تحکیم بستر،  نیلینگ و بهسازی خاک 

 

امروزه از روش های بهسازی خاک بطور گسترده ای در جهان استفاده می شود. کاربرد این روش

ها باعث بهبود پارامتر های ژئوتکنیکی خاک، کاهش هزینه کوتاه شدن زمان اجرا و افزایش طول عمر بهره برداری می گردد.  روش های بهسازی خاک ها به منظور تغییر خصوصیات خاک مورد استفاده قرار می گیرد که در نهایت منجر به کاهش نشست سازه، بهبود مقاومت برشی خاک و در نتیجه افزایش ظرفیت باربری آن، افزایش ضریب اطمینان در مقابل لغزش شیروانی خاکریزها و سدهای خاکی، کاهش خصوصیات فشرده شدن و تورم خاک می شوند. اگر شرايط ژئوتكنيكي زمين براي ساخت انواع پي هاي متعارف از نظر پايداري و نشست پذيري و در شرايط خاصي آبگذري) مناسب نباشد ضروري است تمهيداتي جهت تثبیت و بهسازی خاک مدنظر قرار گيرد . که این امر بهسازی خاک نامیده می شود .

تعریف بهسازی خاک :  باز سازی کنترل شده خاک در جا برای استفاده مجدد در یک ساختار جدید ژئوتکنیکی است. 

 

تمهیدات مذکور را می توان به طور کلی به شرح ذیل تقسیم بندی نمود :

• اصلاح خصوصيات مهندسي خاك موجود .

• تعویض و جایگزینی مصالح مناسب  با مصالح طبيعي نامناسب پي.

• همسازی طراحی و محاسبات با شرایط پی (به عنوان مثال : پي هاي شناور،عميق،مسطح شدن شيب ها و ... ) .

• تغییر محل پروژه .

 

کاربرد روش های بهسازی در پنج گروه اصلی به شرح نمودار زیر تقسیم می شود

 

بهبود کیفی زمین 

کاهش نشست های آتی ساختمان در اثر بارگذاری ، زلزله و . . . 

امکان ساخت و ساز در خاک های مساله دار از جنس ماسه های پوک، خاک های دستی، محل های دفن زباله، ضایعات معدنی، خاک های رمنده و تورم زا 

 

علاج بخشی پی 

• تقویت 

• بازسازی 

 

پایدار سازی گود 

• نقش سازه نگهبان 

• کنترل و محدود کردن نشست تونل و گود برداری 

 

کنترل آلودگی 

• محبوس و یا کنترل نمودن آلودگی ناشی از خاک، آب یا گاز های درون خاک 

• جامد و یا پایدار سازی خاک آلوده

• تجزیه بیولوؤیکی مواد مضر در محل 

کنترل آب زیر زمینی 

• محدود نمودن جریان آب زیرزمینی 

• آب بند نمودن سازه های زیرزمینی 

 

روش های بهسازی: 

روش های بهسازی خاک عبارتند از تراکم سطحی، تراکم دینامیکی، تراکم ارتعاشی، پیش بارگذاری، زهکشی به وسیله چاه های ماسه ای، پایدار نمودن خاک با تزریق مواد افزودنی، استفاده از ستون های سنگی و ترانشه های پر شده به وسیله خاک های دانه ای در رس های ضعیف، میکروپایل و استفاده از ژئوگرید.

که در ذیل به اختصار به تشریح تعدادی از این روشها توسط کارشناسان گروه فنی و مهندسی زیگورات پرداخته شده است .  

 

• برداشت خاک مسله دار با حفاری، جابجایی یا جایگزینی :

برای خاک های نرم و یا شلی روی لایه ای با باربری مناسب در اعماق سطح قرار دارند و ضخامت آنها کمتر از حدود 5 متر است، ممکن است اقتصادی ترین راه حل بهسازی، برداشت و جایگزینی آنها با مصالح مناسب قرضه یا با همان خاک اولیه پس از عمل آوری است.

