تحکیم بستر و بهسازی خاک

آشنایی با انواع خدمات شرکت فلات اسپرلوس

جت گروتینگ

یکی از روش‌های نوین مبتنی بر تزریق، روش جت گروتینگ است. این شیوه به پایدارسازی و افزایش مقاومت و توان باربری خاک به صورت درجا کمک می‌کند. تکنیک جت گروتینگ نخستین بار در ژاپن به کار گرفته شد. ایده برش با استفاده از جت آب با فشار بالا در اوایل دهه 70 میلادی برای استفاده در معادن زغال سنگ ایالات متحده و بریتانیا مطرح گردید و سپس در اواسط این دهه، برادران یاماکادو در سال 1965 از این روش نه تنها برای برش و فرسایش خاک، بلکه برای تزریق سیمان نیز بهره‌برداری کردند.

در روش اجرای جت گروتینگ، پس از حفاری گمانه تا عمق مطلوب، دوغاب تزریق به همراه آب و هوای فشرده با فشار بسیار بالا (بین 250 تا 700 بار) و سرعتی بیش از یکصد متر در ثانیه از نازل انتهای میله حفاری خارج می‌شود. همزمان با دوران میله حفاری، خاک اطراف محل خروج مخلوط تخریب و با آن آمیخته می‌شود. این فرایند سبب ایجاد ستونی مقاوم از جنس خاک سیمانته شده می‌گردد.

روش اجرای جت گروتینگ

به طور کلی، اجرای روش جت گروتینگ شامل مراحل زیر است:

– حفاری تا عمق مورد نظر با قطر مناسب (حدود 76 تا 110 میلیمتر) به روش دورانی و با فشار آب (20 بار).

– تهیه دوغاب در میکسرهای اولیه و ثانویه برای تزریق آماده می‌شود.

در روش جت گروتینگ یا تزریق پرفشار، دوغاب سیمان به شکل دورانی در مراحل مشخص (توقف، تزریق دورانی پرفشار، و بیرون کشیدن) عمل می‌شود. به عنوان مثال، 8 دور در 4 ثانیه تزریق (با فشار 350 تا 700 بار) صورت می‌گیرد و سپس 4 سانتی متر بیرون کشی و این فرایند تکرار می‌شود. لازم به ذکر است که اعداد بالا بسته به شرایط ژئوتکنیکی مختلف در پروژه‌های گوناگون برای دستیابی به قطرهای مختلف طراحی می‌گردد. پس از اجرای آزمایشی ستون‌ها در سایت، قطر ستون‌های اجرا شده اندازه‌گیری شده و مشخصات فنی و اجرائی پروژه حاصل می‌گردد.

زمان تزریق، فشار زیاد جت تزریق می‌تواند به داخل خاک دیواره گمانه نفوذ کند و موجب تغییر ساختار خاک گردد. ترکیب دوغاب سیمان و خاک، ترکیبی از خاک و سیمان را ایجاد می‌کند که پس از سخت شدن، ستونی مقاوم با مشخصات باربری و ناتراوایی مناسب برای پروژه ایجاد می‌نماید. شعاعی از خاک که تحت تأثیر تزریق جت قرار گرفته، شعاع تأثیر نامیده می‌شود و به عواملی نظیر فشار تزریق، زمان تزریق، مقاومت برشی برجای خاک، اندازه نازل‌ها و وزن مخصوص دوغاب تزریق وابسته است.

به طور کلی، بسته به نوع خاک، سه مکانیزم اندرکنشی نشت، فرسایش و برش وجود دارد که در شکل و جدول مربوطه قابل مشاهده است.

عموماً، سه شیوه جهت اجرای تزریق پرفشار وجود دارد که بر اساس تعداد سیال‌های مورد استفاده، تقسیم‌بندی می‌شوند. 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.

همچنین لازم به ذکر است که نوع اتصالات (مانند واترسویل) و نازل (مانیتور) در هر یک از این سه روش متفاوت است. شرکت فلات اسپرلوس با تجربه و تخصص خود در این حوزه، آماده ارائه خدمات مربوطه می‌باشد.

