انکراژ یک روش پایدارسازی گود است که از میل مهارها به عنوان المانهای مسلح کننده خاک در مواردی که انتظار جابجایی و تغییر شکل های جانبی در دیواره گود وجود دارد استفاده شده و باعث پایدارسازی خاک میشود. به عبارت دیگر، به کار بردن میل مهارها باعث میشود تا جابجاییهای کمتری در خاک دیوارههای گود و سازههای مجاور گود صورت بگیرد.
بهطور کلی، سیستم سازه نگهبان نیلینگ و عملکرد رفتاری آن با توجه به حالت غیر فعال این سیستم، نوع جابجایی و تغییر شکلهای جانبی در خاک برای نگهداری توده خاک است، در حالی که برخی از مواقع حتی تغییر شکلهای کوچک جانبی نیز برای ساختمان یا تاسیسات مجاور گود خطرناک است.
بنابراین استفاده از سیستمهایی که به طور بالقوه فعال هستند (همانند سیستم میل مهار) میتواند این معضل را برطرف نماید. از این رو، طول میل مهار باید به گونه ای انتخاب شود که طول گیرداری میل مهار در بخش مقاوم خاک قرار بگیرد و با کشیدن میل مهار، همراه توده فعال خاک حرکت نکند.
تفاوت انکراژ و نیلینگ
هر دو روش انکراژ و نیلینگ از رایج ترین روشهای پایدارسازی گودبرداری هستند. نیلینگ در اصل میخگذاری خاک و انکراژ مهارگذاری آن است.این دو روش شباهتهای زیادی به یکدیگر دارند، اما مهمترین تفاوتهای میان آنها شامل موارد زیر میشود:
- هزینه پایینتر نیلینگ نسبت به انکراژ.
- روش نیلینگ فضای زیادی را اشغال نمیکند و از این رو فضای بیشتری را در اختیار مصالح و عبور دستگاهها قرار میدهد.
- انکراژ به مصالح و تجهیزات بیشتری نیاز دارد.
- سرعت گودبرداری در نیلینگ بالاتر از انکراژ است.
- در روش انکراژ از میلگردهای فولادی که 6 تا 8 برابر فولاد معمولی مقاوم هستند، استفاده می شود.
- در روش انکراژ، میلگردها تحت فرآیند پیش تنیده شدن قرار می گیرند. به همین دلیل روش انکراژ از قدرت بیشتری در مهار نیروی رانشی و ریزشی زمین برخوردار است.
- روش نیلینگ به صورت مقاوم (Passive) و روش انکراژ به صورت فعال (Active) عمل میکند.
مزایا روش انکراژ
از مهمترین ویژگیها و مزایای انکراژ نسبت به روشهای دیگر میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- مشخصات مکانیکی خاک، هم بر اثر تزریق بتن در درون چالهها و هم بر اثر فشرده شدن خاک ناشی از پیش تنیدگی استرندها، بهبود مییابد. به همین دلیل علاوه بر آنکه از خاک پایدار برای مهار رانش خاک ناپایدار کمک گرفته میشود، میزان رانش ناشی از بخش ناپایدار خاک نیز بر اثر بهبود مشخصات مکانیکی خاک کاهش مییابد.
- نیاز به فضای کاری کم (بدون استفاده از قالب و…) دارد.
- توانایی تحمل نیروهای افقی نسبتا زیاد بدون افزایش قابل توجه در ضخامت دیوار دارد.
- در صورت لزوم میتوان نگهدارندههای موقت را حذف کرد.
- کاهش حجم عملیات حفاری و گمانه زنی روی دیواره گود را به همراه دارد.
- کنترل تغییر شکلهای جانبی دیواره گود نسبت به روشهای مشابه مثل میخ گذاری یا نیلینگ بیشتر است. به همین دلیل استفاده از این روش در گوهایی که در مجاورت آنها ساختمان وجود دارد، بسیار مناسبتر میباشد.
- به دلیل استفاده از تکنولوژی پیشرفتهتر، معمولا هزینه و زمان اجرای کار با این روش، در پروژههای بزرگ کمتر است و ایمنی آن در مقایسه با سایر روشهای سادهتر بیشتر میباشد.
