با توجه به رشد روز افزون جمعیت و کمبود زمین های مناسب جهت ساخت مسکن، نیاز به اصلاح زمین های مسئله دار بیش از پیش احساس می گردد. یکی از روش های اصلاح و بهسازی خاک های مسئله دار، روش پیش بارگذاری می باشد. به فرایند تراکم خاک زیر فشار عمودی پیش بارگذاری گفته می شود که قبل از ساخت و قرار دادن بار سازه نهایی اعمال می گردد.

 

اجرای پیش بارگذاری جهت بهسازی بستر

اجرای پیش بارگذاری جهت بهسازی بستر

 

کاربرد اصلی این روش در بهسازی خاک های رسی نرم تحکیم نیافته است که دارای ظرفیت باربری پایین بوده و برای نشست شرایط خوبی را دارند و در برابر بارهای وارده نشست بزرگی را از خود نشان می دهند. بنابراین با اعمال بار قبل از احداث سازه نهایی، نشست های مورد نظر را ایجاد می کنند تا هنگام ساخت سازه اصلی نشست زیادی ایجاد نگردد. روش پیش بارگذاری به دو روش اجرای خاکریز و یا مکش استفاده می گردد. هر کدام از این دو روش غالباً همراه با زهکش های قائم جهت افزایش سرعت تحکیم اجرا می گردند.

روش های مختلف اصلاح خاک غالباً منجر به بعضی از موارد زیر می گردد:

  • افزایش مقاومت برشی
  • کاهش تراکم پذیری
  • کاهش تراوایی خاک

نتایج اصلاح خاک ها

نتایج اصلاح خاک ها

 

انتخاب روش اصلاح خاک نیز به شرایط زیر بستگی دارد:

  • شکل زمین شناسی خاک
  • خصوصیات خاک
  • هزینه
  • منابع قرضه
  • نتایج آزمایش های قبلی

 

اثرات مثبت پیش بارگذاری و زهکش های قائم در بهسازی خاک های مسئله دار

اثرات مثبت پیش بارگذاری و زهکش های قائم در بهسازی خاک های مسئله دار

a) کاهش نشست b) کاهش هزینه ساخت شالوده c) افزایش سرعت نشست به علت اجرای زهکش های قائم

 

مبانی طراحی پیش بارگذاری

ابتدا با توجه به شرایط موجود می بایست تصمیم گیری در مورد روش پیش بارگذاری انجام گردد و سپس با توجه به نوع خاک، بار سازه نهایی و تراز آب زیرزمینی مقدار ارتفاع خاکریز یا مکش و نوع زهکش های قائم تعیین گردد.

متغیرهای اصلی در طراحی به صورت زیر هستند:

  • ارتفاع سربار
  • ‌فاصله زهکش های قائم
  • ‌مدت بارگذاری
  • ‌درجه تحکیم
  • ‌ضریب تحکیم به خاطر جریان افقی

پیش بینی مقدار و نرخ زمانی نشست به همراه زهکش های قائم نقش بسیار مهمی در طراحی پروژه های بهسازی خاک توسط پیش بارگذاری دارد. صحت پیش بینی مقدار نشست و نرخ زمانی آن، به انتخاب درست متغیرهای خاک و قضاوت مهندسی بستگی دارد.

 

 

روش های مختلف پیش بارگذاری

۱) پیش بارگذاری به وسیله خاکریز

این روش، ساده ترین روش پیش بارگذاری می باشد. با اعمال بار بر روی خاک، ابتدا بار به آب منفذی اعمال می گردد و در صورت پایین بودن نفوذپذیری، فشار آب منفذی به تدریج کاهش می یابد. گاهی اوقات جهت تسریع در کاهش فشار منفذی از زهکش های قائم استفاده می گردد. معمولاً خاکریزها ۳ تا ۱۰ متر ارتفاع دارند و ۱ تا ۳ متر نشست ایجاد می کنند.

