درباره شاتکریت و نیلینگ

Rate this post

درباره شاتکریت و نیلینگ

تعریف شاتکریت

شاتکریت را می‌توان به عنوان بتن یا ملاتی که از طریق شیلنگهای لاستیکی حمل شده و با استفاده از هوای فشرده و با سرعت زیاد به سطح مورد نظر پاشیده می‌شود، تعریف کرد.

تاریخچه شاتکریت ٫ شاتکریت چیست؟

اولین کاربرد شاتکریت به سال ۱۹۰۹ میلادی برمی‌گردد که در آن زمان تحت عنوان گونیت نامیده می‌شد و به کمک دستگاهی موسوم به تفنگ سیمان به کار می‌رفت.

در سال ۱۹۱۴ برای اولین بار شاتکریت در یک معدن آزمایشی در ایالات متحده آمریکا مورد استفاده قرار گرفت.

پس از آن این سیستم برای پوشش سطوح سنگها و حفاظت آنها در برابر هوازدگی و گاه نیز بعنوان سیستم نگهداری موقتی به کار  می‌رفت.

در این سال  کارل اکلی دستگاهی برای پاشیدن مخلوط ماسه و سیمان ساخت و آنرا  گانایت نامید.

و بعدها نامهایی چون گان گریت، پنو کریت، بلاست کریت و جت کریت بکار برده شده است.

اما در سال ۱۹۳۰ واژه شاتکریت از طرف انجمن مهندسین راه و ساختمان آمریکا بکار برده شد و تاکنون  مورد استفاده قرار می‌گیرد.

تعریف شاتکریت از نظر مؤسسه بین المللی ACI

شاتکریت عبارتست از ملات یا بتنی که با فشار و سرعت بالا به سطح مورد نظر پاشیده می‌شود.

از آنجا که شاتکریت به صورت ورقه‌هایی از سنگ زیرین جدا می‌شد، لذا بعنوان یک سیستم نگهداری اصلی چندان مورد توجه واقع نشد.

از جمله امتیازات شاتکریت آن است که سطوح ناهموار حفریات زیر زمینی را می‌پوشانند و به شکل یک سطح نسبتاً صاف در می‌آورد .

البته شاتکریت همراه با پیچ سنگ، بعنوان سیستم نگهداری بسیاری از تونل‌ها به کار رفته است.

در سالهای اخیر، کاربرد شاتکریت در معادن زیر زمینی، نگهداری حفریات دائمی از قبیل جاده‌های مورب، راهروهای اصلی حمل و نقل، ایستگاههای چاه و حجره‌های زیر زمینی سنگ شکن است.

بازسازی پیچ سنگها و توریهای متداول در سیستم نگهداری ممکن است مشکل ساز و گران باشد. تعداد حفریات زیر زمینی که بلافاصله بعد از حفاری شاتکریت می‌شوند رو به فزونی است. مسلح ساختن شاتکریت با الیاف فولادی یکی از مهمترین عوامل در گسترش کاربرد شاتکریت است زیرا کار طاقت فرسای نصب توری را کاهش می‌دهد.

آزمایشات و تجربیات اخیر نشان داده است که شاتکریت در شرایط ترکش سنگ ملایم بسیار مؤثر است.

اگرچه نتایج این مطالعات برای نتیجه گیری قطعی در این زمینه هنوز زود است ولی علائم موجود بیانگر آن است که در آینده در مورد کاربرد شاتکریت توجه جدیتری خواهد شد.

بطور کلی شاتکریت نوعی بتن مرکب از سیمان، ماسه و خرده سنگ است که به کمک هوای فشرده اجرا  می‌شود و در اثر سرعت زیاد به صورت دینامیکی فشرده می‌شود .

(برگرفته از کتاب تونل سازی جلد چهارم نوشته حسن مدنی)

شاتکریت امروزه در دنیا به دو صورت مورد استفاده قرار می‌گیرد:

۱٫ شاتکریت مخلوط خشک  Dry Mix Shotcrete

۲٫ شاتکریت مخلوط تر Wet Mix Shotcrete

شاتکریت مخلوط خشک (DMS)

آب مورد نیاز در حین خروج از سرنازل (Nozzle)  اضافه می‌شود.

