مهاربندی و گودبرداری به روش نیلینگ

گودبرداری به روش نیلینگ (Nailing) یا میخکوبی روش خلاقانه مهندسین استرالیایی بود که در حدود دهه ۶۰ میلادی جهت پایدارسازی جدار تونل بکار گرفته شد.

روش اجرای کار نیلینگ به این صورت است که ابتدا دیواره­ها رگلاژ می­شوند. سپس شبکه­ های مش­های فولادی بوسیله میخ­های ۵۰ سانتیمتری نصب می­شوند و روی آن به ضخامت حدود ۱۰ تا ۱۵ سانتیمتر بتن پاشی می­شود. مرحله بعد حفاری گمانه­ها و جا زدن میلگرد یا کابل است. در ادامه گمانه­ ها با دوغاب سیمان تزریق شده و پس از گیرش دوغاب، هد نیل­ها بسته می­شود.

مطلب مرتبط را دنبال کنید : فواید مهاربندی توسط سازه های نگهبان

بدین ترتیب نیروی رانش خاک از طریق مش و شات به هد نیل اعمال می شود و نیروی هد نیلها از طریق نیلها به توده خاک منتقل می­گردد. گویی رانش خاک از طریق سیستم نیلینگ به خود خاک مهار می­شود. نیلینگ یا میخکوبی بعدها توسط مهندسین آلمانی و فرانسوی در پایدارسازی ترانشه­ها گالری تونلها و کوله پلها به کار گرفته شد.
پس از آن استفاده از نیلینگ به طور گسترده در طرح‌های مختلف عمرانی نظیر تثبیت ترانشه‌های خط آهن و بزرگراه‌ها، ساخت سازه‌های نگهبان گودبرداری شده در مناطق شهری جهت احداث ساختمان‌های بلند مرتبه که شامل چندین طبقه در داخل زمین هستند و تثبیت شیب‌های زمین در برابر لغزش‌های احتمالی به کار بسته شد . نیلینگ دیواره‌ها به معنای تسلیح برجای خاک موجود با نصب میلگردهای فولادی نزدیک به هم (Nail) در یک سطح شیبدار با شیب ملایمی در حدود ۱۰ تا ۲۰ درجه در زیر سطح افق یا در محل گودبرداری و با اجرای از بالا به پایین می‌باشد.

در این روش اجرایی، میخها (نیل ها) در هنگام بهره‌برداری تحت تنش‌های کششی قرار گرفته و پایداری دیوار را تامین می‌کنند. فلسفه اصلی روش نیلینگ برمبنای پایدارسازی گوه لغزش به وسیله نیل ها استوار است. به طوری­که در شکل زیر پیداست، سطح شکست و فروپاشی درخاک­های با دانه ­بندی مختلط به صورت گوه خواهد بود. لذا بوسیله میخ­ها (نیل ها) این گوه به حجم پشتی خاک دوخته می­شود و بر این اساس این گوه پایدار خواهد گردید. میلگردها معمولاً داخل گمانه‌هایی که در دیواره خاکی ایجاد شده و توسط دوغاب سیمان با هدف جلوگیری از خوردگی میلگردهاو همچنین انتقال مناسب­تر نیروها بین خاک و میلگرد پر می‌شوند، قرار می‌گیرند. این عملیات یک مقطع مسلح پایدار ایجاد می‌کند که توانایی نگهداری خاک پشت خود را دارد. این مسلح سازی به صورت Passiveعمل کرده و اثر خود را از طریق اندرکنش خاک- میلگرد حاصل از ایجاد تغییر شکل در خاک، اعمال می‌کند میخ­ها (نیل ها) غالباً در کشش عمل می‌کنند ولی در شرایط خاصی، عملکرد خمشی و برشی آنها نیز در نظر گرفته می‌شود.
اثر مسلح سازی برای بهبود پایداری با دو عملکرد زیر حاصل می‌شود:

پس از نصب میلگردها، یک دیواره سطحی کم ضخامت که معمولاً شامل شاتکریت با تسلیح سبک می‌باشد، سطح دیواره شیروانی یا گود را می‌پوشاند. ضخامت دیواره شاتکریت شده نیز مابین ۱۰ الی ۱۵ سانتیمتر خواهد بود. هدف از اجرای این دیواره جلوگیری از فرسایش سطحی خاک، ایجاد سطح تمام شده مناسب­تر برای ساخت و سازهای احتمالی بعدی، ایجاد لایه محافظ و یکپارچه و در نتیجه پخش یکنواخت نیروی عکس العمل و افزایش بازدهی عملکرد سیستم خاک تحکیم یافته بویژه در بخش ­های نزدیک به دیواره گود می‌باشد.

