تراکم دینامیکی خاک

تراکم دینامیکی خاک یکی از روش‌های بهسازی خاک است.

در احداث خاک ریز شاهراه‌ها، سدهای خاکی ، آماده سازی اراضی صنعتی ، پالایشگاهی و کارهای زیربنایی متعدد دیگر نیاز داریم تا خاک سست را به آن حد از تراکم برسانیم تا خواص مکانیکی خاک بهبود یابد. به عمل‌هایی که باعث رسیدن به این مقصود می‌شود بهسازی خاک میگویند که یکی از انواع آن ایجاد تراکم است . از فواید تراکم می توان به افزایش باربری خاک، کاهش نشست‌های ناخواسته، و امکان افزایش شیب شیروانیها ضمن حفظ پایداری آنها اشاره کرد. تراکم سطحی با دستگاه‌های معمول از جمله غلتک‌های استوانه‌ای صاف، پاچه‌بزی و چرخ لاستیکی می‌تواند تا ۳۰ سانتیمتر سطح خاک را متراکم کند. در صورتی که بخواهیم تراکم در لایه‌های عمیق‌تر خاک رخ دهد می بایست از تراکم دینامیکی و ارتعاشی استفاده کنیم.

سازگاری

تراکم دینامیکی عمیق برای شرایط زیر مناسب است:

– خاکریزهای سست و نیمه اشباع

– خاک های اشباع با زهکشی آزاد

– لای های با نشانه خمیری کمتر از ۸

– خاک های رسی با درجه اشباع پایین ( درصد رطوبت کمتر از حد خمیری)

تراکم دینامیکی عمیق به طور کلی برای خاک های رسی با نشانه خمیری بالا ( بیشتر از ۸) و درجه اشباع بالا توصیه نمی شود. اگرچه این روش برای بهسازی خاک های رسی نیز در برخی کشورها استفاده شده است. اغلب جهت کاهش فشار آب حفره ای ناشی از تراکم دینامیکی عمیق، زهکشی مورد نیاز است. زمان انتظار معینی نیز برای از بین رفتن فشار آب حفره ای اضافی ضروری است. سطح آب زیرزمینی بالا (حدود ۲ متری سطح زمین) باعث به حداقل رسیدن تاثیر تراکم دینامیکی می شود که تحت چنین شرایطی زهکشی بسیار ضروری است. تراکم دینامیکی عمیق زمانی مقرون به صرفه است که مساحت سایت بیشتر از ۵۰۰۰ متر مربع باشد.

اصول روش

فرایند کار تراکم دینامیکی ساده است: وزنه‌ای به وزن ۵ تا ۴۰ تن را از ارتفاع ۱۰ تا ۳۰ متری رها می‌کنند و انجام این کار به دفعات باعث تراکم عمیق توده خاک می شود.

در طول فرایند تقویت شالوده با افتادن چکش از ارتفاع ۲۰ متری به سرعت ۷۲۰ کیلومتر بر ساعت می‌رسیم که در قویترین زلزله‌ها رخ می دهد و باعث تخریب ساختمان‌ها می‌شود. بنابراین استفاده از این روش در نزدیکی ساختمان‌ها باعث ایجاد خسارت می‌شود. با این وجود تحقیقات اهمیت استفاده از این روش را برای ساخت ساختمان‌های ایمن نشان داده است. موج‌های شعاعی حاصله از تراکم دینامیکی در سه محور مختصات باعث لرزش و در نتیجه تراکم خاک می‌شود.

درجهٔ تراکم

درجه تراکم کسب شده بستگی به عوامل زیر دارد:

وزن وزنه.
ارتفاع سقوط.
فواصل نقاطی که وزنه بر روی آن می‌افتد.

عمق مؤثر تراکم در این روش معمولاً ۱۰ الی ۳۵ فوت است. اگر به صورت اصولی این کار انجام شود ظرفیت باربری پی را می توان تا ۳۰۰۰ پوند بر فوت مربع با نشست قابل قبول گسترش داد.

روشهای ترکیبی و تکمیلی ابر تراکم

با توجه به هزینه نسبتاً کم اجرای روش ابر تراکم در بهسازی خاک میتوان با ترکیبی از دیگر روشهای بهسازی ، میزان بازده عملیات تراکم را افزایش داد.

