نیلینگ و شاتکریت

برای اینکه بتوانیم به‌صورت خلاصه رابطه بین نیلینگ و شاتکریت را شرح دهیم در ابتدا باید بگوییم که نیلینگ یک روش نوین در تثبیت مناطق حفاری است که بر پایه لنگر انداختن و پیچاندن سنگ‌ها برای تثبیت دیوارهای تونل ایجاد شده است. این تکنیک در ابتدا شامل سه مرحله اصلی نصب میلگرد، تزریق دوغاب سیمان و استفاده از شاتکریت بود. در ادامه به بررسی دقیق این سازه نگه‌دارنده خواهیم پرداخت.

نیلینگ چیست

اصطلاح “نیل”، یک واژه انگلیسی است که در زبان فارسی به معنای “میخ” ترجمه می‌شود. فرآیند نیلینگ یا میخ‌گذاری (Nailing) یک روش رواج‌یافته در مهار کردن خاک است که به‌طور گسترده در سراسر جهان به کار می‌رود.

در این روش، بخش‌های ناپایدار خاک با استفاده از المان‌ها و میلگردهای فولادی که به نام “نیل” شناخته می‌شوند، استحکام یافته و به بخش پایدار خاک اتصال داده می‌شوند. این فرآیند اهمیت زیادی در تثبیت مناطق ناپایدار خاک داشته و به‌عنوان یک راهکار مؤثر در افزایش استحکام و پایداری سازه‌ها به شمار می‌آید.

درواقع نیلینگ یک روش کاربردی در بهبود بخش‌های ناپایدار خاک است که به‌طور گسترده برای تقویت و پایدارسازی گود با عمق متوسط و زیاد به کار می‌رود. این تکنیک نه‌تنها در مهار کردن دیواره‌های کنار راه‌ها اثرگذار است بلکه یک روش نوآورانه نیز برای تثبیت ترانشه‌ها و فراهم کردن تکیه‌گاه‌های افقی در دیواره‌های خاک‌برداری شده نیز محسوب می‌شود. همچنین برای جلوگیری از لغزش خاک و افزایش پایداری سازه‌ها و زمین‌ها نیز کاربرد دارد.

در روش نیلینگ، نکته حائز اهمیت این است که نیروی کششی تنها زمان ایجاد جابجایی، در میخ‌ها فعال می‌گردد. این موضوع ممکن است در ساختمان‌های مجاور با کاربری حساس به مشکلاتی منجر شود؛ بنابراین، در انتخاب نوع سیستم نگه‌دارنده، مقدار مجاز جابجایی سازه‌های اطراف باید مدنظر قرار گیرد.

این سازه نگهبان موقت، تحت تأثیر عواملی نظیر گذر زمان، هوازدگی سطح خاک، خوردگی آرماتورها و نفوذ آب‌های سطحی، مقاومت خود را از دست می‌دهد؛ بنابراین، بسیار مهم است که به‌سرعت برای ساخت و نصب سازه اصلی اقدام گردد.

برای گودهایی که اطراف آن‌ها ساختمان حساس به جابجایی وجود دارد، استفاده از سیستم نیلینگ به دلیل نیاز به جابجایی توده خاک، توصیه نمی‌شود. در این موارد، بهتر است سیستم پایدارسازی گود با استفاده از انکراژ (میل مهار) به کار رود.

انواع روش نیلینگ

همان‌طور که اشاره شد، نیلینگ یک فعالیت ژئوتکنیکی است که برای حفاری چاه‌ها و سوراخ‌ها در زمین‌های مختلف به کار می‌رود. انواع مختلف این تکنیک شامل موارد زیر است:

• نیلینگ گروت جت: در آن موتورهای جت برای فرسایش خاک و ایجاد حفره در سطح شیب به کار می‌روند. سپس میله‌های فولادی در این حفره‌ها نصب شده و گروت یا بتن ریخته می‌شود.
• نیلینگ گروت: در این تکنیک یک سوراخ در دیوار یا شیب ایجاد شده و میله‌ها در این حفره قرار می‌گیرند. سپس از موادی مانند بتن، شاتکریت و سایر مواد تثبیت‌کننده استفاده می‌شود تا حفره پر گردد.
• میله‌های رونده: این نیلینگ برای ثابت نگه‌داشتن موقتی خاک استفاده می‌شود. در این روش، میله‌ها در شیب در طول حفاری هدایت می‌شوند. این شیوه سریع است، اما در مقابل خوردگی فلز مقاومی ندارد.
• پرت کردن میله‌ها: میله‌های فولادی با سرعت بسیار بالا به‌وسیله مکانیزم هوای فشرده به داخل خاک پرتاب می‌شوند. این روش بسیار سریع است، اما کنترل میله در زمان پرتاب چالش‌برانگیز خواهد بود.
• خود میله حفاری: در این شیوه از خود میله توخالی استفاده شده و میله توخالی و ملات به‌طور هم‌زمان تزریق می‌شوند. این روش نیلینگ سریع‌تر از نیلینگ گروت است و مقاومت بیشتری نسبت به میله‌های رونده دارد.

شاتکریت چیست

شاتکریت در نیلینگ، به‌عنوان یک ملات یا بتن با ویژگی‌های خاص شناخته می‌شود که از طریق یک شیلنگ و به شکل پنوماتیک با سرعت بالا بر روی سطح پاشیده می‌شود. نیروی پاشش این ملات یا بتن، منجر به تراکم و تشکیل لایه‌هایی با ضخامت مورد نیاز می‌گردد.

