بهسازی خاکهای رسی اشباع با بکارگیری روش ابرتراکم
فهرست
چکیده
مقدمه
ابرتراکم در خاک های رسی اشباع
لحظه برخورد کوبه به سطح زمین
زمان پس از برخورد کوبه به سطح زمین
روشهای ترکیبی و تکمیلی ابرتراکم
زهکشی و پائین بردن سطح سفره آب زیر زمینی
مکش و ایجاد خلاء در خاکها
نصب زهکشهای نواری مرکب (فتیله های زهکش)
استفاده از فتیله های مکنده (نوارهای مکنده مرکب)
جایگزینی دینامیکی
نتیجه گیری
منابع
چکیده
پدید آمدن هر یک از ابداعات، ابتکارات و نو آوری ها در بهسازی زمین و روشهای جدید همیشه واکنش های منفی ازسوی بسیاری ازصاحبنظران را به همراه داشته اند و سوالاتی مطرح شده اند که البته پاسخ به این گونه واکنش ها و سوالات در شناخت و شناساندن بهتراین ابتکارات و روشها بسیار موثر بوده است .
ابداع روش ابرتراکم نیز ازاین قاعده مستثنی نبوده و از زمان اولین بکارگیری های این روش تا زمان حاضربرخی افراد تلاش نموده اند تا با انکار و نادیده گرفتن واقعیت ها، کاربرد روش ابرتراکم را مخصوص به خاکهای دانه ای خشک بنمایند اگر چه انجام روش ابرتراکم از سوی متخصصین در خاکهای رسی اشباع همیشه با نتایج مطلوب همراه بوده است .
در این مقاله چگونگی تاثیر اجرای روش ابرتراکم در تحکیم بخ شیدن به خاکهای رسی اشباع تشریح شده و بمنظور حصول نتایج بهتر و افزایش تاثیر و بازده عملیات، یاری گرفتن از برخی روشها ی تکمیلی دیگر اصلاح خاکها شرح داده شده است.
مقدمه
تحقیقات انجام یافته در رابطه با تاثیر اجرای روش ابرتراکم در خاک های رسی اشباع نشاندهنده نشست کلی سطح زمین در محدوده های وسیع بوده است و حرکت آب در درون توده خاک اشباع و نفوذ قابل توجه آب به درون گودالهایی که در اثر سقوط کوبه ها در رقوم های ارتفاعی بالاتراز سطح سفره آب زیر زمینی بوجود می آیند نشان داد که لازم است در دیدگاههای اولیه نسبت به تاثیر روش ابرتراکم تجدید نظر شود.
دلایلی که در این ارتباط تاکنون شناخته شده اند نیز پدیده های مرتبط با قوانین ماریوت، هانری، پاسکال و اصطکاک می باشند.
ابرتراکم در خاک های رسی اشباع
در نخستین کاربرد های روش ابرتراکم تفکرات اولیه بر این استوار بود که در خاکهای رسی اشباع بدلیل نفوذ پذیری بسیار کم امکان زهکشی و تحکیم خاک در مدت زمان بسیار کوتاه وجود ندارد و بدیهی است روش ابرتراکم به ظاهرنمیتوانست نقش موثری در تحکیم وبهسازی اینگونه خاکها داشته باشد ولی بکارگیری این روش در خاکهای رسی و رس دار مرطوب که دارای نفوذ پذیری بسیار کمی بوده اند به خوبی نشان داد که دراینگونه خاکها نیز این روش بسیار موثرتر و مفیدتر از سایر روشهای بهسازی خاکهای سست می باشد .
دلیل این پدیده به وجود همزمان مقادیر ناچیزی از حباب های ریز هوا و گازهای دیگر در بین مفاقد خاک به ظاهرا " اشباع و همچنین چسبندگی و اصطکاک خاک وابسته گردید .
