نیلینگ چیست؟

برای اولین بار مهندسین استرالیایی از روش نیلینگ برای پایدارسازی شیروانی‌های سنگی در تونل استفاده کردند. آن‌ها در اوایل دهه‌ی 1960 برای پایدارسازی جداره‌های تونل، شبکه‌ای از سوراخ‌ها را در طاق و دیوارهای سنگی تونل حفاری کرده، در داخل آن میلگردهای فولادی قرار داده و قسمت انتهایی آن را با شبکه‌ی مش‌بندی در محیط تونل گیردار کردند. سپس با دوغاب‌ریزی در سوراخ‌های حفر شده و بتن‌پاشی به جداره‌ی تونل، موفق به پایداری ایمن جداره‌های داخلی تونل شدند. این روش بعدها توسط مهندسین آلمانی و فرانسوی برای پایدارسازی در شیروانی‌های خاکی مورد استفاده قرار گرفت. به عبارت دیگر مهندسین آلمانی و فرانسوی، روش استرالیایی نیلینگ در سنگ را برای شیب‌ها و دیوارهای خاکی به کار بستند. آن‌ها استفاده از تکنولوژی نیلینگ در تونل را به پایدار نمودن شیب‌ها و دیوارهای خاکی گودبرداری شده و کوله‌ی پل‌ها تعمیم دادند.
پس از آن استفاده از نیلینگ به طور گسترده در طرح‌های مختلف عمرانی نظیر تثبیت ترانشه‌های خط آهن و بزرگراه‌ها، ساخت سازه‌های نگهبان گودبرداری شده در مناطق شهری جهت احداث ساختمان‌های بلند مرتبه که شامل چندین طبقه در داخل زمین هستند و تثبیت شیب‌های زمین در برابر لغزش‌های احتمالی به کار بسته شد.
نیلینگ دیواره‌ها به معنای تسلیح برجای خاک موجود با نصب میلگردهای فولادی نزدیک به هم  (Nails) در یک سطح شیبدار با شیب ملایمی در حدود 10 تا 20 درجه در زیر سطح افق یا در محل گودبرداری و با اجرای از بالا به پایین می‌باشد. در این روش اجرایی، میخها (نیل ها) در هنگام بهره‌برداری تحت تنش‌های کششی قرار گرفته و پایداری دیوار را تامین می‌کنند. فلسفه اصلی روش نیلینگ برمبنای پایدارسازی گوه لغزش به وسیله نیل ها استوار است. به طوری­که در شکل زیر پیداست، سطح شکست و فروپاشی درخاک­های با دانه ­بندی مختلط به صورت گوه خواهد بود. لذا بوسیله میخ­ها (نیل ها) این گوه به حجم پشتی خاک دوخته می­شود و بر این اساس این گوه پایدار خواهد گردید. میلگردها معمولاً داخل گمانه‌هایی که در دیواره خاکی ایجاد شده و توسط دوغاب سیمان با هدف جلوگیری از خوردگی میلگردها و همچنین انتقال مناسب­تر نیروها بین خاک و میلگرد پر می‌شوند، قرار می‌گیرند. این عملیات یک مقطع مسلح پایدار ایجاد می‌کند که توانایی نگهداری خاک پشت خود را دارد. این مسلح­ سازی به­ صورت Passive عمل کرده و اثر خود را از طریق اندرکنش خاک- میلگرد حاصل از ایجاد تغییر شکل در خاک، اعمال می‌کند میخ­ها (نیل ها) غالباً در کشش عمل می‌کنند ولی در شرایط خاصی، عملکرد خمشی و برشی آنها نیز در نظر گرفته می‌شود.
اثر مسلح سازی برای بهبود پایداری با دو عملکرد زیر حاصل می‌شود:
  1. افزایش نیروی قائم و در نتیجه مقاومت برشی در سطح لغزش، در خاکهای اصطکاکی.
  2. کاهش نیروی رانشی در سطح لغزش در خاکهای اصطکاکی و چسبنده.
پس از نصب میلگردها، یک دیواره سطحی کم ضخامت که معمولاً شامل شاتکریت با تسلیح سبک می‌باشد، سطح دیواره شیروانی یا گود را می‌پوشاند. ضخامت دیواره شاتکریت شده نیز مابین 10 الی 15 سانتیمتر خواهد بود. هدف از اجرای این دیواره جلوگیری از فرسایش سطحی خاک، ایجاد سطح تمام شده مناسب­تر برای ساخت و سازهای احتمالی بعدی، ایجاد لایه محافظ و یکپارچه و در نتیجه پخش یکنواخت نیروی عکس العمل و افزایش بازدهی عملکرد سیستم خاک تحکیم یافته بویژه در بخش ­های نزدیک به دیواره گود می‌باشد.


