ایستاسازه
En Ar

خانه - کتابخانه - Chemical Grouting and Soil Stabilization

دانلود Chemical Grouting and Soil Stabilization

این کتاب شامل 22 فصل است که در مورد جنبه های مختلف تزریق شیمیایی و تثبیت خاک از جمله تراکم، انجماد، حذف آب، تزریق با سیمان، دوغاب های شیمیایی، تثبیت زیستی، تئوری های مربوط به تزریق در خاک و غیره بحث می کند.

خلاصه

با گسترش شهرنشینی و صنعتی شدن، مناطقی که پیش از این نامناسب یا حاشیه ای تلقی می شدند، برای ساخت پی (شالوده یا فونداسیون)، مسیرهای حمل و نقل و کارهای عمومی مورد استفاده قرار می گیرند. این مناطق باید برای تثبیت و اصلاح خواص خاک های موجود بهسازی شوند. روش های اصلاح و تثبیت خاک بر اساس هر مورد خاص، انتخاب و مشخص می شود.

باید برای بررسی نیاز احتمالی به تثبیت و نتایج تثبیت، مشخصات خاک و سنگ شناخته شود. در حالی که احتمالاً اغلب چنین نیازهایی به آسانی و با بازرسی میدانی مشخص می شوند، اما در صورت انجام فرآیند تثبیت لازم است که مشخصات اولیه خاک را بدانیم تا بتوان میزان بهسازی را اندازه گیری کرد. می توان مشخصات خاک را با آزمایش های صحرایی و آزمایشگاهی مناسب تعیین کرد. ممکن است چنین آزمایش هایی برای تعیین درجه نهایی و قابل قبول بهسازی نیز مورد استفاده قرار گیرد. لازم است تا در صورتی که مشخصات دقیق کار در دسترس نباشد، پیش از شروع کار در محل کارگاه، مالک، پیمانکار و مهندس در مورد شرایط و مشخصات خاکی که باید به آنها دست یافت، توافق کنند.

تراکم قدیمی ترین و در بسیاری از حالات آن پر کاربردترین روش برای اصلاح مشخصات خاک است. در پروژه‌ های بزرگ، فرآیندهای تراکم کم عمق با آزمایش ‌های آزمایشگاهی ای آغاز می‌شوند که درصد آب و چگالی مربوطه که برای کاربرد مورد نظر کافی است را مشخص می‌کند. سپس از آزمایش ‌های میدانی چگالی برای اندازه‌گیری پیشرفت کار میدانی و تأیید رسیدن به مقادیر طراحی استفاده می‌شود. کار تراکم عمیق با بررسی های میدانی ای آغاز می شود که مناطقی را که در آن بهسازی مطلوب است مشخص کرده و ممکن است میزان بهسازی مورد نیاز و همچنین ابزار اندازه گیری آن را نشان دهد. نمی توان خاک های تراکم پذیر را به سرعت مواد دانه ای متراکم کرد. خاک های رسی و ارگانیک برای تخلیه آب منفذی به زمان نیاز دارند؛ می توان زمان را به طور قابل توجهی با روش هایی میدانی که مسیرهای زهکشی را کوتاه می کنند کاهش داد.

هنگامی که در محل کارگاه ساخت، تداخل و تأخیر منجر به هزینه‌ هایی بیشتر از هزینه حذف آب می‌شود، آب‌ های سطحی و زیرزمینی مشکل ساز می‌شوند. معمولاً در صورت کافی بودن برای حجم آب موجود، پیمانکار مخازن و گودال‌ های زهکشی را در محل می سازد. هنگامی که اقدامات پیچیده تری مانند سیستم های چاه نقطه ای و یا چاه های عمیق مورد نیاز باشد، کل مشکل حذف آب توسط پیمانکاران تخصصی مدیریت می شود. چاه ‌ها و چاه‌ های نقطه ای سیستم ‌های موقت هستند چرا که باید برای پایین نگه داشتن خط جریان فریاتیک (خط نشت) پیوسته عمل کنند. یک سیستم با طراحی و عملکرد مناسب می تواند شرایط کار کاملاً خشک را در مناطق بزرگ ایجاد کند.

