نیلینگ
نیلینگ چیست؟ نیلینگ یا میخکوبی روش خلاقانه مهندسین استرالیایی بود که در حدود دهه ۶۰ میلادی جهت پایدارسازی جدار تونل بکار گرفته شد. روش اجرای کار نیلینگ به این صورت است که ابتدا دیوارهها رگلاژ میشوند. سپس شبکه های مشهای فولادی بوسیله میخهای ۵۰ سانتیمتری نصب میشوند و روی آن به ضخامت حدود ۱۰ تا ۱۵ سانتیمتر بتن پاشی میشود. 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 میگردد. گویی رانش خاک از طریق سیستم نیلینگ به خود خاک مهار میشود. 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 طرح‌های مختلف عمرانی نظير تثبيت ترانشه‌های خط آهن و بزرگراه‌ها، ساخت سازه‌های نگهبان گودبرداری شده در مناطق شهری جهت احداث ساختمانهای بلند مرتبه که شامل چندين طبقه در داخل زمين هستند و تثبيت شيب‌های زمين در برابر لغزش‌های احتمالي به کار بسته شد . نیلینگ ديواره‌ها به معنای تسليح برجاي خاك موجود با نصب ميلگردهای فولادی نزديك به هم (Nail) در يك سطح شيبدار با شيب ملايمی در حدود 10 تا 20 درجه در زير سطح افق يا در محل گودبرداری و با اجرای از بالا به پايين مي‌باشد. در اين روش اجرايی، ميخها (نیل ها) در هنگام بهره‌برداری تحت تنش‌های کششی قرار گرفته و پايداری ديوار را تامين می کنند. فلسفه اصلی روش نیلینگ برمبنای پايدارسازی گوه لغزش به وسيله نیل ها استوار است. به طوريکه در شکل زیر پيداست، سطح شکست و فروپاشی درخاکهای با دانه بندی مختلط به صورت گوه خواهد بود. لذا بوسيله میخها (نیل ها) اين گوه به حجم پشتی خاک دوخته میشود و بر اين اساس اين گوه پایدار خواهد گرديد. ميلگردها معمولاً داخل گمانه‌هايی كه در ديواره خاكی ايجاد شده و توسط دوغاب سيمان با هدف جلوگيری از خوردگی ميلگردهاو همچنين انتقال مناسبتر نيروها بين خاك و ميلگرد پر می شوند، قرار می گيرند. اين عمليات يك مقطع مسلح پايدار ايجاد می كند كه توانايی نگهداری خاك پشت خود را دارد.اين مسلح سازی 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 خاصی، عملكرد خمشی و برشی آنها نيز در نظر گرفته می شود.
اثر مسلح سازی برای بهبود پايداري با دو عملكرد زير حاصل می شود:
۱- افزايش نيروی قائم و در نتيجه مقاومت برشی در سطح لغزش، در خاكهای اصطكاكی
۲- کاهش نيروی رانشی در سطح لغزش در خاكهای اصطكاكی و چسبنده
پس از نصب ميلگردها، يك ديواره سطحی كم ضخامت كه معمولاً شامل شاتكريت با تسليح سبك مي‌باشد، سطح ديواره شيروانی يا گود را می پوشاند. ضخامت ديواره شاتکريت شده نيز مابين ۱۰ الی ۱۵ سانتيمتر خواهد بود. هدف از اجرای اين ديواره جلوگيری از فرسايش سطحي خاك، ايجاد سطح تمام شده مناسبتر برای ساخت و سازهای احتمالي بعدب، ایجاد لایه محافظ و یکپارچه و در نتیجه پخش یکنواخت نیروی عکس العمل و افزايش بازدهی عملكرد سيستم خاك تحكيم يافته بويژه در بخش های نزديك به ديواره گود می باشد.
لغزش توسط نیلینگ یا میخکوبی
ديوارهای ميخکوبی شده مي‌توانند به دو صورت موقت يا دائمی اجرا شوند. ميخکوبی های موقت بسته به نوع خاک و طرح و اجرا دارای طول عمر سرويس کمتر از ۱۸ ماه هستند. سازه‌های ميخکوبی شده‌ی دائم طول عمر بيشتر از اين مقدار دارند. چنانچه يک گودبرداری توسط ديوارهای ميخکوبی شده‌ی موقت مسلح شود، اما به دليل تأخيرات کارگاهی طول مدت ساخت بيشتر از ۱۸ ماه طول بکشد، عوامل اجرايی موظف هستند از يک سيستم نگهداری دائمی برای تثبيت گودبرداری استفاده کنند. در اين روش سوراخ‌هايی در داخل زمين حفاری شده و سپس ميلگردهای فولادی در آن کارگذاشته شده و فضای خالی حفره را با دوغاب پر می کنند که در ادامه به بررسی هر یک از مراحل اجرای آن پرداخته میشود.