علاوه بر این درخاکهای اشباع تحت تاثیر قرار گرفتن حجم هایی بسیار بزرگ تر از توده خاک وهمچنین وجود تنش های سه محوری ناشی از پدیده تشریح شده در قانون پاسکال بازده مهم و گسترده عملیات تحکیم خاک را موجب می شود.
برای شناخت بهتر چگونگی ایجاد پدیده تحکیم هنگام اجرای روش ابرتراکم درخاکهای رسی به ظاهر اشباع لازم است رفتار (رابطه تنش–کرانش )خاک در دو مقطع زمانی لحظه برخورد کوبه به سطح زمین، و زمان پس از برخورد کوبه به سطح زمین بررسی گردد.
لحظه برخورد کوبه به سطح زمین
منشاء تشکیل خاکهای رسی آبرفت، اعماق نسبتا " زیاد آبهای ساکن میباشد . خاک های درشت دانه در حین شسته شدن و حمل شدن توسط آب به دلیل سنگینی بیشتر در سراشیبی های تند تر ته نشین شده و بجا می مانند ولی ذرات بسیار ریز خاک های رسی به علت شکل فیزیکی و سطح مخصوص ذرات در آب معلق و غوطه ور شده و تا اعماق بسیار زیاد آبهای ساکن بوسیله آب حمل می شوند و سپس ته نشین می شوند .
به همین دلیل اینگونه خاک ها همیشه مرطوب و دارای درصد رطوبت زیاد بود ه و علاوه براین چون در زمان رسوب لایه ها، همواره مقادیری کم یا زیاد از مواد آلی موجود در آب با خاک مخلوط می شوند اینگونه خاک ها حاوی مقادیری از آهک و
مواد آلی می باشند .
وجود این ذرات ومواد آلی و پوسیدن تدریجی آنها موجب می شود که مقادیری هرچند ناچیز از حباب های ریز از گازهای متان وغیره …در داخل خاک محبوس باشد که این حبابهای ریز نمیتوانند تحت تنشهای ثقلی از درون خاک خارج شوند . حجم این حبابهای گاز معمولا"کمتر از 2 درصد حجم خاک می باشد.
در هنگام برخورد کوبه به سطح زمین بدلیل افزایش بسیار زیاد تنش کل وارد شده بر خاک و افزایش فشار منفذی ناشی از آن، این حباب ها متراکم میشوند .
حجم این حبابها بر اساس رابطه ماریوت (ثابت بودن حاصلضرب فشار در حجم یک گاز ) کاهش می یابد و بدین ترتیب توده خاک متراکم می شود .
حل شدن بخش کوچکی از گازها در داخل سیال منفذی در اثرافزایش فشار با توجه به قانون هانری(قانون حل شدن گازها در مایعات)موجب کاهش حجم حبابها شده وتراکم خاک را تسهیل می نماید.
زمان پس از برخورد کوبه به سطح زمین
مدت زمان بسیار کوتاهی پس از برخورد کوبه به سطح زمین کوبه متوقف شده وانرژی سرعتی و جنبشی کوبه از میان می رود . درچنین شرایطی بدلیل کاهش فشار منفذی، خاک متراکم شده باید مجددا " متورم شود و حجم حبابهای گاز بر اساس رابطه ماریوت
وهانری مجددا " به حجم اولیه بازگردد ولی بدلیل تراکم موجود در خاک و چسبندگی تراکمی بوجود آمده و همچنین بدلیل وجود اصطکاک بین ذرات، تمامی کرنش تحمیل شد ه به خاک بازگشت پذیر نبوده وبخشی ازاین کرنش خمیری (پلاستیک)در توده خاک
باقیمانده ووجود مقداری فشار منفذی در توده خاک را موجب می شود.
نکته قابل اهمیت در اینجاست که به دلیل درجه اشباع بالای خاک و با توجه به قانون پاسکال حجمی از خاک که تحت تاثیر انرژی حاصل از سقوط کوبه قرار می گیرد بسیار زیادتر از هنگامی است که خاک نسبتا " خشک ودرجه اشباع خاک بسیار پایین می باشد.
