نیلینگ یا میخکوبی روش خلاقانه مهندسین استرالیایی بود که در حدود دهه 60 میلادی جهت پایدارسازی جدار تونل بکار گرفته شد. روش اجرای کار نیلینگ به این صورت است که ابتدا دیوارهها رگلاژ میشوند. سپس شبکههای مشهای فولادی بوسیله میخهای 50 سانتیمتری نصب میشوند و روی آن به ضخامت حدود 10 تا 15 سانتیمتر بتن پاشی میشود. مرحله بعد حفاری گمانهها و جا زدن میلگرد یا کابل است. در ادامه گمانهها با دوغاب سیمان تزریق شده و پس از گیرش دوغاب، هد نیلها بسته میشود. بدین ترتیب نیروی رانش خاک از طریق مش و شات به هد نیل اعمال می شود و نیروی هد نیلها از طریق نیلها به توده خاک منتقل میگردد. گویی رانش خاک از طریق سیستم نیلینگ به خود خاک مهار میشود. نیلینگ یا میخکوبی بعدها توسط مهندسین آلمانی و فرانسوی در پایدارسازی ترانشهها گالری تونلها و کوله پلها به کار گرفته شد.
پس از آن استفاده از نیلینگ به طور گسترده در طرح‌هاي مختلف عمراني نظير تثبيت ترانشه‌هاي خط آهن و بزرگراه‌ها، ساخت سازه‌هاي نگهبان گودبرداري شده در مناطق شهري جهت احداث ساختمان‌هاي بلند مرتبه که شامل چندين طبقه در داخل زمين هستند و تثبيت شيب‌هاي زمين در برابر لغزش‌هاي احتمالي به کار بسته شد . نیلینگ ديواره‌ها به معناي تسليح برجاي خاك موجود با نصب ميلگردهاي فولادي نزديك به هم (Nail) در يك سطح شيبدار با شيب ملايمي در حدود 10 تا 20 درجه در زير سطح افق يا در محل گودبرداري و با اجراي از بالا به پايين مي‌باشد. در اين روش اجرايي، ميخها (نیل ها) در هنگام بهره‌برداري تحت تنش‌هاي کششي قرار گرفته و پايداري ديوار را تامين مي‌کنند. فلسفه اصلی روش نیلینگ برمبنای پايدارسازی گوه لغزش به وسيله نیل ها استوار است. به طوريکه در شکل زیر پيداست، سطح شکست و فروپاشی درخاکهای با دانه بندی مختلط به صورت گوه خواهد بود. لذا بوسيله میخها (نیل ها) اين گوه به حجم پشتی خاک دوخته میشود و بر اين اساس اين گوه پایدار خواهد گرديد. ميلگردها معمولاً داخل گمانه‌هايي كه در ديواره خاكي ايجاد شده و توسط دوغاب سيمان با هدف جلوگيري از خوردگي ميلگردهاو همچنين انتقال مناسبتر نيروها بين خاك و ميلگرد پر مي‌شوند، قرار مي‌گيرند. اين عمليات يك مقطع مسلح پايدار ايجاد مي‌كند كه توانايي نگهداري خاك پشت خود را دارد. اين مسلح سازي به صورت Passiveعمل كرده و اثر خود را از طريق اندركنش خاك- ميلگرد حاصل از ايجاد تغيير شكل در خاك، اعمال مي‌كند میخها (نیل ها) غالباً در كشش عمل مي‌كنند ولي در شرايط خاصي، عملكرد خمشي و برشي آنها نيز در نظر گرفته مي‌شود.
اثر مسلح سازي براي بهبود پايداري با دو عملكرد زير حاصل مي‌شود:
پس از نصب ميلگردها، يك ديواره سطحي كم ضخامت كه معمولاً شامل شاتكريت با تسليح سبك مي‌باشد، سطح ديواره شيرواني يا گود را مي‌پوشاند. ضخامت ديواره شاتکريت شده نيز مابين 10 الی 15 سانتيمتر خواهد بود. هدف از اجراي اين ديواره جلوگيري از فرسايش سطحي خاك، ايجاد سطح تمام شده مناسبتر براي ساخت و سازهاي احتمالي بعدي، ایجاد لایه محافظ و یکپارچه و در نتیجه پخش یکنواخت نیروی عکس العمل و افزايش بازدهي عملكرد سيستم خاك تحكيم يافته بويژه در بخش هاي نزديك به ديواره گود مي‌باشد.
ديوارهاي ميخکوبي شده مي‌توانند به دو صورت موقت يا دائمي اجرا شوند. ميخ‌کوبي‌هاي موقت بسته به نوع خاک و طرح و اجرا داراي طول عمر سرويس کمتر از 18 ماه هستند. سازه‌هاي ميخکوبي شده‌ي دائم طول عمر بيشتر از اين مقدار دارند. چنانچه يک گودبرداري توسط ديوارهاي ميخکوبي شده‌ي موقت مسلح شود، اما به دليل تأخيرات کارگاهي طول مدت ساخت بيشتر از 18 ماه طول بکشد، عوامل اجرايي موظف هستند از يک سيستم نگهداري دائمي براي تثبيت گودبرداري استفاده کنند. در اين روش سوراخ‌هايي در داخل زمين حفاري شده و سپس ميلگردهاي فولادي در آن کارگذاشته شده و فضاي خالي حفره را با دوغاب پر مي‌کنند که در ادامه به بررسی هر یک از مراحل اجرای آن پرداخته میشود.
