اختلاط عمیق خاک یا همان deep soil mixing یکی از بهترین روش ها به منظور (بهسازی خاک) محسوب شده و در بسیاری از کشورهای پیشرفته ی جهان مورد استفاده قرار می گیرد. تحقیقات اولیه ی این روش از اواخر دهه ی 60 میلادی در اسکاندیناوی آغاز شد و در سال 1971 برای اولین بار در کشور ژاپن و در سال 1986 اولین پروژه اختلاط عمیق خاک در آمریکا و در زیر سدی واقع در دریاچه ی جکسون به سرانجام رسید. جالب است بدانید که در اواسط دهه 90 میلادی اختلاط عمیق خاک یا همان dsm به یک فناوری غالب به منظور بهسازی زمین تبدیل شد.
اختلاط عمیق خاک چیست؟
در این روش سعی بر آن است که مقاومت خاک با استفاده از متریال هایی چون دوغاب خاکستر بادی سیمان، دوغاب سیمان، آهک، بنتونیت و … افزایش پیدا کند. از این روی در انتهای کار، مخلوطی از خاک و سیمان بدست آمده که از مقاومت بسیار بالایی برخوردار می باشد.
اختلاط عمیق و نوع خاک
جالب است بدانید که این روش در خاک های درشت دانه و خاک های ریزدانه نظیر رس و سیلت کاربرد دارد از این روی وجود قلوه سنگ و شن های بسیار درشت فرآیند حفاری را با مشکل روبه رو کرده و این کار عملا غیر ممکن خواهد بود بنابراین پیشنهاد می کنیم دراین نوع خاک، روش های دیگر را امتحان کنید.
روند اجرا
مراحل اجرای اختلاط عمیق خاک به شرح ذیل می باشد.
گام اول (حفاری): در ابتدا لازم است با استفاده از اوگر حفاری یا همان حفاری مته ای فرآیند حفر زمین را آغاز کرده و پس از رسیدن به عمق مورد نظر، فرآیند حفر متوقف شود و اوگر به صورت عکس به سمت بالا حرکت کند.
توجه: قطر پره های اختلاط عموما بین 0.6 تا 2 متر متغیر بوده و عمق حفاری نیز بین 5 تا 15 متر می باشد. البته با استفاده از دستگاه های مختلف و شرایط مناسب زمین می توان حفاری را تا عمق بیشتری ادامه داد به طوری که در آمریکا تا عمق 20 و در ژاپن تا عمق 60 متر فرآیند حفاری صورت می گیرد.
گام دوم (تزریق متریال): در زمان حرکت معکوس اوگر از طریق نازل های تعبیه شده در نوک بازوهای اوگر، دوغاب و متریال مورد نظر به خاک با فشار زیاد تزریق می شود.
نکته: حرکت معکوس وسیله به سمت بالا به صورت مرحله ای انجام شده و پس از یک متر (حدودا یک دقیقه) در همان تراز چرخیده و متریال مورد نظر (دوغاب و غیره) را به داخل زمین تزریق می کند.
این نکته را به یاد داشته باشید که فاصله و زمان مذکور بر اساس جنس خاک زمین و نوع دستگاه متغیر می باشد.
افزودنی های پرکاربرد به خاک
یکی از اساسی ترین سوالات افراد در پروسه ی اختلاط عمیق خاک، افزودنی ها می باشد.
دوغاب سیمان: سیمان و آب یا همان دوغاب که گاها به صورت خشک نیز مورد استفاده قرار می گیرد، یکی از پرکاربرد ترین متریال ها به این منظور می باشد. افراد می توانند به میزان 20 تا 30 درصد حجم خاک اصلاح نشده، از دوغاب استفاده کنند.
توجه: حجم دوغاب مصرفی بر اساس شرایط خاک متغیر است.
آهک: آهک نیز یکی دیگر از پرکاربردترین افزودنی ها به این منظور بوده که عموما با سیمان مخلوط می شود.
در صورت استفاده از مخلوط سیمان و آهک لازم است از سیمان به نسبت یک و از آهک به نسبت چهار استفاده شود و در کل 100 تا 200 کیلوگرم از این مخلوط به هر متر مکعب خاک اصلاح نشده اضافه شود البته این مقدار تحت تاثیر عواملی چون میزان باربری و آب بندی مورد نیاز، متغیر می باشد.
از جمله دیگر افزودنی های پرکاربرد نیز می توان به خاکسترهای آتشفشانی و سرباره کوره اشاره کرد.
تجهیزات و ابزارهای مورد نیاز
تجهیزات مورد نیاز بر اساس عواملی چون نوع کاربرد و سطح بهسازی تعیین می شود.
