ایستاسازه
En Ar

خانه - خدمات ایستاسازه - پایدارسازی گود عمیق - استفاده از اعضای مارپیچ در فعالیت های ژئوتکنیکی (Helical Nails & Anchors)

امروزه اهمیت فعالیت­ های ژئوتکنیکی در پروژه های عمرانی بر کسی پوشیده نیست. بستر اصلی تمام پروژه های عمرانی، با طرح­ های ژئوتکنیکی آغاز می­شود. عمده فعالیت­ های ژئوتکنیکی به مباحث پایدارسازی گود و بهسازی خاک معطوف می شوند. برای پایدارسازی گود و بهسازی خاک روش ­های متفاوتی وجود دارد که بر اساس نیاز پروژه و همچنین مدیریت مالی پروژه، این روش ­ها انتخاب می­ گردند.
امروزه در سرتاسر جهان از روش های جدید و موثر برای این منظور استفاده می­ شود که یکی از این روش­ ها استفاده از المان­ های مارپیچ (انکر مارپیچ – میخ مارپیچ – شمع مارپیچ – ریزشمع مارپیچ) است. استفاده از المان های مارپیچ به دلیل نصب بسیار سریع و بارگذاری فوری، منجر به کاهش هزینه های مالی و همچنین زمان اجرای پروژه می گردد. از طرفی نیاز به ماشین ­آلات مهندسی سنگین و نیروی انسانی مورد نیاز برای اجرای پروژه به شدت کاهش می­یابد.

 المان­ های مارپیچ متشکل از یک شفت فولادی و تعدادی صفحات مارپیچ است. شفت فولادی با مقاطع دایره­ ای و مربعی و با ابعاد متفاوت طراحی می­ گردد. ابعاد معمول برای شفت ­ها بین 32 میلی­متر تا 114 میل­متر است.­ این شفت­ ها می توانند از مقاطع توخالی و تو پر ساخته شوند. در مقاطع تو خالی امکان تزریق دوغاب نیز وجود دارد که سبب مستحکم سازی فوق­ العاده ­ای می­ شود. بخش دیگر این المان­ ها، صفحات مارپیچ است. اتصال صفحات به بدنه از نوع اتصال گیردار (جوش) است. قطر و تعداد صفحات مارپیچ بر اساس نیاز پروژه طراحی می­ شود و می­تواند بین 15 سانتی­متر تا یک متر باشد. با افزایش قطر صفحات مارپیچ، ضخامت آن­ها نیز افزایش پیدا می­کند تا از ایجاد کمانش ­های موضعی در هنگام اجرا و قرارگیری در خاک جلوگیری شود. بر روی هر شفت نهایتا می­توان از 4 صفحه مارپیچ استفاده کرد. تعداد صفحات مارپیچ نصب شده بر روی یک شفت در ارتباط مستقیم با نوع خاک محل پروژه است. برای افزایش تعداد صفحات مارپیچ نیاز است تا تعداد شفت ­ها افزایش پیدا کند. فاصله صفحه­ های مارپیچ از یکدیگر و محل نصب آن­ها بر روی شفت نیز طراحی می ­شوند. برای افزایش طول شفت نیاز به اتصال شفت­ ها به یکدیگر است. با اتصال شفت ­های فولادی به یکدیگر، طول المان ­های مارپیچ افزایش می­یابد که برای رسیدن به محل مورد نظر در هر پروژه بسیار کاربردی است. اتصال شفت ­های فولادی به یکدیگر به کمک پیچ و پرچ­ های مخصوص انجام می­شود که سبب افزایش طول موثر المان­ های مارپیچ می­شود.

تصویر 1 المان‌مارپیچ
تصویر 1: المان مارپیچ

اتصال و قرارگیری المان­ های مارپیچ در خاک به کمک موتور های هیدرولیکی انجام می­شود که نیروی دورانی مناسبی را برای رانش این المان ­ها در خاک ایجاد می­کنند. این موتور ها بر روی بیل مکانیکی و حتی بابکت ­ها بسته شده تا به موثرترین شکل ممکن از نیروی آن­ها استفاده شود. در هنگام اتصال المان­ های مارپیچ در داخل خاک، مقداری دست­خوردگی در خاک محل پروژه ایجاد می­ گردد که سبب کاهش ظرفیت باربری المان ­های مارپیچ می­ شود، اما این دست خوردگی در هنگام طراحی لحاظ شده و مانع از ایجاد مشکل در هنگام اجرای پروژه می ­شود. میزان دست­خوردگی در خاک محل پروژه که منجر به کاهش پارامتر های مقاومتی خاک و در نتیجه کاهش ظرفیت باربری المان­ های مارپیچ می­شود، با توجه به نوع خاک محل، متفاوت خواهد بود که بر اساس مطالعات ژئوتکنیکی که در ابتدای پروژه صورت می­گیرد، این موارد قابل پیش­بینی و طراحی هستند. با توجه به این موضوع که قطعات المان­ های مارپیچ در محل پروژه به یکدیگر متصل شده و سپس مورد استفاده قرار می­گیرند، بارگیری، تخلیه و عبور و مرور از معابر کوچک و باریک بسیار راحت ­تر صورت می­گیرد. در صورت استفاده از المان­ های فولادی مثل تیرهای IPE با مقطع بالا، عبور و مرور و تخلیه این مصالح فولادی در محل پروه بسیار دشوار و چالش برانگیز است، که استفاده از المان ­های مارپیچ سبب رفع این مشکل می ­شود، چرا که تمام قطعات حتی در صورت استفاده از بزرگترین سایز های موجود از انکر مارپیچ در محل پروژه نصب می­ گردد.


