انکراژ (استرند و مونوبار)

یکی از پرکاربردترین روش‌های گودبرداری عمیق و پایدارسازی شیب‌ها که اساس آن افزایش تنش‌های مقاوم گوه‌ی گسیختگی خاک است، روش میل مهار (انکراژ) می‌باشد. در این روش، همانند روش میخکوبی (نیلینگ) از یک المان فولادی (کابل (استراند) یا میله)، جهت افزایش مقاومت برشی سطح گسیختگی شیروانی استفاده می‌شود. علاوه بر این، با استفاده از نیروی پیش‌تنیدگی ایجاد شده در کابل، نیروی اصطکاک موجود در سطح گسیختگی و در نتیجه ضریب اطمینان پایداری گوه گسیختگی افزایش می‌یابد. به طور کلی به دلیل وابستگی این روش به نیروی انسانی ماهر و تجهیزات خاص، روش گرانتری نسبت به روش نیلینگ می‌باشد و استفاده از آن تنها در شرایطی که جابجایی‌ها و تغییر مکان‌های جداره گود در وضعیت نامطلوب قرار دارد، توصیه می‌شود.

انکرها (مهارها) المان‌های سازه‌ای پیش تنیده‌ای هستند که در خاک یا سنگ نصب شده و نیروی کششی ایجاد شده در خود را به زمین منتقل می‌کنند. درون چاله‌ی انکرها بوسیله‌ی ملات گروت تزریق و پر می‌شود که از این لحاظ به آن‌ها انکرهای تزریق شده نیز گفته می‌شود. از طرف دیگر به دلیل مکانیزم عملکرد، به سیستم انکراژ «دوخت به پشت» نیز گفته می‌شود.

اساسی‌ترین مولفه‌های یک سیستم انکراژ عبارتند از: انکر، طول آزاد (آزاد) و طول محصور. این بخش‌ها به همراه سایر اجزای آن در شکل نشان داده شده است. سیستم انکراژ از قطعاتی مانند سر انکر، صفحه باربری، و لوله‌ای که توانایی انتقال نیروهای پیش‌تنیدگی موجود در المان پیش‌تنیده (میله یا کابل) را به سطح خاک یا سازه نگهبان داشته باشد، تشکیل شده است.

طول آزاد انکر، بخشی از آن است که می‌تواند به صورت آزاد در محدوده‌ی الاستیک تغییر شکل داده و نیروهای مقاوم را از طول محصور انکر با سازه موردنظر منتقل کند. به منظور حفظ عدم محصورشدگی بخش آزاد در برابر تزریق گروت، از یک لوله‌ی پلاستیکی صاف استفاده می‌شود، لذا این بخش می‌تواند به راحتی تغییرشکل داده و تحت نیروی پیش‌تنیدگی قرار گیرد و بعد از رها کردن نیرو نیز به راحتی تغییر شکل دهد. طول محصور شده‌ی تاندون‌ها بخشی است که تحت گروت‌ریزی قرار گرفته و توانایی انتقال نیروهای کششی را به زمین ایجاد می‌کند. این بخش باید پشت خط گسیختگی گوه متحمل لغزش قرار گیرد. به بیان دیگر با نیروی کششی موجود در تاندون‌ها، گوه گسیختگی ناپایدار به بخش پایدار پشت خود دوخته می‌شود.

   

به طور کلی مراحل اجرای یک سیستم انکراژ عبارتند از:
۱ـ حفاری محل نصب انکر تحت زاویه‌ای مشخص و تا عمق طراحی و با استفاده از تمهیدات حفاظتی (تیوپ یا کیسینگ) و مایع حفاری

۲ـ جایگزینی مایع حفاری با تزریق گروت اولیه در شرایطی که حفاری تا عمق معین انجام شده است.