میکروپایل

میکروپایل یا ریزشمع، روشی بهسازی خاک است که به نوعی از مزایای روش‌های متداول دیگر بهره می‌برد. این روش شامل سه مرحله‌ی اصلی حفاری و لوله‌گذاری خاک، لوله‌کوبی و تزریق است. در ابتدا، میکروپایل‌ها با هدف ترمیم پی‌ها و سازه‌های موجود به کار می‌رفتند، اما به‌طور سریع، پیشرفت‌های تجهیزات حفاری و تزریق، توجه محققین و مهندسان ژئوتکنیک را به کاربرد بهینه‌تر این فناوری جلب کرد.

اصول طراحی میکروپایل

طراحی میکروپایل بر مبنای نوع کاربری آن و رفتار مورد انتظارش انجام می‌شود. زمانی که میکروپایل‌ها برای تحکیم و بهسازی بستر سازه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند، محاسبات فنی شبیه به محاسبات شمع‌های متداول انجام می‌شود. این محاسبات شامل سه زمینه طراحی سازه‌ای، طراحی ژئوتکنیکی و کنترل برش پانج است.

در طراحی سازه‌ای، ظرفیت باربری المان‌های میکروپایل شامل جدار فولادی، آرماتور تسلیح و دوغاب سیمان محاسبه می‌شود، که باید با ضریب اطمینان مناسبی، بالاتر از بار وارد بر میکروپایل باشد.

در طراحی ژئوتکنیکی، مقاومت اصطکاکی جداره میکروپایل با خاک اطراف محاسبه می‌شود. این مقاومت نیز باید با ضریب اطمینان مناسبی، بالاتر از بار وارد باشد تا از جداشدن میکروپایل از خاک پیش از وقوع تسلیم عوامل مسلح‌کننده جلوگیری شود.

در نهایت، با توجه به بار متمرکز زیاد و قطر کوچک میکروپایل‌ها، کنترل مقاومت در برابر برش پانج، که منجر به ارائه طرح فلنج مناسب خواهد شد، انجام می‌گیرد.

روش اجرای میکروپایل

شرکت فلات اسپرلوس با استفاده از دو تکنیک نوین، به بهسازی خاک به روش میکروپایل می‌پردازد. روش اول شامل چهار مرحله حفاری (در صورت نیاز)، لوله‌کوبی، تزریق و تسلیح است. همچنین این شرکت اقدام به استفاده از میکروپایل‌های خودحفار و خودتزریق می‌کند و در این زمینه به عنوان یکی از شرکت‌های پیشرو در ایران شناخته می‌شود.

کاربردهای میکروپایل

در مهندسی ژئوتکنیک، میکروپایل‌ها به دو بخش استفاده در بستر پی سازه‌ها و اصلاح و بهسازی خاک مربوط می‌شوند. تحقیقات وسیع در حوزه میکروپایل‌ها در سطح بین‌المللی افزایش یافته و به بررسی رفتار استاتیکی، دینامیکی و لرزه‌ای این المان‌ها توجه ویژه‌ای صورت گرفته است. همچنین، چگونگی رفتار و معیارهای طراحی میکروپایل‌ها در خاک‌های مختلف نیز در بسیاری از تحقیقات مورد ارزیابی قرار گرفته‌است. به همین دلیل، دامنه استفاده از میکروپایل‌ها به‌طور قابل توجهی گسترش یافته است.

کنترل کیفی میکروپایل

با توجه به هدف اجرای میکروپایل و نگرش عملکردی به آن، آزمایش‌های کنترل کیفی متعددی قابل تعریف است که شامل موارد زیر می‌شود:

– آزمایش بارگذاری فشاری میکروپایل

– آزمایش بارگذاری کششی میکروپایل

– آزمایش بارگذاری جانبی میکروپایل

شرکت فلات اسپرلوس با ارائه این آزمایش‌ها و خدمات کنترل کیفیت، تضمینی برای عملکرد و ایمنی میکروپایل‌ها فراهم می‌کند.

