دانلود مقاله روشهای استحکام خاک و تزریق دوغالب و تجهیزات مربوطه

پیشگفتار فنی
رشد روزافزون جمعیت در عصر حاضر انسان را نیازمند استفاده بهینه‎تر و ایمن‎تر از سطح زمین شهرها و محدوده‎های صنعتی خود نموده است و پیشرفت علم و تکنولوژی در شاخه‎های مختلف علوم، ابزار این استفاده بهینه را در اختیار بشر نهاده است.

انسان امروزی در ساخت و سازهای خود عواملی چون ایمنی بودن و داشتن طول عمر مطلوب را بسیار حیاتی فرض کرد، و قبل از ساخت یک سازه به مطالعه دقیق بستر آن سازه می‎پردازد و در این راستا آزمایشات مختلفی را جهت رسیدن به اطمینانهای لازم به انجام می‎رساند و در مواردی که انجام آن آزمایشات عدم اطمینان کافی به خاک بستر را به اثبات برساند یا احتمال فروریختن دیواره‎ها در حین گودبرداری وجود داشته باشد روشهای استحکام بخشی به بستر و دیواره‎ها مطرح شده و به انجام می‎رسند.

از جمله این روشها می‎توان به دو روش استفاده از ریزشمعها برای تحکیم بستر زمین و روش نیلینگ که برای استحکام بخشی به دیواره‎ها است اشاره کرد که در این دو روش برای پایدارسازی خاک از تزریق سیمان به خاک و به کارگیری اجزایی فلزی چون لوله و میله گرد استفاده می‎شود که در نتیجه استفاده هم‎زمان از سیمان و فلز استحکام مطلوبی در خاک بوجود می‎آید.

علاوه بر دو روش اشاره شده در فوق، تزریق سیمان بدون استفاده از اجزاء فلزی نیز فراگیر بوده و در گستره عملیاتهای عمرانی موارد مصرف زیادی دارد که از جمله آنها می‎توان به تزریق تحکیمی، تزریق آب‎بندی و تزریق تماسی اشاره کرد.

در ادامه این فصل توضیحی تحکمیلی درباره هر کدام از پنج روش اشاره شده در فوق داده شده است و به دستگاه‎ها و تجهیزات مورد نیاز برای ا جرای این عملیاتها که مورد نظر این طرح می‎باشند اشاره خاص می‎شود.

درباره ریزشمعها (میکروپایل) در پایدارسازی بسترها تعریف کلی، فواید کاربرد و مراحل اجرا استفاده از ریزشمعها یکی از روشهای تحکیم زمین به حساب می‎آید در این روش خواص مکانیکی خاک و بستر به نحو قابل توجهی بهبود می‎یابد.

روش استفاده از ریزشمعها به عنوان یک روش استحکام زمین دارای مزایایی است که از جمله آنها می‎توان به هزینه اجرایی کم، سرعت عملیات اجرایی بالا، عدم نیاز به ماشین‎آلات و دستگاه‎های بسیار بزرگ، افزایش ظرفیت باربری خاک، کنترل نشستها، کنترل روانگرایی و استحکام بخشی به خاکهای دستی و مسئله‎دار استفاده نمود و از نظر نوع خاک این روش در انواع خاک‎های لجنی، سست، رسی، ماسه‎ای، شنی و انواع سنگ قابل اجرا می‎باشد.

از لحاظ دامنه کاربرد سازه‎ای می‎توان به کاربرد ریزشمعها در استحکام بستر برجهای بلند مرتبه یا سوله و مخازن بزرگ یا حتی استحکام بخشیدن به قسمتهایی از جاده یا ریل راه‎آهن که با زمین تست برخورد کرده‎اند اشاره کرد.

برای اجرا در ابتدا با توجه به پارامترهایی چون مقدار بارگذاری، نوع خاک بستر و آزمایشات انجام شده بر روی آن محاسبات مربوطه صورت پذیرفتهو عمق فرو رفتن هر شمع در زمین و فاصله شمع‎ها از یکدیگر در راستاهای طول و عرض محاسبه می‎شود و بعد از تهیه پلان اجرایی به ترتیب زیر عمل می‎شود.

