معرفی روش های موجود برای بهسازی خاک در برابر روانگرایی (نشریه 525)
2-8- معرفی روش های موجود برای بهسازی خاک در برابر روانگرایی
1-2-8- مقدمه در میان تقسیمبندیهای مختلفی که برای روش های اصلاح خاک ارایه شده است، پیشنهاد Hausmann 1990 یکی از کاملترین دسته بندی های انجام شده میباشد. بر این اساس، روش های بهسازی خاک در چهار گروه متمایز زیر قرار میگیرند.
- اصلاح مکانیکی خاک: تراکم خاک با اعمال نیروهای مکانیکی خارجی کوتاه مدت افزایش می یابد. موارد کاربرد این بار خارجی شامل تراکم لایه های سطحی با استفاده از غلتک های استاتیکی، ارتعاشی و ضربه ای و همچنین تراکم عمیق از طریق کوبش سنگین بر روی سطح زمین و یا ارتعاش در عمق میباشد.
- اصلاح هیدرولیکی: آب موجود در منافذ آزاد از طریق زهکش ها یا چاهها به بیرون از توده ی خاک رانده میشوند. در خاک های درشتدانه، این اثر با پایین آوردن تراز آب زیرزمینی به وسیله ی پمپاژ از گمانه ها یا ترانشه ها به دست می آید. اما در خاک های ریزدانه، نیاز به اعمال بلند مدت بار خارجی (پیش بارگذاری) یا استفاده از نیروهای الکتریکی تثبیت الکتروکینتیک است.
- اصلاح فیزیکی و شیمیایی: تثبیت خاک به وسیله ی اختلاط فیزیکی مواد افزودنی با لایه های سطحی یا ستون های خاک قرار گرفته در عمق مواد مضاف شامل خاک های طبیعی، محصولات فرعی یا ضایعات صنعتی و مواد سیمانی یا دیگر مواد شیمیایی که با یکدیگر و یا با خاک واکنش میدهند، هستند. هنگامی که مواد افزودنی از طریق گمانه های تحت فشار به داخل حفرات درون خاک یا بین خاک و سازه فرستاده میشوند، فرآیند بهسازی، تزریق نامیده میشود. حرارت دادن به خاک به منظور تبخیر آب منفذی و تغییر پایدار ساختار کانیها و یخ زدن خاک به منظور انجماد تمام یا بخشی از آب منفذی و اتصال ذرات مجزا به یکدیگر، از جملهی روش های فیزیکی میباشند.
- اصلاح با روش های تسلیح و محصورسازی: تسلیح با استفاده از الیاف، نوارها، میلگردها، شبکه ها و منسوجات، به تود هی خاک خاصیت مقاومت کششی میدهد. به منظور تسلیح برجای توده ای خاک- بدون آنکه نیاز به برداشتن تمام یا بخشی از آن باشد- می توان از روش های میخکوبی و مهارکردن استفاده کرد. همچنین با محصور کردن توده ای خاک توسط اجزای بتنی، فولادی یا بافته شده نظیر دیوارهای صندوقهای 8و گابیونها، می توان سازه های مستحکمی برای نگهداری خاک مجاور آن ها ایجاد کرد. پیهای شمعی متداول در این گروه قرار نمیگیرند، چراکه هدف اصلی آن ها انتقال بار به یک لایه ی قویتر و یا اعماق بیشتر به منظور بهبود تکیهگاه سازهای است. هرچند گاهی اوقات این پیهای عمیق تحت عنوان “عناصر تسلیح فشاری” توصیف میشوند.
مجموع های از روش های بهسازی خاک به منظور کاهش استعداد روانگرایی خاک ها ایجاد شده و توسعه یافته اند که تمام آن ها بر مبنای یک یا چند سازوکار ذکر شده در جدول 1-8 عمل میکنند. از میان روش های موجود برای اصلاح و بهبود خاک مستعد روانگرایی می توان به شیوه های مختلف تراکم نظیر تراکم دینامیکی، تراکم ارتعاشی و دوغابریزی تراکمی، روش های زهکشی شامل 3-8 زهکشهای شنی و پلاستیکی، اختلاط خاک شامل دوغابریزی تحت فشار و تراوشی و اختلاط عمیق خاک و در نهایت جایگزینی و تسلیح خاک اشاره نمود.
بسیاری از این روش ها نظیر زهکشی و تراکم و برخی انواع دوغابریزی در طی سالیان متمادی مورد استفاده قرار گرفته اند. اما در سالهای اخیر پیشرفتهای قابل توجهی در زمینه ی تراکم عمیق شامل تراکم ارتعاشی، تراکم دینامیکی، شمعهای تراکمی و تراکم انفجاری، دوغاب ریزی تراکمی و تحت فشار و اختلاط عمیق خاک صورت پذیرفته است. این روش ها به لحاظ اجرایی و اقتصادی تبدیل به گزینه های جایگزین مناسبی برای بسیاری از پروژه های اصلاح خاک شده اند. اگرچه بیشتر این روش ها در ابتدا برای کاربردهایی غیر از کاهش مخاطرات لرزه ای به وجود آمدهاند، اما بخش عمدهای از پیشرفتهای اخیر در خصوص روش های تراکم عمیق، دوغابریزی تراوشی و تحت فشار و اختلاط عمیق خاک در نتیجهی نیاز به روش های اجرایی و مقرون به صرفه برای کاهش مخاطرات لرزه ای و به خصوص روانگرایی خاک به وجود آمده است.