از این روش برای کارهای تعمیراتی، روکش و تعمیرات به ضخامت کمتر از ۱۰ Cm استفاده می‌شود و از طرفی بدلیل فقدان مصالح سنگی درشت دانه، از این روش برای کارهایی که مقاومت مکانیکی مطرح نباشد، استفاده می‌شود.

معایب روش DMS

۱) ممکن است به همه دانه‌ها آب نرسد و هیدراته نشده باقی بمانند.

۲) در محل کارگاه گرد و غبار ناشی از پراکنده شدن دانه سیمان زیاد است.

۳) بدلیل نچسبیدن ملات (بدلیل هیدراته نشدن) پرت کار زیاد است.

شاتکریت مخلوط تر (WMS)

بتن آماده به داخل پمپ شاتکریت ریخته می‌شود و پس از عبور لوله انتقال به سرنازل رسیده و از آنجا به سطح کار پاشیده می‌شود.

مزایای شاتکریت مخلوط تر (WMS)

از مخلوط تر در مکانهائی که مقاومت فشاری مورد نظر است، استفاده می‌شود و از طرفی در این روش امکان اجرای دیوار بتنی با ضخامت  ۵۰Cm و ۲۰Cm برای سقف در یک مرحله امکان پذیر است.

مزایای استفاده از شاتکریت تر (WMS)

۱٫ مزایای زمانی

۲٫ مزایای کیفی

۳٫ مزایای اجرایی

مزایای اجرایی:

۱) در اغلب موارد نیاز به قالب بندی ندارد و در موارد خاص استفاده از یک سپر چوبی برای استقرار بتن کافی است و همین مورد هزینه‌های کلان قالب بندی و تجهیزات نیروی انسانی را کاهش می‌دهد.

۲) امکان اجرای سازه‌های بتنی با اشکال منحنی، مدور و غیر منظم (مثل استخر و آبگیر)

۳) تثبیت کوه‌ها و صخره‌ها با پوشاندن آنها با یک شبکه مش و پاشیدن بتن روی آنها

۴) روکش کردن پایه پلها و لاینینگ تونل‌ها

۵) افزایش ضخامت لوله‌های بتنی در محیطهای خورنده و خطرناک در مقابل آتش

تصاویر زیر (مکان اجرای سازه‌های بتنی با اشکال منحنی، مدور و غیر منظم .مثل استخر و آبگیر )

نصب و اجرای شاتکریت شات کریت دیوارهای تری دی پنل

مقاوم سازی دیوارها سد آبگیر حوض شاتکریت

نصب و اجرای شاتکریت با دستگاه تمام اتوماتیک پیستونی

شات مواد پلیمری شاتکریت

مقاوم سازی مدارس در مقابله با زلزله شات کریت

تصاویر زیر مربوط به شاتکریت تونل‌ها می‌باشد

فروش دستگاه های مدلهای شاتکریت بتن پاش ملات پاش

مقاوم سازی دیوارها تری دی پانل پنل شاتکریت

شاتکریت سد و تونل شات کریت shotcrete tunnel dam

مزایای کیفی شاتکریت

۱٫ مقاومتهای مکانیکی

۲٫ چسبندگی بین بتن و میلگرد

۳٫ کاهش نفوذ پزیری (آب بندی)

مقاومتهای مکانیکی

– میزان نسبت آب به سیمان (W/C) در شاتکریت مخلوط خشک بین ۵/۰ تا ۳/۰ و در مخلوط شاتکریت تر بین ۴/۰ تا ۵۵/۰ می‌باشد.

– مقاومت فشاری در محدودهای بین ۲۵۰-۴۸۰ (Kg/Cm2)  که با افزایش میکرد و سیلیکا به بیش از ۵۵۰ (Kg/Cm2)  هم می‌رسد.

– استفاده از هوای فشرده سبب قفل شدن مصالح سنگی درهم و در نتیجه افزایش وزن مخصوص در محدودهای

بین ۲۲۹۰-۲۲۳۰ (Kg/m2)  می‌شود.

همچنین هوای فشرده سبب چسبیده شدن ملات به زیر کار و عدم ورقه ورقه شدن در آینده می‌گردد.

