بررسی جامع روش اختلاط عمیق خاک برای تثبیت خاک های انبساطی
- مقدمه
خاکهای انبساطی وقتی در معرض تغییرات رطوبتی قرار میگیرند، تغییرات زیادی در حجم را تجربه میکنند. این خاکها را میتوان در مناطق خشک و نیمهخشک یافت، جایی که کانیهای رسی انبساطی مانند مونت موریلونیت یا درصدهایی ایلیت وجود دارد [1]. به دلیل رفتار انقباضی خاکهای انبساطی، زیرساختهای عمرانی مانند ساختمانهای مسکونی، روسازیها و پوشش کانالها به شدت آسیب دیده و سالانه چندین میلیارد دلار برای بازسازی این سازهها هزینه میشود [2]. تکنیک اختلاط عمیق خاک (DSM) یکی از موثرترین تکنیکهای بهسازی خاک است که برای بهسازی خاک های انبساطی در اعماق بیش از 1.5 متر استفاده میشود [2-4]. این روش به بهبود خواص مکانیکی و فیزیکی خاک های انبساطی پس از اختلاط با تثبیت کننده هایی مانند سیمان، آهک و خاکستر کمک می کند. روش اختلاط عمیق خاک (DSM) را می توان بر اساس روش اختلاط به دو روش طبقه بندی کرد: (1) روش مرطوب. و (ب) روش خشک. در روش مرطوب، خاک را با دوغابی که شامل ماده چسبنده است، مخلوط می کنند، در حالی که در روش خشک، خاک را با چسب خشک مخلوط می کنند [4]. روش تر برای خاک های نرم، سیلت ها و ماسه های ریزدانه با رطوبت کمتر مناسب تر است، در حالی که روش خشک برای خاک های نرم با رطوبت بسیار بالا، بیش از 60 درصد مناسب تر است [5]. در این تحقیق از روش مرطوب اختلاط عمیق خاک (DSM) استفاده شد، زیرا رطوبت خاک انبساطی مورد استفاده خیلی زیاد نبود.
روش بهسازی خاک با استفاده از روش اختلاط عمیق خاک (DSM) شامل دو مرحله اصلی زیر است [2]: (1) طراحی تثبیت کننده – طراحی تثبیت کننده شامل (الف) انتخاب نوع چسب و درصد بهینه بایندر و (ب) تعیین نسبت بهینه آب به چسب برای حداکثر عملکرد ستون اختلاط عمیق خاک (DSM)؛ و (2) طراحی هندسی – تعیین پارامترهای هندسی مانند طول، قطر و فاصله بین ستون های اختلاط عمیق خاک (DSM). در مراحل اولیه کاربرد اختلاط عمیق خاک (DSM)، فرض بر این بود که درصد بایندر تنها عامل کنترل کننده افزایش مقاومت نمونههای بهسازی شده با اختلاط عمیق خاک (DSM) است [6، 7]. در مطالعات اخیر [8-11]، ثابت شده است که علاوه بر درصد بایندر، مقدار آب اضافه شده (نسبت آب به بایندر) در مخلوط نیز نقش حیاتی در رفتار مهندسی نمونه های اختلاط عمیق خاک (DSM) بهسازی شده دارد زیرا آب برای هیدراتاسیون بایندر و برای اختلاط کارآمد مهم است.
متداول ترین انواع بایندر مورد استفاده در روش بهسازی خاک با استفاده از اختلاط عمیق خاک (DSM) سیمان و آهک هستند. با این حال، تولید سیمان پرتلند معمولی (OPC) نیازمند صرف انرژی زیادی است و تقریباً 0.7 تا 1 تن CO2 به ازای هر 1 تن سیمان تولید شده منتشر می کند [12، 13]. این امر باعث می شود محصولات مبتنی بر OPC و OPC بسیار غیرقابل دفاع باشند و لازم است به دنبال جایگزین های پایدار برای چسب های مبتنی بر OPC برای کاربردهای ساختمانی، از جمله بهسازی خاک باشیم. مشخص شده است که خاکستر بادی می تواند به عنوان یک جایگزین پایدار برای چسب های مبتنی بر OPC در کار تثبیت خاک استفاده شود و به خوبی بررسی شده است که خاکستر بادی تثبیت کننده موثری برای خاک های انبساطی است [4، 14-17]. بر اساس یافتههای قبلی، میزان بهینه خاکستر بادی برای کار تثبیت خاک بین 10 تا 20 درصد وزنی است [14، 17، 18]. تا به امروز، هیچ مطالعه ای با تمرکز بر توسعه یک دستورالعمل روش اختلاط عمیق خاک (DSM) برای خاک انبساطی با استفاده از خاکستر بادی به عنوان تثبیت کننده وجود ندارد. بنابراین، هدف از این مطالعه تدوین دستورالعمل طراحی (طراحی تثبیت کننده و طراحی هندسه) برای تثبیت خاک گسترده با استفاده از خاکستر بادی به عنوان تثبیت کننده است.
