بهینه سازی خاک و معرفی آن

یکی از اصلی‌ترین کاربرد‌های علم مهندسی ژئوتکنیک، بهینه سازی خاک‌های مسئله ساز است. از این روی در مهندسی ژئوتکنیک، روش‌های متنوع وگوناگونی به این منظور ارائه می‌شود. جالب است بدانید که ساخت و ساز بر روی خاک‌های سست به هیچ عنوان امکان پذیر نمی‌باشد از روی میبایست پیش از آغاز فرآیند احداث سازه، به منظور بهینه سازی خاک‌های نامناسب اقدام کرد. با دی اس ام ایران همراه باشید:

خاک‌های مشکل ساز چیست؟

تنوع خاک‌های موجود در طبیعت بسیار بالا بوده از این روی شناخت ویژگی‌های هر یک در فرآیند ساخت و ساز و علم مهندسی ژئوتکنیک الزامی است.    خاک‌های مشکل ساز خود به چندین دسته تقسیم بندی شده که هر یک عبارت اند از:

خاک‌های دانه ریز: خاک‌های ریز دانه نظیر رس، رطوبت را به سرعت جذب کرده از این روی احتمال نشست ساختمان را تا حد زیادی افزایش می‌دهد. عدم تحمل فشار نیرو‌های مکانیکی و فشار وزن سازه در خاک‌های ریزدانه سبب شده تا خاک‌های ریز دانه، از مقاومت بسیار پایینی برخوردار باشند.  



نکته: جالب است بدانید که علت کج بودن برج مشهور پیزا واقع در کشور ایتالیا، وجود خاک رس در بستر آن می‌باشد.

خاک‌های متورم شونده: از جمله اصلی‌ترین ویژگی‌های خاک‌های تورم پذیر می‌توان به انقباض و انبساط در صورت وجود و یا نبود رطوبت اشاره کرد. خاک‌های تورم پذیر به دلیل داشتن مقدار چشمگیری از کانی (مونت موریلونیت)، با جذب آب دچار تورم و با از دست دادن رطوبت، دچار انقباض می‌شوند.

توجه: در صورت وجود هر گونه رطوبت در محل پروژه، خاک‌های انبساطی دچار تورم شده که این امر سبب ترک خوردن فوندانسیون سازه نیز می‌شود.

جالب است بدانید که زمین‌های دارای خاک تورم پذیر نیز عموما دارای ترک می‌باشد.

خاک‌های شل: خاک‌های شل مانند رس و ماسه از روان گرایی بسیار بالایی برخوردار بوده و این نکته سبب ناپایداری حجمی و مقاومت بسیار کم آن می‌شود.

خاک‌های فروریزشی: پیوند بسیار ضعیف میان ذرات در این نوع خاک سبب شده تا با افزایش میزان رطوبت، حجم آن تا حد زیادی کاهش پیدا کند.

خاک‌های رمبنده در دانه بندی لای قرار گرفته و در صورت نبود رطوبت، تغییرات چندانی نخواهد داشت.

خاک دستی چیست؟

از میان خاک‌های غیر باربر و ضعیف می‌توان به خاک دستی اشاره کرد. در عملیات‌های عمرانی عموما بخشی از نخاله‌های ساختمانی در محلی دپو می‌شود. این احتمال وجود داشته که نخاله‌های دپو شده یا همان خاک دستی در حین عملیات خاک برداری برای ساخت فوندانسیون ساختمان، دوباره نمایان شود بنابراین در این صورت میبایست خاک دستی به طور کامل حذف شود.

مقاوم سازی خاک دستی

از جمله روش‌های مقاوم سازی خاک‌های دستی می‌توان به موارد ذیل اشاره کرد.

تقویت خاک از طریق بهبود جرم
تقویت خاک به کمک مصالح سخت
تقویت خاک با اضافه کردن

بهینه سازی خاک و معرفی آن

هدف اصلی بهینه سازی خاک، بهبود عملکرد و تغییر خواص آن (نظیر تراکم پذیری، استحکام، نفوذ پذیری و رطوبت) بوده تا بتوان محیطی مناسب به منظور انجام عملیات‌های عمرانی فراهم آورد.

برآورد هزینه بهینه سازی خاک

در ادامه به بررسی برآورد هزینه بهینه سازی خاک به روش اختلاط عمیق خواهیم پرداخت.

دستمزد کارگران و نیرو‌های انسانی: هزینه‌ی این بخش با توجه به میزان سختی کار و مشخصات کارگاه تعیین می‌شود. (برای مثال در صورت وجود خاک‌های درشت دانه و یا قلوه سنگ، دستمزد کارگران افزایش پیدا می‌کند.)

