Excavation and Foundation in Soft Soils

کتاب حفاری و فونداسیون در خاک های نرم در مورد مهندسی خاک نرم است تا برای مهندسان شاغل و محققین، مفید باشد. برنامه ریزی، طراحی و ساخت گودبرداری ها و پی ها در خاک های نرم و بسیار نرم همیشه یک وظیفه دشوار و چالش برانگیز برای مهندسان است. نویسندگان سعی کرده اند در این کتاب به برخی از این مشکلات و چالش ها بپردازند.

علاوه بر پیشرفت های صورت گرفته در زمینه خاکبرداری در خاک های نرم، نتایج تحقیقات و تجربیات خود نویسنده از پروژه های عملی نیز در کتاب ارائه شده است. همچنین در کتاب حفاری و فونداسیون در خاک های نرم تأکید ویژه ای بر ارائه چندین مطالعه موردی مرتبط با مطالب بیان شده در هر مبحث شده است. در کنار این موضوعات همچنین خلاصه ای از تجربیات نویسنده در تعیین پارامتر های خاک برای تحلیل اجزای محدود مسائل ژئوتکنیکی برای تفهیم بهتر موضوع ارائه شده است. در کتاب حفاری و فونداسیون در خاک های نرم نویسنده سعی کرده است تا با ارائه انبوهی از عکس ها و نمودارها، انگیزه لازم برای خواننده برای مطالعه محتوای کتاب را ایجاد نماید.

هدف نویسندگان این است که به خوانندگان یک دید کلی از خواص مواد خاک های نرم و کاربرد آنها در گودبرداری ها، انواع پی ها و پیشرفته ترین روش های پایدارسازی ارائه دهند. با این حال، نویسندگان تأکید می‌کنند که نباید وجود خاک نرم از بخش های دشوار و هزینه بر، در مرحله اجرا و پیش از آن طبقه بندی شود. با استفاده از پیشرفت های صورت گرفته در زمینه مهندسی خاک های نرم در مهندسی ژئوتکنیک، می توان به راه حلی ایمن همراه با  توجیه اقتصادی برای یک پروژه ساختمانی خاص دست یافت. از این کتاب انتظار می رود تا در این زمینه به نحو قابل قبولی به مهندسان کمک نماید.

طراحی ژئوتکنیکی و اجرای سازه های عمرانی بر روی خاک های نرم و بسیار نرم معمولاً با مشکلات اساسی همراه است. از آنجایی که این نوع خاک‌ها نسبت به تغییر شکل حساس بوده و دارای مقاومت برشی بسیار کمی می‌باشند، ممکن است منجر به آسیب‌های سازه ای در حین اجرا و همچنین در طول عمر پروژه ها به‌ویژه در مناطق شهری شود. از دلایل این موضوع می توان به موارد زیر اشاره نمود:

• نشست های بیش از حد یا کج شدگی سازه های ساختمانی تازه ساخته شده
• نشست سازه های قدیمی در نزدیکی سازه های تازه ساخته شده
• اثر نامطلوب گودبرداری بر سازه های مجاور

همچنین بزرگراه‌ها و راه‌آهن‌ها و سایر پروژه‌های زیربنایی در خاک‌های نرم اغلب با مشکلات و آسیب‌های ساختمانی همراه بوده و نیازمند اقدامات ساختمانی ویژه و اساسی است تا به طور کامل از آسیب احتمالی بیشتر جلوگیری شود و یا تا مقدار قابل قبولی محدود شود.

خاک‌های جوان و عادی تحکیم یافته که چسبنده و نرم هستند از نظر زمین شناسی در امتداد ساحلی و اطراف دریاچه‌ها و رودخانه‌ها قرار گرفته اند. به عنوان مثال:

• در جنوب شرقی آسیا، ژاپن، هند
• نواحی شمالی و مرکزی آمریکا (رس در کشور مکزیک، رسوبات کانکاگوا و نواحی شرقی کانادا)
• آمریکای جنوبی و آفریقا
• آمریکای جنوبی و آفریقا (به عنوان مثال در امتداد دلتای نیل، اطراف دریاچه های ویکتوریا و تانا)
• اروپا (به عنوان مثال در آلمان در امتداد منطقه باتلاقی رودخانه Elbe در شمال و اطراف دریاچه های باواریا و دریاچه کنستانس در جنوب؛ در سوئیس در اطراف دریاچه زوریخ و غیره)
• نواحی جنوبی نروژ

مستقل از تعاریف و اصطلاحات زمین‌شناسی، خاک‌های نرم در ادامه به عنوان خاک های تحکیم نیافته، عادی تحکیم یافته و یا خاک های ریز دانه کمی پیش تحکیم یافته تعریف می شود. این موضوع در بخش 2.1 به خوبی شرح داده شده است.