کاربرد نیلینگ یا میخکوبی
روشهای مختلف پایدارسازی ترانشه ها همواره با چالشهای مختلفی روبروست. از این بین نیلینگ یا میخکوبی بدلیل مزایای فنی و اقتصادی گزینه مطلوب اغلب کارفرمایان بخش راه و ساختمان میباشد که بدون ایجاد معارض در محدوده پروژه، ضرایب اطمینان دیوارههای گودبرداری را به بهترین شکل تامین میکند. به کارگیری دانش روز سیستم نیلینگ و پسکشیدگی المانهای نیل این امکان را ایجاد کرد که تغییر مکانهای مجاور ساختمانهای فرسوده و معابر پرترافیک کاهش یابد. این فن آوری که اصطلاحاً انکراژ نامیده میشود با بکارگیری استرند چند رشته بجای میلگرد در گمانهها به تنها گزینه پایدارسازی گودهای بالای ۲۵متر تبدیل شده است.
روش اجرای نیلینگ یا میخکوبی
روش پيشنهادی به منظور اجراي نیلینگ جهت پايدارسازي ديواره گودها معمولاً مشتمل بر ۵ مرحله اصلي گودبرداری مقطعی، حفاری گمانهها، نصب ميلگرد تسليح، تزريق دوغاب سيمان، بتن پاشی و نصب صفحه و مهره می باشد. پس از تكميل مراحل اجرايی فوق برای گام اول گودبرداری، اين مراحل برای گامهای بعدی گودبرداری تا رسيدن به رقوم كف گود مورد نظر، تكرار مي‌گردد. اين مراحل به طور شماتيك در شكل زیر نشان داده شده است.
خاكبرداری
گودبرداری اوليه تا عمقی صورت مي‌پذيرد که ديواره‌ی گودبرداری شده بتواند در مدت کوتاهی بين ۲۴ تا ۴۸ ساعت پايداری خود را حفظ کند (آیین نامه). خاكبرداری می بايست به صورت مرحله به مرحله انجام شده و پس از انجام هر مرحله از خاكبرداری می بايست عمليات اجراي میخکوبی در آن مرحله صورت گيرد و پس از اتمام عمليات، خاكبرداری مرحله بعد انجام می پذيرد. عرض گودبرداری انجام شده حداقل بايد به اندازه‌ای باشد که بتوان ابزارهای لازم را در محل مستقر کرد.
در هر مرحله خاكبرداری، عمق ديواره ايجاد شده بايستی پايداری لازم در حين اجرای میخکوبی را داشته باشد، اصولاً عمق گودبرداری جهت تامين کوتاه مدت پايداری ۲ متر می باشد. البته با توجه به شرايط ژئوتكنيكی خاك ساختگاه ارتفاع مجاز خاكبرداری در هر مرحله تعيين می گردد.
حفاری
حفاری محل ميخها می‌بايست در فواصل مشخص، مطابق نقشه‌های اجرايی به وسيله دستگاه حفاری ضربه‌ای D.T.H و يا مشابه آن صورت گيرد. حفاری گمانه‌های مورد نظر می‌تواند در جبهه‌های مختلف كاری صورت پذيرد.
حفاری به صورت چرخشی (Rotary Drilling) با هوا یا آب. این روش متداول‌ترین روش در حفاری میخها است.حفاری با لوله جدار (Driven Casing). استفاده از این روش در خاكهای ریزشی توصیه میشود.حفاری با سیستم خود حفار (Self Drilling Method) . استفاده از این روش در خاک‌های ریزشی مناسب بوده و دارای سرعت قابل قبولی اجرایی نیز است.حفاری با سیستم اوگر(Auger) در گذشته استفاده از روشهای کوبشی میخها نیز مرسوم بوده که امروزه بدلیل راندمان کم و مشکلات فنی و اطمینان کم منسوخ شده است.
جزییات اجرایی‌‌حفاری
قطر حفاری میخها معمولاً بین ۷۶ تا ۲۰۰ میلیمتر استمی باشد. دوغاب مورد استفاده معمولاً از اختلاط آب و سیمان با نسبت وزنی ۰/۴ تا ۰/۷ است. در برخی موارد نیز از افزودنی‌هایی مانند ماسه و یا مواد شیمیایی استفاده می شود. قطر آرماتور مورد استفاده معمولاً بین ۱۸ تا ۴۰ میلیمتر است.فواصل قائم و افقی میخها بین ۱/۲۵ تا ۲ متر متغییر است و معمولاً به طور مساوی انتخاب میشوند.زاویه حفاری و قرارگیری میخها نسبت به افق بین ۱۰ تا ۲۰ درجه بوده که در اکثر موارد ۱۵ درجه در نظر گرفته میشود.حداکثر طول میخها جهت دارا بودن کارایی کافی برابر با ۱۸ متر است.
