روانگرایی خاک به شرایطی اطلاق می شود که خاک ظرفیت باربری خود را از دست می دهد و مانند یک سیال عمل می کند. در خاک های دانه ای که چسبندگی در خاک وجود ندارد و مقاومت خاک صرفا از طریق اتصال ذرات جامد خاک و اصطکاک بین این ذرات ایجاد می شود هنگامی که به دلیل یک بار لرزه ای مانند زلزله که در مدت زمان کوتاهی به خاک وارد می شود فشار آب حفره ای در خاک ماسه ای اشباع بالا برود و فرصتی برای زهکشی خاک ایجاد نشود تنش موثر خاک به سمت صفر رفته و خاک مقاومت خود را از دست می دهد. در این مقاله به بررسی پدیده روانگرایی خاک و روش های مقابله با روانگرایی خاک (Liquefaction Mitigation) پرداخته می شود.
تا کنون روانگرایی ناشی از زلزله باعث خسارات شدیدی به سازه ها شده است و خرابی های گسترده ای را به بار آورده است به همین جهت لازم است تا روش هایی برای بهسازی خاک های مستعد روانگرایی ارائه شود. به طور عمومی برای مقابله با روانگرایی خاک باید عوامل ایجاد روانگرایی را از بین برد. به بیان دیگر می توان با از میان بردن فشار آب حفره ای خاک و یا با افزایش مقاومت خاک، به مقابله با روانگرایی خاک پرداخت. از همین رو از روش های بهسازی خاک در برابر روانگرایی می توان به تعویض خاک مستعد روانگرایی با خاک مناسب، تراکم خاک، تزریق دوغاب، استفاده از ستون های سنگی و زهکشی خاک اشاره کرد.
مخاطرات ژئوتكنيكی در حين زلزله
در هنگام وقوع زمین لرزه علاوه بر احتمال آسیب به سازه که به دلیل بارهای دینامیکی ایجاد می شود، ممکن است خاک زیر سازه نیز دچار مشکل شود. معمولا در هنگام روانگرایی با نشست های قابل توجه در سازه، لغزش شیروانی، گسیختگی خاک و جوشش ماسه مواجه می شویم. در برخورد با خاک مستعد روانگرایی می توان به سه شیوه عمل کرد.
- ساخت سازه های مقاوم در برابر روانگرایی
- بهسازی خاک
- دوری از خاک های مستعد روانگرایی
روش های بهسازی خاک برای مقابله با پدیده روانگرایی خاک
شناوری لرزه ای (Vibroflotation)
روش شناوری لرزه ای باعث تراکم خاک های ماسه ای سست می شود. شیوه ی انجام آن با وارد کردن یک راد در حال لرزش به صورت افقی درون خاک است. هنگام ورود راد به خاک از انتهای آن آب با فشار به آن تزریق می شود. لرزش ایجاد شده و فشار آب باعث خرد کردن ذرات درشت خاک می شود. ذرات خرد شده با استفاده از ویبره ی اعمالی متراکم شده و در نهایت چگالی خاک افزایش می یابد.
تراكم دینامیکی (Dynamic Compaction)
روش‌های مبتنی بر تراكم به منظور بالا بردن مقاومت خاک و متراكم كردن خاک ماسه‌ای با استفاده از ضربه توسط سقوط چکش و ارتعاش، به طور گسترده‌ای مورد استفاده قرار می‌گيرد. با اعمال ضربه به خاک، روانگرایی موضعی در قسمت هایی از خاک ایجاد می شود که با کمک آن می توان باعث زهکشی خاک و متراکم شدن خاک شد.
استهلاک فشار آب منفذی (Drainage Techniques)
از آنجایی که فشار آب حفره ای نقش اساسی در ایجاد روانگرایی ایفا می کند، در صورت از بین بردن اضافه فشار منفذی حین زلزله، می توان از ایجاد روانگرایی جلوگیری کرد.
