این مقاله فرآیند و نتایج یک برنامه مدیریت کیفیت انجام شده در طول و بلافاصله پس از ساخت دو پروژه اختلاط عمیق خاک را ارائه می کند. برنامه مدیریت کیفیت در این پروژه ها شامل آزمایش های آزمایشگاهی، درجا و کانی‌شناسی برای ارزیابی به اثربخشی بهسازی در حین و پس از اجرا می باشد.
روش اختلاط عمیق یکی از روش های رایج در بهسازی خاک های نرم و مشکل دار از جمله رس های سخت که از خود رفتار انبساطی نشان می دهند، می باشد. بسته به نوع و هدف بهسازی، از واکنشگرهای مختلف در روش اختلاط عمیق استفاده می شود.
اگر هدف از بهسازی بهبود مقاومت در رس ها و پیت ها باشد، استفاده از روش اختلاط عمیق با چسب سیمان نسبت به سایر روش ها ترجیح داده می شود.
در پروژه های ساختمانی مرتبط با محیط زیست، تثبیت سیمان اغلب بر آهک ترجیح داده می شود، زیرا در مقایسه با سیمان، آسیب کمتری به خاک و به تبع محیط زیست وارد می شود. علاوه بر این استفاده از آهک قابلیت هدایت هیدرولیکی را افزایش می دهد. اما با این وجود سیمان و آهک پر طرفدارترین چسب ها در روش اختلاط عمیق هستند.
عوامل متعددی می تواند بر روی رفتار خاک بهسازی شده با روش اختلاط عمیق اثر گذار باشد. از جمله این عوامل می توان به موارد زیر اشاره نمود:
شکل 1: عوامل موثر بر عملکرد روش اختلاط عمیق
با وجود کاربرد بیشتر سیمان و آهک، در سال های اخیر از زباله های بازیافتی و خاکستر به عنوان ماده چسباننده برای بهسازی خاک های آلی با درصد رطوبت بالا استفاده شده است.
انتخاب نوع چسب و تعیین غلظت به شرایط زیرسطحی موجود در خاک و البته درجه بهسازی بستگی دارد. غلظت چسب اغلب بر حسب وزن چسب نسبت به حجم توده خشک خاک گزارش می شود و مقدار آن معمولاً بین 6 تا 12 درصد وزن خشک خاک می باشد. زمان و دمای عمل آوری، درصد رطوبت و محیط عمل آوری شرایط محیطی عمده ای هستند که بر مقاومت خاک بهسازی شده تأثیر می گذارند. نسبت آب به چسب یکی دیگر از عوامل مهمی است که بر روی رفتار خاک های بهسازی شده و البته پیشبرد پروژه اختلاط عمیق اثر گذار است. انتخاب نادرست این نسبت می تواند اثر بخشی DSM را تا مقدار زیادی کاهش دهد.
با توجه به کثرت عوامل موثر در عملکرد روش DSM، کنترل کیفی درجای خاک (QC) و تضمین کیفیت آن (QA) اهمیت ویژه ای پیدا می کند.
کنترل کیفیت اساساً شامل ارزیابی کیفیت و کمیت چسب، کارایی اختلاط به دلیل سرعت های مختلف نفوذ و خروج راد و سرعت چرخش می باشد. ارزیابی شکل تیغه ها، قطر و طول ستون ها در طی فرآیند اجرا، جزء مواردی است که در فرآیندهای تضمین کیفیت مورد ارزیابی قرار می گیرد.
QA را می توان از طریق آزمایش های آزمایشگاهی بر روی هسته های بازیابی شده از محل پروژه یا انجام آزمایش های درجا شامل آزمایش های نفوذی (مانند نفوذ استاندارد)، روش های ژئوفیزیکی، روش های آزمایش بارگذاری و روش های غیرمخرب بر روی ستون های نصب شده انجام داد.
این مقاله نتایج حاصل از مدیریت کیفیت انجام شده به عنوان بخشی از اجرای فن آوری DSM برای کاهش رفتار انقباضی – انبساطی خاک های منبسط شونده را بیان می کند. در این مقاله به نتایج به دست آمده از برخی از آزمایش های برجا، آزمون های آزمایشگاهی و نتایج برخی از آزمون های غیر مخرب استناد شده است.
علاوه بر این، مطالعات کانی شناسی نیز بر روی نمونه های خاک بهسازی شده برای درک کیفی درجه اختلاط خاک و مواد افزودنی نیز انجام گردید.
هدف از پژوهش
از آنجایی که تثبیت شیمیایی اغلب روش ارجح برای کاهش حرکت خاک های منبسط شونده است، امکان سنجی روش DSM برای این منظور در این مقاله نیز مورد بررسی قرار گرفته است. برای ارزیابی اثر بخشی ستون های اختلاط عمیق در شرایط برجا در بهبود رفتار خاک های منبسط شونده، دو پروژه بهسازی شده با DSM در یک دوره دو ساله مورد پایش قرار گرفته است و متغیرهای مختلف به کمک انجام آزمون های آزمایشگاهی و برجا مورد بررسی قرار گرفته اند.
