نیلینگ و انکراژ – مبدا پیدایش :
مبدا اصلی روش نیلینگ را می‌توان سازه نگهبان به كار رفته در حفاری فضاهای زیرزمینی كه در روش تونل‌سازی اطریشی استفاده می‌شود دانست. در این روش تونل‌سازی، برای پایدار نمودن فضای حفاری از نصب آرماتورهای فولادی غیرفعال (مثل انكرها (میله‌های مهاری) پیش تنشی نمی‌باشند) كه در محیط سنگی نصب می‌شوند. (نظیر راك بولت) استفاده می‌شود.
به علاوه برای ایجاد پیوستگی میان آنها و یكپارچگی فضای حفاری از شاتكریت مسلح نیز كمك گرفته می‌شود. تدبیر به كارگیری آرماتورهای فولادی غیرفعال و شاتكریت در نگهداری شیب‌های سنگی به اوایل دهه 1960 برمی‌گردد.
این تكنیك نگهداری بر انسجام مقاومت كششی آرماتورهای فولادی در قبال جابجایی اندك زمین پیرامون خود تكیه دارد. این سیستم نگهداری به همراه استفاده از شاتكریت بهبود فراوانی یافته است. در ادبیات مهندسی به كارگیری این روش در محیط خاكی به جای محیط سنگی، نیلینگ(میخ‌كوبی در خاك) نامیده شده است.
نمونه ای از پروزه اجرا شده نیلینگ توسط شرکت ساختی نو
مشاهده پروژه های اجرا شده توسط شرکت ساختی نو
مقالات مرتبط و آگاهی بیشتر در خصوص نیلینگ و انکراژ
مقدمه در خصوص نیلینگ و انکراژ :
نیلینگ به معنای تحكیم غیرفعال (بدون اعمال پیش تنیدگی) زمین میباشد كه انجام این كار به كمك نصب میله‌های فولادی (میخ‌ها) صورت می‌پذیرد. متعاقبا این میله‌ها به كمك تزریق در دوغاب سیمان قرار می‌گیرند. با ادامه روند ساخت كه به صورت رو به پایین انجام می‌شود، یك لایه شاتكریت یا لایه بتنی نیز بر سطح حفاری اجرا می‌شود كه پیوستگی میان میخ‌ها را برقرار می‌كند. به طور معمول از روش نیلینگ جهت تحكیم شیب‌ها و گودبرداری‌ها كه عملیات حفاری در آنها رو به پایین میباشد استفاده می‌شود. به كارگیری این تكنیك دارای امتیازاتی نسبت به دیگر سیستم‌های نگهداری میباشد. اجرای نیلینگ در شرایط مناسب، به جای استفاده از سپر كوبی و انكرها كه از سیستم‌های نگهداری متداول در حفاری‌های رو به پایین میباشد، بدون شك گزینه مناسبی از نظر اجرایی و اقتصادی خواهد بود.
اصطلاحات “نیلینگ (میخ‌كوبی خاك)” و “دیوار میخ‌كوبی شده” عموما در زمینه خاكی استفاده می‌شود، اما این تكنیك در مواد شبه خاكی نظیر سنگ‌های نرم و سنگ‌های خرد شده نیز قابل استفاده میباشد.
همچنین توصیه می‌شود میخ‌ها تقریبا به صورت افقی (با زاویه 10 تا 20 درجه زیر افق) نصب شده و موضوع اصلی در طراحی میخ‌خاك‌ها تنش كششی ایجاد شده در میخ‌ها میباشد. روش نیلینگ عموما جهت پایدارسازی شیروانی‌های طبیعی و یا گودبرداری‌ها به كار می‌رود. از دیگر موارد كاربردی نیلینگ، تحكیم غیرفعال خاك برای جلوگیری از لغزش زمین میباشد. در این مورد، آرماتورها (كه گاهی اوقات میخ هم گفته می‌شود) تقریبا به صورت قائم و عمود بر سطح لغزش نصب می‌شود. در این حالت نیز آرماتورهای غیرفعال در الگویی نزدیك به هم نصب می‌شوند و هدف اصلی طراحی در این حالت، بررسی نیروهای برشی ناشی از جابجایی زمین میباشد. به هر حال، این نوع كاربری كه در تحكیم سطح لغزش استفاده شده معمولا در ایالت متحده كاربردی نداشته است.
