اصلاح خاک به روش پیش بارگذاری چیست و نحوه اجرا چگونه است؟
ساخت سازه‌هایی مانند بزرگراه‌ها، برج‌ها، سازه‌های بزرگ تجاری، گردشگری و … نیازمند اصلاح خاک هستند. اصلاح خاک روی خاک‌های نرم تحکیم نیافته صورت میگیرد. قبل از احداث سازه مورد نظر روی این خاک‌ها و برای جلوگیری از نشست بزرگ و غیر یکنواخت و در نتیجه آسیب رسیدن به سازه ترمیم و اصلاح این خاک‌ها اجتناب ناپذیر است. اصلاح خاک به روش پیش بارگذاری یکی از این راه‌هاست که در این مقاله از کارگشا به آن پرداخته شده است.
روش‌های مختلف اصلاح خاک
به طور کلی انواع روش به کار گرفته شده به منظور اصلاح خاک را میتوان در سه دسته زیر قرار داد.
- افزایش مقاومت برشی
- کاهش تراکم پذیری
- کاهش تراوایی خاک
پیش بارگذاری چیست؟
پیش بارگذاری (fill surcharge preloading method) به فرایند تراکم خاک زیر فشار عمودی گفته می‌شود که قبل از ساخت و قرار دادن بار سازه نهایی انجام می‌شود. به بیان ساده یکی از روش‌های اصلاح و بهسازی خاک‌های مسئله‌دار، روش پیش بارگذاری است.
کاربرد اصلاح خاک به روش پیش بارگذاری
اصولاً اصلاح خاک به روش پیش بارگذاری در بهسازی خاک‌های رسی نرم تحکیم نیافته کاربرد دارد که دارای ظرفیت باربری هستند و برای نشست مستعد بوده و در برابر بارهای وارده نشست بزرگی را از خود نشان می‌دهند.
در این روش با اعمال بار (فشار) قبل از احداث سازه نهایی، نشست‌های مورد نظر را ایجاد می‌کنند تا هنگام ساخت سازه اصلی نشست زیادی ایجاد نگردد.
اصلاح خاک با استفاده از روش پیش بارگذاری به دو صورت اجرای خاک‌ریز و یا مکش انجام می‌شود. هر دو روش غالباً همراه با زهکش‌های قائم جهت افزایش سرعت تحکیم اجرا می‌شوند.
شرایط استفاده از روش پیش بارگذاری اصلاح خاک
- شکل زمین شناسی خاک
- خصوصیات خاک
- هزینه
- منابع قرضه
- نتایج آزمایش‌های قبلی
مزایای پیش بارگذاری و زهکش‌های قائم در بهسازی خاک
- کاهش نشست
- کاهش هزینه ساخت شالوده
- افزایش سرعت نشست به علت اجرای زهکش‌های قائم
روش‌های مختلف پیش بارگذاری
همانطور که گفته شد دو روش اجرای خاک‌ریز و زهکش‌های قائم و یا مکش (خلاء) برای اصلاح خاک به شیوه پیش بارگذاری پیشنهاد می‌شود که در ادامه توضیحاتی در این باره ارائه شده است.
پیش بارگذاری توسط خاک‌ریز
اجرای خاک‌ریز ساده‌ترین روش پیش بارگذاری است. با اعمال بار بر روی خاک، ابتدا بار به آب منفذی اعمال می‌شود و در صورت پایین بودن نفوذپذیری، فشار آب منفذی به تدریج کاهش پیدا می‌کند. معمولاً خاک‌ریزها ۳ تا ۱۰ متر ارتفاع دارند و ۱ تا ۳ متر نشست ایجاد می‌کنند. ناگفته نماند که گاهی جهت تسریع در کاهش فشار منفذی از زهکش‌های قائم استفاده می‌گردد.
پیش بارگذاری به وسیله خاک‌ریز فقط باعث نشست خاک زیر سطحی نمی‌شود، بلکه باعث جابجایی و تغییر مکان جانبی به سمت بیرون نیز می‌شود. این تغییر مکان جانبی اصولاً به خاطر تنش‌های برشی توسط بار خاک‌ریز ایجاد شده است و اگر تنش‌های برشی بزرگ باشند باعث شکست برشی خاک زیرین می‌شوند.
پیش بارگذاری توسط خلأ یا مکش
پیش بارگذاری توسط روش خلأ در شرایطی که فراهم کردن خاک برای احداث خاک‌ریز ممکن نیست یا فراهم کردن خاک برای احداث خاک‌ریز منوط به صرف هزینه بسیار بالایی است و در جاهایی که خاک بستر آن قدر نرم باشد که حتی قرار دادن خاک‌ریزی به ارتفاع ۱/۵ متر باعث ایجاد مسائل پایداری شود؛ مناسب و عملی است.
سربار اعمالی این روش با فشار غیر مکانیکی جایگزین می‌شود. به این صورت که فشار منفی (مکش) توسط پمپ خلأ ایجاد می‌شود که در پی آن افزایش تنش مؤثر و در نتیجه افزایش سرعت تحکیم ایجاد می‌شود.
