ایستاسازه
En Ar

عملیات بهسازی خاک یکی از رایج ترین و مقرون به صرفه ترین روش ها برای آماده سازی خاک نامرغوب (عموما مسئله دار) یک پروژه برای انجام عملیات های عمرانی است. در این بین، اختلاط عمیق خاک یا DSM یکی از روش های بهسازی خاک است که در طیف وسیعی از انواع خاک مورد استفاده قرار می گیرد و توانایی بهسازی خاک تا عمق 60 متری را دارا است. در صورت نیاز به اصلاح مشخصه های مقاومتی و بهسازی خاک در اعماق کمتر از 60 متر، بهتر است از روش های دیگر مانند اختلاط نیمه عمیق و یا اختلاط سطحی استفاده کرد. این روش موجب بهسازی زمین با افزایش مشخصه های مقاومتی، کنترل تغییر شکل ها و کاهش نشست خاک می شود. عملیات بهسازی خاک به روش اختلاط عمیق یکی از بهترین روش ها برای بهبود شرایط خاک برای عملیات های عمرانی در انواع خاک خصوصا خاک های نرم و یا خاک های با تراز آب زیرزمینی بالا و همچنین خاک های حساس نسبت به نشست، ارتعاشات و بارهای دینامیکی است. در اجرای این روش از فرآیند بهسازی خاک، خاک به صورت درجا اصلاح شده و به شرایط مطلوب برای انجام عملیات های عمرانی می رسد.

تصویر 1 - اختلاط عمیقDSM
تصویر 1- اختلاط عمیق

حال اگر بخواهیم اجرای عملیات بهسازی خاک به شیوه اختلاط عمیق را از نقطه نظر اقتصادی مورد بررسی و واکاوی قرار دهیم لازم است از دو منظر به این موضوع دقت شود:

  1. در دسترس بودن ماشین آلات، تجهیزات لازم، مصالح و همچنین وجود نیروی انسانی متبحر برای انجام بهسازی خاک
  2. شرایط ژئوتکنیکی زمین مانند عدم وجود تاسیسات در اعماق زمین و همچنین عدم وجود لایه های سخت که نیاز به پیش حفاری قبل از اجرای بهسازی را ضروری می کند.
تصویر2 - اجرای بهسازی خاک به روش اختلاط عمیق
تصویر2- اجرای اختلاط عمیق یا DSM

کاربرد روش اختلاط عمیق خاک (DSM) در بهسازی


اگر دامنه کاربرد روش اختلاط عمیق در بهسازی خاک را با دقت بیشتری بررسی کنیم، مشخص می شود که اجرای این روش در خاک های دانه ای با سهولت بیشتری نسبت به خاک های چسبنده انجام می شود. در واقع به دلیل چسبندگی بالا در این خاک ها، انجام عملیات اختلاط با دشواری بیشتری صورت می پذیرد که موجب اتلاف هزینه و انرژی بیشتری نسبت به خاک های دانه ای می شود. انجام عملیات بهسازی خاک به شیوه اختلاط عمیق در خاک های نباتی با مشکلات بیشتری نیز همراه است، چرا که نیاز به افزودنی های لازم برای انجام عملیات اختلاط است. همچنین نتایج اختلاط در این نوع خاک ها باید در ابتدای امر در آزمایشگاه مورد بررسی دقیق قرار بگیرد.

اختلاط عمیق برای بهبود مشخصه های خاک و کاهش نشست آن در بهسازی بستر بسیار مناسب است. در این بین می توان به موارد زیر اشاره کرد:


  1. تقویت پی سازه های جدید
  2. کاهش ظرفیت روانگرایی
  3. توسعه بنادر
  4. تقویت پی خاکریزها در پروژه های راهسازی
  5. دیوار آب بند
  6. محافظت از شیب خاکبرداری
  7. اجرای دیواره های قائم
  8. پایدارسازی در فرآیند ساخت و بهره برداری تونل
  9. استفاده در پی مخازن نفتی
  10. تقویت و بهبود پی های اجرا شده
  11. انجام عملیات های زیست محیطی به منظور محصور نمودن مواد شیمیایی مضر در خاک
تصویر 3 - جانمایی محل قرارگیری ستون های اختلاط عمیق
تصویر 3- جانمایی محل قرارگیری ستون های اختلاط عمیق

در طول زمان و به علت تعدد روش های اجرا، برای روش اختلاط عمیق نام های متعددی به وجود آمده است که می توان به موارد زیر اشاره کرد. همچنین اجرای اختلاط عمیق (DSM) با آرایش های متفاوتی صورت می گیرد که در تصویر 3 نمایش داده شده است.


