نیلینگ چیست؟
نیلینگ چیست؟
نیلینگ یا میخکوبی روش خلاقانه مهندسین استرالیایی بود که در حدود دهه 60 میلادی جهت پایدارسازی جدار تونل بکار گرفته شد. روش اجرای کار نیلینگ به این صورت است که ابتدا دیواره ها رگلاژ می شوند. سپس شبکه های مشهای فولادی بوسیله میخ های 50 سانتیمتری نصب می شوند و روی آن به ضخامت حدود 10 تا 15 سانتیمتر بتن پاشی می شود. مرحله بعد حفاری گمانه ها 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. 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 می گردد. گویی رانش خاک از طریق سیستم نیلینگ به خود خاک مهار می شود. نیلینگ یا میخکوبی بعدها توسط مهندسین آلمانی و فرانسوی در پایدارسازی ترانشه ها گالری تونلها و کوله پلها به کار گرفته شد.
پس از آن استفاده از نیلینگ به طور گسترده در طرح‌هاي مختلف عمراني نظير تثبيت ترانشه‌هاي خط آهن و بزرگراه‌ها، ساخت سازه‌هاي نگهبان گودبرداري شده در مناطق شهري جهت احداث ساختمان‌هاي بلند مرتبه که شامل چندين طبقه در داخل زمين هستند و تثبيت شيب‌هاي زمين در برابر لغزش‌هاي احتمالي به کار بسته شد. نیلینگ ديواره‌ها به معناي تسليح برجاي خاك موجود با نصب ميلگردهاي فولادي نزديك به هم (Nail) در يك سطح شيبدار با شيب ملايمي در حدود 10 تا 20 درجه در زير سطح افق يا در محل گودبرداري و با اجراي از بالا به پايين مي‌باشد. در اين روش اجرايي، ميخها (نیل ها) در هنگام بهره‌برداري تحت تنش‌هاي کششي قرار گرفته و پايداري ديوار را تامين مي‌کنند. فلسفه اصلی روش نیلینگ برمبنای پايدارسازی گوه لغزش به وسيله نیل ها استوار است. به طوري که در شکل زیر پيداست، سطح شکست و فروپاشی درخاک های با دانه بندی مختلط به صورت گوه خواهد بود. لذا بوسيله میخ ها (نیل ها) اين گوه به حجم پشتی خاک دوخته میشود و بر اين اساس اين گوه پایدار خواهد گرديد. ميلگردها معمولاً داخل گمانه‌هايي كه در ديواره خاكي ايجاد شده و توسط دوغاب سيمان با هدف جلوگيري از خوردگي ميلگردها وهمچنين انتقال مناسب تر نيروها بين خاك و ميلگرد پر مي‌شوند، قرار مي‌گيرند. اين عمليات يك مقطع مسلح پايدار ايجاد مي‌كند كه توانايي نگهداري خاك پشت خود را دارد. اين مسلح سازي به صورت Passiveعمل كرده و اثر خود را از طريق اندركنش خاك ميلگرد حاصل از ايجاد تغيير شكل در خاك، اعمال مي‌كند میخها (نیل ها) غالباً در كشش عمل مي‌كنند ولي در شرايط خاصي، عملكرد خمشي و برشي آنها نيز در نظر گرفته مي‌شود.
اثر مسلح سازي براي بهبود پايداري با دو عملكرد زير حاصل مي‌شود:
افزايش نيروي قائم و در نتيجه مقاومت برشي در سطح لغزش، در خاكهاي اصطكاكي.
کاهش نيروي رانشي در سطح لغزش در خاكهاي اصطكاكي و چسبنده.
پس از نصب ميلگردها، يك ديواره سطحي كم ضخامت كه معمولاً شامل شاتكريت با تسليح سبك مي‌باشد، سطح ديواره شيرواني يا گود را مي پوشاند. ضخامت ديواره شاتکريت شده نيز مابين 10 الی 15 سانتيمتر خواهد بود. هدف از اجراي اين ديواره جلوگيري از فرسايش سطحي خاك، ايجاد سطح تمام شده مناسبتر براي ساخت و سازهاي احتمالي بعدي، ایجاد لایه محافظ و یکپارچه و در نتیجه پخش یکنواخت نیروی عکس العمل و افزايش بازدهي عملكرد سيستم خاك تحكيم يافته بويژه در بخش هاي نزديك به ديواره گود مي‌باشد.
