خاکهای مسئله دار
خاکهای مسئله دار، خاکهایی هستند كه در پروژههای عمرانی مشكلات فنی و مهندسی زیادی از قبیل ریزش یا ترک خوردگی ساختمانها، نشست ناهمگون ساختمان، بالا آمدن سطح آب زیرزمینی كه در نقاط پست میتواند به دلیل ایجاد تورم ساختگاه، مشكلاتی 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 مشكلات فراوان دیگری از این قبیل، اطلاع از خصوصیات زمین شناسی و ژئوتكنیكی محل انجام پروژه را امری اجتناب ناپذیر میسازد. در سالهای اخیر، رشد جمعیت و افزایش تقاضا برای تهیه مسكن و توسعه صنعت ساختمان، با توجه به ساخت و ساز در شهرهای بزرگ، بدون رعایت مسائل زمین شناسی و ژئوتكنیكی، مشكلات فنی و مهندسی زیادی را به همراه داشته كه یكی 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 كاربرد مهندسی خاک برای دستیابی به اهداف مختلف انجام میشود. انتخاب روش بهسازی خاک به صورت طبقه بندی شده، امر مشكلی 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 كننده مهندسی و بهسازی خواص خاك 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 تراكم 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 كاهش نشست پی برای خاکهای دانه ریز و درشت اشاره نمود. مكانیسمهای مرتبط با بهسازی خواص خاکهای رسی شامل تحكیم خاک رس با انجام پیش بارگذاری، اجرای ستونهای سیمان – خاک یا آهک – خاک یا هر دو مصالح است.
مكانیسمهای مرتبط با خاکهای ماسهای رسدار، شامل تراكم دینامیكی 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 تراكمی، استفاده از مصالح چسبنده و تزریق سیمان فوق ریز و ایجاد ستون با استفاده از مخلوط خاك با آهك است. بهسازی مشخصات مقاومتی خاک به منظور كاهش 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 كننده سنتی، از تثبیت كنندههایی در ابعاد نانو نیز استفاده میشود. با توجه به این كه در ایران یكی از مشكلات تثبیت خاکها برای پروژههای بزرگ، خصوصاً ساخت و ساز، خاك مساله دار رسی است، با استفاده از تكنولوژی نانو نظیر مواد نانو پلیمر نیز میتوان ویژگیهای مهندسی این نوع خاک را تغییر داد. زیرا ماده نانو پلیمر باعث كاهش 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 كولههای پل بكار میرود. پیش بارگذاری به روشهای مختلفی از جمله از طریق خاک دستی، آب یا انجام مكش صورت میگیرد. برای كاهش زمان پیش بارگذاری استفاده از زهكشی عمودی پیش ساخته مرسوم است.
تراكم دینامیكی
تراكم دینامیكی با سقوط وزنههای سنگین به دفعات بر روی سطح زمین انجام میشود. این روش برای خاک ماسهای، خاکهای دستی و پر كنندههای حاوی سنگ لاشه متناسب است. كوبندههایی مثل بلوکهای بتن، وزنههای فولادی یا جعبههای فولادی حاوی شن یا بتن در این روش به كار میرود.
ستونهای خاک و سیمان
این روش با مخلوط كردن خاک برجا با مصالح افزودنی چسبنده با استفاده از متههای حلزونی یا پدالهای مخلوط كن حفاری انجام میشود. هدف تولید ستونهای خاک سیمان با مقاومت بیشتر، تراكم پذیری كمتر و نفوذپذیری كمتر نسبت به خاک محلی منطقه است. این روش برای بهسازی ظرفیت باربری، پایداری شیب و پایداری دیوارهای ساحلی به كار میرود.
تراكم ارتعاشی
هدف از این روش، بالا بردن چگالی خاکهای درشت دانه با وارد كرد ن میله ویبره به درون زمین است. در این روش فاصله بین میلهها بین ۱/۸ تا ۱/۳۳ متر متغییر است. كاربرد آن برای ماسه با درصد ریزدانه كمتر از ۱۵٪ مناسب است. ویبراتور به شكل یك اژدر دریایی است كه 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 كمك وزن خود و جت آب به داخل زمین نفوذ مینماید. عمل ویبره و جت آب، نیروهای بین دانهای بین ذرات خاک را كاهش داده و سبب چگالترشدن آن میشود. ویبراتور از كف گمانه به سمت بالا حركت مینماید و همزمان خاک ماسهای به درون گمانه اضافه میشود. اگر خاک پر كنندهها 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 كرده سپس شن و سنگ شكسته در گمانه ریخته میشود. هنگام تراكم مصالح با خاک اطراف درگیر شده و ستون سنگی تشكیل میشود. سه روش اصلی برای این گونه از ستونهای شنی وجود دارد.
- روش مرطوب از بالا: كه در آن حفره با جت آب اشباع میشود.
- روش خشک از بالا: حفره با میله حفاری بدون آب باز میشود.
- روش خشک از پایین: كه شن دستی با استفاده از یک قیف بلند به كف گمانه رسانده میشود.
ستونهای خاک- آهک
در این روش با اضافه كردن مقدار مشخصی از آهک در محدوده ۵% الی ۸% كه به طور دقیق از آزمایشهای آزمایشگاهی به دست میآید، ظرفیت باربری و مقاومت برشی خاک را اصلاح نموده و سبب كاهش نشست آنی و بلند مدت خاک میشوند. مواد و افزودنیهای گوناكونی 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 مشكلات است كه 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 كنندههای جدید مطالعه روی كاربرد 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 كه پس از مشخص شدن آثار زیانبخش محیط زیستی از رده خارج شد. گزینههای بعدی، محلول كلرید كلسیم و قیر امولسیون بودند كه 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 كنندگی خاک را نداشتند تنها آنهایی مورد توجه قرار گرفتند كه خاصیت چسبناكی خوبی با ذرات خاک داشتند، بدین ترتیب مواد پلیمری كمی برای این منظور شناسایی و معرفی شدند. از این مواد میتوان به آنزیمها، پلی وینیل استات، پلی وینیل الكل، پلی وینیل اكلیک، پلی اكرلامید اشاره نمود.
واكنشهای شیمیایی میان خاک رس و آهك هنگامی كه آهک به خاک رس افزوده میشود، واكنشهای متعددی انجام میشود كه شامل مراحل زیر است.
- واكنشهای تبادل كاتیونی یا كوتاه مدت
- واكنشهای پوزولانی یا دراز مدت
- واكنشهای كربناسیون.
واكنشهای تبادل كاتیونی آهک تقریباً تمام خاکهای ریزدانه وقتی با آهک و آب مخلوط میشوند، در مدت زمان كوتاهی واكنش تبادل كاتیونی انجام میدهند. در تبادل كاتیونی، كاتیونهای قابل مبادله خاک رس با كاتیونهای آهک جایگزین میشوند. در این حالت كاتیونهای تک ظرفیتی كه همراه رس هستند با یونهای دو ظرفیتی كلسیم یا یونهای چند ظرفیتی جایگزین میشوند.
