نوشته بلاگ

تقسیم بندی روشهای بهسازی خاک بخش دوم

تقسیم بندی روشهای بهسازی خاک بخش دوم

در این بخش کارهای خاکی ، تراکم سطحی خاک و تراکم دینامیکی مورد طرح و بررسی قرار گرفته است .

2-3- تقسیم بندی روشهای بهسازی

2-3-1- تقسیم بندی روشهای بهسازی از لحاظ اجراء

• بهسازی مکانیکی

• اصلاح هیدرولیکی

• تثبیت فیزیکی شیمیایی

• اصلاح حرارتی

• بهسازی الکتریکی

2-3-2- تقسیم بندی روشهای بهسازی از لحاظ عمق

• بهسازی در سطح

• بهسازی در عمق

2-3-3- تقسیم بندی روشهای بهسازی از لحاظ اعمال نیرو

• استاتیکی

• دینامیکی

2-3-4- تقسیم بندی روشهای بهسازی از لحاظ نحوه بهسازی

• داخلی

• خارجی

2-3-5- تقسیم بندی روشهای بهسازی از لحاظ سرعت اجراء

• کند

• تند

روشهای بهسازی خاک را می توان از دیدگاهای مختلف طبقه بندی کرد . با توجه به فلسفه روش های بهسازی خاک ، این روش ها به سه گروه کلی زیر تقسیم بندی می شوند .

2-4- روش های معمول بهسازی خاک

• . کارهای خاکی

• . تراکم سطحی

• . تراکم دینامیکی

• . تراکم ویبره- شناوری در عمق

• . انفجار

• . پیش فشردگی از طریق پیش بارگذاری

• . تزریق

• . استفاده از مواد افزودنی

• . سیستم های حرارتی

              2-4-10. تسلیح خاک

              2-4-11 . بهسازی گیاهی

              2-4-12. بهسازی الکتریکی

              2-4-13 . زهکشی

   2-4-14 . ستونهای سنگی

2-4-1- کارهای خاکی ) برداشت خاک مساله دار با حفاری ، جابجایی یا جایگزینی ) :

• برای خاکهای نرم و یا شلی که روی لایه ای با باربری مناسب در اعماق سطحی قرار دارند و ضخامت آنها کمتر از حدود 5 متر است ، ممکن است اقتصادی ترین راه حل بهسازی ، برداشت و جایگزینی آنها با مصالح مناسب قرضه و یا با همان خاک اولیه پس از عمل آوری است .

• اگر سطح آب زیر زمینی پایین تر از کف گودبرداری باشد ،رسها و ماسه های ضعیف کوبیده می شوند و در صورت لزوم با آهک ، خاکستر آتشفشانی و سیمان پرتلند مخلوط و سپس جایگزین خاک اصلی می شوند .

• اگر سطح آب زیر زمینی بالاتر از کف گود باشد استفاده از مصالح دانه ای از قبیل شن و ماسه ضروری است . تراکم اضافی مکانیکی اعم از ویبره ای و دینامیکی را نیز برای این مصالح باید در نظر داشت .

• اگر بسترها خیلی نرم و از نوع باتلاقی باشد ، می توان روی بستر موجود ، مصالح دانه ای و یا ماکادام ریخت به گونه ای که این مصالح موجب لهیدگی و جابجایی لایه نرم زیرین تحت رفت و آمد ماشین آلات شوند .

2-4-1-1- روش جایگزینی :

شرح روش و مبانی آن :

• وقتی خاک بستر نامناسب باشد ، می توان آن را برداشت و با خاک مناسب جایگزین کرد . برای محوطه های ساحلی در خشکی می توان همان خاک محلی یا خاک دیگر را با آهک ، سیمان یا سایر افزودنی ها تثبیت کرد . اما تثبیت خاک در بستر دریا به سادگی عملی نیست .

کاربرد روش جایگزینی برای زیر سطح آب :

 به طور معمول به جایگزینی رس های سست با خاک دانه ای ( شن و ماسه ) محدود می گردد . برداشت خاک در زیر دریا با وسایل لایروبی انجام می گیرد . اگر لایه مورد نظر خیلی سست و نازک باشد ، برداشت و جایگزینی به سادگی با وزن خاکریزی مصالح دانه ای بر روی آن انجام می گیرد .

دامنه کاربرد :

• در خشکی می توان هر خاکی را با خاک بهتر یا خاک تثبیت شده با آهک ، سیمان و سایر افزودنی ها جایگزین کرد . اما کاربرد آن در دریا به جایگزینی رس سست با شن و ماسه محدود می شود .

