اجزاء یک دیوار پایدارسازی شده به روش میخکوبی (یا نیلینگ)

اجزاء یک دیوار پایدارسازی شده به روش میخکوبی (یا نیلینگ) از روشی به روش دیگر متفاوت است. رایج­ترین روش اجرا، میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ)   حفر- تزریق می­باشند که ابتدا گمانه­ای حفر شده و سپس میلگرد درون آن قرار داده شده و آنگاه تزریق ثقلی صورت می­گیرد. میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ) ­های رانشی بیشتر در فرانسه و آلمان استفاده می­شوند تا ایالات متحده و فقط برای کاربردهای موقت استفاده می­شوند. میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ) ­های تزریق فشاری و پرتابی در ایالات متحده رایج نمی­باشند.

 

شکل 1. اجزاء اصلی سیستم میخکوبی ( یا نیلینگ) خاک

 

  • میلگرد میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ)

میلگردهای تقویتی فولادی مورد استفاده در میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ) ­ها، معمولاً آجدار و یک سر رزوه می­باشند و ممکن است توپر یا توخالی باشند. مقاومت کششی اسمی میلگردها عموماً برابر با 420 یا 520 مگاپاسکال می­باشد. در پروژه­های معمول از میلگردهای توپر 420 یا 520 مگاپاسکالی استفاده می­شود.

ممکن است میلگردهایی با مقاومت کششی 665 و 1035 مگاپاسکال نیز استفاده شود، اما استفاده از آنها بایستی محدود باشد. میلگردهای با درجه پایین­تر به خاطر انعطاف­پذیری بیشتر و پتانسیل خوردگی پایین ترجیح داده می­شوند، و البته براحتی در بازار یافت می­شوند. میلگردهای 150 مگاپاسکالی نبایستی در کاربردهای معمول سیستم میخکوبی (یا نیلینگ) استفاده شوند، چونکه این مصالح شکننده­تر (بویژه تحت برش) بوده و بیشتر مستعد خوردگی می­باشند.

بالعکس استفاده از فولاد درجه بالا برای سیستم مهارکوبی زمین رایج­تر است، چرا که بار طرح مهارها معمولاً بزرگ­تر از میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ) ­ها می­باشد. میلگردهای 665 مگاپاسکالی (درجه 95) را می­توان برای سیستم میخکوبی (یا نیلینگ) مجاز دانست بشرطی که نرمی فولاد در حد فولادهای درجه پایین باشد. میلگردهای 420 و 520 مگاپاسکالی (درجه 60 و 75) بایستی مورد تایید استاندارد ASTM A615 باشند، و فولاد 1035 مگاپاسکالی (درجه 150) بایستی مطابق با ASTM A722 باشد. میلگردهای آجدار برای سیستم میخکوبی (یا نیلینگ)، در قطرهای 20، 22، 25، 30، 32 و 40 میلیمتر و طول 12 متر کاربرد دارند. استعداد تغییرشکل و خم­پذیری بالای میلگردهای با قطر کوچک­تر از 25 میلیمتر استفاده آنها را بالاخص در میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ) ­های بلند (مثلاً دیوارهای بلند) محدود می­کند. در صورت لزوم می­توان در میلگردهای با طول بیش از 12 متر از جفت کننده­ استفاده نمود.

  • سر میخ

سر میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ)  شامل دو جزء اصلی می­باشد، “صفحه باربر، مهره شش گوش و واشر” و “گل میخ” (headed stud) (شکل 1). صفحه باربر از فولاد 250 مگاپاسکالی ساخته شده است (درجه 36، ASTM A36) و معمولاً دارای ابعاد مربعی 200 تا 250 میلمیتر و ضخامت 20 میلیمتر می­باشد. نقش صفحه باربر توزیع نیرو در انتهای میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ)  به روکش شاتکریت موقت و زمین پشت روکش می­باشد. میلگرد وارد سوراخ میانی صفحه باربر می­شود. سپس واشرهای پخ­دار قرار داده می­شوند و با یک مهره شش گوش یا کروی به کمک ترکومتر یا آچار فرانسه محکم می­شود. واشرها و مهره­ها از همان درجه فولاد میلگرد (معمولاً 420 یا 520 مگاپاسکالی) می­باشند. اتصال گل میخ ها ممکن است شامل چهار گل میخ باشد که در نزدیکی چهار گوشه صفحه باربر، برای تامین مهار سر میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ) به درون روکش دائمی جوش داده می­شوند. در دیوارهای پایدارسازی شده به روش میخکوبی (یا نیلینگ) موقت، صفحه باربر در سمت بیرونی روکش شاتکریت قرار می­گیرد.