شاتکریت از موادی مثل سیمان، سنگدانه، آب و مواد افزودنی تشکیل شده است. این ملات خواص مشابهی با بتن دارد، اما روش ترکیب و اجرای آن متفاوت است. شاتکریت به دلیل نیاز کمتر به قالب و امکان اجرا به‌صورت مقرون به‌صرفه‌تر، نسبت به بتن‌ریزی سنتی طرفداران بیشتری دارد.

انواع شاتکریت

این تکنیک دو روش دارد که در ادامه آن‌ها را بررسی خواهیم کرد:

شاتکریت خشک

در این روش منحصربه‌فرد، مخلوط خشک شامل ماسه و سیمان با استفاده از پمپ شاتکریت، به‌صورت خشک و بدون افزودن آب، به داخل لوله پاشنده ملات (که به نام‌های نازل، نول یا سرشلنگی هم مشهور است) منتقل می‌شود.

درواقع در این حالت، آب مورد نیاز به‌صورت هم‌زمان با خروج مصالح از سر نازل به آن اضافه شده و با توجه به‌سرعت زیاد خروج مصالح از سر نازل، افزودن آب در کسری از ثانیه صورت می‌گیرد.

این خصوصیت باعث می‌شود تا آب به برخی از دانه‌های سیمان نرسد و امکان هیدراته شدن این دانه‌ها به وجود نیاید. نتیجه این عمل، این است که بخش قابل‌توجهی از مصالح پاشیده شده به سطح کار نچسبد و به‌عنوان پرت کار محسوب شود.

این شیوه به شکل کلی در عملیات تثبیت قبل از اجرای لاینینگ تونل‌ها و کارهای روکش و تعمیراتی با ضخامت کمتر از ده سانتی‌متر مورد استفاده قرار می‌گیرد؛ اما در کارهای بتنی که مقاومت فشاری بالا مورد نیاز است، استفاده از این روش توصیه نمی‌شود.

این امر به دلیل فقدان مصالح سنگی درشت دانه‌دار بوده که مقاومتی کمتر از مقاومت بتن دارد. در صورت استفاده از سنگدانه‌های دانه‌دار درشت، مقاومت فشاری به ترتیب بیشتر است، اما مشکلاتی همچون میزان بازگشت و کمانش مصالح به‌شدت افزایش می‌یابد.

مراحل اجرای شاتکریت خشک

مراحل اجرای این تکنیک به ترتیب عبارت‌اند از:

ماده چسباننده، سنگدانه‌ها و در صورت لزوم افزونه‌های خشک به‌طور کامل ترکیب شده و مخلوط آماده شده به داخل دستگاه تغذیه‌کننده مکانیکی مخصوص یا بتن‌پاش ریخته می‌شود. این ترکیب از طریق دستگاه تجهیز شده با وسایل اندازه‌گیری تحت‌فشار هوا به داخل شلنگ انتقال رانده و به نول (سرشلنگی) جابجا می‌شود. این فرآیند تضمین می‌کند که مخلوط با دقت و با کنترل اندازه به‌سرعت مورد نظر منتقل شود.

با استفاده از طوقه‌ای که با دقت درون نول (سرشلنگی) قرار گرفته است، آب تحت فشار به‌طور کامل با دیگر اجزای تشکیل‌دهنده بتن مخلوط و با سرعت زیاد از دهانه نول خارج و بر روی سطح مورد نظر پاشیده می‌شود.

در محیط‌های بسته مانند تونل‌ها به علت ایجاد گردوخاک در تکنیک خشک، بهتر است از روش‌تر استفاده شود.

نیلینگ و تکنیک شاتکریت تر

در این فرآیند، بتن آماده با سیمان به آب یکسان، به دستگاه پمپ شاتکریت وارد می‌شود. در این دستگاه، با استفاده از فشاری که توسط باد کمپرسور ایجاد می‌گردد، بتن با سرعت بالا بر روی سطح مورد نظر می‌پاشد. این فرآیند از تکنولوژی شاتکریت تر استفاده کرده و به دو صورت مکانیکی یا دستی در مکان‌هایی که نیاز به مقاومت فشاری بالا و اجرای سریع دارند، به کار می‌رود.

شاتکریت تر، در مقایسه با نوع خشک، امکان انجام دیواره بتنی با ضخامت ۵۰ سانتیمتر و سقف به ضخامت ۲۰ سانتیمتر را در یک مرحله ارائه می‌دهد. با توجه به ویژگی‌های این نوع تکنیک، در پروژه‌هایی که به مقاومت فشاری بالا نیاز دارند، کاربرد بیشتری خواهد داشت. این روش علاوه بر افزایش سرعت اجرا، کیفیت و تولید شاتکریت را به‌مراتب بالاتر از روش خشک می‌سازد.

مزایای اجرای نیلینگ و شاتکریت

این تکنیک مزیت‌های بسیاری دارد که در ادامه برخی از آن‌ها را ذکر خواهیم کرد:

• پایین بودن هزینه اجرا: در مقایسه با روش‌های دیگر، نیلینگ با هزینه اجرای پایین‌تری همراه است.
• امکان اجرای سریع: روش نیلینگ به دلیل سادگی و کارایی بالا، امکان اجرای سریع و به‌موقع را فراهم می‌کند.
• پایین بودن ریسک اجرا و خطرات: در مقایسه با روش‌های دیگر مانند انکراژ، ریسک اجرا و خطرات مرتبط با نیلینگ به‌شدت کاهش می‌یابد.
• تغییرات کم در شکل دیوارها: این شیوه باعث ایجاد تغییرات کم در شکل دیوارها شده که در پروژه‌هایی با الزامات ظاهری حساس، امکان‌پذیر است.
• روش بدون لرزش و صدا: اجرای بدون لرزش و صدا در روش نیلینگ، این تکنیک را به‌عنوان یک گزینه مناسب برای مناطق حساس به این نوع اختلالات تبدیل می‌کند.
• امکان اجرا در مجاورت سازه‌های دیگر: این شیوه به دلیل عدم نیاز به فضای بزرگ و تداخل کم با سازه‌های دیگر، در مجاورت سازه‌های مختلف نیز قابل اجراست.
• امکان اجرا در فضاهای کوچک و محدود: روش نیلینگ به دلیل عدم نیاز به فضای بزرگ و امکان اجرا در مکان‌های محدود، به‌عنوان یک گزینه مؤثر در شرایط فضایی خاص به شمار می‌رود.

