روش اختلاط عمیق خاک (Deep Soil Mixing)
Deep Soil Mixing یا اختلاط عمیق خاک که به اختصار DSM نامیده می شود، اولین بار در کشورهای ژاپن و اسکاندیناوی مورد استفاده قرار گرفت وامروزه استفاده از این روش در بهسازی و آب بندی خاک های ضعیف و نفوذپذیر در سراسر جهان در حال افزایش است. استفاده از این تکنیک منجر به بهبود قابل ملاحظه خواص مکانیکی و فیزیکی خاک محل که با سیمان یا افزودنی های دیگر مخلوط شده است و و خاک-سیمان (soil-mix و soil-cement) نامیده می شود می گردد. خاک بهسازی شده با این روش مقاومت بالاتر، نفوذپذیری کمتر و قابلیت تراکم پذیری کمتری از خاک اولیه خواهد داشت.
اگرچه این روش بر اساس اصول ساده ای بنا شده است، اما نیاز به تجربه و مهارت در مراحل طراحی خاک-سیمان و طراحی ژئوتکنیکی و همچنین مرحله اجرا دارد.
همچنین این روش نیاز به دستگاه های حفاری وابزار اختلاط خاص دارد تا موارد مورد نظر در مراحل کنترل کیفیت و روش های کنترل عملکرد را به درستی به انجام رساند.
اختلاط خشک(Dry mixing) و اختلاط تر(Wet mixing)
در کل دو روش اختلاط عمیق خاک مورد استفاده قرار می گیرد. خاک مورد نظر جهت بهسازی بصورت مکانیکی یا با دوغاب (Slurry) مخلوط می گردد (اختلاط تر) یا با افزودنی بصورت خشک (اختلاط خشک).
همچنین علاوه بر اختلاط مکانیکی تزریق تحت فشار نیز می تواند استفاده گردد که منجر به بهبود اختلاط مکانیکی خواهد شد.
روش تر برای رس های نرم، لای و ماسه های ریز با درصد رطوبت کمتر و خاک های لایه بندی شده با خاک نرم و سفت یا متراکم مناسب تر می باشد.
روش خشک برای خاک های نرم با درصد رطوبت بالا می باشد.
در این روش بهسازی خاک های آلی نیز امکان پذیر می باشد اما نیاز به تمهیدات و روش اجرای خاص دارد.
*فواید و تکنولوژی
تکنولوژی روش DSM بر اساس بهسازی خاک موجود محل یا خاکریز به منظور براورده نمودن نیازهای طراحی است، بنابراین مشکلات حفاری یا جایگزینی خاک و استفاده از روش های پرهزینه تر مانند فونداسیون های عمیق(شمع)در این روش مرتفع می گردد. طیف وسیعی از کاربردها و الگوهای مختلف اجرای ستون های خاک-سیمان منجر به راه حل های مهندسی مطمئن و بسیار اقتصادی می گردد. استفاده از افزودنی های غیر سمی به خاک و کاهش حجم پساب(spoil) در مقایسه با روش جت گروتینگ و یا روش سنتی شمع های درجاریز روش DSM را قویاً به عنوان یک گزینه سازگار با محیط زیست معرفی کرده است. اجرا و کنترل کیفیت این روش با استفاده از آئین نامه های معتبر مانند FHWA یا استاندارد اروپائی EN14679 صورت می گیرد.
فواید اصلی
- اقتصادی بودن
- بدون ایجاد ویبره و آسیب به سازه های مجاور
- تنوع در کاربرد
- کاهش زمان ساخت
- سازگار با محیط زیست
کاربردهای عمده
- خاکریزی روی خاک های نرم
- به عنوان ساپورت در زیر فونداسیون های نواری و رادیه
- فونداسیون پل ها و توربین های بادی
- دیواره های گود برداری با استفاده از ستون های خاک-سیمان مسلح
- پایداری شیب
- مقابله با روانگرائی
- دیوارهای آب بند مانند Cut-off walls
- جلوگیری از گسترش آلاینده ها
دامنه کاربرد
این روش در طیف وسیعی از خاک ها از ریزدانه که شامل رس و سیلت می باشد تا خاک های درشت دانه ماسه ای کاربرد دارد. وجود شن های درشت و قلوه سنگ حفاری در این روش عملاً حفاری را تا حد زیادی امکان ناپذیر می کند، لذا در این نوع خاک ها روش های دیگر بهسازی پیشنهاد می شود.
روش اجرا
در این روش ابتدا اوگر حفاری با بازوهای خود در زمین حفاری را آغاز می کند. زمانی که به عمق مورد نظر رسید حفاری متوقف شده و اوگر به صورت معکوس حرکت را آغاز میکند و به طور آهسته به سمت بالا رانده می شود. در زمان حرکت اوگر به سمت بالا از درون نازل های تعبیه شده در نوک بازو ها دوغاب با فشار به درون خاک تزریق می شود. این حرکت به سوی بالا مرحله ای بوده و پس طی فاصله ۱ متر رو به بالا تقریبا یک دقیقه در همان تراز می چرخد و دوغاب به داخل زمین تزریق می شود. البته فاصله ها و زمان های اشاره شده با توجه به نوع دستگاه و نوع خاک متغیر است.
