راهنمای جامع پایداری سازی به روش نیلینگ یا میخ کوبی
شاید به این نکته دقت کرده باشید که مهندسان چگونه جلوی رانش زمین در جاده‌های کوهستانی و دیگر تپه‌های منتهی به اتوبان را می‌گیرند؟ تمرکز اصلی این مقاله از پاوان یک تکنیک خاص برای پایدارسازی به روش نیلینگ یعنی میخ کوبی خاک است که ما به معرفی صفر تا صد نیلینگ، موارد استفاده، مزایا و معایب، معیارهای طراحی، روش ساخت‌وساز و بررسی عملکرد آن خواهیم پرداخت. باما همراه باشید.
پایدارسازی خاک به چه معناست؟
تثبیت یا پایدارسازی خاک (Soil Stabilization) عبارت است از تغییر خصوصیات فیزیکی خاک برای ایجاد استحکام طولانی‌مدت و دائمی. می‌توان یک زمین خاکی یا به‌طورکلی خاک با افزایش مقاومت برشی و ظرفیت باربری کلی آن تثبیت کرد.
سه روش برای ایجاد یک استحکام پایدار در خاک و زمین وجود دارد که عبارت‌اند از:
- مکانیکی
- فشرده‌سازی
- شیمیایی
میخکوبی یا نیلینگ چیست؟
میخکوبی یا نیلینگ خاک (Soil Nailing) روشی برای پایدارسازی زمین است. این یک تکنیک مکانیکی است که برای اصلاح (پُرکردن) شیب‌های طبیعی ناپایدار زمین یا دره‌ها، گودال‌ها و حفاری‌های مصنوعی ایجاد شده توسط تجهیزات مکانیکی استفاده می‌شود.
مطالب مرتبط: رفتر سوله چیست؟ انواع و وظایف رفتر‌ها در سوله
این شیب‌ها و دره‌های نا به هنجار با فروکردن شفت یا میل‌گردهای فولادی (میخ‌ها یا انکراژها) در سوراخ‌های از پیش حفاری شده و سپس دوغاب و تثبیت می‌شوند. علاوه بر این، این روش قابلیت تحمل تنش‌های کششی، نیروهای برشی و خمشی خاک را در شیب و دیواره‌های حائل و سایر سازه‌های مشابه بالا می‌برد.
در تصویر نیلینگ و انکراژ مشاهده می‌کنید: 1- مَته انکراژ 2- میل‌گرد توخالی 3- کوپلر یا متصل‌کننده 4- دوغاب سیمان 5- سَر انکراژ
عامل اصلی تعیین‌کننده برای نیلینگ خاک، ویژگی‌های زمین، ظرفیت‌های بخش‌های مختلف خاک مانند زمین یا خاکی که انکراژها داخل آن قرار می‌گیرند؛ مواد ژئوسنتتیک (Geo به معنای زمین و Synthetics به معنای دست‌ساخته بشر است و شامل مواد پتروشیمی بر پایه پلیمر “پلاستیک” می‌شود) و غیره هستند. علاوه بر این، قبل از عمل نیلینگ ضروری است که مشخص شود که شیب موردنظر بالاتر از سطح آب زیرزمینی قرار گیرد.
دیوارهای حائل میخکوبی به‌طورکلی از بالا به پایین ساخته می‌شوند این تکنیک عموماً برای ایجاد پایداری خاک در جایی که رانش زمین ممکن است مشکل‌ساز باشد انجام می‌شود؛ مانند جاده‌های ساختمانی، تونل‌ها و زیرگذرها.
نیلینگ و شات کریت
اولین استفاده از روش نیلینگ خاک به سال 1972 در ورسای فرانسه بازمی‌گردد. این تکنیک از یک روش ساخت تونل به نام روش تونل‌زنی جدید اتریشی (NATM) نشأت گرفته است که از میله‌های تقویت‌کننده حفر شده در خاک و سپس پوشانده شده با شات‌کریت (شات‌کریت یا بتن پاشیده شده است که از طریق شیلنگ منتقل شده و به‌صورت پنوماتیک با سرعت بالا بر روی سطح پخش می‌شود) استفاده می‌کند.