نمونه های وسیع خاک مورد استفاده در این مطالعه از چهار مکان مختلف در منطقه دیگانا، سریلانکا جمع آوری شد. ویژگیهای شاخص پایه خاکها با استفاده از وزن مخصوص، رطوبت اولیه، حدود آتربرگ، دانه بندی با هیدرومتر و الک مطابق با BS1377: قسمت 2: 1990 تعیین شد. آزمایشهای فشار تورم حجمی ثابت (BS 1377: Part 5: 1990) بر روی نمونههای خاک دست خورده برای تعیین فشار تورم نهایی خاکهای انبساطی بهسازی نشده انجام شد. Prakash و Sridharan [19] آزمایشهای تورم آزاد را برای طبقهبندی پتانسیل تورم نمونههای خاک انبساطی پیشنهاد کردند. یک آزمایش تورم آزاد با اندازه گیری تغییرات حجمی 10 گرم خاک خشک شده در نتیجه عبور 425 میکرومتر آب مقطر (Vd) و نفت سفید ( Vk) انجام می شود. نسبت تورم آزاد (FSR) با نسبت (Vd/Vk) تعیین می شود. طبقه بندی خاک با استفاده از سیستم طبقه بندی یکپارچه خاک (USCS) انجام می شود. منحنی های توزیع اندازه دانه در شکل 1 آورده شده است و خواص شاخص و نتایج آزمایش تورم آزاد هر چهار خاک انبساطی (L1 – L4) در جدول 1 آورده شده است. از چهار نمونه خاک انبساطی به دست آمده، سه نمونه به عنوان متوسط طبقه بندی شدند. انبساطی در حالی که دیگری دارای پتانسیل تورم کم بود. قبل از استفاده از این خاکهای انبساطی برای آزمایشهای طراحی تثبیتکننده، آنها را در فر خشک کرده و سپس با الک ۲ میلیمتری الک کرده و سپس طبق پیشنهاد بهادریراجو و همکارانش [3] و لیو و همکاران. [20] همگن شدند.
- ۲- مصالح و روشها
- ۱.۲. مصالح
- ۱.۱.۲. خاک انبساطی
شکل ۱. منحنی دانه بندی خاک های بهسازی نشده
جدول ۱. مشخصات پایه خاک انبساطی استفاده شده در این مطالعه
۲.۱.۲. خاکستر بادی
خاکستر بادی مورد استفاده در این مطالعه از نیروگاه زغال سنگ Lakwijaya، Norochcholai، Puttalam، سریلانکا جمع آوری شد و نوع خاکستر بادی استفاده شده ASTM کلاس F (خاکستر بادی کم کلسیم) است. دو نوع عمده خاکستر بادی وجود دارد. خاکستر بادی کلاس F ASTM دارای بیش از 70 درصد درصد وزنی SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 است و حاوی مقادیر کمی آهک است، در حالی که خاکستر بادی کلاس C ASTM حاوی 50 تا 70 درصد درصد وزنی SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 است و محتوای آهک بالایی دارد. [21]. ترکیب شیمیایی خاکستر بادی تعیین شده توسط آنالیز فلورسانس اشعه ایکس (XRF) در جدول 2 آورده شده است.
جدول ۲. ترکیبات شیمیایی خاکستر بادی
۲.۲. روشها
۱.۲.۲. فرآیند طراحی تثبیت کننده
روش اختلاط آزمایشگاهی که در این تحقیق برای طراحی تثبیت کننده دنبال شد از Bhadriraju و همکاران اتخاذ شد. [3]. در طراحی تثبیت کننده از نسبت آب به بایندر 6/0 استفاده شد. لازم به ذکر است که این نسبت آب به ماده چسبنده درصد آب طبیعی خاک را درنظر نمی گیرد و مقدار آب مربوط به درصد آب طبیعی به طور جداگانه همانطور که توسط Bhadiraju و همکاران پیشنهاد شده است اضافه شده است. [3]. مراحل زیر در طراحی تثبیت کننده دنبال شد:
- قبل از اختلاط خاک ، وزن توده خاک انبساطی بهسازی نشده که از الک US شماره 10 عبور کرده بود (2 میلی متر) به مدت 24 ساعت در دمای 105 درجه سانتیگراد در آون خشک شد.
