مدیردر این مقاله قصد داریم سازه نگهبان نیلینگ یا میخ کوبی که جهت ایمن سازی در روند گودبرداری استفاده میشود را بررسی کرده و کاربرد و مزیتهای استفاده از آن را برایتان شرح دهیم. پس با ما برای کسب اطلاع بیشتر همراه باشید.
در بسیاری از پروژههای غیر شهری و شهری با توجه به محدودیتهای ساخت اعم از محدودیت تعداد طبقات و ارتفاع سازه، هزینههای زیاد جهت کار در ارتفاع، طرحهایی ارائه میشود که نیاز به ساخت طبقاتی به عنوان زیرزمین با کاربریهای مختلف نظیر استخر، پارکینگ و… دارند. به همین دلیل نیاز است تا پیش از ساخت فونداسیون اقدام به گودبرداری صورت گیرد. همچنین برای اهدافی مانند تخریب یک ساختمان فرسوده برای ساخت مجدد، رسیدن به تراز بكر، حفاظت فونداسیونها در برابر یخبندان، احداث کانالها، احداث مخازن زیرزمینی و… گودبرداری انجام میشود.
به طور کلی به هر گونه حفاری و خاكبرداری در تراز پایینتر از سطح طبیعی زمین یا در تراز پایینتر از زیر پی ساختمان مجاور گودبرداری گفته میشود. گودبرداری سبب میشود تا شرایط خاک از نظر تنش دچار تغییر شده و خاک برای رسیدن به حالت تعادل و پایدار دچار ریزش شود.
میتوان گفت یکی از عملیاتهای پیچیده و خطرناک مهندسی همین گودبرداری است. به همین منظور برای حفظ جان انسانهای داخل و خارج از گود، فراهم آوردن شرایط ایمن و مطمئن جهت انجام کار و محافظت از ساختمانهای مجاور، دیوارههای گود میبایست توسط سازههای نگهبان پایدارسازی و مهاربندی شود. سازههای نگهبان انواع مختلفی دارند که با توجه به نوع خاک، عمق گودبرداری و حساسیت ساختمانهای مجاور گود انتخاب میشوند.
تمهیدات در عملیات گودبرداری
قبل از اینکه روش نیلینگ را مورد بررسی قرار دهیم باید یک سری تمهیدات در گودبرداری را در نظر بگیریم که در زیر به آن اشاره میکنیم:
- بررسی زمین پروژهی مورد نظر و مطالعات خاک از لحاظ تعیین مقاومت خاک، احتمال رانش خاک و …
- تعیین موقعیت تاسیسات زیرزمینی مثل لولهکشیهای آب، برق و گاز، فاضلاب و کانالهای تاسیساتی و …
- بررسی خطرات احتمالی در زمان گودبرداری از قبیل پایداری ساختمانهای مجاور محل گود و در نظر گرفتن تمهیدات ایمنی لازم برای جلوگیری از آنها
- برای تامین ایمنی کارگران نزدیک به محل گودبرداری باید اقدامات حفاظتی مناسب در نظر گرفته شود
- خودداری از تخلیهی نخالههای گودبرداری در فاصلهی کمتر از 0.5 متر از لبهی گود (به دلیل اینکه باعث ریزش همان نخاله، داخل گودبرداری شده و ممکن است به کارگران واقع در گود صدمه بزند.)
- بررسی سازههای نگهبانی که در عملیات گودبرداری به هر علتی آسیب دیده و یا لق شدهاند.
- استفاده از حفاظهای مناسب و توریهای نخالهگیر برای جلوگیری از سقوط خاک و سنگ به داخل محل گود برای حفظ ایمنی کارگران داخل گود.
- در صورت وجود گازهای سمی درون گود تهویهی ایمن صورت گیرد.
معرفی کلی سیستم نیلینگ
نیلینگ یا میخکوبی روش خلاقانه مهندسین استرالیایی بود که در حدود دهه 60 میلادی جهت پایدارسازی جدار تونل به کار گرفته شد. کاربرد نیلینگ یا میخ کوبی، برای ایجاد پایداری دیواره در گودبرداری است و از آن معمولا میتوان در گودهای عریض نیز استفاده کرد.
