بهسازی خاک به روش پیش بارگذاری
سازه های ساخته شده مثل بزرگراه ها و خاکریز‌ها روی خاک های نرم تحکیم نیافته، توسعه روش‌های بهبود خاک را به همراه داشت. این خاک‌های رسی نرم، ظرفیت باربری پایینی دارند و برای نشست از شرایط خوبی برخوردارند و در برابر بار های وارده نشست بزرگی را از خود نشان می‌دهند. بنابراین قبل از احداث سازه مورد نظر روی این خاک‌ها و برای جلوگیری از نشست بزرگ و غیر یکنواخت و در نتیجه آسیب رسیدن به ساختمان سازه مورد نظر، ترمیم و اصلاح این خاک‌ها اجتناب ناپذیر می باشد.
تکنیک های مختلف اصلاح و بهبود زمین، امروزه در دسترس می باشند که همه این روش‌ها در آخر باید منجر به افزایش مقاومت برشی، کاهش تراکم پذیری و کاهش تراوایی خاک گردند. انتخاب هر یک از روش‌های اصلاح خاک وابسته به شکل زمین شناسی خاک، خصوصیات خاک، هزینه، منابع قرضه و نتایج آزمایش‌های قبلی می باشد. این روش‌ها به دو گروه اصلی تقسیم می‌شوند.
گروه اول روش‌هایی می باشند که نیاز به مواد و لوازم خارجی در آنها می باشد و اساس کار آنها بر اساس ستون‌های سفت و محکمی است که به وسیله اختلاط خاک در محل با مواد شیمیایی و یا به وسیله شمع کوبی ایجاد می گردند. گروه دوم روش‌هایی هستند که به وسیله آبگیری از خاک موجب تقویت خاک می گردند. پیش بارگذاری به عنوان یکی از کلاسیک ترین و رایج ترین روش ها می باشد که در این روش از زهکش های قائم استفاده می شود.
تکنیک های مختلف اصلاح و بهبود زمین، امروزه در دسترس می باشند که همه این روش‌ها در آخر باید منجر به افزایش مقاومت برشی، کاهش تراکم پذیری و کاهش تراوایی خاک گردند. انتخاب هر یک از روش‌های اصلاح خاک وابسته به شکل زمین شناسی خاک، خصوصیات خاک، هزینه، منابع قرضه و نتایج آزمایش‌های قبلی می باشد. این روش‌ها به دو گروه اصلی تقسیم می‌شوند.
گروه اول روش‌هایی می باشند که نیاز به مواد و لوازم خارجی در آنها می باشد و اساس کار آنها بر اساس ستون‌های سفت و محکمی است که به وسیله اختلاط خاک در محل با مواد شیمیایی و یا به وسیله شمع کوبی ایجاد می گردند. گروه دوم روش‌هایی هستند که به وسیله آبگیری از خاک موجب تقویت خاک می گردند. پیش بارگذاری به عنوان یکی از کلاسیک ترین و رایج ترین روش ها می باشد که در این روش از زهکش های قائم استفاده می شود.
انواع روش های پیش بارگذاری
پیش بارگذاری معمولاً به فرایند تراکم خاک زیر فشار عمودی گفته می‌شود که قبل از ساخت و قرار دادن بار سازه نهایی آن را اعمال می کنند. از انواع پیش بار گذاری می توان به موارد زیر اشاره کرد:
1.پیش بارگذاری توسط خلاء یا ایجاد مکش در بهسازی خاک در پایدارسازی گود (پایدارسازی گود به روشنیلینگ ، انکراژ،سازه نگهبان و ...)
در تحکیم به روش خلاء در بهسازی خاک در پایدارسازی گود (پایدارسازی گود به روش نیلینگ، انکراژ، سازه نگهبان و ...) سربار یا بار مورد نیاز برای تحکیم با فشار یک اتمسفر جایگزین می گردد.
فشار منفی یا مکش مورد نیاز توسط پمپ خلاء به وجود می آید، فشار منفی به کار برده شده یک فشار منفذی منفی ایجاد می کند که باعث افزایش تنش مؤثر در خاک می گردد و این افزایش تنش مؤثر باعث افزایش سرعت تحکیم یا سرعت بخشیدن در فرآیند تحکیم در بهسازی خاک در پایدارسازی گود (پایدارسازی گود به روش نیلینگ، انکراژ، سازه نگهبان و ...) می گردد.
