونل مورد استفاده قرار گرفت. پس از آن، اجرای نیلینگ به دلیل کاربردی بودن آن در سراسر جهان و نیز ایران رواج بسیاری یافت. سازه نگهبان نیلینگ یکی از کاربردی ترین روش ها به ویژه در مناطق شهری و فضاهای محدود به حساب می آید. از این رو آشنایی با شرکت های پیمانکار نیلینگ و انکراژ حائز اهمیت می باشد. 

سازه نگهبان نیلینگ با ایجاد یک مقطع مسلح پایدار به صورت غیرفعال (Passive) امکان نگهداری خاک پشت آن را به وجود می آورد. بدین صورت که خاک موجود با نصب میلگردهای فولادی نزدیک به هم که به نیل (Nail) معروفند در یک سطح شیبدار به صورت برجا تسلیح می شوند.

تفاوت نیلینگ و انکراژ چیست ؟

گودبرداری به روش نیلینگ مزایا و محدودیت ها

مزایای گودبرداری به روش نیلینگ : 

• ساخت سریع
• عملکرد بالا
• هزینه‌های پایین‌تر نسبت به روش‌های سنتی

محدودیت های روش نیلینگ : 

• نیاز به شرایط خاک خاص
• محدودیت در ارتفاع دیوار
• نیاز به تخصص و تجربه در ساخت

در طراحی نیلینگ به چه مواردی نیاز است ؟ 

طراحی دیوارهای نیلینگ نیاز به سواد آکادمیک و تجربه دارد و پیش از طراحی نیاز است اطلاعات جامعی تهیه شود. این اطلاعات شامل مطالعات اولیه، بررسی لایه های زیرین خاک، و آزمایش‌های خاک می‌باشند.

بررسی لایه های زیرین خاک

• هدف:  تعیین مشخصات خاک محل پروژه
• روش‌: استفاده از حفاری‌های اکتشافی، آزمایش‌های نفوذ استاندارد (SPT)، آزمایش‌های مخروطی (CPT)، و گمانه‌های آزمایشی

آزمایش‌های خاک

• آزمایش‌های طبقه‌بندی و شاخص: برای تعیین نوع و خصوصیات خاک
• آزمایش‌های مقاومت برشی: برای تعیین مقاومت خاک در برابر بارهای وارده
• آزمایش‌های تغییرپذیری و مدول: برای تعیین میزان تغییر شکل و سختی خاک

تحلیل و طراحی دیوارهای نیلینگ خاک

در این فصل به روش‌های تحلیل و طراحی دیوارهای نیلینگ خاک پرداخته شده است. این روش‌ها شامل تحلیل پایداری، تحلیل تنش و تغییر شکل، و طراحی بر اساس ضریب بار و مقاومت (LRFD) می‌باشند.

تحلیل پایداری

• بررسی پایداری کلی دیوار و فولاد نیلینگ‌ها
• استفاده از روش‌های عددی و تحلیلی برای ارزیابی پایداری
• تحلیل تنش و تغییر شکل
• بررسی تنش‌های وارد بر دیوار و فولاد نیلینگ‌ها
• ارزیابی تغییر شکل‌های دیوار و تأثیر آن بر عملکرد کلی سازه
• طراحی بر اساس ضریب بار و مقاومت (LRFD)
• استفاده از ضرایب بار و مقاومت برای اطمینان از ایمنی و عملکرد مناسب دیوار
• انجام طراحی‌های مختلف برای شرایط مختلف بارگذاری و خاک

محافظت در برابر خوردگی

روش های حفاظت از خوردگی شامل استفاده از پوشش‌های محافظ، مواد ضدخوردگی و روش‌های حفاظت کاتدی می‌باشند.