  • دوغاب

دوغاب میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ) ­ها معمولاً دوغاب سیمان تمیز می­باشد، که فضای بین میلگرد میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ)  و زمین اطراف را پر می­کند. در زمین­هایی با پتانسیل ریزش گمانه، همواره از دوغاب سیمان تمیز استفاده می­شود. همچنین به خاطر دلایل اقتصادی، می­توان در حفاری­های گمانه باز (مثلاً، برای شرایط بدون غلاف) از ماسه- سیمان استفاده نمود. انواع سیمان تیپ I , II , III یا V مطابق باASTM C150  قابل استفاده می­باشند. برای اغلب کاربری­ها، سیمان نوع I (معمولی) توصیه می­شود. زمانیکه نیاز به گیرش سریع و حصول سریع مقاومت نهایی باشد، می­توان از سیمان نوع III که ریزتر است استفاده نمود. سیمان تیپ II که با سرعت آرام­تری سخت می­شود، حرارت کمتری تولید کرده و در برابر خوردگی سولفاته نسبت به سیمان تیپ I، مقاومت­تر می­باشد.

نسبت آب به سیمان دوغاب در سیستم میخکوبی (یا نیلینگ)، معمولاً بین 4/0 تا 5/0 متغیر است. در روش میلگرد توخالی خود حفار یا زمانیکه قصد داریم نشت دوغاب به داخل خاک­های دانه­ای با نفوذپذیری بالا یا سنگ­های ترک­دار را کنترل کنیم، می­توان از دوغابی سفت­تر با اسلامپ حدود 30 میلیمتر استفاده نمود. غلظت زیاد دوغاب سفت­ ممکن است موجب مشکلاتی در نصب متمرکز کننده­ ها شود. در این مورد، خود دوغاب ممکن است تکیه­گاه کافی برای متمرکز نمودن میلگرد میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ)  درون گمانه را تامین کند. صرف­نظر از توانایی دوغاب سفت برای نگهداری میلگرد، برای اطمینان از حداقل پوشش میلگرد میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ)  همواره بایستی از متمرکزکننده­ها استفاده کرد.

مشخصات دوغاب تاثیر زیادی بر مقاومت نهایی پیوند در ناحیه دوغاب- زمین دارد. معمولاً، حداقل مقاومت 28 روزه فشاری محدود نشده دوغاب برابر 21 مگاپاسکال تعیین می­گردد. در اغلب کاربری­ها معمولاً نیاز به افزودنی­ دوغاب نمی­باشد ولی ممکن است برای تقویت و ارتقاء کارایی دوغاب در پروژه­های واقع در مناطق آب و هوایی گرم یا جاییکه شرایط پروژه دیکته می­کند که دوغاب در مصافتی زیاد پمپ شود، مواد نرم کننده استفاده شود. معمولاً، بهبود کارایی دوغاب ناشی از روان کننده­ها تا حدود یک ساعت دوام دارد. استفاده از مواد حباب زا می­تواند کارایی را ارتقاء بخشیده و پتانسیل ترک خوردگی را کاهش دهد، اما از طرفی موجب انبساط دوغاب شده و از میزان محافظت خوردگی شیمیایی ناشی از سیمان می­کاهد. بنابراین، استفاده از مواد حباب زا فقط زمانی تایید می­شود که سایر روش­های محافظت از خوردگی، بجز پوشش دوغاب، بکار گرفته شده یا ضخامت پوشش دوغاب اضافه لحاظ شده باشد. برخی مواد شیمیایی مخصوص که انقباض حجمی دوغاب را به صفر می­رسانند، برای به حداقل رساندن ترک خوردگی و بالا بردن مقاومت پیوند مطلوب می­باشند. زمانیکه مواد افزودنی بکاربرده می­شوند، بایستی تاثیر مواد بر دوغاب و خصوصیات پیوند دوغاب آزمایش شوند.

برای کاهش پتانسیل ریزش گمانه، اندکی پس از قرار گیری میلگرد میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ) در گمانه دوغاب پمپ می­شود. در روش میلگرد توپر، دوغاب از طریق یک لوله tremie، که قبلاً تا انتهای گمانه کار گذاشته شده است تزریق می­شود، مادامیکه دوغاب بطور کامل گمانه را پر کند (شکل 2). لوله دوغاب معمولاً شامل یک تیوب پلاستیکی مستحکم است که قطر بیرونی آن بین 5/9 تا 19 میلیمتر متغیر می­باشد. زمانیکه لوله­های دوغاب صرفاً ابزاری برای حفر گمانه میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ) باشند، حین تزریق از گمانه بیرون کشیده می­شوند و معمولاً در میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ) هایی که قرار است تحت آزمایش بارگذاری قرار گیرند، بیرون کشیده نمی­شوند. تزریق دوغاب بایستی به آرامی و پیوسته اجرا گردد به نحوی که فضای بین گمانه و میلگرد بطور کامل، بدون هیچ حفره و خلاء پر شود. کف لوله دوغاب بایستی در تمام مدت پمپاژ دوغاب درون گمانه، زیر تراز دوغاب باقی بماند. در طی عملیات تزریق، بخشی از میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ) در نزدیکی پشت روکش موقت ممکن است بطور کامل از دوغاب پر نشود. چونکه این ناحیه در برابر خوردگی بسیار آسیب­پذیر می­باشد، ضروری است که برای تضمین کامل پوشش دوغاب، این ناحیه متعاقباً با شاتکریت و یا گاهاً با دوغاب پر شود.