در ابتدا لوله‎های فلزی که عموماً دارای قطر خارجی 5/2 اینچ می‎باشند و بدنه آنها مشبک شده است با عمقهای مشخص شده به داخل زمین کوبیده می‎شوند و یا بعد از حفاری گمانه در داخل زمین قرار داده می‎شوند و سپس دوغاب سیمان با فشار بالا به داخل این لوله‎ها تزریق می‎شود و دوغاب از سوراخهای جداره لوله به داخل بافت خاک نفوذ کرده و باعث تحکیم آن می‎شود و در مرحله بعدی در صورت نیاز میله‎گردهایی با نام انکر جهت تحمل بار عمودی در داخل لوله قرار داده می‎شود و بعد از پر کردن داخل لوله ملات سیمان فلانجی بر سر ریز شمع که از زمین بیرون مانده است جوش می‎شود تا سطح تماس ریز شمع با زمین اطراف را زیادتر کند و تکرار عمل قرار دادن ریزشمعها (با فاصله‎های کم از یکدیگر) باعث استحکام کل سطح آن زمین می‎شود.

معرفی تجهیزات و ماشین‎آلات مورد نیاز برای اجرای میکروپایل 1- لوله‎های میکروپایل: وظیفه این لوله‎ها علاوه بر تحمل بار عمودی انتقال دوغاب از جداره‎های مشبک خود به داخل خاک می‎باشد.

این لوله‎ها با طول دومتری از لوله 5/2 اینچ بریده می‎شوند و در جداره خارجی آنها تعداد زیادی سوراخ ؟؟

ایجاد می‎شود و یک سر لوله‎ها رزوه شده و به سر دیگر آنها بوشن بسته می‎شود (جهت اتصال لوله‎ها به یکدیگر) و برای رانده شدن بهتر شمعها به زمین سر لوله اول به شکل سرنیزه ساخته می‎شود.

2- دستگاه لوله‎کوب: این دستگاه در واقع نوعی چکش می‎باشد که در مواقعی که زمین سست بوده و فاقد سطحی پوشیده از بتن یا سنگهای درشت می‎باشد به کار می‎رود.

این دستگاه توانایی آن را دارد که وزنه 250 کیلوگرمی را در داخل ریل خود بالا کشیده و آن را کراراً از ارتفاع 3 متری بر سر لوله‎های آماده کوبیده شدن به زمین رها کند.

3- دستگاه حفاری پاورپک: در بسیاری از مواقع جنس زمین بستر به گونه‎ای است که رانش لوله‎ها به داخل زمین از طریق ضربه امکان‎پذیر نمی‎باشد.

در این مواقع با این دستگاه که توانایی ایجاد گمانه تا قطر 90 میلیمتر در زمین را دارد، زمین حفاری شده و بعد از رسیدن حفاری به عمق تعریف شده یا شمع کاملاً در آن جای می‎گیرد یا اینکه قسمی از شمع در گمانه قرارگرفته و باقی آن لوله‎کوبی می‎شود.

4- دستگاه هم‎زن اولیه و ثانویه دوغاب: این دستگاه‎ها، ابزار و لوازمی هستند که در آنها آب و سیمان با نسبت تعریف شده با هم مخلوط می‎شوند و این دستگاه‎ها باعث جلوگیری از ته‎نشین شدن سیمان در دوغاب می‎شوند.

5- پمپ تزریق دوغاب: دستگاهی است برای پمپاژ با فشار دوغاب به داخل لوله‎ها که باعث می‎شود دوغاب از سوراخهای داخل لوله به بافت خاک نفوذ کند.

6- پکرانتگرال: پکرهای انتگرال شیلنگهای لاستیکی هستند که وظیفه راندن دوغاب به داخل لوله‎ها و مانع شدن از خروج دوغاب از سر لوله‎ها را برعهده دارند.

7- انکرهای میکروپایل: با توجه به مقدار بار عمودی در بعضی از پروژه‎ها از انکر استفاده می‎شود و وظیفه اصلی این انکرها تحمل بار عمودی می‎باشد.

این انکرها غالباً از میله‎گردهای آجدار با طول 6 متری تهیه می‎شوند.

8- پکر مکانیکی: تلفیقی مونتاژ شده از لاستیک و لوله و پیچ و مهره می‎باشند که هنگام تزریق دوغاب در یک شمع به سرشمعهای مجاور بسته شده و مانع از خروج دوغاب از سر سایر شمعها می‎شوند.

