نوشته بلاگ

بهسازی خاک به روش اختلاط خاک در عمق بخش پنجم

در این بخش به توضیح روش بهسازی عمیق خاک می پردازیم .

2-4-7 –  اختلاط خاک در عمق (Deep Soil Mixing   ) :

• اختلاط عمیق روشی است که از دهه 1960 و اوایل 1970 در کشورهای اسکاندیناوی مانند سوئد و فنلاند و کشورهای آسیایی نظیر ژاپن به منظور ایجاد دیوار آب بند و پایدار سازی گود برداریها مورد استفاده قرارگرفته است و روش پیشرفته آن توسط شرکت Geo-Con.Inc در اواخر دهه 1980 در آمریکا مورد استفاده قرار گرفته است . روش اختلاط عمیق هم اکنون نیز برای حفاظت محیط زیست و به منظور کنترل زمینهای آلوده در کشورهای پیشرفته نظیر آمریکا و بریتانیا مورد استفاده می باشد .اختلاط عمیق در سال 1977 برای اولین بار به چینی ها معرفی شد و از سال 1980 به طور عملی مورد استفاده قرار گرفت ، استفاده از این روش به منظور نگهداری دیواره حفریات صندوقی در چین از اواخر سال 1980 شروع و در سال 1981 برای اولین بار اجرا شد . در ایران نیز روش اختلاط عمیق برای اولین بار در سال 2005 توسط شرکت مکانیک خاک ( S.E.S ) با همکاری یک شرکت چینی به نام CAMCE به منظور  پایدار سازی گودبرداری مجتمع تجاری مسکونی زیتون 2 ( گامبرون ) در شهر بندر عباس مورد استفاده قرار گرفت .

شرح روش و مبانی آن

• این روش عبارتست از مخلوط کردن مکانیکی خاک توسط اوگرهای مخلوط کننده و تزریق ماده تثبیت کننده به وسیله مته دوار و متعلقات میله مخلوط کن . روش مخلوط کردن درجا سبب بالا رفتن مقاومت برشی خاک و کاهش پتانسیل تغییر حجم آن می شود . با نفوذ مته به درون زمین ، ماده تثبیت کننده به درون شافت مته ها تزریق شده و از نوک آن خارج می شود . مخلوط کردن ماده با خاک به وسیله تیغه های تخت مخلوط کنی انجام می شود که به شافت مته متصل اند . همزمان با پس کشیدن مته مجددا عملیات مخلوط کنی ادامه می یابد . نتیجه این روند حصول به مقاومت برشی بالا و نفوذ پذیری پایین حفره ها و پانلها است . در این روش می توان آرایش های مختلفی از حفره ها و پانلها را به کار برد . نکته قابل توجه آن است که زمین بهسازی شده با این روش خود به صورت سازه ای زیر زمینی عمل می کند که صلبیت بیشتری از خاک اطراف دارد .

اهداف

• پایدارسازی خاک و مسلح سازی خاکهای نرم

• کاهش احتمال وقوع روانگرایی

• عدم ایجاد مشکلات زیست محیطی

• نصب درجای موانع آب بند

مصالح مورد استفاده در اختلاط

• سیمان

• آهک

• خاکستر آتشفشانی

ترکیب خاک در عمق به دو صورت می باشد

1. ترکیب سطحی خاک (SSM )

2. ترکیب عمیق خاک ( DSM )

 ترکیب سطحی خاک (SSM ) :

برای ترکیب سطحی خاک از مته های تکی بزرگ و ابزارهایی برای مخلوط کردن خاک استفاده می شود . یک ستون تکی از مخلوط خاک ایجاد می شود . در شکل زیر یک عکس از چنین ابزارهایی نشان داده شده است .

در مخلوط کردن خاک سطحی از مته های با قطر 1 تا 4 متر استفاده می شود ، در استفاده از این روش مخلوط کردن خاک تا عمق 10 متر قابل دسترس می باشد .

ترکیب عمیق خاک

دراین روش از چندین مته سوراخ کننده برای ترکیب خاک استفاده می شود . برای بهسازی خاک با استفاده از این روش از مته های چند گانه متعدد ( 2 تا8 عدد ) و با قطر ( 0.8 تا 1 متر ) و تا عمق 35 متر استفاده از این روش قابل حصول می باشد .

مشخصه مهم این روش این می باشد که تعداد زیادی از مته ها به صورتی قرار داده شده اند که همدیگر را همپوشانی می کنند .

نحوه آرایش حفره ها و پانلها در این روش به صورت زیر می باشد

ماده تثبیت کننده در این روش معمولا سیمان می باشد . نسبت آب به سیمان پارامتر مهمی در مقاومت ، دوام و زمان اجرا می باشد . برای افزایش کارایی و نیز در جاهایی که لازم است نفوذ پذیری پایین خاک کاملا کنترل شود ، از بنتونیت استفاده می شود . در خاکهای آلی و نمکدار می توان از سیلیکاتها ، سرباره ها و گچ جهت افزایش مقاومت استفاده کرد .