انجماد زمین روشی است که نسبت به سایر روش های تثبیت در محدوده وسیع تری از خاک ها کار می کند. البته خاک ها باید کاملاً اشباع یا نزدیک به اشباع باشند (در برخی موارد افزودن آب به یک منطقه خشک برای انجماد می تواند کاربردی باشد) و آب های زیرزمینی نتوانند خیلی سریع حرکت کنند. هیچ آلاینده احتمالی به خاک اضافه نمی شود، بنابراین، این فرآیند از نظر زیست محیطی مناسب است. می توان ابعاد منطقه یخ زده را با تنظیم دما و با افزودن لوله های انجماد کنترل کرد. عیب اصلی این روش مدت زمان لازم برای انجماد منطقه است. انجماد می تواند مقاومت قابل توجهی را به خاک های ضعیف بیفزاید و موجب تثبیت خاک گردد. با این حال، توده ‌های منجمد خاک در معرض خزش تحت بار هستند. خاک یخ زده نفوذ ناپذیر است و فرآیند انجماد باعث آلودگی آب های زیرزمینی یا خاک نمی شود. سیستم های انجماد ایمن و غیر آلاینده هستند، اما باید در طول مدت پروژه فعال باشند. ذوب شدن زمین و محیط، آب زیرزمینی را به شرایط قبل از انجماد باز می گرداند. با این حال، تغییرات حجمی در هنگام انجماد و ذوب ممکن است باعث ایجاد مشکلاتی در تکیه گاه های سازه ای شود.

شمع های کوبشی که برای تحمل بارها اجرا می شوند نیز می توانند رسوبات دانه ای سست را متراکم کنند. این موضوع باعث افزایش مقاومت اصطکاکی و بهبود ظرفیت باربری شمع می شود. در خاک های چسبنده، تغییر وضعیت قرارگیری و در نتیجه سخت شدن نیز ممکن است مقاومت اصطکاکی را افزایش دهد. با این حال، اگر خاک کم تحکیم یافته باشد و کوبش شمع به طور قابل توجهی مسیرهای زهکشی را کوتاه کند، ممکن است اصطکاک منفی ایجاد شود و ظرفیت شمع برای تحمل بارهای سازه ای کاهش یابد. لوله های توخالی کوبیده شده در خاک های چسبنده با ماسه سست و دانه بندی محدود پر می شوند تا باعث زهکشی ماسه شود. اگر این لوله‌ها با شن متراکم خوب دانه بندی شده پر شوند، شمع های ماسه ای ایجاد می‌شوند که قادر به حمل بارهای سازه ای هستند. همچنین ممکن است برای این منظور از شن متراکم و سنگ خرد شده استفاده شود.

ریزشمع ها مشابه شمع های بزرگ تر عمل می کنند و عمدتاً در مکان هایی که فضا محدود است و تجهیزات بزرگ نمی توانند در آن جا قرار بگیرند، کاربرد دارند. نیل (میخ) های خاک شبیه به انکرهای خاک هستند، اما در مقیاسی بسیار کوچک تر و بدون پیش تنیدگی. همزمان که شیب ناشی از حفاری ایجاد می شود، نیل (میخ) ها بر روی یک شبکه از بالا به پایین اجرا می شوند. صفحه های ژئوتکستایل بر روی کل لایه ها و با فاصله چند متری از هم اجرا می شوند. صفحه های ژئوتکستایل مانند نیل (میخ) ها مقاومت برشی توده خاک را افزایش می دهند.

اختلاط مواد جامد در خاک های ضعیف یکی از قدیمی ترین روش های بهسازی خاک است. اگرچه تحقیقات اخیر نوید بخش استفاده از الیاف غیر ارگانیک کوتاه است، اما تمام کارهای میدانی فعلی با مواد سیمانی (عمدتاً سیمان برای رسوبات دانه ای و آهک برای خاک های منسجم) انجام می شود. اغلب مواد غیر سیمانی مانند بنتونیت و خاکستر بادی به همراه سیمان و آهک استفاده می شوند. در نیم قرن اخیر، ساخت تجهیزات حفاری سنگین و پیچیده اجازه داده است که موادی به خاک اضافه شود تا ستون ها و پانل هایی به عمق بیش از 100 فوت تشکیل شود. تکنیک های مختلف برای انجام این کار، اختلاط عمیق نامیده می شود.