اجرای ستون های تزریق پرفشار

ستون‌های تزریق پرفشار با هدف‌های مختلفی طراحی و اجرا می‌شوند که شامل افزایش ظرفیت باربری خاک در فشار و برش، کنترل نشست، مقابله با روانگرایی و کاهش نفوذپذیری می‌باشند. برای هر یک از این اهداف، محاسبات دقیق بر اساس روابط و اصول مهندسی ژئوتکنیک انجام می‌گیرد. رفتار این ستون‌ها مشابه با سایر المان‌های قائم مانند شمع‌ها است.

ظرفیت باربری

برای تعیین ظرفیت باربری مجاز ستون‌های تزریق پرفشار، از مقاومت اصطکاکی و نوکی استفاده می‌شود. ظرفیت باربری آنها به دو دسته تقسیم می‌شود:

  1. ظرفیت ژئوتکنیکی:که براساس شرایط خاک و ویژگی‌های آن تعیین می‌شود.
  2. ظرفیت سازه‌ای: که بر اساس مقاومت تک محوری مخلوط بررسی می‌شود.

بر اساس مقاومت فشاری محصورنشده مخلوط دریافت شده از ستون و بارگذاری بزرگ مقیاس بر روی آنها، می‌توان ظرفیت سازه‌ای را محاسبه و کنترل کرد.

برای طراحی بهینه، می‌توان پس از اجرای آزمایشی یک ستون، نمونه‌گیری از عمق‌های مختلف آن انجام داد و مقاومت ۲۸ روزه نمونه‌ها را بررسی نمود تا طراحی اولیه بر اساس این داده‌ها اصلاح گردد. مقاومت فشاری مخلوط خاک و سیمان بستگی مستقیم به جنس خاک و میزان سیمان در گروت دارد.

کاربردها

جت گروتینگ به عنوان یک روش بهسازی خاک، دامنه وسیعی از کاربردها را شامل می‌شود. از جمله:

– دوخت به کف (Underpinning: برای تقویت پی‌ها و افزایش ظرفیت باربری آنها.

– ترمیم و بازسازی پی‌ها: برای احیای پی‌های آسیب دیده و سست.

– دیوارهای نگهبان: برای مقاوم‌سازی و جلوگیری از ریزش خاک.

– آب بندی گودها و سازه‌های زیر سطح آب زیرزمینی: برای کنترل نفوذپذیری و جلوگیری از ورود آب به سازه‌ها.

به طور کلی، جت گروتینگ یک روش مؤثر و متنوع در مهندسی ژئوتکنیک است که برای بهبود شرایط خاک و مقاوم‌سازی سازه‌ها به کار گرفته می‌شود.

کنترل کیفی در اجرای ستون های تزریق پرفشار

کنترل کیفی یکی از مراحل حیاتی در طراحی و اجرای ستون‌های تزریق پرفشار به شمار می‌رود. این کنترل شامل بررسی محصول آزمایشی و نهایی می‌باشد و به طور خاص شامل مراحل زیر است:

  1. اجرا و کالیبراسیون ستون‌های آزمایشی:

   – در ابتدای کار، ستون‌های آزمایشی با مقادیر مختلفی از پارامترها همچون فشار تزریق، گام‌های تزریق و طرح اختلاط ساخته می‌شوند.

   – اطلاعات مربوط به تزریق به صورت دقیق و لحظه به لحظه ثبت می‌شود.

   – پس از انجام آزمایش‌های تعیین قطر و مقاومت، مقادیر پارامترها با مقادیر هدف طراحی کالیبره می‌شوند تا کیفیت یکنواختی در تولید ستون‌های جت گروت حاصل گردد.