روشهای مختلف پایدارسازی ترانشهها همواره با چالشهای مختلفی روبروست. از این بین نیلینگ یا میخکوبی بدلیل مزایای فنی و اقتصادی گزینه مطلوب اغلب کارفرمایان بخش راه و ساختمان میباشد که بدون ایجاد معارض در محدوده پروژه، ضرایب اطمینان دیوارههای گودبرداری را به بهترین شکل تامین میکند. به کارگیری دانش روز سیستم نیلینگ و پسکشیدگی المانهای نیل این امکان را ایجاد کرد که تغییر مکانهای مجاور ساختمانهای فرسوده و معابر پرترافیک کاهش یابد. این فن آوری که اصطلاحاً انکراژ نامیده میشود با بکارگیری استرند چند رشته بجای میلگرد در گمانهها به تنها گزینه پایدارسازی گودهای بالای 25متر تبدیل شدهاست.
روش پيشنهادي به منظور اجراي نیلینگجهت پايدارسازي ديواره گودها معمولاً مشتمل بر 5 مرحله اصلي گودبرداري مقطعي، حفاري گمانهها، نصب ميلگرد تسليح، تزريق دوغاب سيمان، بتن پاشي و نصب صفحه و مهره مي‌باشد. پس از تكميل مراحل اجرايي فوق براي گام اول گودبرداري، اين مراحل براي گامهاي بعدي گودبرداري تا رسيدن به رقوم كف گود مورد نظر، تكرار مي‌گردد. اين مراحل به طور شماتيك در شكل زیر نشان داده شده است.
گودبرداري اوليه تا عمقي صورت مي‌پذيرد که ديواره‌ي گودبرداري شده بتواند در مدت کوتاهي بين 24 تا 48 ساعت پايداري خود را حفظ کند (آیین نامه). خاكبرداري مي‌بايست به صورت مرحله به مرحله انجام شده و پس از انجام هر مرحله از خاكبرداري مي‌بايست عمليات اجراي میخکوبی در آن مرحله صورت گيرد و پس از اتمام عمليات، خاكبرداري مرحله بعد انجام مي‌پذيرد. عرض گودبرداري انجام شده حداقل بايد به اندازه‌اي باشد که بتوان ابزارهاي لازم را در محل مستقر کرد.
در هر مرحله خاكبرداري، عمق ديواره ايجاد شده بايستي پايداري لازم در حين اجراي میخکوبی را داشته باشد، اصولاً عمق گودبرداري جهت تامين کوتاه مدت پايداري 2 متر مي‌باشد. البته با توجه به شرايط ژئوتكنيكي خاك ساختگاه ارتفاع مجاز خاكبرداري در هر مرحله تعيين مي‌گردد. 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)
از آنجا که پیشرفت کار پایدارسازی در پروژههای بزرگ در گرو اجرای حفاری می باشد سرپرستی بخش حفاری از اهمیت ویژه ای برخوردار است. انتخاب ماشین الات می بایست براساس طول گمانه ها، جنس خاک و شرایط آبهای زیرزمینی انتخاب گردد.
بدیهی است توان تولید هوای کمپرسور برای گمانه های بالای 15متر میبایست بیشتر از گمانه های کوتاه باشد. همچنین در خاکهای درشت دانه که احتمال ریزشهای موضعی گمانه و فرار هوا وجود دارد این مسئله اهمیت دارد. قدرت و سرعت دوران دستگاه حفاری نیز میبایست متناسب با جنس خاک انتخاب شود تا بالاترین راندمان حاصل گردد. توان حرکت دستگاه حفاری در خاکهای اشباع یا خاکهای دستی می بایست بیشتر از خاک های طبیعی و خشک در نظر گرفته شود. سایز چکش و سرمته نیز میبایست متناسب با قطر گمانه مندرج در نقشه های اجرایی انتخاب شود. به جرات میتوان گفت تخصص و تعهد تیم حفاری مهمترین عامل در بهبود کیفیت حفاری است که علاوه بر تامین سرعت مطلوب حفاری باعث تسهیل جازدن میلگرد یا استرند می شود.
