تست‌های کشش انکر

در پروژه‌های عمرانی، به‌ویژه در گودبرداری‌های شهری، استفاده از انکر (میل‌مهار) به عنوان یکی از روش‌های پایدارسازی، نقشی حیاتی در تأمین ایمنی دیواره‌ها و سازه‌های مجاور دارد. اما صرفاً اجرای انکر کافی نیست؛ اطمینان از عملکرد صحیح و ظرفیت باربری هر انکر از طریق تست‌های کشش حاصل می‌شود. این تست‌ها به ما اطمینان می‌دهند که انکر می‌تواند بارهای طراحی را بدون تغییرشکل‌های بیش از حد تحمل کند و اندرکنش لازم بین انکر و خاک به درستی شکل گرفته است.

این مقاله به بررسی جامع انواع تست‌های کشش، تجهیزات مورد نیاز، روش اجرا، معیارهای پذیرش و تعداد الزامی تست‌ها بر اساس آیین‌نامه FHWA (اداره بزرگراه‌های فدرال آمریکا) و سپس مبحث هفتم مقررات ملی ساختمان و راهنمای جامع گودبرداری (سازمان نظام مهندسی) می‌پردازد.

1- اصول و مفاهیم اساسی تست کشش انکر (بر اساس FHWA)

هر انکر نصب شده، پیش از آنکه به عنوان یک عضو باربر در سیستم پایدارسازی به کار گرفته شود، باید تحت بارهایی بیش از بار طراحی قرار گیرد تا عملکرد آن تأیید شود. این فرآیند به منظور بررسی موارد زیر انجام می‌شود:

• تأیید ظرفیت باربری انکر و اطمینان از عدم وقوع گسیختگی در ناحیه پیوند (Bond Length).
• بررسی رفتار بار-تغییر مکان انکر و شناسایی دلایل جابجایی‌ها.
• اطمینان از اینکه طول آزاد انکر (Unbonded Length) به درستی عمل کرده و بار به ناحیه پیوند منتقل می‌شود.
• ارزیابی تغییرشکل‌های ماندگار (خزش یا Creep) انکر تحت بار ثابت، به‌ویژه در خاک‌های مستعد خزش.

2- تجهیزات مورد نیاز برای تست کشش و اهمیت کالیبراسیون آن‌ها (بر اساس FHWA)

تجهیزات استاندارد برای انجام تست کشش انکر شامل موارد زیر است:

جک هیدرولیک و پمپ: برای اعمال نیروی کششی به تاندون (میلگرد یا استرند) استفاده می‌شود. جک باید قابلیت اعمال و رهاسازی بار به صورت تدریجی را داشته باشد و بتواند بار را به طور همزمان به تمام رشته‌های استرند اعمال کند.

صفحه باربر و گوه (Anchorage): برای انتقال نیروی جک به تاندون و در نهایت قفل کردن بار پس از اتمام تست استفاده می‌شود.

گیج فشار و لودسل (Load Cell): گیج فشار متصل به پمپ، بار اعمالی را نشان می‌دهد. برای تست‌هایی که نیاز به ثابت نگه داشتن بار برای مدت طولانی دارند (مانند تست خزش)، استفاده از لودسل برای پایش دقیق بار ضروری است.

گیج اندازه‌گیری جابجایی (Dial Gauge): این ابزار که بر روی یک پایه مستقل نصب می‌شود، جابجایی تاندون را با دقت بالا (معمولاً تا ۰.۰۲۵ میلی‌متر) اندازه‌گیری می‌کند.

صندلی جک (Jack Chair): وسیله‌ای که روی صفحه باربر قرار می‌گیرد و به اپراتور اجازه می‌دهد تا پس از تست، به مهره یا گوه دسترسی داشته و بار را قفل (Lock-off) کند.

کالیبراسیون تجهیزات کشش انکر، به‌ویژه جک هیدرولیک و گیج فشار اصلی، یک مرحله حیاتی برای اطمینان از صحت و دقت بار اعمال‌شده در طول آزمایش‌های بار و قفل کردن (lock-off) انکرها است. این کار برای تأیید ظرفیت باربری انکر و اطمینان از عملکرد صحیح آن ضروری است. کالیبراسیون جک و گیج فشار اصلی باید به صورت یک مجموعه واحد توسط یک شرکت مستقل انجام شود. این کالیبراسیون باید حداکثر طی ۴۵ روز کاری قبل از ارائه مدارک کالیبراسیون به مهندس ناظر انجام شده باشد. تجهیزات کشش انکر باید با دقت مثبت یا منفی ۲ درصد کالیبره شوند. در طول انجام آزمایش، گیج فشار مرجع باید به صورت سری با گیج فشار اصلی قرار گیرد. اگر بار تعیین شده توسط این دو گیج بیش از ۱۰ درصد با یکدیگر اختلاف داشته باشد، مجموعه جک، گیج اصلی و گیج مرجع باید مجدداً کالیبره شوند.