استفاده از روش نیلینگ هم به جهت نگهداری موقت و هم جهت نگهداری دائم بررسی می‌شود. دسته‌بندی سازه‌ها با توجه به مدت زمان استفاده یا طول عمر خود صورت می‌گیرد. سازه‌ی نگهدارنده با طول مدت كاربری 18 ماه یا كمتر جزء نگهدارنده‌های موقت و سازه‌های با طول عمر بیشتر جزء نگهدارنده‌های دائم به حساب می‌آیند. در صورتی كه یك سیستم نگهدارنده در ابتدا به صورت موقت تعریف شود (نظیر سیستم‌های نگهداری در هنگام حفاری) اما در ادامه بیش از آنچه كه انتظار می‌رفت موجب ثبات منطقه حفاری گردد (بیش از 18 ماه) می‌تواند جزء دسته نگهداری دائم قرار بگیرد.
اجزای تشکیل دهنده نیلینگ و انکراژ :
روش عمومی اجرا شده در ایالات متحده بدین ترتیب است كه ابتدا سوراخی جهت قرار دادن میله آرماتور در دیوار حفر می‌شود، پس از قرار دادن آرماتور در چال، داخل چال و پیرامون آرماتور به وسیله دوغاب سیمان تزریق می‌شود. مطابق شكل مقطعی از دیوار میخ‌كوبی شده نشان داده شده كه عناصر به كار رفته به صورت زیر میباشد:
1) آرماتور فولادی. عنصر اصلی در این روش میله‌های توپر فولادی میباشد. آرماتورها در چال‌های از پیش حفر شده جای گرفته و به صورت درجا دوغاب‌ریزی می‌شوند. تنش كششی در آرماتورها به صورت غیرفعال میباشد بدین معنی كه پس از استحكام دوغاب آرماتورها تحت كشش قرار نمی‌گیرند. در واقع تنش كششی به واسطه تغییر شكل و جابجایی زمین در آنها تشكیل خواهد شد و در ادامه حفاری، میخ‌خاك‌ها واكنش نشان داده و عامل نگهدارنده محسوب می‌گردند.
2) دوغاب. پس از قرارگیری آرماتور در چال تزریق دوغاب انجام می‌شود. كار اصلی دوغاب انتقال تنش از زمین اطراف به آرماتور میباشد. همچنین دوغاب یك سطح محافظ خورندگی پیرامون آرماتور ایجاد می‌كند.
3) سر آرماتور. انتهای آرماتور به شكل رزوه شده (پیچ‌دار) میباشد كه كمی بالاتر از سطح دیوار قرار می‌گیرد.
4) مهره شش‌گوش، واشر و صفحه تكیه‌گاهی. این قطعات به سر آرماتور بسته می‌شوند و جهت اتصال آرماتور به سطح زمین میباشد.
5) پوشش موقت و دائمی. این لایه‌ها، یكپارچگی سازه را مهیا می‌نمایند. پوشش موقت به عنوان نگهدارنده صفحات تكیه‌گاهی و همچنین محافظت از خاك در معرض هوازدگی عمل می‌كند. پوشش موقت قبل از ادامه حفاری به تراز بعدی اجرا می‌گردد. پوشش دائمی پس از بستن مهره‌ها و در پایان كار اجرا می‌شود و روی پوشش موقت قرار می‌گیرد.
6) زهكش نواری ژئوكامپوزیتی. این لایه قبل از لایه شاتكریت جهت جمع‌آوری و هدایت نشت آب كه ممكن است موجب جابجایی سطح بتن‌پاشی شود اجرا می‌شود.
7) حفاظت بیشتر در مقابل خورندگی و فرسودگی (در شكل نشان داده نشده است).