روش اجرای نیلینگ
از خاک‌برداری تا تزریق گرفته، ساخت‌وساز شامل مراحل زیادی است. اما ما در این مقاله نکات کلیدی را برای نصب انکراژها جمع‌آوری کرده‌ایم.
مطالب مرتبط: تیرآهن چیست؟ کاربرد انواع تیرآهن در ساختمان سازی
قدم اول، حفاری
حفاری برش‌ها و شیب‌های عمودی تا ارتفاعی انجام می‌شود که بتواند به مدت 24-48 ساعت خود را نگه دارد. در این میان زهکشی خاک انجام می‌شود تا آب‌های سطحی بدون فرسایش خاک تخلیه شوند. در این مرحله نیاز است که سطح به اندازه کافی صاف باشد تا مقدار شات‌کریت به حداقل برسد.
قدم دوم، ایجاد حفره و نصب میخ
میخ‌ها را می‌توان با فشار مستقیم به داخل سطح زمین نصب کرد. از طرف دیگر، حفره ها را می‌توان با استفاده از دستگاه مته و ماشین‌های مخصوص میخکوبی سوراخ کرد و سپس انکراژها را در آن حفره ها فرو کرد. در این مرحله به میخ‌ها دوغاب سیمان تزریق می‌کنند تا چسبندگی مناسب بین میخ و خاک را پیدا کند.
قدم سوم، ساخت روکش موقت شات‌کریت
یک توری سیمی به میخ‌ها جوش داده می‌شود تا از شات‌کریت روی آن پشتیبانی کند. سپس یک‌لایه شات‌کریت به ضخامت 7-10 سانتی‌متر با یک تفنگ شات‌کریت بر روی آن پاشیده می‌شود. شات‌کریت را می‌توان به هر یک از دو روش خشک و مرطوب انجام داد.
در روش خشک، دانه‌های سیمان در نازل با آب مخلوط می‌شود و بعد مستقیماً پاشیده می‌شود، اما در روش مرطوب، سیمان و آب با یک پمپ هیدرولیک مخلوط و سپس به نازل منتقل می‌شوند.
قدم چهارم، ساخت روکش دائمی
هنگامی که کار پوسته موقت به پایان رسید، می‌توان مجدد سطح را با پنل‌های بتنی یا شات‌کریت پوشاند به‌طوری‌که اندکی با سطح زمین متقاطع با شیب همپوشانی داشته باشد.
موارد استفاده از روش نیلینگ عبارت‌اند از:
- تثبیت دامنه‌های طبیعی
- تثبیت دامنه‌های خاکریزی (ماشین‌کاری مصنوعی)
- تثبیت انواع برش‌ها و گود برداری‌ها در زمین
- دیواره‌های نگهدارنده (حائل)
- تونل‌ها
- حفاری و شمع‌زنی
- تکیه‌گاه پل و غیره
مزایای استفاده از روش نیلینگ
- می‌توان از نیلینگ در ساخت‌وسازهای جدید، سازه‌های موقت، فرایند بازسازی و تعمیر انواع دیوار و دیواره‌های موجود به‌راحتی استفاده کرد.
- میخکوبی خاک به منظور محدودکردن مرزهای شیب و دره‌ها کمک می‌کند که فضای باز بیشتری در دسترس قرار بگیرد.
- عملیات نیلینگ به حداقل شیب جهت آماده‌سازی نیاز دارد.
- محدودیتی در ارتفاع دیوار جهت میخکوبی وجود ندارد.
- زمان ساخت در مقایسه با روش سنتی پایدارسازی شیب کمتر است.
- میخ‌ها یا میل‌گردها در فواصل معینی قرار می‌گیرند. ازاین‌رو نیازی به شمع‌زنی (به ایجاد استحکام بیشتر در زمین در برابر بارهای وارده با حفر چاه‌های قطور و عمق زیاد به اصلاح شمع‌کوبی یا شمع‌زنی می‌گویند) در آن نیست.
- هزینه به‌طورکلی کمتر از ساخت یک دیوار حائل است.
- اعمال مش‌بندی و شات‌کریت از فرسایش خاک و ریزش آن جلوگیری می‌کند.