9- فلانچ سر میکروپایل: مهمترین انتظاری که از یک شمع می‎رود، قدرت باربری و تحمل وزن عمودی آن است و جهت انتقال هر چه بیشتر وزن عمودی به لوله وانکر درون آن فلانجهایی از ورق ضخامت ‎mm20 بر سر لوله‎ها جوش می‎شود و این فلانچ بعداً در بتن زیرسازه قرار گرفته و بار عمودی را به سطح زیادتری از زمین اطلاف خود منتقل می‎کند.

درباره روش میخ‎کوبی ‎(Nailing) در پایدارسازی دیواره‎ها تعریف کلی، فواید، کاربرد و مراحل اجرا برای ساخت سازه‎های بزرگ غالباً نیاز به ساخت طبقات منفی در زیر بنا وجود دارد و می‎بایست در ابتدا گودبرداری عمیقی در بستر سازه صورت پذیرد و هنگامی که با توجه به عمق گودبرداری خاک دیواره دارای استحکام کافی نباشد یا هنگامی که بنایی دیگر در مجاورت محل گودبرداری وجود داشته باشد برای پرهیز از خطر ریزش دیواره‎ها از روش میخ‎کوبی یا ‎Nailing جهت پایدارسازی دیواره‎ها استفاده می‎شود.

این روش سریعتر از سایر روشهای پایدارسازی گود بوده و غالباً دارای هزینه‎های کمتری نیزمی‎باشد.

اجرای روش میخ‎کوبی هم در حین عملیات گودبرداری به صورت مرحله به مرحله و هم پس از عملیات گودبرداری انجام‎پذیر می‎باشد و غالباً به دو روش مختلف عملیات میخ‎کوبی صورت می‎پذیرد.

در روش اول یا روش ‎Passive ‎- دیواره گود خاک بدون هیچ‎گونه عنصر حایل دیگری نظیر دیواره بتنی مستحکم می‎شود.

این روش مشتمل بر عملیات حفاری، نصب انکر فولادی مناسب و تزریق سیمان می‎باشد.

روش دوم یا ‎Active که همراه با احداث دیواره بتنی در نمای گود می‎باشد علاوه بر مجموعه عملیات یاد شده در روش ‎Passive شامل ساخت دیواره بتنی در نمای گود و نصب مغزی و مهره در سر انکرها و اعمال تنش بر انکر و دوختن دیواره بتنی توسط انکرها به خاک نیز می‎باشد.

- برای اجرا در ابتدا با توجه به عمق گود و نوع خاک دیواره و وزن ساختمانهای مجاور محاسبات مربوطه صورت گرفته و تعداد میخها و عمق آنها و زاویه آنها با سطح دیواره و غیره مشخص می‎شود و بعد از تهیه پلان اجرایی به شرح زیر عمل می‎شود.

- در ابتدا توسط دستگاه‎های حفاری، خاک دیواره به عمق و زاویه تعریف شده به قطر حدود ‎mm90 حفاری می‎شوند و سپس میخ‎های پایدارکننده دیواره که عموماً در ایران میله‎گردهای آجدار می‎باشند به داخل گمانه‎های ایجاد شده رانده می‏‎شوند و سپس با مسدود کردن سوراخ سرگمانه، دوغاب سیمان توسط شیلنگهایی به داخل گمانه پمپاژ می‎شود تا فضای بین انکر فولادی و خاک گمانه را پر کند و در صورتی که احداث دیواره بتنی نیز مورد نظر باشد سر انکرها به اندازه‎ای از دیواره بیرون می‎ماند که بعد از احداث دیواره بتنی بتوان به سر انکر مغزی سوراخداری را جوش کرد و توسط قرار دادن پلیتی سوراخدار در دور انکر و استفاده از مهره‎های قوی پلیت را به دیوار، بتن فشرده که در این کار باعث پس تغذیه شدن انکر در خاک شده و ‎… انکرها تنش کششی دائمی به دیواره بتنی وارد خواهند کرد.

لازم به ذکر است که روش نیلینگ تنها شامل پایدارسازی دیواره‎های گود نبوده و در پروژه‎های جاده‎سازی برای جلوگیری از ریزش کوه و پروژه‎های ساخت تونل اعم از جاده‎ای، مترو یا آب برگردان نیز کاربرد دارد.