پلنت ساخت دوغاب: پلنت ساخت دوغاب عموما شامل سیستم اختلاط، تانکر آب و سیلو بوده و دوغاب با توجه به نسبت های معین شده در مخلوط کننده ی اولیه ترکیب شده و سپس به مخلوط کننده ی ثانویه منتقل می شود.
دوغاب یا همان ملات ساخته شده به وسیله ی پمپ به بازوهای اوگر منتقل شده تا با فشار معین همزمان با اختلاط به درون زمین تزریق شود.
از جمله دیگر تجهیزات مورد نیاز می توان به موارد زیر اشاره کرد.
- ماشین تغذیه
- دکل حفاری
- میله های حفاری تکی
- سر مته
- میله های حفاری چندگانه
- مخزن ثابت
- مخزن متحرک
انواع گوناگون اختلاط عمیق خاک
اختلاط عمیق خاک در دو روش انجام شده که در ادامه به معرفی کامل آن خواهیم پرداخت:
اختلاط تر یا همان wet mixing: همان طور که پیش تر اشاره کرده ایم در این روش به منظور بهسازی، خاک با آب و ملات دوغاب سیمان تا عمق معین شده ترکیب می شود.
کاربرد اختلاط تر: این روش برای خاک های لایه بندی شده، رس نرم و ماسه های ریز با رطوبت کم کاربرد دارد.
اختلاط خشک یا همان dry mixing: در این روش ماده ی مورد نظر به صورت پودر خشک با خاک ترکیب شده و تنها در خاک با رطوبت بالا کاربرد دارد. قطر ستون های ساخته شده در اختلاط خشک حدود 60 تا 80 سانتی متر بوده و عمق آن معمولا بالای 25 متر می باشد و از جمله مزایای این راه می توان به بالابردن ثبات خاک های بسیار ضعیف اشاره کرد.
مزایای اختلاط عمیق خاک
ارتعاش پایین: در این روش با استفاده از تکنیک بلوک های کاهش دهنده ی ارتعاشی، اثر مخرب لرزش در سازه های اطراف تا حد چشمگیری کاهش پیدا می کند. در این روش بلوک های تخت با استحکام بالا در نزدیکی و یا زیر فوندانسیون سازه قرار می گیرد. ارتعاش پایین سبب کاهش آلودگی صوتی شده بنابراین می توان از این روش در محیط های شهری نیز استفاده کرد.
عدم آسیب به محیط زیست: اختلاط عمیق خاک دوستدار محیط زیست بوده و با فاکتورهای توسعه ی پایدار نیز همخوانی دارد.
حفاظت از تجهیزات زیرزمینی: به جهت جلوگیری از نشت و ورود آب های زیر زمینی می توان از این روش استفاده کرد.
عدم وجود محدودیت: این روش عموما برای تمامی خاک ها قابل استفاده بوده (به غیر از خاک های متراکم) و هیچ محدودیتی در این خصوص وجود ندارد از این روی می توان از اختلاط عمیق خاک در بندرها، اسکله و سازه های دریایی نیز استفاده کرد.
مهار فشار جانبی: ستون های dsm به عنوان عاملی برای کاهش تورم خاک نیز عمل می کند که علت این امر تورم کف نام دارد.
هزینه ی پایین و اقتصادی: روش dsm با داشتن بالاترین سرعت بهره وری در بسیای از پروژه های بزرگ قابل اجرا بوده و به نسبت روش های مشابه هزینه ی بسیار کمی نیز به همراه دارد. الگوی اختلاط عمیق خاک بسیار منعطف بوده به طوری که می توان از آن در هر پروژه ای استفاده کرد.
جلوگیری از نشست خاک: در روش اختلاط عمیق خاک از نشت آب به داخل گودبرداری جلوگیری شده بنابراین روش اختلاط عمیق خاک برای گود برداری عمیق با سطح آب های زیرزمینی بالا بسیار مناسب می باشد. همچنین این روش از نشست خاک تا حد چشمگیری جلوگیری می کند.
تقویت پی: استفاده از اختلاط عمیق خاک سبب تقویت پی سازه و فوندانسیون اجرا شده نیز می شود.
بهسازی رودخانه: کشور ژاپن به منظور بهسازی سواحل رودخانه و جلوگیری از لغزش شیب سواحل، از این روش در جزیره کیشو استفاده کرده است.
اصلاح مواد آلی: در روش اختلاط عمیق خاک (خصوصا در خاک های ماسه ای) مواد آلوده به شکل گاز درآمده و به آسانی از بین می رود.
توجه به سازه های مجاور: در سازه هایی با فوندانسیون سطحی احتمال ریزش ساختمان مجاور حین عملیات گودبرداری تا حد چشمگیری افزایش پیدا می کند اما با نصب ستون های اختلاط عمیق می توان از بروز این حادثه جلوگیری کرد.
