مقدمه
بطور كلي در مواجهه با خاكهاي مسئله دار نظير خاكهاي سست با قابليت باربري كم ، نشست‌پذيري زياد ، روانگرا ، خاكهاي دستي و ... دو راه پيش روي مهندسين ژئوتكنيك قرار دارد :
الف: استفاده از المانهاي باربر در خاك
ب: بهسازي و اصلاح خواص فيزيكي- مكانيكی توده خاک
هر يك از راه حل‌هاي فوق داراي روش ها و مشخصات مربوط به خود مي‌باشند كه طي ساليان متمادي توسعه فراواني يافته‌‌اند. برخي از تكنيك هاي ابداعي نيز ماهيتي تركيبي از دو دسته فوق داشته و مزاياي هر دو دسته را تا حدودي بهمراه دارند. از آن دسته مي‌توان به استفاده از ميكروپايل ها به مراه تزريق دوغاب سيمان اشاره نمود.
ميكروپايل به شمع‌هاي با قطر کمتر از 300 میلیمتر اطلاق مي‌گردد كه غالباً با تسليح فولادي سبك و تزريق دوغاب سيمان همراه مي‌باشند. ميكروپايل علاوه برآنكه به عنوان يك المان باربر و مقاوم و پایدارساز در برابر نشست عمل مي‌كند ، بدليل تزريق دوغاب سيمان ، سبب بهبود مشخصات مكانيكي (مقاومتي و رفتاري) خاك اطراف نيز مي‌گردد. در این روش میکرپایل ها مانند ریشه های درخت باعث تثبیت و تسلیح خاک می شود.
میکروپایل ها بر اساس روش اجرای تزریق به 4 دسته " تزریق ثقلی+ تزریق تحت فشار چند مرحله ای " ، " تزریق ثقلی+ تزریق تحت فشار یک مرحله ای " ، " تزریق تحت فشار " ، " تزریق ثقلی دوغاب " و بر اساس فلسفه رفتاری به 2 دسته " میکروپایل شبکه ای " و " میکروپایل باربر " تقسیم می شوند.
مشخصه اصلی میکروپایل ، قطر کم حفاری آن است که اجازه ساخت آن را در هر زمینی ، با تجهیزات کوچکتر از تجهیزات مورد نیاز برای ساخت شمع های معمولی ، میسر می سازد. از دیگر مزایای میکروپایل ها می توان به موارد زیر اشاره نمود :
1- تامین سیستمی سازه ای با حداقل نشست
2- قابیلیت اجرا در زمین های محدود
3- سرعت اجرایی بالا
4- قابلیت انعطاف پذیری این روش در صورت هر گونه تغییرات سازه ای نظیر افزایش طبقات و ...
5- ظرفیت باربری بین 3 تا 30 تن
6- کاهش میزان صدا ، لرزه و ارتعاش ناشی از نصب
7- مناسب برای یک دامنه تغییرات گسترده از شرایط خاک
8- مناسب جهت استفاده در پی سازه ها در محیط های شهری
9- ارزان بودن و سهولت انجام آزمایشات مختلف بر روی میکروپایل شامل آزمایش بارگذاری کششی ، فشاری و جانبی
هدف
در اغلب پروژه ها با توجه به نتایج مطالعات ژئوتكنيك انجام شده در ساختگاه و شناسايي لايه‌هاي تحت‌الارضي، مشخصات ژئوتكنيكي ساختگاه پروژه تعيين مي گردد. سپس با انجام تحليل‌هاي روانگرايي در اعماق مختلف خاك محل، پتانسيل روانگرايي ساختگاه درصورت وقوع زلزله مورد ارزيابي قرار مي گيرد. با وقوع روانگرايي و زائل شدن مقاومت برشي خاك، نشستهاي بسيار بزرگي به پي سطحي ساختمان تحميل مي شود كه مي‌تواند منجر به آسيب‌ديدگي جدي سازه و عناصر غيرسازه‌اي بنا و در نهايت موجب تخريب آن گردد. از طرف ديگر در برخي از پروژه ها در بحث فني، تأمين باربري ستونهاي روي پي و انتقال بار به لايه‌هاي عميق‌تر مورد نظر بوده و عامل تعيين كننده براي انتخاب طرح، گذشته از بحث هاي اجرايي و اقتصادي مي باشد.
کاربردها
پس در حالت كلي میکروپایل در بعد فني در دو رويكرد جلوگيري از وقوع روانگرايي و تأمين باربري ستونهاي روي پي و انتقال بار به لايه‌هاي عميق‌تر سودمند واقع مي شود و به عنوان يك گزينه مطلوب توسط مهندسان ژئوتكنيك پيشنهاد مي گردد . بطور كلي كاربرد ميكروپايل ها در مهندسي ژئوتكنيك مشتمل بر دو بخش " استفاده در بستر پي سازه‌ها " و " اصلاح و بهسازي خاك " مي‌باشد .
الف : اصلاح و بهسازی خاک
1- پايدارسازي شيب ها
2- . ساخت ديواره‌هاي نگهبان
3- مقابله با روانگرايي
4- افزايش مقاومت توده خاك با اهداف‌خاص نظير تونل سازي و ...
5- حفاظت شيميايي بخشهاي مدفون سازه‌ها
ب : پی سازه ها
روش اجرا
روش اجراي ميكروپايل شامل چهار مرحله حفاري ، لوله‌كوبي ، تزريق و تسليح مي‌باشد كه مراحل اجرای آن در زیر تشریح شده است .
1- حفاري
عمليات حفاري به روش‌هاي مختلف نظير حفاري دوراني (Rotary) و يا دوراني- ضربه‌اي (D.T.H) صورت مي‌پذيرد.حفاری طبق نقشه های اجرایی می تواند بصورت قائم یا مایل صورت بپذیرد.
2- لوله‌كوبي
پس از حفاري، لوله هاي میکروپایل در محل هاي مشخص شده و توسط دستگاههاي لوله كوب كوبيده مي شود. لوله قطعه اول به صورت سرنيزه بوده و قطعات بعدي به ترتيب توسط بوشن و جوش كاملا بهم متصل می شوند.
3- تزریق
دستگاههای تزريق از سه بخش ميكسر اوليه، ميكسر ثانويه و پمپ تزريق تشكيل مي‌گردد . اختلاط در میکسر اولیه از نوع سیستم چرخش سریع آب (circulation) می باشد و میکسر ثانویه از نوع پره ای می باشد . ساخت دوغاب تزريق در میکسر اولیه صورت می گیرد ، پس از آماده شدن دوغاب ، جهت نگهداري ، دوغاب در داخل میکسر ثانويه ريخته شده و سپس بوسيله پمپ هاي تزريق مخصوص تزريق مي گردد .
4- تسليح و نصب فلنج
در صورت اجرای میکروپایل به منظور باربری، جاگذاری آرماتور تسليح در داخل لوله ميكروپايل و نصب فلنج ضروری مي‌باشد.
آزمايشات بارگذاری
به طور كلي با توجه به كاركرد در نظر گرفته شده براي میکروپایل و براي اطمينان از فرض هاي طراحي صورت گرفته ، آزمايشهاي مختلفي مي توان انجام داد. اين آزمايشها عبارتند از :
1- آزمايش بارگذاری فشاری
2- آزمايش بارگذاری کششی
3- آزمايش بارگذاری جانبی