روش اجرای نیلینگ به این طریق است که گودبرداری به اندازهی عمق ایمن مورد نظر انجام شده سپس با استفاده از ماشینهای حفاری مخصوص، سوراخهای مایل در سطح گود با فواصل مشخص حفر میشود.
در مرحلهی بعد میلگردهای فولادی به قطر مشخص و با طولهای مشخص که در نقشهها، اطلاعات آنها آورده شده را درون این گمانهها به وسیلهی اسپیسر فیکس میکنند. سپس درون حفره و اطراف آرماتور را به وسیلهی دوغاب مخصوص پر میکنند. سپس به وسیلهی مش و شات دیوارهی خاکبرداری پوشانده میشود و سپس به وسیلهی صفحههای تکیهگاهی و مهره و نیلها شبکهی مش را به خاک پشت دیوار مهار میکنند.
اجزای سیستم نیلینگ
اجزای اصلی یک سیستم نیلینگ عبارت است از:
- میلگرد مسلح کننده یا کابل: اصلیترین بخش نیلینگ، میلگرد مسلح کننده یا کابل است. این اجزا در گمانههای از پیش حفاری شده قرار داده میشوند.
- دوغاب: پس از قرار دادن میلگرد در گمانه، دوغاب تزریق میشود. نقش اصلی در انتقال تنش از زمین به میلگرد را دوغاب بازی میکند. همچنین توسط دوغاب سطحی از محافظت در برابر خوردگی ایجاد میگردد.
- فاصله دهنده (Centralizer): فاصله دهندهها که به آنها اسپیسر میگویند، عموماً از مواد سینتتیک ساخته شده و به منظور حفظ فاصله میلگرد از جدار گمانه و ایجاد حداقل ضخامت دوغاب در سرتاسر میلگرد نصب میشوند.
- تمهیدات محافظت در برابر خوردگی: علاوه بر دوغاب سیمان که محافظت فیزیکی و شیمیایی میلگرد را فراهم میآورد، در صورت لزوم میبایست از روشهای دیگری (نظیر غلاف پلاستیکی یا پوشش اپوکسی) برای افزایش محافظت در برابر خوردگی نیز استفاده کرد.
- هد نیل: بسته به نوع اتصال، هد نیل شامل واشر، مهره، صفحه فولادی، صفحات لچکی و جوش میباشد. این قسمت بیرون از سطح دیوار قرار گرفته و میلگرد را با استفاده از اتصال جوشی یا پیچی (باید انتهای میلگرد در این حالت رزوه شده باشد) به صفحه فولادی نصب میکنند و آن را به سطح شیب یا جدار گود متصل مینمایند.
- پوشش سطحی: به منظور حفاظت خاک بین میخها در برابر فرسایش و ناپایداری موضعی، تامین ارتباط و یکپارچگی بین میخها و تامین سطح باربر مناسب برای صفحه سرمیخ، پوششی سطحی و موقت یا دائم با استفاده از نصب شبکه فولادی و آرماتوربندی و اجرای بتن درجا یا بتن پاششی، ایجاد میشود.
- سیستم زهکشی: با توجه به امکان وجود یا احتمال حضور آب، برای جلوگیری از ایجاد فشار آب در پشت پوشش سطحی، و به منظور جمع آوری و انتقال آبهای نفوذی، اجرای سیستم زهکشی لازم و ضروری است. به این ترتیب آبهای جمع آوری شده به خارج از محدوده شیب یا گود هدایت میشوند.
مراحل اجرای سیستم نیلینگ
- گودبرداری و حفاری
حفاری اولیه تا عمقی انجام میشود که دیوار حفر شده بتواند پایداری خود را برای مدتی کوتاه بین 24 تا 48 ساعت حفظ کند. باید توجه داشت حفاری باید گام به گام انجام شود به این صورت که پس از هر مرحله از حفاری، میخ گذاری در آن مرحله انجام شده و پس از پایان عملیات، حفاری در مرحله بعدی انجام میشود. لازم به ذکر است عرض حفاری باید حداقل به اندازه کافی بزرگ باشد تا بتوان ابزار لازم را در آن جای داد.