اگر سطح آب زیرزمینی پایین تر از کف گودبرداری باشد، رس ها و ماسه های ضعیف کوبیده می شوند و در صورت لزوم با آهک، خاکستر آتشفشانی و سیمان پرتلند مخلوط و سپس جایگزین خاک اصلی می شوند

• تراکم دینامیکی :

بهسازی به روش تراکم دینامیکی شامل سقوط وزنه ای سنگین از ارتفاع بر روی سطح زمین است. از این روش برای بهسازی تا عمق 30 متر نیز استفاده می شود. جرم کوبنده هایی که در این روش به کار می روند، ممکن است از 1 تا 100 تن تغییر کند. در مواردی ارتفاع سقوط تا 40 متر نیز به کار برده برده شده است. در عمل وزنه های 2تا20 تن و با ارتفاع سقوط 5 تا 20 متر متداول می باشند. کوبنده ها در پلان، عموما مربع یا دایره هستند و بسته به وزن مورد نیاز و مصالح موجود،ابعادشان به چند متر می رسد.

برای مساحت های بزرگ،منطقه را شبکه بندی کرده و در هر جز از شبکه، تراکم چند مرتبه تکرار می شود. معمولا بهسازی 2 تا 3 بار شقوط وزنه به هر متر مربع صورت می گیرد.

 

• تراکم ویبره ای در عمق یا تراکم ویبره ای شناوری :

تراکم ویبره ای از نوع رزونانسی و یا ویبره – شناوری نیز از روش های تراکم سازی و بهسازی خاک در عمق می باشد. روش های ارتعاشی شامل وارد کردن یک میله مرتعش یا ویبراتور داخل زمین و سپس تراکم خاک به وسیله ارتعاش ای میله در حین بیرون کشیدن آن می باشد. در برخی از این روش ها، پس از شل و روان نمودن خاک موجود حجمی از شن یا ماسه به درون چاه ویبره اضافه می شود. در نتیجه این عمل یک ستون شنی یا ماسه ای در خاک ایجاد می شود. از این روش، معمولا در خاک های نرم یا شل استفاده می شود. با استفاده از روش های ارتعاشی، به طور معمول می توان بهسازی را تا عمق 20 متر انجام داد. در برخی موارد، اعماق بیش از 30 متر نیز به این روش بهسازی شده است.

 

• پیش فشردگی از طریق پیش بارگذاری :

اعمال پیش فشار توسط بارگذاری روی زمین زیر بنا قبل از احداث سازه، پیش بار گذاری نامیده می شود. مقدار فشار اعمال شده در پیش بار گذاری معمولا بزرگتر از ماکزیمم فشاری است که توسط فونداسیون سازه مورد نظر به خاک اعمال می شود. نتیجه عمل پیش فشردگی بستر قبل از عملیات اجرایی می باشد.

پیش بارگذاری به کمک خاکریزی، ایجاد مخازن آب (برای محوطه های کوچک)، ایجاد استخر های آب با تعبیه پوشش نفوذ ناپذیر برای کف (برای محوطه های بزرگ)، ایجاد خلا در لوای غشای نفوذ ناپذیر، پایین بردن سطح آب زیر زمینی و الکترو اسموزی انجام می شود. برای سازه های خاکی، خاکریز جهت پیش بار می تواند بعدا به عنوان بدنه اصلی مورد استفاده قرار گیرد برای سازه های غیر خاکی پیش بار باید قبل از ساخت و ساز باید برداشته شود.

 

• تبیت خاک به روش تزریق :

• تزریق از جمله روش های بهسازی خاک است که موجب افزایش ظرفیت باربری مجاز خاک بسترمی شود. در این روش از طریق پر کردن فضای خالی، از نشست های زیاد جلوگیری شده و خاک زیر پی نیز تقویت می شود. از این روش همچنین به منظور افزایش مقاومت بارگذاری جانبی شمع ها، تثبیت شیروانی ها، افزایش مقاومت و توان باربری خاک، تغییر نفوذپذیری و کاهش درصد جذب آب، جلوگیری از تورم و نشست استفاده می شود. تزریق شامل ایجاد چاله ها با گمانه هایی به فواصل معین توسط دستگاه حفار و پر کردن این چاه ها با مواد سیال دوغاب و نفوذ این مواد با سیستم های مختلف جذبی و یا ایجاد فشار در زمین می باشد. به این روش که  ماده تزريق به خلل و فرج، درز و شکاف و يا حفره های تشکيلات سنگي و خاکي تزريق شده و موجب بهبود مشخصات تشکيلات مي¬گردد. به طوري که در اثر آن نفوذپذيري لايه ¬ها کم، مقاومت لايه¬ها زياد و تغييرات شکل پذيري آنها کم مي¬شود. این روش پر هزینه است و تنها در حالات خاصی مانند تثبیت بستر سد ها که روش های دیگر بهسازی امکان پذیر نیست انجام می شود.