مجموعه عوامل یاد شده، تراکم و حرکت آب در درون توده ای عظیم ازخاک را موجب می شوند که باگذشت زمان وذایل شدن فشار منفذی خروج آب از درون خاک وتحگیم خاک حاصل میگردد.
روشهای ترکیبی و تکمیلی ابرتراکم
با توجه به هزینه نسبتا " ناچیز اجرای روش ابرتراکم در بهسازی زمین میتوان با یاری گرفتن از برخی دیگر از روشهای بهسازی زمین میزان بازده عملیات ابرتراکم را بازهم افزایش داد .
منظور از میزان بازده عملیات، افزایش عمق تاثیرتنش های موثر، افزایش مقدار نشست تحمیل شده به سطح زمین، کاهش مدت زمان انجام مجموعه عملیات، و در نهایت افزایش ظرفیت باربری خاک می باشد که در زیر به این روش ها اشاره می شود.
زهکشی 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 ابرتراکم می توان با هزینه ای بسیارناچیز بهسازی خاک ناشی از انجام عملیات ابرتراکم را به میزان قابل توجهی افزایش داد .
این عمل با حفر چندین حلقه چاه،فیلترگذاری در درون آنها و پمپاژ همزمان از درون آنها صورت می گیرد . استفاده از روش پمپاژ از درون لوله های مکنده بدلیل کوتاهترشدن مسیر زهکشی و بهره گیری از خاصیت ناهمسانی در نفوذپذیری خاک در بسیاری از موارد نتایج مطلوب تری را به همراه دارد .
در این روش لوله ها که دارای قطر تقریبی پنج سانتیمتر می باشند با فاصله ای در حدود پنج متر از یکدیگر با روش ضربه ای (کوبیدن)،جاگذاری در محل های از پیش حفاری شده، یا با روش شستشویی و با بهره گیری از فشار آب در محل استقرار می یابند .
چند متر پایینی این لوله ها سوراخدار یا شیاردار است تا آب بتواند به درون لوله راه یابد ولی بخش فوقانی لو له ها بدون منفذ می باشد تا در هنگام انجام عمل پمپاژ از ورود هوا به داخل لوله ها و کاهش بازده عملیات پرهیز شود . هر یک از این لوله ها در انتهای فوقانی بوسیله اتصالات آب بند و مناسب به لوله های شبکه سطحی مرتبط می شوند که این لوله های سطحی خود به منبع پمپاژ متصل میگردند.
پائین رفتن سطح سفره آب زیر زمینی باعث حذف خاصیت غوطه وری و نیروی ارشمیدس شده و تنش موثر 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 رقوم های پائین تر بتدریج اثر افزایش می یابد و در پائین ترین رقوم یعنی سطح جدید سفره آب زیر زمینی میزان تاثیر به حداکثر مقدار می رسد . نقطه ضعف این روش در این است که کمترین میزان تاثیر آن در رقوم فوقانی و بیشترین میزان تاثیر آن در رقوم تحتانی است . مثلا" اگر سطح سفره آب زیر زمینی به اندازه 5 متر پائی ن رود میزان افزایش تنش در سطح جدید سفره آب زیر زمینی حدودا " پنجاه کیلو پاسکال یا معادل با سربار 3متر خاک خواهد بود .
بدین ترتیب توزیع تنش در خاک مغایر با شکل توزیع تنش ناشی از وجود پی سازههاست که در آنها بیشترین تنش وارد بر خاک در رقوم فوقانی و در سطح زیرین پی بوده و با افزایش عمق میزان تاثیر سر بار پی کاهش می یابد.
با توجه به چگونگی توزیع تنش در خاک در نتیجه پایین بردن سطح سفره آب زیرزمینی واجرای روش ابرتراکم ملاحظه می گردد که این دو روش مکمل یکدیگر بوده و چگونگی پخشایش تنش ها 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 تاثیر تنشهای موثر به مقادیر قابل توجهی افزایش می یابد.
