پروژه : مقایسه روش های تراکم دینامیکی و پیش بارگذاری در بهسازی خاک‏

پروژه : مقایسه روش های تراکم دینامیکی و پیش بارگذاری در بهسازی خاک‏

چکیده :‏

بسياري از سازه‌هاي مهندسي، بر روي بستري مناسب از خاک بنا نمی شوند. بعنوان مثال ‏خاکريزهاي اجرا شده بر روي خاک هاي نرم‌ (رس‌هاي حساس)، ديوارهاي حائل رودخانه‌ها که بر ‏ماسه‌هاي بسيار سست بنا مي‌شوند و يا سازه‌هاي دريايي که بر روي رسوبات سست واقع بر ‏گسلهاي قاره‌اي بنا شده‌‌اند. عدم شناخت رفتار خاکهاي روانگرا يا حساس، ممکن است يکپارچگي ‏سازه‌هاي واقع شده بر آنها را مورد تهديد قرار دهد. در‎ ‎مواجه‎ ‎با ‏‎ ‎زمین‎ ‎هاي‎ ‎سست‎ ‎عموما‎ ‎یکی‎ ‎از‎ ‎روش‎ ‎هاي‎ ‎زیرجهت‎ ‎حل‎ ‎مشکل‎ ‎برگزیده‎ ‎می‎ ‎شود :‏

‏-‏           تغییر‎ ‎محل‎ ‎اجراي‎ ‎پروژه‎ ‎از‎ ‎محل‎ ‎با‎ ‎مصالح‎ ‎ضعیف‎ ‎به‎ ‎محلی‎ ‎به‎ ‎شرایط‎ ‎مناسب‎ ‎

‏-‏           برداشت‎ ‎مصالح‎ ‎نامناسب‎ ‎و‎ ‎جایگزینی‎ ‎با‎ ‎مصالح‎ ‎مناسب‎ ‎

‏-‏           تغییر‎ ‎طراحی‎ ‎پی‎ ‎در‎ ‎سازه‎ ‎و‎ ‎متناسب‎ ‎به‎ ‎شرایط‎ ‎ژئو‎ ‎تکنیکی‎ ‎زمین‎ ‎مورد‎ ‎نظر

‏-‏           بهسازي‎ ‎خاك‎ ‎

روش هاي‎ ‎اول‎ ‎و‎ ‎دوم‎ ‎همیشه‎ ‎امکان‎ ‎پذیر‎ ‎نیست‎ ‎و‎ ‎در‎ ‎برخی‎ ‎موارد‎ ‎موجب‎ ‎غیر‎ ‎اقتصادي‎ ‎شدن‎ ‎طرح‎ ‎می‎ ‎گردد ‏‎. ‎بهسازي‎ ‎زمین‎ ‎و‎ ‎اصلاح‎ ‎شرایط‎ ‎خاك‎ ‎محل،‎ ‎روشی‎ ‎است‎ ‎که‎ ‎برتري‎ ‎آن‎ ‎به‎ ‎لحاظ‎ ‎اقتصادي‎ ‎و‎ ‎فنی‎ ‎با‎ ‎روش‎ ‎سوم‎ ‎قابل‎ ‎مقایسه‎ ‎است‎ ‎و‎ ‎در‎ ‎بسیاري‎ ‎پروژه‎ ‎ها‎ ‎هزینه‎ ‎اجراي‎ ‎فنداسیون‎ ‎عمیق،‎ ‎بسیار‎ ‎بیشتر‎ ‎از‎ ‎روش‎ ‎هاي‎ ‎بهسازي‎ ‎خاك‎ ‎است‎. ‎هدف‎ ‎از‎ ‎بهسازي‎ ‎خاك‎ ‎افزایش‎ ‎ظرفیت‎ ‎باربري‎ ‎خاك‎ – ‎کاهش‎ ‎نشست‎ ‎پذیري‎ ‎زمین‎ – ‎کاهش‎ ‎تخلخل‎ ‎و‎ ‎افزایش‎ ‎چگالی‎ ‎خاك‎-‎یکنواخت‎ ‎سازي‎ ‎ویژگی‎ ‎هاي‎ ‎تغییر‎ ‎شکل‎ ‎پذیري‎ ‎مصالح‎- ‎جلوگیري‎ ‎از‎ ‎بروز‎ ‎تغییرات‎ ‎فیزیکی‎ ‎یا‎ ‎شیمیایی‎ ‎نامناسب‎ ‎در‎ ‎خاك‎ ‎می‎ ‎باشد‎.‎‏(2)‏

در این تحقیق به بررسی دو مورد از روش های بهسازی زمین پرداخته شده است که عبارتند از ‏تراکم دینامیکی و پیش بارگذاری و در نهایت این دو روش با هم مقایسه شده است .‏