طراحی و جزئیات سایت بهسازی شده با روش اختلاط عمیق:
دو سایت بهسازی شده با DSM، در میانه یک بزرگراه بین ایالتی در فورت ورث، تگزاس در می 2005 ساخته شد. در هر سایت، یک منطقه مستطیل شکل با ابعاد 5/4 *12 متر با ستون های DSM اصلاح شد. میانگین شاخص های پلاستیسیته (PI) خاک قبل از بهسازی در سایت اول حدود %30 و در سایت دوم در حدود %50 گزارش شده است. در هر دو محل، از %3 آهک و %9 سیمان برای ایجاد ستون های اختلاط عمیق به قطر 600 میلی متر و طول 3 متر استفاده گردیده است. در هر یک از این پروژه ها تزریق یا نرخ 078/0 مترمکعب در دقیقه انجام شد. در مجموع از 44 ستون برای بهسازی پروژه اول و 65 ستون برای بهسازی پروژه دوم استفاده گردید. فاصله اسمی مرکز تا مرکز بین ستون های DSM در سایت های 1 و 2 به ترتیب 05/1 متر و 9/0 متر لحاظ شده است. در جدول 1 مشخصات ستون های استفاده شده به وضوح قابل مشاهده است.
جدول 1: جزئیات ستون های اختلاط عمیق و ابعاد زمین هر یک از پروژه ها
روش های ارزیابی کیفیت
آزمون های آزمایشگاهی بر روی نمونه های Wet Grab
در طول ساخت ستون های DSM، از روش Wet Grab برای نمونه برداری از مخلوط خاک و واکنشگر شیمیایی استفاده شده است. نمونه های اخذ شده در استوانه های استاندارد با قطر 75 میلی متر و ارتفاع 150 میلی متری فشرده شده و به آزمایشگاه ارسال شده است. نمونه ها در دمای اتاق (28-26 درجه سانتیگراد) و رطوبت نسبی 95% عمل آوری و نگهداری شده است. پس از عمل آوری، نمونه ها تحت آزمایش اندازه گیری سرعت موج برشی (Bender Element)، آزمایش مقاومت فشاری تک محوری (UCS)، آزمایش تورم آزاد قرار گرفته است. البته شایان ذکر است که برای ارزیابی نسبت سختی های برشی و نسبت مقاومت ها در محل پروژه و آزمایشگاه از داده های به دست آمده از آزمای های برجا و آزمون های آزمایشگاهی بهره گرفته شده است.
برای ارزیابی نسبت سختی های برشی و نسبت مقاومت ها در محل پروژه و آزمایشگاه از
داده های به دست آمده از آزمای های برجا و آزمون های آزمایشگاهی بهره گرفته شده است.
شکل 2: الف) نمونه گیر Wet Grab ب) استخراج نمونه Wet Grab از ستون اختلاط عمیق
آزمون های غیر مخرب
در این تحقیق از دو روش آزمایش غیر مخرب در محل بلافاصله پس از اتمام ساخت ستون برای ارزیابی کیفیت (QA) استفاده شده است. این آزمایش ها ثبت سرعت موج برشی P و آزمایش SASW (آنالیز طیفی امواج سطحی) می باشند.
خلاصه و نتیجه گیری
- بررسی نتایج آزمایش ها و مطالعات صورت گرفته نشان می دهد که بهبود سختی به صورت درجا در کارگاه های اول و دوم به ترتیب 2 تا 3 برابر مقادیر به دست آمده از نمونه های کنترل بوده است. در حالی که بهبود مقاومت اندازه گیری شده در آزمایشگاه در موارد مشابه با همان نوع و محتوای چسب 3 تا 5 برابر نمونه های کنترل است.
- مقایسه بین نتایج آزمون های برجا و آزمایشگاهی نشان داد که نسبت مدول برشی حداکثر در حالت برجا به مقدار این پارامتر در آزمایشگاه در سایت های 1 و 2 به ترتیب در بازه های (67/0 – 43/0) و (65/0 – 56/0) می باشد. این مقادیر بیانگر این است که مقدار سختی برشی اندازه گیری شده در حالت برجا به مراتب کمتر از مقادیر گزارش شده از آزمایشگاه است. مقایسه مقادیر مقاومت فشاری محصور نشده نشان داد که در این مورد هم مقاومت فشاری محصور نشده برجا کمتر از مقاومت محاسبه شده در آزمایشگاه است.
- علت تفاوت مقادیر سختی و مقاومت به تفاوت در انرژی های اختلاط، مقیاس بهسازی و شرایط محیطی نسبت داده شده است.
به طور کلی، QC و مطالعات ارزیابی کیفیت ارائه شده در این مقاله نشان از اثر بخشی ستون های DSM در بهبود متغیرهای ژئوتکنیکی خاک ها دارد.
منبع:
- Madhyannapu RS, Puppala AJ, Nazarian S, Yuan D. Quality assessment and quality control of deep soil mixing construction for stabilizing expansive subsoils. Journal of geotechnical and geoenvironmental engineering. 2010 Jan;136(1):119-28.
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)
در زمینه طراحی و مشاوره بیشتر مطالعه کنید :
در زمینه مطالعات ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید :
- مطالعات خاک یا مطالعات ژئوتکنیک چیست؟ (Site Investigation)
- مطالعات لرزه خیزی چیست؟ (Seismicity studies)
- ژئوفیزیک (Geophysics)
در زمینه تخریب و خاکبرداری بیشتر مطالعه کنید :
در زمینه سازه فلزی بیشتر مطالعه کنید :
- سازه فولادی یا اسکلت فلزی (Steel Structure)
- سوله چیست؟ انواع و کاربرد سوله (Industrial Shed)
- سازه صنعتی (Industrial Structure)
- انواع سیستم های سازه ای (Structural System)
- ستون های مرکب بتن و فولاد از قبیل CFT و SRC
- آیین نامه ی ۲۸۰۰ ، طراحی ساختمان ها در برابر زلزله
- سازه بتنی یا اسکلت بتنی (Concrete Structures)
مطالب مرتبط :