کاهش و توقف انتشار (پلی کلورینات بیفنیل): اختلاط عمیق خاک به عنوان بهترین روش به جهت توقف انتشار (پلی کلورینات بیفنیل) شناخته شده و این موضوع در برنامه ی محافظت از محیط زیست آمریکا به صورت تخصصی بررسی شده است. از جمله دیگر مزایای این روش می توان به مقابله با روانگرایی، نوسازی سد، کنترل نشت و دیوار آب بند اشاره کرد.
معایب اختلاط عمیق خاک (dsm)
- هزینه ی بالای تجهیزات و ابزارهای مورد نیاز
- امکان عدم یکنواختی خاک
- فرآیند دشوار اجرا در خاک های سخت، دارای قلوه سنگ و متراکم
- وجود محدودیت در تقویت لایه های جداشده
- عدم وجود امکان نصب المان ها در نزدیکی سازه های موجود
کاربرد اختلاط عمیق خاک
(دیوارهای ساحلی): دیوارهای محافظ ساحلی به منظور جلوگیری از خطرات ناشی از موج و یا جلوگیری از فرسایش در طول خط ساحل ساخته می شود و علاوه بر این دیوارهای ساحلی، پایداری خاک را تا حد زیادی افزایش می دهند. دیوارهای ساحلی عموما به شکل های مختلفی نظیر سلولی، پرده سپرها، سازه های وزنی و غیره ساخته می شود.
(سازه های موجود در دریا و اسکله): به منظور ساخت لنگرگاه وجود سازه هایی چون دیوارهای محافظ ساحلی، موج شکن، بارانداز و … ضروری است.
سازه های ساحلی نیز همواره با نیرو و فشارهای گوناگونی چون فشار آب، فشار زمین، وزن جرثقیل، ضربات کشتی و … رو به رو بوده و همین امر سبب شده تا معیارهای گوناگونی به جهت ساخت سازه های مذکور وجود داشته باشد.
(موج شکن): موج شکن از تجهیزات لنگرگاه ها در برابر امواج قدرتمند دریا محافظت کرده و گاها به ساحل نیز متصل می شود. از جمله دیگر کاربردهای موج شکن نیز می توان به محافظت از سازه های دریایی و بارگیری کشتی ها اشاره کرد.
فرآیند کنترل کیفیت
به جهت اطمینان از عملکرد و کیفیت ستون ها، آزمایش های گوناگون بر روی نمونه های خاک و سیمان انجام می شود.
نمونه گیری تر چیست؟
در این آزمایش، نمونه گیری قبل از عمل آوری ستون ها و به صورت اندازه گیری مشاهده ای انجام شده و مواردی چون انحراف در پلان، انحراف قطر در عمق و انحراف در عمق را شامل می شود. در این روش نمونه بر اساس استاندارد ها عمل آوری شده و در زمان معین توسط دستگاه (تک محوری) شکسته می شود.
مغزه گیری: در این مرحله بعد از گیرش ستون ها لازم است به جهت مغزه گیری اقدام کرد.
نکته: برای خاک های درشت دانه و ریز دانه آئین نامه های گوناگونی در این مرحله ارائه می شود.
چیدمان شبکه: استفاده از این روش در چیدمان ستون های اختلاط عمیق سبب کاهش پتانسیل روانگرائی و تغییر شکل برشی لایه های ماسه ای در زمان زلزله می شود.
اختلاط سطحی خاک یا shallow soil mixing چیست؟
از این روش می توان به منظور تقویت خاک های سطحی ضعیف و بسیار مرطوب مانند خاک های لجنی، خاک های آلی مرطوب و نهشته های رسوبی استفاده کرد. در اختلاط سطحی خاک از تجهیزات مخصوصی که اغلب متصل به بازوی دستگاه حفاری است، استفاده می شود. در این راه فرآیند اختلاط به صورت قائم یا افقی انجام شده و نازلی در مرکزیت اوگر پره ای به منظور خروج مخلوط تزریق شده قرار می گیرد. جالب است بدانید که تزریق مخلوط توسط دستگاهی که شامل کمپرسور، خشک کننده ی هوا، واحد کنترل و محفظه ی تحت فشار مخلوط و … است، انجام می شود.
توجه: بسته به شرایط خاک و تجهیزات مصرفی در این روش اصلاح خاک تا عمق 4 متر امکان پذیر می باشد.
الگوی اختلاط عمیق خاک چیست؟
انجام فرآیند اختلاط عمیق خاک با نسبت جایگزینی 100 درصدی نیز امکان پذیر است. در این روش تمامی خاک درون یک بلوک خاص قرار گرفته و با توجه به عواملی چون شرایط محل، هزینه و طراحی عملیات، هدف اختلاط عمیق، و … از الگوهای مختلف نصب ستون ها به کمک ستون های فاصله دار یا همپوشانی، تک و یا ترکیبی استفاده می شود.