مزایای نیلینگ

مزایای استفاده از سیستم نیلینگ در سه دسته  کلی دسته‌بندی می‌شود، ساخت، عملکرد و هزینه.

ساخت و ساز

  • نسبت به بیشتر روش‌ها، به فضای مانور کمتری نیاز دارد.
  • نیاز به ماشین‌آلات کمتری داشته و در نتیجه برای محیط زیست زیان کمتری دارد.
  • نصب و اجرای نیل‌های نسبتا سریع است.
  • اگر در حین اجرای نیل به مشکل یا مانعی برخورد شود، تغییر مکان یا تغییر زاویه نیل کار نسبتا آسانی است. برای مثال اگر نیاز با تغییر مکان یا تغییر زاویه زمین‌مهارها باشد، باید سولجرها را تعویض و یا جابجا کرد که امری زمان‌بر و هزینه‌بر خواهد بود.
  • استفاده از نیلینگ در مکان‌هایی با دسترسی محدود اقتصادی است؛ زیرا برای اجرای نیلینگ از ماشین‌آلات کوچک‌تری استفاده می‌شود.
  • پیمانکاران نیلینگ نسبتا زیاد هستند (با توجه آسان بودن نسبی عملیات)
  • دانش فعلی مهندسان در مورد نیلینگ بسیار زیاد است.
  • از نیلینگ در دیواره‌هایی با سطح خمیده یا منحنی نیز می‌توان استفاده کرد.

عملکرد

  • دیواره‌های نیل‌شده بسیار انعطاف‌پذیرند و می‌توانند تغییرشکل‌های نسبتا زیادی را تحمل کنند.
  • در صورتی که فرآیند نیلینگ به صورت مناسبی کنترل شود، دیواره حاصله تغییر شکل محدودی دارد.
  • عملکرد دیواره‌های نیل‌شده در برابر زلزله مناسب بوده است.

هزینه

  • در دیواره‌های با ارتفاع بیش از ۴ تا ۵ متر، استفاده از نیلینگ اقتصادی‌تر از دیوار حائل خواهد بود.
  • هزینه استفاده از نیلینگ تقریبا با هزینه استفاده از زمین‌مهارها برابر است. البته در گاهی موارد مشاهده شده که هزینه استفاده از نیلینگ پایین‌تر نیز بوده است.

مؤلفه‌های تشکیل‌دهنده نیلینگ

دیواره‌های نیل‌شده از مؤلفه‌های مختلفی تشکیل شده‌اند. این مؤلفه‌ها به صورت تفصیلی در اینجا شرح داده می‌شوند.

تاندون‌ها

تاندون‌های مورد استفاده در نیلینگ باید رزوه داشته باشند. حداقل طول رزوه‌ باید ۱۵۰ میلی‌متر باشد تا پیوستگی لازم میان صفحه نیل و مهره را ایجاد کند. اگر رزوه بر روی یک میله بدون رزوه ایجاد شود، پس باید کاهش مقطع میله در طراحی لحاظ شود. فولاد مورد استفاده در تاندون‌ها معمولا از گرید ۶۰ یا ۷۵ است.

فولاد نوع ۹۵ یا حتی ۱۵۰ نیز ممکن است در نیلینگ مورد استفاده قرار گیرد. البته استفاده از فولادهایی با گرید بالا در زمین‌مهارها رایج‌تر است، زیرا نیروی طراحی به نسبت بیشتری از نیل داشته و استفاده از گریدهای پایین منطقی نیست. استفاده از نیل‌هایی با گرید بالا تا زمانی که شکل‌پذیری لازم تأمین شود، بلامانع خواهد بود. اگر از فولاد گرید ۱۵۰ استفاده شود، این فولاد باید با مفاد بند ASTM A772 مطابقت داشته باشد.

استفاده از نیل‌های با شماره‌های پایین (قطر کم) مرسوم نیست زیرا ممکن است این نیل‌ها در طی فرآیند جاگذاری خم شده و کارکرد خود را از دست بدهند. استفاده از اندازه‌های بزرگ میلگرد هم ممکن است سودی نرساند، زیرا ممکن است مقاومت بیرون کشیدگی و مقاومت روکش کنترل کننده شود.

میله‌های توخالی مورد استفاده در نیلینگ معمولا مقاومتی در بازه ۴۱۰ تا ۶۲۰ مگاپاسکال دارند. قطر خارجی این میله‌ها در محدوده ۳۰ تا ۷۵ میلی‌متر و صخامت آن‌ها در بازه ۷ تا ۲۵ میلی‌متر قرار می‌گیرد.

