یکی از راهکارهای استفاده از فونداسیون های عمیق بعد از بررسی روش های بهسازی خاک در خاک هایی با مشکلات نشست و ظرفیت باربری، استفاده از میکروپایل ها یا همان ریزشمع میکروپایل از دیدگاه ژئوتکنیکی ( طراحی ژئوتکنیکی میکروپایل ) آورده شده است.
طراحی میکروپایل (از دیدگاه طراحی ژئوتکنیکی میکروپایل-گام ۸ آیین نامه FHWA)
بخش ۵ آیین نامه سازمان راه‌ها و بزرگراه‌های آمریکا (DESIGN OF MICROPILES FOR STRUCTURE FOUNDATIONS)
۵.۹. گام ۸: ارزیابی ظرفیت ژئوتکنیکی میکروپایل
۵.۹.۱. ساخت طیف مربوط به ناحیه باند
باند بین دوغاب و خاک در یک طول معین از ریزشمع می بایست در برابر بارهای فشاری و کششی ماکزیمم وارده بر بالای میکروپایل مقاومت کند. این طول به طول باند یا ناحیه باند در ادبیات فنی شناخته می شود. این طول می تواند در بیشتر لایه های خاک و سنگ با یک سری تفاوت های اساسی در مقاومت باند بین دوغاب و خاک تشکیل گردد. هدف از این طراحی از لحاظ ظرفیت ژئوتکنیکی، ارزیابی طول مورد نیاز این باند برای مقاومت در برابر بارهای کششی و فشاری با اعمال ضریب اطمینان مشخص (در ادامه توضیح داده شده است) می باشد.
به عنوان بخشی از این گام طراحی، تمام گمانه‌ها می بایست بازبینی شوند تا طیف مناسبی برای درنظرگیری ناحیه باند و تغییرات مهم در شرایط زیرسطحی مشخص گردد. هماند انکرها، انباشته های مشخصی از خاک عموما برای اجرای میکروپایل و تشکیل باند بین خاک و دوغاب مناسب نیستند که بعضی از این انباشته ها شامل موارد زیر می گردد:
- خاک های نباتی
- خاک های چسبنده با میانگین شاخص روانی بزرگتر از ۰.۲
- خاک های چسبنده با میانگین حد روانی بزرگتر از ۵۰
- خاک های چسبنده با میانگین شاخص خمیری بیشتر از ۲۰.
میکروپایل های اجرا شده در اینگونه خاک ها ممکن است دچار تغییرشکل های خزشی بسیار بزرگی تحت بار تست و یا بار سرویس شوند. اما اگر در اینگونه خاک ها میکروپایل استفاده گردد، آزمایش های تفصیلی و ضرایب اطمینان به مراتب بزرگتری برای تعیین ظرفیت ژئوتکنیکی باید استفاده گردد.
۵.۹.۲. انتخاب تنش باند نهایی و محاسبه طول باند
ظرفیت ژئوکنیکی مجاز به صورت فرمول زیر محاسبه می گردد:
که در این فرمول:
a bond: مقاومت نهایی باند مربوطه بین دوغاب و خاک،
FS: ضریب اطمینان مربوط به مقاومت نهایی باند،
Db: قطر سوراخ حفاری و
Lb: طول باند می باشد.
در اکثر موارد، فرمول بالا برای محاسبه طول تخمین زده شده مورد استفاده قرار می گیرد تا در برابر بار ماکزیمم فشاری و کششی که مقدار مجاز آن از طراحی میکروپایل بر اساس طراحی سازه‌ای آن به دست آمده است، مقاومت کند. بدین منظور فرمول بالا می تواند به صورت زیر بازنویسی گردد.
که در این فرمول P G-allowable برابر با مقدار بار ماکسیمم کششی یا فشاری مدنظر طراحی در نظر گرفته می شود.
طراحی میکروپایل (طراحی ژئوتکنیکی میکروپایل)
جدول ۵-۳ آیین نامه FHWA راهنمای تخمین مقاومت نهایی باند بین دوغاب و خاک می باشد. این جدول بازه های مختلفی از مقادیر مقاومت باند را برای انواع روش های تزریق (type A, type B, type C, type D) در انواع شرایط خاک‌ها شامل می شود.