- عملیات نیلینگ، سروصدای کمتر، موانع ترافیکی کمتر و تأثیر کمتری بر مناطق اطراف می‌گذارد، در نتیجه با محیط‌زیست سازگارتر است.
- این تکنیک انعطاف‌پذیر، نسبتاً سریع و نصب آن آسان است.
- همچنین باعث صرفه‌جویی در زمان، صرفه‌جویی در هزینه می‌شود که علاوه برآن به نیروی کار کمتری نیز نیاز دارد.
معایب استفاده از روش نیلینگ
- سطح بالای آب زیرزمینی شرایط مطلوبی برای میخکوبی خاک ایجاد نمی‌کند.
- نیلینگ خاک برای خاک‌های غیرچسبنده، خاک‌های ریزدانه، خاک‌های بسیار خورنده و خاک‌هایی با دانه‌های سست انتخاب مناسبی نیست.
- تراکم میخ‌ها در خاک با کاهش مقاومت برشی خاک افزایش می‌یابد. این بدان معناست که خاک‌هایی که مقاومت کمتری دارند به میخ‌های بیشتری برای تثبیت نیاز دارند.
- محدودیت استفاده از میخ برای کاربردهای طولانی مدت در خاک‌های حساس و منبسط شونده.
- امکان خورده شدن میخ‌های فلزی.
- خاک‌های با انعطاف و شکل‌پذیری بالا، دارای حد مایع بالاتر و در نتیجه مقاومت برشی و زهکشی کمتری هستند که می‌تواند منجر به تغییر شکل در طولانی مدت شود.
- ممکن است قبل از نصب میخ، خاک بیش از حد نوردهی شود.
- شن و ماسه ممکن است با تکنیک‌های میخکوبی سازگار نباشد.
- ممکن است برای طراحی و نصب میخ‌ها به متخصصان نیاز باشد.
انواع نیلینگ
چهار نوع میخکوبی بر اساس روش ساخت وجود دارد.
1. نیلینگ به روش دوغاب (Grouted Nails)
همان‌طور که از نام آن پیداست، میخ‌ها دارای دوغاب هستند. سوراخ‌های این روش از میخکوبی در دیوارها یا سطح شیب‌دار ایجاد شده و سپس میخ‌ها در داخل سوراخ‌های از پیش حفاری شده در جای خود کوبیده می‌شوند. در نهایت هم سوراخ با دوغاب پر می‌شود که نسبت آب به سیمان بین 0.45-0.6 و قطر انکراژها بین 100 تا 200 میلی‌متر است و فاصله بین هر انکراژ معمولاً 1.5 متر است.
2. نیلینگ موقت (Driven Nails)
از این نوع روش نیلینگ بیشتر برای تثبیت موقت شیب زمین و گود در هنگام حفاری استفاده می‌کنند. این تکنیک نسبت به سایر روش‌ها کمی سریع‌تر است و ازآنجایی‌که این روش موقتی است، نه میخ‌ها و نه فولاد تقویت‌کننده از خوردگی محافظت نمی‌شوند.
قطر میخ‌ها در این پروسه از حدود 19 تا 25 میلی‌متر متغیر است. همچنین فاصله میخ‌ها بین یک تا یک و نیم متر است.
3. نیلینگ خودکار (Self-Drilling Nails)
این روش از نیلینگ از یک سیستم کامل‌تری از انکراژها برخوردار است که (در تصویر انکراژ ابتدای مقاله مشاهده کردید) شامل یک میل‌گرد توخالی، یک متصل‌کننده، یک مته و یک صفحه است و یک جایگزین بهتری نسبت به میخ‌های معمولی در شرایط نامناسب‌تری از خاک است.
در این تکنیک سطح شیب‌دار دارای سوراخ‌هایی است که این میله‌های توخالی یا انکراژ خودکار را در خود جای می‌دهد. عملیات حفاری یک مرحله‌ای در این فرایند به طور همزمان با تزریق دوغاب همراه است که سرعت کار و چسبندگی آن را افزایش می‌دهد.