۳ـ جایگزاری المان کششی (کابل یا میله) تا طول طراحی شده

۴ـ تزریق گروت بخش محصور و همزمان خروج تیوب یا کیسینگ حفاظتی

۵ـ اعمال نیروی پیش‌تنیدگی برقسمت آزاد براساس مقادیر طراحی شده به منظور کاهش جابجایی سازه (حداقل ۷ روز بعد از تزریق بخش محصور شده)

بخش کامل شده انکراژ از قسمت‌های مختلفی تشکیل شده است که عبارتند از: المان فولادی پیش‌تنیدگی (کابل یا میله)، حفاظ خوردگی، غلاف (یا پوشش)، سنترلایزر، اسپیسرو مخصوصا گروت. غلاف یک لوله پلاستیکی موجدار است که از بخش آزاد (گروت‌ریزی نشده انکر) در برابر خوردگی محافظت می‌کند.

سنترلایزرها، قطعاتی هستند که موقعیت المان فولادی را در مرکز حفره حفاری شده قرار داده و شرایط وجود حداقل پوشش گروت دور المان را فراهم می‌کنند. در حقیقت این قطعات از زیاد شدن یا کم شدن پوشش گروت بر دور المان‌ها جلوگیری می‌کنند. در شرایطی که المان‌ها از چند رشته (کابل) تشکیل شده باشند، از اسپیسرهایی استفاده می‌شود که بین همه‌ی رشته‌ها ایجاد فاصله نمایند تا ملات گروت بتواند دور تمام آنها قرار گیرد.

معمولا ملات گروت پایه‌ی سیمان بوده که قابلیت انتقال بار از المان‌ها به زمین و همچنین ایجاد محافظ در برابر خوردگی را دارند.

مصالح و قطعات المان‌ها (تاندون‌ها)
میله‌های فولادی و کابل‌ها

مشخصات مصالح برای میله‌ها و کابل‌ها به ترتیب در استانداردهای ASTM A416 , ASTM A722 مدون گشته است. همچنین دراستاندارد ASTM A886 نیز مشخصات تاندون‌های فاصله‌دار ارائه شده است. المان‌های میله‌ای معمولا در طول آزاد حداکثر ۱۸ متر و در قطرهای ۲۶، ۳۲، ۳۶، ۴۵، ۶۴ میلیمتر موجود هستند. به عنوان مثال برای یک انکر با بار طراحی حداکثر ۲۰۷۷ کیلونیوتن، یک میله به قطر ۶۴ میلیمتر کفایت می‌کند. در مواردی که طول تاندون‌ها بیشتر از ۱۸ متر باشد یا از نظر طولی محدودیت‌هایی وجود داشته باشد، از کوپلر (مشابه سیستم کوپلینگ میلگرد) استفاده می‌شود تا طول‌های بیشتر قابل اجرا گردد. در مقایسه با کابل‌ها، المان‌های میله‌ای از نظر اعمال تنش و تنظیم نیروهای موجود در آن بعد از رهاسازی نیروی پیش‌تنیدگی، راحت‌تر است.

انکراژهایی که تاندون‌های آنها کابلی باشد، معمولا از چند کابل تشکیل شده‌اند که قطر هر یک از این کابل‌ها معمولا ۱۵ میلیمتر می‌باشد. این نوع از انکراژهای چند کابلی، محدودیتی در بارگذاری یا طول ندارند. علاوه بر این یکی از مهمترین ویژگی‌های این تاندون‌ها ثابت ماندن مشخصات بلندمدت و در نتیجه به حداقل رسیدن افت بار در بلندمدت آنهاست. نوعی از کوپلرها وجود دارد که برای نوع خاص تاندون‌های ۷ تایی ساخته شده‌اند، لکن کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرند، زیرا امکان تولید کابل در هر طولی وجود داشته به گونه‌ای که دیگر نیازی به استفاده از کوپلر جهت افزایش طول آنها نباشد. از این رو استفاده از کوپلر به دلیل بیشتر بودن قطر تاندون در محل نصب آنها نسبت به قطر تاندون، در شرایط عادی توصیه نمی‌شود، لکن استفاده از آنها جهت ترمیم تاندون‌ها موجود بلامانع است. در صورت استفاده از کوپلرها، باید به مسئله‌ی حفاظت تاندون‌ها در برابر خوردگی در محل نصب کوپلرها توجه شود.