معایب تکنیک نیلینگ و شاتکریت

از معایب این تکنیک می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• نیاز به تجربه بالا در اجرا: پیاده‌سازی نیلینگ نیاز به تجربه و مهارت بالا دارد.
• عدم مناسب بودن برخی انواع خاک: هر خاکی برای نیلینگ مناسب نیست و باید نوع خاک مورد استفاده به‌دقت انتخاب شود.
• محدودیت‌های شهری: وجود موانع شهری می‌تواند محدودیت‌هایی را بر طول، محل و شیب آن اعمال کند و عملکرد این تکنیک را محدود نماید.
• مناسب نبودن در مکان‌هایی با جریان آب: روش نیلینگ برای مکان‌هایی با جریان آب، مناسب نیست و ممکن است در این شرایط کارایی پایین‌تری داشته باشد.
• نیاز به رصد و چک مرتب اجرای میخ‌ها: در صورت دائمی بودن اجرای نیلینگ، مکان قرارگیری میخ‌ها باید به‌صورت مرتب رصد و چک شوند تا از کیفیت و عملکرد آن‌ها اطمینان حاصل گردد.

شرایط خاک و تأثیر آن بر نیلینگ و شاتکریت

استفاده از روش نیلینگ و شاتکریت در محدوده وسیعی از خاک‌ها یکی از ویژگی‌های بارز این تکنیک به‌حساب می‌آید. اگر شرایط خاک مطلوب باشند، انجام این تکنیک می‌تواند سهولت اجرای کار و اقتصادی بودن پروژه را فراهم سازد. از سوی دیگر، در مواقعی که شرایط خاک نامطلوب باشد، این شیوه ممکن است با مشکلات اجرایی و حتی افزایش هزینه‌ها همراه شود.

خاک قابل استفاده برای تکنیک نیلینگ باید شرایط زیر را داشته باشد:

بدون نیاز به سازه نگهبان، خاک قادر است، به مدت یک تا دو روز با دیوارهای عمودی یا نزدیک به عمودی، به ارتفاع تقریبی یک تا دو متر، پایدار باقی بماند. این روش امکان قرارگیری میخ‌ها در تراز بالاتر از سطح ایستایی را نیز فراهم می‌کند.

به‌منظور افزایش پایداری و عملکرد بهینه نیلینگ، میخ‌ها در ترازی بالاتر از سطح ایستایی قرار بگیرند.

اگر میخ‌ها در تراز پایین‌تر از سطح ایستابی قرار گیرند، باید مواردی چون تأثیر آب زیرزمینی بر دیواره گودبرداری یا سینه کار، مقاومت چسبندگی میان دوغاب و خاک محصورکننده آن، یکپارچگی و پایداری سیستم نیلینگ، مورد ارزیابی و رصد دقیق قرار گیرد.

درصورتی‌که چاهک‌های حفاری شده بتوانند بدون نیاز به اقدامات ویژه، هنگام نصب میخ‌ها و تزریق دوغاب به مدت چند ساعت پایدار باقی بمانند، این امر به‌عنوان یک ویژگی مطلوب محسوب می‌شود. در چنین شرایطی، نیاز به اقدامات خاصی برای تثبیت ساختار نیلینگ وجود ندارد.

اما درصورتی‌که شرایط خاک به‌گونه‌ای باشد که تأثیر منفی بر سه مورد ذکر شده (نصب میخ‌ها، تزریق دوغاب و پایداری) بیفتد، بهتر است از روش حفاری با مته توخالی و استفاده از غلاف‌های موقت در سرتاسر طول چاهک حفاری بهره گرفت. این اقدامات باعث حفاظت از پایداری ساختار در مواجه با شرایط خاک نامناسب شده و تضمین می‌کنند که چاهک‌ها به دلیل نصب میخ‌ها و تزریق دوغاب به مدت مشخص پایدار باقی بمانند.

خاک مناسب برای نیلینگ و شاتکریت

بر اساس معیارهای عمومی که در متن بالا ذکر شده‌اند، انواع خاک‌های زیر را می‌توان برای نیلینگ مناسب دانست:

خاک ریزدانه سفت و خاک‌های دانه‌ای متراکم

خاک‌های ریزدانه یا چسبنده یک طیف گسترده از خصوصیات خاک را در بر می‌گیرد. این نوع خاک‌ها می‌توانند شامل رس‌های سفت تا سخت با ذرات ریزدانه با مقاومت به فشار، لای‌های رسی با ویژگی‌های مکانیکی متنوع، رس‌های لایدار با ساختارهای چسبنده، رس‌های ماسه‌ای با ترکیب مختلف از ماسه و رس، لای‌های ماسه‌دار و ترکیبی از این عناصر باشند.

تنوع در ترکیب و خصوصیات این خاک‌ها ناشی از شرایط جغرافیایی و تاریخچه شکل‌گیری آن‌هاست. این خاک‌ها از اهمیت بالایی در مهندسی ژئوتکنیک برخوردارند و در تحلیل‌های سازه‌ها و پروژه‌های ساختمانی مورد مطالعه و ارزیابی قرار می‌گیرند.