- همانطور که توسط Bhadiraju و همکاران توصیه شده است. [3]، طرح مخلوط ارائه شده در جدول 3 برای تهیه نمونه تثبیت شده خاکستر بادی اتخاذ شد. در این مطالعه، نمونههای تثبیتشده با درصدهای خاکستر بادی (که از این به بعد «درصد چسب» نامیده میشود) 10، 15، 20 و 25 درصد تهیه شد. این محدوده در بسیاری از مطالعات مورد استفاده قرار گرفته است. [2، 14، 16، 17، 22]. جدول 3 همچنین مقادیر آزمایشی پارامترهای طراحی مخلوط را برای خاک انبساطی در مکان 1 (L1) با 10٪ چسب (درصد خاکستر بادی) نشان می دهد. برای هر درصد چسب، مقدار مناسب چسب بر اساس پارامترهایی از جمله ضریب چسب (α)، مقدار خاک خشک (Ws) مورد نیاز و درصد آب کل (Wt) که شامل مقدار آب اولیه (Wn) و مقدار آب از نسبت آب به چسب (Ww,Slurray) نیز می باشد همانطور که در جدول 3 توضیح داده شده است محاسبه شد.
جدول 3. طراحی اختلاط خاک مورد استفاده برای طراحی تثبیتکننده و مجموعه نمونهای از محاسبات برای خاک انبساطی در مکان 1 (L1) با 10% بایندر
- مقادیر بایندر و خاک خشک برآورد شده طبق جدول ۳ به طور یکنواخت در حالت خشک مخلوط شدند. سپس مقدار کل آب به مخلوط خشک چسب خاک اضافه شد و به مدت ۵ تا ۷ دقیقه به صورت دستی کاملاً مخلوط شد تا مخلوطی همگن به دست آید.
- مخلوط تثبیت شده نهایی در سه لایه به قالب تراکم (قطر داخلی 100 میلی متر و ارتفاع 127 میلی متر) منتقل شد. نمونه ها با انرژی تراکم معادل تست تراکم پروکتور استاندارد فشرده شدند (BS 1377: قسمت 4: 1990). هر لایه با 27 ضربه با استفاده از چکش سبک وزن 2.5 کیلوگرمی که از 300 میلی متر سقوط آزاد کرده بود فشرده شد. این انرژی تراکم اسمی 593 کیلوژول بر متر مکعب را ارائه می دهد که مربوط به انرژی تراکم ایجاد شده توسط یک غلتک سبک در میدان است.
- نمونه ها اکسترود شده و با کیسه های پلی اتیلن دربسته پیچیده شدند تا از هدر رفتن رطوبت جلوگیری شود و در دمای اتاق (۲±۲۸ درجه سانتیگراد) به مدت ۲۸ روز پخت شدند.
- پس از 28 روز پخت، آزمایش فشار تورم حجم ثابت (BS 1377: قسمت 5: 1990) برای تعیین فشار تورم نمونه های تثبیت شده انجام شد. ابتدا نمونه تثبیت شده با عبور از الک 0.425 میلی متری به مدت 24 ساعت در آون نگهداری شد. مقدار از پیش تعیین شده خاک در رینگ تحکیم (با قطر داخلی 75 میلی متر و ارتفاع 20 میلی متر) قرار داده شد و نمونه به تراکم محل متراکم شد. دو سنگ متخلخل در بالا و پایین نمونه و کاغذهای صافی بین نمونه خاک و سنگ متخلخل در دو طرف قرار داده شد. سپس نمونه بر روی پایه دستگاه آزمایش قرار داده شد و صفحه پایه تنظیم شد تا فک اندازه گیری متصل به قاب بارگذاری نمونه را لمس کند. در این مرحله، قرائت عدد سنج جابجایی روی صفر تنظیم شد. برای شروع تورم، آب مقطر به نمونه اضافه شد. برای جلوگیری از هرگونه تغییر حجم نمونه در آزمایش حجم ثابت، صفحه پایه تنظیم شد (با چرخش بازو) تا اطمینان حاصل شود که قرائت گیج صفحه ثابت (در صفر) است. هنگامی که نمونه در حالت تعادل (بدون تغییر در قرائت گیج صفحه) تحت یک بار معین به مدت 20 دقیقه بود، قرائت حلقه وارد کردن بار مربوطه ثبت شد و فشار تورم نهایی خاک بهسازی شده محاسبه شد.