اجزای تشکیل دهنده نیلینگ و انکراژ
مشاهده پروژه های اجرا شده توسط شرکت ساختی نو
مقالات مرتبط و آگاهی بیشتر در خصوص نیلینگ و انکراژ
مراحل اجرای روش نیلینگ و انکراژ
مراحل پایدارسازی دیوارهای خاكی به روش نیلینگ در ذیل آورده شده و به صورت شماتیك در شكل نشان داده شده است.
مرحله 1) حفاری.
حفاری اولیه تا عمقی انجام می‌گیرد كه بدون نیاز به نگهداری سینه‌كار و برای كوتاه مدت، معمولا 24 تا 48 ساعت، خود پایداری حاصل شود. عمق حفاری معمولا 1 تا 2 متر و كمی پایین‌تر از مكان نصب آرماتور میباشد. عرض سكوی حفاری یا پله حفاری باید به قدر كافی بزرگ باشد تا تجهیزات نصب به راحتی دسترسی به سینه‌كار داشته باشند.
مرحله 2) چالزنی.
در این مرحله، چال‌هایی با طول، قطر، شیب و فاصله‌داری مشخص حفر می‌شوند.
مرحله 3) نصب آرماتور و تزریق دوغاب.
آرماتورها در چال‌های حفر شده جای می‌گیرند. این میله‌ها معمولا توپر می‌باشند، البته لوله‌های توخالی نیز می‌تواند استفاده شود و به نظر می‌رسد استفاده از آنها در حال افزایش است. فاصله دهنده‌ها نیز برای كمك به نگهداری صحیح آرماتور در داخل چال در فواصل مشخصی روی آرماتور نصب می‌شود و ساختار آنها به گونه‌ای است كه اجازه می‌دهد دوغاب به اندازه كافی به دور آن نفوذ نماید و از فرسودگی موضعی فولاد جلوگیری نماید. لوله دوغاب به همراه جاگذاری آرماتور در داخل چال قرار می‌گیرد. زمانی كه لازم باشد حفاظت بیشتری در قبال فرسودگی صورت گیرد، غلاف‌های پلاستیكی موج‌دار می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد. پس از جاگذاری آرماتور به همراه لوله تزریق، چال حفاری به كمك تزریق دوغاب سیمان از میان لوله تزریق پر می‌شود. معمولا تزریق دوغاب تحت جاذبه زمین و یا تحت فشار كم، انجام می‌شود. در صورت استفاده از لوله‌های خودحفار (تنها در ساختارهای موقت استفاده می‌گردد)، حفاری و تزریق در یك مرحله ادغام می‌شوند. پیش از مرحله 4 (روسازی)، نوار ژئوكامپوزیت مخصوص زهكشی میان هر دسته از آرماتورها و به صورت همجوار بر روی جبهه‌كار حفاری نصب می‌گردند. رول‌های نواری به سمت انتهای حفاری باز می‌شوند تا آب‌های وارده را تا انتهای دیواره هدایت كنند و از دیوار خارج نمایند.
مرحله 4) اجرای لایه شاتكریت (موقت).
لایه نگهداری موقت جهت محافظت خاك از هوازدگی میباشد كه قبل از شروع حفاری مرحله بعدی اجرا می‌گردد. این پوشش معمولا یك لایه شاتكریت مسلح سبك و به ضخامت متوسط 100 میلیمتر میباشد. اجزای تقویتی معمولا مش مفتولی جوش داده شده میباشد كه تقریبا در وسط لایه شاتكریت قرار می‌گیرند. طول ورقه مش باید به اندازه كافی باشد تا با ورقه مش قبلی همپوشانی داشته باشد. هم‌زمان با تحكیم بتن پاشیده شده، صفحه تكیه‌گاه فولادی روی سر آرماتور كه بیرون از چال قرار گرفته است نصب می‌شود و به داخل لایه شاتكریت كه هنوز نرم و تازه است فشار داده می‌شود. جهت اطمینان بیشتر، واشر و مهره نیز متعاقبا پشت صفحه تكیه‌گاه بسته می‌شود. مهره شش‌گوش پس از اینكه شاتكریت به اندازه كافی محكم شد جهت به دست آوردن حداقل گشتاور مورد نیاز پیچانده می‌شود. این مرحله حداقل 24 ساعت زمان نیاز دارد. در صورت نیاز به آزمایش كشش، لازم است این كار قبل از شروع مرحله بعدی حفاری صورت گیرد. این آزمایش برای اندازه‌گیری تغییر شكل (در مقایسه با شرایط از پیش تعریف شده) و ظرفیت باربری میخ‌خاك انجام می‌گیرد. برای انجام آزمایش‌ها لازم است قبل از شروع مرحله بعدی حفاری به منظور گیرش دوغاب سیمان حداقل به مدت 72 ساعت تحمل نمود تا دوغاب به مقاومت فشاری 3 روزه خود (معمولا 10.5 مگاپاسكال) دست یابد.