چسبندگی بین بتن و میلگرد

عدم استفاده از قالب سبب می‌شود Nozzleman بتواند فضای کار را دیده و بتن را به شکل مناسبی بین میلگردها جای دهد.

کاهش نفوذ پذیری

یکی از کاربردهای وسیع (WMS) و شاید راحتترین آن که نیاز به تخصص نازلمن Nozzelman ندارد، احداث استخرها و آبگیر است که به خوبی با فشار بالای هوا، آب بندی انجام می‌شود و نفوذ پذیری بسیار اندک می‌گیرد.

مزایای زمانی

حذف سیستم قالب بندی خود باعث از بین رفتن زمان تهیه ساخت قالب، قالب بندی و باز کردن می‌گردد.

(بخصوص در جاهاییکه قالب فقط یکبار مصرف است، یعنی در جای دیگر کاربرد ندارد. مثال سازه‌های منحنی و لاینینگ تونلها و …)

سرعت بتن پاشی در (WMS) تقریباً برابر ۳  M3 می‌باشد.

کاربرد WMS در تعمیرات سدها

شامل:

– اجرای سر ریزها

– لاینینگ تونلهای انحراف

– روکش کردن بدنه سد (بمنظور تقویت سازه‌ای)

– تثبیت دیوارهای حایل و کوه‌های اطراف

– توسیه‌های مهم در تعمیرات سد در شاتکریت

۱٫ لایه لایه شدن

۲٫ درز انقباض و انبساط

۳٫ آب بندی سطوح زیر کار

۴٫ آماده سازی سطوح زیر کار

۵٫ لایه ‌لایه شدن

یکی از مسائل مهم در تعمیرات با شاتکریت، چسبندگی به لایه زیر کار است. به خوبی آب بندی نشدن زیر کار و سیکل‌های ذوب و انجماد داخل ترکها، باعث لایه لایه شدن می‌گردد.

درز انقباض و انبساط

شاتکریت نیز مانند هر بتن دیگر نیازمند درز انقباض و انبساط است که این فاصله‌ها متغیر است و در محدوده بین ۵ تا ۱۰ سانتیمتر می‌باشد.

آب بندی سطوح زیر کار

درصورتیکه آببندی بخوبی صورت نگیرد، ترکها و شکافها با جذب رطوبت کاملاً  از آب اشباع شده و پس از اجرای شاتکریت در اثر سرما رطوبت داخل این ترکها، به یخ تبدیل شده و موجب از بین رفتن لایه شاتکریت می‌گردد.

 درباره سیستم نیلینگ ومراحل اجرای آن

مهاربندی به روش نیلینگ (Soil nailing) و سیستم های حفاظت جانبی گودبرداری

یکی از مهمترین مشکلات و دغدغه های موجود در رشته مهندسی عمران، احداث سازه ها، حفاظت از گودبرداری و ساختمان های موجود در مجاورت آن می باشد و در صورت عدم رعایت روش های مناسب به منظور حفاظت گودها و همچنین شیب های در حال احداث، منجر به خسارت جبران ناپذیری خواهد گردید و مخاطرات بوجود آمده ناشی از نشست های احتمالی و تقلیل ظرفیت باربری و تغییر مکان های جانبی موجب ایجاد ترک در سازه های مجاور گود خواهد شد.

به منظور جلوگیری از موارد ذکر شده لازمست از قبل از شروع عملیات گودبرداری از روش های نگهداری و مهار بندی جانبی استفاده شود تا در محیطی پایدار و ایمن بتوان عملیات را ادامه داد. در این راستا سیستم های حفاظت جانبی بطور کلی شامل موار زیر تقسیم بندی می شوند:

جداره های مهاربندی شده توسط المان های افقی و مایل (Braced wall using wale struts)
جداره های مهاربندی شده توسط المان های کششی (Soldier beam& lagging)
جداره های مهاربندی شده توسط سپر کوبی (Braced sheet pile)
جداره های مهاربندی شده توسط شمع های درجا (Bored pile walls)
جداره های مهار بندی شده توسط دیوار دیافراگمی (Diaphragm walls-Slurry wall)
جداره های مهاربندی شده توسط نیلینگ (Soil nailing)

روش های متداول مهار بندی گود
مهار بندی جداره ها توسط المان های پشت بندهای افقی و مایل (Braced wall using wale struts)

این روش ساده برای نگهداری و حفاظت جداره های حاصل از گودبرداری و برای جلوگیری از تغییر مکان های جانبی در گودهایی با عرض کم در محیط های شهری استفاده می شود از معایب این روش اتلاف قابل توجهی از فضای کاری داخل گود و محدودیت در بکارگیری ماشین آلات و تجهیزات مورد نیاز و همچنین افزایش ریسک برخورد با المان ها و به مخاطره انداختن آنها می باشد.