مؤلفه‌های اتصال

مؤلفه‌های اتصال شامل ابزاری می‌شوند که نیل‌ها را به روکش متصل می‌کنند. از جمله این ابزار می‌توان به صفحه نیل، مهره‌ها و گل‌میخ‌ها اشاره کرد. صفحه نیل، واشر و مهره، اتصال نیل به روکش اولیه را تأمین می‌کند در حالی که گل‌میخ، اتصال نیل به روکش نهایی را تأمین می‌کند. وظیفه صفحه نیل، توزیع نیروی اعمال شده به نیل، به روکش اولیه و خاک پشت آن است. فولاد صفحه نیل معمولا از گرید ۳۶ یا ۵۰ است. صفحه نیل‌ها عموما مربعی و تخت بوده و ابعاد ۲۰۰ تا ۲۵۰ میلی‌متر دارند. ضخامت صفحه نیل‌ها عموما ۲۰ تا ۲۵ میلی‌متر خواهد بود. بیشتر  پیمانکاران پیش از خشک شدن لایه اولیه شاتکریت، صفحه نیل را نصب می‌کنند. باید توجه داشت که در این حالت، صفحه نیل نباید در شاتکریت فرو رود.

به منظور تأمین زاویه مورد نیاز، میان صفحه نیل و مهره‌ یک واشر زاویه قرار می‌دهند. مهره‌ها را با استفاده از آچارهای معمولی سفت می‌کنند. پس از گیرش شاتکریت، باید دقت کرد که مهره‌ها بیش از حد سفت نباشند. واشرها و مهره‌ها باید مشخصات موجود در AASHTO M291/ASTM A563 را برآورده کنند.

اتصال نیل به روکش نهایی معمولا توسط ۴ گل‌میخ تأمین می‌شود. این گل‌میخ‌ها به صفحه نیل جوش می‌شوند. به طور کلی، ابعاد سفحه نیل باید به گونه‌ای انتخاب شوند که فاصله گل‌میخ‌ها از لبه صفحه نیل، از یک مقدار مشخص بیشتر نشود. این مقدار معمولا در بازه ۲ تا ۴ میلی‌متر قرار می‌گیرد.

دوغاب

دوغاب مخلوطی است که فاصله میان خاک و نیل را در گمانه پر می‌کند. در اکثر مواقع دوغاب فقط از آب وسیمان تشکیل شده است. کمینه مقاومت فشاری سه روزه دوغاب باید ۱۵۰۰psi و مقاومت فشاری ۲۸ روزه آن باید بین ۳۰۰۰ تا ۴۰۰۰ psi باشد. آزمایش مقاومت فشاری دوغاب باید بر اساس AASHTO T106/ASTM C109 انجام شود. اگر در مخلوط دوغاب از ماسه نیز استفاده شود، برای تست مقاومت فشاری دوغاب باید از آزمایش AASHTO M6/ASTM C33 استفاده کرد.

از سیمان‌های نوع ۱، ۲، ۳ و ۵ پرتلند می‌توان در تهیه دوغاب استفاده کرد. در بیشتر موارد از سیمان نوع ۱ استفاده می‌شود. سیمان نوع ۲ (مقاومت متوسط در برابر حمله سولفات‌ها) با نرخ کمتری گیرش پیدا کرده و دمای هیدراسیون پایین‌تری دارد و مقاومت بیشتری در برابر حمله سولفات‌ها از خود نشان می‌دهد. سیمان نوع ۳ به سرعت گیرش پیدا کرده و مقاومت اولیه بالاتری دارد. این سیمان گرمای هیدراسیون بالاتری را نیز تولید می‌کند. از سیمان نوع ۵ در مواردی که خطر خوردگی توسط عامل‌های سولفاته وجود دارد می‌توان استفاده کرد.

نسبت آب به سیمان مورد استفاده در دوغاب نیلینگ معمولا بین ۰٫۴ و ۰٫۵، برای دوغاب آب وسیمان خواهد بود. این نسبت، چگالی ویژه بین ۱٫۸ تا ۱٫۹ را باعث می‌شود. اندازه‌گیری چگالی مخصوص دوغاب سیمان در حین تهیه دوغاب انجام می‌شود. اندازه‌گیری چگالی ویژه دوغاب را می‌توان به عنوان اولین ایستگاه کنترل کیفیت دوغاب در نظر گرفت.

در صورتی که نیلینگ در خاک‌های دانه‌ای یا سنگ‌های متخلخل انجام شود و نیاز به کنترل نشتی وجود داشته باشد، استفاده از دوغاب‌های سخت‌تر ضروری است. در این گونه موارد، دوغاب ماسه و سیمان با روانی کمتری مورد استفاده قرار می‌گیرد. در صورتی که سختی دوغاب از حد معینی کمتر شود، پمپ کردن دوغاب به داخل گمانه با استفاده از ماشین‌آلات معمولی ممکن نخواهد بود و نصب تاندون‌ها دشوار خواهد بود. در این گونه موارد باید زمین را پیش از جاگذاری نیل‌ها بهسازی و پرداخت کرد.

