مطالعه میدانی عملکرد تزریق جت گروت در خاک رس کم آب

یکی از ایرادات استفاده از تزریق پر فشار (جت گروت) برای بهسازی خاک، کنترل کیفیت به ویژه تعیین قطر و مقاومت ستون جت گروت است که به مشخصات فنی تزریق و نوع خاک بستگی دارد. گزارش شده است که میزان آب اولیه خاک رس بر فرسایش ذرات چسبنده تأثیر می گذارد. مقاومت فشاری و قطر ستون خاک رس / ماسه در مشخصات مختلف تزریق جت به خوبی مستند شده است. با این حال، تأثیر درصد رطوبت اولیه خاک رس بر عملکرد روش تزریق جت گزارش نشده است. محققان مشخصات فنی برای تزریق جت تک سیال در خاک رس دست خورده با درصد رطوبت کم ارائه نکرده اند. مطالعه حاضر 10 آزمایش در مقیاس کامل را برای تجزیه و تحلیل اثر مشخصات تزریق تک جت بر روی قطر و مقاومت فشاری تک محوری ستون های خاک – سیمان در یک منطقه احیا شده با خاک رس کم آب انجام داده است. برهمکنش دوغاب رس – جت با استفاده از یک رویکرد ریزساختاری مورد ارزیابی قرار گرفت و نشان داد که انسجام کافی بین ذرات رس دست خورده وجود ندارد. ساز و کار تعامل بین ذرات و تزریق جت ترکیبی از فرسایش و نفوذ دوغاب به خاک و ترک های پر از هوا است. در این حالت باعث شد تا ذرات رفتاری مشابه رفتار سیلت و خاک ماسه ای داشته باشند. بازده تزریق جت در این نوع خاک نسبت به خاک رسی با درصد رطوبت بالا بهتر بود. بنابراین، معادله ای که قبلا برای تخمین قطر ستون استفاده می شد، با افزایش قطر مرجع از 50 به 60 سانتی متر برای خاک رسی با درصد رطوبت کم، اصلاح شد. نتایج نشان می دهد که افزایش فاصله زمانی و کاهش گام بلند کردن باعث کاهش تعداد کلوخه‌ های رسی در هسته و افزایش مقاومت ستون تزریق پرفشار می ‌شود. حداکثر مقاومت و قطر در انرژی 25 MJ/m با فشار تزریق بهینه 45 مگاپاسکال برای تک سیال به دست آمد.

تأثیر شاخص های تزریق بر مقاومت ستون تزریق پر فشار

شکل 1 اثر فاصله زمانی هر مرحله را بر مقاومت تک محوری نمونه های اخذ شده از ستون جت گروت را نشان می دهد. همانطور که مشاهده شد، با افزایش فاصله زمانی در هر مرحله، مقاومت تک محوری ستون تزریق پرفشار افزایش یافت. نرخ افزایش برای ستون‌ هایی با پله بالابری بالاتر (6 سانتی‌متر) بیشتر بود. به عنوان مثال، زمانی که فاصله زمانی هر پله از 10 به 12 ثانیه افزایش یافت، مقاومت تک محوری نمونه ها با فواصل تزریقی 4 و 6 سانتی متری به ترتیب 10 و 15 درصد بود. بدیهی است که در صورت نیاز به مقاومت بیشتر، فاصله زمانی هر پله باید با افزایش فاصله افزایش یابد.

هنگامی که فاصله زمانی در هر مرحله از 12 ثانیه فراتر رفت، مقاومت به طور قابل توجهی افزایش نمی یابد (تقریباً 3٪)، که نشان می دهد یک حد بالایی برای فاصله زمانی در هر مرحله وجود دارد. شکل 2 اثر فاصله هر مرحله را بر مقاومت تک محوری نمونه های ستون تزریق پرفشار نشان می دهد. مشاهده می شود که با افزایش فواصل تزریق، مقاومت کاهش می یابد. این کاهش در نمونه هایی با فاصله زمانی کمتر در هر مرحله (10 ثانیه) بیشتر است. به عنوان مثال، افزایش فاصله از 4 به 6 سانتی متر، مقاومت نمونه ها را حدود 40 درصد برای بازه زمانی 10 ثانیه در هر مرحله کاهش داد. برای نمونه با فاصله زمانی 12 ثانیه، کاهش حدود 23 درصد بود.

شکل 1 و 2 نشان می دهد که افزایش فاصله زمانی در هر مرحله و کاهش در فواصل باعث افزایش مقاومت ستون تزریق پر فشار می شود. عکس ها، هسته های خرد شده هستند که ساختار سیمان و خاک و مکانیسم شکست را نشان می دهند. شکل 3 هسته های خرد شده برای ستون های جت گروت ساخته شده در فواصل زمانی مختلف در هر مرحله را نشان می دهد. شکل های a3 تا d3 نمونه های مربوط به فواصل زمانی در هر مرحله را به ترتیب 8، 10، 12 و 14 ثانیه نشان می دهند. همانطور که مشاهده شد با افزایش فاصله زمانی در هر مرحله، میزان تزریق جت گروت و مدت زمان اختلاط خاک و سیمان افزایش یافت. نمونه ها یکنواخت تر شدند و کلوخه های رسی کمتری ایجاد شد. کلوخه های رسی را می توان در نمونه هایی با برچسب C4-08-45، C4-10-45، C4-12-45 و C4-14-45 مشاهده کرد.