استفاده از المان ­های مارپیچ در حوزه فعالیت­ های ژئوتکنیکی معطوف به چهار گروه زیر می شود:


  • انکر های مارپیچ (Helical Anchors)
  • میخ های مارپیچ (Helical Screw Soil Nails)
  • شمع­ های مارپیچ (Helical piles)
  • ریزشمع ­های مارپیچ (Helical Micropiles)

از انکر های مارپیچ و میخ ­های مارپیچ برای پایدارسازی گود و از شمع ­ها و ریز­شمع ­های مارپیچ برای بهسازی خاک استفاده می شود. از شمع­ های مارپیچ به عنوان پی چراغ­ ها و علائم رانندگی نیز استفاده می­شود. فرآیند طراحی هر یک از انواع المان مارپیچ نسبت به یکدیگر کاملا متفاوت است. طراحی­ تمام المان­ های مارپیچ بر حسب نوع خاک و نوع سازه مورد نظر انجام می­گیرد.

تفاوت اصلی انکر های مارپیچ و میخ های مارپیچ در تعداد و محل قرارگیری صفحات مارپیچ است. در انکر های مارپیچ، صفحات بعد از صفحه گسیختگی قرار می­گیرند، ولی در میخ های مارپیچ صفحات مارپیچ در تمام طول شفت قرار دارند. بنابراین صفحات مارپیچ قبل و بعد از صفحه گسیختگی قرار دارند اما نحوه اعمال نیرو به آن­ها متفاوت است. بدین معنی که در قبل از صفحه گسیختگی به پشت صفحات مارپیچ نیروی فشاری اعمال می­شود، اما صفحات مارپیچی که بعد از صفحه گسیختگی قرار دارند در جلوی خود نیروی فشاری را خواهند داشت. فرآیند طراحی انکر های مارپیچ و میخ های مارپیچ کاملا متفاوت است. میخ های مارپیچ به تنهایی و به فاصله ­های کم برای پایدارسازی گود ها استفاده می­شوند، ولی برای پایدارسازی گود ­ها به کمک انکر های مارپیچ به شمع ­ها و دیوار های برلنی یا شاتکریت شده نیاز است. به طور کلی عامل تعیین­ کننده در استفاده ار انکر ها و میخ­ های مارپیچ، ارتفاع گود و میزان بودجه هر پروژه می ­باشد.

تصویر 2 نحوه قرارگیری انکر مارپیچ در خاک
تصویر 2: نحوه قرارگیری انکر مارپیچ در خاک

تصویر 3 نحوه قرارگیری میخ مارپیچ در خاک
تصویر 3: نحوه قرارگیری میخ مارپیچ در خاک

اولین و پرکاربرد ترین استفاده از المان ­های مارپیچ از دیرباز تاکنون در شمع ­های مارپیچ مشاهده شده است. اولین استفاده از شمع مارپیچ برای پایدارسازی یک فانوس دریایی در سال 1833 انجام شده است. شمع ­های مارپیچ به دلیل نصب سریع و بازده بالایی که دارند، در زمینه سازه ­های دریایی و خاکی کاربرد فراوانی دارند. از شمع­ های مارپیچ به صورت تکی و یا با تعداد محدود برای تعمیرات و بهسازی سازه ­های موجود نیز استفاده می­شود. به طور مثال اگر پی یک سازه بر اثر نشست کج شود، از شمع­ های مارپیچ برای بهسازی و تعمیر این پی استفاده می­گردد. از شمع ­های مارپیچ تحت بارهای فشاری، کششی و دینامیکی استفاده می­شود، به همین دلیل در طیف وسیعی از پروژه ­های عمرانی قابل استفاده و بهره­ برداری هستند. پی عمیق توربین­ های بادی، ماشین ­آلات صنعتی کوچک و متوسط، سازه ­های دریایی، سازه ­های معمولی، دکل­های برق فشار قوی و تابلو ها و علائم رانندگی در خیابان­ ها و اتوبان­ ها از انواع کاربرد های شمع­ های مارپیچ است. در صورت بهره­ برداری از شمع­ های مارپیچ در خاک ­های خورنده، می­توان از یک لایه گالوانیزه و یا محافظ بر روی شمع­ های مارپیچ استفاده شود.