اندازه‌گیری چگالی مخصوص دوغاب ماسه‌ سیمان، شاخص مناسبی برا کنترل کیفیت دوغاب نیست. در برخی از خاک‌های دانه‌ای که چسبندگی پایین است، احتمال ریزش گمانه و نشت دوغاب بسیار بالاست بنابراین از یک روکش بر روی نیل استفاده می‌شود. استفاده از این روکش به منظور جلوگیری از ریزش گمانه و نشت دوغاب ضروری است. این روکش از یک غلاق ژئوتکستایل تشکیل شده که پیش از قرار دادن تاندون دورن گمانه دور روی آن قرار می‌گیرد.

به طور معمول استفاده از افزودنی‌ در دوغاب رایج نیست. البته گاهب برخی از افزودنی‌ها از جمله کنترل‌کننده آب اندازی، کاهنده آب و دیرگیرکننده، ممکن است در دوغاب مورد استفاده قرار گیرد. افزودنی‌ها باید مفاد AASHTO M194/ASTM C494 را برآورده کنند، با دوغاب سازگار باشند و طبق توصیه تولیدکننده مورد استفاده قرار گیرند. به طور استفاده از تندگیر کننده‌ها مجاز نیست. استفاده از تندگیرکننده‌های حاوی کلسیم کلرید مجاز نیست. این افزودنی‌ها باعث افزایش احتمال خوردگی تاندون‌ها می‌شوند.

در صورتی که دوغاب باید در مسافت‌های طولانی پمپ شود یا در صورتی که تزریق دوغاب در هوای گرم انجام شود، برای افزایش کارایی می‌توان از روان‌کننده‌ها استفاده کرد. این بهبود کارایی تا حدود یک ساعت ادامه خواهد داشت. استفاده از افزودنی‌های حباب‌ساز باعث افزایش کارایی  و کاهش ترک می‌شود. اما باید توجه داشت که استفاده از این نوع افزودنی احتمال خوردگی میلگردها را افزایش می‌دهد. بنابراین استفاده از افزودنی‌های حباب‌ساز فقط در صورتی مجاز است که علاوه بر دوغاب از محافظ دیگری در برابر خوردگی استفاده شود. برخی از سیمان‌ها حاوی افزودنی‌های ضد انقباض هستند. این افزودنی‌ها ترک‌های انقباضی را کاهش داده و چسبندگی را افزایش می‌دهد. هنگامی که از افزودنی‌ها استفاده می‌شود باید توجه داشت که این افزودنی‌ها خصوصیات مثبت دوغاب را تحت تأثیر قرار ندهند.

هنگامی که از میلگرد (توپر) به عنوان تاندون استفاده می‌شود، دوغاب اندکی پس از جاگذاری نیل به داخل گمانه تزریق می‌شود. دوغاب با استفاده از روش‌های ترمی درون گمانه تزریق می‌شود. دوغاب را به وسیله شلنگ‌های که در پایین گمانه است درون گمانه تزریق می‌کنند تا گمانه را پر کند. با توجه به مایع بودن دوغاب و زاویه‌دار بودن گمانه، دوغاب تازه نمی‌تواند فضای ابتدا دهانه گمانه را پر کند. برای پرکردن کامل گمانه، با استفاده از اندکی دوغاب اضافی پر می‌شود. البته راهکار رایج‌تر استفاده از شاتکریت است. در این راهکار شاتکریت را یا با دست، یا هنگام ایجاد روکش درون گمانه می‌پاشند. از آنجا که این ناحیه بسیار در برابر نفوذ آب آسیب‌پذیر است، باید دقت کافی برای پر کردن این ناحیه مبذول داشته شود.

شلنگ تزریق، معمولا لوله‌های پلاستیکی است که قطر خارجی آن بین ۱۸ تا ۲۵ میلی‌متر متفاوت است. شلنگ تزریق عموما پس از تزریق دوغاب برداشته می‌شود. البته برخی از پیمانکاران شلنگ تزریق را درون گمانه باقی می‌گذارند، البته این کار تأثیر چندانی نخواهد داشت. اگر شلنگ تزریق برداشته نشود، باید در ابتدای گمانه بسته و مهروموم شود. تزریق دوغاب باید با آرامی و به صورت پیوسته انجام شود تا فضای بین تاندون و گمانه به طور کامل پر شود.