پایدارسازی گوه لغزش
پایدارسازی گوه لغزش توسط میخ کوبی
ديوارهاي ميخکوبي شده مي‌توانند به دو صورت موقت يا دائمي اجرا شوند. ميخ‌کوبي‌هاي موقت بسته به نوع خاک و طرح و اجرا داراي طول عمر سرويس کمتر از 18ماه هستند. سازه‌هاي ميخکوبي شده‌ي دائم طول عمر بيشتر از اين مقدار دارند. چنانچه يک گودبرداري توسط ديوارهاي ميخکوبي شده‌ي موقت مسلح شود، اما به دليل تأخيرات کارگاهي طول مدت ساخت بيشتر از 18 ماه طول بکشد، عوامل اجرايي موظف هستند از يک سيستم نگهداري دائمي براي تثبيت گودبرداري استفاده کنند. در اين روش سوراخ‌هايي در داخل زمين حفاري شده و سپس ميلگردهاي فولادي در آن کارگذاشته شده و فضاي خالي حفره را با دوغاب پر مي‌کنند که در ادامه به بررسی هر یک از مراحل اجرای آن پرداخته می شود.
کاربرد نیلینگ یا میخکوبی
روشهای مختلف پایدارسازی ترانشهها همواره با چالش های مختلفی روبروست. از این بین نیلینگ یا میخکوبی بدلیل مزایای فنی و اقتصادی گزینه مطلوب اغلب کارفرمایان بخش راه و ساختمان می باشد که بدون ایجاد معارض در محدوده پروژه، ضرایب اطمینان دیواره های گودبرداری را به بهترین شکل تامین می کند. به کارگیری دانش روز سیستم نیلینگ و پس کشیدگی المان های نیل این امکان را ایجاد کرد که تغییر مکان های مجاور ساختمان های فرسوده و معابر پرترافیک کاهش یابد. این فن آوری که اصطلاحاً انکراژ نامیده می شود با بکارگیری استرند چند رشته بجای میلگرد در گمانه ها به تنها گزینه پایدارسازی گودهای بالای 25متر تبدیل شدهاست.
روش اجرای نیلینگ یا میخکوبی
روش پيشنهادي به منظور اجراي نیلینگ جهت پايدارسازي ديواره گودها معمولاً مشتمل بر 5 مرحله اصلي گودبرداري مقطعي، حفاري گمانه‌ها، نصب ميلگرد تسليح، تزريق دوغاب سيمان، بتن پاشي و نصب صفحه و مهره مي‌باشد. پس از تكميل مراحل اجرايي فوق براي گام اول گودبرداري، اين مراحل براي گام هاي بعدي گودبرداري تا رسيدن به رقوم كف گود مورد نظر، تكرار مي‌گردد. اين مراحل به طور شماتيك در شكل زیر نشان داده شده است.
خاكبرداري
گودبرداري اوليه تا عمقي صورت مي‌پذيرد که ديواره‌ي گودبرداري شده بتواند در مدت کوتاهي بين 24 تا 48 ساعت پايداري خود را حفظ کند (آیین نامه). خاكبرداري مي‌بايست به صورت مرحله به مرحله انجام شده و پس از انجام هر مرحله از خاكبرداري مي‌بايست عمليات اجراي میخ کوبی در آن مرحله صورت گيرد و پس از اتمام عمليات، خاكبرداري مرحله بعد انجام مي‌پذيرد. عرض گودبرداري انجام شده حداقل بايد به اندازه‌اي باشد که بتوان ابزارهاي لازم را در محل مستقر کرد.
در هر مرحله خاكبرداري، عمق ديواره ايجاد شده بايستي پايداري لازم در حين اجراي میخ کوبی را داشته باشد، اصولاً عمق گودبرداري جهت تامين کوتاه مدت پايداري 2 متر مي‌باشد. البته با توجه به شرايط ژئوتكنيكي خاك ساختگاه ارتفاع مجاز خاكبرداري در هر مرحله تعيين مي‌گردد. 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
Ka= ضریب فشار اکتیو Hmax= حداکثر ارتفاع گود بدون نیاز به سازه نگهبان
γ= وزن مخصوص خاک F.S= ضریب اطمینان (معمولاً بین 1.5 تا 2)
حفاري
از آنجا که پیشرفت کار پایدارسازی در پروژه های 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 15متر می بایست بیشتر از گمانه های کوتاه باشد. همچنین در خاکهای درشت دانه که احتمال ریزش های موضعی گمانه و فرار هوا وجود دارد این مسئله اهمیت دارد. قدرت و سرعت دوران دستگاه حفاری نیز می بایست 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 می بایست متناسب با قطر گمانه مندرج در نقشه های اجرایی انتخاب شود. به جرات می توان 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.