• پوشش‌های محافظ: استفاده از پوشش‌های گالوانیزه و پوشش‌های پلیمری
• مواد ضدخوردگی: استفاده از دوغاب‌های مقاوم در برابر خوردگی و مواد افزودنی
• حفاظت کاتدی: استفاده از روش‌های الکتروشیمیایی برای جلوگیری از خوردگی فولاد نیلینگ‌ها
  1. ارزیابی ریسک‌ها نشان داد که عوامل محیطی مانند تغییرات دما و رطوبت می‌توانند تأثیر قابل‌توجهی بر عملکرد سیستم‌های نیلینگ داشته باشند.

تکنیک فولاد نیلینگ خاک یک روش اقتصادی و موثر برای ساخت دیوارهای حائل جدید و تقویت دیوارهای موجود است. این تکنیک شامل تقویت خاک با عناصر کششی است که به دلیل پیچیدگی مکانیزم عملکرد فولاد نیلینگ‌ها و تأثیرات مختلف، طراحی دقیق آن نیاز به قضاوت مهندسی و اطلاعات دقیق دارد. تا به امروز راهنمایی‌های محدودی برای ارزیابی استفاده از فولاد نیلینگ‌های خاک یا انتخاب روش مناسب تحلیل وجود دارد.

تکنیک نیلینگ ساختمان از روش های اقتصادی برای مقابله با تخریب دیوارهای اطراف حین گودبرداری است. اساس این تکنیک متمرکز بر ناصر کششی است. پیچیدگی های مکانیزم های فولاد نیلینگ و تاثیراتی که بر جای میگذارد نیاز به دانش کافی مهندسی و اطلاعات دقیق دارد. 

در چه مواردی بهتر است از روش نیلینگ استفاده نشود ؟

برای دیوار نگهبان و دیوارهای حائل در گودبرداری روش نیلینگ پر کاربرد است اما برای تکیه گاه های پل و محل های نشست پیشنهاد نمی شود از روش نیلینگ استفاده شود. به دلیل پیچیدگی‌ها و عدم قطعیت‌های موجود در تحلیل عملکرد فولاد نیلینگ‌های خاک، اجرای نیلینگ دقیق نیاز به آزمایش‌های میدانی و سواد مهندسی دارند. همچنین، این گزارش به اهمیت استفاده از مدارک موجود و اصول مهندسی ژئوتکنیکال برای تولید و طراحی‌های ایمن و اقتصادی تأکید می‌کند.

استاندارد های روش اجرای نیلینگ در گودبرداری

در ایران، مانند سایر کشورها، اجرای سیستم‌های نیلینگ خاک (Soil Nailing) در پروژه‌های عمرانی و ژئوتکنیکی بر اساس استانداردها و آیین‌نامه‌های ملی و بین‌المللی صورت می‌گیرد. برخی از اطلاعات مفید در مورد قوانین و مقررات نیلینگ در ایران به شرح زیر است:

آیین‌نامه طراحی و اجرای دیوارهای حائل و نیلینگ: این آیین‌نامه‌ها شامل دستورالعمل‌های طراحی، اجرا، مواد مورد استفاده و روش‌های آزمایشی می‌باشد. سازمان‌های مختلفی نظیر "سازمان نظام مهندسی ساختمان" و "مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی" در تهیه و تدوین این آیین‌نامه‌ها مشارکت دارند.

ضوابط و استانداردهای اجرای نیلینگ طبق آیین نامه FHWA آمریکا

در اینجا موارد کلیدی مربوط به ضوابط و استانداردهای اجرای نیلینگ بر اساس آیین نامه FHWA آمریکا ارائه شده است:

مراحل اجرای نیلینگ

1. آماده‌سازی سایت:
   • ارزیابی شرایط زمین و محیط.
   • آماده‌سازی سطح دیوار و محل‌های مورد نیاز برای نصب تجهیزات.
   • حذف موانع و تسطیح سطح زمین.
2. طراحی و تحلیل:
   • تحلیل ژئوتکنیکی: بررسی خصوصیات خاک و زمین.
   • طراحی ساختاری: استفاده از روش‌های تحلیلی و نرم‌افزارهای مدل‌سازی برای طراحی ساختار دیوار نیلینگ.
   • تعیین پارامترهای طراحی: شامل طول و قطر نیل‌ها، فاصله بین نیل‌ها، و نوع پوشش سطحی (مانند شاتکریت).
3. نصب نیل‌ها:
   • حفاری و ایجاد سوراخ‌ها: حفاری سوراخ‌ها با قطر و عمق مناسب.
   • نصب نیل‌ها: قرار دادن میلگردها یا نیل‌ها در سوراخ‌های حفاری شده.
   • تزریق دوغاب: تزریق دوغاب سیمان برای تثبیت نیل‌ها و افزایش قدرت نگهداری آنها.
4. پوشش و حفاظت سطح:
   • شاتکریت: پوشش سطح دیوار با استفاده از شاتکریت برای حفاظت از سطح و افزایش پایداری.
   • درزگیری و آب‌بندی: استفاده از مواد درزگیر برای جلوگیری از نفوذ آب و افزایش عمر دیوار.

استانداردهای کیفیت و ایمنی

1. کنترل کیفیت:
   • آزمایش‌های کنترل کیفیت: انجام آزمایش‌های مختلف مانند تست کشش نیل‌ها، آزمایش‌های دوغاب و شاتکریت.
   • بازرسی‌های دوره‌ای: بررسی و بازرسی منظم از تمامی مراحل اجرا و نصب برای اطمینان از رعایت استانداردها.
2. ایمنی:
   • تجهیزات ایمنی: استفاده از تجهیزات ایمنی مناسب برای کارگران و سایت.
   • پلان مدیریت ایمنی: تهیه و اجرای پلان مدیریت ایمنی برای پیشگیری از حوادث.
3. مدیریت محیطی:
   • کاهش اثرات محیطی: استفاده از روش‌ها و تجهیزات کاهش دهنده اثرات منفی زیست محیطی.
   • مدیریت پسماندها: مدیریت و دفع مناسب پسماندهای تولید شده در طول فرآیند ساخت و ساز.

مزایای اجرای نیلینگ

مانند همه انواع دیوارهای حائل، استفاده از نیلینگ خاک دارای مزایا و معایب خاصی است. هزینه ی اجرای نیلینگ در مقایسه با سایر روش ها بسیار ارزان تر است. سریعتر و کارآمد تر اغلب دیوارهای نگهبان خواهد بود. برای فضاهای محدود و تنگ ایده آل است. با محیط زیست سازگار تر است زیرا مصالح کمتری صرف خواهد شد. یکپارچگی را حفظ خواهد کرد. به طور خلاصه موراد زیر را به  عنوان نقاط قوت اجرای نیلینگ میتوان برشمرد :

• اقتصادی بودن: نیلینگ به دلیل نیاز به مواد و تجهیزات کمتر و کاهش زمان اجرا، معمولاً هزینه‌های کمتری دارد.
• سرعت اجرا: سرعت بالای نصب فولاد نیلینگ‌ها و تزریق دوغاب باعث می‌شود که پروژه‌های نیلینگ سریع‌تر از روش‌های سنتی تکمیل شوند.سرعت بالای اجرای نیلینگ به دلیل امکان همزمانی اجرا در چند جبهه
• انعطاف‌پذیری: این روش می‌تواند در شرایط مختلف خاکی و زمین‌شناسی اعمال شود، از جمله خاک‌های نرم و زمین‌های سنگی.
• کاهش حجم خاک‌برداری: نیازی به خاک‌برداری گسترده ندارد که این خود منجر به کاهش هزینه‌ها و زمان می‌شود.
• پایداری بلندمدت: سیستم‌های نیلینگ با طراحی و اجرای صحیح، می‌توانند پایداری بلندمدتی داشته باشند.
• حداقل اختلال در محیط زیست: به دلیل کاهش نیاز به تغییرات گسترده در محیط و استفاده از فضاهای موجود، تأثیرات زیست‌محیطی کمتری دارد.
• امکان اجرای نیلینگ در انواع خاک ها
• مناسب برای فضاهای محدود شهری
• امکان اجرای گودبرداری قائم  
• عدم جاگیر بودن سازه نگهبان در درون گود
• تامین پایداری بدون ایجاد مزاحمت برای مراحل بعدی عملیات عمرانی
• جلوگیری از هوازدگی و ریزش های موضعی با اجرای نیلینگ به دلیل ایجاد سطح بتنی روی خاک
• امکان تقویت طرح در حین اجرا
• ایمنی بالاتر روش نیلینگ در مقایسه با سایر روش های سازه نگهبان به دلیل اجرای مرحله به مرحله و خاکبرداری مقطعی
• امکان اجرای یکپارچه فونداسیون در کف گود
• عملکرد خوب روش نیلینگ در حین وقوع زلزله
• ایجاد ترافیک کمتر و اثرات سوء محیط زیستی کمتر در مقایسه با سایر روش های سازه نگهبان 