                                                                              پایدارسازی گوه لغزش توسط میخ­کوبی

دیوارهای میخکوبی شده می‌توانند به دو صورت موقت یا دائمی اجرا شوند. میخ‌کوبی‌های موقت بسته به نوع خاک و طرح و اجرا دارای طول عمر سرویس کمتر از 18 ماه هستند. سازه‌های میخکوبی شده‌ی دائم طول عمر بیشتر از این مقدار دارند. چنانچه یک گودبرداری توسط دیوارهای میخکوبی شده‌ی موقت مسلح شود، اما به دلیل تأخیرات کارگاهی طول مدت ساخت بیشتر از 18 ماه طول بکشد، عوامل اجرایی موظف هستند از یک سیستم نگهداری دائمی برای تثبیت گودبرداری استفاده کنند. در این روش سوراخ‌هایی در داخل زمین حفاری شده و سپس میلگردهای فولادی در آن کارگذاشته شده و فضای خالی حفره را با دوغاب پر می‌کنند که در ادامه به بررسی هر یک از مراحل اجرای آن پرداخته می­شود.
 


کاربرد نیلینگ یا میخکوبی

میخ­کوبی خاک روش جدیدی است که به دلیل اقتصادی بودن و مزایای منحصر به فرد خود، به عنوان راه حل بسیار مناسبی در موارد مختلف از جمله پایدارسازی شیب­ها و شیروانی­ها و افزایش ظرفیت باربری و محدود کردن تغییر شکل­ها با ایجاد حداقل دست خوردگی در وضعیت طبیعی زمین خصوصاً در مناطق شهری که فضای کافی برای انجام سایر عملیات­ها در دسترس نیست، کاربردهای فراوانی دارد. استفاده از این روش تسلیح خاک، طی دو دهه اخیر در اکثر کشورهای پیشرفته و در حال توسعه جهت پایدارسـازی گودبرداری­ها و همچنین پایدارسازی شیب­های طبـیعی کاربرد وسیعی پیدا کرده است. برخی از کاربردهای وسیع این روش تسلیح خاک شامل پایدارسازی شیب­های طبیعی و یا ترانشه‌های مجاور راه­ها، تعریض راه­ها، گودبرداری در مجاورت سازه‌های موجود، پایدارسازی و مقاوم سازی سازه‌های نگهبان قدیمی و ... می‌باشد.
 


روش اجرای نیلینگ یا میخکوبی
 

روش پیشنهادی به منظور اجرای  نیلینگجهت پایدارسازی دیواره گودها معمولاً مشتمل بر 5 مرحله اصلی گودبرداری مقطعی، حفاری گمانه‌ها، نصب میلگرد تسلیح، تزریق دوغاب سیمان، بتن پاشی و نصب صفحه و مهره می‌باشد. پس از تکمیل مراحل اجرایی فوق برای گام اول گودبرداری، این مراحل برای گام­های بعدی گودبرداری تا رسیدن به رقوم کف گود مورد نظر، تکرار می‌گردد. این مراحل به طور شماتیک در شکل زیر نشان داده شده است.


