خاکهای مسئله دار
خاکهای مسئله دار، خاکهایی هستند که در پروژههای عمرانی مشکلات فنی و مهندسی زیادی از قبیل ریزش یا ترک خوردگی ساختمانها، نشست ناهمگون ساختمان، بالا آمدن سطح آب زیرزمینی که در نقاط پست میتواند به دلیل ایجاد تورم ساختگاه، مشکلاتی برای پی ساختمانها به وجود آورد را به همراه دارند. روانگرایی خاک در هنگام وقوع زلزله و استقرار شهرکها بر روی خاکهای مسأله دار و مشکلات فراوان دیگری از این قبیل، اطلاع از خصوصیات زمین شناسی و ژئوتکنیکی محل انجام پروژه را امری اجتناب ناپذیر میسازد. در سالهای اخیر، رشد جمعیت و افزایش تقاضا برای تهیه مسکن و توسعه صنعت ساختمان، با توجه به ساخت و ساز در شهرهای بزرگ، بدون رعایت مسائل زمین شناسی و ژئوتکنیکی، مشکلات فنی و مهندسی زیادی را به همراه داشته که یکی از مهمترین آنها خاکهای مسئله دار است.
بهسازی خاک، در تمامی مسائل مهندسی خاک و بخصوص در شرایط ضعیف بودن آن مطرح است. این عمل به منظور اصلاح کاربرد مهندسی خاک برای دستیابی به اهداف مختلف انجام میشود. انتخاب روش بهسازی خاک به صورت طبقه بندی شده، امر مشکلی است. روشهای بهسازی متعددی جهت خاک زیر پی از جمله عبور از اثرهای خاک ضعیف با استفاده از پیهای عمیق، برداشت خاک ضعیف و جایگزینی با مصالح پر کننده مهندسی و بهسازی خواص خاک در محل وجود دارد . انتخاب روش های بهسازی بستگی به عوامل متعددی از جمله نوع خاک، درصد ریزدانه (لایو مقدار ر س)، مساحت و عمق بهسازی، مقاومت و تراکم پذیری خاک مورد نظر، ضوابط نشست، دسترسی به مهارتهای فنی، نوع تجهیزات، مصالح و هزینه بهسازی دارد. اهداف متفاوتی برای بهسازی خاک وجود دارند. از جمله میتوان به افزایش ظرفیت باربری، افزایش پایداری شیب و کاهش نشست پی برای خاکهای دانه ریز و درشت اشاره نمود. مکانیسمهای مرتبط با بهسازی خواص خاکهای رسی شامل تحکیم خاک رس با انجام پیش بارگذاری، اجرای ستونهای سیمان – خاک یا آهک – خاک یا هر دو مصالح است.
مکانیسمهای مرتبط با خاکهای ماسهای رسدار، شامل تراکم دینامیکی با استفاده از ضربه زدن به سطح خاک، لرزاندن و جابجایی خاک مورد نظر با استفاده از ستون شنی جایگزینی، جابجایی مواد حفاری شده از طریق تزریق تراکمی، استفاده از مصالح چسبنده و تزریق سیمان فوق ریز و ایجاد ستون با استفاده از مخلوط خاک با آهک است. بهسازی مشخصات مقاومتی خاک به منظور کاهش خطرات آتی از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. نظر به استحصال آسان و قیمت پایین مواد افزودنی نظیر آهک، استفاده از این مواد در بهسازی مشخصات رفتاری خاکهای مسئله دار در این مطالعه مورد توجه قرار گرفته است.
امروزه برای تثبیت، به غیر از مواد تثبیت کننده سنتی، از تثبیت کنندههایی در ابعاد نانو نیز استفاده میشود. با توجه به این که در ایران یکی از مشکلات تثبیت خاکها برای پروژههای بزرگ، خصوصاً ساخت و ساز، خاک مساله دار رسی است، با استفاده از تکنولوژی نانو نظیر مواد نانو پلیمر نیز میتوان ویژگیهای مهندسی این نوع خاک را تغییر داد. زیرا ماده نانو پلیمر باعث کاهش قدرت جذب آب، در خاک رسدار میشود.
پیش بارگذاری
پیش بارگذاری با قرار دادن سرباره بر روی خاک رس نرم انجام میشود. این روش برای بهسازی خاک در زیر پی برای ساختمان سازی، خاک ریزی، بستر فرودگاه و کولههای پل بکار میرود. پیش بارگذاری به روشهای مختلفی از جمله از طریق خاک دستی، آب یا انجام مکش صورت میگیرد. برای کاهش زمان پیش بارگذاری استفاده از زهکشی عمودی پیش ساخته مرسوم است.
تراکم دینامیکی
تراکم دینامیکی با سقوط وزنههای سنگین به دفعات بر روی سطح زمین انجام میشود. این روش برای خاک ماسهای، خاکهای دستی و پر کنندههای حاوی سنگ لاشه متناسب است. کوبندههایی مثل بلوکهای بتن، وزنههای فولادی یا جعبههای فولادی حاوی شن یا بتن در این روش به کار میرود.