لایه های نرم خاک تا عمق بیش از 30 متر گسترش یافته است. اغلب چندین درز سیلت و ماسه ممکن است در طبیعت در توده خاک پس از یخبندان مشاهده شود همانند آنچه در رس های lacustrine مشاهده گردید. این امر می تواند سبب ایجاد فشار آب حفره ای اضافی شود و به ناپایداری توده خاک نرم در حین گودبرداری منجر شود.

با توجه به کارگروه کاوشگر EAB انجمن ژئوتکنیک آلمان، برای تعریف خاک به عنوان خاک نرم از نظر اهداف ساختمانی، معیارهای زیر باید رعایت شود:

• شاخص سازگاری (I_C) در محدوده خاک های خیلی نرم و نرم، کمتر از 0.75 می باشد.
• کاملا اشباع و یا نزدیک به اشباع
• مقاومت برشی زهکشی نشده کمتر از 40 کیلونیوتن بر متر مربع
• تمایل به جریان یافتن
• خواص پلاستیکی سبک تا متوسط
• بسیار حساس نسبت به لرزش و ارتعاش (منظور از حساسیت در اینجا نسبت بین مقاومت برشی زهکشی نشده در هنگام گسیختگی و مقاومت پسماند در آزمایش برش پره می باشد.)
• خاصیت تیکسوتروپیک و غیره

پیشرفته ترین خصوصیات و طبقه بندی های ارائه شده برای خاک های نرم را می توان در فصل دوم از کتاب حفاری و فونداسیون در خاک های نرم مشاهده نمود. این کتاب همچنین به بررسی نکات مربوط به انواع پی ها در خاک های نرم و الزامات ژئوتکنیکی آن ها می پردازد.

• گودبرداری
• پی های سطحی
• پی های عمیق و شمع ها
• پی های گسترده بر روی شمع های معلق
• روش های بهسازی خاک با اعضای شبه ستون

با ظهور فناوری های رایانه ای پیشرفته در چند دهه گذشته، شبیه سازی عددی پی‌ها و گودبرداری ها با استفاده از روش اجزای محدود (FEM) به عنوان ابزاری قدرتمند برای تحلیل در بین کاربران محبوب شده است. نمونه های مختلفی از نرم افزارهای مختلف اجزای محدود برای استفاده در زمینه مسائل ژئوتکنیکی در بازار موجود است. علاوه بر این، وجود شبیه سازی عدد سبب شده است تا پیشرفت های قابل توجهی در زمینه درک مقاومت و تغییر شکل خاک های نرم  صورت بگیرد. مدل های رفتاری مختلف، از مدل های الاستیک ساده تا مدل های پیچیده پلاستیک و الاستوپلاستیک به کمک این مدلسازی ها توسعه داده شده است. با این وجود همچنان مهندسان با مشکلاتی در زمینه تخمین تغییرشکل ها در گودها مواجه هستند. چرا که برای یک پروژه گودبرداری واقعی با پارامترهای خاکی و سازه ای مشخص، اختلاف زیادی در نتایج محاسبات اجزای محدود ارائه شده و نتایج اندازه گیری شده در واقعیت مشاهده شده است.

به طور کلی کتاب حفاری و فونداسیون در خاک های نرم شامل 7 فصل می باشد. در فصل اول این کتاب خواننده با کلیات هدف نویسنده از نوشتن این کتاب آشنا می شود. فصل دوم کتاب خصوصیات فیزیکی خاک های نرم را به خوبی پوشش داده است. در فصل سوم نویسنده سعی دارد تا خواننده را با مدل های رفتاری مختلف و برخی از پارامتر های خاک ها به ویژه پارامترهای خاک های نرم آشنا گرداند. در فصل چهارم نویسنده ابتدا به خطرات احتمالی عدم پایدارسازی گودها اشاره نموده است و در ادامه برخی از روش های پایدارسازی گود نظیر نیلینگ، انکراژ، دیوار های وزنی، مهارمتقابل (استرات) و … شرح داده شده است. در فصل پنجم و ششم پی های سطحی، شمع ها و نکات مرتبط به خوبی توسط نویسنده توضیح داده شده است. ساخت جاده‌ها، راه‌آهن‌ها و سایر سازه‌های مهندسی روی خاک‌ های نرم معمولاً با مشکلاتی مانند نشست‌ های بیش از حد، تغییر شکل‌ها و مشکلات پایداری همراه است. بنابراین باید اقدامات لازم در جهت مقابله با موارد مذکور و نیز بهسازی خاک صورت بگیرد. برای بهسازی خاک ها روش های مختلفی نظیر تراکم، زهکشی و تثبیت خاک وجود دارد. در روش های تثبیت، با اضافه کردن برخی مواد نظیر دوغاب سیمان، آهک و … سبب بهبود رفتار خاک ها در جهات مختلف می شوند. روش های جت گروتینگ و اختلاط عمیق (DSM) از جمله روش های تثبیتی برای بهسازی خاک ها می باشد. در فصل 7 از کتاب حفاری و فونداسیون در خاک های نرم نویسنده به برخی از این روش های تثبیت و کاربردهای آن ها اشاره کرده است.