بهسازی خاک به روش تراکم ارتعاشی

بهسازی خاک به روش تراکم ارتعاشی

بهسازی خاک به روش تراکم ارتعاشی

بهسازی خاک به روش تراکم ارتعاشی روشی است که در آن از وسایل ارتعاشی عمقی میله ایشکل که دارای طراحی خاص می باشند، برای تراکم درجای ماسه ها و شن های سست استفاده می شود. در ابتدا این فرآیند را با کمک فشار آب انجام می دادند. از این رو به آن شناور سازی ارتعاشی می گفتند. ولی به مرور زمان با پیدایش تجهیزات با توان بالاتر و رواداری بیشتر شدت جریان، انجام تراکم ارتعاشی به صورت خشک امکان پذیر شد. اما با این وجود، بیشتر پروژه های تراکم ارتعاشی با استفاده از فشار آب (روش تر) صورت می گیرد.
 سازوکار تراکم خاک های دانه ای غیرچسبنده به کمک وسایل ارتعاشی را می توان به صورت خلاصه به این شکل بیان کرد که ارتعاشات مکانیکی به همراه اعمال همزمان فشار آب تنش های موثر میان ذرات خاک را خنثی کرده و سپس این ذرات تحت اثر جاذبه و به دور از هر گونه قید تنش دیگر در متراکم ترین حالت ممکن باز چیده می شوند و در نتیجه یک تراکم پایدار را به وجود می آورند. در مجاورت دستگاه ارتعاشی خاک اشباع شده و تحت اثر ارتعاشات به صورت موضعی و موقت روانگرا می گردد.

روش اجرای ستون شنی

روش اجرای ستون شنی شامل سه مرحله حفاری، تراکم و تسلیح و اجرای بالشتک شنی می‌ باشد. در این روش یک ویبراتور که به جرثقیل متصل گردیده است،‌ به طور عمودی وارد خاک زیرین می‌شود. این کار به واسطه وزن و لرزش ویبراتور انجام می شود. نفوذ ویبراتور در خاک را معمولاً با کمک جت ‌های آبی متصل به ویبراتور انجام می دهند. پس از اینکه ویبراتور به انتهای عمق مورد نظر رسید، ویبراتور به سمت بالا حرکت کرده و هم‌زمان خاک اطراف را متراکم و فشرده می‌کند. پس از بیرون کشیدن ویبراتور از حفره ایجاد شده،‌ از شن و ماسه تمیز برای پر کردن آن استفاده می کنند تا کاهش حجم ناشی از فشرده سازی خاک جبران شود.
بهسازی خاک به روش تراکم ارتعاشی
تجهیزات اصلی اجرای ستون های شنی عبارتند از:  یک المان میله‌ای مرتعش با قطر 30 تا 40 سانتیمتر، طول 2 تا 4 متر و وزن 2 تا 3 تن که درون خاک فرو می‌رود. فرکانس ارتعاش افقی (و در برخی موارد قائم) این میله مرتعش که به نام های گوناگونی نظیرProbe ،‌Vibrator، Vibroflot، Pocker  و غیره شناخته شده، حدود 30 تا 50 هرتز و دامنه ارتعاش آزاد آن، بین 7 تا 25 میلیمتر می‌باشد. در این حالت نیروی افقی گریز از مرکز حاصله حدود 10 الی20 تن خواهد بود. سرعت نفوذ میله مرتعش در خاک، حدود 50 تا 100 سانتیمتر در دقیقه می‌باشد. درنتیجه سرعت اجرای ستون های شنی بیش از 10 متر در ساعت خواهد بود.

مزایای روش تراکم ارتعاشی

استفاده از روش تراکم ارتعاشی خاک های مسئله دار و مقاوم سازی و تحکیم خاک ها از مزایای متعددی برخوردار می باشد:
  1. بهسازی شرایط مقاومتی شیب های خاکریز های احداث شده و یا شیب های طبیعی زمین با استفاده از روش ستون شنی
  2. افزایش ظرفیت باربری خاک با استفاده از اجرای ستون های شنی
  3. کاهش میزان نشست یکسان و یا نشست غیر همسان در پی های احداث شده بر روی خاک های مسئله دار از طریق اجرای ستون های ارتعاشی
  4. کاهش احتمال وقوع پدیده روانگرایی پس از اجرای ستون ارتعاشی در ماسه ها
  5. کاهش نرخ میزان نشست نسبت به زمان در خاک ها پس از اجرای ستون ها

