برای انجام آزمایشات میدانی پیرامون مطالعه تجربی برای افزایش دقت پیش‌بینی قطر ستون جت گروتینگ و کارایی در ماسه از زمینی در منطقه ساحلی بندر آستارا (ایران، دریای خزر) استفاده شد. شکل 1 مشخصات ژئوتکنیکی و خصوصیات معمولی زیر خاک را نشان می دهد. زمین از چهار لایه خاک از 0.0 تا 15 متر تشکیل شده است.
1. مواد و روش
1.1 خصوصیات خاک
لایه بندی خاک:
– ماسه سیلتی (از 0.0 تا 8.5 متر)
– سیلت (از 8.5 تا 9.5 متر)
– ماسه سیلتی (از 9.5 تا 11 متر)
– خاک رس با پلاستیسیته کم (از 11.0 تا 15.0 متر)
آزمایشات میدانی در مقیاس کامل و مقیاس کوچک در عمق 1.0 متر تا 2.5 متر در لایه ماسه سیلتی انجام شد. خصوصیات فیزیکی خاک مرتبط با ناحیه تزریق جت در جدول 1 ارائه شده است. همین خاک برای آزمایشات در مقیاس کوچک که در آزمایشگاه انجام شد، استفاده شد.
2.1 خصوصیات دوغاب
سیمان پرتلند نوع II و آب آشامیدنی در دوغاب سیمان استفاده شد. اگرچه ادبیات فنی نسبت آب به سیمان (w/c) 0.6-1.25 را برای سیستم تزریق جت تک سیال نشان می دهند، نسبت 1 برای w/c اغلب در پروژه ها استفاده می شود. در مطالعه حاضر، نسبت w/c برابر 1 برای همه آزمون ها اعمال شد.
3.1 برنامه آزمون
برای بررسی سیستماتیک تأثیر متغیرهای عملیاتی بر قطر ستون جت گروتینگ و کارایی عناصر تزریق جت ساخته شده در ماسه سیلتی، یک برنامه آزمایشی همان طور که در جدول 2 توضیح داده شده طراحی شد.
برنامه آزمایش ستون جت گروتینگ شامل 26 آزمایش در مقیاس کوچک در میدان و آزمایشگاه با تغییر فاصله زمانی در هر مرحله (Δt)، سرعت چرخشی (ω)، مرحله بالا آمدن (Δs)، فشار دوغاب (P) و سرعت جریان دوغاب (Q ) و همچنین 9 آزمایش میدانی در مقیاس کامل بود که برای تأیید روند نتیجه حاصل از آزمایش های مقیاس کوچک انجام شد.
از آنجایی که متغیرهای اجرایی در طول ساخت هر ستون جت گروتینگ تکرار شد، برخی از عناصر تنها در سه مرحله برای صرفه جویی در زمان ساخت انجام شدند، بنابراین برخی از عناصر دیسکی شکل ساخته شدند که عناصر “دیسک تزریق جت” نامیده می شدند. شکل 2 چند دیسک در مقیاس کوچک ساخته شده در آزمایشگاه را نشان می دهد و دیسک های مقیاس کامل را می توان در شکل 3 مشاهده کرد که در بخش های بعدی ارائه خواهد شد.
ستون ها و دیسک های ساخته شده برچسب گذاری شدند تا امکان ارزیابی دقیق اثر پارامترهای عملیاتی بر قطر و کارایی ستون های جت گروتینگ را فراهم کنند. برای مثال، عنصر جت گروت شده در مقیاس کوچک C-10-5-10-5.5-5.2 ستونی بود که با سرعت چرخش 10 r/min، فاصله زمانی 5 ثانیه در هر مرحله و 10 میلی متر گام بلند کردن با فشار دوغاب 5.5 بار و سرعت جریان دوغاب 5.2 لیتر در دقیقه ساخته شده بود. بنابراین، در نام C-10-5-10-5.5-5.2،” C” نشان دهنده شکل عنصر (ستون یا دیسک)، اولین “10” نشان دهنده سرعت چرخش، “5” نشان دهنده فاصله زمانی در هر مرحله، “10” دوم نشان دهنده مرحله بلند کردن، “5.5” نشان دهنده فشار” 5.2” نشان دهنده نرخ خروج گروت است.