امروزه روش تراكم ديناميكي به طور وسيعي در نقاط مختلف جهان جهت بهسازي زمين هاي ‏خشك، غير اشباع و يا خاك‎ ‎هاي دانه اي سست زير سطح آب زيرزميني به كار مي رود. در اين ‏روش ضربات متوالي كوبه اي به وزن 10تا 30 تن كه از ارتفاع 10 تا 40 متر بر روي نقاط يك ‏شبكه رها ميشوند ، باعث تراكم خاك مي شود. (1)‏

و اعمال‎ ‎پيش‎ ‎فشار‎ ‎توسط‎ ‎بارگذاري‎ ‎روي‎ ‎زمين‎ ‎زيرِ‎ ‎بنا‎ ‎قبل‎ ‎از‎ ‎احداث‎ ‎سازه،‎ ‎پيش بارگذاري‎ ‎ناميده‎ ‎مي‎ ‎شود‎. ‎مقدار‎ ‎فشار‎ ‎اعمال‎ ‎شده‎ ‎در‎ ‎پيش‎ ‎بارگذاري‎ ‎معمولا‎ ‎بزرگ‎ ‎تر از‎ ‎ماكزيمم‎ ‎فشاري‎ ‎است‎ ‎كه‎ ‎توسط‎ ‎فونداسيون‎ ‎سازة‎ ‎مورد‎ ‎نظر‎ ‎به‎ ‎خاك‎ ‎اعمال مي‎ ‎شود‎.‎‏ نتيجة‎ ‎عمل‎ ‎پيش‎ ‎فشردگي‎ ‎بستر‎ ‎قبل‎ ‎از‎ ‎عمليات‎ ‎اجرائي‎ ‎مي‎ ‎باشد‎.‎‏(14)‏

تراكم ديناميكي يكي از روش‎ ‎هاي ديناميكي بهسازي خاكهاي سست مي‎ ‎باشد. در اين روش با اعمال ‏ضربات سنگين بر سطح‎ ‎خاك ميزان تراكم و درنتيجه ظرفيت باربري آن افزايش مي يابد. اين امر ‏از طريق انتقال انرژي بوسيله امواج صورت‎ ‎مي پذيرد . انرژي ناشي از اين برخورد از طريق ‏امواج حجمي به اعماق خاك منتقل شده و با تغيير نحوه قرارگيري دانه‎ ‎ها نسبت به هم ، توده ‏متراكم تري را ايجاد مي كند . عوامل گوناگوني بر ميزان تأثيرگذاري اين روش در‎ ‎بهسازي خاك ‏دخيل هستند . نوع خاك، وزن و ارتفاع سقوط كوبه، فواصل كوبش و سطح آب زيرزميني‏‎ ‎در ‏منطقه مورد كوبش از جمله مهمترين عوامل تأثير گذار هستند . (3)‏

در کل تراکم دینامیکی تکنیکی است که به وسیله آن مشخصات خاک مورد نظر بهبود می یابد و به ‏خصوص این تکنیک  در خاک های دانه ای سست و غیر اشباع موثر می باشد . همچنین این روش ‏بر روی خاک های چسبنده با تخلخل بالا موفقیت آمیز می باشد ولی میرایی انرژی در اینجا زیاد و ‏به پر کننده ها نیاز می باشد . در این روش با پرتاپ وزنه هایی به وزن ‏‎5‎‏ تا ‏‎35‎‏ تن از ارتفاع ‏‎10‎‏ ‏تا ‏‎40‎‏ متر بر روی یک سطح مشخص زمین ، مشخصات خاک بهبود را بهبود می دهند. که در این ‏روند چگالی خاک با کاهش تخلخل ، افزایش می یابد و حجم سیال از منافذ خاک خارج می گردد.‏

تعدادی از وزنه ها وقتی با سطح خاک برخورد می کنند حجم زیادی از خاک تغییر شکل پیدا می ‏کند . هرچند که بیشترین تاثیرات موثر در عمق خاک اتفاق می افتد که این به دلیل انرژی زیاد ‏تولید در سطح به دلیل تراکم ایجاد می شود . انرژی تراکمی وقتی وزنه در راستای عمودی و ‏محور تقارن برخورد کند به ماکزیمم مقدار خود می رسد و هرچه محل ضربه با محور تقارن زاویه ‏پیدا کند این انرژی کاهش می یابد . همچنین انرژی امواج تولید شده در عمق های زیاد محل ‏برخورد کاهش می یابد . در حقیقت بهبود تابعی از ارتعاشات ذرات خاک می باشد که این به دلیل ‏انتشار امواج در منطقه ای از خاک می باشد که متراکم شده است . محققین زیادی در زمینه تراکم ‏دینامیکی خاک به صورت آزمایشگاهی کار انجام داده اند از جمله وست  و پن می باشند که ‏مطالعاتی این محققین انجام داده اند در محدوده خاک هایی می باشد که بیشترین تاثیر را دارند .‏

