بهسازی خاک

بهسازی خاک (Soil Improvement)  با استفاده از روش های متعدد و متنوع، امروزه یکی از مهمترین کاربردهای علم ژئوتکنیک به شمار می آید. احداث سازه ها روی بستر های نامناسب و خاک های مساله دار، این الزام را ایجاد می کند که پیش از شروع طراحی و عملیات اجرایی سازه عملیات بهسازی جهت تحکیم خاک و مناسب سازی بستر در اولویت قرار گیرد.
محورهای فعالیت و ارائه خدمات شرکت عمرانی مهندسی ایستاسازه در بخش بهسازی خاک روش های مختلفی را در بر می گیرد که در زیر ارائه می گردد:

1) ریز شمع یا میکروپایل (Micropile)

2) ستون شنی یا ستون سنگی (Stone Column)

3) تزریق پر فشار یا جت گروتینگ (jet Grouting)

4) اختلاط عمیق خاک (DSM: Deep Soil Mixing)

5) تراکم دینامیکی (Dynamic Compaction)

6) شمع (Pile)

7) پیش بارگذاری (Preloading)

8) زهکشی یا کنترل تراوش آب (Drainage)

9) خاک مسلح یا ژئوسنتتیک (Geosynthetic)

1) ریز شمع یا میکروپایل (Micropile)

به شمع­ های با قطر کمتر از ۳۰ سانتیمتر که با تسلیح فولادی (میلگرد گذاری) و تزریق همراه است ریز شمع یا میکروپایل اطلاق می گردد. روش اجرای میکروپایل معمولا شامل حفاری گمانه، قرار گیری آرماتور و سپس تزریق آن می باشد. میکروپایل می تواند نیرو های قابل توجه محوری و تا حدودی نیروهای جانبی را تحمل کند و می توان از آن بسته به ایده طراحی شکل گرفته به عنوان جایگزینی برای شمع های رانشی متداول یا ستون های از پیش حفاری شده و یا بخشی از سیستم شمع و خاک استفاده کرد. امکان اجرای میکروپایل در پروژه هایی که محدودیت دسترسی دارند و در هر نوع خاک و شرایط زمینی وجود دارد.

2) ستون شنی ارتعاشی (Vibro Stone Column)

اجرای ستون شنی به منظور بهسازی و یا تحکیم خاک شامل جابجایی بخشی از لایه های فوقانی خاک های مسئله دار با یک ستون قائم متراکم شنی است که بایستی در لایه های ضعیف اطراف ستون شنی به خوبی نفوذ کرده باشد. وقتی از فشار آب در روند اجرای ستون شنی به منظور بهسازی و یا تحکیم خاک استفاده می شود این روش به نام روش جایگزینی ارتعاشی (Vibro Replacement or wet process) یا اجرای تر ستون شنی نامیده می شود.

اما زمانی که اجرای ستون شنی در خاک هایی نیمه اشباع مانند توده خرده سنگی قدیمی باشد روند بهسازی خاک بدون فشار آب و به نام اجرای ستون شنی به روش خشک یا ارتعاشی جابجایی نامیده می شود. روش ستون شنی ارتعاشی مشتمل بر سه مرحله حفاری، تراکم و تسلیح و اجرای بالشتک شنی می باشد.

3) جت گروتینگ (Jet Grouting)

امروزه به منظور دستیابی به شرایط ژئوتکنیکی لازم جهت بهسازی خاک یا بهسازی زمین، آب بندی و پایدارسازی و … از روش های تزریق پرفشار در خاک یا سنگ استفاده می شود. تزریق به طور کلی به دو نوع تزریق در سنگ و تزریق در خاک تقسیم بندی می شود. روش جت گروتینگ (تزریق با فشار بسیار بالا) به عنوان یکی از مؤثرترین روش های بهسازی خاک مطرح می باشد.

تزریق با فشار بسیار بالا یا جت گروتینگ روشی برای اصلاح خاک است که در آن دوغاب، با فشار بسیار بالا و سرعت زیاد از طریق نازل هایی به داخل خاک تزریق شده و باعث تخریب، تغییر، اصلاح و بهبود ساختار خاک می شود. طی این فرایند، ذرات خاک به صورت درجا با دوغاب مخلوط می شوند و توده ای همگن از خاک اصلاح شده به وجود می آید که به آن اصطلاحاً ستون خاک – سیمان اطلاق می شود.
ستون‌های خاک – سیمان ایجاد شده از طریق روش تزریق با فشار بالا در داخل خاک (جت گروتینگ)، دارای مقاومت بالا، تغییر شکل پذیری اندک و نفوذپذیری پایین هستند و باعث تقویت خصوصیات خاک محل می شوند.جت گروتینگ تکنیکی بسیار مطمئن و کارا جهت اصلاح مقاومت، تحکیم و یا آب بند کردن تشکیلات بستر خاکی به صورت درجا می‌باشد.

4) اختلاط عمیق (Deep Soil Mixing)

اختلاط عمیق خاک یا DSM یکی از روش های کاربردی بهسازی خاک در جهان است که با استفاده از تزریق مواد پایدار کننده ای نظیر سیمان یا آهک با استفاده از یک حفار با محور توخالی به صورت مکانیکی در خاک، باعث تولید ستون های خاک سیمانی و اصلاح مشخصات خاک می گردد. در این روش به وسیله اختلاط خاک با مصالح سیمانی توسط همزن هایی در عمق و ایجاد ستون های خاک سیمان مشخصات خاک بهبود می یابد. ضمناً با همپوشانی ستون ‏ها قبل از گیرش کامل، دیوار های پیوسته ­ای زیر سطح زمین قابل احداث می­ باشند.