روکش‌ها

به طور معمول روکش‌ها از یک لایه اولیه شاتکریت مسلح و یک لایه نهایی بتن درجا تشکیل شده است. هدف از روکش اولیه را می‌توان موارد زیر نام برد:

  1. نگهداری از سطح دیواره در هنگام گودبرداری و جاگذاری نیل‌ها
  2. ایجاد یک پیوند اولیه میان نیل‌ها
  3. حفاظت از دیواره در مقابل فرسایش

کارکرد روکش نهایی همان کارکرد روکش اولیه است با این تفاوت که روکش نهایی می‌تواند به دیواره ظاهری زیبا نیز بدهد. در طراحی روکش نهایی باید تغییرات آب و هوایی و خوردگی در بلند مدت در نظر گرفته شود.

روکش اولیه به طور معمول شامل یک لایه شاتکریت است که با مش مسلح شده است. روکش نهایی معمولا یک لایه بتن درجاست، البته می‌توان از یک لایه شاتکریت مسلح نیز استفاده کرد. مش مورد استفاده باید مشخصات ذکر شده در AASHTO M55/ASTM A1064 را برآورده کند. از بتن پیش‌ساخته نیز می‌توان در روکش نهایی استفاده کرد، به خصوص در شرایطی که زیبایی ظاهری دیواره گود مهم باشد.

آشنایی با نیلینگ

نیلینگ به طور عام، فرآیند مسلح‌سازی و تقویت زمین موجود (دیواره گود یا شیب) با استفاده از مهارهای فولادی  -که نیل نامیده می‌شوند- به صورت مرحله به مرحله و از بالا به پایین است. این فرآیند حائلی مسلح ایجاد می‌کند که از ریزش دیواره گود یا شیب جلوگیری می‌کند. نیل‌ها در صورت آغاز حرکت دیواره فعال می‌شوند، بنابراین عملکرد منفعل دارند. نیروی غالب نیل‌ها عموما کششی است اما گاهاً عملکرد برشی یا خمشی نیز از خود نشان می‌دهند. اهمیت نیل از چند جهت قابل بررسی است:

  • به خاطر کشش ایجاد شده در نیل‌ها در اثر جابجایی زمین، در حفظ پایداری دیواره گود و شیب‌ها مؤثرند.
  • به خاطر عملکرد برشی میان نیل و خاک (در اثر تزریق دوغاب) در خاک اطراف خود نیروی کششی ایجاد می‌کنند
  • مقاومت نیل‌ها را با استفاده از روش‌های طراحی و تحلیل موجود می‌توان تخمین زد
  • عملکرد طولانی‌مدت و قابلیت استفاده از مواد ضد خوردگی
  • قابلیت آزمایش و تست نیرویی دارند

معمولا بر روی دیواره، یک لایه روکش -که عموما شاتکریت مسلح‌شده با شبکه مش است- نیز استفاده می‌شود.

نیل‌های فولادی معمولا در قطرهای ۲۰ تا ۳۵ میلی‌متر و در فاصله ۱تا ۲ متر و با مقاومت تسلیم ۴۲۰ تا ۵۰۰ مگاپاسکال اجرا می‌شوند. قطر گمانه نیل عموماَ بین ۱۰۰ تا ۳۰۰ میلی‌متر است. طول نیل‌ها در بازه ۷۰ تا ۱۰۰ درصد ازتفاع دیواره قرار می‌گیرد و برای سهولت تزریق دوغاب در زاویه‌ ۱۵ درجه زیر خط افق اجرا می‌شوند.

در عملیات نیلینگ معمولی (بدون استفاده از محافظ خوردگی) از دوغاب آب و سیمان به نسبت آب به سیمان ۰٫۴ تا ۰٫۵ استفاده می‌شود. هنگامی که به دوغابی با غلظت بیشتر نیاز باشد (مثلا برای جلوگیری از نشت دوغاب به درون خاک‌هایی با نفوذپذیری بالا یا سنگ‌های متخلخل) دوغاب شن و سیمان با اسلامپ کمتری مورد استفاده قرار می‌گیرد. از دوغاب شن و سیمان در نیل‌های با طول زیاد به دلایل اقتصادی استفاده می‌شود.

همانطور که گفته شد، انتقال نیرو از نیل و به نیل، از طریق عملکرد برشی سطح دوغاب با خاک به وجود می‌آید. هنگامی که دیوار تغییر شکل می‌دهد، در محل تماس خاک و دوغاب تنش برشی ایجاد می‌شود. با حرکت گوه گسیختگی، به علت ایجاد نیروی کششی در نیل‌ها، شاهد افزایش طول نیل‌ها خواهیم بود. نیروی کششی موجود در نیل از سر نیل تا یک مقدار بیشینه افزایش می‌یابد و سپس با انتقال این نیرو به خاک اطراف، مقدار نیروی کششی کاهش می‌یابد تا در انتهای نیل به صفر برسد. دو مکانیزم اصلی تحمل نیرو در نیل‌ها عبارتند از، مقاومت کششی نیل و مقاومت بیرون کشیدگی نیل.