یکی دیگر از روش های پایدار سازی گود و شیب ها، روش انکراژ یا مهارگذاری خاک با استفاده از استرند است، روش انکراژ و نیلینگ تقریبا شبیه به هم می باشند. پس از اجرای پایدارسازی گود به روش انکراژ و جایگذاری استرند ها، توان خاک بالاتر می رود و افزایش توان خاک سبب می شود تا بتوان به صورت راحت تر اجرای انکراژ را به پایان رساند.
روش انکراژ یا مهارگذاری خاک، همانند روش نیلینگ یا میخ کوبی جهت پایدارسازی گودها، ترانشه ها، شیروانی ها و … استفاده می گردد. در این روش پس از حفر گمانه و جایگذاری مهاری، قسمت انتهایی گمانه تزریق می گردد و پس از گیرش دوغاب سیمان، مهارها با جک کشیده و پیش تنیده می شوند.
اعمال نیروی پیش تنیدگی منجر به حصول اطمینان از صحت عملکرد مهاری ها می شود. عملیات مهارگذاری (Soil Anchorage) غالباً به صورت اجرای از بالا به پایین (Top Down Construction) بر روی یک سطح شیب دار یا قائم اجرا می گردد.
انکراژ یا مهارگذاری روشی اقتصادی و نسبتاً جدید جهت پایدارسازی شیب ها، شیروانی ها، ترانشه های مجاور راه ها و تعریض راه ها، گودبرداری در مجاورت سازه ها، مقاوم سازی سازه های نگهبان قدیمی، افزایش ظرفیت باربری، محدود کردن تغییر شکل ها با ایجاد حداقل دست‌خوردگی و … می باشد.
طول گمانه، طول قسمت گیردار مهاری (قسمت تزریق شده یا طول باند) و طول قسمت آزاد مهاری (قسمت تزریق نشده یا آن باند) بستگی به مشخصات خاک، عمق گودبرداری، تناژ کشش مهاری، سربار بالای گود، وجود یا عدم وجود آب زیرزمینی و … دارد.
کاربرد های روش مهارگذاری (انکراژ)
روش مهارگذاری (انکراژ) دارای کاربردهای مختلفی می باشد که در زیر به تعدادی از آنها اشاره می گردد:
- دیوار حائل کنار بزرگراه ها
- پایدارسازی شیب ها
- جلوگیری از فشار بالا برنده آب (Uplift Pressure)
- تحکیم بستر سدهای بتنی
مراحل گودبرداری به روش انکراژ
1. گودبرداری
2. حفاری
3. قراردادن استرند و یا آرماتور مصرفی در گودبرداری به روش انکراژ
4. تزریق دوغاب در گودبرداری به روش انکراژ
5. کشش استرند ها در گودبرداری به روش انکراژ
تفاوت های میخ کوبی و مهارگذاری (نیلینگ و انکراژ)
- امروزه از نظر اقتصادی تفاوت بسیاری در هزینه انکراژ و نیلینگ مشاهده خواهیم کرد و به این نتیجه می رسیم که نیلینگ نسبت به روش انکراژ هزینه کمتری دارد.
- در سازه نگهبان نیلینگ نیاز مصالح و تجهیزات نسبت به سازه نگهبان انکراژ کمتر است.
- پایدارسازی گودهای پایدار شده به روش سازه نگهبان نیلینگ نسبت به روش سازه نگهبان انکراژ با سرعت بالاتری انجام می شود.
- تفاوت نیلینگ و انکراژ در این است که در روش اجرای سازه نگهبان انکراژ میلگردها بعدا تحت فرآیند پس تنیده کردن قرار می گیرند و در نهایت همین عامل باعث می شود تا این روش از قدرت بیشتری در مهار نیروی رانشی و ریزشی زمین برخوردار باشد.
- تفاوت اصلی میخ کوبی و مهارگذاری، پیش تنیدگی عضو تسلیح در روش مهارگذاری می باشد.
- روش میخ کوبی (نیلینگ) به صورت مقاوم (Passive) و روش مهار گذاری به صورت فعال (Active) عمل می کند.
- در عملیات میخ کوبی فعال شدن نیرو در میخ ها مستلزم بروز تغییرشکل در توده خاک دیواره گود است ولی در روش مهارگذاری به دلیل پیش تنیدگی مهارها، قبل از حرکت توده خاک، نیروی موجود در مهاری ها سبب کاهش قابل توجه تغییرشکل ها می گردد.
اجزای مختلف روش مهارگذاری
استرند (Strand) یا میلگرد فولادی (Mono bar): استرند کابل متشکل از 3 تا 6 رشته فولادی پر مقاومت (حدود 1860 مگا پاسکال) می باشد. با توجه به شرایط پروژه می توان به جای استرند از میلگرد فولادی با مقاومت کمتر (حدود 400 مگا پاسکال) استفاده کرد. به میلگردی که مانند استرند کشیده می شود، مونوبار می گویند.
