Soil Nailing – A Practical Guide-CRC Press (2021)

میخکوبی یا نیلینگ یکی از روش های مهندسی است که معمولاً برای تثبیت سازه های خاکی در سراسر جهان استفاده می شود. در این روش برای تقویت توده خاک به صورت برجا، چه طبیعی چه ساخته شده توسط انسان، با کمک نصب عناصر سازه ای تحت عنوان نیل (میخ) بدون اعمال پیش تنیدگی صورت می گیرد. طول و فاصله نیل ها بسته به شرایط پروژه و فرضیات طراحی می تواند متغیر باشد. این میخ ها معمولاً از فولاد یا سایر مواد مهندسی مانند پلیمرهای تقویت شده با الیاف ساخته می شوند. نصب نیل ها با روش های مختلفی صورت می گیرد. در برخی از موارد، آنها را به کمک کوبش در زمین و یا شلیک مستقیم نصب می کنند اما غالباً در محل تعیین شده برای نصب، به کمک دریل واگن گمانه هایی با قطر مشخص حفر شده و پس از وارد کردن آرماتور با تزریق دوغاب، در محل تثبیت می شوند. در شرایط عادی، نیل ها به صورت مقاوم (Passive) عمل می کنند و در هنگام نصب هیچ تنشی را تحمل نمی کنند. هنگامی که تغییری در وضعیت تنش-کرنش توده خاک تقویت شده و در نتیجه تغییر شکل زمین ایجاد می شود، نیرو های کششی در میخ های خاک از طریق برهم کنش اصطکاکی بین میخ ها و خاک ایجاد می شود.
نیلینگ تا دهه 1970 محبوبیت چندانی میان مهندسین نداشت، زمانی که مهندسان متوجه شدند که این روش می تواند یک سیستم تقویت کننده موثر، قوی و اقتصادی برای انواع شرایط زمین ارائه دهد، کم کم مورد استقبال قرار گرفت. از دیگر مزایای این روش به طور کلی می توان به ایجاد حداقل مزاحمت، هم از نظر ارتعاش و هم از نظر سر و صدا، آسیب کمتر به محیط زیست، نیاز حداقلی به تعمیر و نگه داری در طول عمر سرویس دهی و البته تعدد پروژه های موفق نیلینگ که نشان از سازگاری مناسب این روش با انواع خاک دارد، اشاره نمود. امروزه از این روش برای افزایش پایداری سازه های خاکی از جمله شیب ها، دیوار های حائل، خاکریزها و حفاری ها استفاده می شود. تجربه و دانش قابل توجهی که اکنون در اختیار مهندسین مختلف قرار دارد نتیجه توسعه روز افزون این روش در چند دهه گذشته به کمک آزمایش ‌های آزمایشگاهی، مدل‌سازی عددی، مدل سازی فیزیکی به کمک سانتریفیوژ و میز لرزه و البته تجربه غنی به دست آمده از پروژه های مختلف می باشد.
کتاب راهنمای کاربردی روش نیلینگ سعی دارد تا تجربه و پیشرفت‌ های حاصل شده در توسعه و استفاده از روش نیلینگ را در ذهن مخاطب تثبیت نماید و آن ها را به پذیرش گسترده تر و استفاده از این روش تشویق نماید. این کتاب برای استفاده دانشجویان کارشناسی ارشد، محققین و مهندسین عمران و ژئوتکنیک شاغل که تمایل دارند تا درک عمیق‌تر و اساسی ‌تری از مفاهیم نظری و عملی حاکم بر روش میخ کوبی داشته باشند، در نظر گرفته شده است. اصول اولیه این روش و همچنین دانش روز و استانداردهای توصیه شده از عملکرد خوبی در رابطه با طراحی، ساخت، نظارت و نگهداری سازه های میخکوبی شده ارائه می دهد. پروژه های منتخب و مطالعات موردی مربوطه نیز به منظور نشان دادن استفاده نوآورانه و مبتکرانه از روش میخکوبی از منظر طراحی، اجرا و کنترل کیفیت برجسته می شوند.