نصب ميلگرد تسليح و تزريق دوغاب سيمان
پس از حفاري گمانه تا عمق موردنظر، عمليات نصب ميلگرد تسليح صورت مي‌پذيرد. عناصر تسليح معمولاً شامل آرماتورهای فولادي مي‌باشند و اغلب تو پر هستند اما مي‌توان از ميلگردهاي توخالي نيز مطابق آيين‌نامه‌ي اجرايي وزارت راه آمريکا مربوط به ميخکوبي با ميلگردهاي توخالي نيز استفاده کرد. به هر حال میلگردهای طراحی شده پس از حفاري درون گمانه قرار مي‌گيرند. جهت آنکه راستاي ميلگردها دقيقاً در امتداد محور استوانه‌ي چال‌هاي حفر شده باشد از ابزاري به نام مرکزکننده (اسپیسر یا سنترالیزر) استفاده مي‌شود. ميلگردها در داخل مرکزکننده‌ها فرو رفته و سپس در داخل چال، جاگذاري مي‌شوند. چنانچه شرايط خوردگي شديد باشد از پوشش اپوکسی مخصوصي جهت محاظت از ميخها استفاده مي‌شود. ميلگردهاي فولادی مسلح کننده مهمترين عنصر ديوارهاي ميخکوبي شده است. اين المان‌ها در سوراخ‌هايي که از پيش حفاري شده قرار گرفته و سپس يک شیلنگ دوغاب ريزي به انتهاي چال رفته و فضاي خالي باقي مانده را از انتها تا ابتداي چال دوغاب ريزي مي‌کند. شيب چال‌هاي حفر همانطور که پيش از اين نيز گفته شد به مقدار ملايمي در پايين سطح افق قرار دارد. لذا دوغاب با نيروي وزن وارد شده بر آن به خوبي در حفره‌ها جا مي‌گيرد. به چنين روشي، روش دوغاب ريزي ثقلي گفته مي‌شود که جزء روش‌هاي متداول در ميخکوبي به حساب مي‌رود. دوغاب نقش اصلي انتقال تنش از زمين به ميخها را ايفا مي‌کند.
مجموعه دستگاه تزريق از سه بخش ميكسر اوليه، ثانويه و پمپ تزريق تشكيل مي‌گردد. پس از اختلاط آب و سيمان به نسبت مشخص در ميكسرها، دوغاب سيمان از طريق شيلنگ‌هاي رفت و برگشت به درون گمانه حفر شده تزريق مي‌گردد. بسته به شرايط اين تزريق مي‌تواند در فشارهاي مختلفي صورت پذيرد. شكل زیر نمونه‌اي از روند نصب مسلح كننده را نشان مي‌دهد.
شاتکریت دیواره، نصب صفحه و مهره
پس از اتمام عمليات تزريق، سطح ديواره جهت جلوگيري از فرسايش و همچنين حفظ يكپارچگي بيشتر در عملكرد ميخ ها، توسط يك لايه بتن‌پاشي شده shotceret پوشانده مي‌شود. پوشش نوعي اتصال سازهاي در سيستم ايجاد مي‌کند و در میخکوبی ها دو نوع پوشش وجود دارد 1- پوشش موقت 2- پوشش دائمی. پوشش موقت نقش سطحي را ايفا مي‌کند که اجزاي سازهاي ميخکوبي را به يکديگر متصل مي‌نمايد. همچنین نوارهاي ژئوکامپوزيتي قبل از آنکه پوشش موقت اجرا شود در سطح گودبرداري کار گذاشته مي‌شود تا زه آب داخل خاک را هدايت کرده و از نفوذ آن به داخل پوشش ممانعت به عمل آورد (شکل زیر). همچنين پس از بتن پاشي موقت جهت اتصال كامل سر ميخها به ديواره و همينطور جلوگيري از بروز برش پانچ در ديواره و در صورت نياز تنش‌دهي به ميخ ها، يك صفحه فلزي به عنوان سر نيل بر روي ديواره قرار گرفته و توسط يك مهره به آرماتور درون گمانه متصل مي‌شود پوشش دايمي بعد از آنکه ميخها نصب و پوشش موقت شکل گرفت، اجرا مي‌شود. ضخامت اين پوشش كم بوده و غالباً به 10 تا 15 سانتيمتر محدود مي‌شود.
خصوصیات روش نیلینگ یا میخکوبی
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 می باشد. 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
نیاز به اخذ رضایت از همسایه ها
آلودگی صوتی ماشین آلات