موادی که برای تزریق در خاک به کار می روند شامل دوغاب سیمان، خاک سیمان، دوغاب آهک، بنتونیت و مواد شیمیایی مثب سیلیکات ها، رزین ها اکریل آمیدها و غیره می باشد. نوع خاک منطقه، روش اجرای تزریق، عمق عملیاتی و شعاع تاثیر دارد. معمولا برای تثبیت خاک های ریز دانه با پلاستیسیته بالا و قابل تورم،3 تا 6% وزن خشک خاک به آن آهک افزوده می شود و برای تثبیت خاک های ماسه ای و خاک های با پلاستیسیته کم، 3 تا 8% وزن خشک خاک به آن سیمان پرتلند افزوده می شود.

 

کاربرد های تزریق در بهسازی خاک :

پر کردن فضا های خالی جهت جلوگیری از نشست های زیاد و تقویت خاک زیر پی

کنترل نشست و کاهش قابلیت نفوذ پذیری خاک و یا ایجاد پرده های آب بند در سازه های خاکی جهت جلوگیری از فرار آب

مقاوم سازی خاک زیر سازه موجود به منظور جلوگیری از جابجایی ساختمان به دلیل خاکبرداری در همسایگی، کوبیدن شمع و یا شمعک های تزریقی

کنترل جابجایی زمین در حین عملیات احداث تونل

مقاوم سازی خاک برای کاهش سیستم های حفاظت جانبی

مقاوم سازی خاک برای افزایش مقاومت در برابر بارگذاری جانبی شمع 

تثبیت ماسه های شل در برابر روانگرایی

کنترل ناپایداری در خاک های مستعد واگرائی

تثبیت شیروانی ها

کنترل تغییر حجم خاک های انبساطی به کمک تزریق دوغاب آهک

 

انواع تزریق را می توان به دسته زیر تقسیم بندی نمود : 

 

• تزریق تماسی ( contact grouting ) : 

هدف از انجام اين نوع تزريق برداشتن فاصله و پر نمودن شکاف بين سازه و شالوده آن مي باشد. به نحوي که اين دو بتوانند به صورت يک واحد ساختماني عمل نمايند. در تزريق تماسي تنها درزه هايي مد نظر هستند که در ضخامتي از سنگ بين 5/0 تا يک متر وجود دارند.

 

• تزریق با ایجاد شکاف (fracture grouting ) : 

هدف از انجام اين نوع تزريق، افزايش خواص فيزيکي و مکانيکي خاک پي سازه¬ها مي¬باشد. در اين روش آميزه تزريق با فشار زياد در خاک شالوده تزريق مي شود. فشار زياد باعث ايجاد شکاف در خاک شده که با آميزه تزريق پر مي شود و باعث افزايش مقاومت آن مي گردد.

 

• تزریق با فشار بالا (jet grouting )  : 

تزريق با فشار بالا در سنگ هاي ضعيف و نيز در انواع آبرفت ( ريز تا درشت دانه) قابل استفاده¬است. بافت سنگ  ضعيف يا خاك بعد از متلاشي  شدن با سيمان مخلوط شده ( يا سيمان جايگزين آن مي شود) و مخلوط خاك  سيمان به صورت ستون (ديواره يا قطاعي) در محل باقي مي‌ماند. در اين روش هم پارامترهاي مقاومتي بهبود مي¬يابند و هم با اجراي پيوسته آن مي¬توان ديوار آب بند ايجاد نمود.