خاک‌های دانه‌ای متراکم تا بسیار متراکم با مقداری چسبندگی شامل شن و ماسه باSPT  بیش از ۳۰ و حاوی مقدار کمی خاک ریزدانه (معمولاً حداکثر ۱۰ تا ۱۵ درصد) یا مقدار ناچیزی سیمانتاسیون هستند که به چسبندگی دانه‌های خاک کمک می‌کند.

این خاک‌ها معمولاً دارای نیروهای مویینگی در ماسه‌های ریزدانه مرطوب بوده که ممکن است به اندکی چسبندگی در آن‌ها منجر گردد. همچنین با ویژگی‌های چسبندگی معقول برای استفاده در پروژه‌های مهندسی، مخصوصاً در سازه‌ها و پروژه‌های ساختمانی، مورد استفاده قرار می‌گیرند و اهمیت آن‌ها در تحلیل‌ها و طراحی‌های ژئوتکنیکال بسیار مهم است.

سنگ‌های هوازده فاقد سطوح و خاک یخچالی

این سنگ‌ها درصورتی‌که سطوح ضعیف وجود نداشته باشد کاربرد دارد. در این صورت، سنگ‌های هوازده به‌عنوان مصالح سازه‌ای انتخابی برای تثبیت و پایدارسازی دیوارهای گودها به کار می‌روند؛ اما وجود سطوح ضعیف در راستاهای نامناسب می‌تواند تأثیر منفی داشته باشد. بهتر است بررسی دقیق و ارزیابی کامل این سطوح جهت اطمینان از کیفیت و استحکام سنگ‌ها و مصالح در اولویت قرار گیرد.

خاک‌های یخچالی، شامل یخ آبرفت‌ها و یخ‌رفت‌ها، به دلیل خصوصیات متراکم بودن، دانه‌بندی مناسب و وجود مقدار محدودی ریزدانه، به‌عنوان مصالح مناسب برای سازه‌های نگهبان نیلینگ مورد استفاده قرار می‌گیرند. علاوه بر این، پتانسیل‌های مهمی برای اجرای پروژه‌های ژئوتکنیکال مهندسی دارند، زیرا به‌عنوان خاک‌های مقاوم با ویژگی‌های مطلوب شناخته می‌شوند که در تثبیت و پایدارسازی سازه‌های نیلینگ تأثیرگذارند.

خاک‌های نامناسب برای نیلینگ و شاتکریت

برخی از انواع خاک‌های نامناسب برای این روش عبارت‌اند از:

خاک غیر چسبنده و با سطح آب زیرزمینی بالا

خاک‌های غیر چسبنده بد دانه‌بندی شده و خشک، در صورت خشک بودن کامل و عدم وجود مصالح ریزدانه یا هیچ‌گونه سیمانتاسیون طبیعی در آن، از چسبندگی ظاهری محروم هستند. این خاک‌ها به دلیل فقدان چسبندگی، امکان پایداری قائم یا نزدیک به قائم در فرآیند نیلینگ را به‌شدت محدود می‌کنند.

در صورت وجود خاک‌های غیر چسبنده بد دانه‌بندی شده و خشک، پایدارسازی خاک نیازمند انجام زهکشی جامع و اساسی است. در این خاک‌ها، مقادیر زیاد آب زیرزمینی می‌تواند باعث فروپاشی آسان چاهک‌ها شود. همچنین، تراوش بیش‌ازحد آب‌های زیرزمینی از دیواره گود ممکن است باعث بروز مشکلات جدی در اجرای شاتکریت گردد. این امور نشانگر اهمیت زهکشی کامل و کنترل مناسب آب در این نوع خاک‌ها برای اجرا نیلینگ و شاتکریت است.

خاک‌های دارای قلوه سنگ و ریز دانه نرم

وجود مقادیر زیاد قلوه سنگ و گرداله سنگ در فرآیند حفاری چاهک‌ها باعث افزایش هزینه و سختی اجرا می‌شود. این مشکلات به دلیل مقاومت بیشتر سنگ و ایجاد مشکلات فنی در حفاری، موجب افزایش هزینه‌ها و کاهش بهره‌وری در اجرای پروژه‌های نیلینگ می‌گردد.

این خاک‌ها با مقادیر SPT کمتر از ۴، برای روش نیلینگ مناسب نیستند. این امر به دلیل کاهش مقاومت چسبندگی آن‌ها با میخ‌ها در سطح تماس میخ، دوغاب و خاک است؛ بنابراین، برای دستیابی به مقاومت لازم، باید طول میخ‌ها را به میزان غیرقابل قبولی زیاد در نظر گرفت که این امر هزینه‌بردار است.

خاک آلی، خورنده، سنگ هوازده و باد رفت‌ها

برخی از خاک‌های آلی، ازجمله لای‌های آلی، رس‌های آلی و خاک‌های مردابی، معمولاً دارای مقاومت برشی کمی هستند که منجر به کاهش مقاومت پیوستگی آن‌ها می‌شود. ازاین‌رو، نیاز به طول میخ‌های بسیار زیاد در این نوع خاک‌ها، موجب افزایش چشمگیر هزینه‌ها شده که ازنظر اقتصادی غیرقابل‌قبول است.

همچنین درصورتی‌که شرایط محیطی و خاکی مناسب نباشد، ممکن است اقدامات حفاظتی پرهزینه شود. این موضوع به‌ویژه در دیوارهای نیلینگ دائمی، به‌عنوان یکی از معایب و محدودیت‌های جدی این روش در این شرایط، به چشم می‌خورد. توجه نادرست به این نکات می‌تواند به افزایش هزینه و کاهش کارایی سیستم نیلینگ منجر گردد.