3- انواع تست‌های کشش انکر (بر اساس FHWA)

آیین‌نامه FHWA سه نوع تست اصلی را برای انکرها معرفی می‌کند. هر انکر نصب شده در پروژه باید یکی از این تست‌ها را با موفقیت پشت سر بگذارد.

الف) تست عملکرد  (Performance Test)

این تست، جامع‌ترین نوع آزمون است و برای تأیید ظرفیت انکر، بررسی رفتار بار-تغییر مکان و شناسایی دلایل جابجایی‌های انکر به کار می‌رود.

• تعداد الزامی: بر روی حداقل ۳ انکر یا ۵ درصد تعداد کل انکرها (هرکدام که بیشتر باشد)، به انتخاب مهندس ناظر، انجام می‌شود. در شرایط خاک متغیر یا خاک‌های مستعد خزش، ممکن است تعداد بیشتری تست عملکرد نیاز باشد.
• روش اجرا: بارگذاری به صورت چرخه‌ای (افزایش و کاهش بار) و در مراحل مختلف (مثلاً ۲۵٪، ۵۰٪، ۷۵٪، ۱۰۰٪، ۱۲۰٪ و ۱۳۳٪ بار طراحی) انجام می‌شود. در هر مرحله، جابجایی کل و جابجایی ماندگار (پس از بازگشت به بار اولیه) ثبت می‌شود. در بار حداکثر، بار برای یک دوره زمانی مشخص (معمولاً ۱۰ دقیقه) ثابت نگه داشته می‌شود تا جابجایی خزشی اندازه‌گیری شود.

ب) تست اثبات  (Proof Test)

این تست، متداول‌ترین آزمون است و بر روی اکثر انکرهای پروژه (آنهایی که تست عملکرد روی آن‌ها انجام نمی‌شود) اجرا می‌گردد. هدف اصلی آن، تأیید سریع ظرفیت باربری انکر است.

• تعداد الزامی: بر روی تمام انکرهایی که تحت تست عملکرد یا خزش قرار نمی‌گیرند، انجام می‌شود.
• روش اجرا: بارگذاری به صورت افزایشی و در یک چرخه تا رسیدن به بار حداکثر تست (معمولاً ۱۲۰٪ تا ۱۳۳٪ بار طراحی) انجام می‌شود. در بار حداکثر، بار برای ۱۰ دقیقه ثابت نگه داشته می‌شود و جابجایی خزشی اندازه‌گیری می‌گردد.

ج) تست خزش بلندمدت (Extended Creep Test)

این تست برای ارزیابی تغییرشکل‌های وابسته به زمان انکر در خاک‌های مستعد خزش (مانند خاک‌های رسی با شاخص خمیری (PI) بالاتر از ۲۰ یا حد روانی (LL) بالاتر از ۵۰) ضروری است.

• تعداد الزامی: حداقل دو انکر در پروژه‌هایی که در خاک‌های مستعد خزش اجرا می‌شوند.
• روش اجرا: بارگذاری مشابه تست عملکرد است، اما در هر مرحله افزایش بار، نیرو برای مدت زمان طولانی‌تری (از ۱۰ تا ۳۰۰ دقیقه) ثابت نگه داشته می‌شود تا نرخ خزش در بارهای مختلف ارزیابی شود.

4- معیارهای پذیرش انکر (بر اساس FHWA)

یک انکر زمانی مورد پذیرش قرار می‌گیرد که دو معیار اصلی زیر را برآورده سازد:

معیار خزش (Creep Criteria):

1. • برای تست‌های عملکرد و اثبات: جابجایی انکر در بازه زمانی ۱ تا ۱۰ دقیقه در بار حداکثر، نباید از ۱ میلی‌متر تجاوز کند. اگر این مقدار بیشتر بود، بار برای ۵۰ دقیقه دیگر نگه داشته می‌شود و جابجایی در بازه ۶ تا ۶۰ دقیقه نباید از ۲ میلی‌متر بیشتر شود.
   • برای تست خزش بلندمدت: نرخ خزش نباید از ۲ میلی‌متر در هر چرخه لگاریتمی زمان تجاوز کند.

معیار طول آزاد ظاهری (Apparent Free Length):

1. • طول آزاد ظاهری، طولی از تاندون است که بر اساس جابجایی‌های الاستیک اندازه‌گیری شده، آزادانه کشیده می‌شود. این طول باید حداقل ۸۰ درصد طول آزاد طراحی به علاوه طول جک باشد.
   • اگر طول آزاد ظاهری محاسبه‌شده کمتر از این مقدار باشد، نشان‌دهنده آن است که بخشی از بار در طول آزاد به خاک منتقل شده که می‌تواند پایداری کلی سیستم را به خطر بیندازد. در این حالت، انکر مردود شناخته شده یا با ظرفیت کاهش‌یافته پذیرفته می‌شود.