بالازدگی خاک انبساطی بر اساس نتایج آزمایش فشار تورمی خاک بهسازی نشده و بهسازی شده محاسبه شد. یک نمای شماتیک از طرح خاک انبساطی بهسازی شده با اختلاط عمیق خاک (DSM) مورد استفاده برای محاسبه تغییر ارتفاع در شکل 2 آورده شده است. تورم زمین بهسازی شده (Sw) با استفاده از معادله تخمین زده شد. (1) در حالی که معادله (2) برای تخمین ارتفاع کل خاک بهسازی شده با اختلاط عمیق خاک (DSM) در خاک انبساطی استفاده شد [2، 23]. نسبت مساحت (که به عنوان مساحت کل ستونهای اختلاط عمیق خاک (DSM) تقسیم بر کل سطح بهسازی شده تعریف میشود) از 10 تا 60 درصد مطابق با ادبیات [2، 4] تغییر کرد.
که در آن Sw% درصد تورم منطقه خاک انبساطی بهسازی شده با ستون اختلاط عمیق % Sw,col، درصد تورم ستون اختلاط عمیق خاک (DSM) بهسازی شده، Sw خاک، درصد تورم خاک انبساطی بهسازی نشده و ar نسبت سطح است [۲].
که در آن ΔH بالازدگی سطح، Sw,i% درصد تورم خاک بهسازی شده و Hi ضخامت لایه i است [23].
معادلات (1) و (2) برای توسعه نمودارهای طراحی بالازدگی در مقابل نسبت اصلاح برای درصدهای بایندر معین و طول ستون اختلاط عمیق خاک (DSM) استفاده شد. طول ستون اختلاط عمیق خاک (DSM) باید برابر با عمق منطقه فعال باشد. به طور کلی، عمق منطقه فعال بسته به منطقه بین 1.5 تا 9 متر متغیر است [2، 3]. از این رو، طول ستون اختلاط عمیق خاک (DSM) 2 متر، 4 متر، 6 متر و 8 متر در مطالعه حاضر استفاده شد.
شکل ۲. نمای شماتیک لایه های گسترده خاک برای محاسبه تورم
بیشتر بدانید: آشنایی با تکنیک اختلاط عمیق خاک
۱.۲.۲. فرآیند طراحی هندسی
هدف از طراحی هندسی تعیین الگوی نصب نهایی و ابعاد زمین بهبود یافته بر اساس تجزیه و تحلیل پایداری و نشست مناسب برای برآوردن نیازهای عملکردی سازه فونداسیون می باشد. طول و قطر ستون و فاصله از مرکز به مرکز بین دو ستون پارامترهای هندسی هستند که باید در دستورالعمل طراحی گنجانده شوند [2]. قطر ستون اختلاط عمیق خاک (DSM) از 0.3 متر تا 0.9 متر در مطالعات قبلی استفاده شده است [2]. بنابراین، طول های ستون اختلاط عمیق خاک (DSM) 2 متر، 4 متر، 6 متر و 8 متر و قطر ستون اختلاط عمیق خاک (DSM) 0.2 متر، 0.4 متر، 0.6 متر، 0.8 متر و 1.0 متر در مطالعه حاضر برای توسعه دستورالعمل طراحی انتخاب شدند. فاصله بین ستونهای اختلاط عمیق خاک (DSM) به پیکربندی آرایش ستون (مربع، مثلثی و غیره) بستگی دارد. برای به دست آوردن نسبت مساحت مورد نیاز برای محدود کردن تورم در محدوده قابل قبول، باید فاصله صحیح بین ستونها حفظ شود [2]. فاصله بین ستون ها برای آرایش مربع و مثلث ستون های DSM (شکل 3) را می توان به ترتیب از معادلات (3) و (4) تخمین زد [2].
در جایی که Sc/c فاصله بین ستونها است، ar نسبت اصلاح و dcol قطر ستون است.
