تحریریه جهان صنعت نیوز۱۰:۰۰ | شنبه، ۶ مرداد ۱۴۰۳

بهسازی یا بهینه سازی خاک و روش های اجرای آن

در علم معماری و مهندسی عمران، بستر سازه (زمین یا خاک) از اهمیت بسیار ویژه ای برخوردار است زیرا بنا بر روی آن قرار می گیرد از این روی طول عمر و دوام سازه نیز به نوع و کیفیت خاک بستگی دارد. در صورت باربری ضعیف خاک یا همان بستر سازه، هیچ گونه تضمینی برای امنیت بنا وجود ندارد بنابراین سازه می تواند با کوچک ترین آسیب به طور کامل تخریب شود. اهمیت بالای این موضوع سبب شده تا روش هایی به منظور بهسازی خاک و افزایش کیفیت آن در طول زمان بوجود آید. با ما تا انتهای مقاله همراه باشید زیرا قصد داریم تمامی روش های بهسازی خاک را بررسی کنیم.

هدف از بهسازی خاک چیست؟

پیشگیری از رانش زمین: یکی از بزرگ ترین بلایا که در صورت وقوع خسارات جبران ناپذیری با خود به همراه دارد، رانش زمین است. در پروسه بهسازی خاک می توان تا حد چشمگیری از حملات رانش زمین پیشگیری کرده و امنیت سازه را تامین کرد.
حفاظت از محیط زیست: بهسازی خاک سبب جلوگیری از تخریب خاک شده از این روی آسیب کمتری به محیط زیست وارد می شود.
کمک به پایداری بنا: خاک بهسازی شده ظرفیت باربری بیشتری دارد در نتیجه فرآیند انتقال نیرو به بهترین شکل انجام می شود.

از جمله دیگر اهداف بهسازی خاک می توان به افزایش چگالی خاک، کاهش نشست خاک، کاهش نفوذ پذیری و تخلخل خاک، بهبود مقاومت برشی خاک اشاره کرد.

پیشینه بهسازی خاک

پیشینه روش های بهسازی خاک به دوران باستان باز میگردد. در آن زمان مردمان حصیر، کاه و یا چوب را با خاک ترکیب کرده تا مقاومت و ظرفیت باربری آن را افزایش دهند. یکی از مشهورترین سازه های دوران امپراتوری روم با قدمتی بیش از ۱۴۰۰ سال، جاده آپیا نام داشته که در آن زمان افراد به منظور بهبود عملکرد جاده، مقداری آهک به خاک اضافه کرده بودند. با گذر زمان و پیشرفت علم، روش های جدیدتری به منظور بهسازی خاک ارائه شده است که علاوه بر هزینه ی کمتر، کارایی بسیار بالایی نیز دارد.

روش های جایگزین برای بهسازی خاک

جالب است بدانید که درگذشته به منظور آماده سازی بستر سازه، مهندسین از روش های گوناگونی استفاده کرده که هر یک عبارت اند از:

حفاری و جایگزین کردن خاک: حفاری و جایگزین کردن خاک ضعیف یکی از پر کاربرد ترین روش ها به جهت آماده سازی خاک بوده که علاوه بر هزینه ی زیاد، به تعداد بالای نیروهای انسانی نیز نیازمند است. هم چنین این روش آسیب بسیار زیادی به محیط زیست وارد می کند.

طراحی دوباره: بازبینی مجدد طرح و بررسی شرایط موجود، یکی دیگر از روش های قدیمی به جهت ساخت و ساز در بستر ضعیف خاک می باشد.

حذف محل مورد نظر: در گذشته یکی از آسان ترین روش ها حذف محل پیشنهادی پروژه بوده است. در صورت وجود چندین گزینه مهندسین با همفکری یکدیگر، محل های نامناسب را حذف کرده و در صورت نبود زمین مناسب، فرآیند ساخت و ساز پروژه به طور کلی متوقف می شد.

روش های تحکیم بستر خاک

روش های بهسازی خاک از تنوع بسیار بالایی برخوردار بوده از این روی مهندسین می توانند بر اساس شرایط پروژه، وضعیت زمین و بودجه حق انتخاب داشته باشند.

روش تراکم دینامیکی: این روش همواره به عنوان یکی از بهترین گزینه ها بوده و برای اولین بار در سال ۱۹۷۵ مورد استفاده قرار گرفته است.

در روش تراکم دینامیکی یا به اختصار DC، یک وزنه از جنس فولاد، با استفاده از جرثقیل در ارتفاع ۱۲ تا ۳۰ متری از سطح زمین قرار گرفته و سپس با سرعت به سمت زمین رها می شود.

این روش با متراکم کردن تمامی لایه های خاک، بستر مناسبی برای ساخت و ساز فراهم می کند.

توجه: بخش های هدف (قسمت هایی که وزنه بر روی آن سقوط می کند) با استفاده از الگوی شبکه ای تعیین شده و این الگو نیز بر اساس هندسه فوندانسیون، شرایط لایه های خاک و موارد از این دست طراحی می شود.

از جمله دیگر ویژگی های این روش می توان به هزینه ی پایین، کاهش حجم زباله های تولیدی، سرعت اجرای بالا، ساده بودن تجهیزات مورد نیاز، کاهش نشست های قبل از ساخت و ساز، ایجاد آلودگی صوتی زیاد، کاهش حفره ها و افزایش تراکم اشاره کرد.

روش تراکم انفجاری: در این روش مواد منفجره با مقادیر از پیش تعیین شده در اعماق گوناگون (حداکثر ۴۳ متر) جا گذاری شده و انرژی حاصل از انفجار آن، سبب افزایش ظرفیت باربری پی می شود.