در جدول زیر خلاصه ای از مزایای اجرای نیلینگ ارائه شده است:

معایب اجرای نیلینگ

اجرای نیلینگ با وجود مزایای متعدد، مخاطرات و چالش‌های خاص خود را دارد. مهم‌ترین عوامل مؤثر بر عملکرد و پایداری این سیستم‌ها شامل شرایط خاک، کیفیت مواد و روش‌های اجرایی، اثرات محیطی و خوردگی، و همچنین ریسک‌های لرزه‌ای می‌باشند. برای کاهش این مخاطرات، لازم است که مطالعات اولیه دقیق انجام شود، از مواد با کیفیت بالا استفاده شود، و نظارت مستمر بر اجرای پروژه صورت گیرد. همچنین در مناطق زلزله‌خیز، طراحی مقاومتی ویژه و مدیریت ریسک مناسب اهمیت ویژه‌ای دارد.

• نیاز به اخذ مجوز از همسایگان محل پروژه به دلیل میخکوبی در زیر سازه های مجاور
• ایجاد آلودگی صوتی حین اجرای نیلینگ
• نیاز به المان های دائمی در زیر زمین برای دیوارهای پایدارسازی شده دائمی به روش نیلینگ

نکات کلیدی:

1. برای کاهش ریسک‌های اجرایی، باید از تکنیک‌های مناسب حفاری و تزریق دوغاب استفاده شود.
2. نظارت مستمر بر اجرای پروژه و استفاده از مواد با کیفیت بالا، ریسک‌ها را کاهش می‌دهد.

چالش های اجرای نیلینگ

1. محدودیت‌های خاک، مانند وجود لایه‌های غیرمستحکم، می‌تواند به مشکلاتی در نصب فولاد نیلینگ‌ها و پایداری دیوار منجر شود.
2. مشکلات تزریق دوغاب می‌تواند منجر به کاهش استحکام نهایی فولاد نیلینگ‌ها شود.
3. خوردگی فولاد نیلینگ‌ها در محیط‌های خورنده یک چالش مهم است.
4. بررسی‌های ژئوتکنیکی دقیق قبل از اجرای پروژه برای شناسایی شرایط خاک ضروری است.
5. استفاده از مواد ضد خوردگی و روش‌های حفاظت کاتدی می‌تواند مشکلات خوردگی را کاهش دهد.
6. آموزش کارکنان و استفاده از تکنیک‌های پیشرفته اجرایی می‌تواند به حل مشکلات کمک کند.