به طور کلی، نسبت اصلاح مورد استفاده برای بهسازی با اختلاط عمیق خاک (DSM) از 10٪ تا 60٪ متغیر است [2، 4]. با توجه به معادلات (3) و (4)، فاصله توصیه شده برای آرایش مربع و مثلث به ترتیب 2.8 – 6.9 برابر قطر ستون اختلاط عمیق خاک (DSM) و 3.0 – 7.4 برابر قطر ستون اختلاط عمیق خاک (DSM) است.
معادلات (۳) و (۴) برای توسعه نمودارهای طراحی فاصله در مقابل نسبت اصلاح برای آرایش مربع و مثلث ستون ها، به ترتیب استفاده شد.
(b) (a)
شکل ۳. آرایش زمین بهسازی شده. (الف) آرایش مربع؛ (ب) آرایش مثلثی
- بحث در مورد نتایج
۱.۳. اثر بهسازی با خاکستر بادی بر رفتار تورمی خاک های انبساطی
شکل 4 تغییر فشار تورم را با درصد چسب (درصد خاکستر بادی) برای هر چهار خاک انبساطی به دست آمده از L1 – L4 نشان می دهد. مقادیر فشار تورم خاک های منبسط تیمار نشده به دست آمده از L1 تا L4 به ترتیب 104 کیلو پاسکال، 73 کیلو پاسکال، 48 کیلو پاسکال و 35 کیلو پاسکال بود. مطابق شکل 4، مقادیر فشار تورم تمام نمونه های تثبیت شده با افزایش درصد چسب در مخلوط کاهش می یابد. درصد کاهش در فشار تورم بسته به محل نمونه خاک انبساطی از 53 تا 83 درصد متغیر است. ذرات خاکستر بادی پتانسیل ایجاد کاتیون های چند ظرفیتی (Ca2+، Al3+، Fe3+، و غیره) را دارند که لخته سازی ذرات رس را با تبادل کاتیونی شدت می بخشند [14]. در نتیجه، سطح و میل ترکیبی آب نمونه ها کاهش می یابد که منجر به کاهش مقادیر پتانسیل تورم می شود [14، 22].
شکل ۴. تغییر فشار تورم با درصد چسب برای نمونههای خاک انبساطی از مکانهای مختلف
۲.۳. نمودارهای طراحی اختلاط عمیق خاک (DSM) برای خاک انبساطی بهسازی شده با خاکستر بادی
برای یک فشار تورم معین (σs)، نمودارهای تورم در مقابل نسبت اصلاح به درصد چسب و طول ستونهای اختلاط عمیق خاک (DSM) بستگی دارد. در این مطالعه از چهار درصد مختلف بایندر (10%، 15%، 20% و 25%) و چهار طول ستون اختلاط عمیق خاک (DSM) مختلف (2 متر، 4 متر، 6 متر و 8 متر) استفاده شد. بنابراین در مجموع 16 نمودار طراحی تورم در مقابل نسبت اصلاح در این تحقیق تهیه شده است که در شکل 5 تا 8 ارائه شده است. با توجه به شکل های 5 تا 8 مشاهده می شود که با افزایش نسبت سطح، تورم کل کاهش می یابد. هنگامی که نسبت مساحت افزایش می یابد، مساحت بیشتری از سایت با خاک بهسازی شده با خاکستر بادی پوشیده می شود. تهیه کاتیون چند ظرفیتی با افزایش میزان ذرات خاکستر بادی افزایش مییابد و این امر میل ترکیبی آب نمونهها را کاهش میدهد که منجر به کاهش مقادیر تورم میشود.