به همین منظور با استفاده از زهکش های شنی، ماسه ای، مصالح مصنوعی و لرزه ای می توان اضافه فشار آب حفره ای ایجاد شده حین زلزله را از بین برد. در صورت استفاده از زهکش های ساخته شده با مواد مصنوعی می توان آن ها را در زوایای مختلفی استفاده کرد که این موضوع برای زهکش های شن، ماسه و لرزه ای امکان پذیر نیست واین زهکش ها غالبا به صورت عمودی اجرا می شوند.
ستون های سنگی (Stone Columns)
با استفاده از اجرای ستون های سنگی (ستون های شنی) در خاک مستعد روانگریی می توان از دو عامل برای بهسازی خاک استفاده کرد. عامل اول ایجاد ستون های سنگی است که باعث افزایش سختی و مقاومت خاک می شود و افزایش مقاومت را به همراه دارد. عامل دوم ایجاد ستون های زهکش است. به دلیل وجود حفره هایی درون ستون های سنگی هنگام افزایش فشار آب حفره ای، ستون های سنگی باعث زهکشی آب و در نتیجه از بین بردن امکان روانگرایی می شوند. ستون های سنگی می توانند همراه با غلاف های فلزی نیز اجرا شوند. این غلاف ها در خاک کوبیده می شوند، سپس شن به داخل غلاف ریخته شده و با چکش کوبیده می شود. در انتها غلاف از درون خاک بیرون کشیده می شود.
شمع های تراکمی (Compaction Piles)
استفاده از شمع های تراکمی یکی از روش های بسیار اثرگذار می باشد. شمع های تراکمی معمولا از بتن یا چوب پیش تنیده ساخته می شوند. نصب شمع های تراکمی باعث متراکم شدن و مسلح سازی خاک می شود.
اختلاط عمیق (Deep Soil Mixing)
روش اختلاط عمقی خاک باعث بهبود خصوصیات مهندسی خاک می شود. برای اجرای روش اختلاط عمیق، گمانه هایی در خاک ایجاد شده و سپس با تزریق به روش خشک یا تر و ترکیب مواد چسباننده مانند سیمان، ستون هایی با مقاومت مناسب در خاک شکل می گیرد.
تزریق تراکمی (Compaction Grouting)
تزریق تراکمی روشی است که در آن با تزریق آرام آب، ماسه، سیمان، بنتونیت و ترکیبات رسی احجام حباب شکلی در خاک ایجاد می شود که باعث افزایش تراکم و چگالی خاک می شوند. روش تزریق تراکمی یکی از روش های مورد استفاده برای بهبود خاک زیر پی ساختمان موجود می باشد زیرا می توان تزریق را در زوایای مختلفی زیر پی انجام داد.
تزریق نفوذی (Permeation Grouting)
در این روش یک سیال با ویسکوزیته ی پایین به درون خاک تزریق می شود. هدف این کار پر کردن حفره های موجود در خاک و آب بند کردن خاک است. هنگام اجرای این روش قسمت هایی از خاک به صورت موضعی دچار تراکم می شوند و در نتیجه خطر روانگرایی کاهش می یابد.
پایدارسازی غیر فعال (Passive Site Stabilization)
این روش یک روش غیر مخرب در پایدارسازی و از بین بردن پتانسیل روانگرایی خاک است. در این روش از مصالحی مانند سیلیس کولوئیدی استفاده می شود که به آرامی در خاک تزریق می شود. با استفاده از چاه های تزریق در اطراف سایت، مصالح به خاک تزریق شده و به دلیل وجود جریان آب زیر زمینی، در لایه ی خاکِ با پتانسیل روانگرایی پخش می شود. این مصالح غیر سمی بوده و در خاک به صورت ژل دائمی شکل می گیرد که باعث افزایش مقاومت خاک در برابر جابجایی ذرات و افزایش مقاومت برشی می شود.