• نکات کلیدی:

نقاط شکست روش نیلینگ و راه حل ها

• شکست‌های نیلینگ اغلب به دلیل ناپایداری سازه‌ای و مشکلات زهکشی رخ می‌دهد.
• اثرات لرزه‌ای می‌تواند منجر به ترک‌خوردگی و شکست دیوارهای نیلینگ شود.
• نکات کلیدی:
  • طراحی مناسب سیستم زهکشی برای جلوگیری از تجمع آب پشت دیوار حیاتی است.
  • بررسی و ارزیابی مداوم پایداری دیوارها و اجرای روش‌های تقویتی می‌تواند از شکست‌های احتمالی جلوگیری کند.
  • در مناطق زلزله‌خیز، باید طراحی‌های مقاومتی ویژه‌ای برای نیلینگ انجام شود.

مشکل خوردگی در روش نیلینگ

• خوردگی فولاد نیلینگ‌ها می‌تواند به کاهش عمر مفید و عملکرد سیستم‌های نیلینگ منجر شود.
• محیط‌های مرطوب و خاک‌های اسیدی بیشترین تأثیر را در خوردگی فولاد نیلینگ‌ها دارند.

نکات کلیدی:

• استفاده از پوشش‌های گالوانیزه و مواد پلیمری برای حفاظت از فولاد نیلینگ‌ها توصیه می‌شود.
• دوغاب‌های مقاوم در برابر خوردگی و مواد افزودنی می‌توانند از خوردگی جلوگیری کنند.
• روش‌های حفاظت کاتدی، مانند استفاده از آندها، می‌تواند مؤثر باشد.

مدیریت ریسک روش نیلینگ در گودبرداری 

• دیوارهای نیلینگ در مناطق زلزله‌خیز نیازمند طراحی مقاومتی ویژه هستند تا در برابر بارهای لرزه‌ای مقاومت کنند.
• ارزیابی ریسک لرزه‌ای و اجرای اقدامات پیشگیرانه می‌تواند از آسیب‌های جدی جلوگیری کند.

نکات کلیدی:

• استفاده از تحلیل‌های دینامیکی و مدل‌سازی‌های لرزه‌ای برای طراحی دیوارهای نیلینگ در مناطق زلزله‌خیز ضروری است.
• تقویت فولاد نیلینگ‌ها و استفاده از مواد با کیفیت بالا می‌تواند پایداری دیوارها را افزایش دهد.
• برنامه‌ریزی و مدیریت ریسک مناسب برای مواجهه با بلایای طبیعی اهمیت دارد.

جایگزین های نیلینگ کوبی خاک

اگر به هر دلیل نمیتوان روی سیستم نیلینگ برای پایداری خاک حساب کرد پیشنهادات زیر میتواند جذاب باشد :

• پایداری خاک با شمع
• دیوارهای حائل فیزیکی
• تزریق فشرده قبل از گودبرداری
• سیستم تاپ داون 

پیمانکار نیلینگ چه وظایفی دارد ؟ 

در جدول زیر به اختصار در مورد وظایف پیمانکار نیلینگ توضیحاتی داده شده است: 

تعریف نیلینگ ساختمان

Nail به معنای فولاد نیلینگ است و میتوان مترادف نیلینگ را فولاد نیلینگ کوبی در نظر گرفت. قرار است ساختارهای فلزی داخل خاک کوبید شود تا از ریزش خاک جلوگیری کند و استحکام آن را تضمین کند. نکته اینجاست که باید محاسبه شود بارها و فشارهای خارجی دیوار در حدی است که سیستم نیلینگ پاسخگو باشد یا خیر. نیلینگ گودبرداری ساختمان به معنای وارد کردن فولاد داخل خاط با زاویه ای نزدیک به افق است که به این ترتیب مقاومت خاک افزای شپیدا یکند و کمک میکند تا دیوار با شیب عمودی به سمت پایین سقوط نکند. 

