ایستاسازه
En Ar

خانه - خدمات ایستاسازه - بهسازی خاک - DC یا تراکم دینامیکی - بررسی تراکم دینامیکی و اختلاط عمیق در بهسازی بستر سواحل (DSM & DC)

آنچه در دنیای امروز مطرح است آن است که تراکم دینامیکی به عنوان روشی مطرح، جهت بهسازی خاک های سست و کم مقاومت مورد استفاده قرار می گیرد. در روش تراکم دینامیکی، ضربات به صورت پشت سر هم و کوبه ای، با وزن 10 تا 40 تن و از ارتفاع 10 تا 30 متری رها شده و سبب متراکم سازی عمیق توده خاک می شود. روش تراکم دینامیکی به روشی گفته می شود که در آن یک وزنه سنگین با استفاده از ارتفاع مشخصی بر روی خاک رها می شود تا با کاهش میزان فضای خالی میان دانه های خاک، خاک را متراکم سازد. این روش دارای کارایی های بسیار زیادی از جمله استفاده جهت افزایش ظرفیت باربری و کاهش نشست پی های سطحی می باشد که از آن در بهسازی بستر سواحل می توان بهره برد.
بهسازی خاک به روش اختلاط عمیق که به عنوان یکی از روش های موثر در جهت تقویت زمین های نامناسب و پی ها است در ساخت و سازهای مهندسی ژئوتکنیک، استفاده می شود. در روش هایی مانند روش تراکم دینامیکی و یا پیش بارگذاری محدودیت هایی از قبیل زمان، محیط و یا اقتصاد سبب شده است تا این روش ها قابلیت محدود داشته باشند.

روش اختلاط عمیق در خاک ها به روشی اطلاق می گردد، که در آن خاک های سست و کم مقاومت به صورت برجا توسط بازوهایی با مواد افزودنی پایدارکننده نظیر: آهک، سیمان، خاکسترهای بادی و دیگر مواد، ترکیب می گردند و این امر سبب بهبود خصوصیات خاک موجود می شود. در نهایت نتیجه این کار سبب تشکیل ستون هایی با خصوصیات فیزیکی و مکانیکی مناسب تری از خاک محل می شود.

چندین عامل به عنوان مشخصه های مهم و مطرح ژئوتکنیکی که نقش تعیین کننده ای در استفاده و به کارگیری این روش دارند عبارتند از:


1. عمق.

2. چسبندگی.

3. قطر.

4. هندسه و ضریب نفوذپذیری ستون های اختلاط عمیق و مقدار ماده افزودنی به ستون ها.

مشخصه های ژئوتکنیکی - شرکت ایستاسازه
مشخصه های مهم و مطرح ژئوتکنیکی مورد استفاده در روش اختلاط عمیق

در این مقاله ما در ابتدا به شناسایی دو روش اختلاط عمیق و تراکم دینامیکی می پردازیم. پس از آن بعد از بیان کامل هر روش، به بررسی عوامل تاثیرگذار بر روی آن روش پرداخته می شود و در نهایت با بیان اجرا، نتایج حاصل و دامنه کاربرد هر روش، میزان بهسازی بستر سواحل با استفاده از روش های تراکم دینامیکی و اختلاط عمیق با توجه به مشخصات زمین بررسی می گردد و بهترین روش جهت بهسازی سواحل جنوب و شمال کشور معرفی می گردد.


شرایط و مشخصات خاک سواحل شمال و جنوب کشور برای بهسازی


خاک سواحل شمال کشور بیشتر ماسه سیلتی و با عمق آب زیرزمینی نزدیک به سطح زمین است، که با توجه به این مشخصات روش اختلاط عمیق برای بهسازی این مناطق نسبت به سایر روش های بهسازی برتری دارد. در خاک سواحل جنوب کشور بیشتر رس با چسبندگی بالا یا سنگ مارن و همچنین قلوه سنگ همراه با شن و ماسه وجود دارد، در نهایت با توجه با این مشخصه، روش تراکم دینامیکی در این مناطق نسبت به سایر روش های بهسازی بهتر است.


