تزریق در بهسازی خاک
تزریق با فشار، روشی برای اصلاح خاک است که در آن دوغاب، با فشار بالا و سرعت زیاد از طریق نازل‌هایی به درون خاك تزریق شده و باعث تخریب ساختار خاك موجود می‌شود. طی این فرآیند، بخشی از ذرات خاك و دوغاب از درون گمانه حفاری بیرون آمده و بخش دیگر بصورت درجا با دوغاب مخلوط می‌شود. در نتیجه این فرآیند، توده‌ای از خاک اصلاح شده بوجود می‌آید که به آن، اصطلاحاً توده خاک – سیمان اطلاق می‌شود.
ستون خاک- سیمان ایجاد شده از طریق روش تزریق با فشار در داخل خاک، دارای مقاومت بالا، تغییر شکلپذیری اندك و نفوذپذیری بسیار پایین هستند و باعث تقویت خصوصیات خاک محل می‌شوند. به عبارت دیگر عملیات تزریق با فشار افزایش و تقویت خصوصیات فیزیکی و مکانیکی خاک ساختگاه از جمله مقاومت فشاری، چسبندگی و زاویه اصطکاک داخلی تا چندین برابر ارتقاء می‌یابد.
مزایای این روش
- افزایش ظرفیت باربری و توان خاک در حالت اشباع
- نفوذناپذیر نمودن ساختگاه ترکها در برابر نفوذ آب و جلوگیری از وقوع پدیده آب شستگی
- تثبیت و تراکم لایه سست موجود در عمق ساختگاه مورد مطالعه
- ترمیم و پر نمودن تمامی خلل و فرج موجود در درون ساختگاه
تزریق پر فشار
عملیات تزریق پر فشار که یکی از روش‌های بهسازی و مقاوم نمودن خاک است، از طریق نفوذ مواد مناسب و تحت فشار به درون خاک و یا سنگ از طرق چاه‌ها و گمانه‌های حفر شده بوده و در اثر آن خصوصیات فیزیکی خاک یا سنگ بهبود یافته و ساختار آن تثبیت می‌شود. نتیجه این عملیات، پر شدن درزه‌ها، حفرات، شکاف‌ها، لایه‌ها و شکستگی‌های موجود در سنگ و یا در خاک و در نهایت ایجاد تشکیلات با نفوذپذیری کمتر و مقاومت بالاتر است. تزریق پر فشار دارای انواع مختلفی است که هر یک برای منظور خاصی از بهسازی خاک استفاده می‌شوند. این اهداف بوسیله نوع پروژه و هدفی که در آن دنبال می‌شود، تعیین می‌گردد. در هر حال بسته به نوع دوغاب، مقدار فشار تزریق و همچنین آرایش گمانه‌های حفاری، انواع روش‌های تزریقی وجود دارد که در ادامه به تفکیک مصالح ساختگاه اعم از خاک یا سنگ آورده شده است.
انواع تزریق در خاک
- تزریق نفوذی (اسلاری)
- تزریق تحکیمی (جابجایی)
- تزریق تراکمی (جایگزینی)
- تزریق شکست هیدرولیکی
- تزریق تماسی یا تعادلی
انواع تزریق در سنگ
- تزریق نفوذی (اسلاری)
- تزریق تحکیمی (جابجایی)
- تزریق شکست هیدرولیکی
- تزریق تماسی یا تعادلی
در عملیات تزریق از مواد و مصالح مختلفی استفاده می‌شود که نوع و مشخصات آنها به اهداف تزریق و نیز ویژگی‌های سنگ و یا خاکی که تحت تزریق قرار می‌گیرد، بستگی دارد. این مواد شامل مخلوط سیمان و آب همراه با مواد افزودنی، مخلوط‌های شیمیایی، ملات پلاستیک، رزین‌ها، فوم‌های مصنوعی و مواردی از این دست هستند.
مخلوط سیمان و آب به صورت غلیظ و یا رقیق در سنگ‌های درزه‌ها و شکاف‌دار در مقیاس کوچک تزریق می‌شود. از رزین‌ها برای افزایش نفوذپذیری مواد تزریقی استفاده می‌شود. اگر در حین عملیات تزریق مشاهده شود که خورند مصالح ساختگاه بالا است، آنگاه برای پر کردن حفرات از ماسه نیز در مخلوط دوغاب استفاده می‌شود. برای مخلوط دوغاب تزریق، طرح اختلاط نیز طراحی می‌شود. این طرح اختلاط نیز بستگی به مشخصات توده سنگ و یا خاک منطقه و اهداف تعیین شده در عملیات تزریق دارد.
مهمترین پارامتر در طرح اختلاط، نسبت وزنی آب به سیمان است. هر چه مقدار آب در مخلوط بیشتر بوده آنگاه میزان نفوذپذیری دوغاب تزریقی افزایش یافته و در عوض از مقاومت و پایداری آن کاسته می‌شود. به همین ترتیب اگر مقدار آب در مخلوط کمتر باشد، آنگاه مقدار نفوذپذیری آن پایین بوده و در عوض مقاومت و پایداری مخلوط افزایش پیدا می‌کند. یکی از عوامل دیگر در کارایی عملیات تزریق و موفقیت آمیز بودن آن، فشار تزریق است. اگر فشار تزریق کم باشد مواد تزریق شده در محدوده گمانه و با فاصله کمی از آن متوقف شده و درزه‌ها و شکاف‌های خاک و سنگ بطور کامل پر نمی‌شود.
در صورت افزایش بیش از حد فشار و تزریق نیز ممکن است ترك‌ها و شکاف‌های ناخواسته در خاک و یا سنگ شکل بگیرد و موجب شکل گیری پدیده شکست هیدرولیکی شود. در آن صورت لازم است هزینه‌ای اضافی صرف حفاری گمانه‌های بیشتر و انجام عملیات تزریق برای پر نمودن شکاف و درزه‌های ناخواسته شود. در هر صورت لازم است فشار تزریقی میان این دو حد باشد تا هم اهداف از تزریق حاصل شود و از طرف دیگر از صرف هزینه‌های اضافی جلوگیری شود.
عملیات حفاری
به مجموعه فعالیت‌هایی که منجر به حفر چال و نفوذ در سنگ و یا خاک می‌شوند، عملیات حفاری اطلاق می‌شود. عوامل متعددی وجود دارند که قادرند بطور مستقیم و یا غیرمستقیم بر عملیات حفاری تأثیر بگذارند. برخی از این عوامل عبارتند از خواص فیزیکی و مکانیکی توده سنگ یا خاك منطقه، عوامل زمین شناسی همچون لایه‌بندی، چین خوردگی، ناپیوستگی و به طور کلی‌مشخصات چال حفاری (قطر، عمق، اهداف) ماشین آلات و تجهیزات حفاری و…
هدف از حفاری، ایجاد گمانه‌ها و چال‌هایی است که برای انجام عملیات تزریق انجام می شود. حفاری به روش‌های مختلف همچون دورانی و یا ضربه‌ای صورت می‌گیرد. فواصل چاله‌ها، تعداد آنها و ردیف‌‌های مورد نیاز، در مرحله طراحی و مطالعات بدست آمده و پس از انجام عملیات نقشه برداری با تعیین محل دقیق آنها، حفاری آغاز می‌شود. قطر گمانه‌های حفاری حداکثر برابر ۵۶ میلیمتر پیشنهاد می‌شود.