 

  1. آزمایش‌ها و کنترل‌های لازم برای ستون‌های نهایی:

   – آزمایش‌های کنترل مصالح پیش از گیرش: تضمین کیفیت مصالح به کار رفته در فرایند

   – آزمایش‌های کنترلی پس از گیرش: ارزیابی مقاومت و ویژگی‌های مکانیکی مواد پس از سخت شدن

   – آزمایش‌های بزرگ مقیاس: بررسی عملکرد نهایی ستون‌ها تحت بارهای واقعی

مزایا و محدودیت ها

روش تزریق پرفشار به عنوان راه‌حلی مؤثر برای بسیاری از چالش‌های بهسازی خاک شناخته می‌شود. برخی از مزایای این روش شامل:

– کاهش نفوذپذیری خاک: بهبود خاصیت آب‌بند خاک

– افزایش مقاومت خاک: تقویت باربری زمین

– کاهش نشست خاک بر اثر سربار: کاهش اثرات منفی بارگذاری

– جلوگیری از روانگرایی: تقویت خاک در برابر زلزله و بارهای دینامیکی

– اصلاح زمین بصورت درجا: امکان بهسازی بدون نیاز به جابجایی خاک

– تبدیل زمین به بخشی از سیستم خاک-سازه: بهبود همخوانی بین سازه و بستر

– کنترل و تایید کیفی کار: امکان نظارت دقیق بر فرایند

– کاهش هزینه تجهیز کارگاه: اقتصادی‌تر نسبت به روش‌های مشابه مانند شمع‌گذاری

– سرعت اجرای بسیار بالا: کاهش زمان نیاز برای عملیات

– کاهش هزینه اجرای نسبت به روش‌های مشابه: برآورد هزینه‌های کمتر

– تولید صدا و ارتعاش کمتر: مناسب برای مناطق شهری

 

با این حال، برخی محدودیت‌ها نیز وجود دارد، از جمله محدودیت‌های اقتصادی، زمانی و محیطی که ممکن است ضرورت استفاده از سایر روش‌های بهسازی را ایجاب کند. همچنین، به رغم گذشت حدود ۴۰ سال از آغاز بکارگیری این روش در جهان، چالش‌هایی در بومی‌سازی تکنولوژی آن در ایران وجود داشته است. اما امروزه با توجه به نیازهای خاص کشور و بسترهای موجود، جت گروتینگ به عنوان یک گزینه مؤثر در بهسازی خاک مورد توجه قرار گرفته و با تلاش متخصصین ایرانی، قدم‌های مثبتی در این راستا برداشته شده است.

 

اختلاط عمیق خاک

روش اختلاط عمیق خاک (Deep Soil Mixing یا DSM) یکی از تکنیک‌های مؤثر بهسازی خاک است که با استفاده از این روش، ستون‌های خاک سیمانی تولید می‌شوند. این روش به طور خاص برای تقویت و بهبود خصوصیات مکانیکی خاک به کار می‌رود و به افزایش باربری و کاهش نفوذپذیری خاک کمک می‌کند.

اصول طراحی ستون های اختلاط عمیق

طراحی ستون‌های اختلاط عمیق (DSM) به منظور برآورده کردن چندین هدف مهم صورت می‌گیرد. این اهداف شامل موارد زیر هستند:

  1. افزایش ظرفیت باربری خاک:
    • ظرفیت باربری در فشار و برش: ستون‌های اختلاط عمیق برای افزایش ظرفیت باربری خاک در برابر بارهای وارد بر آن طراحی می‌شوند. این افزایش باربری به ویژه برای سازه‌هایی که بر روی خاک‌های ضعیف قرار می‌گیرند، اهمیت دارد.
  2. کنترل نشست:
    • با تقویت خاک و کاهش نشست ناشی از بارگذاری، طراحی ستون‌های اختلاط عمیق می‌تواند به جلوگیری از خرابی و آسیب به سازه‌ها کمک کند.
  3. مقابله با روانگرایی:
    • در شرایطی که خاک ممکن است به صورت ناگهانی یا ناخواسته دچار روانگرایی شود، این ستون‌ها می‌توانند به طور موثری پایداری خاک را افزایش دهند و از بروز این پدیده جلوگیری کنند.
  4. کاهش نفوذپذیری:
    • با استفاده از مواد سیمانی در اختلاط، نفوذپذیری خاک به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد که این امر به ویژه در پروژه‌های مرتبط با کنترل آب‌های زیرزمینی و جلوگیری از آلودگی خاک حائز اهمیت است.