برای چندین دهه دیوارهای دوغابی و ترانشه ها برای نصب موانع در برابر جریان آب زیرزمینی در داخل حفاری و برای حفاظت از توده های خاک و بارهای سازه ای مورد استفاده قرار گرفته اند. دوغابی که معمولاً از بنتونیت و آب تشکیل شده است برای جلوگیری از فروریختن دیواره های ترانشه تا زمانی که مواد مورد نظر در ترانشه قرار گیرد استفاده می شود. دیوارهای دوغابی زمانی موثرتر هستند که در سنگ، بسته شوند. می توان دیوارهای دوغابی را با هر جنس مصالحی که با روش های مرسوم قابل حفاری است ساخت. توده های خاک حاوی سنگ و تخته سنگ ممکن است از ساخت مقرون به صرفه دیوار دوغابی جلوگیری کند. چنین شرایطی هزینه روش های جایگزین را نیز افزایش می دهد.

نگرانی برای تخریب محیط زیست در مقیاس بزرگ و کوچک، یکی از عواملی است که باعث رشد تثبیت زیستی می شود. نیاز روزافزون به استفاده از زمین های حاشیه ای برای ساخت و ساز باعث توسعه تجهیزات و تکنیک هایی شده است که استفاده از چنین زمین هایی را از نظر اقتصادی ممکن سازد. در عین حال، ساخت و ساز پوشش زمین و زیستگاه حیات وحش را از بین می برد و اغلب به اکوسیستم های کوچک آسیب می زند.

عمدتاً بیشتر دوغاب ها شامل سیمان پرتلند با مقادیر کمی از افزودنی ها هستند که برای اهداف خاصی مانند افزایش روانی، ایجاد تاخیر در ته نشینی و کنترل زمان گیرش استفاده می شوند. ممکن است تنها استثناء، ماده بنتونیت باشد که گاهی اوقات به تنهایی برای دوغاب کردن یک منطقه برای آببندی موقت استفاده می شود.

تزریق تراکمی یک روش تخصصی با استفاده از دوغاب بسیار غلیظی است که با خاک مخلوط نشده و به داخل فضاهای خالی خاک نیز نفوذ نمی کند. حباب های دوغاب برای متراکم کردن رسوبات دانه ای و برای حفاظت، بلند کردن و تراز کردن پی ها و دال ها در شکل های مختلف ایجاد می شوند. تزریق برای سدها که اغلب تزریق تحکیمی نامیده می شود، روشی است که برای پر کردن حفره ها و شکاف های زیر سد انجام می شود و در غیر این صورت ممکن است ایمنی سد را در صورت وقوع لرزه به خطر بیندازد. کات اف ها که پرده های دوغاب نیز نامیده می شوند، در زیر سد قرار می گیرند تا از پدیده رگاب جلوگیری کنند و معمولاً در آن از ترکیب سیمان و دوغاب های شیمیایی استفاده می شود.

در نهشته ‌های طبقه طبقه که شکستگی، ابتدا بین طبقات رخ می ‌دهد، از روشی به نام تزریق عدسی برای تقویت توده خاک و با ایجاد ورقه‌های نازک سیمان در سطوح مشترک طبقات استفاده می‌شود. مشخصاتی از دوغاب که در انتخاب و استفاده از محصولات مختلف نقش دارند عبارتند از: دوام، نفوذپذیری، سختی، ایمنی، سهولت جابه جایی، در دسترس بودن و هزینه. در واقع، انتخاب هر نوع دوغاب یک معامله است، به صورتی که برخی خواص تقویت می شوند در حالی که برخی دیگر تضعیف می شوند. به جز در زمینه مقاومت، آکریل آمیدها به دوغاب ایده آل نزدیک هستند.

اغلب، آزمایش های صحرایی داده های مستقیم تری را نسبت به اکتشافات خاک و آزمایش های آزمایشگاهی به حفار می دهند زیرا داده های مورد نیاز حفار با داده های مورد نیاز در سایر جنبه های طراحی ژئوتکنیکی متفاوت است. حفار باید از جزئیات جذب دوغاب آگاه باشد، به عنوان مثال، سرعتی که در آن گروت (دوغاب) می تواند با حاشیه امنی در برابر شکست سازه تزریق شود. اغلب، قابلیت جذب دوغاب‌ از داده‌های دیگر مانند آنالیز اندازه دانه، چگالی نسبی، نفوذپذیری و تخلخل استنباط می‌شود.