کاربرد ستون های ارتعاشی

ستون های ارتعاشی عمدتا در بهسازی خاک، افزایش ظرفیت باربری و تقویت شالوده سازه هایی که بر روی خاک های چسبنده خیلی نرم تا سفت و یا ماسه های سست با درصد ریز دانه بالاتر از 15 درصد ساخته میشوند استفاده می گردند. در حال حاضر کاربرد ستون شنی در بهسازی خاک توسط پیمانکار بهسازی خاک در ایالات متحده آمریکا عمدتا در بهسازی ماسه های سیلتی کاربرد فراوانی دارد، در حالی که در سایر کشورها این روش در خاک های چسبنده بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد.
بهسازی خاک به روش تراکم ارتعاشی

محاسبات فنی تراکم ارتعاشی

طراحی ستون های شنی در روش تراکم ارتعاشی بر اساس معیار اساسی رساندن تراکم خاک به مقدار مورد نظر صورت انجام می شود. در ادبیات فنی روش های تجربی یا تحلیلی چندی در این خصوص یافت می‌شود. هر چند مفاهیم اولیه و مبانی محاسباتی کلیه آنها تقریبا یکسان می باشد، اما با گذشت زمان روش ها و روابط هر یک از آنها را دستخوش تغییر و اصلاح نموده است.
یکی از جدیدترین و کاملترین روش ها، طراحی تراکم ارتعاشی که بر مبنای استفاده از نتایج دانه‌‌بندی و عدد SPT خاک (در ایران بسیار رایج است) توسعه یافته است. روشهای ارائه شده که توسط محققین ژاپنی پیشنهاد شده است به این صورت می باشد که این روش بر مبنای استفاده از عدد SPT به عنوان شاخص تراکمی خاک های دانه‌ای تدوین شده و براساس نتایج تجربی و روابط تحلیلی به کار رفته در پروژه های متعدد تراکم ارتعاشی، اصلاح گردیده و توسعه یافته است.
اصول کلی این روش به این ترتیب می باشد که نشانه خلأ (Void Ratio) در خاک های دانه‌ای بر اساس عدد SPT به دست آمده و بسته به مقادیر متناظر با خاک بهسازی نشده و بهسازی شده، فواصل و احجام اجرای ستون های شنی به روش تراکم ارتعاشی محاسبه می شود.

کاربرد روش اجرای ستون شنی به روش تراکم ارتعاشی در راهسازی

کاربرد های متعدد استفاده از روش ستون شنی در بهسازی خاک محل احداث جاده ها و بزرگراه ها به شرح زیر می باشد:
استفاده از روش ستون شنی ( یا ستون متراکم شده ماسه ای ) راه حل جایگزین عملی در تقویت خاکریز های جاده ای می باشد. در آنجایی که روش های متداول به دلیل دغدغه های پایداری قابل اجرا نیستند. کارایی استفاده از روش ستون شنی میتواند شامل اجرای خاکریز های مرتفع یا متوسط بر روی خاک های نرم و یا خاکریزی، احتمالا تسلیح شده، بر روی شیب ها باشد که پایداری آنها قابل تامین نمی باشد. اجرای روش ستون شنی میتواند به دلایل محیطی مانند  امکان وقوع زمین لغزش نیز باشد.
بهسازی خاک به روش تراکم ارتعاشی
در سراسر کشور احتمال تعریف پروژه های تعریض جاده ای و یا ساخت مجدد راه ها وجود دارد. بخش عمده این پروژه ها میتواند شامل اضافه نمودن یک یا چند لاین به راه موجود باشد که با اضافه کردن خاکریزهایی بر روی زمین با خاک نرم چسبنده همراه می باشد. علاوه بر احتمال نشست های غیر همسان مابین جاده قدیمی و مسیرهای تازه احداث شده دغدغه پایداری خاکریز ها نیز مطرح می باشد. اتکاء خاکریز ها بر ستون شنی نسبت به روش های پیشین راه حلی مناسب و مقرون به صرفه می باشد.
تاریخ انتشار: ۱۳۹۹/۰۲/۰۱