فاصله نگهدار (Spacer): جهت رعایت فاصله مناسب بین رشته های استرند استفاده می گردد.
مرکز نگهدار (Centralizer): جهت قرار گیری استرند در وسط گمانه استفاده می شود.
شلنگ های تزریق (Grout tube): جهت تزریق دوغاب در گمانه ها از یک یا چند شلنگ استفاده می گردد.
پکر (Packer): گاهی اوقات جهت تزریق تحت فشار از پکر استفاده می گردد. پکر باید تحمل فشارهای تزریق را داشته باشد و به طور مناسب آب بند گردد تا از ابتدا و انتهای طول گیردار مهاری نشت اتفاق نیافتد.
غلاف استرند (Sheath): به دو دلیل زیر، استرندها در طول آزاد، داخل غلاف قرار داده می شوند:
- جلوگیری از چسبیدن استرندها به دوغاب در طول آزاد
- عدم انتقال نیروی مهاری به خاک در طول آزاد
صفحه گوه (Wedge Plate): جهت انتقال نیروی کششی مهار، یک استوانه دارای چند سوراخ سر انکر نصب می گردد.
گوه (Wedge): به منظور قفل کردن استرند، قطعات فولادی مخروطی شکل توخالی در داخل سوراخ های سر انکر استفاده می گردد.
ورق سر انکر (Bearing Plate): جهت توزیع یکنواخت نیروی پیش تنیدگی استرند بر روی سطح بزرگتر و در نتیجه کاهش تنش وارده به دیواره به کار می رود. بدین وسیله از سوراخ شدن دیواره (برش پانچ) جلوگیری می گردد.
*** در صورت استفاده از میلگرد به جای استرند، نیاز به بعضی از اجزای فوق نمی باشد.
مبانی طراحی روش مهارگذاری (انکراژ)
هدف از پایدارسازی گود توسط روش مهارگذاری همانند روش میخ کوبی، ایجاد یک توده پایدار خاک در مقابل ناپایداری خارجی می باشد. روش مهارگذاری بر خلاف روش نیلینگ به صورت فعال (Active) عمل کرده و نیروی پیش تنیدگی موجود در مهاری ها (انکرها) قبل از شروع تغییرشکل توده خاک، تغییرشکل دیواره را محدود می کند. بنابراین استفاده از مهارگذاری (انکراژ) در مجاورت سازه های حساس به تغییرمکان نظیر سازه های قدیمی پیشنهاد می گردد.
طبق آیین نامه FHWA ظرفیت کششی استرند و مونوبار برابر 60 درصد ظرفیت کششی آنها در نظر گرفته می شود. ضمناً در بارگذاری های موقتی که به صورت آزمایش های کنترلی انجام می گردد، این عدد به 80 درصد ظرفیت کششی می رسد.
حالت های ناپایداری که ممکن است در روش مهارگذاری اتفاق بیافتد و می بایست هنگام طراحی در نظر گرفته شود به صورت زیر است:
- گسیختگی کششی رشته های استرند (تاندون ها)
- گسیختگی قسمت گیردار (باند) استرند
- گسیختگی به علت بیرون آمدگی رشته های استرند
- گسیختگی خمشی دیواره گود
- گسیختگی دیواره به علت کمبود ظرفیت مقاوم دیواره
- گسیختگی به علت چرخش دیواره به صورت طره
- گسیختگی دیواره به دلیل کمبود ظرفیت محوری دیواره
- گسیختگی به علت واژگونی دیواره
- گسیختگی لغزشی دیواره
- گسیختگی چرخشی توده خاک
روش اجرای انکراژ (مهارگذاری)
روش پیشنهادی جهت اجرای مهارگذاری شامل چند مرحله اصلی می باشد که با توجه به شرایط خاک و … اجرا می گردد:
خاکبرداری:
خاکبرداری اولیه حداکثر تا عمقی صورت می پذیرد که خاک بتواند پایداری موقت خود را حفظ نماید تا دوغاب سیمان تزریق شده در گمانه خود را بگیرد و کشش مهاری انجام گیرد. بعد از کشش مهاری (انکر)، مرحله بعدی خاکبرداری به همین ترتیب انجام می پذیرد. جهت پایداری بهتر و تغییرشکل کمتر دیواره، خاکبرداری هر مرحله به صورت یک در میان یا دندان موشی انجام می گردد. عرض هر قسمت نیز می بایست جهت قرارگیری ماشین آلات اجرای مهارگذاری مناسب باشد.
- براي جلوگيری از رانش خاک می توان از شمع های فولادی یا بتنی نيز استفاده نمود.