روش­های مختلف پایدارسازی ترانشه ­ها همواره با چالش­های مختلفی روبروست. از این بین نیلینگ یا میخکوبی بدلیل مزایای فنی و اقتصادی گزینه مطلوب اغلب کارفرمایان بخش راه و ساختمان می­باشد که بدون ایجاد معارض در محدوده پروژه، ضرایب اطمینان دیواره­های گودبرداری را به بهترین شکل تامین می­کند. به کارگیری دانش روز سیستم نیلینگ و پس­کشیدگی المان­های نیل این امکان را ایجاد کرد که تغییر مکان­های مجاور ساختمان­های فرسوده و معابر پرترافیک کاهش یابد. این فن آوری که اصطلاحاً انکراژ نامیده می­شود با بکارگیری استرند چند رشته بجای میلگرد در گمانه­ها به تنها گزینه پایدارسازی گودهای بالای ۲۵متر تبدیل شده­است.

روش پیشنهادی به منظور اجرای  نیلینگجهت پایدارسازی دیواره گودها معمولاً مشتمل بر ۵ مرحله اصلی گودبرداری مقطعی، حفاری گمانه‌ها، نصب میلگرد تسلیح، تزریق دوغاب سیمان، بتن پاشی و نصب صفحه و مهره می‌باشد.

پس از تکمیل مراحل اجرایی فوق برای گام اول گودبرداری، این مراحل برای گام­های بعدی گودبرداری تا رسیدن به رقوم کف گود مورد نظر، تکرار می‌گردد. این مراحل به طور شماتیک در شکل زیر نشان داده شده است.

گودبرداری اولیه تا عمقی صورت می‌پذیرد که دیواره‌ی گودبرداری شده بتواند در مدت کوتاهی بین ۲۴ تا ۴۸ ساعت پایداری خود را حفظ کند (آیین نامه). خاکبرداری می‌بایست به صورت مرحله به مرحله انجام شده و پس از انجام هر مرحله از خاکبرداری می‌بایست عملیات اجرای میخ­کوبی در آن مرحله صورت گیرد و پس از اتمام عملیات، خاکبرداری مرحله بعد انجام می‌پذیرد. عرض گودبرداری انجام شده حداقل باید به اندازه‌ای باشد که بتوان ابزارهای لازم را در محل مستقر کرد.
در هر مرحله خاکبرداری، عمق دیواره ایجاد شده بایستی پایداری لازم در حین اجرای میخ­کوبی را داشته باشد، اصولاً عمق گودبرداری جهت تامین کوتاه مدت پایداری ۲ متر می‌باشد. البته با توجه به شرایط ژئوتکنیکی خاک ساختگاه ارتفاع مجاز خاکبرداری در هر مرحله تعیین می‌گردد. ارتفاع مجاز خاکبرداری بدون نیاز به مهاربندی را میتوان از طریق رابطه رانکین به­ صورت زیر محاسبه کرد:

که در آن:

C= چسبندگی خاک                                     Q= سربار گسترده کنار گود
K_a= ضریب فشار اکتیو                              H_max= حداکثر ارتفاع گود بدون نیاز به سازه نگهبان
γ= وزن مخصوص خاک                             F.S= ضریب اطمینان (معمولاً بین ۱٫۵ تا ۲)

از آنجا که پیشرفت کار پایدارسازی در پروژه­های بزرگ در گرو اجرای حفاری می­ باشد سرپرستی بخش حفاری از اهمیت ویژه ای برخوردار است. انتخاب ماشین الات می ­بایست براساس طول گمانه­ ها، جنس خاک و شرایط آبهای زیرزمینی انتخاب گردد.

بدیهی است توان تولید هوای کمپرسور برای گمانه ­های بالای ۱۵متر می­بایست بیشتر از گمانه­ های کوتاه باشد. همچنین در خاکهای درشت دانه که احتمال ریزش­های موضعی گمانه و فرار هوا وجود دارد این مسئله اهمیت دارد. قدرت و سرعت دوران دستگاه حفاری نیز می­بایست متناسب با جنس خاک انتخاب شود تا بالاترین راندمان حاصل گردد. توان حرکت دستگاه حفاری در خاکهای اشباع یا خاکهای دستی می بایست بیشتر از خاک های طبیعی و خشک در نظر گرفته شود. سایز چکش و سرمته نیز می­بایست متناسب با قطر گمانه مندرج در نقشه­ های اجرایی انتخاب شود. به جرات می­توان گفت تخصص و تعهد تیم حفاری مهمترین عامل در بهبود کیفیت حفاری است که علاوه بر تامین سرعت مطلوب حفاری باعث تسهیل جازدن میلگرد یا استرند می­ شود.