5) تراکم دینامیکی (Dynamic compaction)

یکی از انواع روش‌های بهسازی خاک بستر، روش تـراکم دینـامیکی است‌. این روش شامل اعمال ضربات تکراری با انـرژی زیـاد بـر سطح خاک با استفاده از کوبه‌هایی بـا وزن ۵ تـا ۴۰ تـن از ارتفــاع ۱۰ تــا ۳۰ متر است. روش تـراکم دینـامیکی یکی از روش‌های تراکم عمقی خاک است.

از فواید تراکم می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• افزایش باربری خاک
• کاهش نشست‌های ناخواسته
• پایداری شیروانی‌ها

6) شمع  (Pile)

بر حسب شرایط تحت الارضی، سطح آب زیر زمینی و نوع باری که باید حمل شود، انواع مختلفی از شمع ها در کارهای ساختمانی مورد استفاده قرار می گیرد.

7) پیش بارگذاری (fill surcharge preloading method)

پیش بارگذاری معمولاً به فرایند تراکم خاک زیر فشار عمودی گفته می شود که قبل از ساخت و قرار دادن بار سازه نهایی آن را اعمال می کنند.

از انواع پیش بار گذاری می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• پیش بارگذاری به وسیله خاکریز

ساده ترین روش برای پیش بارگذاری، بارگذاری به وسیله خاکریز است که با ریختن خاکریز بر روی خاک سست انجام می گردد.

• پیش بارگذاری توسط خلاء یا ایجاد مکش

در مواقعی که فراهم کردن خاک برای احداث خاکریز ممکن نیست یا منوط به صرف هزینه بسیار بالایی است و همچنین در جاهایی که خاک بستر، آن قدر نرم باشد که قرار دادن خاکریز باعث ایجاد مسائل پایداری شود، استفاده از روش خلأ در این مواقع مناسب و عملی است‌. در روش تحکیم به وسیله خلأ سربار یا بار مورد نیاز برای تحکیم با فشار اتمسفر جایگزین می‌شود.

8) زهکشی یا کنترل تراوش آب (Drainage)

از مشکلات بزرگی که در زمان انجام دادن گودبرداری پروژه های ساختمانی یا زهکشی گودهای ساختمانی با آن ها مواجه هستیم ورود آب به داخل محدود گودبرداری است.

زهکشی ساختمان

علل ورود آب ممکن است یک یا چند مورد از موارد زیر باشد:

• جریان های زیرزمینی
• قنوات
• نشت فاضلاب از سیستم های دفع فاضلاب ساختمان های همسایه

زهکشی ساختمان را در واقع می توان موثرترین روش برای مهار چنین اتفاقاتی برای پروژه های ساختمانی دانست. معمولا سیستم زهکشی گودهای ساختمانی کنار استفاده از عایق های ژئو ممبران و یا آب بندی بتن  مورد استفاده قرار می گیرد تا از سازه ها در برابر اتفاقات زیرزمینی محافظت کند و هم اینکه از ورود هرگونه رطوبت به درون سازه ها پیشگیری و جلوگیری نماید.

9) خاک مسلح یا ژئوسینتتیک  (Geosynthetic)

خاک مسلح مجموعه ای از خاكريز‌ (معمولاً دانه‌ای) است که عناصر مسلح كننده‌ در خاک ‌به صورت تسمه، ميلگرد هستند. خاک مسلح عموماً در مقابل فشار و برش مقاوم بوده، اما در مقابل كشش ضعيف است. در خاک مسلح وجود عناصر مسلح كننده در جهت كرنش كششی باعث بهبود رفتار خاک می شود (مشابه بتن مسلح). دیوار های خاک مسلح در گروه ديوارهای انعطاف پذير قرار دارند.

بررسی عملکرد ستون شنی ارتعاشی-جایگزینی در بهسازی خاک

کی از روش هایی که جهت بهسازی و اصلاح خاک استفاده می شود، روش ستون شنی ارتعاشی- جایگزینی (Stone Column) می باشد. در مقاله ای با عنوان “بررسی عملکرد ستون شنی ارتعاشی-جایگزینی در بهسازی خاک” یک آزمایش بزرگ مقیاس بر روی 10 عدد ستون شنی انجام گردیده است. ستون های شنی 15 متری با قطر 1 متر با چیدمان مثلثی و به فواصل 1/6، 1/8 و 2 متر اجرا گردیده اند.

عدد آزمایش نفوذ استاندارد (SPT) قبل و بعد از اجرای ستون های شنی محاسبه گردیده است. متوسط عدد آزمایش نفوذ استاندارد در اعماق مختلف به ترتیب، 1/95، 2/1 و 1/47 برابر شده است. بنابراین در خاک های ماسه ای با عدد SPT اولیه حدود 20 می توان نتیجه گرفت با اجرای ستون های شنی ارتعاشی با فواصل حدود 1/5 تا 2 متر در چیدمان مثلثی، اعداد SPT در حدود 1/5 تا 2 برابر افزایش یابند.

سخن پایانی

بهسازی خاک برای افزایش ظرفیت باربری، کاهش نشست و پایداری خاک در پروژه های عمرانی انجام می شود. روش های مختلفی مانند ریز شمع، ستون شنی، تزریق پر فشار، اختلاط عمیق، تراکم دینامیکی، شمع، پیش بارگذاری، زهکشی و خاک مسلح برای این منظور وجود دارد. انتخاب روش مناسب به عوامل مختلفی از جمله نوع خاک، عمق گود، شرایط آب زیرزمینی و الزامات سازه مجاور بستگی دارد و باید توسط متخصصان مجرب انجام شود. برای کسب اطلاعات بیشتر در این مورد و دریافت مشاوره رایگان می‌توانید با همکاران ما در ایستاسازه تماس گرفته و اطلاعات بیشتری کسب کنید.