مرحله 5) ساخت ترازهای بعدی.
مراحل 1 تا 4 برای باقیمانده محدوده برداشت تكرار می‌شود. در هر تراز حفاری، نوار زهكشی رو به پایین و به سمت بخش حفاری باز می‌شود. صفحه مش جدید نیز با رعایت همپوشانی مناسب نسبت به مش بالایی در جای خود نصب می‌گردد. لایه موقت شاتكریت نیز با اتصال مناسب نسبت به شاتكریت تراز بالایی ادامه می‌یابد. در انتها، نوارهای زهكشی به سیستم زهكشی پاشنه دیوار وصل می‌شوند.
مرحله 6) عملیات پایانی، پوشش دائمی.
پس از رسیدن به پایین‌ترین قسمت حفاری و نصب آرماتورها و آزمایش باربری، ممكن است سطح نگهدارنده دائم اجرا گردد. برای این كار می‌توان از قالب‌بندی و بتن‌ریزی درجا استفاده نمود، یا شاتكریت مسلح و یا قطعات پیش ساخته به كار گرفته شود. معمولا جهت تسلیح این لایه از شاخه‌های آرماتور یا مش‌های مفتولی جوش داده شده استفاده می‌شود. به هنگام استفاده از بتن‌ریزی برجا و شاتكریت جهت نگهداری دائم، باید تا حد امكان از ایجاد ناپیوستگی و فاصله افتادگی اتصالات افقی مابین طبقات حفاری اجتناب نمود.
مراحل اجرای روش نیلینگ
در شرایط خاص ممكن است جهت تطبیق، تمهیدات اضافی یا فعالیت‌های تكمیلی در مراحل ذكر شده تغییراتی ایجاد گردد. برای مثال، ممكن است بلافاصله بعد از هر مرحله برداشت و قبل از حفر چال‌ها، لایه شاتكریت اجرا گردد، به خصوص زمانی كه پایداری دیواره امری ضروری میباشد.
ارزیابی هزینه ساخت:
– هزینه‌ها در روش نیلینگ به عواملی نظیر: شرایط زمین، چگونگی دسترسی به كارگاه، اندازه دیوار، نوع پوشش دیوار، شرایط لازم جهت حفاظت از خوردگی و فرسایش، نوع كاربری (موقت یا دائمی)، میزان دسترسی به پیمانكاران متخصص در اجرای شاتكریت و میخ‌كوبی خاك و شرایط منطقه‌ای (نظیر استعداد یخ‌زندگی و زمین‌لرزه) بستگی دارد.
– محدوده تغییرات متداول هزینه‌ها در روش‌های مرسوم نگهداری دیوارهای گودبرداری شده با روش میخ‌كوبی خاك در شكل ذیل مقایسه شده است. تجربه در پروژه‌های بزرگراهی ایالات متحده نشان داده است كه صرفه‌جویی در هزینه ساخت سازه نگهبان موقت توسط دیوارهای میخ‌كوبی شده در مقایسه با روش‌های دیگر 10 تا 30 درصد میباشد. آیتم اصلی در دیوارهای دائمی، پوشش دیوار میباشد. هزینه ساخت لایه بتنی توسط قطعات پیش‌ساخته یا بتن‌ریزی درجا روی لایه شاتكریت به ضخامت 10 سانتیمتر حدود 40 تا 50 درصد هزینه كل پروژه میباشد.
مقایسه هزینه ساخت سیستم‌های مختلف