تراکم دینامیکی


در بهسازی به روش تراکم دینامیکی وزنه ای سنگین را تا ارتفاع معینی بالا برده و بر روی سطح زمین رها می کنند. این کار می تواند تا عمق 30 متر از سطح زمین را متراکم سازد. از این روش می توان برای متراکم سازی خاک های رمبنده، خاکریزهای سنگی و ماسه های سست و … استفاده کرد. از این روش در مناطق شهری به دلیل آلودگی صوتی زیاد و ایجاد ارتعاش های شدید که ممکن است به ساختمان ها آسیب برساند مورد استفاده قرار نمی گیرد.

تراکم دینامیکی
تراکم دینامیکی

مطالعات اولیه روش تراکم دینامیکی


قبل از اجرای تراکم دینامیکی، لازم است جنس و لایه بندی لایه های تحت تراکم شناسایی گردند، که این بررسی ها عموما شامل موارد زیر است:


1. انجام آزمایش های برجا، آزمایش های آزمایشگاهی و اخذ نمونه های دست خورده و دست نخورده.

2. حفر گمانه و چاهک های اکتشافی: برای توصیف وضعیت لایه بندی زمین و تعیین وضعیت آب زیرزمینی این عمل صورت می گیرد.

3. طبقه بندی نوع خاک ها.

4. بررسی محدودیت های محل.

5. تعیین نیازهای طراحی.

6. برآورد هزینه ها.

بررسی های لازم قبل از اجرای روش DC
بررسی های لازم قبل از اجرای روش تراکم دینامیکی

برای بررسی کمی مناسب بودن روش تراکم دینامیکی با توجه به نوع خاک، می توان از نمودار طبقه بندی خاک ها بر حسب توزیع دانه بندی که توسط FHWA ارائه شده است، استفاده  کرد. (شکل زیر)

نمودار طبقه بندی خاک در روش تراکم دینامیکی
نمودار طبقه بندی خاک ها بر حسب توزیع دانه بندی در روش تراکم دینامیکی

جرم وزنه هایی که برای تراکم دینامیکی استفاده می شود از یک تن تا صد تن متغیر است. در مواردی ارتفاع سقوط این کوبه به 40 متر رسیده است. در عمل، وزنه های دو تن تا بیست تن و با ارتفاع سقوط پنج متر تا بیست متر متداول هستند. کوبنده ها در پلان به شکل دایره و مربع نشان داده می شوند و با توجه به وزن مورد نیاز در مصالح، ابعاد هر یک به چند متر نیز می رسد. عمق موثر تراکم در روش تراکم دینامیکی معمولاً 10 الی 35 فوت است. در صورتی که این کار به صورت اصولی و درست انجام شود، ظرفیت باربری پی را می توان تا 3000 پوند بر فوت مربع با نشست قابل قبول گسترش داد. در مراحل مختلف باید در یک محل، تراکم به صورت چند مرحله مجزا با فاصله زمانی صورت پذیرد تا فرصت کافی برای محو فشار حفره ای اضافی ایجاد شده داشته باشد.


نتایج بهسازی در روش تراکم دینامیکی:


1. کاهش پتانسیل رونگرایی.

2. افزایش ظرفیت باربری.

3. کاهش نشست پذیری.

4. از بین بردن حفرات بزرگ زیر سطحی.

5. پایین آوردن تراز نهایی خاکریزها.

6. همگن سازی توده های ناهمگن.

اثرات بهسازی در روش تراکم دینامیکی
اثرات بهسازی در روش تراکم دینامیکی

نشست های کلی سطح زمین ناشی از عملیات کوبشی به شرایط اولیه توده خاک بستگی دارد که در جدول زیر ارائه شده است:

درصد نشست حاصل از روش DC
درصد نشست حاصل از تراکم دینامیکی

آسیب های ناشی از تراکم دینامیکی:

1. ارتعاشات ناشی از کوبش.

2. تغییر مکان جانبی.

آسیب های ناشی از روش تراکم دینامیکی
آسیب های ناشی از روش تراکم دینامیکی

1. ارتعاشات ناشی از کوبش:

از مشخصه سرعت بیشینه ذرات (PPV) برای محاسبه دامنه ارتعاشات ناشی از کوبش استفاده می شود که به صورت زیر ارائه شده است:

رابطه (1):

فرمول تراکم دینامیکی

PPV: سرعت اوج ذرات بر حسب میلی متر بر ثانیه.

d: فاصله از محل برخورد کوبه با زمین بر حسب متر.

H: ارتفاع سقوط کوبه بر حسب متر.

W: وزن کوبه بر حسب تن.

