اصلاح و کاربرد روش اختلاط عمیق خاک (DSM اصلاح شده) در خاک رس نرم

ساخت ستون های خاک-سیمانی باعث ایجاد فشارهای آب منفذی اضافی و حرکات خاک اطراف می­شود که بر سازه ­های زیرزمینی مجاور تأثیر می­گذارد. در شانگهای، یک روش اختلاط عمیق خاک سه شفت (DSM) پیشنهاد شده است و به طور گسترده برای به حداقل رساندن اثرات ساخت ستون استفاده می­شود. با این حال، زمانی که از این روش DSM برای ساخت ستون های خاک-سیمانی در نزدیکی تونل مترو استفاده شد، حتی در همان ابتدا جابجایی خاک غیرقابل قبولی ایجاد شد. بنابراین تصمیم بر آن شد تا آزمایشات میدانی برای بررسی تأثیر عوامل اصلی مؤثر بر ساخت ستون در روش DSM انجام شود و سپس مشخصه های ساخت ستون اصلاح شوند تا جابجایی خاک ناشی از ساخت DSM از حد مجاز فراتر نرود. آزمایش‌های میدانی شامل دو مرحله بود:

براساس آزمایشات میدانی، روش سنتی اختلاط عمیق خاک یا DSM با استفاده از نسبت آب به سیمان بالاتر، سرعت اختلاط کمتر و عدم تزریق در حین خروج اصلاح شد و یک الگوی ساخت برای ساخت و ساز مداوم که از دورترین ردیف شروع شده و به تونل نزدیک‌تر می­شد، اصلاح شد. با استفاده از پارامترهای ساخت و ساز اصلاح شده، روش DSM سه شفت با موفقیت برای خاکی مشابه در مقیاس بزرگ پروژه حفاری بزرگراه زیرزمینی نزدیک به تونل‌های مترو به کار گرفته شد. این مقاله پیشینه، آزمون های میدانی، روش DSM اصلاح شده و کاربرد موفقیت آمیز آن را شرح می دهد.

آزمون های میدانی ساخت های تک ستونی نزدیک به تونل

عوامل مؤثر بر تأثیر ساخت ستون DSM

بر اساس روند ساخت و ساز DSM مرسوم با سه شفت، تأثیر ساخت ستون DSM بر خاک اطراف را می توان به سه نوع تقسیم کرد: اثر فشار نفوذ، اثر تخلیه خاک و اثر خروج شفت (شکل 2). این سه اثر با یکدیگر اندرکنش دارند. اثر فشردن باعث افزایش فشار آب منفذی و حرکت خاک به بیرون می شود، در حالی که اثر خروج باعث حرکت خاک به داخل می­شود. بنابراین، فشار آب منفذی در طول ساخت ستون DSM همیشه افزایش می‌یابد، اما حرکت خاک به مقدار نسبی این سه اثر بستگی دارد. برای DSM به روش مرسوم، به طور کلی حرکت خاک به سمت بیرون است. برای DSM به روش این مطالعه، سرعت جریان دوغاب تزریقی و سرعت چرخش شفت اختلاط توسط دستگاه اختلاط ثابت می‌شود و معمولاً از چرخه اختلاط منفرد استفاده می‌شود. سایر متغیرها را می توان در ساخت تغییر داد، از جمله نسبت آب به سیمان (C/W) دوغاب، فشار تزریق و سرعت نفوذ و خروج. (C/W) بر کارایی و مقاومت نهایی مخلوط خاک و سیمان تأثیر می­گذارد.