پیش بارگذاری به وسیله خاکریز فقط باعث نشست خاک زیر سطحی نمی شود، بلکه باعث جابجایی و تغییر مکان جانبی به سمت بیرون نیز می شود. این تغییر مکان جانبی اصولاً به خاطر تنش های برشی ایجاد شده توسط بار خاکریز است و اگر این تنش های برشی بزرگ باشند باعث شکست برشی خاک زیرین می شوند.

 

پیش بارگذاری به وسیله خاکریز با زهکش های قائم

پیش بارگذاری به وسیله خاکریز با زهکش های قائم

 

۲) پیش بارگذاری توسط خلأ یا ایجاد مکش

پیش بارگذاری توسط روش خلأ در شرایط زیر مناسب و عملی می باشد:

  • فراهم کردن خاک برای احداث خاکریز ممکن نیست.
  • فراهم کردن خاک برای احداث خاکریز منوط به صرف هزینه بسیار بالایی می باشد.
  • در جاهایی که خاک بستر آن قدر نرم باشد که حتی قرار دادن خاکریزی به ارتفاع ۱/۵ متر باعث ایجاد مسائل پایداری شود.

سربار اعمالی این روش با فشار جایگزین می گردد. فشار منفی (مکش) توسط پمپ خلأ ایجاد می شود که باعث افزایش تنش مؤثر و در نتیجه افزایش سرعت تحکیم می گردد. این روش گاهی اوقات با زهکش های قائم ترکیب می شود. ضمناً یک لایه زهکش ماسه ای در بالای سطح خاک وجود دارد.

در این روش، تحکیم به صورت همگن اتفاق می افتد و باعث تغییر مکان جانبی به سمت داخل می گردد. این نوع تغییر مکان باعث ایجاد ترک هایی در اطراف سطح بهبود یافته می گردد. اما معمولاً منجر به شکست نمی شود.

 

سیستم خلأ در روش پیش بارگذاری توسط ایجاد مکش

سیستم خلأ در روش پیش بارگذاری توسط ایجاد مکش

 

زهکشی مناسب در پیش بارگذاری

 

‌علت استفاده از زهکش های عمودی

نفوذپذیری کم خاک های رسی، زمان نشست تحکیمی را بالا می برد. جهت افزایش سرعت تحکیم از زهکش های قائم در روش های پیش بارگذاری استفاده می گردد. فرآیند سرعت تحکیم بدین صورت است:

۱) فشار خاکریز یا فشار منفی در روش خلأ باعث ایجاد گرادیان هیدرولیکی شده و آب به صورت افقی سمت زهکش های عمودی جریان می یابد. علت این امر این است که نفوذپذیری خاک های رسی در جهت افقی بیش از جهت عمودی است.

۲) آب وارد زهکش های قائم شده و به سمت زهکش افقی یا لایه نفوذپذیر حرکت می کند.

در حقیقت زهکش های قائم با کوتاه کردن مسیر زهکشی سرعت فرآیند تحکیم را افزایش می دهند.

 

اثر زهکش های قائم در کوتاه کردن مسیر زهکشی در روش پیش بارگذاری

اثر زهکش های قائم در کوتاه کردن مسیر زهکشی در روش پیش بارگذاری

 

فواید این زهکشی سریع عبارتند از:

  • افزایش مقاومت خاک
  • پذیرش بار جدید توسط خاک
  • جلوگیری از گسیختگی خاک در طی اجرای خاکریز

فواید سرعت بخشیدن به زهکشی توسط زهکش های قائم در روش پیش بارگذاری

 

فواید سرعت بخشیدن به زهکشی توسط زهکش های قائم در روش پیش بارگذاری

 

 

انواع زهکش های قائم در روش پیش بارگذاری

  • زهکش های پیش ساخته: دارای یک هسته پلاستیکی با یک کانال طولی فیتیله ای به عنوان زهکش و یک آستر کاغذی از مواد لیفی که مثل یک فیلتر از هسته محافظت می‌کند، می باشد. این زهکش به داخل زمین هول داده شده یا کوبیده می شود. نصب این زهکش ها توسط مندرال (mandrel‌) می باشد که دست خوردگی کمی ایجاد می کند.
  • زهکش های ماسه ای: باعث به هم خوردگی زیاد خاک در موقع نصب و در نتیجه کاهش مقاومت آن می شود.

