بهسازی خاک به روش اختلاط عمیق(جت گروتینگ)
بهسازی خاک به روش اختلاط عمیق(جت گروتینگ)
بهسازی خاک به روش اختلاط عمیق یکی از روش‌های بهسازی خاک می باشد که از طریق مخلوط کردن مکانیزه خاک با مخلوط های سیمانی و … در خاک های ضعیف موجب تقویت خواص مکانیکی، کاهش نفوذپذیری و تراکم پذیری می گردد.
اختلاط خاک به دو روش ستونی و توده‌ای صورت می گیرد و در هر دو می‌تواند به صورت خشک یا مرطوب انجام گردد. در روش مرطوب، خاک با دوغاب ماده مخلوط شونده در هم آمیخته می‌شود. این روش در خاک های ریز دانه مانند رس نرم، سیلت و ماسه با رطوبت محتوا کم (تا 60%) و در زمین های لایه‌ای تشکیل شده از لایه‌های ضعیف و مقاوم به کار گرفته می شود.
در روش خشک خاک با پودر ماده مخلوط شونده در هم آمیخته می گردد. این روش در خاک هایی با رطوبت بالا جهت ایجاد واکنش بین خاک و اختلاط شونده استفاده می شود. در این روش با اختلاط پودر خشک با خاک از میزان رطوبت کم می شود که مطلوب می باشد. روش خشک روشی کم صدا وکم لرزش می باشد. از دیگر مزیت های این روش میتوان به امکان اصلاح خاک های نباتی و لجن تا اعماق زیاد و اقتصادی تر بودن آن اشاره کرد.
اختلاط خاک به دو روش ستونی و توده‌ای صورت می گیرد و در هر دو می‌تواند به صورت خشک یا مرطوب انجام گردد. در روش مرطوب، خاک با دوغاب ماده مخلوط شونده در هم آمیخته می‌شود. این روش در خاک های ریز دانه مانند رس نرم، سیلت و ماسه با رطوبت محتوا کم (تا 60%) و در زمین های لایه‌ای تشکیل شده از لایه‌های ضعیف و مقاوم به کار گرفته می شود.
در روش خشک خاک با پودر ماده مخلوط شونده در هم آمیخته می گردد. این روش در خاک هایی با رطوبت بالا جهت ایجاد واکنش بین خاک و اختلاط شونده استفاده می شود. در این روش با اختلاط پودر خشک با خاک از میزان رطوبت کم می شود که مطلوب می باشد. روش خشک روشی کم صدا وکم لرزش می باشد. از دیگر مزیت های این روش میتوان به امکان اصلاح خاک های نباتی و لجن تا اعماق زیاد و اقتصادی تر بودن آن اشاره کرد.
روش اجرای جت گروتینگ
به طور کلی روش اجرای اختلاط عمیق شامل مراحل زیر می باشد:
• حفاری تا عمق مورد نظر با قطر مناسب (حدود ۷۶ تا ۱۱۰ میلیمتر) به روش دورانی و همراه با فشار آب(۲۰ بار) انجام می گردد.
• دوغاب مورد نظر در میکسر های اولیه و ثانویه تهیه شده و آماده تزریق می شود.
در روش جت گروتینگ یا تزریق پر فشار دوغاب سیمان به صورت دورانی در مراحل مشخص(توقف – تزریق دورانی پرفشار- بیرون کشیدن) صورت می گیرد. به عنوان مثال ۸ دور در ۴ ثانیه تزریق (با فشار ۳۵۰ تا ۷۰۰ بار) و سپس ۴ سانتی متر بیرون کشی و تکرار. لازم به ذکر است اعداد مذکور نظر به وجود شرایط ژئوتکنیکی مختلف در پروژه های گوناگون برای دست یابی به قطر های مختلف طراحی می شوند. پس از اجرای آزمایشی ستون ها در سایت با اعداد به دست آمده شده قطر ستون های اجرا شده اندازه گرفته می شود تا مشخصات فنی و اجرائی پروژه حاصل گردد.