ستونهای خاک و سیمان
این روش با مخلوط کردن خاک برجا با مصالح افزودنی چسبنده با استفاده از متههای حلزونی یا پدالهای مخلوط کن حفاری انجام میشود. هدف تولید ستونهای خاک سیمان با مقاومت بیشتر، تراکم پذیری کمتر و نفوذپذیری کمتر نسبت به خاک محلی منطقه است. این روش برای بهسازی ظرفیت باربری، پایداری شیب و پایداری دیوارهای ساحلی به کار میرود.
تراکم ارتعاشی
هدف از این روش، بالا بردن چگالی خاکهای درشت دانه با وارد کرد ن میله ویبره به درون زمین است. در این روش فاصله بین میلهها بین ۱/۸ تا ۱/۳۳ متر متغییر است. کاربرد آن برای ماسه با درصد ریزدانه کمتر از ۱۵٪ مناسب است. ویبراتور به شکل یک اژدر دریایی است که به صورت افقی خاک را میلرزاند و ۳ تا ۴/۵ متر طول دارد. و وزن آن د ر حدود ۲ تن است. میله آن تا عمق مورد نظر با کمک وزن خود و جت آب به داخل زمین نفوذ مینماید. عمل ویبره و جت آب، نیروهای بین دانهای بین ذرات خاک را کاهش داده و سبب چگالترشدن آن میشود. ویبراتور از کف گمانه به سمت بالا حرکت مینماید و همزمان خاک ماسهای به درون گمانه اضافه میشود. اگر خاک پر کنندهها اضافه نشود، حفره با قطر ۳ الی ۴/۵متر در اطراف ویبراتور ایجاد میشود.
ستون سنگی جایگزینی ارتعاشی
این روش برای تثبیت انواع خاکها از جمله سیلت و رس مناسب است. ابتدا میله حفاری تا عمق مورد نظر نفوذ کرده سپس شن و سنگ شکسته در گمانه ریخته میشود. هنگام تراکم مصالح با خاک اطراف درگیر شده و ستون سنگی تشکیل میشود. سه روش اصلی برای این گونه از ستونهای شنی وجود دارد.
- روش مرطوب از بالا: که در آن حفره با جت آب اشباع میشود.
- روش خشک از بالا: حفره با میله حفاری بدون آب باز میشود.
- روش خشک از پایین: که شن دستی با استفاده از یک قیف بلند به کف گمانه رسانده میشود.
ستونهای خاک- آهک
در این روش با اضافه کردن مقدار مشخصی از آهک در محدوده ۵% الی ۸% که به طور دقیق از آزمایشهای آزمایشگاهی به دست میآید، ظرفیت باربری و مقاومت برشی خاک را اصلاح نموده و سبب کاهش نشست آنی و بلند مدت خاک میشوند. مواد و افزودنیهای گوناکونی از جمله آهک، سیمان و … جهت تثبیت خاک استفاده میشود.
استفاده از مواد شیمیایی نوین
استفاده از روشها و مواد سنتی در زمینه تثبیت، همراه با پارهای از مشکلات است که با معرفی مواد شیمیایی نوین در این زمینه، سرعت و سهولت اجرایی بالا را تداعی مینماید. به تازگی و با معرفی انواع مواد شیمیایی تثبیت شیمیایی نوین (انواع آنزیمها و مخلوطهای پلیمر ی)، تحول شگرفی در زمینه تثبیت خاک و تحت عنوان پدید آمده است. خاک با تحول مواد موجود و معرفی تثبیت کنندههای جدید مطالعه روی کاربرد این مواد در شرایط متفاوت بر روی مصالح مختلف برای بدست آوردن نتایج مناسب بایستی گسترش یابد.
جهت تثبیت خاک به روشهای غیر سنتی برای نخستین بار یک ماده روغنی به بازار معرفی شد که پس از مشخص شدن آثار زیانبخش محیط زیستی از رده خارج شد. گزینههای بعدی، محلول کلرید کلسیم و قیر امولسیون بودند که تا به امروز نیز مصرف میشوند. اما در یک سوی دیگر و در قالب فنآوریهای نوین مواد پلیمری به بازار عرضه شدند. تمامی پلیمرها قابلیت تثبیت کنندگی خاک را نداشتند تنها آنهایی مورد توجه قرار گرفتند که خاصیت چسبناکی خوبی با ذرات خاک داشتند، بدین ترتیب مواد پلیمری کمی برای این منظور شناسایی و معرفی شدند. از این مواد میتوان به آنزیمها، پلی وینیل استات، پلی وینیل الکل، پلی وینیل اکلیک، پلی اکرلامید اشاره نمود.
واکنشهای شیمیایی میان خاک رس و آهک هنگامی که آهک به خاک رس افزوده میشود، واکنشهای متعددی انجام میشود که شامل مراحل زیر است.
- واکنشهای تبادل کاتیونی یا کوتاه مدت
- واکنشهای پوزولانی یا دراز مدت
- واکنشهای کربناسیون.
واکنشهای تبادل کاتیونی آهک تقریباً تمام خاکهای ریزدانه وقتی با آهک و آب مخلوط میشوند، در مدت زمان کوتاهی واکنش تبادل کاتیونی انجام میدهند. در تبادل کاتیونی، کاتیونهای قابل مبادله خاک رس با کاتیونهای آهک جایگزین میشوند. در این حالت کاتیونهای تک ظرفیتی که همراه رس هستند با یونهای دو ظرفیتی کلسیم یا یونهای چند ظرفیتی جایگزین میشوند.