پس از حفاری گمانه تا عمق موردنظر، عملیات نصب میلگرد تسلیح صورت می‌پذیرد. عناصر تسلیح معمولاً شامل آرماتورهای فولادی می‌باشند و اغلب تو پر هستند اما می‌توان از میلگردهای توخالی نیز مطابق آیین‌نامه‌ی اجرایی وزارت راه آمریکا مربوط به میخکوبی با میلگردهای توخالی نیز استفاده کرد. به هر حال میلگردهای طراحی شده پس از حفاری درون گمانه قرار می‌گیرند. جهت آنکه راستای میلگردها دقیقاً در امتداد محور استوانه‌ی چال‌های حفر شده باشد از ابزاری به نام مرکزکننده (اسپیسر یا سنترالیزر) استفاده می‌شود. میلگردها در داخل مرکزکننده‌ها فرو رفته و سپس در داخل چال، جاگذاری می‌شوند. چنانچه شرایط خوردگی شدید باشد از پوشش اپوکسی مخصوصی جهت محاظت از میخ‌ها استفاده می‌شود. میلگردهای فولادی مسلح کننده مهم­ترین عنصر دیوارهای میخکوبی شده است. این المان‌ها در سوراخ‌هایی که از پیش حفاری شده قرار گرفته و سپس یک شیلنگ دوغاب ریزی به انتهای چال رفته و فضای خالی باقی مانده را از انتها تا ابتدای چال دوغاب ریزی می‌کند. شیب چال‌های حفر همانطور که پیش از این نیز گفته شد به مقدار ملایمی در پایین سطح افق قرار دارد. لذا دوغاب با نیروی وزن وارد شده بر آن به خوبی در حفره‌ها جا می‌گیرد. به چنین روشی، روش دوغاب ریزی ثقلی گفته می‌شود که جزء روش‌های متداول در میخ­کوبی به حساب می‌رود. دوغاب نقش اصلی انتقال تنش از زمین به میخ‌ها را ایفا می‌کند.

مجموعه دستگاه تزریق از سه بخش میکسر اولیه، ثانویه و پمپ تزریق تشکیل می‌گردد. پس از اختلاط آب و سیمان به نسبت مشخص در میکسرها، دوغاب سیمان از طریق شیلنگ‌های رفت و برگشت به درون گمانه حفر شده تزریق می‌گردد. بسته به شرایط این تزریق می‌تواند در فشارهای مختلفی صورت پذیرد. شکل زیر نمونه‌ای از روند نصب مسلح کننده را نشان می‌دهد.

پس از اتمام عملیات تزریق، سطح دیواره جهت جلوگیری از فرسایش و همچنین حفظ یکپارچگی بیشتر در عملکرد میخ­ها، توسط یک لایه بتن‌پاشی شده shotceret پوشانده می‌شود. پوشش نوعی اتصال سازه‌ای در سیستم ایجاد می‌کند و در میخ­کوبی­ ها دو نوع پوشش وجود دارد ۱- پوشش موقت ۲- پوشش دائمی. پوشش موقت نقش سطحی را ایفا می‌کند که اجزای سازه‌ای میخ­کوبی یا نیلینگ را به یکدیگر متصل می‌نماید. همچنین نوارهای ژئوکامپوزیتی قبل از آنکه پوشش موقت اجرا شود در سطح گودبرداری کار گذاشته می‌شود تا زه­ آب داخل خاک را هدایت کرده و از نفوذ آن به داخل پوشش ممانعت به عمل آورد (شکل زیر). همچنین پس از بتن‌پاشی موقت جهت اتصال کامل سر میخها به دیواره و همین­طور جلوگیری از بروز برش پانچ در دیواره و در صورت نیاز تنش‌دهی به میخ­ها، یک صفحه فلزی به عنوان سر نیل بر روی دیواره قرار گرفته و توسط یک مهره به آرماتور درون گمانه متصل می‌شود پوشش دایمی بعد از آنکه میخ‌ها نصب و پوشش موقت شکل گرفت، اجرا می‌شود. ضخامت این پوشش کم بوده و غالباً به ۱۰ تا ۱۵ سانتیمتر محدود می‌شود.

 

همانطور که پیشتر گفته شد مهمترین مزیت روش نیلینگ یا میخکوبی، تامین پایداری بدون ایجاد مزاحمت برای مراحل بعدی عملیات عمرانی است. همچنین امکان اجرای پایدارسازی همزمان با عملیات خاکی از دیگر مزایای نیلینگ می­باشد. بعلاوه بدلیل ایجاد سطح بتنی روی خاک ترانشه، از هوازدگی و ریزشهای موضعی جلوگیری می­کند.
خوشبختانه نظر به استقبال بینظیر سرمایه گذاران بخش ساختمان از این روش پایدارسازی دانش نیلینگ (میخکوبی) در بین شرکتهای مشاور، پیمانکار، تامین کنندگان مصالح و ماشین آلات نهادینه شده و رکوردهای بینظیری به لحاظ عمق و ابعاد در عرصه بین المللی به ثبت رسیده است.

مزایای روش نیلینگ یا میخ کوبی

امکان اجرا در فضای محدود
امکان تقویت طرح در حین اجرا
حداکثر بهره وری از فضای موجود در مراحل بعدی عملیات ساختمانی
اجرای همزمان گودبرداری و پایدارسازی

معایب روش نیلینگ یا میخ کوبی

1. نیاز به اخذ رضایت از همسایه ها
2. آلودگی صوتی ماشین آلات

برگرفته از این تخریب ساز