نصب ميلگرد تسليح و تزريق دوغاب سيمان
پس از حفاری گمانه تا عمق مورد نظر، عمليات نصب ميلگرد تسليح صورت می‌پذيرد. عناصر تسليح معمولاً شامل آرماتورهای فولادی بوده و اغلب تو پر هستند. می‌توان از ميلگردهای توخالی نيز استفاده کرد. به هر حال میلگردهای طراحی شده پس از حفاری درون گمانه قرار می‌گيرند. جهت آنکه راستای ميلگردها دقيقاً در امتداد محور استوانه‌ی چال‌های حفر شده باشد از ابزاری به نام مرکز کننده (اسپیسر یا سنترالیزر) استفاده میشود. ميلگردها در داخل مرکز کننده‌ها فرو رفته و سپس در داخل چال، جاگذاری میشوند. چنانچه شرايط خوردگی شديد باشد از پوشش اپوکسی مخصوصی جهت محاظت از ميخها استفاده میشود. ميلگردهای فولادی مسلح کننده مهمترين عنصر ديوارهای ميخکوبی شده است. اين المان‌ها در سوراخ‌هايی که از پيش حفاری شده قرار گرفته و سپس يک شیلنگ دوغاب ريزی به انتهای چال رفته و فضای خالی باقي مانده را از انتها تا ابتدای چال دوغاب ريزی میکند. شيب چال‌های حفر به مقدار ملايمی در پايين سطح افق قرار دارد. لذا دوغاب با نيروی وزن وارد شده بر آن به خوبی در حفره‌ها جا می‌گيرد. به چنين روشی، روش دوغاب ريزی ثقلی گفته میشود که جزء روشهای متداول در ميخکوبی به حساب می‌رود. دوغاب نقش اصلی انتقال تنش از زمين به ميخها را ايفا میکند.
شاتکریت دیواره، نصب صفحه و مهره
پس از اتمام عمليات تزريق، سطح ديواره جهت جلوگيری از فرسايش و همچنين حفظ يكپارچگی بيشتر در عملكرد ميخها، توسط يك لايه بتن‌پاشی شده ( شاتکریت) پوشانده میشود. پوشش، نوعی اتصال سازهای در سيستم ايجاد میکند و در میخکوبی‌ها دو نوع پوشش، موقت و دائمی وجود دارد. پوشش موقت نقش سطحی را ايفا میکند که اجزای سازهای ميخکوی را به يکديگر متصل می‌نمايد. همچنین نوارهای ژئوکامپوزيتی قبل از آنکه پوشش موقت اجرا شود در سطح گودبرداری کار گذاشته میشود تا زه آب داخل خاک را هدايت کرده و از نفوذ آن به داخل پوشش ممانعت به عمل آورد. همچنين پس از بتن پاشی موقت جهت اتصال كامل سر ميخها به ديواره و همين طور جلوگيری از بروز برش پانچ در ديواره و در صورت نياز تنش‌دهی به ميخها، يك صفحه فلزی به عنوان سر نيل بر روی ديواره قرار گرفته و توسط يك مهره به آرماتور درون گمانه متصل میشود. پوشش دايمی بعد از آنکه ميخها نصب و پوشش موقت شکل گرفت، اجرا میشود. ضخامت اين پوشش كم بوده و غالباً به ۱۰ تا ۱۵ سانتيمتر محدود است.
مقایسه سایر روشهای مهار با روش نیلینگ
نیلینگ روش جديدی است كه به دليل اقتصادی بودن و مزايای منحصر بفرد خود، به عنوان راه حل بسيار مناسبی در موارد مختلف از جمله افزايش ظرفيت باربری و محدود كردن تغيير شكل‌ها با ايجاد حداقل دست خوردگی در وضعيت طبيعی زمين، كاربردهای فراوانی دارد. استفاده از اين روش تسليح خاک، جهت پايدارسـازی گودبرداریها و همچنين پايدارسازی شیب‌های طبـيعی كاربرد وسيعی پيدا كرده است. برخی از كاربردهای وسيع اين روش تسليح خاك شامل پايدارسازی شيب‌های طبيعی يا ترانشه‌های مجاور راه‌ها، تعريض راه‌ها، گودبرداری در مجاورت سازه‌های موجود، پايدارسازیی و مقاوم‌سازی سازه‌های نگهبان قديمی و … است.