شکل ۵. نمودارهای طراحی تورم در مقابل نسبت اصلاح برای طول ستون ۲ متر. (الف) ۱۰% خاکستر بادی (ب) ۱۵% خاکستر بادی. (ج) ۲۰% خاکستر بادی. (د) ۲۵% خاکستر بادی
شکل ۶. نمودار طراحی تورم در مقابل نسبت اصلاح برای طول ستون ۴ متر. (الف) ۱۰٪ خاکستر بادی. (ب) ۱۵% خاکستر بادی. (ج) ۲۰% خاکستر بادی (د) ۲۵% خاکستر بادی
شکل ۷. نمودارهای طراحی تورم در مقابل نسبت اصلاح برای طول ستون ۶ متر. (الف) ۱۰٪ خاکستر بادی. (ب) ۱۵% خاکستر بادی. (ج) ۲۰% خاکستر بادی. (د) ۲۵% خاکستر بادی
شکل ۸. شکل ۷. نمودارهای طراحی تورم در مقابل نسبت اصلاح برای طول ستون ۸ متر. (الف) ۱۰٪ خاکستر بادی. (ب) ۱۵% خاکستر بادی. (ج) ۲۰% خاکستر بادی. (د) ۲۵% خاکستر بادی
لازم به ذکر است که هزینه کار اختلاط عمیق خاک (DSM) با مقدار تورم کل مجاز نسبت معکوس دارد. تورم کل مجاز برای یک پروژه معین باید تعریف شود و به عنوان مثال، تورم کل مجاز برای روسازی های انعطاف پذیر، روسازی های صلب، تونل ها و پروژه های ساختمانی به ترتیب 12 میلی متر، 18 میلی متر، 10 میلی متر و 40 میلی متر است. [4]. این نمودارهای توسعهیافته (شکل 5 – 8) را میتوان برای تعیین نسبت اصلاح مورد نیاز برای درصد بایندر معین و طول ستون اختلاط عمیق خاک (DSM) بر اساس مقدار تورم کل تعیینشده در پروژه استفاده کرد. همانطور که از این نمودارها مشاهده می شود (شکل های 5 – 8)، تورم کل پیش بینی شده برای L1 به طور قابل توجهی بالاتر از سه مکان دیگر است و این به دلیل فشار تورم بالای ثبت شده در L1 (104 کیلو پاسکال) در مقایسه با سه مکان دیگر است. (36 – 73 کیلو پاسکال). مقادیر فشار تورم (σs) بهدستآمده برای این چهار مکان از 36 تا 104 کیلو پاسکال متغیر است و بنابراین این نمودارها را میتوان برای طراحی ستونهای اختلاط عمیق خاک (DSM) برای سایتهای خاک انبساطی با مقادیر فشار تورم در این محدوده استفاده کرد.
برای چیدمان معین (مربع یا مثلثی)، نمودارهای طراحی فاصله درمقابل نسبت اصلاح به قطر ستون بستگی دارد. نمودارهای طراحی فاصله در مقابل نسبت اصلاح برای دو آرایش مورد استفاده در شکل ۹ آورده شده است.
شکل ۹. نمودارهای طراحی فاصله در مقابل نسبت اصلاح برای; (الف) آرایش مربع؛ (ب) ترتیب مثلثی
۳.۳. دستورالعمل طراحی اختلاط عمیق خاک (DSM) برای تثبیت خاک انبساطی با خاکستر بادی
برنامه ریزی بهسازی خاک با اختلاط عمیق خاک (DSM) شامل ارزیابی و انتخاب خواص مهندسی خاک تثبیت شده در شرایط خاص زمین (مخلوط خاکستر بادی خاک) و انتخاب الگوی نصب (مربع یا مثلثی) و ابعاد زمین بهبود یافته (طراحی ژئوتکنیکی) است. مراحل طراحی زیر را می توان برای طراحی و ساخت ستون های اختلاط عمیق خاک (DSM) برای بهسازی خاک انبساطی با استفاده از تثبیت کننده خاکستر بادی اتخاذ کرد:
- فشار تورم (σs) و وزن مخصوص (γs) خاک انبساطی بهسازی نشده را تخمین بزنید. فشار تورم را می توان با استفاده از آزمایش های متداول تحکیم یا آزمایش فشار تورم حجم ثابت تعیین کرد.
- تخمین عمق منطقه فعال در محل ساخت و ساز. بر اساس عمق منطقه فعال، ارتفاع کل خاک بهسازی نشده را با استفاده از معادله (2) تخمین بزنید. بررسی کنید که آیا تورم کل تخمینی در محدوده توصیه شده برای پروژه است یا خیر. اگر مقدار تورم کل بیشتر از مقدار تعیین شده پروژه و طول ناحیه فعال بیش از 1.5 متر باشد [4]، می توان از تکنیک اختلاط عمیق خاک (DSM) برای کاهش ارتفاع به مقادیر مجاز استفاده کرد.
