تحکیم و بهسازی خاک

تحکیم و بهسازی خاک

تحکیم خاک چیست؟

تحکیم خاک بیان کننده از کاهش حجم تدریجی یک خاک  اشباع با نفوذپذیری کم در اثر زهکشی بخشی از آب موجود در حفرات که در نهایت منجر به تغییر ضخامت و نشست خاک می‌شود. زهکشی (تغییر در فشار آب حفره‌ای) ارتباط تنگاتنگی با مقوله‌ی تحکیم و نشست خاک دارد. هنگامی که در اثر فشار سربار در داخل خاک اضافه فشار آب حفره‌ای به وجود می‌آید، پدیده تحکیم شروع شده و تا زمانی که این اضافه فشار در اثر زهکشی از بین برود، ادامه خواهد یافت.

بررسی نشست خاک زیر سازه به چه منظور انجام میشود؟

در چهارچوب محدودیت‌هایی که برای مهندس سازه اعمال می گردد (رعایت شرایط اقتصادی ، خصوصیات سازه‌ای ، معیارهای طراحی ویژگی‌های خاک) هدف مهندس این است که در درجه اول نشست را به ‌طورکلی از سازه حذف کند و اگر این خواسته امکان‌پذیر نبود، مقدار نشست را به ‌طور قابل ‌توجهی تقلیل داده و در محدوده نشست مجاز برای سازه مورد نظر نگهدارد. برای رسیدن به چنین هدفی برحسب شرایط موجود، اعمال شرایطی را از جمله کم کردن بار سازه به خاک یا تقویت و افزایش مقاومت خاک با روش‌های گوناگون شناخته‌ شده ایجاب می‌کند.

روش‌های بررسی برآورد نشست :

برای برآورد نشست های خاک بررسی های گوناگونی صورت میگیرد که به آن اشاره می کنیم:
•    تخمین میزان نشست از روی بررسی رفتار سازه‌های موجود در اطراف محل احداث سازه و اندازه‌گیری نشست سازه‌های موجود در منطقه تعمیم آن به سازه موردنظر.
•    اجرای آزمایش بارگذاری صحرایی با مقیاس بزرگ .
•    بارگذاری محلی با صفحه کوچک در محلی که باید پی سازه احداث گردد .
•    انجام آزمایش‌ های محدود آزمایشگاهی بر روی نمونه‌هایی که از محل سازه گرفته ‌شده‌اند.
•    بررسی کامل ژئوتکنیک شرایط محلی و حفر گمانه ‌های کافی

نشست تحکیمی خاک

نشست خاک از نظر زمانی را به دو دسته تقسیم می کنیم:
1.    نشست کوتاه مدت و یا نشست الاستیک که با عنوان نشست آنی نیز شناخته می شود.
2.    نشست بلند مدت و یا غیر الاستیک که با عنوان نشست تحکیمی نیز شناخته می شود.
نشست الاستیک معمولا با بارگذاری سریع و خروج سریع هوا و یا مقدار کمی آب از خاک های دانه ای رخ می دهد و نشست بلند مدت با ثابت و ادامه دار بودن بارگذاری و متعاقبا افزایش فشار آب حفره ای در خاک های ریزدانه و یا چسبنده اتفاق می افتد. اصطلاحا به مرحله غیر الاستیک نشست، نشست تحکیمی و یا تحکیم خاک می گوییم به این صورت که تنش های ایجاد شده ناشی از بارگذاری در ابتدا با نزدیک شدن ذرات خاک، باعث خروج نسبی هوا از توده خاک و سپس با افزایش فشار آب حفره ای، در دراز مدت موجبات خروج آب از توده خاک را فراهم می آورد و همین امر باعث تحکیم خاک می گردد.
به این دلیل که تحکیم خاک پس از احداث سازه باعث آسیب به سازه مورد نظر می شود و با توجه به امکان پیش بینی مقدار نشست در خاک با استفاده از پارامتر های مستخرج از آزمایشات صحرایی و یا آزمایشگاهی، می توان با بهره گیری از روش های بهسازی و تحکیم خاک، نشست های پیش بینی شده را به حدود مجاز آیین نامه ای محدود نمود، بدین منظور پیش از احداث سازه در بسترهایی که نشست های آنها از حد مجاز تجاوز میکند الزام بهسازی خاک به وجود می آید.
تحکیم-خاک

بهسازی خاک بستر با استفاده از روش های مختلف تحکیم

1.تحکیم خاک به روش تزریق

این روش که کاربرد آن طیف وسیعی از انواع خاک ها را در بر می گیرد، با استفاده از تزریق دوغاب سیمان، رس و سیمان، بنتونیت و یا رزینها میسر می گردد. از مزایای این روش می توانیم به کاهش نشست و افزایش قابل توجه ظرفیت باربری خاک به علت اینکه پارامتر چسبندگی افزایش میباید اشاره کنیم.