4.1 نصب عناصر جت گروتینگ در مقیاس کوچک
یک ترانشه (3.5 * 2 متر) در عمق 1.5 متری سایت برای نصب عناصر کوچک مقیاس در عمق مشابه با عمق عناصر در مقیاس کامل ساخته شد که در آن چگالی نسبی و رطوبت ماسه سیلتی به ترتیب %90 و %27 بود. آزمایش های میدانی در مقیاس کوچک با فاصله قابل قبول 50 سانتی متر (از مرکز به مرکز) انجام شد. این فاصله سه برابر بیشتر از قطر متوسط برخی از ستون های اولیه جت گروتینگ (15 سانتی‌متر) است که برای جلوگیری از تأثیر ویژگی های ستون (مانند رطوبت و تراکم) بر ستون های مجاور ساخته شده اند. شکل 4 ستون های در مقیاس کوچک در معرض نمایش را در میدان نشان می دهد.
دیسک های تزریق جت در مقیاس کوچک در آزمایشگاه با استفاده از سلول آهنی استوانه ای 10*500*550 میلی متر (ارتفاع، قطر، ضخامت) با مرز صلب ساخته شد. خاک مدل، ماسه سیلتی مرطوب آستارا با رطوبت 27 درصد به صورت لایه هایی به ضخامت 5 سانتی متر ریخته شد. هر لایه با استفاده از یک وزنه 7 کیلوگرمی متراکم شد تا به چگالی نسبی مشابه با محل به دست آید.
2. نتایج و بحث
1.2 اثر فاصله زمانی در هر مرحله و سرعت چرخش
دو مورد از مهمترین متغیرهای عملیاتی در روش جت گروتینگ، فاصله زمانی در هر مرحله (Δt) و سرعت چرخش (ω) هستند. در این مطالعه 15 ستون جت گروتینگ در مقیاس کوچک برای بررسی تأثیر این متغیرها بر قطر و بازده بهسازی ساخته شد. علاوه بر این، 9 دیسک در مقیاس کامل برای ارزیابی دقت روندهای حاصل ایجاد شد. برای اندازه گیری قطر ستون های در مقیاس کوچک، آنها را روی کاغذ گراف 400*550 میلی متر با شبکه های 1*1 سانتی متر قرار دادند. سپس قطرها در پنج سطح نسبت به بالای ستون (15-، 20-، 25-، 30-، 35- سانتی متر) اندازه گیری شد. قطر دیسک های تمام مقیاس با اندازه گیری محیط آنها در قطور ترین نقطه به دست آمد.
شکل 5 و 6 نمونه ستون های مقیاس کوچک را به ترتیب با مقادیر مختلف ω و Δt نشان می دهد. توجه داشته باشید که عناصر تزریق جت، بر خلاف شمع ها و ستون های اختلاط عمیق، دارای بی نظمی های دلخواه در اشکال هندسی خود هستند که مربوط به روش کار است، بنابراین بی نظمی هایی که در این ستون های مقیاس کوچک مشاهده می شود، قابل انتظار است.
اول از همه، بررسی کنیم که روش پرکاربرد ارائه شده توسط شن و همکاران در سال 2013 می تواند قطر عناصر تزریق جت ساخته شده با مقادیر مختلف ω و Δt را پیش بینی کند، قطرهای اندازه گیری شده عناصر در مقیاس کامل و مقیاس کوچک با آنهایی که با استفاده از روش محاسبه شده مقایسه شدند. شکل 7 نسبت قطر اندازه گیری شده به قطر محاسبه شده با استفاده از رابطه 1 در برابر ω را برای آزمون های کامل و مقیاس کوچک در میدان را نشان می دهد. مشاهده می شود که نسبت قطر اندازه گیری شده به قطر محاسبه شده با افزایش ω کاهش می یابد به طوری که در ω=10 r/min، ω=25 r/min و ω=40 r/min، این نسبت به ترتیب 0.91-1.03، 0.78-0.85 و 0.73-0.80 بود. معادله ای به دست آمد که سرعت چرخش را به نسبت قطر اندازه گیری شده به قطر محاسبه شده مرتبط می کند، همانطور که در رابطه 2 نشان داده شده است.
که در آن D0 قطر محاسبه شده ستون، η ضریب کاهش محاسبه کننده زمان تزریق، xL فاصله فرسایشی نهایی و D r قطر مانیتور است.