انتخاب مناسبترین روش برای اصلاح خاک در برابر روانگرایی به عوامل مختلفی نظیر نوع خاک مورد اصلاح، تراز اصلاح مورد نیاز با توجه به نیازهای طراحی و عملکرد، مقدار اصلاح خاک قابل دستیابی با هر روش و عمق و محدوده ی مورد نیاز برای اصلاح خاک بستگی دارد. شکل 3-8 محدوده ی کاربرد روش های مختلف اصلاح خاک براساس اندازه ی دانه ها و به صورت اضافه شده به نمودار محدوده ی استعداد روانگرایی که در فصل سوم به آن اشاره شد، نشان میدهد. همچنین در انتهای هر روش ساز و کاری که بر مبنای آن هریک از شیوه های اصلاح خاک منجر به افزایش ضریب اطمینان در مقابل روانگرایی میشوند، مطابق توضیحات ارایه شده در بخش 1-8 نمایش داده شده است.
یک عامل مهم در انتخاب روش مناسب اصلاح خاک، قابلیت اجرای آن در ساختگاه مورد نظر است؛ به ویژه هنگامی که پیش از اقدام به اصلاح خاک، سازه ها و تجهیزاتی در ساختگاه ساخته شده باشد. معمولا در ساختگاه های وسیع، بدون محدودیت و جدید که هنوز ساخته نشده اند، نسبت به ساختگاه های کوچک و دارای محدودیت هایی نظیر سازه ها و تجهیزات موجود، گزینه های بیشتر و ارزانتری برای اصلاح خاک وجود دارد. روش های اصلاح خاکی که می توانند به عنوان گزینه های مناسب و اقتصادی برای کاربرد در ساختگاه های ساخته شده و دارای محدودیت مورد استفاده قرار گیرند، در جدول 8-2 خلاصه شده اند. به طور مشابه روش هایی که می توانند برای استفاده در ساختگاه های وسیع، بدون محدودیت و جدید به کار روند، در جدول 8-3 به طور مختصر بیان شده اند. برای هر روش اطلاعاتی در خصوص نوع خاک مناسب و قابل کاربرد، عمق موثر بهبود خاک، جانمایی و فواصل کلی، مقدار اصلاح قابل دستیابی، مزیت ها، محدودیت ها، هزینه ی نسبی و تجربیات گذشته ارایه شده است.
با در نظر گرفتن ملاحظات طراحی و عملکرد می توان گزینه های ارایه شده در جدول های 8-2و 8-3 را برای رسیدن به گزینه ی مناسب اصلاح خاک در یک ساختگاه خاص غربال کرد. در ادامه ی این بخش به توضیح جزییات روش های مختلف اصلاح خاک در برابر روانگرایی که پیش از این در چهار گروه کلی به عناوین آن ها اشاره شد، پرداخته میشود.
جدول 8-2 خلاصه ای از روش های بهسازی خاک برای ساختگاه های ساخته شده و دارای محدودیت
| روش | نوع خاک | عمق مفید | جانمایی و فواصل متداول | بهسازی قابل دستیابی | مزایا | محدودیت ها | تجارب قبلی |
| تزریق نفوذی | * ماسه ها و مصالح درشت تر | نامحدود | الگوی مثلثی با فوضال 1 تا 1.2 متر | پر کردن حفرات و استحکام | * بدون اضافه فشار منفذی یا روانگرایی *امکان موضعی کردن ناحیه ی بهسازی | * هزینه بالا *وجود ریزدانه مانع استفاده در بسیازی از خاک ها می شود | گسترده |
| تزریق تراکمی | *انواع خاک های به سرعت تحکیم شونده تراکم پذیر شامل ماسه های سست | نامحدود | الگوی مربعی یا مثلثی با فواصل 1 تا 4 متر (فاصله متداول 1.5 تا 2 متر) | بیشنه مقادیر بهسای: Dr=8=+%(N1)_60=25 qc1=10-15MPa (بسته به نوع خاک) | *ناحیه بهسازی قابل کنترل *قابل استفاده در خاک های داری ریزدانه | *هزینه بالا *از دست رفتن استحکام پس از بهسازی | محدود |
| تزریق تحت فشار | * انواع خاک (دشواری بیشتر در رس های با خاصیت خمیزی بالا) | نامحود | وابسته به نوع کاربرد | استحکام خاک بسته به ابعاد، مقاومت و پیکربندی اجزای تزریق شده | * ناحیه بهسازی قابل کنترل*قابل استفاده در خاک های داری ریزدانه *حفاری مورب | هزینه بالا | محدود |