- اگر تکنیک اختلاط عمیق خاک (DSM) گزینه عملی است، درصد خاکستر بادی مورد استفاده را تعیین کنید (درصد چسب = 10 تا 25%). مشخصات تورم خاک تثبیت شده را با استفاده از آزمایش فشار تورم حجم ثابت تخمین بزنید. ارتفاع کل زمین بهسازی شده را می توان با استفاده از رابطه (2) محاسبه کرد. مجموعه ای از نمودارهای تورم در مقابل نسبت اصلاح را برای درصد بایندر معین و طول ستون اختلاط عمیق خاک (DSM) (عمق ناحیه فعال) ایجاد کنید. شکل های 5 تا 8 نمودارهای طراحی تورم در مقابل نسبت اصلاح را با استفاده از خاکستر بادی به عنوان تثبیت کننده برای مقادیر مختلف طول ستون اختلاط عمیق خاک (DSM) (2 تا 8 متر) و درصد خاکستر بادی (10٪ – 25٪) نشان می دهند.
- نسبت اصلاح بهسازی مورد نیاز را از نمودارهای طراحی تورم در مقابل نسبت اصلاح (شکل های 5-8) برآورد کنید تا تورم کل به مقدار مجاز تعیین شده برای پروژه کاهش یابد. در اینجا لازم به ذکر است که این نمودارهای طراحی را می توان برای خاک های انبساطی با فشار تورم در محدوده 36-104 کیلو پاسکال، درصد خاکستر بادی 10-25٪ و طول ستون اختلاط عمیق خاک (DSM) 2-8 متر استفاده کرد.
- قطر ستون اختلاط عمیق خاک (DSM) را بر اساس ابعاد دکل های اختلاط عمیق خاک (DSM) موجود تعیین کنید [2، 4].
- بر اساس نسبت اصلاح و قطر ستون اختلاط عمیق خاک (DSM) تعیین شده، پیکربندی ستون اختلاط عمیق خاک (DSM) در سایت را تعیین کنید. فاصله بین ستون های DSM را می توان از شکل 9 برای آرایش مربع یا مثلثی ستون اختلاط عمیق خاک (DSM) ایجاد کرد.
- نتیجه گیری
یک مطالعه تحقیقاتی برای ایجاد یک دستورالعمل طراحی برای اختلاط عمیق خاک (DSM) برای بهسازی خاک انبساطی با استفاده از خاکستر بادی به عنوان تثبیت کننده انجام شد. بر اساس یافته های این تحقیق می توان به نتایج زیر دست یافت:
- هنگامی که خاک انبساطی با خاکستر بادی کلاس F ASTM تثبیت می شود، فشار تورم به طور قابل توجهی کاهش می یابد. در این مطالعه، برای خاک با درجه انبساطی متوسط، کاهش فشار تورم 53 تا 83 درصد با افزایش درصد چسب (درصد خاکستر بادی) از 10 به 25 درصد به دست آمد. هنگامی که درصد بایندر در مخلوط تثبیت شده افزایش می یابد، مقدار کاتیون های قابل تعویض افزایش می یابد و در نتیجه لخته سازی افزایش می یابد. این امر باعث کاهش سطح و میل ترکیبی به آب نمونه ها و در نتیجه کاهش پتانسیل تورم می شود.
- در مجموع شانزده نمودار طراحی تورم در مقابل نسبت اصلاح برای طول ستون های اختلاط عمیق خاک (DSM) (2 تا 8 متر)، نسبت های سطح بهسازی شده شده (10 تا 60 درصد)، درصد چسب (10 تا 25 درصد)، و مقادیر فشار تورم (36 – 104 کیلو پاسکال) خاک های انبساطی توسعه داده شد. این نمودارها را می توان برای پیش بینی تورم کل خاک بهسازی شده با اختلاط عمیق خاک (DSM) زمانی که از خاکستر بادی برای بهسازی خاک منبسط شونده استفاده می شود، استفاده کرد.
- علاوه بر این، نمودارهای فاصله در مقابل نسبت اصلاح برای قطرهای مختلف ستون اختلاط عمیق خاک (DSM) (0.2 تا 1.0 متر) برای آرایش های مربعی و مثلثی ایجاد شد. بسته به آرایش ستون اختلاط عمیق خاک (DSM) تعیین شده، فاصله بین ستون ها را می توان از این نمودارها تعیین کرد.
- به طور کلی، خاکستر بادی را می توان با موفقیت برای بهسازی خاک انبساطی استفاده کرد و نمودارهای طراحی توسعه یافته در این مطالعه را می توان برای بهسازی خاک با ستون های اختلاط عمیق خاک (DSM) خاک انبساطی با استفاده از خاکستر بادی به عنوان تثبیت کننده استفاده کرد.