تکنولوژی زیستی (Microbial Geotechnology)
در این روش با استفاده از روش های زیستی، پارامترهای مهندسی خاک بهبود داده می شوند. سه روش اصلی بهسازی خاک با این روش استفاده از سیمانتاسیون زیستی (Biocementation) ، مسدود سازی زیستی (Bioclogging) و گازهای زیستی (Biogas) می باشد. در روش سیمانتاسیون زیستی ذرات خاک به هم متصل می شوند تا مقاومت برشی خاک افزایش یافته و ظرفیت باربری خاک بهبود یابد. برای انجام این کار مواد مغذی و میکرو ارگانیسم هایی به خاک تزریق می شود. سپس زنجیره ای از فعالیت های شیمیایی در خاک باعث تشکیل ژل و چسباندن ذرات خاک به یکدیگر می شود.
در روش مسدود سازی زیستی با استفاده از میکروارگانیسم ها حفرات موجود در خاک پر می شود تا به این وسیله نفوذپذیری و رسانایی هیدرولیکی محیط کاهش یابد.
در روش بیوگاز با استفاده از فعالیت های میکروبی حباب های ریز هوا درون آب موجود در خاک ایجاد می شود تا با این روش مقاومت ماسه در برابر روانگرایی افزایش یابد و نفوذپذیری خاک کاهش یابد.
در مقایسه با روش های تزریق مواد شیمیایی که معمولا هزینه بر هستند و به محیط زیست آسیب می رسانند، روش های زیستی، مناسب برای محیط زیست هستند. از آن جایی که فعالیت های زیستی پیچیده هستند لازم است تا از این روش ها با توجه به شرایط خاص محیطی و خاک استفاده شود.
ایجاد محیط اشباع جزئی (Induced Partial Saturation Technique)
در این روش با استفاده از تزریق ژل شیمیایی در محیط اشباع، حباب های هوا ایجاد می شود تا درجه ی اشباع خاک پایین بیاید که در نتیجه ی آن مقاومت و تراکم پذیری خاک افزایش یافته و از وقوع روانگرایی جلوگیری می شود.
جايگزينی خاک (Soil Replacement)
در روش جایگزینی، مصالح مستعد روانگرایی با خاک مناسب تعویض می شوند. از آنجایی که معمولا این روش نیاز به تعویض خاک در ابعاد وسیع دارد و باعث محدودیت هایی می شود، روش متداولی نیست.
پايين آوردن سطح آب زيرزمينی (Lowering of the Ground Water Table)
می توان با پایین نگه داشتن سطح آب زیر زمینی توسط پمپاژ آب، مانع از وقوع روانگرایی شد. اما از آن جایی که با بارش برف و باران در فصول مختلف، سطح آب زیرزمینی می تواند تغییر کند و نیاز دائم به پمپاژ آب می باشد، این روش نیز برای بلند مدت روش متداولی نیست.
ساخت سازه های مقاوم در برابر روانگرایی خاک
اگر ساخت سازه بر روی خاک با پتانسیل روانگرایی ضرورت داشته باشد لازم است تا تمهیداتی برای طراحی سازه اندیشیده شود تا بتوان از بروز خسارت جلوگیری کرد به مقابله با پدیده روانگرایی خاک پرداخت.
سازه لازم است دارای شکل پذیری بالایی باشد تا بتواند خود را با نشست های ایجاد شده ناشی از روانگرایی تطبیق دهد. برای پی سازه لازم است تا تمهیداتی اندیشیده شود تا از بروز نشست های تفاضلی جلوگیری شود. برای دست یابی به این اهداف می توان شرایط زیر را در نظر گرفت.
