• آرماتورگذاری (تسلیح) در اجرای عملیات ریزشمع یا میکروپایل

میزان تسلیح فولادی قرار داده شده در یک ریزشمع (یا میکروپایل) بر اساس بارگذاری تکیه­ گاه­های آن و سختی مورد نیاز برای محدود کردن جابجایی الاستیک تعیین می­شود. سیستم تسلیح ممکن است شامل یک میلگرد منفرد، یک گروه از میلگردها، یک غلاف لوله فولادی یا فولاد سازه­ای نورد شده باشد.

  • جاگذاری آرماتورها

آرماتورها را هم می­توان قبل از تزریق جاگذاری نمود، و یا اینکه بعد از ریختن دوغاب درگمانه و قبل از بیرون کشیدن غلاف موقت (اگر استفاده شده باشد)، درون دوغاب راند. سطح آرماتورها بایستی عاری از اجزاء مضر همچون خاک و گل باشد که موجب آلودگی دوغاب یا آرماتور گردیده و کیفیت مجموعه خاک- دوغاب را معیوب می­سازد. آرماتورها بایستی با دقت در مرکز گمانه قرار داده شوند تا با پوشش دوغاب کافی محافظت گردند.

  • انواع آرماتورها

توضیحات بیشتر در مورد انواع مختلف آرماتورگذاری ذیلاً اشاره شده است.

  • میلگردهای فولادی تقویت بتن (rebar)

معمولاً از فولاد تقویتی استاندارد (جدول 1)، منطبق بر ASTM A615/AASHTO M3 and ASTM A706 با تنش گسیختگی 240 تا 520 مگاپاسکل استفاده می­شود. اندازه میلگردها از قطر 25 م.م تا 63 م.م متغیر است. معمولاً یک میلگرد منفرد استفاده می­شود، اما استفاده از میلگردهای گروهی نیز امکان دارد. در میلگردهای گروهی، تک تک میلگردها را می­توان با استفاده از جداکننده یا گره­زدن به آرماتورهای دورپیچ، برای تامین فضا برای جریان دوغاب بین آرماتورها و تضمین حجم لازم دوغاب بین میلگردها (شکل 1) جدا نمود یا اینکه می­توان میلگردها را دسته­ بندی نمود، مشروط بر اینکه طول بسط کافی برای هر دسته تامین شود. برای شرایطی که ارتفاع مفید محل اجرا کم است، جاییکه جاگذاری طول کامل آرماتورها میسر نیست، می­توان از کوپلینگ استفاده کرد.

  • میلگردهای فولادی آجدار پیوسته

میلگردهای تقویتی فولادی آجدار، مانند میلگردهای آجدار بین المللی سیستم دیویداج “DSI”یا میلگردهای تمام آجدار ویلیام می­باشند. میلگرد آجدار DSI، که بنام شمع GEWI (شکل 2 و جدول 2) شناخته می­شود، در سرتاسر جهان برای تقویت ریزشمع (یا میکروپایل) ­ها رایج می­باشد. میلگرد گامی تیز گوشه دارد، که در طی پروسه تولید بطور پیوسته بر روی آن نورد شده است. این میلگردها در قطرهای 19 م.م. تا 63 م.م. از جنس فولادهایی منطبق بر ASTM A615/AASHTO M31، با تنش گسیختگی 520 تا 550 مگاپاسکال موجود می­باشند. قطرهای 44 تا 63 م.م بیشتر استفاده می­گردند. میلگرهای فولادی مقاومت بالا منطبق بر ASTM A722/ASHTO M275، با مقاومت نهایی 1035 مگاپاسکال نیز در قطرهای 26، 32 و 36 م.م. موجود می­باشند.