معایب روش انکراژ
- از آنجایی که در روش انکراژ مهارها برداشته نمیشوند، به همین دلیل این امر میتواند در بهرهبرداری آینده زمینهای مجاور، از جمله عملیات ساخت و ساز و حفاری خاک در آنها به منظور احداث ساخت نظایر آن، باعث بروز مشکلات و سختی اجرا در آنها شود.
- استفاده از بدنه خاک مجاور دیواره گود و محوطه اطراف آن ضروری است، به همین دلیل در مواردی که خاک مجاور گود در زیر یک ساختمان یا در حریم همسایه یا در حریم تاسیسات و معابر شهری باشد، یا از این روش نمیتوان استفاده کرد، یا استفاده از آن با محدودیت همراه است و اخذ رضایت کتبی و قانونی مالک یا مالکان آن ساختمانها ضروری است.
- انکراژ در پروژههای کوچک، به دلیل ضرورت اجرای عملیات به صورت مرحله به مرحله، به زمان زیادی نیاز دارد ولی با مدیریت صحیح میتوان تا حد زیادی از این امر جلوگیری کرده یا تاثیرات آن را کاهش داد.
- در پروژههای کوچک، هزینه اجرای عملیات انکراژ در مقایسه با روشهای سادهتر، معمولا بیشتر است.
- روش انکراژ به دلیل استفاده از تکنولوژی پیشرفتهتر، به دستگاههای خاص نظیر دریل واگن، تزریق، پیش تنیدگی و غیره نیاز دارد.
- این روش به دلیل استفاده از تکنولوژی پیشرفتهتر، به افراد با تخصصهای بالاتر در ردههای مختلف برای طراحی و اجرای عملیات مربوطه، در مقایسه با روشهای سادهتر، نیاز دارد.
روش اجرا میل مهار (انکراژ)
به طور کلی، روش اجرای انکراژ به ترتیب مراحل زیر صورت میگیرد:
1) گودبرداری مقطعی
ابتدا حدود 2 یا 3 متر از عمق گود با توجه به آزمایشهای مکانیک خاک و گمانه زنی خاکبرداری میشود. عمق خاکبرداری در هر مرحله به عوامل مختلفی نظیر جنس خاک، پارامترهای مقاومت برشی، ظرفیت باربری، میزان نفوذ آبهای سطحی و میزان سربار متغیر آن بستگی دارد. در نظر داشته باشید که این عمق باید کمتر از عمق بحرانی باشد.
2) حفاری گمانهها
پس از خاکبرداری، در مرحله اول چالههایی به کمک دستگاه دریل واگن حفاری میشوند. شیب، قطر، طول و تعداد چالهها مطابق محاسبات مربوط به پایداری ترانشه و نقشههای اجرایی انکراژ است. معمولا شیب چالهها زاویه 10 تا 15 درجه نسبت به افق دارد، قطر آنها 10 تا 15 سانتیمتر و طول آنها 5 تا 15 متر است که در فواصل یک تا دو متری اجرا میشوند.
در مواردی که گود به خیابان نزدیک است و احتمال آسیب زدن به تاسیسات شهری وجود داشته باشد، از اجرای عملیات حفاری و قرار دادن میل مهارها در چند متر ابتدایی عمق گود اجتناب میشود. همچنین، پیش از شروع به حفاری چالهها از ساختمانهای مجاور بازدید شده و احتمال ورود میل مهارها به زیرزمین، قنات و چاههای فاضلاب ساختمان کناری را بررسی میشود.
۳) نصب میل مهار ها و تزریق دوغاب سیمان
برای تسلیح خاک در روش انکراژ، از دو نوع میل مهار میلهای با تنش تسلیم تقریبی 400 مگاپاسکال، و کابل مهاری با تنش تسلیم تقریبی 1800 مگاپاسکال استفاده میشود.
به دلیل بیشتر بودن تنش تسلیم کابلهای مهاری نسبت به میلگردها، معمولا استفاده از کابل در روش انکراژ رایجتر است. کابل شامل چند استرند بوده که هر استرند از چندین مفتول فولادی تشکیل شده است. استرند به معنای رشته بوده و کابلها معمولا 5 رشتهای یا 7 رشتهای هستند. محدودیت طولی در مورد کابلها وجود نداشته و بهتر است برای طولهای زیاد از کابل به جای میلههای فولادی استفاده شود.