- شمع های فولادی: براي اجرای اين شمع ها قبل از شروع به خاکبرداری، عمليات حفر چاه در فواصل ارائه شده توسط مهندس طراح انجام مي گيرد. عمق اين چاه ها برابر با عمق گود به اضافه مقداري براي اجراي ریشه شمع مي باشد. ریشه شمع براي تأمين گيرداري نیمرخ ها بوده و طول آن حدوداً 20 درصد عمق گود می باشد. پس از بتن ريزي در انتهاي چاه حفر شده، شمع هاي فولادي در چاه قرار داده شده و به اين صورت شمع فولادي با انتهاي گيردار به وجود می آید. سپس مي توان گودبرداري را به صورت مرحله به مرحله آغاز نمود.
- شمع های بتنی: براي اجراي اين شمع ها قبل از شروع به خاکبرداری، عمليات اجرای شمع های بتنی درجا در فواصل ارائه شده توسط مهندس طراح انجام مي گيرد. عمق اين چاه ها برابر با عمق گود به اضافه مقداري براي اجراي ریشه شمع می باشد. ریشه شمع برای تأمين گيرداري نیمرخ ها بوده و طول آن حدوداً 20 درصد عمق گود می باشد. سپس مي توان گودبرداري را به صورت مرحله به مرحله آغاز نمود.
حفاری:
یکی از مهمترین مراحل پایدارسازی در روش مهارگذاری، حفاری گمانه می باشد. زیرا متغیرهای فراوانی وجود دارد که می بایست در نظر گرفته شود:
- طول گمانه: توان تولید هوای کمپرسور برای گمانه های بالای 15متر میبایست بیشتر از گمانه های کوتاه باشد.
- جنس خاک: در خاک های درشت دانه احتمال ریزش های موضعی گمانه و فرار هوا وجود دارد.
- قدرت و سرعت دوران دستگاه حفاری: میبایست متناسب با جنس خاک در نظر گرفته شود.
- توان حرکت دستگاه حفاری: در خاک های اشباع یا خاک های دستی می بایست بیشتر از خاک های طبیعی و خشک در نظر گرفته شود.
- اندازه چکش و سرمته: میبایست متناسب با قطر گمانه انتخاب شود.
جهت حفاری در دیواره از تجهیزات حفاری استفاده می شود. مشخصات گمانه ها غالباً به صورت زیر است:
- قطر گمانه: 10 تا 15 سانتیمتر
- طول گمانه: 10 تا 30 متر
- زاویه گمانه نسبت به افق: 0 تا 20 درجه
- فاصله گمانه ها با یکدیگر: 2/5 تا 3/5 متر
نصب مهاری (استرند) و تزریق دوغاب سیمان:
پس از حفاری گمانه تا طول مورد نظر طراح، نوبت قرار دادن مهاری (استرند) داخل گمانه است. جهت قرار گیری استرند در وسط گمانه و جلوگیری از چسبیدن استرند به جدار گمانه از وسیله ای به نام فاصله نگهدار (Spacer) استفاده می گردد. بعد از قرار دادن مهاری داخل گمانه، می بایست انتهای مهاری به اندازه طول گیردار (که در نقشه ها مشخص گردیده است) تزریق گردد.
استرند و انکر فولادی با توجه به استانداردهاي مختلف و بر حسب نوع کاربرد، با قطر، تعداد رشته و ظرفيت هاي باربري متفاوت تهیه می گردد و در انواع معمولي و گالوانيزه و به صورت بدون روکش يا با روکش هاي متفاوتي از جنس گريس، اپوکسي و يا HDPE، توليد می شوند. از استرند و انکرها در سازه های مختلفی استفاده می شود که برخی از آنها عبارتند از:
پل های معلق، پل هاي ترکه اي، پل های سگمنتال، پل هاي بتنی درجاريز پيش تنيده، پل های دارای تيرهای پيش تنيده، سقف های بتنی پيش تنيده، مخازن بتنی پيش تنيده، سازه های نگهبان به روش گراند انکرينگ.
بتن پاشی (شاتکریت) دیواره، نصب صفحه و گوه:
بعد از اتمام عملیات مهارگذاری و تزریق:
- اجرای نوارهای زهکش: نوارهای زهکش (ژئوکامپوزیت) جهت کاهش فشار آب پشت دیواره و هدایت آب در سطح دیواره کار گذاشته می شود.
- اجرای شبکه فولادی میلگرد (مش): شبکه ای از سیم های جوش داده شده به نام مش (WWM: Welded Wire Mesh) می باشند که تقریبا در وسط ضخامت شاتکریت اجرا می شوند. طول شبکه های فولادی به گونه ای بايد باشد كه حداقل يک چشمه كامل شبكه با شبکه بعدی هم پوشانی داشته باشد.