فشار منفی یا مکش مورد نیاز توسط پمپ خلاء به وجود می آید، فشار منفی به کار برده شده یک فشار منفذی منفی ایجاد می کند که باعث افزایش تنش مؤثر در خاک می گردد و این افزایش تنش مؤثر باعث افزایش سرعت تحکیم یا سرعت بخشیدن در فرآیند تحکیم در بهسازی خاک در پایدارسازی گود (پایدارسازی گود به روش نیلینگ، انکراژ، سازه نگهبان و ...) می گردد.
2.پیش بارگذاری به وسیله ی خاکریز در بهسازی خاک در پایدارسازی گود (پایدارسازی گود به روش نیلینگ، انکراژ، سازه نگهبان و ...)
ساده ترین روش برای پیش بارگذاری در بهسازی خاک در پایدار سازی گود می باشد، وقتی بار روی خاک نرم وارد می گردد ابتدا به آب منفذی وارد می شود، وقتی تراوایی خاک خیلی پایین باشد فشار آب منفذی به تدریج کاهش می یابد.
برای جلوگیری از ایجاد مشکلات پایدار(مثل ایجاد لغزش صفحه ای) در بهسازی خاک در پایدارسازی گود بار را باید در چند مرحله در محل قرار دهیم. این بار را در هنگامی که نشست به مقدار نهایی خود برسد می توانیم برداریم.
برای جلوگیری از ایجاد مشکلات پایدار(مثل ایجاد لغزش صفحه ای) در بهسازی خاک در پایدارسازی گود بار را باید در چند مرحله در محل قرار دهیم. این بار را در هنگامی که نشست به مقدار نهایی خود برسد می توانیم برداریم.
فاکتورهای موثر در طراحی پیش بار گذاری به وسیله‌ی خاکریز
متغیر های اصلی که در طراحی منطقه مورد نظر، دخیل هستند به شرح زیر می باشد.
• ارتفاع سربار
• فاصله زهکش‌های قائم
• مدت بارگذاری
• درجه تحکیم
• ضریب تحکیم به خاطر جریان افقی
• ارتفاع سربار
• فاصله زهکش‌های قائم
• مدت بارگذاری
• درجه تحکیم
• ضریب تحکیم به خاطر جریان افقی
پیش بینی مقدار و نرخ زمانی نشست به همراه زهکش‌های قائم نقش بسیار مهمی در طراحی پروژه های بهبود خاک توسط بارگذاری توسط خاکریز همراه زهکش‌های قائم دارد. درجه صحت پیش بینی مقدار نشست و نرخ زمانی آن به انتخاب پارامترهای خاک و قضاوت های مهندسی وابسته می باشد. مقدار نشست پیش بینی شده بیشتر از میزان نشست اندازه گیری شده در عمل یا نشست واقعی می باشد. این به خاطر ناحیه آلوده شده (به دلیل به هم خوردگی خاک در موقع نصب زهکش)، تغییرات خاک در طبیعت و فاکتور های دیگر می باشد.
مزایا و معایب روش پیش بارگذاری
از مزیت های این روش، علاوه برکاهش نشست می توانیم به انجام بهسازی و عدم ایجاد سر و صدا اشاره کنیم که استفاده از آن را در مناطق شهری و یا در مواردی که محدودیت های همسایگی مطرح می باشد، ممکن می سازد. از معایب پیش بارگذاری می توان به طولانی شدن زمان وقوع نشست غیر اقتصادی شدن برداشت و حمل مصالح پیش بار به مکان دیگر اشاره کرد.
برای سرعت بخشیدن به عمل پیش تراکمی از زهکش های ماسه ای بهره می برند. در استفاده از تکنیک پیش بارگذاری به همراه استفاده از زهکش های قائم باید به این نکته توجه کرد که میزان پیش بار باید بر اساس مقدار بارهای وارده از روی سازه به خاک محل انتخاب گردد. همنچنین باید متذکر شد که در مورد خاک های پیش تحکیم ممکن است از اقدامات پیش بارگذاری به همراه زهکش های قائم عاید نگردد.