شکل 2. دوغاب­ریزی (tremie) از طریق لوله

 

  • متمرکز کننده­ها

متمرکز کننده­ها از پلی وینیل کلراید (PVC) یا سایر مصالح مصنوعی ساخته شده­اند و برای تضمین حداقل ضخامت پوشش دوغاب روی میلگرد میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ)، در فواصل منظم، معمولاً در حدود 5/2 متر و یا کمتر، در امتداد طول میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ) و در فاصله­ای حدود نیم متر از هر انتهای میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ) نصب می­شوند (شکل 3).

 

  • المان­های محافظ خوردگی

علاوه بر دوغاب سیمان که هم محافظت فیزیکی و هم شیمیایی میلگردهای میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ) را تامین می­کند، معمولاً اگر لازم باشد، ابزارهای دیگری نیز برای تامین محافظت از خوردگی مضاعف استفاده می­شوند.

معمولاً برای تامین محافظ خوردگی مضاعف از روکش (sheathing) محافظ ساخته شده از مصالح مصنوعی موج­دار (HDPE [high density polyethylene] یا تیوب PVC) که میلگرد را احاطه می­کند (شکل 4) استفاده می­شود. دوایر داخلی بین روکش و میلگرد از پیش با دوغاب پر می­شود. این سیستم محافظ خوردگی عموماً به نام “کپسوله کردن” مشهور است. روکش بایستی حداقل 1 میلیمتر ضخامت داشته باشد. همچنین، میلگردهایی با روکش اپوکسی بجای میلگردهای آجدار استفاده می­شوند. روکش اپوکسی یک ماده عایق است که مانع جریان الکتریسیته (که مساعد خوردگی می­باشد) می­شود.

شکل3. نمونه­ای از متمرکز کننده­های پی­وی­سی نصب شده بر روی یک میلگرد قبل از نصب و اجرای میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ)

شکل 4. میلگردهای (با رنگ روشن در انتهای میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ) کپسوله شده بوسیله روکش (رنگ تیره) قبل از اجرای میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ)

  • روکش دیوار (wall facing)

میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ) ­ها در رویه دیوار پایدارسازی شده به روکش اتصال می­یابند، که اغلب شامل یک روکش موقت شاتکریتی (مرحله اول) در حین ساخت، و یک روکش دائمی (مرحله دوم) از بتن CIP می­باشد. نقش روکش موقت نگهداری خاک واقع بین میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ) ­ها در حین حفاری، تامین اتصال اولیه میان میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ) ها، و تامین محافظت خوردگی غلاف و پوشش خاک در جبهه حفاری می­باشد. نقش روکش دائمی، تامین اتصال بین میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ) ­ها، محافظت خوردگی مضاعف، و تامین نمای زیبا می­باشد. روکش موقت معمولاً شامل شاتکریت و مش سیمی جوش شده و میلگردهای تکمیلی کوتاه­تر (به نام میلگردهای waler) در اطراف سر میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ) ­ها می­باشد، که بعد از اجرای هر ردیف از میخ (یا مسلح‌کننده نیلینگ) ­ها در زمین، کار گذاشته می­شوند. روکش دائمی معمولاً از بتن مسلح CIP و شاترکیت مسلح ساخته می­شود. همچنین ممکن است از پانل­های پیش ساخته برای ساخت روکش دائمی دیوار پایدارسازی شده استفاده شود، بویژه برای پروژه­هایی با الزامات زیباشناختی مخصوص یا مواقعی که پانل­های پیش ساخته ارزان­تر تمام شوند.

  • سیستم زهکشی

برای پیشگیری از ایجاد فشار آب در پشت روکش دیوار پایدارسازی شده، معمولاً بین روکش­های موقت و جبهه حفاری زهکش­های نواری ژئوکامپوزیتی قائم نصب می­شوند (شکل 5). سیستم زهکشی همچنین شامل یک زهکش پی و لوله جداری برای انتقال زه­آب جمع شده از رویه دیوار پایدارسازی شده به روش میخکوبی (یا نیلینگ) می­باشد. در برخی موارد نیز، زهکش­های افقی نصب می­شوند.

شکل 5. زهکش­های نواری زیر شاتکریت موقت