• برای کارهای خشکی توصیه شده است که جایگزینی خاک نرم تا عمق 3 الی 5 متر انجام گردد و بیش از آن اقتصادی نیست ، ولی به طور کلی عمق اقتصادی در هر پروژه باید با توجه به شرایط محلی تعیین گردد .

معایب و مزایا :

• گاهی به دلایل محیط زیستی مقدور نیست که خاک چسبنده حفاری شده از بستر دریا را در محل نزدیکی انباشته کرد .

• دسترسی ساده به ماسه یا سایر مصالح مناسب برای جایگزینی خاک رس سست در بستر دریا همواره مقدور نیست . در ضمن ممکن است ماسه ای که در زیر آب ریخته می شود ، بسیار ضعیف باشد و نیاز به اصلاح داشته باشد .

تجهیزات و ملاحظات اجرا :

• جایگزینی خاک در خشکی با تجهیزات متداول در عملیات خاکی انجام می گیرد اما حفاری و برداشت خاک رسی بستر دریا با استفاده از تجهیزات متداول برای لایروبی انجام می گیرد . ریختن ماسه در مقاطع مورد نظر در بستر دریا می تواند با روشهای سنتی مثل ریختن ماسه از روی بارج شناور و یا با استفاده از روش خاکریزهای هیدرولیکی انجام گیرد . در پروژه های نزدیک ساحل می توان خاکریزی را با تجهیزات خشکی و پیشروی از خشکی انجام داد .

• بارج مورد استفاده برای ریختن شن و ماسه در دریا ممکن است باز شونده از ته یا بارج معمولی باشد . باید آبخور لازم برای بارج باز شونده تامین گردد و توجه شود که به طور معمول در عمق آب کمتر از 5 متر به کار نمی رود زیرا آبخور لازم تامین نمی گردد . مزیتهای بارج باز شونده عبارت از سرعت کار و کاهش جداشدگی دانه ها است . بارج های معمولی در آبهای کم عمق به کار می روند . تخلیه مصالح از روی عرشه بارج به طور معمول با استفاده از بولدوزر یا چنگک انجام می شود و کند است .

• روش اجرای خاکریز های هیدرولیکی در پروژه های که حجم زیادی از خاک باید حمل شود ، به این صورت است که مخلوطی از آب و خاک در یک مخزن تولید می گردد و سپس انتقال مخلوط با پمپ و لوله صورت می گیرد ( Fakher 1997 ) .

• رضایت بخش ترین خاکریز هیدرولیکی متشکل از مصالح دانه ای با کمتر از ( 15% ) ریزدانه غیر خمیری یا ( 10% ) ریزدانه خمیری است . چنین مصالحی موجب حداقل اغتشاش در حال جایگزینی و زهکشی سریع پس از جایگزینی می شود .

• تراکم نسبی () برابر با 50 تا 60 ، می تواند بدون تراکم به دست آید .

• انجام تراکم ماسه در زیر دریا می تواند با تراکم دینامیکی ، بشقابک ها یا میله های ارتعاشی انجام گردد (Gerwick1986 ) .

ملاحظات طراحی :

• ابعاد مقطع جایگزینی خاک در کارهای دریایی باید با توجه به قدرت لایروب های موجود و محاسبات ظرفیت باربری و نشست تعیین گردد .

• امکان روانگرایی ماسه ای که به جای خاک سست رس قرار داده شده است ، باید بررسی گردد . وزن مخصوص ماسه تابع نوع ماسه و روش اجرای لایه ماسه ای در زیر آب می باشد .

• مقطع جایگزینی خاک به طور معمول به شکل ذوزنقه ای است که قاعده کوچکتر آن در پایین قرار دارد . کنترل پایداری وجوه کناری با روشهای مثل تحلیل لغزشهای دایره ای لازم است .

کنترل و نظارت :

• لازم است کنترل مقطع لایروبی شده یا مقطع جایگزین شده ، با استفاده از تکنیکهای مناسب مانند هیدروگرافی و نقشه برداری انجام گیرد .

• کنترل تراکم ماسه جایگزینی در زیر آب نیز لازم است . ابزارهایی مشابه ابزار مکینتاش با انجام غواصی قابل استفاده می باشند . گاهی گمانه زنی و عملیات شناسایی متداول ضروری است .

2-4-2 – تراکم سطحی :

شرح روش و مبانی آن :

• وقتی که خاک سست یا مرطوب است ، اصلاح سطحی آن با تراکم موجب افزایش باربری می شود . تراکم موجب خروج هوا یا کاهش تخلخل خاک می گردد ، لذا وزن مخصوص آن افزایش می یابد و خاک اصلاح می شود .