مته های استفاد شده در این روش با توجه به نوع خاک محل انتخاب شده و با توجه به اختلاط نوع خاک و روانی دوغاب و مقدار مناسب تزریق دوغاب تعیین می شود .

مراحل اجرا

• قرار دادن میله های اختلاط در بالای محل مورد نظر

• نفوذ بخش مخلوط کننده

• بهسازی لایه تحتانی خاک

• بیرون کشیدن بخش مخلوط کننده

• انتقال به نقطه ای دیگر از پلان

مقاومت خاکهای اصلاح شده با این روش را می توان به طرق مختلف تعیین نمود ، به طوری که مقاومت فشاری تک محوری یکی از رایج ترین این آزمایشها می باشد .

مقاومت مخلوط خاک

• مقاومت تک محوری بین 7 تا 35 کیلو گرم بر سانتیمتر مربع به دست می آید .

• مقدار این مقاومت به نوع خاک و میزان مواد افزودنی بستگی دارد .

• خاک مخلوط شده شکننده بوده و حداکثر مقاومت آن در تغییر شکلهایی حدود 1 درصد به دست می آید .

وقتی که موضوع مورد بهسازی مخلوط کردن خاکهای لجنی باشد ، می توان برای این کار از پودرخشک بدون آب جهت مخلوط نمودن استفاده نمود که این کار باعث به حداقل رساندن تورم می شود .

مزایای استفاده از خاک مخلوط بیش از فناوری های جایگزین عبارتند از هزینه پایین تر و حذف کردن سایت از مواد آلوده می باشد .

از دیگر کاربرد های این روش بهسازی زمین های آلوده می باشد .

موارد کاربرد

• شالوده فونداسیونها

• سیستمهای نگه دارنده

• بهسازی

• کاهش روانگرایی

• دیواره های هیدرولیکی آب بند

• حل مشکلات زیست محیطی

از این روش برای بهبود رسوبات نرم بستر دریا استفاده می شود . لوله ای که تیغه همزن در نوک آن قرار دارد به درون رسوبات فرستاده می شود و عملیات اختلاط رسوبات نرم و دوغاب در عمق انجام می گیرد.

مزایا و محدودیت های روش فوق

مزایای این روش عبارتند از:

• مقاومت بالا و مسلح کردن زمین می باشد

• صرفه جویی در وقت و بازیابی سریع خدمات

• توانایی تحکیم زمینهای آلوده

• قابلیت استفاده در محیط های شهری به دلیل تاثیر کم بر روی ابنیه مجاور

• صرفه جویی در هزینه ، قابلیت اجرا در انواع زمین ها

از محدودیت های این روش می توان نیاز به ابزارهای خاص را معرفی کرد .

بهسازی زمین های آلوده با استفاده از تزریق هوای گرم

بهسازی خاکهای آلوده با استفاده از این روش با تزریق هوای داغ با درجه حرارت 100 درجه سانتیگراد در طی چند مرحله باعث از بین رفتن آلودگیها به طور قابل ملاحظه ای می شود .

2-4-8 – تسلیح خاک

شرح روش و مبانی آن

• عمليات Nailing يا ميخکوبی خاک، يکی از روش­های ابداعی جهت پايدارسازی ترانشه­ها و تأمين تکيه­گاه افقی ديواره­های خاکبرداری شده جهت جلوگيری از لغزش و تخريب خاک می­باشد.اين روش ابتدا در آمريکا بين سال­ها 1981 ـ 1967 مورد تحقيق، ارزيابی و تجربه قرارگرفت که در واقع نوعی سيستم خاک مسلح بود. به موازات اين اتفاق در فرانسه و از سال 1970 تحقيقات گسترده­ای برروی اين تکنيک آغاز شد و پروژه­های مدل زيادی در اين بين مورد آزمايش قرارگرفت تا سرانجام برای اولين بار در سال 1986 ميلادی اين روش به شکلی تقريباً شبيه تکنيک فعلی توسط Plumelle (فرانسوی) به جامعه جهانی معرفی گرديد.