پروژه‌های نیلینگ در جهان

در جدول زیر خلاصه ای از پروژه های مهم اجرا شده در جهان به وسیله روش نیلینگ ارائه شده است:

قیمت نیلینگ

هزینه اجرای نیلینگ از متری ۳۷۰ هزار تومان برای متر طول حفاری نیلینگ و ۴۰۰ الی ۵۰۰ هزارتومان شاتکریت تر مب باشد. طریقه دیگر دادن قیمت اجرای نیلینگ از متر مربع ۸۰۰۰۰۰ تا ۱۵۰۰۰۰۰ تومان بسته به نوع خاک و حجم کار می باشد. وابسته به عوامل متعددی همچون شرایط خاک محل پروژه، اندازه دیوار پایدارسازی شده، نوع کاربری (موقت یا دائمی)، نوع روکش و ... می باشد. با این وجود تجربه نشان داده است که قیمت نیلینگ در مقایسه با سایر روش های مشابه، بسته به شرایط پروژه و احجام کار حدود ۱۰ تا ۳۰ درصد کمتر می باشد. علاوه بر به صرفه بودن قیمت نیلینگ ، این روش دارای مزایای دیگری است که آن را به یکی از پرکاربردترین روش های پایدارسازی گود تبدیل کرده است.

در واقع میخ کوبی یا نیلینگ به مفهوم جاگذاری میلگردها در دیواره گود و پوشاندن آن با دوغاب به منظور جلوگیری از خوردگی میلگردها و نیز انتقال مناسب تر نیروها بین خاک و میلگرد، می باشد. روش اجرای نیلینگ از بالا به پایین بوده و از طریق المان های کششی تغییر مکان سازه را محدود می کند. لازم به ذکر است که در شرایط خاص، عملکرد خمشی و برشی نیل ها نیز در نظر گرفته می شود. اجرای نیلینگ ضمن افزایش مقاومت برشی خاک موجب محدود نمودن و کنترل تغییر مکان های خاک در سطح لغزش می گردد.

مراحل طراحی روش نیلینگ

• تعیین هندسه سازه، عمق و زاویه شیب خاکبرداری
• تخمین بارگذاری و سربارهای وارده به نیل
• تعیین مشخصات میلگرد مورد نیاز (سطح مقطع، طول، فاصله میلگردها از یکدیگر)
• بررسی و کنترل ضریب اطمینان پایداری سازه نگهدارنده و خاک اطراف آن در زمان اجرای نیلینگ
• تخمین نیروهای وارده بر صفحه Bearing plate
• طراحی سیستم زهکشی با توجه به سطح پیزومتریک آب های زیرزمینی

گودبرداری در اجرای نیلینگ

در ابتدا عملیات خاکبرداری تا عمقی که خاک بتواند بدون مهار به مدت ۲۴ تا ۴۸ ساعت پایدار بماند انجام می شود. عمق مجاز خاکبرداری وابسته به نوع و میزان پایداری خاک بوده و غالبا در حدود ۱ تا ۲ متر می باشد. از نکات قابل توجه دیگر در این مرحله از اجرای نیلینگ ، عرض گودبرداری می باشد. عرض گودبرداری باید به اندازه ای باشد که امکان قرارگیری تجهیزات و ماشین آلات مورد نیاز را فراهم نماید.

حفاری در اجرای نیلینگ

در این مرحله به منظور اجرای نیل ها چاهک هایی به صورت افقی و یا مایل به وسیله دستگاه های مخصوص در دیواره های گود حفر می شوند. ابعاد و نیز فواصل این چاهک ها وابسته به مشخصات مکانیکی و فیزیکی خاک بوده و از پیش تعیین می گردد. به طور کلی قطر این چاهک ها غالبا در حدود ۱۰ تا ۱۵ سانتی متر و طول آن حدود ۵ تا ۱۰ متر می باشد. همچنین جنس خاک، مشخصات گمانه و نیز سطح آب زیر زمینی از عوامل موثر بر انتخاب نوع ماشین آلات مورد نیاز به منظور حفاری گمانه ها در اجرای نیلینگ می باشند.