مهار بندی جداره ها توسط المای پشت بندهای افقی و مایل (Braced wall using wale struts)

مهاربندی توسط المان های کششی (Soldier beam& lagging)
از این روش بعنوان روش متداول در پایدار سازی موقت گود در مناطق شهری استفاده می گردد. در این روش از پروفیل های معمول فولادی بصورت ستونهای پیوسته که درون خاک فرو برده می شوند استفاده می گردد که تا عمق کف گود اجرا خواهند شد. فاصله بین المان ها بین ۲ الی ۴ متر می باشد بطوریکه بتوان فضای بین آنها را با الوارهای چوبی (لارده چینی) پرنمود. در این روش از مهارهای کششی به منظور حفاظت جانبی گود استفاده می شود و اتصال ما بین ستونها توسط میل مهارها و جوشکاری انجام می شود.

مهاربندی توسط المان های کششی (Soldier beam& lagging)

مهاربندی توسط سپر کوبی (Braced sheet pile)
در این روش صفحات فلزی Sheet pile داخل خاک و جداره گود توسط چکش پنوماتیک و با استفاده از لرزش کوبیده می شوند و با انواع اتصالات بین خود به یکدیگر متصل شده و یک جداره پیوسته را تشکیل می دهند از مزایای این روش راحتی در کوبیدن ـ نصب و بیرون کشیدن آنها به دیگر روش ها برتری داشته و مصالح آن مجددا قابل استفاده در پروژه های دیگر می باشد، همچنین در این روش به المانهای افقی و مایل کمتری نیاز می باشد.
بنابراین محدودیت های اشغال فضای داخل گود کمتر وجود دارد. لیکن از جمله معایب این روش وابستگی به نصب سپرهای فلزی می باشند که در محیط های شهری بدلیل وجود تاسیسات زیربنایی شهری و ایجاد لرزش و صدای ناشی از کوبش سپرها محدودیت هایی را بوجود می آورد. همچنین کوبیدن سپرها در زمین های سنگی و یا خاک های بسیار متراکم به سختی انجام پذیر است و در زمین های با شرایط بالا با محدودیت مواجهه می گردد.

مهاربندی توسط سپر کوبی (Braced sheet pile)

مهار بندی توسط شمع های درجا (Bored pile walls)
یکی از روشهای متداول در پایداری و حفاظت جداره ها با شرایط متنوع اعم از زمین سخت و سست و نرم استفاده از شمع های درجا می باشد و در برخی موارد علاوه بر ایفای نقش حفاظت جانبی نقش آب بندی را نیز انجام می دهد و همواره درصورت نیاز بار قائم نیز تحمل می کند. مهار بندی جداره ها توسط شمع های درجا در موارد زیر بعنوان گزینه برتر برای سیستم های حفاظت جانبی گود مطرح می باشند:
– در مواردیکه امکان اجرای سپر فولادی (کوبیدن و نصب) وجود ندارد و یا سختی و تراکم زمین بیش از حد توان سپر کوبی و با دشواری زیادی مواجهه می باشد.
– در شرایطی که بدلیل وجود آبهای زیر زمینی و بالا بودن سطح آن نیاز به آب بند بودن جداره می باشد.
– در مواردیکه امکان ایجاد مهارهای جانبی (کششی) در زیر ساختمان های مجاور ناشی از گودبرداری وجود ندارد و یا در تلاقی با تاسیسات زیر بنایی شهری و مستحدثات زیرزمینی (تونل) باشد.
– در مواقعیکه امکان استفاده از سیستم حفاظت گود بعنوان بخشی از سازه اصلی و باربری وجود داشته باشد.