  1. اختلاط عمیق خاک (Deep Soil Mixing)
  2. دیوار اختلاط عمیق (Soil Mix Wall)
  3. اختلاط شیمیایی عمیق (Deep Chemical Mixing)
  4. اختلاط عمیق با سیمان (Cement Deep Mixing)
  5. روش اختلاط عمیق (Deep Mixing Method)
  6. اختلاط جت خشک (Dry Jet Mixing)
  7. اختلاط با آهک عمیق (Deep Lime Mixing)
  8. روش اختلاط مستطیلی (Rectangular Mixing Method)
  9. بهسازی با اختلاط عمیق توسط تثبیت با سیمان (Deep Mixing Improvement by Cement Stabilization)
تصویر 4 - آرایش های متفاوت ستون ها در اجرای بهسازی خاک به روش اختلاط عمیق
تصویر 4- آرایش های متفاوت ستون ها در اجرای اختلاط عمیق
مزایا و معایب روش اختلاط عمیق
مزایا و معایب روش اختلاط عمیق

مزایا و معایب روش اختلاط عمیق خاک (DSM)


از مزایای روش اختلاط عمیق می توان به موارد زیر اشاره کرد:


  1. امکان اصلاح خاک در اعماق زیاد
  2. اصلاح در جای زمین به صورتی که زمین بخشی از سیستم خاک – سازه می گردد.
  3. امکان کنترل و تایید کیفی کار
  4. سرعت اجرای بسیار بالا
  5. هزینه اجرای این روش برای اعماق زیاد، اغلب کمتر از موارد مشابه است.
  6. آلودگی صوتی و ارتعاش کمتر نسبت به روش های دیگر
  7. قابل استفاده در طیف وسیعی از انواع خاک
  8. بسیار موثر برای اجرای دیوار آب بند

در روش های مرسوم برای بهسازی خاک، مواردی تحت عنوان محدودیت این روش ها ذکر می شود. در این بین روش اختلاط عمیق نیز از این قاعده مستثنی نیست. به همین دلیل به موارد زیر تحت عنوان محدودیت های این روش اشاره می شود:

  1. استفاده از این روش برای بهسازی اعماق کم غیر اقتصادی است.
  2. نیاز به محل مناسب جهت دپوی سیمان و یا آهک.
  3. این روش برای پروژه هایی با وسعت کم، توجیه اقتصادی ندارد.
  4. محدودیت بسیار زیاد در اجرا در خاک های دارای قلوه سنگ.
  5. عملیات تنها به صورت عمودی قابل اجرا است.
  6. مشکلات اجرایی ناشی از وزن بالای تجهیزات و ماشین آلات در خاک های نرم.
  7. محدودیت استفاده از این روش در مناطق دارای تاسیسات زیرزمینی، راه های زیرزمینی و سازه های زیرزمینی.

طبقه بندی روش اختلاط عمیق یا DSM


اداره بزرگراه های امریکا (FHWA) پیشنهاد طبقه بندی این روش از بهسازی خاک به سه روش زیر را داده است:

  1. روشی که مواد افزودنی تزریق می شود که می تواند به صورت خشک و تر باشد.
  2. روشی که مواد افزودنی با خاک مخلوط می شوند که به کمک فشار جت، انرژی چرخشی و یا مکانیکی انجام می شود.
  3. محل قرارگیری تیغه ها که یا در طول میله های حفاری است و یا در انتهای آن ها

در روش تر، خاک به همراه دوغاب مخلوط می شود. این روش در رس نرم، سیلت و ماسه ریزدانه با میزان رطوبت کم و در زمین های لایه ای که ترکیبی از خاک ضعیف و مقاوم است، کاربرد دارد. بر خلاف روش تر، اختلاط خاک به روش خشک تنها در خاک هایی امکان پذیر است که رطوبت کافی جهت بروز واکنش شیمیایی بین مخلوط اضافه شده و آب وجود داشته باشد. در این روش مصالح اضافه شده ممکن است سیمان، آهک و ترکیبی از آن ها باشد که به صورت پودر به خاک تزریق و با آن مخلوط می شود. اختلاط خشک روشی تمیز، دارای آلودگی صوتی و لرزشی بسیار پایین و بدون ایجاد ضایعات است. به کمک این روش می توان خاک های نباتی و لجن را تا اعماق زیادی اصلاح کرد. عوامل موثر در اختلاط بین خاک و ملات در جدول 1 نمایش داده شده است.