با کاهش تعداد کلوخه های رسی، همگنی نمونه ها افزایش می یابد که به دلیل عدم وجود مسیر شکست ضعیف، مقاومت را افزایش می دهد. نمونه C4-14-45 هیچ شواهدی از کلوخه های رسی نشان نمی دهد و حداکثر مقاومت فشاری ثبت شده برای این مورد است. شکل 3 پراکندگی کلوخه های رسی کوچک و بزرگ را نشان می دهد. بدیهی است که با افزایش فاصله زمانی در هر مرحله، تعداد کلوخه های رسی کاهش یافته و نمونه های به دست آمده همگن تر بودند. شکل 4 تأثیر فشار تزریق بر مقاومت تک محوری نمونه های ستون تزریق پر فشار را نشان می دهد. همانطور که مشاهده می شود، در نمونه هایی با فواصل کوتاه تر، افزایش فشار تزریق باعث کاهش مقاومت می شود. برعکس، در نمونه هایی با فواصل بالاتر (6 سانتی متر)، افزایش فشار باعث افزایش مقاومت می شود. با افزایش فشار، انرژی تزریق و حجم خروجی افزایش یافت. در نتیجه در نمونه هایی با فواصل بالاتر که فرسایش خاک در طول ستون به زمان بیشتری نیاز دارد، افزایش فشار تزریق باعث افزایش مقاومت می شود.

تأثیر مشخصات تزریق بر قطر ستون

اثر مشخصات تزریق بر قطر ستون جت گروت به روشی مشابه با مقاومت تک محوری ستون ‌های تزریق پرفشار بررسی شد. شکل های 5 و 6 به ترتیب تأثیر فاصله زمانی و فواصل تزریق را بر قطر ستون های جت گروتینگ نشان می دهند. می توان مشاهده کرد که با افزایش فاصله زمانی در هر مرحله، قطر افزایش می یابد. علاوه بر این، با افزایش فاصله تزریق در هر مرحله، قطر ستون کاهش می یابد. شکل 6 نشان می دهد که با افزایش فواصل تزریق از 4 به 6 سانتی متر، قطر حدود 15 درصد کاهش یافته و سپس ثابت می ماند. در نمونه هایی با فواصل زمانی کوتاهتر در هر مرحله، کاهش قطر شیب تندتری را نشان داد. بر این اساس، در نمونه های با زمان تزریق 12 ثانیه، افزایش فاصله لیفت از 4 به 6 سانتی متر باعث کاهش قطر تنها 3 درصد شد. همانطور که مشاهده شد، افزایش مدت تزریق در هر مرحله، مقدار فواصل در هر تزریق را افزایش داد، اما کاهش قابل توجهی در قطر ایجاد نکرد. به عبارت دیگر، افزایش حجم ورودی دوغاب افزایش در فواصل تزریق را (که معمولاً قطر ستون جت گروت را کاهش می دهد) جبران می کند. افزایش فاصله زمانی در هر مرحله به عنوان یک ضرب کننده برای قطر عمل کرد. این نتایج با نتایج گزارش شده توسط مالینین و همکاران (2010) سازگار است، که نشان داد کاهش سرعت بالابر منجر به افزایش قطر می شود، اما نرخ افزایش قطر را کاهش می دهد. آرکان و نوتان (2016) نیز گزارش دادند که با افزایش گام بلند کردن، قطر کمی کاهش یافت. این یافته‌ها مطابق با نتایج نشان‌داده‌ شده در شکل ‌های 5 و 6 است. مطالعات قبلی نشان داده‌اند که افزایش در گام بلند کردن یا سرعت بلند کردن مستقیماً بر مقاومت و قطر تأثیر می‌گذارد. مشاهده می شود که روند تغییرات قطر در مطالعه حاضر مشابه با مطالعات قبلی بود. با این حال، کاهش مقاومت با افزایش سرعت بلند کردن در مطالعه حاضر بیشتر از آنچه توسط نیکبختان و آهنگری (2010) گزارش شده بود، بود زیرا آنها از یک سیستم تزریق سه گانه جت استفاده کردند. در مطالعه حاضر از یک سیستم تزریقی تک جت استفاده شد که در آن مقاومت فشاری ستون تزریق پرفشار به مقدار دوغاب تزریقی بسیار حساس بود.

منبع:

Bayesteh, H., and M. Sabermahani. “Field study on performance of jet grouting in low water content clay.” Engineering Geology 264 (2020): 105314.

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 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 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 : 

• مهندسی تخریب ساختمان (Destruction Engineering)
• خاکبرداری چیست؟ (Excavation)

در زمینه ابنیه و ساختمان بیشتر مطالعه کنید : 

• ساخت و ساز ابنیه و ساختمان (Building & Structure)
• مشاوره ساختمانی (Construction consulting)
• 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 :

• menard-group , Jet grouting
• keller , Jet grouting