Soft Clay Engineering and Ground Improvement

این کتاب طراحی و اجرای روش ‌های بهسازی زمین را که برای خاک ‌های رس نرم قابل استفاده است، پوشش می‌دهد. خاک های رس نرم با سایر مواد ژئوتکنیکی ضعیف مانند ماسه های شل که نیاز به بهسازی دارند بسیار متفاوت است. رس های نرم و بهسازی زمین به یکی از چالش های عمده ژئوتکنیکی در مهندسی عمران طی سه دهه اخیر تبدیل شده اند. بنابراین نه تنها مهندسان عمران، بلکه بسیاری از مهندسین مشاور، معماران، کارفرمایان و پیمانکاران در حال حاضر از رفتار خاک رس های نرم و خطرات مرتبط با تحولات در چنین مناطقی آگاه هستند. رس های نرم در بسیاری از شهرهای بزرگ از جمله مناطق ساحلی و زمین های احیا شده مشاهده می شوند. آن ها به طور طبیعی در فرآیند زمین شناسی حمل و نقل، رسوب گذاری یا به دلیل فعالیت ها و دستکاری انسان رخ می دهند.

بهسازی زمین به طور کلی موضوع بسیاری از کنفرانس های بین المللی بوده است و مجلات و کتاب های مرجع اختصاصی در این زمینه وجود دارد. هدف این کتاب این است که موضوع بهسازی زمین های دارای رس های نرم را به شیوه ای بسیار جامع، با مثال های عددی و تاریخچه موارد در هر کجا که مناسب باشد، پوشش دهد. دو نگرانی اصلی در رابطه با رس های نرم وجود دارد: مقاومت رس های نرم و تراکم پذیری آنها.

چنین موادی در صورتی که به درستی طراحی نشوند می توانند منجر به نشست های بیش از حد و ناپایداری سازه تحت بارگذاری های مختلف شوند. خاک رس نرم اصطلاحی است که می تواند گمراه کننده باشد. به طور کلی، این اصطلاح هنگام توصیف خاک رس با ثبات همراه است. طبقه بندی رس ها به طور کلی بر اساس مقاومت برشی زهکشی نشده (c_u) است، و این همان چیزی است که تقریباً توسط تمام استانداردها پذیرفته شده است (به عنوان مثال، انجمن ژئوتکنیک کانادا 2006؛ AS 1726).

 عنوان کتاب و تعریف فوق از رس های نرم، محتویات آن را به خاک های بسیار نرم یا نرم، مثلاً با مقاومت برشی زهکشی نشده کمتر از 25 کیلوپاسکال، محدود نمی کند. این کتاب تمام خاک‌ هایی را که ضعیف و یا تحت بارهای اعمال‌ شده قابل تراکم هستند، پوشش می‌دهد. هنگامی که بارگذاری قابل توجه باشد بحث نشست و پایداری می تواند یک نگرانی کاملاً جدی باشد. البته باید گفت حتی رس های سفت نیز می توانند تحت شرایط مختلف، نشست های قابل توجهی داشته باشند و یا ممکن است مشکلات پایداری را تجربه کنند. اگر نیمرخ خاک دارای لایه های عمیق باشد و بارها زیاد باشد، حتی رس های سفت را می توان به عنوان رس های تراکم پذیر طبقه بندی کرد. عملیات احیاء و بهسازی زمین در فرودگاه کانسای در ژاپن یک نمونه کلاسیک است که در آن لایه ‌های هولوسن فوقانی متراکم ‌شونده بوده و سربار قابل توجه از دیگر ویژگی های این پروژه است. این پروژه از پروژه های کلیدی است که در این کتاب به آن پرداخته شده است. (مصری و فانک 2015). در محدوده زمین این پروژه، ضخامت لایه ‌ها به اندازه ای زیاد بود که لایه پلیستوسن تحت نشست‌ های تحکیم اولیه و ثانویه قابل توجهی قرار گرفت. از این رو، نظریه و اجرای مورد بحث در کتاب مهندسی خاک های رسی نرم و بهسازی زمین به خاک‌هایی با قوام «نرم» محدود نمی شود، بلکه شامل خاک ‌هایی است که تحت بارهای اعمال شده، با مشکلات پایداری و یا نشست های بیش از حد دست و پنجه نرم می کنند. (به عنوان مثال، بیش از حد پیش بینی شده برای برآورده کردن شرایط پروژه، قابل تراکم هستند.)