گونه‌های هوازده سنگ ممکن است دارای صفحات ضعیف نامناسب همچون درزها، شکستگی‌ها، بریدگی‌ها، گسل‌ها، چین‌ها، تورق و سطوح کلیواژ باشند. این صفحات می‌توانند بر پایداری چاهک‌ها تأثیر گذاشته و فرآیند تزریق دوغاب را با مشکلاتی روبه‌رو کنند. وجود این‌گونه صفحات ضعیف و ناپیوستگی‌ها می‌تواند منجر به تشکیل بلوک‌های بالقوه ناپایدار در خاک پشت دیوار نیلینگ شده، در هنگام گودبرداری گردد.

هنگامی‌که بادرفت‌ها خشک هستند، این موضوع می‌تواند باعث نمایش مقاومت‌های قابل قبولی در خود شده و نصب میخ‌ها در خاک را آسان کند. با این حال، وجود مقادیر نسبتاً زیاد آب در پشت دیوارهای نیلینگ می‌تواند منجر به فروپاشی ساختار بادرفت گردد و مقاومت آن به‌طور قابل‌توجهی کاهش یابد.

اجزای اصلی نیلینگ

قبل از توضیح مراحل اجرای نیلینگ و شاتکریت، ابتدا بهتر است با اجزای این فرآیند آشنا شوید. به‌طورکلی، اجزا و بخش‌های مختلف نیلینگ عبارت‌اند از:

• بخش اصلی این سیستم را میلگردهای فولادی تشکیل می‌دهند که به‌عنوان میخ یا نیل شناخته می‌شوند. این میلگردها در چاهک‌ها قرار گرفته و به‌صورت درجا دوغاب ریزی می‌کنند.
• دوغاب علاوه بر انتقال تنش از خاک به میخ‌ها، مسئول حفاظت از میخ‌های فولادی در برابر خوردگی نیز هستند.
• سر میخ، قسمت بیرونی این میخ فولادی است که رزوه شده و از دیواره خاکی گود بیرون قرار می‌گیرد.
• مهره شش‌گوشه، واشر و صفحه تکیه‌گاهی، قطعاتی هستند که برای اتصال نیل به پوشش اجرا شده روی سطح دیواره گود استفاده می‌شوند.
• پوشش‌های موقت و دائمی اجراشده بر روی سطح دیواره گود موجب یکپارچگی سازه‌ای سیستم نیلینگ می‌شوند.
• این پوشش یک سطح، به عنوان تکیه‌گاه برای صفحه تکیه‌گاهی بوده و همچنین از قسمتی از خاک در برابر عوامل جوی، ازجمله هوازدگی، محافظت می‌نماید. این پوشش را پیش از شروع مرحله بعدی گودبرداری اجرا می‌کنند و پوشش دائمی را پس از نصب کامل میخ‌ها و سفت کردن مهره‌های شش‌گوشه روی پوشش موقت اجرا می‌نمایند.
• نوارهای زهکش ژئوکامپوزیت قبل از اجرای پوشش موقت، در زیر آن‌ها قرار می‌گیرند. هدف از استفاده آن‌ها، جمع‌آوری و انتقال آب‌هایی است که از طرق مختلف به پشت پوشش موقت می‌رسند.

مراحل اجرای نیلینگ و شاتکریت

پایدارسازی دیواره گودها با استفاده از روش نیلینگ، عموماً در ۶ مرحله اصلی انجام می‌شود. این مراحل اجرایی، پس از تکمیل گام اول گودبرداری، در مراحل بعدی آن تا رسیدن به رقوم کف گود مورد نظر، مکرراً اجرا می‌گردند که به ترتیب عبارت‌اند از:

گودبرداری و حفاری گمانه‌ها

در مرحله اول پایدارسازی با استفاده از روش نیلینگ، یک تا چهار متر از عمق خاک گودبرداری می‌شود. عمق خاک‌برداری در هر مرحله با استفاده از آزمایش‌های مکانیک خاک و گمانه‌زنی که پیش از شروع گودبرداری انجام شده و با توجه به جنس خاک، ظرفیت باربری، پارامترهای مقاومت برشی، لایه‌بندی، میزان نفوذ آب سطحی و سربار متغیر آن تعیین می‌گردد.

این خاک‌برداری منجر به ایجاد دیواره گود که به‌طور اصطلاحی “سینه‌کار” نامیده می‌شود، خواهد شد. در پایین این دیواره، یک سکو یا سطح افقی وجود دارد که عرض آن باید به‌اندازه کافی و به‌گونه‌ای باشد که دستگاه حفاری بتواند روی آن قرار گیرد.

پس از اتمام مرحله اول خاک‌برداری، مرحله حفاری چاله‌ها برای قرار دادن نیل‌ها آغاز می‌شود. این حفاری با استفاده از دستگاه دریل واگن صورت می‌گیرد که روی سینه‌کار قرار می‌گیرد. لوله‌های مته حفاری به‌صورت قطعاتی به طول حدود 2 تا 3 متر می‌باشند و به‌صورت پیچی به هم متصل می‌گردند.

ویژگی‌های چاله‌ها مانند شیب، قطر، طول و تعداد، طبق مشخصات درج شده در نقشه‌های اجرایی نیلینگ و محاسبات پایداری ترانشه مشخص می‌شوند. معمولاً چاله‌ها با زاویه 10 تا 20 درجه نسبت به افق، قطر 10 تا 15 سانتی‌متر و طول 5 تا 15 متر در فواصل یک تا دو متری اجرا می‌شوند.

گاهی در مراحل ابتدایی خاک‌برداری، به علت ارتباط نزدیک گود با خیابان و خطر احتمالی به وجود آمدن آسیب به تأسیسات شهری یا نفوذ میخ‌ها به زیرزمین ساختمان‌های مجاور، امکان انجام عملیات نیلینگ (میخ‌کوبی) وجود ندارد.