- بتن پاشی (شاتکریت): بعد از نصب شبکه های فولادی میلگرد (مش)، سطح دیواره با یک لایه 10 تا 20 سانتیمتری، بتن پاشی (Shotcrete) می گردد، تا با حفظ یکپارچگی بیشتر بین مهاری ها از فرسایش خاک جلوگیری گردد.
- کشش استرند: با استفاده از جک کشش، به مقدار مشخص شده در نقشه های اجرایی استرند ها کشیده می شوند. به طور معمول هر رشته استرند 15 تن کشیده می شود. بنابراین:
1- استرند 3 رشته 45 تن
2- استرند 4 رشته 60 تن
3- استرند 5 رشته 75 تن
4- استرند 6 رشته 90 تن
کشیده می شوند.
- نصب صفحه و صفحه گوه و گوه به علت:
1- اتصال كامل سر مهاری ها به ديواره
2- جلوگيری از بروز برش پانچ در ديواره
يک یا دو صفحه فلزی به عنوان سر انکر بر روی ديواره قرار گرفته و توسط صفحه گوه و گوه به استرند متصل می گردد.
- اجرای پی زیر مهاری (پد بتنی):
با توجه به تناژ بالای کشش انکرها، می بایست یک مقطع مقاوم بتنی (پد بتنی) پشت انکرها اجرا گردد. البته در صورت وجود شمع های فلزی، نیازی به اجرای این مقطع مقاوم نمی باشد.
- اجرای لوله های زهکش: جهت تخلیه آبی که ممکن است پشت دیواره بیافتد، لوله هایی در دیواره نصب می گردد که آب را از پشت دیواره به داخل گود هدایت کند.
مزایای مهارگذاری (انکراژ)
- کاهش نسبی تغییرشکل ها
- قابلیت اجرا در پایدارسازی گودهای با عمق زیاد
- حداقل اشغال فضای داخلی پروژه
- عدم تداخل با اجزای سازه اصلی
- سرعت بالای اجرای عملیات
- امکان پایدارسازی دائمی
- انطباق با روش های زهکشی و آب بندی
- انعطاف پذیری و امکان تقویت طرح در حین و پس از اجرا
- قابلیت اجرا در پروژه های با هندسه نامنظم
- امکان استفاده در پروژه های نیمه تمام و یا پایدارسازی نشده
- قابلیت استفاده برای افزایش عمق گود در زمان اجرا یا پس از اتمام گودبرداری
- کنترل کیفی بهتر به دلیل کشش انکرها
معایب مهارگذاری (انکراژ)
- ورود به محدوده زمین های مجاور
- نیاز به تجهیزات و ماشین آلات خاص
- مشکلات و محدودیت های اجرایی مربوط به وجود حفرات زیرزمینی
- نیازمند پیمانکار متخصص
- آلودگی صوتی
- احتمال آسیب رساندن به فضای سبز و چاه های مجاور
چند نکته اجرایی برای اجرای عملیات مهارگذاری (انکراژ)
- جهت جلوگیری از مشکلات حقوقی، قبل از اجرای عملیات مهارگذاری، رضایت نامه ای در دفاتر ثبت اسناد رسمی از مالکین مجاور گرفته شود.
- عملیات مهارگذاری (انکراژ) در زیر سطح آب امکان پذیر نمی باشد. بنابراین ابتدا می بایست زهکشی صورت بگیرد.
- قبل از اجرای مهارگذاری می بایست مطالعات خاک پروژه جهت تعیین مشخصات خاک انجام گردد.
- ارتفاع مجاز خاکبرداری به عواملی مانند؛ مقاومت برشی خاک، میزان سربار، میزان نفوذ آب های سطحی و … بستگی دارد که باید محاسبه گردد.
- قبل از حفاری گمانه ها، عوارض زیرزمینی مجاور گود مثل: چاه های فاضلاب، قنات، سازه های زیرزمینی و … بررسی می گردد تا موقع حفاری به آنها برخورد نشود.
ویدیو روش اجرای مهارگذاری (انکراژ) (Soil Anchorage)
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)
- 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
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)
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)
- 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)
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)
- تخریب ساختمان چیست؟ مراحل تخریب اصولی (Building Demolition)
در زمینه طراحی و مشاوره ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید :
- معرفی نرم افزار Plaxis
- معرفی نرم افزار GEOSLOPE
- معرفی نرم افزار SAP2000
- معرفی نرم افزار SAFE
- معرفی نرم افزار ABAQUS
- معرفی نرم افزار FLAC
- معرفی نرم افزار MIDAS
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)
- اسکلت فلزی یا سازه فولادی (Steel Structure)
- مدیریت پیمان (Management Contracting)
- مدیریت طرح (Construction Management)
- انواع سیستم های سازه ای (Structural System)
- سوله چیست ؟ انواع و کاربرد سوله (Industrial Shed)
- آیین نامه ی 2800 ، طراحی ساختمان ها در برابر زلزله
مطالب مرتبط :