جدول 1. ابعاد، مقاومت نهایی و مقاومت گسیختگی میلگردهای تقویتی استاندارد
نوع 520 نوع 420
63 57 43 36 57 43 36 32 29 25 اندازه میلگرد (mm)
3168 2581 1452 1006 2581 1452 1006 819 645 510 مساحت (mm2)
1742 1334 751 520 1068 600 416 339 267 211 تنش تسلیم (kN)
2168 1770 997 690 1601 901 624 508 400 316 مقاومت نهایی (kN)
نکته:

1.      فولاد نوع 420 دارای تنش تسلیم fy= 420 MPa و مقاومت نهایی کششی fu= 620 MPa

2.      فولاد نوع 520 دارای تنش تسلیم fy= 520 MPa و مقاومت نهایی کششی fu= 690 MPa

3.      میلگرد آجدار 63 م.م در سیستم DSI دارای مقاومت تسلیم حداقل fy= 550 MPa می­باشد

میلگردهای آجدار ویلیام، در قطرهای20 م.م. تا 53 م.م. از جنس فولادهایی مطابق با ASTM A615/AASHTO M31 و در قطرهای 25 م.م تا 45 م.م از فولاد مطابق بر ASTM A615/AASHTO M31، با مقاومت نهایی 1035 مگاپاسکال موجود می­باشند. نسبت ارتفاع به فاصله (تندی گام) این میلگردها نسبت به میلگردهای دیویداج کمتر است. آج میلگردها نه تنها متضمن تشکیل مجموعه دوغاب- فولاد می­باشد، بلکه همچنین اجازه می­دهد که بتوان جهت حصول ظرفیت باربری کششی- فشاری، میلگردها را بوسیله کوپلینگ به هم جفت نمود. آج پیوسته همچنین اتصال شمع به سازه را تسهیل می­کند، جاییکه میلگرد به صفحه مهار وصل می­شود. جهت اتصال به صفحه از یک مهره شش گوش استفاده می­شود. ضمناً آج پیوسته موجب سهولت تنظیم موقعیت صفحه می­گردد.

  • میلگردهای فولادی تمام آجدار تو خالی

میلگردهای تقویتی فولادی تو خالی با طول تماماً آجدار، شامل دیویداج (نوع MAI)، Ischebeck Titan و Chance IBO Injrcytion Boring Roda می­باشند. این گونه میلگردها هم مزیت آجدار بودن را دارند و هم اینکه مغزه تو خالی اجازه می­دهد که از میلگرد جهت حفاری گمانه شمع استفاده ­گردد. یک سر مته به انتهای میلگرد نصب می­شود و میلگرد در حالیکه دوغاب از میان سوراخ میلگرد به سمت سرمته پمپ می­شود، حفاری می­کند. متعاقباً می­توان از سیالی مانند آب یا هوا، جهت انتقال دوغاب از میان میلگرد، بعد از حفاری تا عمق نهایی استفاده نمود.

آج پیوسته اجازه می­دهد که بتوان میلگرد را بریده و کوپل کرد و امکان استفاده از مهره­های شش گوش برای اتصال سر شمع را میسر می­سازد. اشکال عمده این نوع آرماتور، هزینه بالای آن است. جدول 3 اندازه­ های مختلف و ظرفیت­های مقاومتی MAI ، Titan و IBO را ارائه می­کند.

  • غلاف فولادی شمع

با گرایش به سمت ریزشمع (یا میکروپایل) ­هایی که بتوانند بارهای بیشتری را با جابجایی­های کم تحمل کنند و قادر به تحمل بارهای جانبی باشند، تسلیح شمع با غلاف فولادی رایج گردید. تسلیح شمع، سختی آن را تامین نموده و ظرفیت برشی و خمشی معقولی را جهت مقاومت در برابر بارهای جانبی تامین می­کند.

این نوع تقویت شمع هم می­تواند با استفاده از غلاف حفاری بعنوان یک تقویت کننده دائم و یا با جاگذاری یک لوله دائم با قطر کوچک­تر درون غلاف حفاری ایجاد گردد. استفاده از غلاف حفاری برای تقویت کل طول شمع معمولاً برای ریزشمع (یا میکروپایل) ­های بنا شده بر سنگ­ها کاربرد دارد، جاییکه بیرون کشیدن غلاف برای تزریق فشاری ضروری نمی­باشد. طول قطعات شمع مورد استفاده، بواسطه طول دکل مته و با ارتفاع فضای کار مشخص می­شود. قطعات غلاف در داخل شمع معمولاً با یک اتصال پیچی که صیقل داده می­شود به هم جفت می­شوند. سطح کاهش یافته اتصال آجدار بایستی در طرح سازه­ای شمع، بویژه برای ظرفیت باربری کششی و خمشی لحاظ گردد. روش­هایی برای تقویت اتصالات آجدار وجود دارد که می­تواند مقاومت معادل تمام بخش­های غلاف را تامین کند.