پس از حفاري گمانه تا عمق موردنظر، عمليات نصب ميلگرد تسليح صورت مي‌پذيرد. عناصر تسليح معمولاً شامل آرماتورهای فولادي مي‌باشند و اغلب تو پر هستند اما مي‌توان از ميلگردهاي توخالي نيز مطابق آيين‌نامه‌ي اجرايي وزارت راه آمريکا مربوط به ميخکوبي با ميلگردهاي توخالي نيز استفاده کرد. به هر حال میلگردهای طراحی شده پس از حفاري درون گمانه قرار مي‌گيرند. جهت آنکه راستاي ميلگردها دقيقاً در امتداد محور استوانه‌ي چال‌هاي حفر شده باشد از ابزاري به نام مرکزکننده (اسپیسر یا سنترالیزر) استفاده مي‌شود. ميلگردها در داخل مرکزکننده‌ها فرو رفته و سپس در داخل چال، جاگذاري مي‌شوند. چنانچه شرايط خوردگي شديد باشد از پوشش اپوکسی مخصوصي جهت محاظت از ميخها استفاده مي‌شود. ميلگردهاي فولادی مسلح کننده مهمترين عنصر ديوارهاي ميخکوبي شده است. اين المان‌ها در سوراخ‌هايي که از پيش حفاري شده قرار گرفته و سپس يک شیلنگ دوغاب ريزي به انتهاي چال رفته و فضاي خالي باقي مانده را از انتها تا ابتداي چال دوغاب ريزي مي‌کند. شيب چال‌هاي حفر همانطور که پيش از اين نيز گفته شد به مقدار ملايمي در پايين سطح افق قرار دارد. لذا دوغاب با نيروي وزن وارد شده بر آن به خوبي در حفره‌ها جا مي‌گيرد. به چنين روشي، روش دوغاب ريزي ثقلي گفته مي‌شود که جزء روش‌هاي متداول در ميخکوبي به حساب مي‌رود. دوغاب نقش اصلي انتقال تنش از زمين به ميخها را ايفا مي‌کند.
مجموعه دستگاه تزريق از سه بخش ميكسر اوليه، ثانويه و پمپ تزريق تشكيل مي‌گردد. پس از اختلاط آب و سيمان به نسبت مشخص در ميكسرها، دوغاب سيمان از طريق شيلنگ‌هاي رفت و برگشت به درون گمانه حفر شده تزريق مي‌گردد. بسته به شرايط اين تزريق مي‌تواند در فشارهاي مختلفي صورت پذيرد. شكل زیر نمونه‌اي از روند نصب مسلح كننده را نشان مي‌دهد.
پس از اتمام عمليات تزريق، سطح ديواره جهت جلوگيري از فرسايش و همچنين حفظ يكپارچگي بيشتر در عملكرد ميخها، توسط يك لايه بتن‌پاشي شده shotceret پوشانده مي‌شود. پوشش نوعي اتصال سازهاي در سيستم ايجاد مي‌کند و در میخکوبی ها دو نوع پوشش وجود دارد 1- پوشش موقت 2- پوشش دائمی. پوشش موقت نقش سطحي را ايفا مي‌کند که اجزاي سازهاي ميخکوبي یا نیلینگ را به يکديگر متصل مي‌نمايد. همچنین نوارهاي ژئوکامپوزيتي قبل از آنکه پوشش موقت اجرا شود در سطح گودبرداري کار گذاشته مي‌شود تا زه آب داخل خاک را هدايت کرده و از نفوذ آن به داخل پوشش ممانعت به عمل آورد (شکل زیر). همچنين پس از بتن‌پاشي موقت جهت اتصال كامل سر ميخها به ديواره و همينطور جلوگيري از بروز برش پانچ در ديواره و در صورت نياز تنش‌دهي به ميخها، يك صفحه فلزي به عنوان سر نيل بر روي ديواره قرار گرفته و توسط يك مهره به آرماتور درون گمانه متصل مي‌شود پوشش دايمي بعد از آنکه ميخها نصب و پوشش موقت شکل گرفت، اجرا مي‌شود. ضخامت اين پوشش كم بوده و غالباً به 10 تا 15 سانتيمتر محدود مي‌شود.
همانطور که پیشتر گفته شد مهمترین مزیت روش نیلینگ یا میخکوبی، تامین پایداری بدون ایجاد مزاحمت برای مراحل بعدی عملیات عمرانی است. همچنین امکان اجرای پایدارسازی همزمان با عملیات خاکی از دیگر مزایای نیلینگ میباشد. بعلاوه بدلیل ایجاد سطح بتنی روی خاک ترانشه، از هوازدگی و ریزشهای موضعی جلوگیری میکند.
خوشبختانه نظر به استقبال بینظیر سرمایه گذاران بخش ساختمان از این روش پایدارسازی دانش نیلینگ (میخکوبی) در بین شرکتهای مشاور، پیمانکار، تامین کنندگان مصالح و ماشین آلات نهادینه شده و رکوردهای بینظیری به لحاظ عمق و ابعاد در عرصه بین المللی به ثبت رسیده است.
امکان اجرا در فضای محدود
امکان تقویت طرح در حین اجرا
حداکثر بهره وری از فضای موجود در مراحل بعدی عملیات ساختمانی
اجرای همزمان گودبرداری و پایدارسازی