نصب نیل ها و تزریق دوغاب

پس از حفر گمانه ها عملیات آرماتورگذاری (نیل) انجام می شود. این نیل ها غالبا تو پر بوده و به منظور احاطه مناسب آنها توسط دوغاب، قطعاتی بر روی نیل ها جهت نگهداری فواصل میان آنها و دیواره داخلی گمانه ها تعبیه می شود. پس از آن دوغاب تزریق می گردد. دوغاب ریزی با هدف ایجاد پیوستگی لازم میان خاک و آرماتورها، پیشگیری از خوردگی آنها و انتقال تنش از زمین به نیل ها انجام می شود. در اجرای نیلینگ ، عملیات تزریق دوغاب غالبا به صورت ثقلی انجام می شود. بدین صورت که لوله های تزریق در انتهای گمانه های حفر شده قرار داده می شود و از آنجایی که شیب گمانه ها به مقدار ملایمی پایین سطح افق می باشد، لذا دوغاب تحت وزن خود وارد گمانه شده و آن را پر می کند. همچنین بر روی سطح خاکبرداری در قسمت میانی و در مجاورت مکان هایی که نیل گذاری شده نوارهای زهکشی که تا انتهای دیواره ادامه دارند اجرا می شوند. این نوارهای زهکشی آب را به پاشنه نهایی و در نتیجه به خارج از خاکریز انتقال می دهند.

 اجرای پوشش موقت نیلینگ

مرحله بعد در اجرای نیلینگ ، اجرای پوشش موقت می باشد. این پوشش به منظور ایجاد تکیه گاه و مهار سطح خاکبرداری اجرا می شود. پوشش موقت یک لایه مسلح کننده (شامل شبکه ای از سیم های جوش داده شده) به همراه لایه شاتکریت می باشد. پس از اجرای پوشش موقت، صفحات باربر بر روی نیل ها نصب و نیل ها به آرامی به لایه بتن ریزی شده پرس می شوند. سپس مهره شش وجهی و واشرها بر سر نیل ها بر صفحه باربر نصب می گردند. 

احداث ترازهای بعدی خاکبرداری

در اجرای نیلینگ ، به منظور تراز سطح گودبرداری مراحل ۱ تا ۴ (گودبرداری تا اجرای پوشش موقت) جهت پایداری خاک تکرار می شوند. در هر مرحله از خاکبرداری، نوارهای عمودی زهکشی تا پایین خاکریز ادامه پیدا کرده و در انتهای خاکبرداری این نوارها در پاشنه خاکریز جمع می شوند.

اجرای پوشش دائمی نیلینگ

در انتهای مراحل اجرای نیلینگ یک لایه پوشش دائمی اجرا می شود. پوشش نهایی می تواند شامل بتن درجای مسلح، شاتکریت مسلح و یا پانل های بتنی پیش ساخته باشد. ضخامت این پوشش غالبا بین ۱۰ تا ۱۵ سانتی متر می باشد.

مقایسه روش اجرای نیلینگ با انکراژ

روش نیلینگ و انکراژ از بسیاری جهات مشابه یکدیگر می باشند. تفاوت اصلی اجرای نیلینگ با انکراژ در نیروی پیش تنیدگی است. به عبارت دیگر در روش انکراژ عملیات تزریق دوغاب در قسمتی از انکر جاگذاری شده در گمانه انجام نمی شود (این قسمت به وسیله غلاف پوشانده می شود) تا با ایجاد کشش در آن قسمت، جلوی جا به جایی دیواره به طور کامل گرفته شود. در این روش به منظور ایجاد تنش کششی بولت ها توسط یک جک هیدرولیکی کشیده می شوند. یکی دیگر از تفاوت های روش نیلینگ و انکراژ ، امکان استفاده از فولادهای با مقاومت ۶ تا ۸ برابر فولادهای معمولی می باشد. در نتیجه این امکان موجب تمایل به استفاده از روش انکراژ در گودبرداری های با عمق بیشتر از ۲۰ متر، نسبت به اجرای نیلینگ می گردد.