• تزریق آب بندی  (curtain grouting ): 

هدف از اين نوع تزريق، کاهش نفوذپذيري طبيعي و متغير شالوده سازه مورد نظر به استاندارد طراحي، کنترل نيروي زير فشار (Uplift) وارد بر سطح پي و جلوگيري از فرار آب مي باشد. براي احداث پرده آب بند در محدوده زير پي سازه مورد نظر، گمانه هايي با عمق مشخص و به فواصل معين حفاري شده، سپس با آميزه تزريق مناسب تحت فشار تزريق مي شوند.

 

• تزریق ذره ایی (joint grouting ): 

هدف از انجام تزريق درزه¬اي برقراري ارتباط عناصر ساختماني مجزا در يک سازه همگن مانند سدهاي بتني وزني و يا سد قوسي مي باشد. در اين حال در هـر مرحله از بـتن ريـزي لـوله هايي در سـازه بتـني نصـب مي گردند که با تزريق آميزه تزريق از طريق اين لوله ها ارتباط هر مرحله از بتن ريزي با مراحل بعدي برقرار مي گردد.

 

• تزریق شیمیایی  (chemical grouting ):

 هدف از انجام اين نوع عمليات آب بندي کامل مصالح آبرفتي و کاهش نفوذپذيري پي مورد نظر مي باشد. از تزريق شيميايي معمولاً در عمليات تزريق چند مرحله اي و به عنوان مرحله ثانويه استفاده مي شود. در آب¬بندي شالوده هاي آبرفتي، معمولا ابتدا تزريق سيمان انجام مي شود، سپس با توجه به مشخصات سيمان تزريق شده و مصالح موجود از تزريق مواد شيميايي خاص براي آب بندي کامل استفاده مي¬گردد.

 

• تزریق تحکیمی  (consolidation grouting ) :

هدف از انجام تزريق تحکيمي، بهبود بخشيدن و يکنواخت نمودن خواص دگرشکلي سنگ¬هاي سستي است که در زير شالوده واقع بوده و يا بر اثر انفجارهايي که به منظور گودبرداري و حفاري تونل¬ها انجام شده، سست گرديده است. عمق تزريق تحکيمي به خواص سنگ، ابـعاد سازه و فـشاري که به وسـيله سـازه به آن وارد مي¬شود، بستگي دارد.

 

• تزریق تراکمی  (compact grouting ):

هدف از انجام اين نوع تزريق متراکم نمودن و تغيير مکان خاک شالوده در اثر آميزه تزريق و فشار اعمال شده مي باشد. در اين روش آميزه تزريق شده تحت فشار مي تواند در زمين نفـوذ کرده و با کاهـش تخـلخل، خاک¬هاي ضعيف را تحت فشار قرار دهد و يا سطح زمين يا پي را بالا آورد و يا اينکه اين دو مکانيسم به طور هم زمان و با نسبت هاي متفاوت انجام شود.

 

 

   تسلیح خاک:

یکی از روش های بهسازی و مقاوم سازی خاک ، که امروزه رواج بسیاری دارد، مسلح نمودن خاک است که مشابه بهبود خصوصیات بتن توسط آرماتور عمل می کند.

خاک مسلح از ترکیب خاک و تسمه های فولادی گالوانیزه بدست می آید. نیرو های رانشی در خاکریز به وسیله اصطکاک به تسمه ها منتقل شده و با نیروی کششی ایجاد شده در تسمه ها متعادل می گردد. پوسته های از بتن پیش ساخته، نمای خارجی خاکریز را تشکیل داده به علاوه از ریزش موضعی و شستشوی مواد خاکی خلوگیری می نماید . نیلینگ یکی از روش‌های تسلیح برجای گود برداری‌های قائم و مایل است که در آن به منظور مسلح کردن و تقویت خاک از نصب میخ‌هایی (میله‌های فولادی) در فواصل کم در طول اجرا استفاده می‌شود. با این روش مقطع مسلحی ایجاد می‌شود که به خودی خود پایدار است و توانایی نگهداری خاک پشت خود را نیز دارد. اساس عملکرد این سیستم به صورت منفعل (Passive) است، به این معنی که نیروی ایجاد شده در میخ‌ها به دلیل تغییر شکل خاک تولید می‌شود.  میخ‌ها عموما برای تحمل کشش طراحی می‌شوند. البته در برخی موارد روی مقاومت خمشی و برشی آن‌ها نیز حساب می‌شود. اثر مسلح کردن خاک با سیستم نیلینگ از طریق