لوله ­هایی که برای اجرای ریزشمع (یا میکروپایل) ­ها مورد استفاده قرار می­گیرند از جنس فولادهای منطبق بر ASTM A53, A519, A252, A106 با مقاومت تسلیم 241 مگاپاسکال موجود می­باشند. لوله موجود می­تواند تعیین کننده نوع فولاد مصرفی باشد. ایراد عمده استفاده از این نوع لوله­ ها مقاومت تسلیم نسبتاً پایین آنها و هزینه خیلی بالای آنها در هر متر طول می­باشد.

ممکن است از غلافAPI 5CT or 5L  نیز استفاده گردد. مقاومت تسلیم بالا (حدود 551 مگاپاسکال) موجب تحمل بارهای زیاد شده و مقاومت اتصالات آجدار صیقل داد شده را بهبود می­بخشد. همچنین لوله­های نورد شده با قیمت­های معقول موجود می­باشند. در اکثریت قریب به اتفاق ریزشمع (یا میکروپایل) ­های ظرفیت بالای اجرا شده در ایالات متحده از غلاف N-80 استفاده شده است. استفاده از این لوله مستلزم بررسی کیفیت فولاد با استفاده از آزمایش­های کششی و شیمیایی نمونه فولاد بجای گواهینامه نورد می­باشد، که عمدتاً هم این گواهینامه ­ها در دسترس نمی­باشند.

بدلیل مقاومت بالا و ترکیبات شیمیایی غلاف API N-80، جوش­پذیری غلاف مستلزم پروسه­ جوشکاری مخصوصی می­باشد. قبل از جوشکاری غلاف N-80، بایستی پروسه جوشکاری جهت اخذ تاییدیه به کارفرما ارائه شود. ابعاد لوله­ ها و مقاومت تسلیم آن، برای انواع مختلف فولادها در جدول 4 ارائه شده است.

جدول 2. اطلاعات فنی میلگردهای آجدار دیویداج (Courtesy of DSI)
DYWIDAG THREAD BARS TECHNICAL DATA [METRIC UNITS]
Steel grade

fy / fu

N/mm2 , (MPa)

 قطر اسمی سطح مقطع (AS; mm2) بار تسلیم

Py=fy×AS

(kN)

 بار نهایی

Pu=fu×AS

(kN)

 وزن واحد طول

Kg/m

 حداکثر قطر میلگرد

mm
mm #
413/620 MPa CSA G30.18M92

Hot-Rolled Reinforcing Threadbar

 19

22

 #6

#7

 284

387

 117

160

 2.24

3.04

 22.0

25.3
Tie rods Hanging rods 25 #8 510 211 3.97 28.5
Gewi-piles Anchor bolts 28 #9 645 266 5.06 32.2
Concrete reinforcig Seismic anchors 32 #10 819 338 6.40 36.4
Rock bolts Ground anchors 35 #11 1000 415 7.91 41.0
Soil nailing Precast connection 44 #14 1452 600 11.38 47.3
57 #18 2581 1066 20.24 64.0
517/690 MPa CSA G30.18M92

Hot-Rolled Reinforcing Threadbar

 19

22

 #6

#7

 284

387

 146

200

 2.24 22.0

25.3
3.04
(SAME AS ABOVE) 25 #8 510 263 3.97 28.5
57 #18 2581 1234 20.24 64.0
63.5 #20 3167 1742 24.86 69.0
500/550 MPa CSA G30.18M92 Quenched & Tempered Weldable Low Alloy Threadbar 25T 25T 491 246 3.85 28.5
28T 28T 616 308 4.83 32.2
Seismic Restrainers   Seismic Anchor

Ductile Reinforcement

Cold Region Anchors and Anchor Bolts

 32T 32T 804 402 6.31 36.4
40T 40T 1260 628 9.87 44.4
50T 50T 1960 982 15.41 56.0
835/1030 MPa CSA G279  M82

Hot-Rolled Proof Stressed Relieved

 26 1″ 551 460 568 4.48 31.0
32 1.25″ 806 673 828 6.53 37.0
P.T. Ground Anchors   Post-Tensioning 36 1.375″ 1018 850 1049 8.27 41.4
900/1100 MPa  Hot-Rolled Threadbar 15 0.625″ 177 159 195 1.50 18.0
Form Ties Temp. Soil Nailing