اسپیسرها و سنترلایزرها

اسپیسرها و سنترلایزرها در طول انکر در فواصل مشخصی (معمولا در هر ۳ متر) نصب می‌شوند. در انکرهای کابلی، اسپیسرها فاصله‌ی ۶ الی ۱۳ میلیمتری بین کابلها و پوشش خارجی گروت به میزان حداقل ۱۳ میلیمتر را ایجاد می‌کنند. هم اسپیسرها و هم سنترلایزرها باید از مواد مقاوم در برابر خوردگی ساخته شده و به گونه‌ای طراحی شوند که مانع مسیر جریان گروت نباشند.

سایر انواع انکرها و مصالح تاندون‌ها

علاوه بر انکرهای با تزریق گروت و فولاد پرمقاومت پیش‌تنیده، انواع دیگر انکرها نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. به عنوان مثال، نوعی از انکرهای با تزریق گروت با عنوان Grade 75, Grade60 انکرهای مارپیچی، انکرهای صفحه‌ای و انکرهای مکانیکی سنگ، از انواع دیگر انکرها می‌باشند. نوعی از تاندونها که از مصالح FRP تولید می‌شوند نیز وجود دارد که همچنان تحقیقات بر روی آنها در جریان است. این تاندون‌ها دارای مقاومت کششی بالا، مقاومت در برابر خوردگی و وزن کم هستند. با این حال استفاده از این تاندون‌ها چندان رونق ندارد. مصالح دیگری مانند فایبرگلاس و استیل هم در مقیاس آزمایشگاهی مورد استفاده قرار گرفته‌اند، لکن جنبه اقتصادی و مسائل اجرایی موجب ایجاد محدودیت در استفاده از آنها شده است.

سیمان

گروت مورد استفاده برای انکراژ خاکیا سنگ ، معمولا ملات خالص سیمان براساس استاندارد ASTM C150 می‌باشد، لکن برای حفره‌های انکراژ با قطر بزرگ، برای گروت تزریق از ملات ماسه ـ سیمان نیز استفاده می‌شود. از گروت مخلوط سیمان، ماسه و شن نخودی نیز می‌توان برای تزریق اطراف مجموعه تاندون‌ها استفاده کرد. معمولا جهت ساخت گروت از میکسرهای پرسرعتی استفاده می‌شود که تا حد قابل قبولی مخلوط همگن آب و گروت را تولید می‌کنند. یک مخلوط با نسبت وزنی آب به سیمان ۰.۴ تا ۰.۵۵ و سیمان تیپ یک می‌تواند مقاومت فشاری حداقل ۲۱ مگاپاسکال را بدست دهد. در برخی پروژه‌ها جهت جریان یافتن بهتر ملات گروت، از برخی افزودنی‌های مخصوص نیز استفاده می‌شود. در بسیاری مواقع نیازی به استفاده از مواد افزودنی نیست، لکن در شرایطی که مسافت پمپاژ گروت زیاد یا دما بالا باشد، از مواد روان‌کننده استفاده می‌شود.

انواع سیستم‌های انکراژ

به طور کلی سه نوع سیستم انکراژ مورد استفاده قرار می‌گیرد که عبارتند از: (۱)- انکراژ با شفت مستقیم و گروت ریزی ثقلی (نوع A) (۲)- انکراژ با شفت مستقیم و تزریق گروت با فشار (نوع B) (۳)- انکراژهای پیش تزریق (نوع C). نوع دیگری از انکراژ که کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرد، انکراژ نوک پهن (نوع D) می‌باشد. شکل انواع مختلف این انکرها را نشان می‌دهد.