جنبه های مورد بررسی برای پی های سطحی
لازم است تا تمام عناصر و اجزای پی های سطحی به خوبی به یکدیگر متصل شده باشند تا در هنگام جابجایی و نشست، رفتار یکپارچه ای داشته باشند. این کار باعث کاهش تنش های برشی اعمال شده به اجزای سازه ای می شود. در استفاده از پی های گسترده در خاک با پتانسیل روانگرایی، توصیه می شود تا در صورت روانگرایی بخشی از خاک، مقاومت پی توسط قسمت های دیگر زمین که روانگرا نشده است تامین گردد. لازم است اجزای دفن شده در زیر خاک مانند لوله های آب با اتصالات شکل پذیر اجرا شوند.
جنبه های مورد بررسی در پی های عمیق
پدیده روانگرایی خاک می تواند باعث ایجاد نیروهای جانبی بزرگی بر روی شمع شود. شمعی که در یک لایه خاک سست با پتانسیل روانگرایی و یک لایه خاک سخت اجرا می شود در صورتی که خاک سست روانگرا شود لازم است تا بارهای قائم و ممان های خمشی را تحمل کند. مقاومت مورد نیاز می تواند توسط شمع های با قطر بزرگتر و یا آرماتورهای بیشتر تامین شود. ارتباط بین شمع و سرشمع باید با قابلیت شکل پذیری همراه باشد تا در صورت دوران سازه، آسیبی نبیند.
دوری از خاک مستعد روانگرایی
در صورت امکان بهتر است بر روی خاکی که با ضوابط موجود مستعد روانگرایی است پروژه ای احداث نشود. ضوابط بررسی پتانسیل روانگرایی خاک به شرح زیر است:
- ضوابط تاریخی: یکی از ضوابط مورد استفاده برای بررسی پتانسیل روانگرایی خاک استفاده از داده های زمانی است. در صورتی که در گذشته در محیطی که محل احداث پروژه است روانگرایی اتفاق افتاده باشد و یا در شرایط مشابهی روانگرایی دیده شده باشد امکان وقوع مجدد روانگرایی وجود دارد.
- ضوابط زمین شناسی: مشخصات زمین شناسی خاک مورد نظر بر روی پتانسیل روانگرایی بسیار اثرگذار است. خاک های اشباع بادی و آبرفتی، خاک های مستعد روانگرایی هستند. در این نوع خاک ها به علت نحوه ی شکل گیری، خاک دارای ذرات یک اندازه است که در حالت سستی بر روی هم قرار گرفته اند. به علت سست بودن خاک، تمایل برای تراکم در خاک بالا است و این تمایل می تواند باعث افزایش فشار آب حفره ای و کاهش مقاومت برشی خاک شود.
- ضوابط دانه بندی: در خاک های با دانه بندی یکنواخت احتمال وقوع روانگرایی بیشتر از خاک هایی با بازه وسیع تری از ذرات است. هنگامی که خاک از ذرات با اندازه های متفاوتی تشکیل شده باشد، ذرات کوچکتر در حفره های موجود بین ذرات بزرگتر قرار می گیرند و این خاک تمایل کمتری به تراکم دارد و احتمال وقوع روانگرایی در آن کم است. از طرفی هر قدر اصطکاک بین ذرات خاک بیشتر باشد احتمال وقوع روانگرایی کمتر است به همین دلیل خاک های با ذرات تیز گوشه پتانسیل روانگرایی کمتری نسبت به خاک هایی با ذرات گرد گوشه دارند.