قدمت بهسازی زمین به دوران باستان باز می گردد، زمانی که تلاش‌ هایی برای بهبود شرایط زمینی برای ساخت جاده‌ ها، مسکن‌ ها و سایر زیرساخت ‌ها انجام شد. تاریخ باستانی در مورد بهسازی زمین مربوط به مهندسی خاک رس نرم را می توان در هان (2015)، بارندز (2011) و نیکلسون (2013) یافت.

در چهار دهه گذشته پیشرفت های قابل توجهی صورت گرفته است و روش های قبلی اصلاح شده و بسیاری از روش های نوآورانه جدید توسعه یافته اند. این پیشرفت ‌ها ناشی از یک ضرورت محض بود، زیرا بشر مجبور شد با توجه به گسترش روز افزون جمعیت و شهر نشینی، زمین های حاشیه ‌ای و بهسازی نشده را توسعه دهد و زمین‌های بهتر کمیاب شدند. علاوه بر این، در سراسر جهان تمایل فزاینده‌ ای برای افزایش رد پای زمین از طریق بهسازی وجود دارد که زمین ‌های اضافی را برای توسعه بیشتر ایجاد می کند، اما این امر باعث ایجاد خاک ‌های نرم و قابل تراکم با پتانسیل مشکلاتی نظیر نشست و پایداری می شود. افزایش توجه به بهسازی زمین با کنفرانس های بین المللی که جلساتی را به این موضوع اختصاص می دهند، مجلات و کتاب هایی که صرفاً به موضوع بهسازی زمین های دارای خاک رس نرم می پردازند و معرفی در برنامه های درسی دانشگاه به وضوح مشاهده می شود. به عنوان مثال، چندین دهه پیش، کمتر از 10 درصد از مهندسان عمران در مورد “پیش بارگذاری” شنیده بودند، در حالی که این روزها واقعاً تعجب آور است اگر یک مهندس عمران از این اصطلاحات بی اطلاع باشد.

رس های نرم بسیار متفاوت از سایر مواد ژئومتریال ضعیف هستند که نیاز به بهسازی دارند و مطمئناً سزاوار توجه ویژه هستند. این کتاب نظرات دانشگاهیان و محققان و همچنین متخصصان صنعت را که تجربه زیادی در بهسازی رس های نرم دارند، دیده است. هدف کتاب این است که به ابزاری ارزشمند برای مشاوران، پیمانکاران، محققین و دانشگاهیان فعال در زمینه بهسازی خاک رس های نرم تبدیل شود و کتاب مرجع خوبی برای فارغ التحصیلان در این زمینه نیز باشد.

این کتاب به زبان ساده با مثال هایی در سراسر کتاب همراه با تصاویر گرافیکی و مهم تر از همه، تاریخچه مواردی نوشته شده است که بینشی در مورد راه حل های نوآورانه و همچنین درس های آموخته شده در جایی که گسیختگی رخ داده است ارائه می دهد. این کتاب همچنین کتابی خواهد بود که یک مهندس فارغ التحصیل یا یک مهندس عمران با دانش محدود مهندسی ژئوتکنیک می تواند به راحتی بخواند و هضم کند و بینشی در مورد مسائل و راه حل ها در هنگام برخورد با خاک های نرم ارائه دهد.