اثرات نامطلوب ناشی از کوبش برحسب جدول زیر مشخص می شود:

اثرات نا مطلوب ارتعاشات ناشی از کوبش
اثرات نا مطلوب ارتعاشات ناشی از کوبش در روش تراکم دینامیکی

2. تغییر مکان جانبی:

1. تغییر مکان های جانبی در توده مصالح در حین کوبش های سنگین رخ می دهد که بخشی از آن به صورت تغییر شکل دائمی در خاک باقی می ماند.

2. روش مشخصی برای پیش بینی مقادیر تغییر مکان ها وجود ندارد.

3. اگر سازه ها یا تأسیسات خطی مانند جاده، لوله های مدفون در زمین و خط آهن و … از نزدیکی نقطه پرتاب عبور کند. باید احتمال تغییر مکان های جانبی دائمی را مد نظر داشت.

4. حداکثر تغییر مکان جانبی معمولاً در اعماقی رخ می دهد که حداکثر میزان تراکم بر اثر کوبش سنگین در آن ایجاد می شود.


اختلاط عمیق


اختلاط خاک در عمق، روشی است که در آن ماده های پایدار کننده ای نظیر آهک و یا سیمان با استفاده از یک دستگاه حفار به صورت مکانیکی با خاک مخلوط می شود که این عمل در شکل زیر قابل مشاهده می باشد.

پس از آنکه مته های حفاری به عمق مورد نظر رسید، عمل تزریق مواد صورت می گیرد و همزمان در حین تزریق با بیرون کشیدن مته ها از داخل خاک، به وسیله تیغه های اختلاط، ترکیبی از خاک و مواد افزودنی به وجود می آید. انجام فرآیند اختلاط خاک موجب به وجود آمدن ستون یکنواختی با پهنای ثابت، از ماده افزودنی و خاک می گردد.

بهسازی خاک به روش اختلاط عمیق خاک
روش اختلاط عمیق

مقاومت مخلوط حاصل شده تابع عوامل زیر می باشد:


1. نوع ماده افزودنی

2. نوع خاک

3. روش اجرا


روش اختلاط عمیق برای بهسازی محدوده وسیعی از خاک های نرم غیرآلی و خاک هایی که سایر روش های بهسازی در آنها مناسب نیستند مانند سواحی شمالی، کاربردی و مناسب است.


دامنه کاربرد روش اختلاط عمیق


دامنه کاربرد روش اختلاط عمیق در شکل زیر قابل مشاهده می باشد:

بهسازی خاک به روش اختلاط عمیق در انواع خاک ها
دامنه کاربرد روش اختلاط عمیق در انواع خاک ها

انواع روش های اختلاط عمیق بر حسب تزریق مواد:


1. روش تر.

2. روش خشک.


1. روش تر:

در این روش در ایستگاه دوغاب سازی ابتدا ماده افزودنی با آب به نسبت معینی ترکیب شده و ماده ای دوغابی شکل ساخته می شود و دوغاب ساخته شده در ایستگاه تزریق به وسیله شلنگ مخصوص و پمپ به لوله های حفاری انتقال یافته و به صورت ثقلی وارد خاکی که از قبل به وسیله تیغه ها به هم خورده است می شود. این روش بیشتر در آمریکا و ژاپن مورد استفاده قرار می گیرد. ستون هایی که با این روش اجرا می شوند دارای قطری تا حدود 1.2 متر بوده و نیروی گشتاوری که برای چرخاندن تیغه ها و میله هادی لازم است تا حدود 160 کیلونیوتن متر می باشد. سرعت چرخش تیغه ها در این روش 100 تا 200 دور بر دقیقه و سرعت نفوذ به داخل خاک 50 سانتی متر بر دقیقه و دبی دوغاب تزریق شده حدود 35 تا 70 لیتر بر دقیقه است. مقدار ماده افزودنی در خاک های سست آلی برای به دست آوردن مقاومت 100 تا 150 کیلو پاسکال حدود 300 تا 400 کیلوگرم بر مترمکعب است.