زه کشی و پائین بردن سطح سفره آب زیر زمینی

با استفاده از روش زه‌کشی و پائین بردن سطح سفره آب زیر زمینی منطقه قبل از انجام عملیات ابر تراکم می توان با هزینه‌ای بسیار ناچیز بهسازی خاک ناشی از انجام عملیات ابرتراکم را به میزان قابل توجهی افزایش داد. این عمل با حفر چند حلقه چاه، فیلترگذاری در درون آنها و پمپاژ همزمان از درون آنها صورت می گیرد. استفاده از روش پمپاژ از درون لوله‌های مکنده به دلیل کوتاهتر شدن مسیر زهکشی و بهره گیری از خاصیت ناهمسانی در نفوذ پذیری خاک در بسیاری از موارد نتایج مطلوب تری را به همراه دارد. در این روش لوله‌ها که دارای قطر تقریبی پنج سانتیمتر می باشند با فاصله‌ای در حدود پنج متر از یکدیگر با روش ضربه‌ای، جایگذاری در محل‌های از پیش حفاری شده، یا با روش شستشوی و با بهره گیری از فشار آب در محل استقرار می یابند. چند متر پایینی این لوله‌ها سوراخدار یا شیاردار است تا آب بتواند به درون لوله راه یابد ولی بخش فوقانی لو له‌ها بدون منفذ می‌باشد تا در هنگام انجام عمل پمپاژ از ورود هوا به داخل لوله‌ها و کاهش بازده عملیات پرهیز شود. هر یک از این لوله‌ها در انتهای فوقانی بوسیله اتصالات آب بند و مناسب به لوله‌های شبکه سطحی مرتبط می شوند که این لوله‌های سطحی خود به منبع پمپاژ متصل میگردند. پائین رفتن سطح سفره آب زیر زمینی باعث حذف خاصیت غوطه‌وری و نیروی ارشمیدس شده و تنش مؤثر وارد بر خاک را افزایش می دهد و این افزایش تنش خطی می باشد. اثر آن در سطح اولیه سفره آب زیر زمینی صفر بوده و در رقوم‌های پائین تر بتدریج اثر افزایش می یابد و در پائین‌ترین رقوم یعنی سطح جدید سفره آب زیر زمینی میزان تأثیر به حداکثر مقدار می رسد. نقطه ضعف این روش در این است که کمترین میزان تأثیر آن در رقوم فوقانی و بیشترین میزان تأثیر آن در رقوم تحتانی است. مثلاً اگر سطح سفره آب زیر زمینی به اندازه ۵ متر پائین رود میزان افزایش تنش در سطح جدید سفره آب زیر زمینی حدوداً پنجاه کیلو پاسکال یا معادل با سربار ۳ متر خاک خواهد بود. بدین ترتیب توزیع تنش در خاک مغایر با شکل توزیع تنش ناشی از وجود پی سازه‌ها است که در آنها بیشترین تنش وارد بر خاک در رقوم فوقانی و در سطح زیرین پی بوده و با افزایش عمق میزان تأثیر سر بار پی کاهش می یابد.

با توجه به چگونگی توزیع تنش در خاک در نتیجه پایین بردن سطح سفره آب زیرزمینی و اجرای روش ابرتراکم ملاحظه می گردد که این دو روش مکمل یکدیگر بوده و چگونگی پخشایش تنش‌ها در اثر اجرای همزمان این دو روش (ابرتراکم و پائین بردن سطح سفره آب زیر زمینی) بسیار مناسب بوده و تراکم مناسبی را به خاک تحمیل خواهد نمود. بدین ترتیب عمق تأثیر تنش‌های مؤثر به مقادیر قابل توجهی افزایش می یابد.

مکش و ایجاد خلاء در خاک‌ها

حد اکثر بازده هر شبکه از لوله‌های مکنده افت ۶ متر در سطح سفره آب زیرزمینی می‌باشد و در صورت افزایش دبی پمپاژ به دلیل کاهش فشار در داخل شبکه، در عوض آب بخار آب از لوله‌ها خارج میشود. با افزایش دبی پمپاژ از لوله‌های مکنده و ایجاد مکش و خلاء نسبی و بوجود آمدن گرادیان هیدرولیکی، آب به میزان بیشتری جذب لوله‌ها شده و درجه اشباع خاک کاهش می یابد. در صورتی که میزان مکش درون چاه‌ها به حدود نیم اتمسفر برسد فشار حاصل معادل با تنش ناشی از سه متر سربار خاک در سطح زمین می‌باشد و عمق تأثیر مکش نیز عملاً برابر یا بیش از طول لوله‌های مکنده خواهد بود. با صرفنظر کردن از یک متر لایه سطحی خاک منطقه، میزان تأثیر ایجاد مکش در خاکها نسبت به عمق تقریباً ثابت می باشد.