براساس کاربرد، میل مهارها را به دو گونه کاربرد موقت (عمدتا برای پایدارسازی گودها) یا کاربرد دائمی (معمولا برای پایدارسازی ترانشههای مسیر) تقسیمبندی میکنند. میل مهارهای دائمی دارای عمر مفید ۷۵ تا ۱۰۰ سال هستند اما کاربرد میل مهارهای موقت بسته به نوع پروژه بین ۱۸ تا ۳۶ ماه یا کمتر است.
در روش انکراژ، دو ناحیه مقاوم و فعال خاک را پیش از حرکت توده فعال توسط اعمال نیروی پیش تنیدگی به هم میدوزند. زمانی میتوان میل مهار را کشید و پیش تنیده کرد که در یک طولی گیردار شده باشند و بر اثر نیروی کشش از خاک بیرون نیایند.
همچنین بخشی از طول میل مهارها باید آزاد باشد تا تحت نیروی کشش اضافه طول پیدا کرده و پیش تنیده شود. از این رو، قسمتی که قرار است طول آزاد را تامین کند در غلاف قرار گرفته و با چسب مخصوص و اسفنج آب بندی میشود تا گروت تزریق وارد آن نشده و امکان تغییر طول میل مهار وجود داشته باشد. سپس شیلنگ یا لوله تزریق به طولی برابر با کل طول میل مهار امتداد یافته، به آن بسته شده و به همراه آن وارد چاله میشود.
میل مهارها در روش انکراژ از سه قسمت سر میل مهار، طول آزاد با غلاف و طول گیرداری تشکیل شدهاند. طول گیرداری در خاک درگیر شده و در هنگام کشش استرند، در برابر بیرون آمدن آن از درون خاک مقاومت میکند. همچنین طول آزاد باید مهار نشده باشد تا بتواند بر اثر کشیده شدن، آزادانه تغییر طول دهد.
در صورتی که میل مهار از نوع میلهای باشد (برای مثال میلگرد با قطر 40 میلی متر باشد) نکات زیر را برای پایدارسازی گود به روش انکراژ در نظر بگیرید:
- حداقل طول بخش آزاد 3 متر
- حداقل طول بخش گیرداری 6 متر
- رزوه یک سر میلگردها برای بستن صفحه باربر به طول حداقل ۱۰ سانتی متر
- استفاده از پوشش رزین اپوکسی روی آرماتورها در خاکهای خورنده
- وصله میل مهارهای با طول بیش از ۱۲ متر تنها به روش کوپلینگ یا فورجینگ
- استفاده از میلگردها آجدار ازنوع AIII با قطر حداقل ۲۵ میلی متر. (قطر معمول میلگردها برای انکراژ ۲۸، ۳۲ و ۴۰ میلی متر است.)
- استفاده از اسپیسر پلاستیکی (فاصله گذار) برای قرار گیری آرماتور در وسط چاله در فواصل حداکثر 3 متری
در صورتی که میل مهار از نوع کابلی باشد نکات زیر در پایدارسازی گود به روش انکراژ در نظر گرفته شود:
- حداقل طول بخش آزاد 4.5 متر
- حداقل طول بخش گیرداری 6 متر
- استفاده از سنترالایزر (مرکز نگهدارنده) برای قرارگیری کابل در وسط چاله در فواصل حداکثر 3 متری
برای تزریق گروت و ایجاد دو بخش طول گیرداری و طول آزاد دو روش وجود دارد:
- روش اول:
استرند را به طول مورد نظر میبریم، و سپس با استفاده از یک لوله لاستیکی یا پلاستیکی نرم که قطر داخلی آن کمی بیشتر از قطر کلی استرندها است، روی بخش مهارنشده را میپوشانیم. پس از آن در محل مرز بین دو طول گیرداری و طول آزاد، با استفاده از اسفنج و چسبهای ویژه، درز بین استرند و لوله محصور کننده آن را کاملا می بندیم و طول کل چاله را دوغاب تزریق میکنیم.
