در این سری از مقالات سایت به بررسی طراحی میکروپایل با رویکرد بررسی طول غوطه وری و ظرفیت انتهایی میکروپایل و اثرات اصطکاک منفی در سایت های با خاک دارای قابلیت تراکم پرداخته شده است.
طول غوطه وری
در راستای بررسی روش های بهسازی و فونداسیون عمیق ، جزئیات طراحی میکروپایل در شکل ۱ نشان داده شده که طول غوطه وری و ظرفیت انتهایی میکروپایل و اصطکاک منفی جداره را نشان می دهد.
با این جزئیات (که در درجه اول برای میکروپایل های دارای محدوده پوشش تشکیل شده در خاک استفاده می شود) فرض بر این است که بخشی از بار طراحی توسط قسمت کیسینگ به زمین اطراف (بالا تر از طول غوطه وری) منتقل می شود. همانطور که در شکل ۱ دیده میشوداین مورد باعث کاهش باری که باید توسط قسمت بدون پوشش میکروپایل تحمل شود، میشود .
این مورد می تواند طول کمتری از فولاد را از طریق قسمت بدون پوشش تقویت کند تا نیازهای مقاومت سازه را برآورده کند.
کاهش بار اعمال شده به طول بدون کیسینگ، بار انتقالی Ptransfer نامیده می شود.
بار محوری مجاز منتقل شده از طریق طول غوطه وری Ptransfer-allowable بصورت زیر محاسبه میشود:
مقدار این بار بر اساس مقاومت باند دوغاب و خاک αbond(آمده در شکل ۲) به طور یکنواخت در طول غوطه وری عمل می کند.
باید اشاره کرد که دستیابی قابل اعتماد به این انتقال بار به روش نصب کیسینگ، به نوع خاک خاص و روش تزریق بستگی دارد تا پوشش دوغاب کافی بین پوشش و زمین اطراف بدست آید.
به همین دلایل، طرح های میکروپایل که شامل طول غوطه وری و کاهش میزان بار محوری در قسمت بدون کیسینگ بدست می آید باید توسط اطلاعات حاصل از آزمایش ها در پروژه های بارگذاری مختص به هر سایت و بهسازی خاک در قسمتی که انتقال بار محوری در بالای طول غوطه وری است اندازه گیری شوند و یا بوسیله تست های بارگذاری مورد تأیید قرار بگیرند. استفاده از Ptransfer ممکن است محافظه کارانه باشد.
ظرفیت باربری نوک میکروپایل
به دلیل سطح مقطع نسبتاً کوچک این نوع از فونداسیون عمیق، ظرفیت تحمل بار بدست آمده از قسمت انتهایی در خاک یا سنگ ضعیف قابل اغماض میباشد.
میکروپایل ها که بر روی سنگ سالم با کیفیت بالا بنا شده اند، ممکن است ظرفیت خود را در درجه اول از طریق ظرفیت باربری نوک و در مرحله دوم توسط مقاومت جانبی بدست آوردند.
در این حالت،باید اطمینان حاصل شود که میکروپایل بر روی یک تخته سنگ و یا روی بستر نرم زیری دارای حفره به انتها نرسد.
در بررسی روش های بهسازی و مواردی که ظرفیت انتهایی فونداسیون عمیق در نظر گرفته می شود، باید بررسی های دقیق تر زیرسطحی به اندازه کافی دقیق باشد تا بتوان کیفیت سنگ را تعیین کرد (شکل ۳).
طراحی میکروپایل های دارای ظرفیت باربری انتهایی ممکن است مشابه ظرفیت باربری شمع درجا انجام شود و یا براساس تجربه آزمایش بار گذاری قبلی انجام شود.
به طور معمول، می توان از یک سوکت سنگی با طول اسمی حدود ۰.۶ متراستفاده کرد تا اطمینان حاصل شود که میکروپایل در واقع بر روی سنگ با کیفیت بالا بنا شده است.
در مواردی نیازمند به بهسازی و فونداسیون عمیق، ظرفیتی انتهایی بر روی سنگ سالم بوسیله ظرفیت سازه ای میکروپایل کنترل میشود زیرا میتوان ظرفیت باربری بالایی از میکروپایل های واقع بر روی سنگ بدست آورد.
اصطکاک منفی
میکروپایل ها ممکن است تحت فشارهای محوری اضافی قرار بگیرند. زیرا نیروهای زمین در تماس با قسمت کیسینگ میکروپایل (یعنی بالاتر از منطقه پیوند) نسبت به میکروپایل به سمت پایین وارد میشوند و تمایل دارند که میکروپایل را به سمت پایین بکشند.
نیروهای رو به پایین ناشی از سازه قرار گرفته در روی سطح زمین به بار های وارده به میکروپایل اضافه میشود(کاربر این کتابچه راهنما مرجع NHI/FHWA برای طراحی شمع های کوبشی و شمع های درجا (FHWA-NHI-05-042 and FHWA-IF-99-025)برای اطلاعات پیش زمینه در مورد اصطکاک منفی و روشهای محاسبه نیروهای اصطکاک منفی ارجاع میدهد.
پتانسیل اصطکاک منفی در زمانی وجود دارد که خاک در سطح نشست کند و سازه فونداسیون از خاک های نشست کرده عبور کند و به لایه ژیومتریال نسبتن سخت برسد.
افزایش احتمالی نیرو های اصطکاک منفی در پروژه های نیازمند به بهسازی و دارای خاک مسیله دار در موقعیت های زیر باید در نظر گرفته شود:
- محل سایت دارای سیلت با قابلیت تراکم پذیری ، خاک رس ،ذغال سنگ نارس باشد
- خاکریزی اخیرا روی خاک های قدیمی تر انجام شده باشد
- آب زیرزمینی بطور قابل ملاحظه ای کاهش یافته باشد
-
طراحی در برابر میکروپایل
اگر تجزیه و تحلیل یا محاسبات نشان دهد که خاک های سطحی بیش از میکروپایل به سمت پایین حرکت می کنند و اگر فرض شود که نیروی اصطکاک منفی در امتداد میکروپایل از سطح زمین به بالای منطقه پیوند ادامه پیدا کند، می توان یک راه حل محافظه کارانه ارایه داد.
برای محاسبه نیروی اصطکاک منفی از مواد ضعیف فوقانی، باید از مقادیر مقاومت باند دوغاب با خاک آمده در شکل ۲، با توجه به روش تزریق استفاده شده در طول ایجاد شده در مواد نسبتاً ضعیف استفاده شود.
حداکثر بار در امتداد در بالای ناحیه پیوند اتفاق می افتد که مجموع نیروی اصطکاک منفی و بار اعمال شده در بالای میکروپایل است و ظرفیت ساختاری میکروپایل باید با این بار کلی مقایسه و بررسی شود.
استفاده از فونداسیون عمیق برای سیستم فونداسیون در سایتهایی که نیروی اصطکاک منفی موجب نگرانی است مزایای زیادی دارد.
سطح کوچک یک میکروپایل منجر به انتقال نیروی اصطکاک منفی نسبتا کم خاک نشست کرده به میکروپایل می شود.
جدا کردن بیشتر فونداسیون عمیق از خاکهای در حال حرکت می تواند با استفاده از قرار دادن یک کیسینگ خارجی بزرگ اضافی انجام شود.
از میکروپایل های مایل در شرایط خاکی که انتظار نشست های بالایی میرود به دلیل نیروهای خمشی اضافی وارد شده به میکروپایل، ، نباید استفاده شود.