• حفاری تا عمق مورد نظر با قطر مناسب (حدود ۷۶ تا ۱۱۰ میلیمتر) به روش دورانی و همراه با فشار آب(۲۰ بار) انجام می گردد.
• دوغاب مورد نظر در میکسر های اولیه و ثانویه تهیه شده و آماده تزریق می شود.
در روش جت گروتینگ یا تزریق پر فشار دوغاب سیمان به صورت دورانی در مراحل مشخص(توقف – تزریق دورانی پرفشار- بیرون کشیدن) صورت می گیرد. به عنوان مثال ۸ دور در ۴ ثانیه تزریق (با فشار ۳۵۰ تا ۷۰۰ بار) و سپس ۴ سانتی متر بیرون کشی و تکرار. لازم به ذکر است اعداد مذکور نظر به وجود شرایط ژئوتکنیکی مختلف در پروژه های گوناگون برای دست یابی به قطر های مختلف طراحی می شوند. پس از اجرای آزمایشی ستون ها در سایت با اعداد به دست آمده شده قطر ستون های اجرا شده اندازه گرفته می شود تا مشخصات فنی و اجرائی پروژه حاصل گردد.
در زمان تزریق، فشار زیاد جت تزریق قادر است به داخل خاک دیواره گمانه نفوذ کرده و موجب تغییر ساختار خاک می شود. از ترکیب دوغاب سیمان و خاک، ترکیبی خاک–سیمانی پدید می آید که پس از سخت شدن، ستونی مقاوم با مشخصات باربری و ناتراوایی مناسب برای پروژه مورد نظر ایجاد می شود. شعاعی از خاک که تحت تاثیر تزریق جت قرار گرفته، شعاع تاثیر نامیده می گردد و به عواملی نظیر فشار تزریق، زمان تزریق، مقاومت برشی برجای خاک، اندازه نازل ها و وزن مخصوص دوغاب تزریق بستگی دارد.
به طور معمول، سه شیوه جهت اجرای تزریق پرفشار وجود دارد که بر اساس تعداد سیال های مورد استفاده تقسیم بندی می گردند. این سه روش عبارتند از سیستم تک سیال، دو سیال و سه سیال. انتخاب بهترین روش عموماً به نوع خاک، خواص فیزیکی و نوع کاربرد مورد انتظار از توده خاک سیمان بستگی دارد.
به طور معمول، سه شیوه جهت اجرای تزریق پرفشار وجود دارد که بر اساس تعداد سیال های مورد استفاده تقسیم بندی می گردند. این سه روش عبارتند از سیستم تک سیال، دو سیال و سه سیال. انتخاب بهترین روش عموماً به نوع خاک، خواص فیزیکی و نوع کاربرد مورد انتظار از توده خاک سیمان بستگی دارد.
موارد کاربرد روش اختلاط عمیق خاک
روش اختلاط عمیق خاک کاربرد گسترده ای در بهسازی بستر دارد که برخی از آنها عبارتند از:
- تقویت پی انواع سازه
- کاهش پتانسیل روانگرایی
- تقویت فونداسیون اجرا شده
- تقویت پی در راهسازی
- پایدار سازی تونل
- فونداسیون مخازن نفتی
- دیوار آب بند
- اجرای دیواره های قائم
- حفاظت شیب خاکبرداری
- توسعه بنادر
مزایای استفاده از روش اختلاط عمیق خاک (DSM)
- کاهش نفوذ پذیری خاک
- افزایش مقاومت خاک
- کاهش نشست خاک بر اثر سربار
- جلوگیری از روانگرایی
- اصلاح درجای زمین
- زمین بخشی از سیستم خاک_سازه می شود.
- مقدور بودن کنترل و تایید کیفی کار
- کمتر بودن هزینه تجهیز کارگاه نسبت به موارد مشابه نظیر تراکم دینامیکی یا اجرای شمع
- سرعت اجرای بسیار بالا
- هزینه اجرای بسیار کمتر در مقایسه با موارد مشابه
- تولید صدا و ارتعاش کمتر در محیط شهری نسبت به روش‌های مشابه
- ایده آل بودن از لحاظ زیست محیطی
الگوهای مختلف چینش ستون های اختلاط عمیق خاک (DSM)
طراحی سازه ای اختلاط عمیق خاک (DSM)
از لحاظ پارامترهای مهندسی به دست آمده برای خاک بهسازی شده، به این صورت بیان می شود که با انجام اختلاط تر (Wet Mixing) می توان مقاومت فشاری تک محوری تا ۵ مگاپاسکال برای خاک های دانه ای و ۳ مگاپاسکال برای خاک های چسبنده را به دست آورد.