• ميخ كوبي ديواره‌ها به معناي تسليح برجاي خاك موجود با نصب ميلگردهاي فولادي نزديك به هم (Nails)در يك سطح شيبدار يا در محل گودبرداري و با اجراي از بالا به پايين مي‌باشد. ميلگردها معمولاً داخل گمانه‌هايي كه در ديواره خاكي ايجاد شده و توسط دوغاب سيمان با هدف جلوگيري از خوردگي ميلگردها و 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 بصورت Passive عمل كرده و اثر خود را از طريق اندركنش خاك- ميلگرد حاصل از ايجاد تغيير شكل در خاك، اعمال مي‌كند Nail ها غالباً در كشش عمل مي‌كنند ولي در شرايط خاصي، عملكرد خمشي و برشي آنها نيز در نظر گرفته مي‌شود. همچنین آئین نامه تونل اتریش این روش را جهت تسلیح خاکها ، به عنوان یک نگهدارنده انعطاف پذیر در حفاریهای زیر زمینی پیشنهاد داده است .

فلسفه اصلی اين روش

• فلسفه اصلی روش ميخکوبی برمبنای پايدارسازی گوه لغزش به وسيله Nail ها استوار است. به طوريکه سطح شکست و فروپاشی در خاک­های با دانه­بندی مختلط به صورت گوه خواهد بود. لذا بوسيله Nail ها اين گوه به حجم پشتی خاک دوخته می­شود و بر اين اساس اين گوه پایدارخواهدگرديد.

• یکی از عمده ترین مسائل در طراحی میخها در سیستم خاک میخکوبی شده تعیین نیروی بوجود آمده در میخها می باشد . روشهای مختلفی جهت تعیین این نیرو وجود دارد . به طور کلی این روشها را می توان به 5 دسته کلی زیر طبقه بندی نمود .

روشهای مختلف جهت تعیین نیروی بوجود آمده در میخ ها

1. استفاده از نمودارهای تجربی فشار جانبی خاک

2. روش نیرو _ جابجایی (p-y )

3. تحلیل المانهای محدود

4. روش معادلات حدی

5. روش Luo و همکاران

روشهای معادلات حدی خود به 4 روش تقسیم بندی می شود :

• روش Davis

• روش آلمانی

• روش فرانسوی

• روش آنالیز سینماتیک حدی

روش اجراي ميخكوبي                                                                  :(Nailing)
مشتمل بر 5 مرحله اصلي  می باشد که عبارتند از :

1. گودبرداري مقطعي

2. حفاري گمانه‌ها

3. نصب ميلگرد تسليح

4. تزريق دوغاب سيمان

5. بتن پاشي و نصب صفحه سر نيل و مهره

 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 .

خاكبرداري
خاكبرداري مي‌بايست به صورت مرحله به مرحله انجام شده و پس از انجام هر مرحله از خاكبرداري مي‌بايست عمليات اجراي Nailing در آن مرحله صورت گيرد و پس از اتمام عمليات، خاكبرداري مرحله بعد انجام مي‌پذيرد. در هر مرحله خاكبرداري، ديواره ايجاد شده بايستي پايداري لازم در حين اجراي Nailing را داشته باشد، بنابراين باتوجه به شرايط ژئوتكنيكي خاك ساختگاه ارتفاع مجاز خاكبرداري در هر مرحله تعيين مي‌گردد.

حفاري
حفاري محل ميخها مي‌بايست در فواصل مشخص مطابق نقشه‌هاي اجرايي به وسيله دستگاه حفاري ضربه‌اي D.T.H و يا مشابه آن صورت گيرد. حفاري گمانه‌هاي مورد نظر مي‌تواند در جبهه ‌هاي مختلف كاري صورت پذيرد.

تزريق دوغاب سيمان

بعد از نصب آرماتور، تزريق دوغاب از داخل سوراخهاي حفر شده جهت ايجاد پيوستگي آرماتور با خاك اطراف انجام مي‌شود. 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.

شاتكريت ديواره، نصب صفحه، مهره و تنش‌دهي

پس از اتمام عمليات تزريق، سطح ديواره جهت جلوگيري از فرسايش و همچنين حفظ يكپارچگي بيشتر در عملكرد ميخها، توسط يك لاية بتن‌پاشي شده (Shotcrete) پوشانده مي‌شود. ضخامت اين شاتكريت كم بوده و غالباً به 10 تا 15 سانتيمتر محدود مي‌شود. همچنين پس از بتن‌پاشي 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. البته تعبيه صفحه سر نيل و تنش‌دهي در همه شرايط مورد نياز نبوده و بسته به كاربري مورد انتظار از Nailing مورد استفاده قرار خواهد گرفت.

موارد کاربرد

• مهار گودبرداری ها

• پایدار سازی شیروانی های مصنوعی و طبیعی

• پایداری ترانشه ها در احداث بزرگراه ها و راه آهن ها

• تقویت و تعمیر سازه های نگهبان موجود که دچار زوال شده اند

• پایداری جداره تونلها وسازه های زیر زمینی

• پایدار سازی کوله های مجاور پل ها در زمین های سست و ریزشی

• جلوگیری از لغزش زمین

تحقیقات انجام شده در مورد تغییر مکان نسبی جانبی لازم جهت بسیج شدن نیروهای کششی در داخل مصالح تسلیح در هر دو سیستم خاک مسلح و میخ کوبی خاک ، در حد میلیمتر می باشند . که حداکثر این تغییر مکانها در حدود 0.3 % ارتفاع دیوار می باشند .