در تمامی مراحل حفاری، باید از پایداری لازم عمق دیواره ایجاد شده در هنگام اجرای میخ زدن مطمئن بود. به طور کلی عمق 2 متر برای ایجاد ثبات کوتاه عمق حفاری کافی است. اگرچه، ارتفاع خاکبرداری مجاز در هر مرحله با توجه به شرایط ژئوتکنیکی خاک محل، تعیین میشود. میتوان ارتفاع حفاری مجاز بدون نیاز به مهاربند را از طریق معادله رانکین محاسبه کرد.
- حفاری گمانههای واقع در محدوده خاکبرداری شده در دیواره گود
پس از گودبرداری اولیه با استفاده از ماشین حفاری دریل واگن، چاههای مورب یا افقی را در فواصل مشخص در دیوارهها حفر میکنیم. معمولا عمق این چاهها حدود 5 تا 10 متر و قطرشان حدود 10 تا 15 سانتیمتر و شیب آنها نیز حدود 10 تا 15% میباشد. اندازه دقیق عمق و قطر این چاهها بر اساس مشخصات فیزیکی و مکانیکی خاک تعیین میشود.
- جای گذاری میلگرد و تزریق دوغاب
پس از حفر گمانهها بر دیوارهی گود آرماتورها در چالهای حفر شده جای میگیرند. همچنین فاصله دهندهها در فواصل مشخصی روی آرماتور برای کمک به نگهداری صحیح آن در داخل چال نصب میشوند. لازم به ذکر است ساختار آنها به گونهای است که اجازه میدهد دوغاب به اندازه کافی به دور آن نفوذ نماید. همین امر موجب میشود از فرسودگی موضعی فولاد جلوگیری شود. به همراه جاگذاری آرماتور، لوله دوغاب نیز در داخل گمانه قرار میگیرد.
زمانی که لازم باشد حفاظت بیشتری در قبال فرسودگی صورت گیرد، غلافهای پلاستیكی موجدار میتواند مورد استفاده قرار گیرد. پس از جایگذاری آرماتور به همراه لوله تزریق، چال حفاری شده به کمک تزریق دوغاب سیمان پر میشود. معمولا تزریق دوغاب تحت فشار کم یا جاذبه زمین انجام میشود. در صورت استفاده از لولههای خود حفار که غالبا تنها در ساختارهای موقت استفاده میگردد، تزریق و حفاری در یک مرحله ادغام میشوند.
- اجرای سیستم زهکشی (در صورت لزوم) بر روی دیواره گود
به منظور ممانعت از تجمع و مستهلک کردن آب پشت وجه دیوار، پیمانکاران اقدام به نصب نوارهای زهکشی پشت لایهی شاتکریت در فواصل تقریبا 2 متر از هم میکنند. با این اقدام آب پشت دیوار به وسیله زهکشها به پای دیوار منتقل میشود. علاوه بر نوارهای زهکشی قائم، نوارهایی به صورت افقی هم اجرا میشود. که با نوارهای قائم تشکیل شبکه میدهند.
اندازه طول هر گام شاتکریت معین کننده فاصله نوارهای افقی از هم است. به طور معمول این فاصله 2 متر است. اگر انسدادی در یک زهکش قائم ایجاد شد، این شبکهی نوارها موجب میشود جریان آب، گزینههای جایگزینی برای ادامه مسیر داشته باشد. زمانی که جریان آب به پای دیوار میرسد، وارد لولههای از دیوار بیرون آمده شده و به صورت ثقلی به سیستم هدایت و جمع آوری منتقل میشود. یکی از مدرنترین روشهای زهکشی گود، استفاده از مصالح ژئودرین است.
- اجرای پوشش سطحی بر روی دیواره گود
جهت محافظت خاک از هوازدگی از لایهی نگهداری موقت استفاده میشود. این اقدام قبل از شروع حفاری مرحله بعدی اجرا میگردد. معمولا این پوشش به ضخامت متوسط 100 میلیمتر بوده و از جنس یک لایه شاتكریت مسلح سبک است. همچنین غالبا اجزای تقویتی، مش مفتولی جوش داده شده میباشد که تقریبا در وسط لایه شاتكریت قرار میگیرند. طول ورقه مش باید به اندازه کافی باشد تا با ورقه مش قبلی همپوشانی داشته باشد.