توجه: در صورت انجام روش تراکم انفجاری در فاصله ی ۴۰ متری از ساختمان های مسکونی، احتمال بروز آسیب به همسایگی های مجاور تا حد چشمگیری افزایش پیدا می کند از این روی بررسی توالی انفجارها، الگوی لرزش زمین و مواردی از این دست الزامی است.

روش تزریق: در این روش ترک حفره ها و گودال ها با استفاده از متریال های گوناگون نظیر ملات سیمانی، پر شده و در نتیجه سبب کاهش نفوذ پذیری خاک می شود.

تزریق در خاک خود به روش های گوناگونی انجام شده که از میان آن ها می توان به تزریق تعادلی، تزریق نفوذی، تزریق تراکمی، تزریق شکست هیدرولیکی و تزریق تحکیمی اشاره کرد.

روش تزریق سبب ترمیم هرگونه خلل و فرج شده از این روی در افزایش ظرفیت باربری خاک تاثیر بسیار زیادی می گذارد و هم چنین این روش لایه های سست موجود در اعماق خاک را نیز مقاوم می کند.

روش میکروپایل: میکروپایل یا همان ریز شمع یکی از روش های بهسازی خاک بوده که برای فوندانسیون های عمیق مورد استفاده قرار می گیرد.

خوب است بدانید که میکروپایل شمع هایی است که قطر آن کمتر از ۳۰ سانتی متر می باشد. به جهت بهسازی خاک به روش میکروپایل، آرماتورهای فولادی بعد از حفر گمانه، در میکروپایل ها جای گرفته و به شکل درجا تزریق می شود.

ریز شمع ها توانایی تحمل بارهای جانبی و محوری سازه را دارد. هم چنین سبب بهبود پایداری توده خاک، تقویت بستر فوندانسیون و افزایش ظرفیت باربری سازه نیز می شود.

روش نیلینگ: روش میخ کوبی عموما به جهت حفاظت از گود، پایدار کردن دیوارهای حفاری و شیب ها مورد استفاده قرار گرفته و در سازه های شهری، بزرگ راه ها و راه آهن کاربرد دارد.

روش میخ کوبی با ایجاد یک سطح مقطع پایدار، از خاک پشت خود نگهداری کرده و وجود شبکه میلگرد و لایه سطحی شاتکریت تا حد زیادی از فرسوده شدن خاک پیشگیری می کند.

روش جت گروتینگ: در این روش ابتدا گمانه هایی در فواصل از پیش تعیین شده، ایجاد می شود. سپس به منظور پیشگیری از نشست و تقویت خاک زیر پی، با مواد دوغابی نظیر سیمان پر می شود.

روش جت گروتینگ سبب ترمیم خلل و فرج، تراکم لایه های سست و افزایش ظرفیت باربری خاک در حالت اشباع شده اما هزینه ی نسبتا بالایی به همراه دارد.

روش تراکم سطحی: این روش در افزایش چگالی خاک های نرم بسیار موثر بوده و به جهت اجرای آن از انواع غلتک ها استفاده می شود.

جالب است بدانید که تراکم سطحی را می توان به عنوان یکی از قدیمی ترین روش های بهسازی خاک در نظر داشت.

روش سیستم های حرارتی: سیستم های حرارتی گرمایی و سرمایی روش دیگری است که به کمک آن می توان خاک های مسئله دار را تثبیت کرد.

برای مثال دراین روش با حرارت دادن خاک های ریز دانه، مقاومت آن تا حد زیادی افزایش پیدا می کند. (در صورت پیشگیری از ایجاد رطوبت جدید)

نیاز به انرژی زیاد در این روش سبب شده تا متخصصین با یک چالش بزرگ رو به رو شوند. انرژی مورد نیاز سیستم های حرارتی، عموما از روش احتراقی و یا جریان الکتریسیته تامین می شود.

به کارگیری از مواد افزودنی: تثبیت خاک با استفاده از مواد افزودنی نظیر آهک یا سیمان قدمت بسیار بالایی دارد.

به منظور تثبیت خاک در عمق بالا می توان از دستگاه های حفاری دورانی استفاده کرده و سپس مواد تثبیت کننده نظیر پلی استرها و رزین را به خاک اضافه کنند.

اختلاط عمیق خاک: در این روش مصالح نظیر سیمان و یا آهک به درون خاک تزریق شده که این امر سبب ایجاد ستون های خاک – سیمان می شود.

از این روش می توان به منظور تقویت پی سازه، توسعه بنادر، دیوار آب بند، تقویت پی در راهسازی و غیره استفاده کرد.

معرفی خاک های مسئله دار

خاک های سست: تمامی خاک هایی که از مقاومت پایین برخوردار هستند، در دسته خاک های سست قرار می گیرند.
خاک های واگرا: خاک های رمبنده یا همان واگرا با افزایش رطوبت، کاهش حجم چشمگیری به همراه داشته بنابراین در صورت وجود رطوبت، احتمال بروز آسیب تا حد چشمگیری افزایش پیدا می کند.

توجه: خاک رمبنده عموما در مناطق گرم و خشک یافت می شود.

به یاد داشته باشید که خاک های مسئله دار نیازمند بهسازی بوده و به هیچ عنوان برای احداث سازه مناسب نمی باشند.

تجهیزات مورد نیاز به جهت بهسازی خاک

پمپ: این وسیله نیروی لازم به منظور انتقال مواد از مخزن میکسر تا محل تزریق را تامین می کند.
انواع ماشین آلات حفاری: ماشین آلات حفاری انواع گوناگونی داشته که از میان آن ها می توان به ماشین آلات حفاری دورانی و ضربه ای اشاره کرد.

منبع: https://dsmiran.ir/soil-improvement