تجهیزات مورد نیاز
در این روش بسته به نوع کاربرد، سطح بهسازی مورد نیاز و تجهیزات موجود بلیدها و شفت های متعددی طراحی شده است که در ادامه بعضی از آنها ارائه شده است.
پلنت ساخت دوغاب
این پلنت عمدتاً شامل سیلو، تانکر آب و سیستم اختلاط می باشد. دوغاب با نسبت اختلاط مشخص آب به سیمان در میکسر اولیه ساخته و سپس به میکسر ثانویه انتقال می یابد. دوغاب ساخته شده با استفاده از پمپ به اوگر توخالی انتقال می یابد. این دوغاب با فشار مشخص و با استفاده از نازل های خاص همزمان با اختلاط به درون زمین انتقال می یابد.
طراحی
طراحی شامل تعیین الگوی چینش ستون ها، قطر، تعداد و فاصله ستون ها و عمق نهایی می باشد. مانند هر طراحی دیگری که به خاک مربوط است طراحی عمدتاً بر مبنای سه مورد زیر سنجیده می شود:
طراحی سازه ای
مقاومت سازه ای ستون های خاک-سیمان عمدتاً بر مبنای مقاومت فشاری محدود نشده مقادیر معمول مقاومت فشاری و نفوذپذیری ستون های خاک-سیمان با عیار سیمان های مختلف در جدول زیر نشان داده شده است.از لحاظ پارامترهای مهندسی به دست آمده برای خاک بهسازی شده، ادبیات فنی نشان میدهد که با انجام اختلاط تر (Wet Mixing) میتوان مقاومت فشاری تک محوری تا ۵ مگاپاسکال برای خاک های دانه ای و ۳ مگاپاسکال برای خاکهای چسبنده به دست آورد.
طراحی ژئوتکنیکی
طراحی ژئوتکنیکی شامل دو معیار عمده ظرفیت باربری و کنترل نشست می باشد. بسته به نسبت اصلاح سطح (α) و مقاومت ژئوتکنیکی ستون منفرد و همچنین ظرفیت باربری خاک بهسازی نشده می توان ظرفیت باربری سیستم ترکیبی خاک و ستون های DSM را محاسبه نمود.
qca=αQ/A + β×(۱-α )×qα
کنترل نشست را می توان بر اساس روابط ارائه شده در ادبیات فنی یا مدل سازی نرم افزاری انجام داد. از نرم افزار های معمول جهت کنترل نشست و تغییر شکل می توان بهPlaxis 2d، Plaxis3d Foundation و نرم افزار Flac اشاره کرد.
کنترل کیفیت
جهت کنترل عملکرد ستون ها معمولا از آزمایش تک محوری بر روی نمونه های خاک-سیمان استفاده می گردد.
نمونه ها به سه صورت نمونه های آزمایشگاهی، نمونه تر (Wet grab) و یا نمونه های اخذ شده از ستون پس از زمان عمل آوری (Core sample) می باشد.
ساخت نمونه های آزمایشگاهی
نمونه گیری تر (Wet grab)
نمونه گیری تر در حین اجرای ستون ها و زمانیکه که ستون هنوز عمل آوری نشده است صورت می گیرد. نمونه گیر های مختلفی جهت اخذ این نوع نمونه وجود دارد که در شکل زیر یک نوع نمونه گیر Wet grab و همچنین بیرون کشیدن نمونه از ستون DSM نشان داده شده است. این نمونه ها بایستی بر اساس استاندار عمل آوری شده و در زمان های مشخص شده توسط دستگاه تک محوری شکسته شود.
مغزه گیری از ستون های عمل آوری شده
پس از زمان عمل آوری و به اصطلاح گیرش ستون ها می توان با استفاده از ابزار نمونه گیری موجود نسبت به مغزه گیری اقدام نمود. این زمان بسته به نوع خاک منطقه متفاوت بوده و برای خاک های ریزدانه و درشت دانه پیشنهادات مختلفی توسط آئین نامه ارائه شده است.
کاهش پتانسیل روانگرائی
استفاده از چیدمان شبکه ای (Lattice type) ستون های DSM سبب کم شدن تغییر شکل برشی لایه های ماسه ای در هنگام زلزله و کاهش پتانسیل روانگرائی خاک می شود. عملکرد مناسب این الگو از چینش ستون ها در زلزله ۱۹۹۵ کوبه مشاهده شده است.
چیدمان ستون های اختلاط عمیق برای کاهش پتانسیل روانگرایی در زیر فونداسیون سد Jackson