تراوش به این دلیل اتفاق می افتد که طبیعت یا ساخت و ساز منجر به ایجاد یک کانال باز بین یک منبع آب و نقطه ای با پتانسیل پایین تر می شود. موثرترین روش برای کنترل تراوش، بستن کانال تراوش از محل منبع آب است. این موضوع تقریباً همیشه غیرعملی است و روش ‌های میدانی برای بستن کانال تراوش در نقطه تراوش طراحی شده ‌اند. در عمل، سوراخ‌ های کوتاهی حفر می‌ شوند تا (با آزمون و خطا) کانال تراوش را در فاصله 5 تا 10 فوتی از نقطه تراوش ردیابی کنند. این مسئله یک مدار حاوی بخشی از کانال تراوش اصلی ایجاد می کند. با زمان مناسب ژل و کنترل حجم، مدار می تواند ژل شود و تراوش را متوقف کند.

می توان قبل، در حین و بعد از اتمام پروژه ساختمانی برای کنترل جریان آب زیرسطحی از پرده های آب بند استفاده کرد. هنگامی که پرده آب بند پس از پایان پروژه ساخت استفاده می شود، معمولاً به این دلیل است که نشانه های ظاهری آشفتگی وجود دارد. در این شرایط، می توان تزریق را به صورت مجازی و با آزمون و خطا انجام داد، زیرا اثرات تزریق فوراً قابل مشاهده است. از سوی دیگر، زمانی که پرده های آب بند پیش از ساخت یا در مراحل اولیه آن تزریق می شوند، کار باید با جزئیات از قبل برنامه ریزی شده و سوابق دقیقی از هر حفره تزریق نگهداری شود تا در جایی که مشخص است، مجدداً تزریق صورت گرفته و امکان ایجاد روزنه را به حداقل ممکن رساند.

می‌توان تونل‌ها و شفت‌هایی که ساخت آن‌ها به دلیل ورود جریان آب، منع یا متوقف می ‌شود را به طور موثری با تزریق شیمیایی اصلاح کرد. برای تونل ها، تزریق باید در ساخت اولیه و برنامه ریزی مالی به عنوان یک اقدام احتمالی برای کنترل حرکت نرم زمین در سطح تونل و برای محدود کردن نشست های سطحی بالای تراز تونل لحاظ شود. اگر شفت ها عمیق باشند، با مشکل آب مواجه می شوند. روش های اصلاحی باید در مشخصات طراحی گنجانده شوند. مطالعات رایانه ای در مورد اثرات تزریق در پروفیل های مختلف خاک تایید شده توسط داده های صحرایی درک خوبی در مورد نتایج قابل انتظار از تزریق به وجود آورده است.

کاربردهای تخصصی دوغاب های شیمیایی شامل موارد بسیاری با حجم بسیار کم مانند پیزومترهای آب بندی و نمونه برداری از ماسه ها است. با این حال، یک صنعت بسیار بزرگ حول استفاده از دوغاب برای آب بندی داخلی خطوط فاضلاب، در درجه اول برای کنترل نفوذی که باعث بارگذاری بیش از حد تصفیه خانه ها می شود، به وجود آمده است. می توان به آسانی دستورالعمل هایی را برای کارکنانی که برای نظارت و بازرسی عملیات تزریق آموزش می بینند ایجاد کرد. با این حال، تنها تجربه می ‌تواند به اندازه کافی حفارها و تزریق کننده ها را آماده کند. برنامه ریزی برای عملیات تزریق از قبل، احتمال انجام مناسب کار از نظر مکانیکی و اقتصادی را به میزان زیادی افزایش می دهد.

سایر مقاله ها

آزمایش تحلیل چند کاناله امواج سطحی یا MASW چیست ؟ (Multichannel Analysis of Surface Waves)

آزمایش تحلیل چند کاناله امواج سطحی یا MASW یکی از [...]


بیشتر بخوانید

خاک های رمبنده (Collapsible Soil)

در طبیعت خاک هایی هستند كه تحت تنش یكسان، با [...]


بیشتر بخوانید

ظرفیت باربری پی (Bearing Capacity of Foundation)

خاک باید بدون آنکه دچار گسیختگی برشی شود، توانایی تحمل [...]


بیشتر بخوانید

نشست غیر یکنواخت (Differential Settlement)

پی (شالوده یا فونداسیون) یک سازه وزن زیادی دارد و [...]


بیشتر بخوانید