 تصویر 5- روش تر
تصویر 5- اختلاط عمیق به روش تر
تصویر 6- روش خشک
تصویر 6- اختلاط عمیق به روش خشک
جدول 1
جدول 1

مصالح مورد استفاده در روش اختلاط عمیق (DSM)


در روش اختلاط عمیق (DSM) برای بهسازی خاک از مصالح متفاوتی استفاده می شود. چهار نوع رایج از آهک در عملیات پایدارسازی خاک شامل آهک زنده، آهک هیدراته، هیدروکسید مرطوب و آهک ویژه است. در مورد سیمان ها دو دسته بندی وجود دارد که شامل سیمان روباره ای و سیمان پرتلند معمولی می شود. ترکیب سیمان و آهک در پروژه های بهسازی خاک امری رایج و معمول است. همچنین در برخی از پروژه ها امکان اضافه کردن خاکستر نیز وجود دارد. نسبت سیمان به گچ بسته به نوع پروژه و نوع کاربرد متفاوت است که در فرآیند طراحی مورد توجه قرار می گیرد.

از منظر تجهیزات مورد نیاز، دستگاه اختلاط شامل سه قسمت عمده مته های مارپیچ و الکتروموتورها، سازه نگهدارنده مته های مارپیچ و الکتروموتورها و جرثقیل است. نوع دستگاه حفاری برای رانش ابزار می تواند از دستگاه های هیدرولیکی حفر شمع یا دستگاه های مخصوص اختلاط با دو موتور نصب شده بر روی جرثقیل باشد. همچنین مقدار نیروی دورانی مورد نیاز برای یک دستگاه متوسط حدود یک تن – متر است.

اگر از منظر اجرا، اختلاط عمیق مورد بررسی قرار گیرد، ستون های اختلاط عمیق را می توان به روش تر و خشک و با ملات های مختلف اجرا کرد.


مراحل اجرای اختلاط عمیق به روش تر به صورت زیر خواهد بود:


  1. مته حفاری در مکان مورد نظر قرار می گیرد.
  2. حفاری و راندن میله اختلاط در زمین با نرخی که از قبل، طراحی و تعیین شده و توسط چرخش تیغه ها انجام می پذیرد. در روش تر، ابزار تزریق در نوک تیغه های اختلاط و یا در طول میله قرار دارد.
  3. پس از رسیدن به عمق مورد نظر، دستگاه متوقف شده و عملیات اختلاط ملات با خاک به مدت زمانی که در طی عملیات طراحی مشخص شده است آغاز می شود تا اختلاطی یک دست و یکنواخت حاصل شود.
  4. در این مرحله، میله اختلاط با نرخ از پیش تعیین شده بیرون آورده می شود و اختلاط خاک و ملات ادامه خواهد یافت. دقت شود در برخی از دستگاه ها جهت چرخش تیغه های اختلاط کاملا متفاوت خواهد بود.
  5. نصب ستون اختلاط تا زمانی که ستون به ارتفاع مورد نظر برسد، ادامه می یابد. دقت شود که تراز قرارگیری ستون اختلاط معمولا در سطح زمین است، اما این احتمال نیز وجود دارد که در عمق از پیش تعیین شده قرار داشته باشد.
  6. برای جلوگیری از ایجاد بی نظمی در محل پروژه و سهولت برای اجرای اختلاط عمیق، بهتر است که نخاله ایجاد شده طی و یا پس از نصب هر ستون حذف گردد.

مراحل اجرای اختلاط عمیق به روش خشک نیز در ادامه اشاره شده است:


  1. مته حفاری در موقعیت مورد نظر قرار داده می شود.
  2. میله اختلاط با نرخی که از قبل در فرآیند طراحی مشخص شده است و به کمک چرخش تیغه ها به داخل خاک رانده می شود.
  3. با رسیدن به عمق مورد نظر، عملیات حفاری خاتمه می یابد.
  4. با خروج ابزار تزریق، تزریق مصالح به طور همزمان آغاز می شود. میله تزریق با سرعتی که از قبل و در طی مراحل طراحی مشخص شده است، خارج می شود و در همین حین مصالح تزریق به صورت پودر با خاک مخلوط می شود. در این روش نیز در برخی از ماشین ها، جهت چرخش تیغه ها برعکس است. برای تزریق مصالح از هوای فشرده با فشار بیشینه 50 کیلوپاسکال استفاده می شود.
  5. نصب ستون اختلاط تا زمانی که ستون به ارتفاع مورد نظر برسد، ادامه می یابد. دقت شود که تراز قرارگیری ستون اختلاط معمولا در سطح زمین است، اما این احتمال نیز وجود دارد که در عمق از پیش تعیین شده قرار داشته باشد.
  6. در اجرای اختلاط عمیق به روش خشک، نخاله کمتری نسبت به روش تر ایجاد می شود، اما به هر حال نخاله ایجاد شده باید پس از نصب هر ستون از پروژه حذف گردد تا حداقل تداخل و بی نظمی در پروژه ایجاد شود.

در زمینه بهسازی خاک 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 : 

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