مبانی طراحی

  • شبیه‌سازی با جت گروتینگ: مبانی طراحی این نوع ستون‌ها مشابه مبانی طراحی ستون‌های جت گروتینگ است. این به این معنی است که اصول علمی و تجربی مشابهی در هر دو روش وجود دارد.
  • مقاومت فشاری خاک سیمان:
    • مقاومت فشاری ستون‌های ایجاد شده از اختلاط خاک با سیمان به چند فاکتور وابسته است:
      • جنس خاک: نوع و ویژگی‌های خاک موجود در محل پروژه تأثیر زیادی بر مقاومت نهایی دارد.
      • میزان سیمان: نسبت حجمی و نوع سیمانی که در اختلاط استفاده می‌شود، به طور مستقیم بر مقاومت ستون‌ها تأثیر می‌گذارد. هر چه میزان سیمان بیشتر باشد، معمولاً مقاومت نیز افزایش می‌یابد اما باید به هزینه و قابلیت اجرا توجه کرد.

محاسبات طراحی

  • برای هر یک از اهداف ذکر شده، محاسبات خاصی انجام می‌شود که شامل روابط ریاضی و معیارهای مهندسی معتبر است. این روابط به مهندسان کمک می‌کند تا طراحی‌های بهینه و موثری برای ستون‌های اختلاط عمیق انجام دهند.

روش اجرای اختلاط عمیق

  • فرآیند اختلاط خاک

    اختلاط خاک روشی است که در آن مواد پایدارکننده‌ای نظیر سیمان یا آهک به صورت مکانیکی با خاک ترکیب می‌شوند. این فرآیند دارای ویژگی‌های مهم زیر است:

    1. استفاده از حفار با محور توخالی:
      • این دستگاه به طور خاص طراحی شده تا مواد پایدارکننده را به داخل خاک تزریق کند و اختلاط مناسبی را بین خاک و مواد افزودنی ایجاد نماید. این فرآیند به تولید ستون‌های یکدست و یکنواخت کمک می‌کند.
    2. تولید ستون یکنواخت:
      • در این روش، عملاً ستون‌هایی با پهنای ثابت و عمق مشخص ایجاد می‌شود. این ستون‌ها از ترکیب خاک و ماده افزودنی (مانند سیمان یا آهک) تشکیل شده و به عنوان عنصر سازه‌ای عمل می‌کنند.
    3. همپوشانی ستون‌ها:
      • یکی از مزیت‌های این تکنیک، امکان همپوشانی ستون‌ها قبل از آن که مواد افزودنی به طور کامل آغاز به گیرش کنند، می‌باشد. این ویژگی به مهندسان این امکان را می‌دهد که دیواره‌های پیوسته زیر سطح زمین را اجرا کنند.

دیوارهای پیوسته

    • ایجاد دیوارهای پیوسته:
      • با استفاده از روش اختلاط خاک، می‌توان دیوارهای پیوسته و مقاومی زیر سطح زمین ایجاد کرد که در جلوگیری از نشست، کنترل آب‌های زیرزمینی و افزایش پایداری خاک موثر هستند.
    • مزایای دیوارهای پیوسته:
      • دیوارهای ایجاد شده نه تنها به دلیل یکنواختی و استحکام بالا در برابر بارهای جانبی و نفوذ آب، بلکه به دلیل امکان کاهش نفوذپذیری خاک و بهبود خصوصیات مکانیکی آن، مورد توجه قرار می‌گیرند.

     

کنترل کیفی

    • بطور 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 افزودنی‏های مصرفی (مطابق استانداردهای ملی)
      • کنترل کیفیت دوغاب مصرفی
      • کنترل پساب خروجی
      • آزمایش های کنترل مشخصات هندسی (قطر، امتداد، طول و …)

      این آزمایش ‏ها عموماً بصورت اندازه‏ گیری مشاهده ‏ای انجام می ‏شود که شامل موارد ذیل می ‏گردد:

      • انحراف در پلان
      • انحراف در عمق
      • انحراف قطر در عمق

لینک مرتبط با آشنایی با مفهوم طراحی و اجرای بالا به پایین WIKIPEDIA

falatsperlous-logo