با تزریق دوغاب تمامی طول استرند قرار گرفته در چاله در دوغاب غوطه ور میشود، اما قسمتی از طول استرند که در داخل لولههای لاستیکی قرار نگرفته است، مستقیما در داخل دوغاب قرار خواهد گرفت؛ به همین دلیل پس از سخت شدن دوغاب، در آن مهار شده و بخش گیرداری را تشکیل خواهد داد.
قسمتی از طول استرند که در داخل لولههای لاستیکی قرار گرفته است، مستقیما در داخل دوغاب قرار نخواهد گرفت. دوغاب فقط روی لوله لاستیکی را میپوشاند ولی خود استرند داخل لوله آزادی عمل برای تغییر شکل خواهد داشت. به همین دلیل پس از سخت شده دوغاب، به صورت آزادنه میتواند تغییر شکل دهد.
- روش دوم:
پیش از وارد کردن استرندها به داخل چالهها، در محل مرز دو بخش گیرداری و آزاد استرندها، قطعهای به نام پکر را روی استرندها قرار میدهیم و سپس استرندها را همراه با پکرها به داخل چالهها وارد میکنیم.
دوغاب به وسیله پکر با فشار 5 تا 8 بار به انتهای گمانه تزریق شده تا پیوستگی بین میل مهار و خاک ایجاد شود. پکرها شیلنگ های چندلایه با قابلیت تحمل فشارهای بالا هستند.
معمولا از سیمان پرتلند برای تزریق استفاده میشود. نسبت آب به سیمان بین 0.4 تا 0.5 به همراه استفاده از روان کنندهها است. سایر افزودنیها شامل زودگیرکنندهها، کندگیرکنندهها، منبسطکنندهها و عوامل کاهنده آب میتواند در صورت نیاز استفاده شوند.
به وسیله پکر دوغاب را در داخل بخش گیرداری استرندها در داخل چاهکها تزریق میکنیم. پکر موجب آن میشود که این دوغاب نتواند به بخش آزاد استرندها وارد شود. یک نوع پکر، به شکل یک قطعه پارچهای برزنتی است که در محل مرز دو بخش گیرداری و آزاد، با دو بند به استرند بسته میشود. حجم متورم شده پارچه موجب مسدود شدن مسیر بین دو بخش گیرداری و آزاد میشود.
در هر یک از چالهها، معمولا از چند استرند استفاده میکنند. استرندها در طول مهار شده نباید به هم بچسبند. بدین منظور، از قطعاتی به نام فاصله نگهدار استفاده میشود. در طول این استرندها از تعدادی قطعه به نام وسط نگهدار استفاده میکنند. استفاده از این قطعات موجب میشود که پس از قرار دادن استرندها در داخل چالهها، مجموعه استرندها در وسط چاله قرار گرفته و به کف چاهک نچسبد.
سپس همراه با استرندها، شیلنگ تزریق را به انتهای داخلی آنها میبندیم. معمولا این شیلنگ از وسط فاصله نگهدار عبور میکند. آنگاه این استرندها را درون این چالهها به گونهای قرار میدهیم که سر متصل به شیلنگ آنها رو به داخل باشد.
همچنین، یک شیلنگ کوتاهتر را نیز درون چاله و در قسمت نزدیک به سر چاله قرار میدهیم. سپس سر چاله را با ملات گچ و سیمان، به ضخامت حدود ۱۰ سانتیمتر میبندیم تا تحمل فشار ناشی از تزریق را داشته باشد و در هنگام تزریق دوغاب با پمپ، نتواند به بیرون بیاید.
4) پیش تنیدگی میل مهار ها
پس از رسیدن گروت یا دوغاب به مقاومت مطلوب (حدود 7 تا 10 روز پس از تزریق)، میل مهارها کشیده شده تا پیش تنیده شوند.
در صورتی که میل مهار میلهای باشد، صفحه باربر به کمک مهره شش گوش به میلگرد رزوه شده و بسته میشود. صفحه باربر یک صفحه فولادی به ضخامت تقریبی 2 سانتیمتر و ابعاد حدود 25 در 25 سانتیمتر است که مشخصات دقیق آن در نقشههای اجرایی ذکر میشود.