5- قفل کردن بار (Lock-off) و تست برداشت  (Lift-off)

پس از اینکه انکر در تست موفق شد، بار آن تا مقدار مشخصی به نام بار قفل (Lock-off Load) کاهش داده شده و به سازه نگهبان منتقل می‌شود. این بار معمولاً بین ۷۵٪ تا ۱۰۰٪ بار طراحی است. بلافاصله پس از قفل کردن، تست برداشت (Lift-off) انجام می‌شود. در این تست، بار به آرامی مجدداً اعمال می‌شود تا لحظه‌ای که صفحه باربر یا مهره به سختی از تکیه‌گاه خود جدا شود. بار ثبت‌شده در این لحظه، همان بار قفل شده در انکر است و باید در محدوده ۵٪ خطای بار قفل طراحی باشد.

6- الزامات آیین‌نامه‌های داخلی (مبحث هفتم و راهنمای گودبرداری)

آیین‌نامه‌های داخلی ایران نیز الزامات مشخصی برای تست انکرها دارند که هماهنگی زیادی با رویه‌های بین‌المللی مانند FHWA دارد.

الزامات مبحث هفتم مقررات ملی ساختمان (ویرایش ۱۴۰۰)

مبحث هفتم به طور کلی به تست‌های بارگذاری اشاره کرده اما جزئیات آن را به جداول و ضوابط بخش “مهاربندی‌ها” ارجاع داده است. این بخش تأکید می‌کند که پس از نصب، باید میزان باربری انکرها تا حد مورد نظر از طریق آزمایش‌های باربری و خزش کنترل شود.

• تعداد الزامی تست: جدول 7-۹-۵ مبحث هفتم، تعداد آزمایش‌های باربری و خزش را بر اساس شرایط کارگاه و خاک تعیین می‌کند. این جدول سه حالت را در نظر می‌گیرد:

حالت ۱ (تجربه کافی در خاک مشابه): ۵٪ از کل مهارها باید تحت آزمایش بار طراحی قرار گیرند.

حالت ۲ (تجربه در خاک و مهار، اما نه در نزدیکی کارگاه): ۵٪ از کل مهارها باید تحت آزمایش بار ۱۵۰٪ طراحی قرار گیرند. همچنین ۲ الی ۳ مهار تا ۲۰۰٪ بار طراحی تست می‌شوند.

حالت ۳ (عدم وجود تجربه در خاک و مهار): ۱۰٪ از کل مهارها باید تحت آزمایش بار ۱۵۰٪ طراحی قرار گیرند. همچنین ۲ الی ۳ مهار تا ۲۵۰٪ بار طراحی تست می‌شوند.

• بار حداکثر تست: در انتهای کلیه آزمایش‌های فوق، اگر در آزمایش‌های فوق، مهاری زیر ۲۰۰٪ بار طراحی گسیخته شود، باید طراحی مجدداً انجام شود. در صورتی که موقت استفاده شود، می‌توان به جای ۱۵۰٪ بار طراحی، از ۱۲۵٪ بار طراحی استفاده کرد.
• معیار خزش: جدول 7-10-۵ مبحث هفتم معیار پذیرش خزش را مشخص می‌کند.

• • در ماسه: در بار ۱۵۰٪ طراحی، حداکثر خزش در بازه ۱ الی ۲ ساعت نباید از ۱ میلی‌متر در نمودار تغییرمکان-لگاریتم زمان بیشتر باشد.
  • در رس: در بار ۱۵۰٪ طراحی، حداکثر خزش در بازه ۲۰ دقیقه تا ۲۴ ساعت نباید از ۲ میلی‌متر کمتر باشد.

الزامات راهنمای جامع گودبرداری سازمان نظام مهندسی (نظام‌نامه گودبرداری)

این راهنما نیز تأکیدات مشابهی با مبحث هفتم و FHWA دارد و انجام تست‌های عملکرد (Performance)، اثبات (Proof) و خزش (Creep) را الزامی می‌داند. این راهنما به لزوم کنترل کیفیت مصالح، روش‌های اجرا و ثبت دقیق نتایج در گزارش‌های روزانه و نهایی تأکید می‌کند.

نتیجه‌گیری

تست کشش انکر یک مرحله کنترلی حیاتی و غیرقابل حذف در پروژه‌های گودبرداری است. عدم انجام صحیح یا نادیده گرفتن نتایج آن می‌تواند منجر به عملکرد نامناسب سازه نگهبان و بروز حوادث جبران‌ناپذیر شود.

نظارت بر انجام دقیق تست‌ها مطابق با تعداد و بارهای الزامی در آیین‌نامه‌ها یک ضرورت است. انتخاب تجهیزات کالیبره و پرسنل مجرب برای انجام تست‌ها، و همچنین ثبت دقیق و تحلیل نتایج، نشان‌دهنده تعهد به کیفیت و ایمنی است. در صورت مردود شدن یک انکر، باید سریعاً راهکارهای اصلاحی مانند اصلاح طرح، اجرای انکر جایگزین یا کاهش ظرفیت باربری آن انکر با هماهنگی طراح اتخاذ گردد.

در نهایت، پایدارسازی موفق یک گود، حاصل همکاری صحیح میان طراحی اصولی، اجرای باکیفیت و کنترل و پایش دقیق است که تست‌های کشش انکر یکی از ارکان اصلی آن محسوب می‌شود.