برای سرعت بخشیدن به عمل پیش تراکمی از زهکش های ماسه ای بهره می برند. در استفاده از تکنیک پیش بارگذاری به همراه استفاده از زهکش های قائم باید به این نکته توجه کرد که میزان پیش بار باید بر اساس مقدار بارهای وارده از روی سازه به خاک محل انتخاب گردد. همنچنین باید متذکر شد که در مورد خاک های پیش تحکیم ممکن است از اقدامات پیش بارگذاری به همراه زهکش های قائم عاید نگردد.
خصوصیات زهکش‌های پیش ساخته قائم
-
ظرفیت دبی مناسب
وظیفه و هدف استفاده از زهکش‌های پیش ساخته خارج کردن فشار آب اضافی از خاک و انتقال آن به محلی دیگر می باشد. پس ظرفیت بالای زهکش قائم در بهتر شدن عملکرد آن اثر گذار است. وقتی که آب وارد زهکش می‌شود، به دلایل مختلفی ممکن است باعث کاهش جریان شود. ظرفیت دبی به پارامتر های زیر بستگی دارد.
-
تنش تحکیمی
با افزایش مقدار تنش وارده به خاک (تنش تحکیمی) فیلتر به داخل شیارها یا شبکه زهکشی وارد شده و باعث کاهش سطح مقطع جریان ورودی به زهکش می گردد و این کاهش سطح به نوبه خود باعث کاهش ظرفیت زهکشی می شود.
-
تغییر شکل زهکش
تحکیم خاک اطراف زهکش ممکن است باعث تغییر شکل زهکش (خمیدگی و شکست) داخل خاک گردد و ظرفیت زهکشی را پایین آورد.
-
فشار جانبی خاک
به علت فشار جانبی خاک ممکن است فیلتر به داخل زهکش فرو رفته و در اثر کاهش سطح در دسترس جریان، موجب کاهش ظرفیت یا دبی زهکشی شود.
-
زمان
با گذشت زمان به علت فعالیت‌های شیمیایی و بیولوژیکی ای که در خاک صورت می گیرد(بعد از نصب زهکش‌ها) ظرفیت دبی زهکش‌ها کاهش می‌یابد.
-
گرفتگی زهکش
در فرایند فیلتراسیون، اگر منافذ فیلتر بیش از اندازه بزرگ باشند، ممکن است همراه جریان ذرات ریز خاک نیز منتقل شوند. این ذرات اگر در هسته نشست کنند باعث گرفتگی زهکش و کاهش دبی زهکشی می گردند.
-
گرادیان هیدرولیکی
دبی یا ظرفیت زهکشی با گرادیان های هیدرولیکی مختلف تغییر می‌کند. وقتی گرادیان هیدرولیکی زیاد باشد به علت کاهش انرژی در جریان متلاطم ایجاد شده ظرفیت زهکشی کاهش می یابد.
-
دما
با افزایش درجه حرارت جریان آب سریع تر شده و باعث افزایش دبی می شود.
نصب زهکش
-
نصب با فشار
ماشین‌های زیادی با هول دادن مندرال به داخل خاک زهکش را در خاک نصب می‌کنند. این ماشین‌ها با استفاده از یک کابل فولادی مندرال را داخل خاک فشار می‌دهند که توسط جرثقیل یا یک چکش حرکت می‌کند.
-
نصب به وسیله لرزش
ویبراتور های مختلف می‌تواند در مرکز مندرال یا در جای دیگر آن نصب گردند. مندرال‌های هیدرولیکی و الکتریکی به طور گسترده در این روش نصب استفاده می گردند. یکی از معایبی که مندرال‌های الکتریکی دارد، روشن و خاموش شدن‌های مکرر مندرال می باشد. یکی از مزیت‌های استفاده از ویبراتور قابلیت نفوذ آن در لایه‌های سخت می باشد.
تست‌های آزمایشگاهی
به طور کلی خصوصیات سیستم فیلتر زهکش و عملکرد ممبران ها (زهکش‌های از پیش ساخته شده) باید به طور جداگانه در آزمایش های مختلف بررسی شود.
تاریخ انتشار: ۱۳۹۹/۰۱/۰۹