همانطور که در شکل 8 مشاهده می شود، روش معرفی شده توسط شن و همکاران در سال 2013 قطر ستون های تزریق جت ساخته شده در سرعت های دورانی پایین تر( ω = 10 rpm) را کاملاً دقیق تخمین می زند، اما به نظر می رسد این روش تأثیر سرعت دورانی بر قطر ستون را به طور کامل در سرعت های چرخشی بالاتر در نظر نمی گیرد. برای در نظر گرفتن تفاوت بین قطر ستون های ساخته شده در سرعت های چرخشی پایین تر و بالاتر، می توان معادله 1 را برای ستون‌های ساخته شده در ماسه سیلتی اصلاح و بازنویسی کرد، به شرح زیر:
شکل 8 قطر اندازه‌گیری شده ستون‌های مقیاس کوچک ایجاد شده در فواصل زمانی(Δt) در هر مرحله 2، 5، 8، 10، 13 ثانیه و سرعت‌های چرخشی(ω) 10، 25، 40 r/min را مقایسه می کند و همچنین قطر محاسبه شده ستون ها را با استفاده از روش پیشنهادی شن قبل و بعد از اصلاح نشان می‌دهد.
همانطور که مشاهده شد، در ابتدا با گذشت زمان قطر افزایش یافت، اما سرعت افزایش، کاهش یافت و با ادامه فرآیند تزریق جت، قطر نسبتاً ثابت باقی ماند، بنابراین به نظر می رسد که هر خاکی دارای فاصله فرسایشی نهایی خاص است.
وقتی ω افزایش یافت، قطر کاهش یافت. این نتیجه را می توان این گونه توجیه کرد که با توجه به اینکه با مخلوط خاک و دوغاب یک ساختار شبه سیال تشکیل می شود و قسمت هایی از این توده در جهت جت حرکت می کند، بنابراین سرعت رزوه ها در نزدیکی خط جت و بر این اساس انرژی جت در اثر برخورد با خاک کاهش می یابد. هر چه مقدار دوغاب تزریقی افزایش یابد، ویسکوزیته ساختار شبه سیال بیشتر می شود، بنابراین فرسایش پذیری ناحیه اطراف به شدت کاهش می یابد. در نتیجه، ستون هایی که با سرعت های چرخشی پایین تر ایجاد شده اند، به دلیل افزایش غلظت در چرخش های اولیه که ویسکوزیته ساختار شبه سیال کم است، قطر بیشتری به دست آوردند.
منبع:
Ghodrati, A., Sabermahani, M. and Korayem, A.H., 2023. Experimental study to enhance prediction of jet-grout column diameter and efficiency in sand. International Journal of Physical Modelling in Geotechnics, pp.1-14.
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 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)
در زمینه طراحی و مشاوره بیشتر مطالعه کنید :
- معرفی نرم افزار ETABS
- معرفی نرم افزار SAFE
- معرفی نرم افزار SAP2000
- معرفی نرم افزار AutoCAD
- معرفی نرم افزار Plaxis
- معرفی نرم افزار ABAQUS
در زمینه مطالعات ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید :
- مطالعات خاک یا مطالعات ژئوتکنیک چیست؟ (Site Investigation)
- مطالعات لرزه خیزی چیست؟ (Seismicity studies)
- ژئوفیزیک (Geophysics)
- آزمایش سه محوری خاک (Triaxial Compression Test)
- روانگرایی خاک (Soil Liquefaction)
- آزمایش برش مستقیم (Direct Shear Test)
- آزمايش بارگذاری صفحه ای (Plate Loading Test or Plate Bearing Test)
در زمینه تخریب و خاکبرداری بیشتر مطالعه کنید :
در زمینه ابنیه و ساختمان بیشتر مطالعه کنید :
- ساخت و ساز ابنیه و ساختمان (Building & Structure)
- مشاوره ساختمانی (Construction consulting)
- مدیریت پیمان (Management Contracting)
- مدیریت طرح (Construction Management)
- انواع سیستم های سازه ای (Structural System)
- آیین نامه ی ۲۸۰۰ ، طراحی ساختمان ها در برابر زلزله
- سازه فولادی یا اسکلت فلزی (Steel Structure)
- سازه بتنی یا اسکلت بتنی (Concrete Structures)
مطالب مرتبط :
دیدگاهتان را بنویسید