به همین دلیل، پیش از حفاری چاله‌ها، انجام بازدید از ساختمان‌های مجاور و بررسی دقیق سازه‌های زیرزمینی، قنات‌ها و محل قرارگیری چاه‌های فاضلاب ضروری است. تخریب چاه فاضلاب ساختمان مجاور یکی از مسائل متداول در اجرای پایدارسازی گود به روش نیلینگ هست.

نصب میلگرد تسلیح

پس از حفر چاله‌ها، میلگردهای آجدار AII با قطر حداقل 25 میلی‌متر و طول مشخص شده در نقشه‌های اجرایی انتخاب و یک سر آن‌ها به طول حداقل 10 سانتی‌متر رزوه می‌شوند. اندازه‌های معمولی میلگردهای نیلینگ به ترتیب 28، 32 و 40 میلی‌متر است.

در خاک‌های خورنده، از پوشش رزین اپوکسی روی آرماتورها برای افزایش مقاومت استفاده می‌شود. نیل‌هایی که طول بیش از 12 متر دارند، به روش کوپلینگ یا فورجینگ به هم وصل می‌شوند. میلگرد باید در وسط چاله قرار گیرد و دوغاب تمام اطراف آن را پر کند تا آرماتور پیوستگی مناسبی با خاک داشته باشد. در فواصل 2 تا 3 متری در طول میخ و در دو انتهای آن در فواصل نیم‌متری، از اسپیسرهای پلاستیکی (فاصله‌گذار) استفاده می‌شود.

شیلنگ‌های تزریق و برگشت هوا از جنس PVC (پلی‌وینیل کلراید که نوعی پلاستیک است) به میلگرد متصل می‌شوند. سپس میلگرد و شلنگ تزریق متصل به آن را درون چاله مربوطه قرار می‌دهند تا سر رزوه شده میلگرد به سمت بیرون قرار گیرد.

تزریق دوغاب سیمان

برای آغاز فرآیند تزریق دوغاب سیمان، ابتدا ورودی چاله‌ها با ملات گچ یا گچ و سیمان مسدود می‌شود، این اقدام جهت جلوگیری از خروج دوغاب به بیرون از چاله صورت می‌گیرد. تزریق دوغاب سیمان به نسبت آب به سیمان 0.5 تحت‌فشار 3 تا 5 بار یا به‌صورت ثقلی اجرا خواهد شد.

درصورتی‌که مخزن حاوی دوغاب در ترازی بالاتر از چاله باشد، این دوغاب به‌صورت ثقلی و بدون نیاز به پمپاژ به داخل چاله وارد می‌شود. دوغاب تزریقی اولیه بسیار روان بوده و نسبت آب به سیمان بیش از 1 دارد و به‌تدریج این نسبت به عدد 0.5 محدود می‌شود. خروج دوغاب سیمان از شیلنگ برگشت هوا نشان‌دهنده پر شدن چاله است.

در این زمان، شیلنگ برگشت هوا را خم کرده و محکم می‌بندند تا دوغاب به بیرون نریزد. سپس تزریق دوغاب تحت‌فشار تا پر شدن چاله ادامه می‌یابد و در آخر شیلنگ تزریق خم شده، بریده و بسته می‌شود. در حین عملیات تزریق، دوغاب باید علاوه بر پر کردن حجم چاله، به منافذ خاک چاله نیز نفوذ کند. پیستون تزریق در طول فرآیند به‌صورت رفت و برگشتی حرکت کرده و پس از پایان عملیات تزریق، عملیات رفت و برگشتی پیستون متوقف می‌شود.

برای گمانه‌های با عمق بیش از 12 متر، بهتر است از سه شیلنگ (یک رفت و دو برگشت) به‌جای دو شیلنگ تزریق استفاده گردد. در این تکنیک، لوله‌ای را در ابتدای چاله قرار می‌دهند و بر سر آن یک دستگاه فشارسنج نصب می‌کنند و سر چاه را می‌بندند. سپس عملیات تزریق دوغاب سیمان انجام می‌شود.

مراحل باقی‌مانده مشابه روش قبلی است، با این تفاوت که در این روش عملیات تزریق زمانی پایان می‌یابد که فشار دوغاب تزریقی در چاله به حد معینی برسد که در فشارسنج نشان داده می‌شود.

اجرای شاتکریت

پس از اجرای فرآیند تزریق دوغاب در چاه‌ها، به‌منظور جلوگیری از فرسایش و هوازدگی خاک، جلوگیری از ریزش خاک در فضاهای بین نیل‌ها، و حفظ یکپارچگی آن‌ها، سطح خاک با مش‌گذاری پوشانده و با اعمال شمشه کشی به شکل صاف در می‌آید.

در برخی مواقع به دلیل ریزشی بودن دیوار گود و احتمال ایجاد لرزش‌ها ناشی از حفاری چاله‌ها، ممکن است دیواره گود در عمق‌های محدود و کم نیز به ریزش‌های موضعی دچار شود. برای حل این مشکل، ابتدا می‌توان دیواره گود را با بتن پاشی و تکنیک شاتکریت، تقویت نمود و سپس به حفاری چاله‌ها پرداخت.

در مواردی که تراز آب‌های زیرزمینی بالا بوده و احتمال ورود آب از هر طریقی وجود دارد، نصب سیستم زهکشی توسط نوارهای زهکش یا زهکش‌های لوله‌ای عمقی پیش از انجام مش‌گذاری و اجرای شاتکریت در نیلینگ ضروری است.

هنگام پوشاندن سطح خاک با بتن شاتکریت، منافذ خاک بسته شده و فشار هیدرواستاتیک آب در پشت سطح شاتکریت شده وارد می‌شود. این عمل باعث کاهش اصطکاک بین دانه‌های خاک شده و احتمال جابه‌جایی توده فعال خاک را افزایش می‌دهد.