پيش بارگذاری، بارگذاری موقتی می باشد که در محل ساخت ساختمان ها و تأسيسات به منظور ‏اصلاح خاکهای زيرسطحی بکار برده می شود و متداولترين روش برای آن انباشتن مصالح خاکريز ‏است‎ .‎‏(16)‏

از‎ ‎مزاياي‎ ‎پيش‎ ‎بارگذاري،‎ ‎علاوه‎ ‎بركاهش‎ ‎نشست‎ ‎مي‎ ‎توان‎ ‎به‎ ‎انجام‎ ‎بهسازي‎ ‎و‎ ‎عدم ايجاد‎ ‎سروصدا‎ ‎اشاره‎ ‎نمود‎ ‎كه‎ ‎استفاده‎ ‎از‎ ‎آن‎ ‎را‎ ‎در‎ ‎مناطق‎ ‎شهري‎ ‎و‎ ‎يا‎ ‎در‎ ‎مواردي‎ ‎كه محدوديت‎ ‎هاي‎ ‎همسايگي‎ ‎مطرح‎ ‎است،‎ ‎ممكن‎ ‎مي‎ ‎سازد‎. ‎از‎ ‎معايب‎ ‎پيش‎ ‎بارگذاري مي‎ ‎توان‎ ‎به‎ ‎طولاني‎ ‎شدن‎ ‎زمان‎ ‎وقوع‎ ‎نشست‎ ‎غيراقتصادي‎ ‎شدن‎ ‎برداشت‎ ‎وحمل مصالح‎ ‎پيش‎ ‎بار‎ ‎به‎ ‎جاي‎ ‎ديگر‎ ‎اشاره‎ ‎نمود‎.‎

‎• ‎‏ برای سرعت بخشیدن به عمل پیش تراکمی از زهکش های ماسه ای استفاده می کنند . در‎ ‎استفاده‎ ‎از‎ ‎تکنيک‎ ‎پيش‎ ‎بار‎ ‎گذاري‎ ‎به‎ ‎همراه‎ ‎استفاده‎ ‎از‎ ‎زهکش‎ ‎هاي‎ ‎قائم‎ ‎ذكر‎ ‎اين نكته‎ ‎ضروري‎ ‎است‎ ‎كه‎ ‎ميزان‎ ‎پيش‎ ‎بار‎ ‎بايد‎ ‎بر‎ ‎اساس‎ ‎مقدار‎ ‎بارهاي‎ ‎وارده‎ ‎از‎ ‎روسازه‎ ‎به خاك‎ ‎محل‎ ‎انتخاب‎ ‎شود‎. ‎بايد‎ ‎توجه‎ ‎داشت‎ ‎که‎ ‎در‎ ‎مورد‎ ‎خاک‎ ‎هاي‎ ‎پيش‎ ‎تحكيم ممكن‎ ‎است‎ ‎از‎ ‎اقدامات‎ ‎پيش‎ ‎بارگذاري‎ ‎به‎ ‎همراه‎ ‎زهكش‎ ‎هاي‎ ‎قائم‎ ‎عايد‎ ‎نگردد‎.‎‏ (14)‏

مقایسه این دو روش :  ‏

روش تراکم دینامیکی برای بهسازی انواع  خاک ها مناسب است و تا عمق 20 تا 15 متر را بهبود ‏می بخشند و در این روش باید حفاظت از خطرات جراحت و صدمه به افراد تامین شود ، در اثر ‏پرش گرد و غبار به بناها آسیب می رساند ، آب زیر زمینی باید بیش از 2متر پایین تر از سطح ‏تراز زمین باشد این روش سریعتر از پیش بار گذاری هست ولی یکنواختی کمتری دارد . روش ‏پیش بارگذاری  که شامل بار مناسب جهت پیش فشردگی خاک و قبل از اجرا بکار گرفته می شود ، ‏برای رس های نرم تحکیم عادی ، لس ها ، لای ها خاک های الی ، خاکریز ها مناسب است ، عمق ‏قابل ملاحظه ای بهبود پیدا می کند و روش راحت ولی کند است که با استفاده از زهکش های ماسه ‏ایی یا فیتله ای تسریع پیدا می کنند . در روش خاکریز به عنوان سربار که شامل خاکریزی بیش از ‏اندازه جهت دستیابی به نشست معین است . زمان کوتاهتر ، خاکریز اضافه برداشته می شود و ‏برای رس های نرم تحکیم عادی لای ها نهشته های رسی ، خاکریز ها مورد استفاده می شود . ‏سریعتر از پیش بارگذاری هست و با استفاده از زهکش های ماسه ای یا فیتله ای تسریع می یابد ، ‏ولی نیاز به تجهیزات جهت گود برداری و عملیات خاکی دارد  .(14)‏