مهار بندی توسط شمع های درجا (Bored pile walls)

روشهای مختلف برای اجرای تکنیک های شمع های درجا ریز وجود دارد و متداولترین آنها عبارتند از:
الف) اجرای دیوار محافظت پیوسته (آب بند)
ب) اجرای دیوار محافظت ناپیوسته

الف) اجرای دیوار محافظ پیوسته (آب بند)
دراین روش ابتدا شمع هایی با بتن پلاستیک یک در میان حفاری و اجرا می گردد و سپس با رعایت هم پوشانی شمع های اصلی و سازه ای با رعایت احداث جداره زنجیره ای و پیوسته اجرا می گردد.

اجرای دیوار محافظ پیوسته (آب بند)

ب) اجرای دیوار محافظت ناپیوسته
در مواردیکه توده خاک و سنگ دارای چسبندگی زیاد بوده و سطح آبهای زیر پایین بوده می توان از شمع های درجا ریز ناپیوسته و با فاصله استفاده نمود. در این روش بدلیل چسبندگی بین دانه ها خاک بین شمع ها با وجود پدیده قوس خوردگی پایداری جانبی وجود دارد . با در نظر گرفتن شرایط و پارامترهای ژئوتکنیکی خاک معمولا حداکثر فاصله محور تا محور شمع های اصلی ۲ برابر قطر شمع ها می باشد همچنین در این روش پایداری در برابر نیروهای جانبی نیز مدنظر قرار می گیرد این روش در پایداری های کوتاه مدت کارایی داشته و در اثر مرور زمین احتمال هوازدگی بین شمع ها وجود دارد و در دراز مدت نیز تغییر مشخصات خاک و برخی از پارامترهای آن مانند از دست دادن آب و یا حالت اشباع پیدا نمودن آن باعث ریزش خاک بین شمع ها شده و برای جلوگیری از آن می توان از بتن پاشی (شاتکریت) و با بستن مش پوشش لازم را جهت پایداری ایجاد نمود.

اجرای دیوار محافظت ناپیوسته

مهار بندی توسط دیوار دیافراگمی (Diaphragm walls-Slurry wall)
یکی دیگر از روشهای محافظت از جداره گود احداث دیوار دیافراگمی و یا دیوار دوغابی Slurry Wall می باشد. در این روش ابتدا توسط دستگاههای گراب متناسب با شرایط زمین حفاری قسمتی از دیوار انجام می شود و همزمان با حفاری جهت پایداری جداره دیواره حفاری شده و جلوگیری از ریزشهای موضعی از دوغاب بنتونیت استفاده می شود تشکیل کیک بنتونیت در داخل دیواره حفاری شده و نفوذ در لایه های دانه ای جداره باعث می گردد جداره همواره پایدار بماند و سپس بلافاصله پس از رسیدن به عمق مورد نظر آرماتور گذاری شده و در نهایت بتن ریزی می گردد. این روش در زیر هسته سدهای خاکی نیز کاربرد بسیار دارد و از هرگونه نشتی را جلوگیری می نماید. استفاده از این تکنیک در مناطق شهری نیز با محدودیت های نظیر استفاده از روش مهار بندی افقی و مایل و المانهای کششی دارا می باشد.

مهار بندی توسط دیوار دیافراگمی (Diaphragm walls-Slurry wall)

جداره های مهاربندی شده توسط نیلینگ (Soil nailing)
این روش از حدود سه ده اخیر آغاز شده و تاکنون نیز بعنوان یک تکنیک برای پایداری ترانشه ها و حفاظت گود با انعطاف پذیری بالا استفاده می گردد.

جداره های مهاربندی شده توسط نیلینگ (Soil nailing)

روش اجرای نیلینگ (nailing)
تئوری استفاده از روش نیلینگ بر مبنای مسلح کردن و مقاوم نمودن توده خاک با استفاده از دوختن توده خاک توسط مهارهای کششی فولادی Nail با فواصل نزدیک به یکدیگر می باشد.
استفاده از این روش موجب:
۱- افزایش مقاومت برشی توده خاک می گردد.
۲- محدود نمودن و تحت کنترل در آوردن تغییر مکانهای خاک در اثر افزایش مقاومت برشی در سطح لغزش Slid بدلیل افزایش نیروی قائم می شود.
۳- باعث کاهش نیروی لغزش در سطح گسیختگی و لغزشی می شود.
باید توجه داشت کلیه سطوح ترانشه های حفاری شده که توسط نیلینگ بایستی مسلح شوندبا استفاده از شبکه مش و شاتکریت ابتدا حفاظت شده و سپس سیستم نیلینگ روی آنها اجرا می شوند.