▪ روش مهار (anchoring)
تفاوت اصلی روش مهار اصطکاکی با روش نیلینگ در پیش تنیده کردن مهارها است که باعث کاهش تغییر شکل گود میشود. به دلیل عمق زیاد گودبرداری لزوم بکار گیری مهار‌های اصطکاکی پیش تنیده جهت کاهش تغییر شکل‌ها وجود دارد.
▪ انکراژ (Anchorage)
سیستم انکراژ مشابه روش نیلینگ است با این تفاوت که در این سیستم با مکانیزمی خاص قسمتی از انکر جاگذاری شده را (که می تواند آرماتور یا استرند باشد) تزریق نمی‌کنند تا با کشش آن قسمت، جلوی جابه‌جایی دیواره به طور کامل گرفته شود. نیروی پیش تنیدگی خاصی در سیستم نیلینگ اعمال نمی‌شود و حرکت توده خاک موجب ایجاد نیرو در میخهای میشود. سيستم مهاری به دليل پيش تنيدگی مهارها، قبل از حركت توده خاك نيروی بزرگی وجود دارد كه سبب كاهش قابل توجه تغيير شكل‌ها میشود.
مزایا روش مهار سازی انکراژ
▪ کنترل تغییر مکان‌ها به وسیله پس تنیدگی
▪ ایمنی بیشتر
▪ کنترل کیفی بهتر به دلیل کشش انکرها
معایب روش مهار سازی انکراژ
▪ نیاز به تجهیزات و ابزار پیشرفته
▪ عدم کارایی در خاک‌های مساله دار (حفرات زیر زمینی، چاه، انبار و…)
▪ به دلیل ضرورت اجرای عملیات به صورت مرحله به مرحله، به زمان زیادی نیاز دارد البته این امر در پروژه‌های بزرگ مطرح نیست. بلکه بر عکس زمان کلی اجرای کار نیز، به ویژه با مدیریت صحیح، کاهش یابد.
▪هزینه اجرای عملیات به دلیل تکنولوژی پیشرفته‌تر، در مقایسه با روشهای ساده‌تر بیشتر است، ولی در پروژه‌های بزرگ و در احجام زیاد این امر مطرح نشده و بر عکس هزینه کلی کار کاهش یابد.
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 میباشد. 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
کاربرد نیلینگ در پروژه‌های عمرانی
▪ پایدارسازی ترانشه‌ها در احداث بزرگراه‌ها و راه آهن‌ها.
▪ پایداری جداره تونلها و سازه‌های زیرزمینی
▪ پایدارسازی و حفاظت گود در سازه‌های مناطق شهری، ساختمانهای مجاور گود، ایستگاه‌های زیرزمینی مترو
▪ پایدار سازی کوله‌های مجاور پلها در زمین‌های سست و ریزشی
اصول طراحی نیلینگ (nailing)
مراحل طراحی سیستم نیلینگ مطابق زیر است.
▪ هندسه سازه مشخص شود.
▪ عمق و زاویه شیب خاکبرداری مشخص شود.
▪ بارگذاری و سربار بارهای وارده به Nail و موقعیت سطح افزایش تخمین زده شود.
▪انتخاب نوع آرماتور شامل سطح مقطع، طول و فاصله از یکدیگر و در هر تراز مقاومت موضعی آنها تضمین شده تا مقاومت از نظر استحکام و ظرفیت چسبندگی برای تحمل نیروها تخمین زده و با ضریب اطمینان مناسب و قابل قبول کنترل شوند.
▪ پایداری کل سازه نگهدارنده و خاک اطراف آن در زمان حفاری گود و ایجاد پله‌های حفاری و بررسی و کنترل ضریب اطمینان قابل قبول.
▪ تخمین نیروهای وارده بر صفحه فولادی Bearing plate
▪ در نظر گرفتن سطح پیزومتریک آب‌های زیر زمینی و لحاظ نمودن سیستم زهکش
در آخر
استفاده از روش نيلينگ به عنوان يك سيستم حفاظت جداره ترانشه و گود در مناطق شهری و فضاهای محدود بسيار كارا بوده وبه دليل امكان هم زمانی اجرا در چند جبهه كاری از سرعت خوبی برخوردار می باشد و با توجه به درجه پايداری امكان اجرای گود قائم وجود داشته و همچنين در انواع شرايط خاك ، اجرای آن امكان پذير می باشد كه مهمترين ويژگی اين روش محسوب می شود و برای سازه های زير زمينی بخصوص در فضای های محدود شهری مانند ايستگاه های مترو مناسب می باشد.