این صفحه مشابه همان صفحهای است که در روش نیلینگ با عنوان سر نیل از آن نام برده شد، با این تفاوت که معمولا از صفحه سر نیل ضخیمتر است. سپس میل مهارها به کمک جک کشیده میشوند. نیروی کشش جک متناسب با قطر و جنس آرماتورها محاسبه میشود.
در صورتی که میل مهار کابل باشد، برای کشیدن کابلها علاوه بر صفحه باربر به صفحه گوه و گوه نیاز است. استرندها از صفحه باربر و صفحه گوه رد شده و به وسیله گوه قفل میشوند.
صفحه گوه یا سر انکر یک استوانه فولادی است که روی آن سوراخ های مخروطی شکل تعبیه شده است. گوهها نیز قطعات مخروطی شکل توخالی هستند داخل صفحه گوه قرار گرفته و برای ممانعت از حرکت استرندها پس از کشیدن آن ها استفاده میشوند.
جک باید کاملا در آکس میله یا کابل قرار گیرد. بهتر است جکها به دو گیج مجهز باشند تا در صورت خرابی یک گیج، امکان ادامه روند کشش وجود داشته باشد.
5) اجرای پوشش رویه
به منظور جلوگیری از فرسایش و هوازدگی خاک، جلوگیری از ریزش خاک در فضاهای بین میل مهار ها و حفظ یکپارچگی میل مهارها، بعد از تزریق گروت در چالهها، روی سطح خاک مش گذاری شده، با بتن شاتکریت پوشانده شده و با شمشه کشی صاف میشود.
در برخی موارد به دلیل سست بودن خاک و احتمال ریزش دیواره گود در اثر ایجاد لرزشهای ناشی از حفاری چالهها در عمقهای محدود و کم، ابتدا دیواره گود را بتن پاشی موقت نموده و سپس شروع به حفاری چالهها میکنند.
در مواردی که احتمال دارد آب از هر طریقی مثل برف و باران به خاک نفوذ کند و سبب ناپایداری خاک شود و یا به دلیل بالا بودن تراز آب های زیر زمینی لازم است پیش از مش گذاری و اجرای شاتکریت سیستم زهکشی توسط نوارهای زهکش یا زهکشهای لولهای عمقی تعبیه شود.
با پوشاندن سطح خاک از بتن شاتکریت منافذ خاک بسته شده و آبی که وارد خاک شده در پشت سطح شاتکریت شده یک فشار هیدرواستاتیک به سطح شاتکریت شده وارد می کند. علاوه بر این فشار، آب اصطکاک بین دانه های خاک را کاهش داده و احتمال جابه جایی توده فعال خاک را بیشتر میکند.
لذا برای تخلیه زودتر آب از نوارهای قائم ژئوسنتتیک به عرض تقریبی ۵۰ سانتی متر در فواصل ۲ تا ۵ متری روی سطح خاک و زیر مش گذاری استفاده میشود. این نوارها مانع از چسبیدن بتن شاتکریت به سطح خاک و بسته شدن منافذ خاک شده و آب از طریق این نوارها به سمت پایین گود حرکت کرده و از پشت سطح شاتکریت شده خارج می شود.
نوارهای زهکشی باید تا عمق نهایی گود امتداد یابند. نوارهای زهکش در هر مرحله خاکبرداری در پایین گود لوله شده تا در خاکبرداریهای بعدی با قسمت بعدی حداقل ۳۰ سانتی متر روی هم اورلب شوند. حداقل عرض نوارهای زهکش ۲۰ سانتی متر است.
در صورت استفاده از زهکشهای لولهای عمقی حداکثر فاصله لولهها از هم ۶ متر و حداقل قطر لولهها ۱۰ سانتی متر لحاظ شود. نکته مهم این است که جهت جلوگیری از نشت گروت سیمان به داخل لولهها هنگام تزریق، لولهها باید دو روز پس از تزریق نصب شوند.
بعد از قرار دادن نوارهای زهکش، مشها با قطر ۶ یا ۸ میلی متر با چشمههای ۱۰ و ۱۵ سانتی متری روی سطح خاک قرار گرفته و عملیات شاتکریت آغاز میشود. دقت کنید که مش به سطح خاک نچسبد و به اندازه نصف ضخامت مورد نظر بتن شاتکریت به وسیله اسپیسر (فاصله گذار) از سطح خاک فاصله بگیرد.