 

مراحل نصب زهکش های قائم به وسیله مندرال

مشخصات زهکش های پیش ساخته قائم

‌۱) ظرفیت دبی مناسب

هدف استفاده از زهکش های پیش ساخته خارج کردن فشار آب اضافی از خاک و انتقال آن به محلی دیگر است. بنابراین ظرفیت بالای زهکش قائم در بهتر شدن عملکرد آن مؤثر است. وقتی آب وارد زهکش می شود به دلایل مختلفی ممکن است جریان کاهش پیدا کند. ظرفیت دبی به موارد زیر بستگی دارد:

  • ‌تنش تحکیمی

با افزایش مقدار تنش وارده به خاک (تنش تحکیمی) فیلتر به داخل شیارها یا شبکه زهکشی وارد شده و باعث کاهش سطح مقطع جریان ورودی به زهکش شده و این کاهش سطح به نوبه خود ظرفیت زهکش را کاهش می دهد.

  • ‌تغییر شکل زهکش

تحکیم خاک اطراف زهکش ممکن است باعث تغییر شکل زهکش (خمیدگی و شکست) داخل خاک شود و ظرفیت زهکشی را پایین آورد.

  • ‌فشار جانبی خاک

به علت فشار جانبی خاک ممکن است فیلتر به داخل زهکش فرو رفته و در اثر کاهش سطح در دسترس جریان، ظرفیت یا دبی زهکشی کاهش یابد.

  • ‌زمان

با گذشت زمان به علت فعالیت های شیمیایی و بیولوژیکی در خاک (بعد از نصب زهکش ها) ظرفیت دبی زهکش ها کاهش می یابد.

  • ‌گرفتگی زهکش

در فرایند فیلتراسیون، اگر منافذ فیلتر به اندازه ای بزرگ باشند، ممکن است همراه جریان ذرات ریز خاک نیز منتقل شود. این ذرات اگر در هسته نشست کنند باعث گرفتگی زهکش و کاهش دبی زهکشی می شوند.

  • ‌گرادیان هیدرولیکی

دبی زهکشی با گرادیان هیدرولیکی مختلف تغییر می کند. وقتی گرادیان هیدرولیکی زیاد باشد، تلاطم جریان بیشتر شده و انرژی کاهش می یابد. در نتیجه ظرفیت زهکشی کم می‌شود.

  • ‌دما

با افزایش درجه حرارت، جریان آب سریع‌تر شده و ظرفیت زهکشی افزایش می یابد.

 

نمونه ای از زهکش های قائم (زهکش حصیری)

‌۲) نصب زهکش‌

  • ‌نصب با فشار

ماشین‌های زیادی با هول دادن مندرال به داخل خاک، زهکش را در خاک نصب می کنند. این ماشین ها با استفاده از یک کابل فولادی مندرال را داخل خاک فشار می دهند که توسط جرثقیل یا یک چکش حرکت می کند.

  • ‌نصب به وسیله لرزش

ویبراتورهای مختلف می تواند در مرکز مندرال یا در جای دیگر آن نصب شود. مندرال های هیدرولیکی و الکتریکی به طور گسترده در این روش نصب استفاده می شوند. یکی از ضعف های مندرال های الکتریکی روشن و خاموش شدن های مکرر مندرال است. یکی از مزیت های استفاده از ویبراتور قابلیت نفوذ آن در لایه های سخت است.

 

در زمینه بهسازی خاک بیشتر مطالعه کنید : 

 

در زمینه مطالعات ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید :

 

در زمینه تخریب و خاکبرداری بیشتر مطالعه کنید : 

 

در زمینه پایدارسازی گود بیشتر مطالعه کنید : 

 

در زمینه طراحی و مشاوره ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید : 

 

در زمینه ابنیه و ساختمان بیشتر مطالعه کنید : 

 

مطالب مرتبط :