به‌منظور تسریع در تخلیه آب، نوارهای قائم ژئوسنتتیک با عرض تقریبی 50 سانتی‌متر و با فواصل 2 تا 5 متری روی سطح خاک و زیر مش‌گذاری به کار می‌رود. این نوارها جلوی چسبندگی بتن شاتکریت به سطح خاک را گرفته و از بسته شدن منافذ خاک جلوگیری می‌کنند. آب از طریق این نوارها به سمت پایین حرکت کرده و به‌سرعت از گود خارج می‌شود.

در هر مرحله از خاک‌برداری، لوله‌های نوارهای زهکشی به‌صورت لوله‌ای شده و در پایین گود قرار می‌گیرند تا با قسمت بعدی حداقل 30 سانتی‌متر روی هم اورلپ شوند. عرض نوارهای زهکشی نیز باید حداقل 20 سانتی‌متر باشد. این اقدامات باعث جلوگیری از چسبندگی بتن شاتکریت به خاک و حفظ عملکرد مؤثر نوارهای زهکشی می‌شود.

نکات کلیدی در اجرای نیلینگ و شاتکریت

در استفاده از زهکش‌های لوله‌ای عمقی، باید حداکثر فاصله لوله‌ها از هم را 6 متر و حداقل قطر لوله‌ها را 10 سانتی‌متر در نظر گرفت. بسیار مهم است که لوله‌ها جهت جلوگیری از نشت دوغاب سیمان به داخل آن‌ها در زمان تزریق، دو روز پس از تزریق نصب شوند.

بعد از قرار دادن نوارهای زهکش در نیلینگ و شاتکریت، مش‌ها با قطر 6 یا 8 میلی‌متر و چشمه‌های 10 و 15 سانتی‌متری روی سطح خاک قرار می‌گیرند و عملیات آغاز می‌شود. باید توجه داشت که مش به سطح خاک متصل نشود و به‌اندازه نصف ضخامت مورد نظر بتن شاتکریت، از سطح خاک با استفاده از اسپیسر (فاصله‌گذار) فاصله بگیرد.

مش‌های فلزی باید حداقل به‌اندازه یک چشمه روی هم اورلپ شوند. عمدتاً ضخامت بتن شاتکریت در حدود 10 تا 15 سانتی‌متر است و ماسه مورد استفاده در آن باید کاملاً شسته شده و بدون وجود خاک باشد. استفاده از ماسه خاک‌دار میزان پرت مصالح را کاهش داده و چسبندگی بتن را افزایش می‌دهد، اما مقاومت آن را به‌شدت کم می‌کند.

شیلنگ شاتکریت باید به‌صورت عمود بر سطح، با فاصله حدود 0.6 تا 1.5 متر از دیوار قرار گیرد و حداقل برای مدت 3 روز سطح شاتکریت شده باید آب پاشی و عمل‌آوری شود.

دیواره‌های بتن پاشی شده با این تکنیک از نوع پوشش موقت هستند. پوشش دائمی دیوار، یک ساختار بتن آرمه است که به‌صورت موقت روی این سطح ایجاد شده و با دیوار مرتبط به‌طور یکپارچه، نقش یک دیوار حائل را ایفا می‌کند. ضخامت پوشش دائمی دیوار در حدود 15 تا 30 سانتی‌متر، علاوه بر پوشش موقت، است.

نصب صفحه سر نیل

بعد از اجرای شاتکریت، سر نیل به‌وسیله‌ی مهره‌های شش‌گوش به نیل‌های رزوه شده متصل می‌شود. سر نیل یک صفحه فولادی با ضخامت تقریبی 2 سانتی‌متر و ابعاد 25 سانتی‌متر در 25 سانتی‌متر است که ویژگی‌های دقیق آن در نقشه‌های اجرایی ذکر شده است.

برای این کار در نیلینگ، پس از اتمام عملیات شاتکریت و درحالی‌که بتن هنوز در حالت خمیری است، صفحه تکیه‌گاهی فولادی را از میخ رد کرده و با ملایمت فشار می‌دهیم تا به حدی درون بتن پخش شود. سپس واشر و مهره را نصب کرده و مهره را مقداری محکم می‌کنیم. پس از ایستادگی نهایی بتن، می‌توانیم این کار را محکم‌تر انجام دهیم.

در صورت تصمیم به استفاده هم‌زمان از پوشش موقت و دائمی، باید به‌منظور یکپارچه‌سازی این دو، گل میخ‌هایی را به صفحه تکیه‌گاهی جوش بزنیم. پس از نصب صفحه سر نیل، مراحل بعدی خاک‌برداری اجرا شده و فرآیند پایدارسازی به روش نیلینگ، مطابق با مراحل پیشین تا رسیدن به عمق نهایی گود ادامه می‌یابد.

سیستم رفتاری نیلینگ و شاتکریت

تفهیم اصولی از مکانیزم رفتاری سیستم نیلینگ شامل موارد زیر است که در ادامه هر مورد تشریح خواهد شد:

میخ گذاری

پایداری سیستم میخ گذاری معمولاً با استفاده از یک مدل دو ناحیه‌ای مورد بررسی قرار می‌گیرد. در این مدل، فرض می‌شود که یک ناحیه از خاک به‌طور کامل از ناحیه دیگر جدا شده است. خطی که فصل مشترک این دو ناحیه را تشکیل می‌دهد، سطح لغزش یا سطح گسیختگی نامیده می‌شود. ناحیه جلوی سطح لغزش که تمایل به جدا شدن از ناحیه دیگر را دارد، ناحیه فعال خوانده می‌شود. همچنین ناحیه‌ای که ثابت است و پشت سطح گسیختگی قرار دارد، ناحیه مقاوم معرفی می‌گردد.