2.تحکیم خاک به کمک افزودنی ها

این روش از بهسازی خاک برای طیف وسیعی از خاک ها کاربرد دارد و مهمترین هدف آن بهبود یا کنترل پایداری حجمی و مقاومت خاک بستر می باشد. مواد غیر آلی متعارف مورد استفاده در این روش شامل آهک و سیمان بوده و از مواد آلی متعارف نیز می توانیم به اکریل آمیدها، رزیت ها، پلی استرها و قیر اشاره کنیم.

3.تراکم سطحی

به منظور تحکیم خاک در این روش از متراکم سازی با وزن و ارتعاش غلطک های متنوع در لایه های شل سطحی استفاده می کنیم. به این منظور برای مثال در پروژه های کوچک از کمپکتور های صفحه ای دستی و یا در خاک های چسبنده میتوانیم از غلطک های پاچه بزی استفاده کنیم. لازم به ذکر است که این روش را صرفا برای تحکیم سطحی خاک استفاده می کنیم.

4.تراکم ویبره شناوری

این روش از تحکیم خاک به این صورت است که با میله مرتعش معلق در عمق مورد نظر متراکم سازی انجام میشود و کاربرد آن عموما در خاک های دانه ای با کمتر از ۲۰% مصالح ریزدانه و حدود کاربری این روش تا عمق ۲۰ متر می باشد. تراکم خاک توسط شمع کوبی یکی از روش های متراکم سازی خاک در عمق توام با ضربات و تحمیل جابجایی به خاک است که باعث ایجاد عمدی فشار آب حفره ای در خاک های دانه ای و زهکشی و متعاقبا تحکیم خاک می شود که با استفاده از نصب سیستم ویبراتور به روی شمع و راندن آن در خاک انجام می گردد.
بهسازی و تحکیم خاک

5.زهکشی

در این روش به منظور سرعت بخشیدن به تحکیم خاک و اعمال نشست های تحکیمی خاک، جلوگیری از فرسایش خاک ناشی از جریانات داخلی (Piping) و البته کاهش پتانسیل روانگرایی، می توانیم از انواع زهکش ها شامل لایه های دانه ای، ستون های ماسه ای، شنی و سنگی، زهکش های صفحه ای، ژئوسنتتیک ها و یا ترکیبی از آن ها بهره ببریم.

6.ریز شمع ها

یکی از گزینه های بسیار مهم برای اصلاح و تحکیم خاک زیر پی ها و سازه های موجود که دچار نشست های نامطلوب (نظیر نشست نامتقارن) ریز شمع ها می باشند. این روش را میتوان در ترمیم سازه های مهم و یا تاریخی، تونل سازی، تثبیت پی های گسترده موجود و بسیاری از پروژه های مشابه به کار برد.

آزمایش تحکیم

هدف از انجام آزمایش تحکیم (ادومتری)، تعیین پارامترهای موثر در پیش‌بینی مقدار نشست در سازه‌های متکی بر خاک‌های رسی میباشد. به منظور برآورد نشست تحکیمی، درجه‌ی تحکیم خاک، طراحی چاه‌های زهکشی و تعیین میزان فشار آب حفره‌ای حین ساخت در هسته‌ی‌ سدهای خاکی، میتوانیم از آزمایش تحکیم استفاده کنیم. برای اینکه نتایج به صورت قابل اعتماد باشد از خاکی که حداقل دست خوردگی را دارد میتوانیم استفاده کنیم.
آزمایش تحکیم
پارامترهای حاصل از نتایج آزمایش تحکیم  شامل موارد زیر میباشد:
•    نسبت تخلخل اولیه خاک (e0)
•    ضریب تحکیم قائم (CV)؛ پارامتری که سرعت نشست را در اثر بارگذاری مشخص می‌کند.
•    ضریب تراکم‌پذیری (av)، ضریب تغییر حجم (mv) و مدول الاستیسیته‌ی ادومتری (Eoed)
•    ضریب نفوذپذیری (K)
•    شاخص تراکم مجدد (Cr)، شاخص فشردگی (Cc)، شاخص تورم (Cs) و تنش پیش‌تحکیمی (ƃc)
•    ضریب تحکیم ثانویه (Cα)

نتیجه گیری

مهندسی عمران امروزه با توجه به الزام در ساخت بسیاری از پروژه های عمرانی با هر میزان کیفیت خاک بستری که موجود میباشد، با دغدغه های ژئوتکنیکی بسیاری مواجه میباشد. عملیات تحکیم خاک پیش از احداث سازه یکی از بهترین راه حل های موجود در جهت کاهش نشست های احتمالی و افزایش ظرفیت باربری خاک مورد نظر و همچنین کاهش پتانسیل روانگرایی می باشد. از این رو میتوان با ایجاد اولویت بندی از نظر زمانی، اقتصادی، کاربردی و امکان سنجی در میان روش هایی که نام برده شد مناسب ترین روش را جهت بهسازی خاک محل انتخاب کرد.
تاریخ انتشار: ۱۳۹۸/۱۰/۲۹