برای اکثر پروژه های میکروپایل(ریزشمع)، در اسناد قراردادی می بایست حداقل طول باند ذکر گردد. این طول باند بر اساس محاسبات فرمول بالا تعیین می گردد. غییر از مواردی که مهندس طراح ممکن است در زمین های مشابه تجربیات اجرای میکروپایل داشته باشد، مقادیر در نظر گرفته شده برای مقاومت باند با توجه به جدول ۵-۳ نباید از میانگین بازه های داده شده بیشتر در نظر گرفته شود. اگرچه نوع خاصی از اجرای میکروپایل توسط پیمانکار(type A, type B, type C, type D) اجرا می گردد، اما مهندس طراح بهتر است برای کار در سنگ فرض را بر اجرای نوع A و برای اجرا میکروپایل در خاک فرض را بر طرح B قرار دهد.
- :مراجع مربوط به بازه های مقادیر مقاومت آورده شده در جدول ۵-۳ و و اطلاعات بیشتر در مورد تخمین ظرفیت باند بین دوغاب و خاک در مقالات زیر در دسترس می باشد
- “GEC No. 4, Ground Anchors and Anchored Structures”, FHWA Report No. FHWA-IF-99-015, (1999) Micropile Design
- “Post-Tensioning Institute (PTI) Recommendations for Prestressed Rock and Soil Anchors”, (۲۰۰۴)
- “Construction, Carrying Behavior, and Creep Characteristics of Ground Anchors,” H. Ostermayer, Conference on Diaphragm Walls and Anchorages, Institute of Civil Engineers, London, (1975) Micropile Design
- “Ground Control and Improvement” by P.P. Xanthakos, L.W. Abramson, and D.A. Bruce, (1994)
- “Drilled and Grouted Micropiles State-of-the-Practice Review”, FHWA Report Nos. RD-96-016/017/018/019; Volumes I – IV, (1997)
- “Tiebacks”, FHWA Report No. FHWA/RD-82/047, (1982)
- Permanent Ground Anchors”, FHWA Report No. FHWA-DP-68-1R(1988).
-
خلاصه ای از مقادیر مربوط به مقاومت باند بین دوغاب و خاک در طراحی میکروپایل یا ریزشمع از دیدگاه ژئوتکنیکی
طراحی میکروپایل (طراحی ژئوتکنیکی میکروپایل)
برای همه پروژه های بزرگراه، برخی از آزمایش های بارگذاری خاص در محل روی میکروپایل ها (ریزشمع) می بایست انجام شود و نتیجه این آزمایشات بارگذاری برای درنظرگیری ضریب اطمینان اعمال شده به ظرفیت نهایی طراحی مورد استفاده قرار گیرد. در هر صورت، ضریب اطمینان ۲ با توجه به آزمایشات بارگذاری زیر پیشنهاد می گردد:
- حداقل یک آزمایش تاییدی (Verification test) قبل از شروع اجرای میکروپایل ها و سپس یک یا چند آزمایش بارگذاری تاییدی ریزشمع در هر بخش از زمین که نوع زمین فرق کرده است انجام شود. مقادیر بیشتر آزمایش های تاییدی ممکن است برای یک پروژه مشخص بزرگتر بیشتر در نظر گرفته شود.
- در طی نصب و اجرای میکروپایل ها آزمایش های شاهد (Proof test) می بایست روی تعداد مشخصی از کل میکروپایل ها انجام گیردو به طور کلی آزمایش های شاهد ممکن است روی ۵ درصد کل میکروپایل ها در نظر گرفته شود. موارد مختص مربوط به یک آزمایش شاهد در بخش ۷ مورد بحث قرار گرفته است.
برای پروژه هایی که باند میکروپایل قرار است در خاک هایی با پتانسیل خزشی، خاک هایی با پلاستیسیته بالا، سنگ ضعیف و یا هر نوع خاک با مشخصات ضعیف، بهتر است ضریب اطمینان برای تخمین طول باند ۲.۵ در نظر گرفته شود. برای ریزشمع های های نصب شده در خاک های مستعد خزش، آزمایش بارگذاری، اندازه گیری تغییرشکل های میکروپایل را در طی یک بازه زمانی بزرگ باید در نظر بگیرد. میزان تغییرمکان اندازه گیری شده با ماکسیمم حرکت خزشی مجاز باید مقایسه گردد (این مطلب در بخش ۷ با جزییات توضیح داده شده است).