نیلینگ یک راه حل مهندسی جذاب برای تثبیت شیب ها، دیوار های حائل، خاکریز­ها و حفاری ها ارائه می دهد. با این حال، همه شرایط زمین ذاتاً برای میخکوبی خاک مناسب نیستند. برخی از خاک ها ممکن است در حین ساخت و ساز یا در دراز مدت مشکلاتی را ایجاد کنند که طرح نیلینگ را به عنوان راه حلی غیرعملی، غیراقتصادی یا حتی نا­امن مطرح نماید. کلید موفقیت یک طرح نیلینگ به توانایی تشکیل یک منطقه تقویت شده یکپارچه توسط میخ ها و توده خاکی که در آن نصب شده است بستگی دارد. درک کامل رفتار روش نیلینگ در شرایط مختلف زمین ضروری است. در ادامه به صورت خلاصه محاسن و محدودیت های روش میخکوبی ذکر شده است.

محدودیت های روش نیلینگ

• ایجاد محدودیت در محدوده نیل ها: محدوده اشغال شده توسط میخ ها امکان انجام فعالیت های بعدی را محدود می سازد.
• خزش خاک: این روش برای خاک های رس نرم یا خاک های حساس در معرض خزش مناسب نیست، زیرا ظرفیت میخ ممکن است از نظر اقتصادی قابل توسعه نباشد.
• خوردگی: برای کاربرد در خاک های بسیار تهاجمی و خورنده استفاده از نیلینگ توصیه نمی شود، به ویژه در جایی که دوام طولانی مدت مد نظر است.
• عوارض زیرزمینی: وجود تاسیسات، سازه ‌های زیرزمینی یا سایر عوارض مدفون می تواند محدودیت ‌هایی برای طول و چیدمان نیل ها ایجاد کند.
• آب ‌های زیرزمینی: وجود سطح بالای آب زیرزمینی ممکن است منجر به مشکلات اجرایی در حفر چاله و تزریق شود.
• محل هایی با سابقه گسیختگی: اثر­ بخشی نیل ها ممکن است در مکان­‌هایی با زمین لغزش‌های بزرگ به خطر بیافتد.
• آب و هوا: عملکرد نیل ها در آب و هوای سرد، به ویژه در رس های متورم یا خاک هایی که به یخبندان حساس هستند و در معرض چرخه های ذوب و یخبندان قرار می گیرند، در معرض عدم قطعیت است.
• نفوذپذیری: وجود زمین های قابل نفوذ مانند تخته سنگ، سنگ های بسیار شکسته، درز های باز یا حفره ها، می تواند مشکلات ساختمانی را به دلیل مشکلات احتمالی نشت دوغاب ایجاد کند.
• وجود درزه ها و ضعف های اجرایی: وجود درزه های نامطلوب ممکن است مشکلات ناپایداری را در کوتاه مدت و بلند مدت ایجاد کند.
• نیل های بلند: میخ های بلند (مثلاً بیش از 20 متر) به سختی نصب می شوند و بنابراین روش نیلینگ ممکن است برای زمین لغزش های عمیق یا شیب های قابل توجه مناسب نباشد.
• تغییر شکل زمین: از آنجایی که بسیج شدن نیرو در میخ ها با تغییر شکل زمین ناشی از حفاری پله ای قبل از نصب میخ ها همراه خواهد بود، ممکن است اثرات آن بر سازه ها، تاسیسات یا خدمات مجاور مورد توجه قرار گیرد، به ویژه در پروژه های حساس نسبت به تغییر ­شکل