کاربرد نیلینگ در پروژه های عمرانی
۱- پایداری ترانشه ها در احداث بزرگراه ها و راه آهن ها.
۲- پایداری جداره تونلها وسازه های زیر زمینی.
۳- پایدار سازی و حفاظت گود در سازه های مناطق شهری، ساختمانهای مجاور گود، ایستگاه های زیر زمینی مترو و…
۴- پایدار سازی کوله های مجاور پل ها در زمین های سست و ریزشی.

مهار کششی نیلینگ معمولا از آرماتورهای فولادی با قطر ۲۰ الی ۴۰ میلیمتر و با حدتسلیم ۴۲۰ الی ۵۰۰ نیوتن بر میلیمتر مربع استفاده می شوند که درون یک چال حفاری شده با قطر ۷۶ الی ۱۵۰ میلیمتر قرارگرفته و دور آن درون چال تزریق می گردد. فواصل بین مهارهای کششی در حدود ۱ الی ۲ متر می باشد و طول آنها نیز در حدود ۷۰ الی ۱۰۰ درصد ارتفاع گود می باشد و حداقل شیب نسبت به افق حدودا ۱۵ درجه می باشد.
باید توجه داشت که رویه شاتکریت شده روی ترانشه های حفاری شده نقش سازه ای نداشته اما می توان جهت اطمینان برای پایداری موقت خاک بین مهارها استفاده نمود.

مهار کششی نیلینگ

مراحل اجرای سیستم نیلینگ (nailing)
مطابق با شکل مراحل اجرای نیلینگ بصورت شماتیک نشان داده شده است .
۱- گودبرداری در مرحله اول ترانشه و یا گود و ایجاد پله بعدی عملیات.
۲- حفاری چال جهت نصب مهار کششی Nail.
۳- قراردادن آرماتور داخل چال و تزریق چال.
۴- اجرای سیستم زهکشی و اجرای شاتکریت جداره و نصب ضخامت فولادی.
۵- گودبرداری مرحله بعدی ترانشه و یا گود و ایجاد پله های بعدی علمیات.
۶- اجرای پوشش شاتکریت نهایی پس از اتمام آخرین مرحله حفاری.

 

اصول طراحی نیلینگ (nailing)
مراحل طراحی سیستم نیلینگ مطابق زیر است:
• هندسه سازه مشخص گردد.
• عمق و زاویه شیب خاکبرداری مشخص گردد.
• بارگذاری و سربار بارهای وارده به Nail و موقعیت سطح افزایش تخمین زده شود.
• انتخاب نوع آرماتور شامل: سطح مقطع، طول و فاصله از یکدیگر و در هر تراز مقاومت موضعی آنها تضمین گردد تا مقاومت از نظر استحکام و ظرفیت چسبندگی برای تحمل نیروها تخمین زده شده و با ضریب اطمینان مناسب و قابل قبول کنترل شوند.
• پایداری کل سازه نگهدارنده و خاک اطراف آن در زمان حفاری گود و ایجاد پله های حفاری و بررسی و کنترل ضریب اطمینان قابل قبول.
• تخمین نیروهای وارده بر صفحه فولادی Bearing plate
• در نظر گرفتن سطح پیزومتریک آبهای زیر زمینی و لحاظ نمودن سیستم زهکشنتیجه گیری
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 می باشد و با توجه به درجه پایداری امکان اجرای گود قائم وجود داشته و همچنین در انواع شرایط خاک، اجرای آن امکان پذیر می باشد که مهمترین ویژگی این روش محسوب می شود و برای سازه های زیر زمینی بخصوص در فضای های محدود شهری مانند ایستگاه های مترو مناسب می باشد.
2281 بازدید