همزمان با تحكیم بتن پاشیده شده، صفحه تكیهگاه فولادی روی سر آرماتور که بیرون از چال قرار گرفته است نصب میشود و به داخل لایه شاتكریت که هنوز نرم و تازه است فشار داده میشود. برای اطمینان بیشتر نیز، واشر و مهره متعاقبا پشت صفحه تكیهگاه بسته میشود. مهره ششگوش پس از اینكه شاتكریت به اندازه کافی محکم شد، جهت به دست آوردن حداقل گشتاور مورد نیاز پیچانده میشود. در این مرحله حداقل 24 ساعت زمان مورد نیاز است.
- تکرار مراحل 1 تا 5
مراحل 1 تا 5 برای باقیمانده محدوده برداشت تکرار میشود. در هر تراز حفاری، نوار زهكشی به سمت بخش حفاری و رو به پایین باز میشود. با رعایت همپوشانی مناسب نسبت به مش بالایی، صفحه مش جدید نیز در جای خود نصب میگردد. همچنین لایه موقت شاتكریت با اتصال مناسب نسبت به شاتكریت تراز بالایی ادامه مییابد. در نهایت، نوارهای زهكشی به سیستم زهكشی پاشنه دیوار وصل میشوند.
- عملیات پایانی، پوشش دائمی
پس از نصب آرماتورها، رسیدن به پایینترین قسمت حفاری و آزمایش باربری، ممكن است سطح نگهدارنده دائم اجرا شود. برای این کار میتوان از بتنریزی درجا و قالببندی استفاده نمود، یا از قطعات پیش ساخته و شاتكریت مسلح استفاده کرد. معمولا جهت تسلیح این لایه از مشهای مفتولی جوش داده شده یا شاخههای آرماتور استفاده میشود. به هنگام استفاده از بتنریزی درجا و شاتكریت جهت نگهداری دائم، باید تا حد امکان از ایجاد فاصله افتادگی و ناپیوستگی اتصالات افقی مابین طبقات حفاری اجتناب نمود.
در شرایط خاص ممكن است جهت تمهیدات اضافی یا فعالیتهای تکمیلی در مراحل گفته شده تغییراتی ایجاد گردد. برای مثال، ممكن است بعد از هر مرحله برداشت و قبل از حفر چالها بلافاصله، لایه شاتكریت اجرا گردد، به خصوص زمانی که پایداری دیواره امری ضروری میباشد.
کاربرد روش نیلینگ
میخ کوبی دیوارهای خاکی جهت عملیات حفاری به خصوص زمانی که برشهای قائم یا نزدیک به قائم خاک نیاز است بسیار مناسب میباشد. در عملیاتهای زیر مشخص شده است که میخكوبی دیوارهای خاکی جهت استفاده موقت یا دائمی مناسب میباشد.
- جهت پایدار نمودن ترانشههایی که در احداث بزرگراهها و راه آهنها استفاده میشود مورد استفاده قرار میگیرد.
- جداره تونلها و سازههای زیرزمینی را میتوان با این روش پایدار نمود.
- در سازههای درون شهری و گودبرداری ساختمانها و یا حتی ایستگاههای زیرزمینی و موارد دیگری شهری میتوان از نیلینگ استفاده نمود.
خاکهای مناسب و خاکهای نامناسب برای نیلینگ
با توجه به اینکه در روش نیلینگ از خود خاک برای پایدارسازی کمک میگیریم، انواع خاکهایی که برای اجرای روش نیلینگ مناسب و نامناسب شامل موارد زیر میشود:
خاکهای مناسب:
- خاکهای ریزدانه سخت تا مقاوم
- خاکهای دانهای متراکم تا خیلی متراکم با مقداری چسبندگی کم و ظاهری
- سنگ هوازده بدون هیچ گونه سطوح شکست و صفحات ضعیف
- رسوبات یخچالی
خاکهای نامناسب:
- خاکهای آلی
- سنگهای هوازده
- لای سنگ
- خاک با خورندگی زیاد
- خاکهایی که بسیار نرم هستند
- خاکهای خشک و بدون چسبندگی
- خاکهایی با سطح آب زیرزمینی بالا
- خاکهایی که سنگهای با اندازه بالای ۳ اینچ(تقریبا ۷.۶۲ سانتی متر) دارند.
نکات مهم اجرایی برای اجرای سازه نگهبان نیلینگ
- برای وصله کردن میلگردها در طولهای بیشتر از ۱۲ متر، فقط مجاز به استفاده از روش فورجینگ و کوپلر هستیم.
