اجرای میکروپایل

میکروپایل (Micropile) یا ریز شمع ، شمع هایی با قطر کوچکتر از ۳۰۰ میلی متر می باشند که به منظور بهسازی خاک مورد استفاده قرار می گیرند. در ابتدا از میکروپایل برای ترمیم پی و ساختمان های موجود استفاده می شده است. از این رو در جنگ جهانی دوم با توجه به خرابی های گسترده ایجاد شده، اجرای میکروپایل به منظور ترمیم این ساختمان ها به شدت گسترش یافت. اما رفته رفته با گذشت زمان و پیشرفت تکنولوژی، کاربردهای میکروپایل نیز توسعه پیدا کرد و امروزه در بهسازی خاک نیز مورد استفاده قرار می گیرد.

علاوه بر موارد ذکر شده، اجرای میکروپایل یکی از روش های گودبرداری نیز محسوب می گردد. گودبرداری با اجرای میکروپایل ضمن افزودن المان باربر به خاک، موجب بهبود خواص مکانیکی خاک در اثر تزریق دوغاب سیمان نیز می گردد. از موارد کاربرد این روش گودبرداری می توان به پروژه های با خاک بسیار سست و ریزدانه، گودبرداری در مناطق شهری و نیز در پروژه هایی که امکان کوبش شمع های قطور وجود ندارد، اشاره کرد.

به طور کلی اجرای میکروپایل موجب انتقال بارهای استاتیکی و دینامیکی سازه به لایه های مقاوم زیرین خاک می گردد. این امر افزایش مقاومت خاک در برابر نشست را سبب می شود. میکروپایل ها به دو نوع درجا و پیش ساخته تقسیم بندی می شوند. نوع پیش ساخته آن که در کارخانه تولید و سپس به محل پروژه انتقال می یابد، به صورت کوبشی اجرا می گردد. میکروپایل درجا در محل ساخته و اجرا می شوند. در ادامه مراحل اجرای میکروپایل درجا شرح داده شده است.

قیمت اجرای میکروپایل

هزینه اجرای میکروپایل وابسته به عواملی همچون جنس زمین ، شرایط اجرا ، تعداد ریزشمع های مورد استفاده ، عمق نفوذ و ... می باشد. با افزایش تعداد ریزشمع های مورد نیاز و نیز افزایش عمق نفوذ قیمت اجرای میکروپایل نیز افزایش می یابد. علاوه بر این با سخت تر شدن زمین و شرایط اجرا نیز قیمت اجرای میکروپایل افزایش پیدا می کند. اما به طور کلی هزینه اجرای ریزشمع ها نسبت به سایر روش های مشابه کمتر می باشد.

مراحل اجرای میکروپایل

پیش از آغاز اجرا باید طراحی میکروپایل انجام شود. محاسبات مربوط به طراحی میکروپایل باید مبتنی بر سه بخش طراحی سازه ای ، طراحی ژئوتکنیکی و کنترل برش پانچ باشد. سه مرحله اصلی اجرای میکروپایل شامل لوله کوبی ، تزریق و تسلیح می باشد. همچنین در صورت لزوم مرحله حفاری نیز به مراحل ذکر شده اضافه می گردد. این مراحل به شرح زیر می باشند:

حفاری در اجرای میکروپایل

حفاری زمانی انجام می شود که فضای کافی برای لوله کوبی وجود نداشته باشد. این عملیات به دو صورت دورانی و دورانی - ضربه ای صورت می پذیرد و تا جایی ادامه می یابد که امکان کوبش فراهم گردد.

لوله کوبی

به منظور لوله کوبی از دستگاه های مخصوص کوبش شمع استفاده می گردد. میکروپایل ها در مکان های از پیش تعیین شده قرار داده می شود و کوبش صورت می پذیرد. لوله قطعه اول به صورت نوک تیز می باشد. پس از آن لوله بعدی بر روی لوله قبلی کوبیده می شود. به منظور اتصال لوله ها به یکدیگر از بوشن های رزوه شده استفاده می گردد. این عملیات تا رسیدن به عمق طراحی ادامه می یابد.