عملکرد اصلی سیستم میخ گذاری خاک، بر اساس دوختن ناحیه فعال به ناحیه مقاوم است. این مدل به تحلیل و بررسی رفتار این دو ناحیه متمایل به حرکت با هم در اثر خاک‌برداری پرداخته و درک عملکرد این ارتباط اساسی برای تضمین پایداری سیستم نیلینگ است.

اندکنش بین میخ و خاک و انتقال بارهای برشی در میخ

ناحیه فعال تمایل دارد که از ناحیه مقاوم جدا شود. با اتصال ناحیه فعال به ناحیه مقاوم، می‌توان از این جداشدگی جلوگیری کرد. در این فرآیند، اگر ناحیه فعال تلاش کند از ناحیه مقاوم جدا شود، میخ‌ها باید از مکان خود جابه‌جا شوند. این عمل باعث تولید نیروی محوری کششی در میخ و ایجاد تنش برشی اصطکاکی در سراسر میخ می‌گردد. این مکانیزم اساسی در سیستم نیلینگ، باعث ارتقاء پایداری سازه و جلوگیری از احتمال جداشدگی ناخواسته ناحیه فعال می‌گردد.

همچنین تنش برشی در اطراف میلگرد در ناحیه فعال نیز به وجود می‌آید. این موضوع به دلیل تمایل ناحیه مقاوم به حفظ اتصال با ناحیه فعال است؛ در نتیجه، تنش‌های برشی در ناحیه فعال، به جهت مخالف تنش‌های برشی موجود در ناحیه مقاوم، ایجاد می‌شوند. این پدیده نقش مهمی در افزایش پایداری سیستم نیلینگ ایفا می‌کند، زیرا با ایجاد تنش برشی در ناحیه فعال، امکان جدا شدن غیر مطلوب ناحیه فعال از ناحیه مقاوم کاهش می‌یابد.

توزیع فشار جانبی خاک و تأثیر خاک‌برداری مرحله‌به‌مرحله

روش میخ‌گذاری در سیستم‌های حائل خاک، همواره تأثیر بزرگی بر توزیع فشار جانبی در خاک دارد. اگرچه معمولاً از مش و شاتکریت به‌عنوان رویه‌های اصلی استفاده می‌شود، اما ضخامت رویه نقش بسیار حیاتی در این فرآیند دارد. زیاد شدن ضخامت رویه می‌تواند این پوشش را از حالت انعطاف‌پذیر خارج کرده و آن را به نحوی به دیوارهای حائل نزدیک‌تر نماید.

در مورد رویه با ضخامت ۱۰ تا ۱۵ سانتی‌متر، توزیع فشار جانبی به دلیل تغییر شکلی که در برابر بارهای جانبی انجام می‌دهد، پیچیده به نظر می‌رسد. این تغییرات شکل به رویه امکان می‌دهد که در مقابل بارهای جانبی مقاومت نماید و تغییرات مختلفی در توزیع فشار جانبی خاک ایجاد کند.

فاصله کم بین میخ‌ها در این نوع رویه و پوشش‌ها به‌عنوان یک ویژگی مشترک در نظر گرفته می‌شود. با این حال، در صورت افزایش ضخامت پوشش سیستم میخ‌گذاری، توزیع فشار جانبی نیز منظم‌تر می‌شود و فاصله میخ‌ها را نیز می‌توان بیشتر کرد. این خصوصیات نشان‌دهنده ارتباط تنگاتنگ بین ضخامت رویه و توزیع فشار جانبی در سیستم میخ‌گذاری خاک است.

در فرآیند سیستم میخ‌گذاری، خاک‌برداری به‌صورت مرحله‌به‌مرحله اجرا می‌شود و پس از اتمام هر مرحله، میخ‌گذاری در آن تراز صورت می‌گیرد. اجرای میخ‌های ردیف اول و استفاده از لایه بتن پاشی منجر به وارد شدن تنش‌های برشی در امتداد میخ‌ها شده که ناشی از تغییر شکل خاک در این مرحله است.

با پیشرفت حفاری در مرحله دوم، سطح ممکن برای لغزش از قسمت تحتانی فاز دوم حفاری عبور می‌نماید. در مرحله بعد نیلینگ، با اجرای شاتکریت، لایه شاتکریت ایجاد شده با قسمت اول یکپارچه می‌شود و جابجایی‌های بعدی باعث انتقال بارهای بیشتر به میخ‌های ردیف و ایجاد تنش در میخ خاک‌های ردیف دوم می‌گردد. این تداخل پیچیده بین مراحل مختلف سیستم میخ‌گذاری باعث بهبود عملکرد در مواجهه با نیروهای جانبی خواهد شد.

اجرای حرفه‌ای نیلینگ و شاتکریت

در مسیر حرفه‌ای عملیات نیلینگ و شاتکریت، اعتماد به تیم‌های آموزش دیده و باتجربه در جهت کسب نتایج قابل‌قبول و مورد نظر، امری حیاتی است. یکی از شرکت‌های برجسته در این زمینه، گروه تخصصی سانا پی است. این شرکت با ارائه کلیه خدمات مشاوره و اجرایی در حوزه ژئوتکنیک، به‌صورت تخصصی و حرفه‌ای در این زمینه مشغول به کار بوده و به رعایت به‌روزترین استانداردها و شیوه‌های اجرایی متعهد است.

گروه تخصصی سانا پی با تلاش به‌سوی ارتقاء سطح کیفی ارائه خدمات، به‌عنوان یک شرکت پیشرو در زمینه‌ی ژئوتکنیک شناخته می‌شود.