معرفی تجهیزات و ماشین‎آلات مورد نیاز برای اجرای عملیات ‎Nailing 1- دستگاه حفاری پاورپک: برای حفاری دیواره‎ها از دستگاه پاورپک در حالتی که بوم آن به شکل افقی یا زاویه‎دار تثبیت شده استه استفاده می‎شود.

هنگام استفاده از این دستگاه‎ها برای حفاری در خاک باید سرعت چرخشی ابزار حفاری زیادتر از حالت حفاری در سنگ باشد و غالباً نیاز می‎شود که دستگاه حفاری به رده داربست منتقل شود و در آنجا عملیات حفاری دیواره را انجام دهد.

2- نیل استاندارد: متأسفانه در ایران سازنده نیل استاندارد وجود ندارد.

این نیلها مجموعه‎ای از میله‎گردهای فولادی قرار داده شده در لوله‎های خرطومی می‎باشند که در داخلشان نیز ترکیبی کامپوزیتی از سیمان و الیاف مختلف قرار دارد و انواع خارجی این نیلها گران بوده و به کارگیری آن توسط شرکتهای داخلی نیز غیر اقتصادی می‎شود و در حال حاضر معدود شرکتهایی که عملیات ‎Nailing را به انجام می‎رسانند برای دیواره از م صالح ابتدایی که شامل یک میله‎گرد آجدار ساده می‎باشد استفاده می‎شود.

شاید ساخت نیلهای استاندارد از جمله اهداف ارائه دهندگان این طرح می‎باشد که در فصل بعدی توضیح زیادتری در رابطه با آن داده می‎شود.

3- پمپ تزریق دوغاب: شرح مختصر آن در قسمت میکروپایل آمده است.

4- مغزی سر انکر: این قطعه یک بوشن فلزی است که سوراخ داخل آن مطابق قطر خارجی انکر بوده و سطح قطر خارجی آن رزوه شده است و بعد از ساخت دیواره بتن سر انکر از سوراخ مغزی عبور کرده و مغزی به انکر جوش می‎شود.

5- فلنج نیلینگ: یک پلیت فلزی است که سوراخ وسط آن کمی بزرگتر از قطر انکر است و وظیفه آن اعمال نیروی حامل از فشرده شدن مهره بر سطح بزرگتری از دیواره بتنی می‎باشد.

6- مهره: وظیفه مهره آن استه که بعد از بسته شدن به روی مغزی، فلنج فلزی را به سطح دیواره بتنی فشرده سازد و باعث شود که دیواره بتنی توسط انکرها به سمت دیواره گودبرداری شده تحت تنش قرار گیرد.

تزریق سیمان بدون استفاده از اجزای فلزی عملیات تزریق دوغاب سیمان بدون استفاده از اجزاء فلزی مشتمل بر حفاری گمانه تزریق، نصب مسدودکننده مناسب ‎(Dacker) و تزریق دوغاب تحت فشار به کمک پمپ تزریق می‎باشد که عمدتاً به سه منظور زیر انجام می‎پذیرد.

تزریق تحکیمی در این روش با تزریق دوغاب سیمان در توده خاک و سنگ مشخصات مکانیکی خاک و سنگ بهبود می‎یابد و لذا تحمل بارهای بزرگتر با نشست کمتر برای زمین میسر می‎شود.

در خاکهای دانه‎ای نظیر خاکهای شنی و ماسه‎ای تزریق دوغاب سیمان عملاً سبب پدید آمدن ترکیبی نظیر بتن می‎گردد.

بتن ساخته شده با این روش بتن پیش آکنده ‎(Preplaced Aggregate concvete) نامیده می‎شود.

تزریق تحکیمی به مانند روش میلروپایل برای استحکام بهتر کاربرد دارد ولی به دلیل نداشتن شمع‎ها، فلزی تحمل بار عمودی ابزار و تجهیزات چون دستگاه‎های حفاری و تزریق دوغاب و پکرهای لاستیکی مناسب نیاز می‎باشد که شرح آنها قبلاً داده شده است.

تزریق آب‎بندی: در این روش با تزریق دوغاب سیمان تحت فشار زیاد در توده‎های نفوذپذیر خاک و سنگها، ترکها و فضاهای خالی خاکی و یا سنگ بوسیله دوغاب سیمان پر می‎شوند و لذا نفوذپذیری توده خاک و سنگ کاهش می‎یابد و در جریان آب زیرزمینی به حداقل می‎رسد.

کاربرد عمده