افزودن آب بیشتر در طول DSM مقاومت نهایی خاک بهسازی شده را کاهش می­دهد. بر اساس نتایج آزمایش و تجربه، یک (C/W) در حدود 1:3 معمولاً برای خاک رس نرم استفاده می شود. (C/W) کمتر می تواند به مقاومت بالاتر ستون DSM منجر شود، اما ممکن است بر یکنواختی ستون DSM تأثیر بگذارد. (C/W) بالاتر، مخلوط خاک سیمان را نرم‌تر می‌کند، که منجر به جایگزینی راحت‌تر خاک در طول نفوذ و تخلیه بیشتر می‌شود. از طرف دیگر، (C/W) باید بالاتر باشد تا زمانی که سرعت ساخت کمتر می‌شود، همان مقدار سیمان را برای ستون برآورده کند. با سرعت چرخش یکسان، نفوذ کندتر منجر به اختلاط بیشتر دوغاب تزریق شده و خاک اصلی می شود و حجم خاک مختلط شده را افزایش می دهد. بنابراین، اثر تخلیه با سرعت نفوذ کمتر افزایش می یابد. با در نظر گرفتن تأثیر پارامترهای مختلف که قبلاً توضیح داده شد، روش سنتی DSM سه شفت به شرح زیر اصلاح می شود: (1) هیچ تزریقی در طول خروج انجام نمی شود به این دلیل که از اثر خروج خاک در طول خروج شفت جلوگیری شود. (2) سرعت نفوذ کمتری استفاده می شود و (C/W) معقول بر اساس مقدار مورد نیاز سیمان اختلاط و سرعت نفوذ انتخاب شده، تعیین می شود. (3) سرعت خروج بیشتر از سرعت نفوذ انتخاب شده استفاده می­شود برای کاهش اثر فشردن.

بحث و پیشنهادات

دو الگو برای ساخت ستون وجود دارد. برای الگوی ساخت 1، اگر قبل از شروع ساخت ستون های جدید، فاصله زمانی کافی برای سخت شدن ستون های ساخته­ شده قبلی وجود داشته باشد و از خاک اصلی قوی ­تر شوند، ستون های ساخته شده قبلی به عنوان یک مانع عمل کرده و برای کاهش جابجایی خاک مفید خواهند بود. این الگوی ساخت ستون به طور گسترده برای کاهش جابجایی خاک در زمانی که ساخت و ساز به کندی انجام می­شود، پذیرفته شده است.

با این حال، هنگامی که ستون های DSM به طور مداوم ساخته می شوند، ستون های ساخته شده قبلی تا حدی در حالت دوغاب هستند زیرا زمان گیرش اولیه و نهایی مخلوط خاک سیمان به ترتیب 3 تا 6 ساعت و 12 تا 24 ساعت است. حتی پس از گیرش اولیه، مقاومت ستون‌های جدید با زمان عمل­آوری کوتاه هنوز بسیار کم است. بنابراین، این ستون ها نمی توانند به عنوان یک مانع تغییر شکل عمل کنند. در مقابل، نفوذپذیری مخلوط خاک – سیمان کمتر از خاک اصلی است و فشار دوغاب تزریقی، ستون‌های نرم «انعطاف‌پذیر» و با نفوذپذیری کم را افزایش می‌دهد و تنش کل خاک پشت ستون‌ها را افزایش می‌دهد، که می‌تواند باعث فشار اضافی آب منفذی و افزایش تنش مؤثر در خاک پشتی شود. بنابراین فشار آب منفذی در خاک پشتی افزایش می یابد و خاک به سمت بیرون حرکت می کند (شکل 5). اندازه گیری ها در نقطه CX1 نشان داد که خاک مربوط به الگوی ساخت 1 با ساخت ردیف دوم ستون ها شروع به حرکت به سمت بیرون کرد (شکل 4).

تأثیر ساخت ستون طبق الگوی 2 مشابه تأثیر ساخت تک ستونی است. فشار آب منفذی به دلیل فشار تزریق افزایش می‌یابد و حرکت خاک تحت تأثیر اثر فشاری تزریق و اثر تخلیه خاک از بین می‌رود.

از آنجایی که نقطه اندازه گیری CX2 در حین ساخت آسیب دیده است، تأثیر دو الگوی ساخت بر جابجایی های افقی قابل مقایسه نیست. بنابراین، در حین بهسازی خاک در محل این پروژه، یک شیب سنج برای پایش جابجایی افقی خاک ناشی از الگوی ساخت 2 ساخته شد. پنج ردیف، هر کدام شامل شش ستون، ساخته شد. شکل 6  تغییر جابجایی های افقی خاک را در طول ساخت ستون اختلاط عمیق (DSM) نشان می دهد. جابجایی های افقی خاک بسیار کوچکتر از موارد مربوط به الگوی ساخت 1 است که در شکل 6 نشان داده شده است.