در زمینه مطالعات ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید :
- مطالعات خاک یا مطالعات ژئوتکنیک چیست؟ (Site Investigation)
- مطالعات لرزه خیزی چیست؟ (Seismicity studies)
- ژئوفیزیک (Geophysics)
- زمین شناسی (Geology)
- آزمایش سه محوری خاک (Triaxial Compression Test)
- انواع آزمایش های المانی بررسی رفتار روانگرایی خاک ها Different Types of Element Test for Soil) Liquefaction Assessment)
- روانگرایی خاک (Soil Liquefaction)
- روش های مقابله با روانگرایی خاک (Soil Liquefaction Mitigation)
در زمینه پایدارسازی گود بیشتر مطالعه کنید :
- ساخت از بالا به پایین یا تاپ دان چیست؟ (Top-Down Construction)
- نیلینگ یا میخ کوبی دیواره چیست؟ (Soil Nailing)
- انکراژ یا مهارگذاری خاک چیست؟ (Soil Anchorage)
- مهارمتقابل یا استرات چیست؟ (Braced Excavations – Struts)
- سازه نگهبان خرپایی چیست؟ (Truss Retaining Structure)
- خاک مسلح یا ژئوسنتتیک چیست؟ (Geosynthetict)
- سپرکوبی چیست؟ (Sheet Pile)
- دیوار دیافراگمی یا دیوار دوغابی چیست؟ (Diaphragm walls – Slurry walls)
- دیوار برلنی یا دیوار سولجر پایل چیست؟ (Berlin wall – Soldier Pile and Lagging System)
- زهکشی و آب بندی در گودبرداری چیست؟ (Drainage- Dewatering & Waterproofing )
- نقشه برداری یا مهندسی نقشه برداری چیست؟ (Surveying)
- پایش گود یا مانیتورینگ چیست؟ (Monitoring)
- دستورالعمل بهداشت، ایمنی و محیط زیست چیست؟ (HSE)
- آموزش گام به گام نقشه خوانی انواع روش های پایدارسازی و گودبرداری
در زمینه طراحی و مشاوره ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید :
- معرفی نرم افزار Plaxis
- معرفی نرم افزار GEOSLOPE
- معرفی نرم افزار AutoCAD
- معرفی نرم افزار ETABS
- معرفی نرم افزار SAP2000
- معرفی نرم افزار SAFE
- معرفی نرم افزار ABAQUS
- معرفی نرم افزار FLAC
- معرفی نرم افزار MIDAS
در زمینه بهسازی خاک بیشتر مطالعه کنید :
- تزریق پر فشار یا جت گروتینگ چیست؟ (Jet Grouting)
- ریزشمع یا میکروپایل چیست؟ (Micropile & Underpinning)
- پیش بارگذاری چیست؟ (fill surcharge preloading method)
- مطالعات خاک یا مطالعات ژئوتکنیک چیست؟ (Site Investigation)
- اختلاط عمیق خاک یا DSM چیست؟ (Deep Soil Mixing)
- تراکم دینامیکی یا DC چیست؟ (Dynamic Compaction)
- ستون شنی ارتعاشی یا تراکم ارتعاشی چیست؟ (Vibro Stone Column)
- شمع ساختمان ، طراحی و اجرای شمع بتنی و شمع فلزی (Concrete Pile , Steel Pile)
در زمینه تخریب و خاکبرداری بیشتر مطالعه کنید :
- مهندسی تخریب ساختمان (Destruction Engineering)
- خاکبرداری چیست؟ (Excavation)
- رمپ و جمع آوری رمپ در گودبرداری (Ramp removal excavation)
- گودبرداری و خاکبرداری دو عملیات متمایز از یکدیگر
- گودبرداری غیر اصولی (Unprincipled Building Excavation)
- گودبرداری چیست؟ و اصول اجرای گودبرداری های ساختمانی (Excavation)
در زمینه ابنیه و ساختمان بیشتر مطالعه کنید :
- ساخت و ساز ابنیه و ساختمان (Building & Structure)
- قرارداد مشارکت در ساخت (Construction participation contract)
- نظارت بر اجرای پروژه های عمرانی (Construction Supervision)
- مشاوره ساختمانی (Construction consulting)
- مدیریت پیمان (Management Contracting)
- مدیریت طرح (Construction Management)
- انواع سیستم های سازه ای (Structural System)
- مدیریت پروژه های عمرانی (Project Management)
- آیین نامه ی ۲۸۰۰ ، طراحی ساختمان ها در برابر زلزله
مطالب مرتبط :