خاکهای مناسب برای میخ کوبی

• خاک رسوبی و سنگ هوازده بدون درز در امتداد نامناسب

• خاک های چسبنده سخت نظیر سیلت ماسه ای و رس با پلاستیسیته پایین

• ماسه های ریز تا متوسط با موئینگی حداقل

• خاک هایی که بدون مهار با ارتفاع 1 تا 2 متر به مدت کافی پایدار بماند

خاک های نا مناسب برای میخ کوبی

• خاک با قلوه و تخته سنگ

• ریز دانه نرم و خیلی نرم

• خاک با درصد رطوبت بالا و اشباع

• خاک دستی و آلی

• خاک های خورنده

مراحل اجرای سیستم نیلینگ (nailing)

مطابق با شکل مراحل اجرای نیلینگ بصورت شماتیک نشان داده شده است .

1 – گودبرداری در مرحله اول ترانشه و یا گود و ایجاد پله بعدی عملیات با عمق 1-2 متر بسته به توانایی خاک در پایدار ماندن بدون مهار برای 24 تا 48 ساعت .

2 – حفاری چال جهت نصب مهار کششی ، سوراخ با قطر 250-100 میلیمتر با طول 18-6 متر با زاویه 20-15 زیر افق حفر می شود . این زاویه به جای گیری ملات تحت وزن خود در سوراخ کمک می کند ، فاصله میخ ها در هر دو امتداد عمودی و افقی 2-1 متر می باشد .

3 – قراردادن آرماتور به قطر 20 الی 40 میلیمتر و با حد تسلیم 420 الی 500 نیوتن بر میلیمتر مربع درون یک چال حفاری شده با قطر 76 الی 150 میلیمتر که پس از قرار گیری دور آن درون چال تزریق می گردد .

4 – اجرای سیستم زهکشی و اجرای شاتکریت جداره و نصب صفحات فولادی

5 – گودبرداری مرحله بعدی ترانشه و یا گود و ایجاد پله های بعدی علمیات

6 – اجرای پوشش شاتکریت نهایی پس از اتمام آخرین مرحله حفاری

مزایای روش

• روش اجرا از بالا به پایین بوده و امکان اجرا همزمان با خاکبرداری

• صرفه اقتصادی

• سهولت اجرا و زمان بری کم و نیاز به نیروی اجرائی اندک

• افزایش ایمنی به دلیل تعداد زیاد میخ ها

• حذف مهاربندی و قیدهای فلزی و استفاده حداکثر از تمام ابعاد کارگاه

• کاهش اثرات اجرا بر محیط اطراف و اشغال حریم راه ها و مسدود نمودن ترافیک

• تجهیزات سبک ، قابل حمل با کارایی بالا در فضاهای اندک ، ارتفاع های کم

• عدم نیاز به خاکریزی( بر خلاف خاک مسلح و و دیوارهای حائل) و استفاده از خاک برجا

• عدم نیاز به شیروانی های موقت در پشت محل اجرا

• شکل پذیری سیستم و انعطاف پذیری در مقابل نشست های کلی و موضعی

• مقاومت در برابر زلزله

• توانایی مطابقت با هر نوع الگو و شکل های پیچیده خاکبرداری نظیر قوس ها و پله ها

• قابلیت استفاده در مناطق شهری

• توانایی اصلاح طرح حین اجرا به دلیل آزمایش میخ در محل

• امکان تغییر محل اجرای میخ ها در صورت برخورد با مانع

• تغییر شکل های نسبتا اندک

معایب روش فوق

• حساسیت نسبت به حضور آب سطحی و زیر زمینی و نشست

• جابجایی افقی بیشتر نسبت به حائلها ، برای تاسیسات مجاوری که حساس به جا به جایی هستند مناسب نیست .

• امکان برخورد با تا سیسات زیر زمینی هنگام اجرا

• استعداد خزش خصوصا در خاک های پلاستیک و عدم کارائی در رس حساسو دارای قابلیت تورم

• صعوبت حفاری در خاک دانه ای دارای قلوه سنگ

• عدم امکان خاکبرداری آسان در خاک های ریزشی مانند شن و ماسه تمیز و رس های نرم و خاک دستی

شرکت فنی مهندسی عمران گستر تمدن

طراح

تولید کننده ورق و گلمیخ عرشه فولادی

اجرای سقف عرشه فولادی

سازمان نظام مهندسی ساختمان استان تهران