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.
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.
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.
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:
- نصب سریع و بارگذاری فوری
- عدم نیاز به سیستم ها و ماشین آلات مهندسی پیچیده و متعدد در فضای کار، نسبت به سایر روش های پایدارسازی
- استفاده آسان در سایت های ساختمانی با دسترسی محدود، سطح آب زیرزمینی بالا و خاک هایی با سطح ضعیف و هوازده
- عدم نیاز به نیروی کار انسانی زیاد نسبت به سایر روش های پایدارسازی
- عدم نیاز به بتن ریزی و دوغاب. هرچند امکان تزریق دوغاب در صورت نیاز وجود دارد.
- قابل استفاده در هر نوع آب و هوایی اعم از بسیار سرد و قطبی، بسیار گرم و صحرایی و مرطوب و شرجی
- استاندارد های بالا در این قطعات به دلیل مهندسی و ساخت آنها در کارخانه بسیار بالا است.
- عدم نیاز به حفاری و خارج کردن خاک حفاری شده از پروژه و کاهش هزینه و زمان اجرای پروژه
- عدم ایجاد لرزش و صدا در هنگام نصب
- امکان نصب در خاک های رسی با سطح آب زیرزمینی بالا
- 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 پایدارسازی گود بیشتر مطالعه کنید :
- ساخت از بالا به پایین یا تاپ دان چیست؟ (Top-Down Construction)
- نیلینگ یا میخ کوبی دیواره چیست؟ (Soil Nailing)
- انکراژ یا مهارگذاری خاک چیست؟ (Soil Anchorage)
- مهارمتقابل یا استرات چیست؟ (Braced Excavations – Struts)
- سازه نگهبان خرپایی چیست؟ (Truss Retaining Structure)
- خاک مسلح یا ژئوسنتتیک چیست؟ (Geosynthetict)
- سپرکوبی چیست؟ (Sheet Pile)
- دیوار دیافراگمی یا دیوار دوغابی چیست؟ (Diaphragm walls – Slurry walls)
- دیوار برلنی یا دیوار سولجر پایل چیست؟ (Berlin wall – Soldier Pile and Lagging System)
- زهکشی و آب بندی در گودبرداری چیست؟ (Drainage- Dewatering & Waterproofing )
- نقشه برداری یا مهندسی نقشه برداری چیست؟ (Surveying)
- پایش گود یا مانیتورینگ چیست؟ (Monitoring)
- دستورالعمل بهداشت، ایمنی و محیط زیست چیست؟ (HSE)
- آموزش گام به گام نقشه خوانی انواع روش های پایدارسازی و گودبرداری
- ژئوتکستایل چیست؟ (?What is a Geotextile)
- ژئوممبران چیست؟ (?what is geomembrane)
- ژئوفوم چیست؟ (What is Geofoam)
- فوم بتن چیست؟ (What is Foam Concrete)
- جی سی ال چیست؟ (?what is GCL)
- بررسی اثر مدل رفتاری مور کولمب اصلاح شده بر رفتار گود های مهار شده
- مدلسازی تأثیر پارامتر های هندسی روش انکراژ بر پایداری گود های عمیق شهری با نرم افزار آباکوس
- مطالعه طول بهینه نیل در روش نیلینگ با استفاده از رویکرد تعادل حدی
- استفاده از اعضای مارپیچ در فعالیت های ژئوتکنیکی (Helical Nails & Anchors)
در زمینه بهسازی خاک بیشتر مطالعه کنید :
- تزریق پر فشار یا جت گروتینگ چیست؟ (Jet Grouting)
- ریزشمع یا میکروپایل چیست؟ (Micropile & Underpinning)
- پیش بارگذاری چیست؟ (fill surcharge preloading method)
- مطالعات خاک یا مطالعات ژئوتکنیک چیست؟ (Site Investigation)
- اختلاط عمیق خاک یا DSM چیست؟ (Deep Soil Mixing)
- تراکم دینامیکی یا DC چیست؟ (Dynamic Compaction)
- ستون شنی ارتعاشی یا تراکم ارتعاشی چیست؟ (Vibro Stone Column)