- میلگردهای مورد استفاده در سازه نگهبان نیلینگ از نوع AIII میباشد و طول آنها هم مطابق نقشههای اجرایی تعیین میشود.
- اجرای روش نیلینگ در زیر سطح آب زیرزمینی امکان پذیر نمیباشد و در این حالت ابتدا باید آب موجود در خاک را از طریق زهکشی تخلیه کنیم.
- قبل از اجرای نیلینگ حتما آزمایشهای مکانیک خاک را برای تشخیص نوع خاک، ظرفیت باربری و لایههای خاک زیرین توسط گمانه زنی انجام دهیم.
- ارتفاع مجاز خاکبرداری سازه نگهبان نیلینگ در هر مرحله به عواملی مانند مقاومت برشی خاک، میزان سربار و میزان نفوذ آبهای سطحی بستگی دارد، که باید با دقت ویژهای میزان این ارتفاع را محاسبه کنیم.
- اسپیسرهای پلاستیکی برای قرار گرفتن میخ در وسط و مرکز سوراخ در فاصلههای حداکثر ۳-۲ متر و ۰.۵ متری دو انتها روی میخها نصب شوند.
- نیلینگ به عنوان یک سازه نگهبان موقت میباشد نه دائم و با گذشت زمان، نفوذ آبهای سطحی، خوردگی آرماتورها و هوازدگی، خاک مقاومت خودش را از دست میدهد و فرو میریزد. بنابراین باید هر چه سریعتر سازه اصلی را اجرا کنیم.
- روش سازه نگهبان نیلینگ برای خاکهای ریز دانه سخت و چسبنده و همچنین خاکهای درشت دانه با مقداری چسبندگی مناسب میباشد و برای خاکهای آلی، خاکهای ریز دانه بسیار سست و درشت دانه با دانه بندی نامناسب و فاقد چسبندگی پیشنهاد نمیشود.
- قبل از سوراخ کاری دیوارها، ساختمانهای مجاور را بررسی کنید که ببینید آیا قنات، سازههای زیرزمینی یا محل قرار گرفتن چاههای فاضلاب میباشد یا نه؟ در بسیاری از پروژهها بدون بررسی ساختمانهای مجاور شروع به سوراخ کاری میکنند و بعداً متوجه میشوند که در زیرزمین ساختمان مجاور چاههای فاضلاب وجود داشته است.
مزایا و معایب روش نیلینگ
روش نیلینگ نسبت به روشهای دیگر پایدارسازی و سازههای نگهبان نظیر انکراژ، دیوار دیافراگمی، سپرکوبی، و… امتیازات بیشماری دارد که به برخی از آنها در ادامه اشاره میکنیم:
- تزریق دوغاب، در سیستم نیلینگ موجب بهبود مشخصات مکانیکی خاک و پایداری آن میشود.
- سیستم نیلینگ برای گودهای با عمق متوسط و زیاد، به صرفه و اقتصادی است.
- این سیستم برای پروژههایی که هندسه کوچک و نامنظم دارند، مناسب است.
- استفاده از این سیستم در شرایطی که خاک مرطوب باشد، مسئلهای ندارد و با سیستم زهکشی قابل اجرا است.
- تجهیزات و مصالح کمتری نسبت به روشهای دیگر مورد نیاز است.
- به گودبرداری اضافه و خاکریزی پس از آن، نیازی ندارد.
- برای اجرای نیلینگ نیازی به استفاده از ماشین آلات سنگین نیست.
- این سیستم تداخل و مزاحمتی با ساخت سازه اصلی ایجاد نمیکند.
- با توجه به اینکه نیاز به برچیدن ندارد، هزینهها کاهش مییابد.
- در سیستم نیلینگ المانی که داخل گود جاگیر باشد و برای کارگران مزاحمت ایجاد کند، وجود ندارد.
- به دلیل اینکه طول میخها کم است، نسبت به انکراژ محدوده کمتری از خاک، تسلیح میشود.
- این روش سرعت اجرای بالاتری نسبت به انکراژ دارد.
- در صورت وجود لاشه سنگ، چاههای فاضلاب، قناتها و غیره، تنظیم زاویه و موقعیت میلگرد به نسبت روش انکراژ راحتتر است.