Post-Tensioning

 20 0.75″ 315 284 347 2.60 23.0
800/900 MPa  Cold-Rolled Threadbar 15 0.625″ 190 150 170 1.40 17.0
Form- Use Temp. Soil Nailing 20 0.75″ 335 270 300 2.50 22.0
480/600 MPa DSI-MAI

Hollow-Core  Self drilling  Injection Anchors

 R25N

R32N

 1″

1.25″

 150

230

 200 2.60 25.0
280 3.50 32.0
Temporary Shoring Temp. Soil Nailing R38N 1.5″ 430 500 6.00 38.0
Micropiles

(Gewi-piles)

 Overburden Drilling

Without Casing

 R51N 2″ 630 800 9.63 61.0
مدول الاستیسیته فولاد تقریباً برابر 200000 مگاپاسکال می­باشد.
جدول 3. میلگردهای تو خالی- تزریق از داخل میلگرد
وزن

(kg/m)

 قطر (mm) ظرفیت (kN) تنش گسیختگی

(kN)

 اندازه میله
بیرونی داخلی بار طرح 60% بار طرح 70% آزمایش 80% نهایی 100%
6/2 25 12 120 140 160 200 150 MAI

R32N
5/3 32 18 168 196 224 280 230 MAI

R25N
6 38 19 300 350 400 500 430 MAI

R38N
6/9 51 34 480 560 640 800 630 MAI

R51N
9/6 40 16 396 462 528 660 525 Titan

40/16
8/12 73 53 696 812 928 1160 970 Titan

75/53
7/24 103 78 1170 1365 1560 1950 1570 Titan

103/78
5/2 25 12 114 133 152 190 160 IBO

R2512
5/3 30 19 150 175 200 250 220 IBO

3220
6/6 38 17 294 343 392 490 420 IBO

3817
جدول 4. مقاومت تسلیم و ابعاد لوله­ های مرسوم ریزشمع (یا میکروپایل)
لوله API N-80 – اندازه­های معمول
 قطر خارجی غلاف  (mm) 7/139 8/177 8/177 5/244
ضخامت (mm) 17/9 65/12 18.54 99/11
مساحت (mm2) 3760 6563 9276 8756
مقاومت گسیختگی (kN) 2075 3619 5117 4829
لوله  ASTM A519 , A106- اندازه­های معمول
قطر خارجی غلاف  (mm) 3/141 3/168 2/203 1/273
ضخامت (mm) 7/12 7/12 74/12 9/15
مساحت (mm2) 5128 6204 8230 12820
مقاومت گسیختگی (kN) 1919 2319 3075 4794

نکته :

  1. قطر خارجی غلاف (OD) و ضخامت دیوار (t) ابعاد اسمی و ظاهری می­باشند.
  2. مساحت فولاد با رابطه AS= (π/4)×(OD2 – ID2) بدست می­آید.
  3. تنش اسمی تسلیم برای API N-80 برابر Fy= 551 MPa می­باشد.
  4. تنش تسلیم اسمی برای ASTM A519 & A106 برابر Fy= 241 MPa می­باشد.
  5. سایر اندازه لوله­ها، کمتر تولید می­شوند. برای تهیه آنها باید با تولید کننده تماس بگیرید.

سیستم تقویتی مرکب

برای ریزشمع (یا میکروپایل) ­های با غلاف گذاری دائمی با طول کم (نوع C1، C2 و C4)، استفاده از یک میلگرد فولادی برای تقویت بخش­های تحتانی شمع رایج می­باشد، که منتج به شمع­های تقویت شده مرکب می­شود (شکل 3). برای تحمل بارهای کششی، ممکن است میلگرد تقویتی تا بالای ریزشمع (یا میکروپایل)  ادامه داشته باشد. استفاده از سیستم تقویتی مرکب بر پیچیدگی­های تحلیل سازه­ای شمع می­افزاید.