- شمع ساختمان ، طراحی و اجرای شمع بتنی و شمع فلزی (Concrete Pile , Steel Pile)
- مدل سازی عددی تراکم دینامیکی (Numerical Modeling of Dynamic Compaction)
- بررسی دو روش تراکم دینامیکی و اختلاط عمیق در بهسازی بستر سواحل (DSM & DC)
- مقایسه دو روش تزریق با فشار بالا و اختلاط عمیق در بهسازی خاک (Jet Grouting & DSM)
- بررسی موردی عملکرد ستون های جت گروتینک در بهسازی بستر پی گسترده
- بهسازی خاک به روش میکروپایل یا ریز شمع (Micropile & Underpinning)
- بررسی عملکرد ستون های شنی در بهسازی خاک
- تنش های موضعی در تک شمع مجاور گودبرداری با سیستم های سازه نگهبان خرپایی، سپری فلزی و روش شمع
در زمینه مطالعات ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید :
- مطالعات خاک یا مطالعات ژئوتکنیک چیست؟ (Site Investigation)
- مطالعات لرزه خیزی چیست؟ (Seismicity studies)
- ژئوفیزیک (Geophysics)
- زمین شناسی (Geology)
- آزمایش سه محوری خاک (Triaxial Compression Test)
- انواع آزمایش های المانی بررسی رفتار روانگرایی خاک ها Different Types of Element Test for Soil) Liquefaction Assessment)
- روانگرایی خاک (Soil Liquefaction)
- روش های مقابله با روانگرایی خاک (Soil Liquefaction Mitigation)
- تحقیقات محلی در پروژه های ژئوتکنیک دریایی (Offshore geotechnical Site Investigation)
- آزمایش برش مستقیم (Direct Shear Test)
- آزمايش بارگذاری صفحه ای (Plate Loading Test or Plate Bearing Test)
- آزمایش برش مستقیم برجا In Situ Direct Shear) Test)
- معایب و خطاهای آزمایش برش مستقیم Disadvantages of) Direct Shear Test)
- پدیده فروچاله چیست؟ (?What is The Phenomenon of Sinkhole)
- نشست غیر یکنواخت (Differential Settlement)
- خاک های رمبنده (Collapsible Soil)
- آزمایش تحلیل چند کاناله امواج سطحی یا MASW چیست؟ (Multichannel Analysis of Surface Waves)
- آزمایش دیلاتومتری (DMT: Dilatometer Test)
در زمینه طراحی و مشاوره ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید :
- معرفی نرم افزار Plaxis
- معرفی نرم افزار GEOSLOPE
- معرفی نرم افزار AutoCAD
- معرفی نرم افزار ETABS
- معرفی نرم افزار SAP2000
- معرفی نرم افزار SAFE
- معرفی نرم افزار ABAQUS
- معرفی نرم افزار FLAC
- معرفی نرم افزار MIDAS
در زمینه تخریب و خاکبرداری بیشتر مطالعه کنید :
- مهندسی تخریب ساختمان (Destruction Engineering)
- خاکبرداری چیست؟ (Excavation)
- رمپ و جمع آوری رمپ در گودبرداری (Ramp removal excavation)
- گودبرداری و خاکبرداری دو عملیات متمایز از یکدیگر
- گودبرداری غیر اصولی (Unprincipled Building Excavation)
- گودبرداری چیست؟ و اصول اجرای گودبرداری های ساختمانی (Excavation)
در زمینه ابنیه و ساختمان بیشتر مطالعه کنید :
- ساخت و ساز ابنیه و ساختمان (Building & Structure)
- قرارداد مشارکت در ساخت (Construction participation contract)
- نظارت بر اجرای پروژه های عمرانی (Construction Supervision)
- مشاوره ساختمانی (Construction consulting)
- مدیریت پیمان (Management Contracting)
- مدیریت طرح (Construction Management)
- انواع سیستم های سازه ای (Structural System)
- مدیریت پروژه های عمرانی (Project Management)
- آیین نامه ی ۲۸۰۰ ، طراحی ساختمان ها در برابر زلزله
- مطالب مرتبط :