این روش نیز مانند روش خاک‌ریز گاهی اوقات با زهکش‌های قائم ترکیب می‌شود. در اصلاح خاک به روش ایجاد خلاء، تحکیم به صورت همگن اتفاق می‌افتد و باعث تغییر مکان جانبی به سمت داخل می‌شود که باعث ایجاد ترک‌هایی در اطراف سطح بهبود یافته شده اما معمولاً منجر به شکست نمی‌شود.
طراحی پیش بارگذاری
انتخاب نوع روش پیش بارگذاری و طراحی آن با توجه به شرایط موجود باید تصمیم گیری در مورد روش پیش بارگذاری انجام شود و پس از آن با توجه به نوع خاک، بار سازه نهایی و سطح تراز آب زیرزمینی مقدار ارتفاع خاک‌ریز یا مکش و نوع زهکش‌های قائم تعیین شود.
متغیرهای اصلی در طراحی پیش بارگذاری
- ارتفاع سربار
- فاصله زهکش‌های قائم
- مدت بارگذاری
- درجه تحکیم
- ضریب تحکیم به خاطر جریان افقی
پیش بینی مقدار و نرخ زمانی نشست و مشخصات زهکش‌های قائم نقش بسیار مهمی در طراحی پروژه‌های بهسازی خاک به روش پیش بارگذاری دارد. پیش بینی صحیح مقدار نشست و نرخ زمانی آن، به انتخاب درست متغیرهای خاک و قضاوت مهندسی بستگی دارد.
چرایی استفاده از زهکش‌های قائم
خاک‌های رسی به دلیل دانه ریز بودن نفوذپذیری کمی دارند و این ویژگی زمان نشست تحکیمی را بالا می‌برد. به همین منظور جهت افزایش سرعت تحکیم از زهکش‌های قائم در روش‌های پیش بارگذاری استفاده می‌شود.
فشار حاصل از وزن خاک‌ریز یا فشار منفی در روش خلأ باعث ایجاد گرادیان هیدرولیکی شده و آب به صورت افقی سمت زهکش‌های عمودی جریان پیدا می‌کند. این امر به دلیل ویژگی ورقه‌ای کانی‌های رسی است که بیشترین اجزاء خاک‌های رسی را تشکیل می‌دهند.
آب وارد زهکش‌های قائم شده و به سمت زهکش افقی یا لایه نفوذپذیر حرکت می‌کند. در واقع زهکش‌های قائم با کوتاه کردن مسیر زهکشی سرعت فرآیند تحکیم را افزایش می‌دهند. فواید زهکشی سریع شامل افزایش مقاومت خاک، پذیرش بار جدید توسط خاک و جلوگیری از گسیختگی خاک در طی اجرای خاک‌ریز است.
انواع زهکش‌های قائم در روش پیش بارگذاری
در حال حاضر زهکش‌های قائم به دو روش پیش ساخته و ماسه‌ای اجرای می‌شوند که هر کدام مزایا و معایب خود را دارند.
زهکش قائم پیش ساخته مندرال
زهکش‌های پیش ساخته مندرال شامل یک هسته پلاستیکی، یک کانال طولی فتیله‌ای به عنوان زهکش و یک آستر کاغذی (ساخته شده از مواد لیفی که مثل یک فیلتر هستند که از هسته محافظت می‌کند) می‌شود.
زهکش مندرال به داخل زمین هول داده شده یا کوبیده می‌شود. نصب این زهکش‌ها توسط مندرال (mandrel) که دست خوردگی کمی ایجاد می‌کند، انجام می‌شود.
زهکش ماسه‌ای
زهکش‌های ماسه‌ای باعث به هم خوردگی زیاد خاک در موقع نصب و در نتیجه کاهش مقاومت آن می‌شود.
انواع روش‌های نصب زهکش
نصب و اجرای زهکش هم به چند روش صورت میگیرد که در زیر به آنها اشاره شده است.
نصب با فشار
ماشین‌های زیادی با هول دادن مندرال به داخل خاک، زهکش را در خاک نصب می‌کنند. این ماشین‌ها با استفاده از یک کابل فولادی مندرال را داخل خاک فشار می‌دهند که توسط جرثقیل یا یک چکش حرکت می‌کند.
نصب به وسیله لرزش
ویبراتورهای مختلف می‌تواند در مرکز مندرال یا در جای دیگر آن نصب شود. مندرال‌های هیدرولیکی و الکتریکی به طور گسترده در این روش نصب استفاده می‌شوند. یکی از ضعف‌های مندرال‌های الکتریکی روشن و خاموش شدن‌های مکرر مندرال بوده و از مزیت‌های استفاده از ویبراتور قابلیت نفوذ آن در لایه‌های سخت است.
سخن آخر
برای یافتن پیمانکار اصلاح خاک به روش‌های مختلف به کارگشا مراجعه کنید، شرکت کارگشا همواره با معرفی شرکت‌های پیمانکاری معتبر در پی جلب رضایت مخاطبان و مشتریان خود بوده و در این راه از هیچ کوششی فروگذار نمی‌کند.