2. روش خشک:

در این روش ماده با فشار هوا وارد خاک می شود و فرق آن با روش تر در این است که دیگر ماده افزودنی با آب مخلوط نمی شود. از روش خشک در خاک های سست دارای مقاومت کم و یا خاک هایی که رطوبت اولیه آنها بالا است استفاده می شود. استفاده از هوای فشرده به عنوان محیط انتقال مواد افزودنی این امتیاز را دارد که مقدار کمتری ماده افزودنی برای به دست آوردن مقاومت مورد نیاز لازم است و در نتیجه باعث کاهش هزینه های اجرا می شود. کاربرد این روش در کشورهای اسکاندیناوی و شمال اروپا می باشد. در روش خشک، قطر ستون های اجراشده از 0.5 تا 1 متر متغیر است و به همین دلیل نیروی گشتاور لازم که برای چرخاندن میله هادی و تیغه ها لازم است بین 6 تا 50 کیلو نیوتن متر و سرعت چرخش تیغه ها 120 تا 200 دور بر دقیقه می باشد. مقدار ماده افزودنی در خاک های سست آلی در روش خشک برای به دست آوردن مقاومت، در حدود 250 تا 350 کیلوگرم بر مترمکعب است.


نتایج بهسازی خاک به روش اختلاط عمیق


1. این روش به طور هم زمان نشست را کاهش و ظرفیت باربری خاک را افزایش می دهد.

2. در مواردی هزینه اجرای پروژه با این روش کمتر از هزینه اجرای آن توسط روش های دیگر است.

3. آثار نامناسب محیطی کمتری نسبت به سایر روش ها دارد.

4. تنوع زیادی در آرایش و فضای ستون ها دارد.

5. اجرا با سرعت بالا، نسبت به روش های دیگر هم از دیگر مزیت های این روش است.

6. صدای تولیدی ناچیز و ارتعاش کم از دیگر مزایای این روش است.


نتیجه گیری


پس از بیان دو روش بهسازی خاک، تراکم دینامیکی و اختلاط عمیق و نحوه اجرا و دامنه کاربرد هر روش و تراکم های حاصل از دو روش به این نتیجه می رسیم که در سواحل جنوبی کشور با توجه به نوع خاک و شرایط منطقه بهترین روش، روش تراکم دینامیکی است. اما، در سواحل شمالی با توجه به نوع خاک و شرایط زمین و نزدیک بودن به مناطق مسکونی بهترین روش بهسازی خاک، روش اختلاط عمیق است. همچنین با توجه به سطح آب بسیار بالا در سواحل شمالی که در عمق یک تا دو متری از سطح زمین قرار دارد، استفاده از روش تراکم دینامیکی با مشکلات دیگری نیز همراه خواهد بود چرا که عموماً به کارگیری این روش در مناطقی که سطح آب بالا دارند به دلیل افزایش قابل توجه فشار آب منفذی در زمان تراکم و به دلیل انرژی بالای ضربات وزنه رهاشده روی سطح خاک، خود می تواند منجر به گسیختگی خاک پیرامون محل فرود وزنه گردد.


مراجع:


میلاد ندیمی، محمدحسن کرمی، داوود یحیی محمودی،” بررسی دو روش تراکم دینامیکی و اختلاط عمیق در بهسازی بستر سواحل” هشتمین کنفرانس ملی مهندسی عمران، معماری و توسعه شهری پایدار ایران.


در زمینه بهسازی خاک بیشتر مطالعه کنید : 

در زمینه پایدارسازی گود بیشتر مطالعه کنید : 

در زمینه مطالعات ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید :

در زمینه طراحی و مشاوره ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید : 

در زمینه تخریب و خاکبرداری بیشتر مطالعه کنید : 

در زمینه ابنیه و ساختمان بیشتر مطالعه کنید : 

مطالب مرتبط :

سایر مقاله ها

روش های محاسبه ظرفیت باربری جانبی شمع (Lateral bearing capacity of pile)

در طی سالیان گذشته، محققان، روش های مختلفی را برای [...]


بیشتر بخوانید

شاخص های آسیب پذیری خاک در برابر روانگرایی (Soil liquefaction indicator)

تمامی خاک ها در برابر روانگرایی آسیب پذیر نیستند، بنابراین [...]


بیشتر بخوانید

انتقال حرارت در خاک های غیر اشباع (Heat Transfer in Unsaturated Soil)

انتقال و جریان حرارت در خاک ها با سه ساز و [...]


بیشتر بخوانید

پی های حلقه ای، صندوقه ای و پوسته ای (ring, shell & caisson foundation)

با توجه به اهمیت زیاد شالوده در پایداری سازه ها، [...]


بیشتر بخوانید