تزریق دوغاب در اجرای میکروپایل

مرحله بعدی گودبرداری با اجرای میکروپایل ، تزریق دوغاب در لوله های میکروپایل است که بدین منظور از لوله های مخصوصی استفاده می گردد. دوغاب، ترکیبی از سیمان و آب با نسبت معین می باشد که برای ساخت آن از دستگاه تزریق دوغاب استفاده می گردد. این دستگاه شامل سه بخش میکسر اولیه، میکسر ثانویه و پمپ تزریق می باشد. در قسمت میکسر اولیه که عملیات اختلاط در آن از نوع سیستم چرخش سریع آب است، دوغاب ساخته می شود. نگهداری دوغاب ساخته شده در بخش میکسر ثانویه که از نوع پره ای است، انجام می شود. به کمک بخش پمپ تزریق دستگاه نیز، عملیات تزریق دوغاب صورت می پذیرد. فشار تزریق دوغاب سیمان متاثر از جنس زمین و شرایط ژئوتکنیکی است. 

لازم به ذکر است که لوله های تزریق دوغاب باید کاملا تمیز باشند. در غیر این صورت باید با کمک هوای فشرده و یا فشار آب، آن را کاملا تمیز نمود.

تسلیح

مرحله آخر اجرای میکروپایل نیز تسلیح می باشد که به معنای جاگذاری قفسه آرماتور درون میکروپایل هاست. عملیات تسلیح پیش از گیرش سیمان انجام می گردد. علاوه بر این گاهی در اجرای میکروپایل به منظور ایجاد اتصال کامل بین ریزشمع و بتن فونداسیون از نصب فلنج استفاده می شود که در آخرین مرحله به آرماتور تقویت میکروپایل جوش می شوند. این امر موجب جلوگیری از برش پانچ سر میکروپایل نیز می گردد.

شایان ذکر است که کنترل کیفی میکروپایل با انجام آزمایش های بارگذاری فشاری میکروپایل ، بارگذاری کششی میکروپایل و بارگذاری جانبی میکروپایل انجام می شود.

کنترل کیفیت اجرای میکروپایل

آزمایش های مختلفی به منظور کنترل طراحی میکروپایل و اجرای آن انجام می شود. آزمایش بارگذاری فشاری، آزمایش بارگذاری جانبی و آزمایش بارگذاری کششی از جمله آنها است. آزمایش بارگذاری فشاری بر روی میکروپایل هایی انجام می شود که حداقل ۲۸ روز از زمان تزریق آن گذشته باشد. این آزمایش در دو مرحله بارگذاری و باربرداری انجام می شود. هر دو این مراحل به صورت پله ای انجام می شوند. بارگذاری تا رسیدن به بار آزمایش و باربرداری تا رسیدن به بار صفر انجام می شود.

هدف از انجام آزمایش بارگذاری کششی در اجرای میکروپایل ، بررسی رفتار مقاومتی و تغییر شکل پذیری کششی میکروپایل می باشد. در آزمایش بارگذاری جانبی نیز رفتار جانبی میکروپایل ها مورد ارزیابی قرار می گیرد. بدین منظور معمولا از دو میکروپایل کنار هم استفاده می شود.

مزایای اجرای میکروپایل 

از آنجایی که بهسازی خاک با اجرای میکروپایل اغلب با تسلیح فولادی سبک و تزریق دوغاب همراه است، خصوصیات مکانیکی خاک نیز اصلاح می گردد. در واقع میکروپایل ها نقش یک المان باربر را ایفا کرده و علاوه بر افزایش مقاومت خاک ، به دلیل تزریق دوغاب سیمان خصوصیات مکانیکی خاک را نیز اصلاح می کنند. این امر موجب افزایش ظرفیت باربری خاک و نیز بهبود چسبندگی ، سختی و تراکم پذیری آن می گردد. 

از دیگر مزایای اجرای میکروپایل انعطاف پذیری بالای آن در حین اجرا می باشد. به دلیل قطر ناچیز حفاری اثرات جانبی آن بر روی سازه های مجاور کم بوده و لرزش آنها را در حین اجرا به حداقل می رساند. از آنجایی که اجرای میکروپایل نیاز به ماشین آلات زیادی ندارد، از این رو برای استفاده در محیط های شهری بسیار مناسب می باشد. همچنین در مقایسه با سایر روش های بهسازی خاک ، سرعت اجرای میکروپایل بیشتر است.

امکان اجرا در مکان های با دسترسی محدود مزیت دیگر گودبرداری با اجرای میکروپایل می باشد. همچنین اجرای آن در شرایط وجود آب زیرزمینی نیز ساده است. هزینه اجرای میکروپایل نیز نسبت به سایر روش های مشابه بهسازی خاک پایین تر می باشد. زیرا میزان مصالح مصرفی در این روش کمتر بوده و هزینه تجهیز کارگاه نیز در این روش کمتر است. اجرای میکروپایل به دلیل وجود امکان کنترل کیفی آن امنیت بالایی دارد.