| تراکم انفجاری | * ماسه ها * ماسه های لای دار | نامحدود | الگوی مربعی با فواصل 3 تا 8 متر؛ فاصل گذاری عمودی با ابعاد خرج تغییر میکند | Dr=75% (N1)_60=20-25 qc1=10-12 MPa | *ارزان *فناوری ساده *امکان موضعی کردن ناحیه بهسازی *حفاری مورب | * ارتعاشات * موانع روانی * نشست | محدود |
| تراکم دینامیکی عمیق | * ماسه و ماسه های لای دار اشباع * ماسه های نیمه اشباع | تا 10 متر | الگوی مربعی با فواصل 2 تا 6 متر | Dr=80% (N1)_60=25 qc1=10-15 MPa | * هزینه کم * سادگی | * عمق مفید محدود * نیاز به پاکسازی * ارتعاشات | گسترده |
| تراکم ارتعاشی | * ماسه ها * ماسه های لای دار * ماسه های شنی با ریزدانه ی کمتر از 20 درصد | 30 متر | الگوی مربعی یا مثلثی با فواصل 1.5 تا 3 متر | Dr=80+% (N1)_60=25 qc1=10-15 MPa | * کارایی اثبات شده * یکنواختی در عمق | * تجهیزات ویژه * نامناسب برای قلوه سنگ ها و تخته سنگ ها | خیلی گسترده |
| ستون شنی | * ماسه های لای دار یا رس دار سست * لای های رس دار | 30 متر | الگوی مربعی یا مثلثی با فواصل مرکز به مرکز 1.5 تا 3 متر | (N1)_60=20 qc1=10-12 MPa | * کارایی اثبات نشده *زهشکی *تسلیح *یکنواختی در عمق * قراردادن مصالح پرکننده در محل مورد نیاز | *تجهیزات ویژ * عدم اتسافده ادز خاک های حاوی قلوه سنگ وتخته سنگ | خیلی گسترده |
| شمع تراکمی ماسه یا شنی | * قابل استفاده در بیشتر انواع خاک ها | 20 متر | الگوی مربعی یا مثلثی با فواصل مرکز به مرکز 1 تا 3 متر | بیشینه مقادیر بهسازی: (N1)_60 = 25-30 qc1=10-15 MPa (بسته به نوع خاک) | *کارایی اثبات شده *زهکشی *تسلیح *یکنواختی در عمق | – تجهیزات ویژه *کند *گران | خیلی گسترده |
| زهکش شنی | * ماسه ها * ماسه های لای دار | 20 متر | انتخاب فواصل به منظور به حداقل رساندن نسبت اضافه فشار منفذی | * کاهش تولد فشار منفذی *برخورد با توده های فشار منفذی و جلوگیری از گسترش آن ها | *ارزان * عدم نیاز به بهسازی کل ناحیه | *امکان نیاز به فواصل بسیار نزدیک *عدم جلوگیری از نشست | برخی کاربردها برای قطع کردن توده های فشار منفذی |
| تراکم انفجاری | * ماسه های اشباع *ماسه های لای دار | نامحدود | الگوی مربعی یا مثلثی با فواصل 8 تا 15 متر برای مناطق محروم دور افتاده بدون محدودیت؛ فاصله گذاری عمودی با ابعاد خرج تغییر میکند | Dr=75% (N1)_60=20-25 qc1= 10-12 MPa | * ارزان *فن آوری ساده | *ارتعاشات * موانع روانی | گسترده |
| خاکریز پشت بندار (در زیر یا روی زمین) | تمام انواع خاک ها | مورد ندارد | مورد ندارد | * مختص ساختگاه *افزایش پایداری * کاهش پتانسیل روانگرایی با فازیش فشار موثر قائم *جلوگیری ا گسترش جانبی | *هزینه کمتر *حفاظت از خاکریزهای موجود در ساختگاه های بزرگ بهسازی نشده | *نیاز به فضا برای پشت بندهای روی سطح زمین * نشست روانگرایی در نواحی پایدار شده | بهسازی لرزه ای سدهای خاکی و حفاظت از ساختتگاه های مستعد روانگرایی |
| اختلاط عمیق خاک | بیشتر انواع خاک ها | 20 متر | انتخاب الگوی بهسازی بسته نوع کابرد | بسته به ابعاد، مقاومت و پیکربندی اجرای مختلط شده | * تسلیح عملی خاک * در بر گرفتن خاک های مستعد روانگرایی توسط الگوی شبکه ای * مقاومت بالا | *تجهیزات ویژه *اجرای شکننده | عملکرد عالی در زلزله سال 1995 کوبه |
آخرین پروژه ها
مطالب بیشتر