مزایای روش نیلینگ

• انعطاف پذیری: مناسب برای مکان های با فضای محدود با دسترسی دشوار. زیرا کارخانه ساخت و ساز مورد نیاز نسبتا سبک با قابلیت جابه جایی است.
• سازگاری: روش نیلینگ با تنظیم تعداد، شیب و محل نیل ها، به راحتی با محدودیت های محل و تغییرات در شرایط زمین که در طول اجرا با آن مواجه می شود، مقابله می کند.
• سازگاری با محیط زیست: این روش سازگار با محیط زیست است زیرا نیازی به عملیات خاکی گسترده و قطع درختان نیست. علاوه بر این اختلال کمتری در ترافیک ایجاد می کند و اثرات نامطلوب زیست محیطی کمتری از نظر صدا و لرزش ایجاد می کند.
• استحکام و قابلیت اطمینان: از آنجایی که تعداد قابل توجهی از نیل ها معمولاً درگیر می‌شوند، نسبت به برش ‌های بدون پشتیبانی یا سایر روش‌های تقویت خاک مانند انکرهای پیش تنیده، حساسیت کمتری نسبت به ویژگی ‌های نامطلوب زمین شناسی و بار های لرزه ای دارد.
• شکل پذیری: حالت شکست احتمالاً انعطاف پذیر است، بنابراین علائم هشدار دهنده قبل از شکست ارائه می شود. دیوارهای میخکوبی شده با خاک نیز به دلیل شکل پذیری سیستم، عملکرد خوبی در هنگام رخدادهای لرزه ای نشان داده اند.
• فضا: در نیلینگ در حقیقت می توان گفت که تقریباً هیچ محدوده ای از زمین توسط عوامل پایدار کننده اشغال نمی شود در صورتی که در روش هایی نظیر خرپا و مهارمتقابل بخش قابل توجهی از محدوده زمین اشغال می شود.
• اقتصاد: سوابق در اروپا و آمریکای شمالی نشان دهنده صرفه جویی 10 تا 30 درصدی در هزینه در مقایسه با سایر روش های مرسوم است.
• سرعت اجرا: سرعت اجرای سریع را می توان به راحتی با تجهیزات حفاری کافی به دست آورد. علاوه براین، ادوات استفاده شده نیز کمتر تحت تأثیر آب و هوای نامساعد قرار می گیرد که می تواند بسیار برای پیشبرد پروژه موثر باشد.

به طور کلی کتاب راهنمای کاربردی روش نیلینگ یکی از جدیدترین منابع چاپ شده در زمینه نیلینگ است که می تواند اطلاعات خوبی را در این زمینه در اختیار مخاطب علاقه مند قرار دهد. کتاب راهنمای کاربردی روش نیلینگ در 9 فصل تدوین شده است. نویسنده در فصل اول کتاب به مقدمات کلی روش میخکوبی می پردازد و به صورت اجمالی به برخی از مزایا و معایبی که متوجه روش نیلینگ است اشاره می کند. فصل دوم کتاب راهنمای کاربردی روش نییلینگ به توضیح مفاهیم بنیادین و اصول حاکم بر این روش اختصاص دارد چرا که بدون شناخت این مفاهیم مقدماتی، درک محاسبات صورت گرفته در فصول آینده برای مخاطب بسیار پیچیده می شود. یکی از مهمترین مراحلی که در غالب پروژه های ژئوتکنیکی اطلاعات مهم و ارزشمندی را برای مهندسین فراهم می آورد، مرحله تحقیقات محلی و مطالعات میدانی پروژه است. با توجه به اهمیت دو چندان این امر، نویسنده سعی کرده است در فصل سوم به آن اشاره نماید. فصل چهارم کتاب راهنمای کاربردی روش میخکوبی به مقوله طراحی و تحلیل روش نیلینگ اختصاص دارد. موضوع دوام در میخکوبی موضوع فصل پنج می باشد. یکی از رایج ترین مود های گسیختگی در روش نیلینگ، پدیده بیرون زدگی نیل ها می باشد بنابراین مقاومت بیرون کشیدگی همواره باید مورد توجه مهندسین طراح باشد. روابط موجود برای محاسبه مقدار مقاومت بیرون کشیدگی در فصل ششم مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. فصول هفتم و هشتم از کتاب راهنمای کاربردی روش نییلینگ به مرحله اجرا و پایش نیلینگ اشاره شده است و در فصل نهم نیز نویسنده سعی کرده است تا به شکلی مختصر به برخی از استانداردهای بین المللی در روش نیلینگ اشاره کند چرا که در برخی موارد مبانی طراحی استانداردهای مختلف در کشورهای مختلف متفاوت است.