مکش و ایجاد خلاء در خاکها
حد اکثر بازده هر شبکه از لوله های مکنده افت 6 متر در سطح سفره آب زیرزمینی می باشد و در صورت افزایش دبی پمپاژ به دلیل کاهش فشار در داخل شبکه،در عوض آب بخار آب از لوله ها خارج میشود . با افزایش دبی پمپاژ از لوله های مکنده و ایجاد مکش و خلاء نسبی و بوجود آمدن گرادیان هیدرولیکی، آب به میزان بیشتری جذب لوله ها شده و درجه اشباع خاک کاهش می یابد .
در صورتی که میزان مکش درون چاهها به حدود نیم آتمسفر برسد فشار حاصل معادل با تنش ناشی از سه متر سربار خاک در سطح زمین می باشد و عمق تاثیر مکش نیز عملا " برابر و یا بیش از طول لوله های مکنده خواهد بود . با صرفنظر کردن از یک م تر لایه سطحی خاک منطقه، میزان تاثیر ایجاد مکش در خاکها نسبت به عمق تقریبا" ثابت می باشد.
نصب زهکشهای نواری مرکب (فتیله های زهکش)
فتیله های زهکش از جمله مصنوعاتی می باشند که از ترکیب لایه های ژئوتکستایل و ژئوگرید بوجود می آیند .
تهیه و نصب زهکشهای نواری مرکب بسیار کم هزینه و سریع بوده و نصب آنها بدلیل کوتاه شدن مسیر زهکشی و بهره گیری از نفوذ پذیری افقی خاک کمک بسیار بزرگی به زهکشی خاک و تسریع پدیده تحکیم می نماید.
استفاده از فتیله های مکنده (نوارهای مکنده مرکب)
جایگزینی دینامیکی
در روش جایگزینی دینامیکی با پر کردن حفره های بوجود آمده در اثر کوبش ضربات توسط مصالح دانه ای مناسب و اعمال ضربات متعدد دیگر بر سطح زمین در آن نقاط ، مصالح دانه ای تا چندمتر در داخل خاک نفوذ کرده و با خاک اولیه منطقه مخلوط می شوند .
بدین ترتیب لایه سطحی زمین با ضخامتی چند متری بصورت یک دال از مصالح دانه ای بوجود می آید که استحکام قابل توجهی به زمین جهت تحمل بارهای ناشی از پی می دهد.
نتیجه گیری
اگر چه بهره گیری از روش ابرتراکم در بهبود خصوصیات فیزیکی و مکانیکی خاکهای دانه ای بسیار موثر است در موردخاک های رسی اشباع که دارای نفوذپیری کمی می باشند نیز می تواند بخوبی مورد استفاده قرار گیزد و در صورتی که به درستی از آن استفاده شود نتایج مناسب و مطلوبی را به همراه خواهد داشت.
به منظور دستیابی به نتایج بهتر از اجرای روش ابرتراکم می توان از روش های ترکیبی دیگر نیز استفاده کرد که به طور همزمان با روش ابرتراکم انجام شده و بازدهی عملیات را افزایش می دهند.
هدف از روشهای ترکیبی ابرتراکم کاهش و حذف فشار منفذی بمنظور افزایش تراکم پذیری و تحکیم پذیری خاک، افزایش شدت تنش های وارده بر خاک و همچنین افزایش ظرفیت باربری نهایی خاک می باشد.
مراجع
1-شاهکارشاهنگیان 1369 بررسی پارامتر چسبندگی درمدلهای الاستو-پلاستیک خاکها – اولین سمینار بین المللی مکانیک خاک و مهندسی پی ایران- ص 2-16
2- SHAHKAR SHAHANGIAN 1980 La loi de comportement des argils molles. Rapport de recherch. LaboratoireCentral des ponts et Chaussees, Paris France
3- LOUIS MENARD, 1973 The use of dynamic consolidation to solve foundation problems on soft soils, Centred’Etudes Geotechniques de Paris, Les Rochers de Saulx-les-Chartreux, Longjumeau France
پایان