دامنه کاربرد :

• تاثیر تراکم سطحی با غلتک ، معمولا کمتر از 0.5 متر است . تراکم سطحی در رس یا لای به طور معمول اثر مهمی ندارد اما ممکن است کف گودبرداری های انجام شده در رس سفت یا سنگ نرم را به دلیل سست شدن در اثر حفاری کوبید .

• تراکم سطحی با غلتک در محوطه بندری و ساحلی برای سازه های دریایی قابل استفاده است و نمی توان از آن در آب استفاده کرد . البته استفاده از بشقابک های ارتعاشی برای تراکم سطحی کف بستر دریا به کار می رود .

بشقابک های ارتعاشی برای تراکم سطحی بستر دریا

معایب و مزایا

• مزیت اصلی این روش عبارت از سرعت کار و سادگی آن است و عیب اصلی آن محدود بودن عمق تاثیر می باشد . ضمنا عدم امکان اجرای کار در زیر سطح آب با غلتکهای معمولی برای سازه های دریایی و نیاز به تجهیزات ویژه در دریا ، عیب دیگر این روش می باشد .

تجهیزات و ملاحظات اجرا

• انواع غلتکهای متداول در خشکی برای تراکم سطحی ، در دریا نیز قابل استفاده می باشد . ولی تراکم سطحی بستر دریا با استفاده از بشقابک های ارتعاشی مقدور می باشد . اصول تراکم خاک در زیر سطح آب و در خشکی مشابه می باشد .

نکات مهم برای تراکم خاکها

• خاکهای خیلی درشت دانه یا خاکهای خوب دانه بندی شده با کمتر از ( 4% ) ریز دانه به رطوبت و زمان تراکم حساس نیستند ولی خاکهای رس ، لای و ماسه مقدار رطوبت در زمان تراکم مهم است .

• وجود ذرات خیلی درشت موجب عدم تراکم خاک می گردد . برای تراکم خاک در خاکریزهای معمولی ، حداکثر قطر دانه به 7.5 سانتی متر یا نصف ضخامت هر لایه محدود شود .

• مواد آلی و گیاهی و همچنین تمام مصالح زوال پذیر باید قبل از تراکم برداشته شوند . ریشه قطور گیاهان نیز باید درآورده شود ، اما برداشت ریشه های مویی لازم نیست .

کنترل و نظارت

• یکنواختی روش تراکم و تعداد عبور وسیله متراکم کننده کنترل می گردد . چنانچه روش کار یکنواخت باشد می توان با اندازه گیری تراکم محلی به کنترل تراکم پرداخت . اندازه گیری مستقیم تراکم در دریا مشکل می باشد .

• تعداد آزمایش اندازه گیری تراکم محلی بستگی به اهمیت کار دارد و در خشکی معمولا از یک آزمایش در هر 400 الی 800 متر مربع متغیر است .

• روش ساده تر تراکم در خشکی عبارت از عبور غلتک چرخ لاستیکی یا هر وسیله دیگر عملیات خاکی با چرخ لاستیکی و بررسی چشمی اثر عبور چرخ است . نقاط ضعیف با این کار شناسایی می گردد .

• اگر 3/2 آزمایشها نشان دهند که وزن مخصوص خاک متراکم شده در محدوده ( +-3% ) حداکثر وزن مخصوص مورد نیاز است ، تراکم برای کارهای معمولی قابل قبول می باشد .

2-4-3- تراکم دینامیکی ( ابر تراکم )

شرح روش و مبانی آن

• با توجه به اشکالات و محدودیت های تراکم با استفاده از غلتک و یا تراکم سطحی ، جهت بهسازی و متراکم سازی در عمق می توان از تراکم دینامیکی و یا ابر تراکم استفاده نمود . در این روش وزنه های سنگین با استفاده از جرثقیل از ارتفاع مشخصی رها شده و با برخورد به سطح زمین موجب افزایش تراکم ، کاهش نشست پذیری و افزایش مقاومت برشی خاک می گردد. از این روش برای بهسازی تا عمق 30 متر استفاده می شود .

• انرژی ضربه موجب فشردگی برگشت ناپذیر حفرات خاک و افزایش فشار آب حفره ای می گردد . محو فشار آب حفره ای برای بهبود خاک ضروری است . اگر ضربات خیلی قوی باشد ، ترکهای ناشی از شکست هیدرولیکی در خاک به وجود می آید که می توانند موجب زهکشی آب حفره ای شوند .