طراحی ژئوتکنیکی اختلاط عمیق خاک (DSM)
طراحی ژئوتکنیکی اختلاط عمیق خاک (DSM) شامل دو معیار عمده ظرفیت باربری و کنترل نشست می باشد. بسته به نسبت اصلاح سطح (α) و مقاومت ژئوتکنیکی ستون منفرد و همچنین ظرفیت باربری خاک بهسازی نشده می توان ظرفیت باربری سیستم ترکیبی خاک و ستون های اختلاط عمیق خاک (DSM) را محاسبه نمود.
کنترل کیفیت اختلاط عمیق خاک(DSM)
به طور کلی آزمایش های مورد نیاز برای کنترل کیفی محصول اختلاط عمیق عبارتند از:
• کنترل کیفیت آب مصرفی (مطابق استانداردهای ملی)
• کنترل کیفیت سیمان مصرفی (مطابق استانداردهای ملی)
• کنترل کیفیت افزودنی های مصرفی (مطابق استانداردهای ملی)
• کنترل کیفیت دوغاب مصرفی
• کنترل پساب خروجی
• آزمایش های کنترل مشخصات هندسی (قطر، امتداد، طول و …)
این آزمایش ها عموماً به صورت اندازه گیری مشاهده ای انجام می شود که شامل موارد ذیل می شود:
• انحراف در پلان
• انحراف در عمق
• انحراف قطر در عمق
• کنترل کیفیت آب مصرفی (مطابق استانداردهای ملی)
• کنترل کیفیت سیمان مصرفی (مطابق استانداردهای ملی)
• کنترل کیفیت افزودنی های مصرفی (مطابق استانداردهای ملی)
• کنترل کیفیت دوغاب مصرفی
• کنترل پساب خروجی
• آزمایش های کنترل مشخصات هندسی (قطر، امتداد، طول و …)
این آزمایش ها عموماً به صورت اندازه گیری مشاهده ای انجام می شود که شامل موارد ذیل می شود:
• انحراف در پلان
• انحراف در عمق
• انحراف قطر در عمق
کلام آخر
با توجه به اینکه کشور ایران دارای زمین های ساحلی بسیاری در شمال و جنوب می باشد و این زمین ها مستعد استفاده از این روش جهت بهسازی هستند، اهمیت لزوم استفاده از این روش پر رنگ تر می گردد. به ویژه اینکه در کشور ما به علت لرزه خیزی زیاد امکان و قوع پدیده روانگرایی در این مناطق وجود دارد، استفاده از این روش باعث کاهش پتانسیل روانگرایی و بروز مشکلات آن نیز می گردد.
امروز با همت متخصصین ژئوتکنیک و مکانیک خاک ایرانی و با تکیه بر دانش و تجربه چندین دهه خود تمام موانع را پشت سر گذاشته اند و سرآغازی بر اجرای این روش نوین در کشور گشوده اند و با اجرای موفق چند پروژه در ایران، نوید توسعه سریع روش اختلاط عمیق (Deep Soil Mixing) در کشورمان به ارمغان آورده شده است.
امروز با همت متخصصین ژئوتکنیک و مکانیک خاک ایرانی و با تکیه بر دانش و تجربه چندین دهه خود تمام موانع را پشت سر گذاشته اند و سرآغازی بر اجرای این روش نوین در کشور گشوده اند و با اجرای موفق چند پروژه در ایران، نوید توسعه سریع روش اختلاط عمیق (Deep Soil Mixing) در کشورمان به ارمغان آورده شده است.
تاریخ انتشار: ۱۳۹۹/۰۲/۱۷