کسانی که می خواهند دانش خود را که از طریق مطالعه این کتاب به دست آورده اند افزایش دهند می توانند به منابع مختلف ذکر شده در هر فصل مراجعه نمایند. یک سیستم اطلاعاتی و راهنمایی مبتنی بر وب (SHRP2 2014)، راه حل های ژئوتکنیکی برای زیرساخت های حمل و نقل (www.geotechtools.org)، اطلاعاتی را در مورد فناوری های ساخت و ساز جغرافیایی ارائه می کند و ابزاری برای کمک به تصمیم گیری در مورد اینکه کدام فناوری ها به طور بالقوه برای شرایط خاص سایت قابل استفاده هستند، ارائه می کند. قابل درک است که با در دسترس قرار گرفتن اطلاعات بیشتر، وبگاه به روز خواهد شد.

بهسازی زمین چیست؟

همانطور که از کلمات پیداست، بهسازی زمین در حقیقت بهبود مشخصات خاک برای استفاده از آن در موارد مختلف است. این امر زمانی مورد نیاز است که خاک های درجا قادر به تحمل بارهای وارده نیستند و یا دچار تغییر شکل هایی می شوند که تحت بارها پایدار نبوده یا احتمالاً بر روی زیرساخت ها و زمین های مجاور تأثیر می گذارد. در خاک های نرم، بهسازی زمین عمدتاً برای دستیابی به موارد زیر انجام می شود:

• برای افزایش استحکام برشی برای بهبود پایداری و  ظرفیت باربری
• کاهش نشست های مورد انتظار تحت بارهای وارده
• کنترل تغییر شکل های جانبی به ویژه در پروژه هایی که که زیرساخت های موجود می تواند تحت تأثیر قرار گیرد.
• کاهش سربار تحمیلی برای خاک های ضعیف که ظرفیت باربری کمی دارند.
• تسریع نشست

 رس های نرم ذاتاً ضعیف و قابل تراکم هستند و بنابراین این مسائل در تصمیم گیری در مورد نیاز به اصلاح زمین و نوع بهسازی که باید اتخاذ شود مرتبط هستند. پیش از اقدام برای بهسازی خاک ها در مواجهه با زمین های مشکل دار، گزینه های زیر پیش روی کارفرمایان پروژه قرار دارد: (میچل و جاردین 2002).

1. دور زدن و یا تغییر محل پروژه

2. انتقال بار وارده در پروژه به لایه های عمیق تر و با خصوصیات فیزیکی و مقاومتی بهتر به کمک شمع ها و اجتناب از بهسازی

3. طراحی رو سازه به نحوی که تغییر شکل ها با توجه به شرایط زمین قابل انتظار باشد.

4. اتخاذ روشی مناسب برای بهسازی خاک منطقه

5. تعویض خاک زمین با خاکی مناسب (قابل استفاده در مواردی که ضخامت خاک مشکل دار کم است)

6. رها کردن پروژه به دلیل عدم صرفه اقتصادی

نتیجه هر چه که باشد، بهسازی زمین به عنوان یک ابزار کارآمد برای زمین های نامناسب تثبیت شده است و به طور معمول به عنوان بخشی از مهندسی ارزش مرتبط با هر پروژه بزرگ ارزیابی می شود.

روش های بهسازی زمین

به دلیل تعداد زیاد و به دلیل وجود تنوع زیاد، فهرست کردن همه روش‌ های بهسازی زمین که برای خاک رس نرم قابل استفاده هستند، آسان نیست. یکی از اسنادی که سعی در فهرست و توصیف بهبود زمین قابل اجرا برای همه انواع خاک ها داشته است www.geotechtools.org (SHRP2 2014) است. این روش‌ها در جدول زیر خلاصه شده اند. از این جدول می توان دریافت که روش های زیادی برای بهبود رس های نرم وجود دارد، اما برخی از آنها ماهیت مشابهی دارند و تفاوت های جزئی در مواد استفاده شده و یا روش اجرا دارند.