   

 

خاکبرداری

گودبرداری اولیه تا عمقی صورت می‌پذیرد که دیواره‌ی گودبرداری شده بتواند در مدت کوتاهی بین 24 تا 48 ساعت پایداری خود را حفظ کند (آیین نامه). خاکبرداری می‌بایست به صورت مرحله به مرحله انجام شده و پس از انجام هر مرحله از خاکبرداری می‌بایست عملیات اجرای میخ­کوبی در آن مرحله صورت گیرد و پس از اتمام عملیات، خاکبرداری مرحله بعد انجام می‌پذیرد. عرض گودبرداری انجام شده حداقل باید به اندازه‌ای باشد که بتوان ابزارهای لازم را در محل مستقر کرد.
در هر مرحله خاکبرداری، عمق دیواره ایجاد شده بایستی پایداری لازم در حین اجرای میخ­کوبی را داشته باشد، اصولاً عمق گودبرداری جهت تامین کوتاه مدت پایداری 2 متر می‌باشد. البته با توجه به شرایط ژئوتکنیکی خاک ساختگاه ارتفاع مجاز خاکبرداری در هر مرحله تعیین می‌گردد. ارتفاع مجاز خاکبرداری بدون نیاز به مهاربندی را میتوان از طریق رابطه رانکین به­ صورت زیر محاسبه کرد:

که در آن:
 
C= چسبندگی خاک                                     Q= سربار گسترده کنار گود
Ka= ضریب فشار اکتیو                              Hmax= حداکثر ارتفاع گود بدون نیاز به سازه نگهبان
γ= وزن مخصوص خاک                             F.S= ضریب اطمینان (معمولاً بین 1.5 تا 2)

حفاری

حفاری محل میخ­ها می‌بایست در فواصل مشخص مطابق نقشه‌های اجرایی به وسیله دستگاه حفاری ضربه‌ای D.T.H و یا مشابه آن صورت گیرد. حفاری گمانه‌های مورد نظر می‌تواند در جبهه‌های مختلف کاری صورت پذیرد. شکل زیر نمونه‌ای شماتیک از انجام عملیات حفاری را نشان می‌دهد.


 

نصب میلگرد تسلیح و تزریق دوغاب سیمان

پس از حفاری گمانه تا عمق موردنظر، عملیات نصب میلگرد تسلیح صورت می‌پذیرد. عناصر تسلیح معمولاً شامل آرماتورهای فولادی می‌باشند و اغلب تو پر هستند اما می‌توان از میلگردهای توخالی نیز مطابق آیین‌نامه‌ی اجرایی وزارت راه آمریکا مربوط به میخکوبی با میلگردهای توخالی نیز استفاده کرد. به هر حال میلگردهای طراحی شده پس از حفاری درون گمانه قرار می‌گیرند. جهت آنکه راستای میلگردها دقیقاً در امتداد محور استوانه‌ی چال‌های حفر شده باشد از ابزاری به نام مرکزکننده (اسپیسر یا سنترالیزر) استفاده می‌شود. میلگردها در داخل مرکزکننده‌ها فرو رفته و سپس در داخل چال، جاگذاری می‌شوند. چنانچه شرایط خوردگی شدید باشد از پوشش اپوکسی مخصوصی جهت محاظت از میخ‌ها استفاده می‌شود. میلگردهای فولادی مسلح کننده مهم­ترین عنصر دیوارهای میخکوبی شده است. این المان‌ها در سوراخ‌هایی که از پیش حفاری شده قرار گرفته و سپس یک شیلنگ دوغاب ریزی به انتهای چال رفته و فضای خالی باقی مانده را از انتها تا ابتدای چال دوغاب ریزی می‌کند. شیب چال‌های حفر همانطور که پیش از این نیز گفته شد به مقدار ملایمی در پایین سطح افق قرار دارد. لذا دوغاب با نیروی وزن وارد شده بر آن به خوبی در حفره‌ها جا می‌گیرد. به چنین روشی، روش دوغاب ریزی ثقلی گفته می‌شود که جزء روش‌های متداول در میخ­کوبی به حساب می‌رود. دوغاب نقش اصلی انتقال تنش از زمین به میخ‌ها را ایفا می‌کند.
 مجموعه دستگاه تزریق از سه بخش میکسر اولیه، ثانویه و پمپ تزریق تشکیل می‌گردد. پس از اختلاط آب و سیمان به نسبت مشخص در میکسرها، دوغاب سیمان از طریق شیلنگ‌های رفت و برگشت به درون گمانه حفر شده تزریق می‌گردد. بسته به شرایط این تزریق می‌تواند در فشارهای مختلفی صورت پذیرد. شکل زیر نمونه‌ای از روند نصب مسلح کننده را نشان می‌دهد.