بر اساس نتایج آزمایش میدانی و بحث قبلی، توصیه های زیر ارائه شد:

        نتیجه گیری

بر اساس بررسی های ارائه شده در این مقاله می توان به نتایج زیر دست یافت:

1. ساخت ستون های DSM باعث افزایش فشار آب منفذی می شود که از پایین ستون در زمین مستهلک می­شود. ساخت و ساز مداوم فشار آب منفذی را افزایش می­دهد که در پایان هر بار ساخت ستون به حداکثر مقدار می رسد و سپس به آرامی کم می شود. فشار آب اضافی اضافه شده با دورتر شدن از ستون ­های اختلاط عمیق (DSM) کاهش می یابد.

2 . برای روش اختلاط عمیق (DSM) اصلاح شده با (C/W) بالا، سرعت اختلاط کم و بدون تزریق در حین خروج، اثر تزریق در حین نفوذ به دلیل تخلیه خاک کاهش می­یابد و هیچ اثری از تزریق در حین خروج وجود ندارد. بنابراین تأثیر ساخت ستون بر حرکت خاک بسیار کم است و خاک اطراف فقط کمی به سمت مرکز ستون حرکت می­کند. با این حال، باید توجه داشت که (C/W) بالا ممکن است فقط برای خاک رس شانگهای که دارای درصد رطوبت کمتر و نسبت تخلخل پایینتر نسبت به سایر رس های معمولی مانند خاک رس بانکوک و خاک رس توکیو است، قابل استفاده باشد.

3. برای ساخت و ساز مداوم، ستون های ساخت شده قبلی به دلیل سختی کم نمی توانند به عنوان مانعی برای جلوگیری از حرکت خاک ناشی از ساخت ستون جدید عمل کنند. خاک مجاور در طرف دیگر ستون های ساخت شده قبلی از منطقه ساخت دور می شود و جابجایی آن بیشتر از خاک نزدیک محل ساخت ستون جدید است. برای حفاظت از سازه‌های زیرزمینی موجود، الگوی ساخت 2 را می‌توان برای ساخت و ساز پیوسته اتخاذ کرد (به عنوان مثال، ستون‌های DSM را می‌توان از منطقه دور به نزدیک ساخت کرد).

منبع:

Chen, Jin-Jian, et al. “Field tests, modification, and application of deep soil mixing method in soft clay.” Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering 139.1 (2013): 24-34.

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)
• 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)
• زهکشی و آب بندی در گودبرداری چیست؟ (Drainage- Dewatering & Waterproofing )
• پایش گود یا مانیتورینگ چیست؟ (Monitoring)
• دستورالعمل بهداشت، ایمنی و محیط زیست چیست؟ (HSE)

در زمینه طراحی و مشاوره بیشتر مطالعه کنید : 

• معرفی نرم افزار SAFE
• معرفی نرم افزار SAP2000
• معرفی نرم افزار Plaxis

در زمینه مطالعات ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید :

• مطالعات خاک یا مطالعات ژئوتکنیک چیست؟ (Site Investigation)
• مطالعات لرزه خیزی چیست؟ (Seismicity studies)
• ژئوفیزیک (Geophysics)
• آزمایش برش مستقیم (Direct Shear Test)
• آزمایش برش مستقیم برجا In Situ Direct Shear) Test)

در زمینه تخریب و خاکبرداری بیشتر مطالعه کنید : 

• تخریب ساختمان چیست؟ مراحل و هزینه تخریب اصولی (Building Demolition)
• خاکبرداری چیست؟ (Excavation)

در زمینه ابنیه و ساختمان بیشتر مطالعه کنید : 

• سازه فولادی یا اسکلت فلزی (Steel Structure)
• سازه بتنی یا اسکلت بتنی (Concrete Structures)
•  سوله چیست؟ انواع و کاربرد سوله (Industrial Shed)
• انواع سیستم های سازه ای (Structural System)
• آیین نامه ی ۲۸۰۰ ، طراحی ساختمان ها در برابر زلزله

مطالب مرتبط :

• menard , Reinforcement: Deep Soil Mixing (DSM)
• sciencedirect , Deep Mixing Method