مطالب مرتبط: هر آنچه که باید در مورد جوش و جوشکاری CO2 بدانید! از اصول تا مزایا و معایب
4. نیلینگ جت دوغاب کاری شده (Jet-Grouted Nails)
در این روش از واترجت برای فرسایش خاک و ایجاد سوراخ در سطح شیب استفاده می‌شود و سپس میله‌های فولادی در سوراخ نصب می‌شود و آن را با دوغاب بتن پر می‌کنند. این روش، محافظت در برابر خوردگی خوبی برای میله‌های فولادی ایجاد می‌کند.
یکی از مزایای اصلی تزریق واترجت در حین حفاری سوراخ‌ها این است که نسبت به سایر دیگر روش‌های تزریق، وابستگی کمتری به نوع خاک دارد. زیرا از نظر فیزیکی خاک را با یک سیال پایدار مخلوط می‌کند تا اینکه جابه‌جا شود. می‌توان از آن در تثبیت اکثر رس‌ها، گل خلیج، زغال‌سنگ نارس، سیلت، ماسه و برخی از خاک‌های شنی استفاده کرد.
تغییرات برای تزریق جت بستگی به کاربرد و نوع خاک در یک مکان خاص دارد. عمدتاً تکنیک‌های موجود در سه سیستم اصلی دسته‌بندی می‌شوند که شامل؛ تزریق تک سیال جت، تزریق دوگانه سیال جت و تزریق سیال سه‌گانه جت است.
معیارهای طراحی نیلینگ
هنگام تصمیم‌گیری در مورد انتخاب تکنیک نیلینگ باید به هشت نکته توجه کرد.
- اولین معیار برای طراحی انکراژها، حد شکست، حد مقاومت یا فروپاشی احتمال آن است.
- دومین معیار برای طراحی انکراژها، حد سرویس‌دهی آنها است. نیاز است مشخص شود که انکراژها تا چه حد می‌توانند بدون تغییر حالت از شیب و فرسایش و ریزش زمین حمایت کنند.
- سومین معیار، ارتفاع و طول شیب زمین است که بر طراحی آن تأثیر می‌گذارد. ارتفاع شیب بر استحکام و طول عمر انکراژها تأثیر می‌گذارد. علاوه بر این طول بیشتر میخ‌ها و ارتفاعات بالاتر نیاز به تجهیزات نصب خاصی مانند وینچ، جرثقیل و غیره دارند که هزینه را نیز بالاتر می‌برند.
- چهارمین معیار، فاصله عمودی و افقی انکراژها است که به ویژگی‌های زمین، استحکام و حد مقاومت میخ‌ها بستگی دارد. به‌طوری‌که فاصله بین میخ‌ها با کاهش انسجام خاک کاهش می‌یابد. از طرفی افزایش تعداد میخ‌ها برای ارتفاع و طول شیب بیشتر، بر هزینه تمام شده آن اثر می‌گذارد.
- پنجمین معیار، شرایط زمین است. شرایطی مانند تراکم، بافت، انسجام، سطح آب و غیره بر امکانات فنی و اقتصادی تکنیک میخکوبی و فاصله میخ‌ها تأثیر می‌گذارد.
- ششمین معیار، ارزیابی حداکثر نیرو وارده و طول میخ است. طول، قطر و فاصله میخ‌ها از عوامل معمولی است که بر پایداری دیوار خارجی و داخلی حاکم است. در طول فرایند طراحی، این عوامل را می‌توان تغییر داد تا تمام الزامات پایداری بیرونی و داخلی را برآورده کند.
- هفتمین معیار، زهکشی و نفوذ سرما است. این دو پارامتر که در مرحله نهایی در طراحی گنجانده شده است به همان اندازه مهم هستند که طول عمر و مقامت انکراژها اهمیت دارند.
- هشتمین معیار، بارهای خارجی ناشی از باد و فشار هیدرواستاتیک است که در نهایت مقاومت میخ‌ها در برابر آنها بررسی می‌شوند. به طور بالقوه اگر طرح به دلیل بارهای خارجی شکست بخورد، مطابق با آن طرح جدیدی اعمال می‌شود.
سخن آخر
در این مقاله سعی شد تا تمام موارد پیرامون نیلینگ و میخکوبی برای شما شرح داده شود. اگر در هریک از موارد از طرح تا اجرا برای شما سؤالی وجود دارد، لطفاً برای ما کامنت بگذارید.