     











شاتکریت دیواره، نصب صفحه و مهره
پس از اتمام عملیات تزریق، سطح دیواره جهت جلوگیری از فرسایش و همچنین حفظ یکپارچگی بیشتر در عملکرد میخ­ها، توسط یک لایه بتن‌پاشی شده shotceret پوشانده می‌شود. پوشش نوعی اتصال سازه‌ای در سیستم ایجاد می‌کند و در میخ­کوبی­ ها دو نوع پوشش وجود دارد 1- پوشش موقت 2- پوشش دائمی. پوشش موقت نقش سطحی را ایفا می‌کند که اجزای سازه‌ای میخ­کوبی را به یکدیگر متصل می‌نماید. همچنین نوارهای ژئوکامپوزیتی قبل از آنکه پوشش موقت اجرا شود در سطح گودبرداری کار گذاشته می‌شود تا زه­ آب داخل خاک را هدایت کرده و از نفوذ آن به داخل پوشش ممانعت به عمل آورد (شکل زیر). همچنین پس از بتن‌پاشی موقت جهت اتصال کامل سر میخها به دیواره و همین­طور جلوگیری از بروز برش پانچ در دیواره و در صورت نیاز تنش‌دهی به میخ­ها، یک صفحه فلزی به عنوان سر نیل بر روی دیواره قرار گرفته و توسط یک مهره به آرماتور درون گمانه متصل می‌شود پوشش دایمی بعد از آنکه میخ‌ها نصب و پوشش موقت شکل گرفت، اجرا می‌شود. ضخامت این پوشش کم بوده و غالباً به 10 تا 15 سانتیمتر محدود می‌شود.

                                                             










                                      

 
استفاده از روش نیلینگ بعنوان یک سیستم حفاظت جداره ترانشه و گود در مناطق شهری و فضاهای محدود بسیار کارا بوده و بدلیل امکان همزمانی اجرا در چند جبهه کاری از سرعت خوبی برخوردار می­باشد و با توجه به درجه پایداری امکان اجرای گود قائم وجود داشته و همچنین در انواع شرایط خاک، اجرای آن امکان­پذیر می­باشد که مهمترین ویژگی این روش محسوب می شود و برای سازه­ های زیر زمینی بخصوص در فضاهای محدود شهری مناسب می­باشد.

مزایای روش نیلینگ یا میخ­کوبی 

  1. قابلیت حمل تجهیزات در فضای کم.
  2. امکان اصلاح طرح در خلال اجرا.
  3. استفاده بهینه از فضای پروژه.
  4. همزمانی عملیات خاکبرداری و پایدارسازی.
     
  1. هزینه تجهیز و برچیدن کارگاه در گودبرداری­های با حجم، کم زیاد میباشد.
  2. نیاز به تجهیزات ویژه حفاری.
  3. نیاز به نیروی کار متخصص.
  4. ایجاد آلودگی صوتی (سر و صدای زیاد برای همسایه).
  5. نیاز به رضایت همسایه مجاور.