نصب زهکشهای نواری مرکب (فتیله‌های زهکش)

فتیله‌های زهکش از جمله مصنوعاتی می باشند که از ترکیب لایه‌های ژئوتکستایل و ژئوگرید بوجود می آیند. تهیه و نصب زهکش‌های نواری مرکب بسیار کم هزینه و سریع بوده و نصب آنها به دلیل کوتاه شدن مسیر زهکشی و بهره گیری از نفوذ پذیری افقی خاک کمک بسیار بزرگی به زهکشی خاک و تسریع پدیده تحکیم می نماید.
بزرگترین نمونه های عملی استفاده از این طرح در کشور (پروژه پیش بارگذاری به وسیله زهکشهای نواری P.V.D در منطقه ویژه اقتصادی پتروشیمی ماهشهر):
ماهشهر منطقه ای ساحلی متشکل از خاک های رسی و سیلتی رسی ضخیم لایه با میانلایه های نازک و فراوان سیلتی و سیلتی-ماسه ای است که بخش سطحی آن به ضخامت حدود ۲۰ متر، شدیداً سست و تراکم پذیر با عدد نفوذ استاندارد ۰-۶ می باشد. برای بهسازی محل پی سه مخزن بزرگ پتروشیمی در این منطقه تصمیم به استفاده از پیش بارگذاری همراه با نصب زهکش نواری از نوع ‌Colbond CX 1000/10 cm‌ با الگوی مثلثی به فاصله ‌۱/۳۵m‌ تا عمق ۲۰ متری اتخاذ و اجرا گردید. سه خاکریز به ارتفاع و قطر متوسط ۹ و ۷۵ متر در یک ماه احداث و به مدت شش ماه رها شدند.
احسان طباطبایی مدیر عامل شرکت سحاب جاوید صنعت (مجری طرح زهکش نواری) می افزاید: نصب زهکش های نواری علاوه بر زهکشی شعاعی، بدلیل ایجاد ارتباط بین میان لایه های نازک و کم وسعت سیلتی و سیلتی ماسه ای با تراوایی بالا و جدا از هم پراکنده در ضخامت خاک و زهکشی آنها به سطح، سبب تشدید زهکشی قائم و تسریع نشست خاک شده است. طوری که در مدت دو ماه ۸۵ درصد تحکیم رخداده که در صورت عدم نصب شاید به بیست درصد هم نمی‌رسید. حداکثر نشست در پایان دوره ۹۷ سانتیمتر و رخداد تحکیم ۹۹% بوده است.

استفاده از فتیله‌های مکنده (نوارهای مکنده مرکب)

نوارهای مکنده مرکب همانند زهکش‌های نواری مرکب می باشند ولی در بخش فوقانی، نوار زهکش به طول حدوداً ۳ متر توسط لایه‌های عایقی پوشانده شده و از محیط اطراف عایق گردیده است. وسیله نصب این نوار مکنده مرکب دستگاههای معمولی نصب نوارهای زهکشی می باشند. در هنگام ساخت، دو طرف نوار زهکش بوسیله صفحه نواری عایقی پوشیده شده است و قبل از نصب، این صفحات عایق از بخش انتهائی نوار مرکب جدا می شوند. روش دیگر عبارت از نصب لایه عایق در طولی از نوار زهکش است که در نهایت در رقوم‌های سطحی قرار می گیرد. پس از نصب این نوارهای مکنده مرکب، انتهای هر یک از آنها در سطح زمین توسط واسطه‌هایی به شبکه لوله‌های مکنده مرتبط می گردند. بدین ترتیب با ایجاد زهکش و خلاء نسبی در خاک درجه اشباع خاک کاهش یافته و در هنگام برخورد کوبه‌ها به سطح زمین نیز این زهکش‌ها نقش هدایت و جذب آب منفذی و میان ذره‌ای را ایفا می نمایند. فاصله نصب این فتیله‌های مکنده از یکدیگر حدوداً در شبکه‌ای مربّعی به ابعاد ۸ تا ۱۲ متر می باشد.

جایگزینی دینامیکی

در روش جایگزینی دینامیکی با پر کردن حفره‌های بوجود آمده در اثر کوبش ضربات توسط مصالح دانه‌ای مناسب و اعمال ضربات متعدد دیگر بر سطح زمین در آن نقاط، مصالح دانه‌ای تا چند متر در داخل خاک نفوذ کرده و با خاک اولیه منطقه مخلوط می شوند بدین ترتیب لایه سطحی زمین با ضخامتی چند متری به صورت یک دال از مصالح دانه‌ای بوجود می آید که استحکام قابل توجهی به زمین جهت تحمل بارهای ناشی از پی می دهد.

« بازگشت به دانشنامه