• به منظور جلوگیری از وقوع نشست های کلی یا نسبی زیاد و کاهش احتمال وقوع روانگرایی تحت بارگذاری دینامیکی در نهشته های کم ضخامت از خاک های غیر چسبنده شل ، باید آنها را بهسازی نمود .

 دامنه کاربرد

• سابقه کاربرد موفق تحکیم دینامیکی در خاکهای اشباع وجود دارد . اما قدر مسلم این است که کارایی تحکیم دینامیکی در خاکهای دانه ای با نفوذ پذیری بالا و درجه پایین اشباع بیشتر از خاکهای چسبنده اشباع است . آئین نامه انگلستان BS 8004 تحکیم دینامیکی را برای خاکهای دانه ای ذکر می کند . تحکیم دینامیکی در خاکهای ریز دانه اشباع کمی پیچیده است و باید تمهیداتی برای محو فشار اضافی آب حفره ای در اثر ضربات در نظر گرفت .

• تحکیم دینامیکی در خشکی و دریا قابل انجام است و در پروژه های دریایی به کار رفته است . استفاده از این روش در دریا به دلیل جذب بخشی از انرژی توسط آب کاهش می یابد .

• عمق تاثیر تحکیم دینامیکی محدود است به طور معمول حداکثر عمق تاثیر ، 10 متر و گاه تا 15 متر برای وزنه های 10 الی 20 تن با ارتفاع سقوط حداکثر 30 متر ذکر شده است . در ماسه های ریز لای دار و همچنین در لای ، حداکثر عمق تاثیر با وزنه های سنگین تر قابل حصول است . بهینه بودن روش برای اعماق بیش از 15 متر مورد تردید است .

تحکیم دینامیکی در دریا

عمق تاثیر تراکم دینامیکی

• عمق بهسازی به عواملی نظیر مقاومت اولیه زمین ، نوع خاک و انرژی تراکم در هر ضربه و چگونگی سقوط بستگی دارد .

• پارامترهایی نظیر نوع لایه های سطحی ، سطح آب زیر زمینی و تعداد ضربات در محل در مقدار عمق بهبود یافته موثر است .

روش تراکم دینامیکی

تجهیزات و ملاحظات اجرا

• عملا تجهیزات اصلی مورد نیاز جرثقیل و وزنه می باشد .

• وزنه های مورد استفاده در ساحل به طور معمول دارای وزن 10 الی 20 تن هستند . و از حداکثر ارتفاع 30 متر رها می شوند .

• وزنه و قلاب بلند کردن آن باید به نحوی ساخته شوند که مرکز ثقل وزنه دقیقا زیر محل بلند کردن باشد ، زیرا خروج از مرکزیت موجب کج شدن وزن حین سقوط می شود . وزنه در کارهای دریایی نیز از وزنه های معمولی تشکیل شده است ولی میتوان از شمع کوب هیدرولیکی نیز استفاده کرد .

اعمال ضربات بر بستر سطح دریا با استفاده از چکش هیدرولیکی

• جهت کاهش انرژی جذب شده توسط آب دریا ، وزنه را به صورت مشبک و سوراخ دار طراحی می نمایند .

• فواصل نقاط کوبش به طور معمول 5 الی 10 متر است . نخست تعدادی ضربه متوالی در هر نقطه اعمال می شود که به آن ضربات سری اول می گویند . اصلاح کامل زمین با تحکیم دینامیکی می تواند شامل چند سری ضربه باشد . اغلب در ضربات سری اول ، تراکم لایه های عمیق و در ضربات سری بعد تراکم لایه های سطحی مورد نظر است .

• هرچه نفوذ پذیری خاک کمتر باشد ، فواصل زمانی و تعداد سری های ضربات برای فرصت دادن به محو فشار اضافی آب حفره ای افزایش می یابد .

• در زمینهای نرم ، معمولا یک لایه خاکریز ماسه ای بر سطح زمین اجرا می شود تا حرکت و سایل و تجهیزات کار را تسهیل نماید .

در شکل زیر تصویر شماتیک نحوه استفاده از این روش و جزئیات مربوط به آن نشان داده شده است .

• در اکثر عملیات تراکم دینامیکی ، سقوط وزنه های تا 20 تن از ارتفاع حدود 20 متر انرژی لازم برای تراکم را تامین می کند .

• از نمونه های پیشرفته استفاده از این روش ، استفاده از وزنه های بیش از 50 تن از ارتفاع حدود 30 متر در پروژه فرودگاه Nice اشاره کرد .