مشهای فلزی باید به اندازه حداقل یک چشمه روی هم اورلب شوند.معمولا ضخامت شاتکریت در حدود ۱۰ تا ۱۵ سانتی متر است. ماسه مورد استفاده در شاتکریت باید کاملا شسته و بدون خاک باشد. ماسه خاک دار پرت مصالح را کمتر کرده و چسبندگی بتن بیشتر میشود اما مقاومت بتن به شدت کاهش مییابد.
شیلنگ شاتکریت باید به صورت عمود بر سطح با فاصله حدود ۰٫۶ تا ۱٫۵ متر از دیوار قرار گیرد. حداقل به مدت ۳ روز باید سطح شاتکریت شده آب پاشی و عمل آوری شود.
نکات مهمی که باید در مورد انکراژ بدانید
- اجرای سولجرها جهت افزایش مقاومت سطح در برابر برش پانچ و تقویت پایداری جداره گود است. اگر از سولجر استفاده نکنیم، باید به روش بلوک و مهاری از 2 پلیت فلزی یا پد بتنی جهت اجرای انکراژ استفاده کنیم.
- بین بلوکهای بتنی را میتوان با آرماتور یا شبکه سیمی جوش شده، مش بندی کرده و با استفاده از روش شاتکریت، آن را بتن پاشی کرد. در پشت این دیوارها، باید از نوارهای ژئوکامپوزیتی زهکش استفاده کرد.
- استفاده از این روش موجب آن میشود که نیروی پیشتنیدگی موجود در کابل، خاک را فشرده سازد و در نتیجه خاک، فشردهتر و متراکم تر شده و نیروی رانشی ناشی از آن کاهش یابد.
- کل نیروی رانش خاک مجاور جداره گود، به خاکهای داخل بدنه دورتر دیواره منتقل شده و خاک پایدار بدنه انتهایی، به عنوان سازه نگهبان عمل کرده و رانش خاک ناپایدار بدنه مجاور جداره گود را تحمل میکند.
- روش انکراژ را میتوان هم در خاک و هم در سنگ اجرا کرد. رفتار خاکهای مختلف در این روش حاکی از آن است که احتمالا رسهای نرم تنها نوع خاکهایی هستند که رفتار آنها در روش انکراژ قابل اعتماد نیست.
- در روش انکراژ تا پایان عمل کشیدن تاندونهای پیش تنیدگی، نباید قسمت ناپایدار خاک تحت تزریق قرار گیرد. زیرا این قسمت از کابل باید امکان افزایش طول کافی بر اثر اعمال نیروی کششی بر آن را داشته باشد.
- پس از اتمام عمل کشش کابل، میتوان به این قسمت نیز دوغاب تزریق کرد. اجرای این عمل، هنگامی مطلوب است که احتمال خوردگی کابل وجود داشته باشد یا گودبرداری روباز به مدتی طولانی تحت بهره برداری قرار گیرد.
- فشار تزریق دوغاب سیمان در داخل خاک، چیزی در حدود 0.35 تا 10 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع است.
- در خاکهای چسبنده، به منظور افزایش ظرفیت باربری کابل با میل مهار میتوان انتهای چالهها را به صورتی گشادتر حفر کرد.
- ظرفیت میل مهار در خاکهای دانهای به عواملی چون میانگین اندازه دانهها D50، ضریب یکنواختی Cu، دانسیته نسبی RD، طول گیرداری، قطر سوراخ حفاری، روش تزریق (اولیه و ثانویه) و فشار دوغاب بستگی دارد.
- هرچه مقادیر RD ،Cu ،D50 و فشار تزریق بالاتر باشد، ظرفیت انتقال بار میل مهار افزایش مییابد. طول گیرداری بین ۴ تا ۸ متر متداول است که طول گیرداری ۶ متر طول حداقل قابل توصیه برای ماسههای ریز تا متوسط است و حداقل این میزان برای خاکهای شنی ممکن است کمتر باشد.
مهندس علی اصغر الیاسی
09112931003