- این سیستم را میتوان با روش پایدارسازی گود به روش انکراژ ترکیب کرد و به جای استفاده از روش انکراژ به تنهایی، در هزینهها صرفه جویی کرد.
- در این روش عملیات خاکبرداری و اجرای سازه نگهبان به صورت همزمان انجام میشود.
- این روش برای خاکهای ریزدانه سخت و چسبنده و همچنین خاکهای درشتدانه با مقداری چسبندگی مناسب است.
- روش نیلینگ با ضخامت 10 الی 15 سانتیمتر، انعطافپذیر میباشد و با جابهجاییهای بزرگ منطبق است.
- دیوارههای میخكوبی شده، معمولا تغییرشكل و خمش قابل قبول و در محدوده مجازی دارند.
- به علت انعطاف پذیری، عملکرد مناسبی در صورت بروز زلزله از خود نشان میدهند.
معایب روش نیلینگ
- از آنجا که در این روش پس از ایجاد تغییر شکل در خاک، تمامی نیروها به نیلها وارد میشوند، میزان تغییر شکل خاک دیواره گود به ویژه در مقایسه با روشهایی مثل دیوار برلنی یا انکراژ بسیار بیشتر است. به همین علت استفاده از روش نیلینگ در گودهایی که در مجاورت ساختمان وجود دارد با محدودیتهایی رو به رو است و حتی ممکن است در شرایطی امکانپذیر نباشد.
- در سیستم سازه نگهبان نیلینگ ، زمینهای مجاور گود مورد تعارض قرار گرفته و بر اساس قانون باید رضایت مالک زمین مجاور را کسب کرد.
- در صورت تغییرمکانهای افقی و عمودی، احتمال ایجاد ترک و یا ریزش در سازههای مجاور وجود دارد.
- اگر از این روش پایدارسازی در زمینهای مجاور خیابان صورت بگیرد، به دلیل احتمال برخورد با تاسیسات شهری، در 3 الی 4 متر اول، گودبرداری دچار محدودیت میشود.
- استفاده از این روش در زمینهای لجنی محدودیت دارد.
- اجرای این روش، در شرایطی که در زمینهای مجاور، چاههای فاضلاب، قنات و غیره وجود داشته باشد، مزاحمت و محدودیت ایجاد میکند.
- اگر خاک محل گودبرداری مستعد خوردگی باشد، میلگردها با سرعت بالایی دچار خوردگی شده و فرصت کمتری برای شروع ساخت سازه اصلی داریم.
- داشتن علم و تجربه کافی در هنگام طراحی و اجرا به دلیل حساسیت بالای این عملیات، الزامی میباشد.
- همانطور که ذکر شد، در این روش خاکبرداری، به صورت مرحله به مرحله انجام میشود، به همین علت سرعت عملیات کاهش مییابد.
- استفاده از این روش به تجهیزات مخصوصی نیاز دارد.
- نیلینگ، یک سازه نگهبان موقت میباشد که با گذشت زمان، خوردگی آرماتورها، هوازدگی سطح خاک و نفوذ آبهای سطحی، مقاومت خود را از دست میدهد. به همین علت باید هر چه سریعتر برای ساخت و نصب سازه اصلی اقدام گردد.
- استفاده از این روش برای خاکهای آلی، خاکهای ریزدانه بسیار سست و درشت دانه بد دانهبندی شده فاقد مواد چسبنده، مناسب نمیباشد.
- اگر بخواهیم از نیلینگ به صورت دائمی استفاده کنیم، همیشه باید نیلها و المانهای دائمی در زیر زمین را بررسی کرده و از آنها محافظت کنیم که این کار باعث افزایش هزینهها میشود.
- روش نیلینگ با اینکه برای فضاهای کوچک قابل اجرا میباشد اما استفاده از آن در این پروژهها مقرون به صرفه نیست.
- استفاده از این روش نسبت به روشهای دیگر، مزاحمت و آلودگی صوتی بیشتری برای همسایهها دارد.
- استفاده از این روش پایدارسازی گود، برای ساخت و سازهای آتی زمینهای مجاور مشکل ایجاد میکند. به دلیل اینکه در هنگام حفاری با این میخها برخورد میکنند.