• در ساخت وزنه ها معمولا از فولاد سخت ، بتن مسلح و جعبه های فولادی پر شده با بتن استفاده می شود .

این روش را می توان در دو حالت خاکهای دانه ای و خاکهای چسبنده مورد بررسی قرار داد که در ادامه به توضیح هر یک پرداخته می شود .

کاربرد روش تراکم دینامیکی در خاکهای دانه ای

• انرژی تراکم دینامیکی موجب جابجایی دانه های خاک شده و در نتیجه تراکم زمین افزایش می یابد .

• در تراکم خاکریزهای درشت دانه ، تشکیل یک ناحیه سخت سطحی باعث می گردد تا بخش کمی از انرژی تراکم به لایه های عمیق تر منتقل شود .

• در خاک های دانه ای اشباع و زیر سطح آب زیر زمینی بخش قابل توجهی از انرژی تراکم به آب حفره ای ما بین دانه ها منتقل می شود و انرژی و تولید فشار آب حفره ای اضافی می نماید .

• در صورت اعمال ضربات متوالی و عدم امکان زهکشی فشار آب حفره ای اضافی ، احتمال وقوع روانگرایی در چنین شرایطی وجود دارد .

• با اعمال ضربات با فرکانس پایین می توان ضمن جلوگیری از وقوع روانگرایی ، تراکم مناسب در خاک را به دست آورد .

• زمان زهکشی در خاک های دانه ای و شنی خوب دانه بندی شده حدود 1 تا 2 روز و در خاک های لای ماسه دار حدود 1 تا 2 هفته است .

• استفاده از تراکم دینامیکی در خاکهایی که جنس دانه های آنها ضعیف است ، موجب خرد شدن دانه ها و کاهش نفوذ پذیری و در نتیجه افزایش زمان زهکشی فشار آب حفره ای اضافی می شود .

• استفاده از روش تراکم دینامیکی در خاکهای دانه ای خشک نتایج مناسبی در بر دارد ، ولی در خاکهای واقع در زیر سطح آب زیر زمینی که مقدار قابل توجهی لای دارند ، در استفاده از روش تراکم دینامیکی باید احتیاط شود .

عملیات تراکم دینامیکی در بخش استحصالی منطقه ویژه اقتصادی انرژی پارس

کاربرد روش تراکم دینامکی در خاکهای چسبنده

• در مورد خاکهای چسبنده با توجه به اینکه خاک در بالا و یا پایین سطح آب زیر زمینی قرار گرفته باشد ، شرایط متفاوت خواهد بود .

• در زمینهای واقع در زیر سطح آب زیر زمینی بخش عمده انرژی به آب حفره ای منتقل شده و تولید فشار آب حفره ای اضافی می نماید . زوال این فشار به خصوصیات تحکیم پذیری و طول مسیر زهکشی بستگی دارد .

• در بهسازی خاکهای رسی تعداد دفعات عبور مورد نیاز بیشتر از خاکهای دانه ای است .

• در مورد رسوبات رسی طبیعی و یا خاکریزهای رسی اشباع ، استفاده از این روش بهسازی نیاز به احتیاط و کنترل بیشتری دارد .

کنترل کیفیت عملیات

• از روشهای رایج توسط پیمانکاران اندازه گیری عمق گودال ناشی از اولین برخورد کوبه و ترازیابی محل می باشد .

• با توجه به وسعت مناطق که عملیات تراکم دینامیکی در آن انجام می شود و بالا بودن سرعت عملیات معمولا از اخذ نمونه ها برای انجام آزمایشهای آزمایشگاهی اجتناب می شود و اطلاعات مورد نیاز با استفاده از آزمایشهای صحرایی به دست می آیند .

• در این رابطه بسته به جنس زمین و امکانات موجود ، انجام آزمایشهای صحرایی نظیر آزمایش نفوذ استاندارد ، آزمایش پرسیومتر ، آزمایش دیلاتومتری ، آزمایش بارگذاری صفحه و آزمایش اندازه گیری سرعت امواج تنشی را می توان نام برد .

معایب و مزایا

• مزیتهای این روش  عبارتند از :

  1. هزینه کم

  2. سرعت اجرا

  3. محدوده کاربرد وسیع از نظر نوع خاک طبیعی، خاکریز ها و خاکهای دستی

• معایب این روش عبارتنداز :

• این روش همراه با صدا ، ارتعاش و گرد و غبار است و در مناطق شهری یک عیب محسوب می شود .

• پرتاب قطعات سنگی یا گل در اثر ضربه به اطراف و وارد نمودن خسارت به نیروی انسانی و ابنیه مجاور .