الف) افزایش نیروی قائم روی سطح محتمل لغزش و در نتیجه افزایش مقاومت برشی در خاک‌های دانه‌ای و

ب) کاهش نیروی محرک در امتداد سطح محتمل لغزش در همه انواع خاک‌ها (چسبنده و دانه‌ای) ایجاد می‌شود. علاوه بر موارد فوق ساخت این نوع سیستم مسلح کننده خاک به همراه اجرای پوسته شاتکریت مسلح شده بوسیله مش سیمی است که سبب پایداری موضعی و ایجاد تکیه گاه برای سر میخ است.

 

• ریز شمع ها:

 میکروپایل‌ ها شمع‌های کوچک از نوع Nondisplacement و عموما با قطر 10 تا 30 سانتی‌متر هستند که از بتن مسلح ساخته می‌شوند. میکروپایل‌ها به دلیل وجود سطح مقطع بالای مسلح کننده درون آن، ظرفیت سازه ای بالایی دارند و به دلیل تزریق شدن، اتصال مناسبی با خاک اطراف ایجاد میکنند. لازم به ذکر است که به دلیل سطح مقطع کم میکروپایل معمولا از مقاومت نوک آن‌ها صرف نظر می‌شود. میکروپایل‌ها مزایای خاصی نسبت به سیستم های معمول پی‌ها دارند. بیشتر کاربرد میکروپایل‌ها مربوط به پی سازه‌ها است البته مطابق نیاز می‌توان از آنها در اصلاح خصوصیات خاک به صورت محدود استفاده کرد.

 

• کاربرد ریز شمع ها:

 

        تقویت پی های موجود ، جهت تثبیت پی های موجود و جدید ، دیوار حایل به عنوان سنگدوز ، تونل سازی

 

 

• ژئوگریدها

مصالح پلیمری شبکه ای هستند که کاربرد اصلیشان مسلح کردن خاک است. مکانیزم درگیری ژئوگریدها به دو روش اصطکاکی (اصطکاک بین خاک و ژئوگرید) و قفل و بست (فرو رفتن مصالح قرضه داخل ژئوگرید) است. از کاربرد های عمومی ژئوگرید ها می توان به موارد زیر اشاره کرد:

پایدارسازی شیب در مقابل ریزش ، ساخت دیوار حائل ، ساخت شیروانی های جدید برای بزرگراه ها ، مسلح سازی بالادست و پایین دست سدها ، بهبود ظرفیت باربری فوندانسیون های کم عمق ، مسلح سازی خاکریز موجود بر روی خاک نرم

 

 

بر چسب ها : پارامتر های ژئوتکنیکی خاک ، بهسازی خاک ، کاهش نشست سازه، بهبود مقاومت برشی خاک ، افزایش ظرفیت باربری ، مهندسي خاك ، پایدار سازی گود ، تراکم دینامیکی ، تراکم ویبره ای در عمق یا تراکم ویبره ای شناوری ، پیش فشردگی از طریق پیش بارگذاری ، تبیت خاک به روش تزریق ، توان باربری خاک ، تغییر نفوذپذیری و کاهش درصد جذب آب، جلوگیری از تورم و نشست ، دستگاه حفار ، تزریق دوغاب ، ترزی آهک ، تزریق در خاک ، دوغاب سیمان، خاک سیمان، دوغاب آهک، بنتونیت ، سیلیکات ، رزین ، اکریل ، آمیدها ، تزریق در بهسازی خاک ، مقاوم سازی خاک ، تزریق دوغاب آهک ، تزریق تماسی ، تزریق با ایجاد شکاف ، تزریق با فشار ، تزریق تحکیمی ، تزریق آب بندی ، شالوده ، تزريق شيميايي ، تزريق و فشار ، نفوذپذیری خاک ، تسلیح خاک ، مسلح نمودن خاک ، بهسازی و مقاوم سازی خاک ، میکروپایل ، ریز شمع ها ، میکرو پایل ، تقویت پی ، ژئو گرید ، پایدار سازی شیب ، مسلح سازی خاک ، نیلینگ ‌