تصویر 4 نحوه رانش شمع مارپیچ در خاک
تصویر 4: نحوه رانش شمع مارپیچ در خاک

کاربرد دیگر المان­ های مارپیچ، ریزشمع مارپیچ است. امروزه استفاده از ریزشمع ­ها یکی از پرکاربرد ترین روش ­ها جهت پایدارسازی گود است و در این بین ریزشمع ­های مارپیچ جزء جدید ترین کاربرد های المان­ های مارپیچ است که در چند وقت اخیر به دلیل سرعت بالای اجرا و سهولت نصب با استقبال بسیار خوبی مواجه شده است. برای بهسازی خاک در وسعت زیاد، نیاز به تعداد بالای ریزشمع است. اجرای ریزشمع ­ها به روش سنتی بسیار زمان­بر و چالش برانگیز است. بهره برداری از ریزشمع ­های مارپیچ کمک بسیار زیادی به سرعت و کیفیت فرآیند اجرا می­کند که این موضوع مطلوب کارفرمایان و پیمانکاران پروژه ­های بهسازی خاک است.


عمده دلایل استفاده از المان ­های مارپیچ (انکر مارپیچ – میخ مارپیچ – شمع مارپیچ – ریزشمع مارپیچ) در سال­ های اخیر به شرح زیر است:


  1. نصب سریع و بارگذاری فوری
  2. عدم نیاز به سیستم­ ها و ماشین ­آلات مهندسی پیچیده و متعدد در فضای کار، نسبت به سایر روش­ های پایدارسازی
  3. استفاده آسان در سایت­ های ساختمانی با دسترسی محدود، سطح آب زیرزمینی بالا و خاک­ هایی با سطح ضعیف و هوازده
  4. عدم نیاز به نیروی کار انسانی زیاد نسبت به سایر روش ­های پایدارسازی
  5. عدم نیاز به بتن­ ریزی و دوغاب. هرچند امکان تزریق دوغاب در صورت نیاز وجود دارد.
  6. قابل استفاده در هر نوع آب و هوایی اعم از بسیار سرد و قطبی، بسیار گرم و صحرایی و مرطوب و شرجی
  7. استاندارد ­های بالا در این قطعات به دلیل مهندسی و ساخت آن­ها در کارخانه بسیار بالا است.
  8. عدم نیاز به حفاری و خارج کردن خاک حفاری شده از پروژه و کاهش هزینه و زمان اجرای پروژه
  9. عدم ایجاد لرزش و صدا در هنگام نصب
  10. امکان نصب در خاک­ های رسی با سطح آب زیرزمینی بالا
  11. عدم نیاز به کیسینگ و کول­ گذاری در خاک ­های دانه ­ای و ریزشی

المان ­های مارپیچ در کشورهای بسیاری تولید و به فروش می­رسند. بعضا استاندارهای المان­ های مارپیچ در کشور های مختلف متفاوت است. ایالات متحده، انگلستان، استرالیا، فرانسه، ژاپن و چین از بزرگترین تولیدکنندگان این المان ­ها با استاندارد بالا هستند. در حال حاضر هزینه نصب یک شمع مارپیچ با ظرفیت نرمال (کمتر از 30 تن) معادل 600 تا 1000 دلار امریکا است. در سال ­های اخیر بیش ترین استفاده از المان ­های مارپیچ در ایالات متحده، کانادا، اتحادیه اروپا و کشورهای عربی حوزه خلیج فارس مشاهده شده است.

‌‌

در زمینه بهسازی خاک بیشتر مطالعه کنید :

در زمینه مطالعات ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید :

در زمینه طراحی و مشاوره ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید : 

در زمینه تخریب و خاکبرداری بیشتر مطالعه کنید : 

در زمینه ابنیه و ساختمان بیشتر مطالعه کنید : 

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

سایر مقاله ها

مدل سازی فیزیکی در مهندسی ژئوتکنیک (Physical Modeling in Geotechnical Engineering)

یکی از مسائل پیش رو در رشته مهندسی عمران، ارزیابی [...]


بیشتر بخوانید

اختلاط عمیق خاک (Deep Soil Mixing)

عملیات بهسازی خاک یکی از رایج ترین و مقرون به [...]


بیشتر بخوانید

مقایسه انکراژ تزریقی با انکر های مارپیچ (Injectable anchorage and helical anchorage)

امروزه پایدارسازی گودهای ساختمانی یکی از مهمترین مراحل اجرای یک [...]


بیشتر بخوانید

استفاده از اعضای مارپیچ در فعالیت های ژئوتکنیکی (Helical Nails & Anchors)

امروزه اهمیت فعالیت­ های ژئوتکنیکی در پروژه های عمرانی بر [...]


بیشتر بخوانید