خرید مصالح و تجهیزات: ستون‌های اختلاط عمیق یکی از مهم‌ترین اجزای این روش بوده و عموما دارای مقطع دایره‌ای شکل می‌باشد. از پرکاربرد‌ترین مصالح مورد نیاز در این روش نیز می‌توان به سیمان اشاره کرد.

تهیه هر یک از موارد مذکور هزینه‌ی متفاوتی به همراه دارد.

هزینه‌ی اسکان و خوراک: هزینه‌ی اسکان کارگران و غذای آن ها، بر اساس تعداد روز‌های کاری متفاوت می‌باشد.

سوخت دستگاه‌های حفاری: سوخت اکثر دستگاه‌های حفاری گازوئیل بوده که به صورت لیتری محاسبه می‌شود.

بهترین روش‌ها به منظور بهینه سازی خاک

ژئوتکستایل: این روش به منظور جداسازی لایه‌ها و افزایش مقاومت خاک مورد استفاده قرار می‌گیرد. هم چنین ژئوتکسایل به دو دسته‌ی دسته نبافته و بافته تقسیم بندی می‌شود.

به جهت اجرای این روش، صفحات را به شکل اورلب بر روی زمین گذاشته و به کمک پیچ و پرچ به یکدگیر متصل می‌کنند.

از میان کاربرد‌های این روش می‌توان به موارد ذیل اشاره کرد.

فیلتراسیون
تسلیح
مقاوم سازی
زهکشی
حفاظت

جت گروتینگ: در روش جت گروتینگ در ابتدا چاله‌هایی با فاصله‌های از پیش معین شده حفر و بعد از آن با دوغاب سیمان پر می‌شود.

از جمله کاربرد‌های این روش می‌توان به پیشگیری از نشت آب، افزایش مقاومت بارگذاری شمع، تثبیت شیروانی‌ها و پیشگیری از تورم اشاره کرد.

اجرای ستون شنی: در روش اجرای ستون شنی، خرده سنگ‌های درون ستون‌های حفاری شده، به کمک ارتعاش متراکم شده و خاک‌های مسئله دار با ستون‌های ماسه‌ای یا شنی جایگزین می‌شود.

شمع کوبی: بدین منظور می‌توان از شمع‌های پیش ساخته (شمع‌هایی که در کارخانه ساخته شده و سپس به محل پروژه منتقل می‌شود) استفاده کرد.

به جهت کوبش شمع، از کفشک‌های بتنی و کلاهک‌های فلزی استفاده می‌شود.

نکته: کفشک‌های بتنی سبب سهولت فرو رفتن شمع و کلاهک فلزی نیز از آسیب دیدن شمع در برابر ضربات شمع کوب محافظت می‌کند.

تعویض خاک: ممکن است در بسیاری از پروژه‌های عمرانی هیچ یک از روش‌های بهینه سازی خاک پاسخ گو نباشد. در این صورت تعویض خاک بهترین گزینه بوده و بدین منظور تمامی خاک‌های مسئله دار در محل پروژه حذف شده و با خاک ایده آل جایگزین می‌شود.

نکته: با توجه به وضعیت زمین و پروژه عموما خاک برداری تا عمق دو متر ادامه پیدا می‌کند.

اختلاط عمیق خاک: این روش با توجه به میزان رطوبت خاک به دو روش‌تر و خشک قابل اجرا بوده به طوری که در خاک‌های مرطوب از روش خشک و در خاک‌های خشک از روش‌تر استفاده می‌شود.

در این روش خاک با ملات دوغابی سیمان و یا پودر سیمان ترکیب شده و به مقاومت مورد تایید دست پیدا می‌کند.

شمع گذاری: معمولا لایه‌های زیرین خاک از مقاومت بیشتری به نسبت لایه‌های بالایی برخوردار بوده بنابراین ظرفیت باربری بالاتری نیز دارد.

در روش شمع گذاری، بار سازه به لایه‌های مقاوم زیرین خاک انتقال پیدا کرده و از این روی امنیت سازه تامین می‌شود.

خوب است بدانید که شمع‌ها به دو دوسته درجا و پیش ساخته تقسیم بندی می‌شود.

شمع‌های پیش ساخته: این نوع شمع حاوی میلگرد بوده و در کارگاه ساخته می‌شود.
شمع درجا: به جهت نصب این نوع شمع در ابتدا قفسه آرماتور درون چاه‌های از پیش حفر شده قرار می‌گیرد و بعد از آن با بتن پر می‌شود.
انفجار: روش انفجاری علاوه بر هزینه‌ی پایین و سرعت بالا، سبب تراکم خاک شده و با ایجاد شوک ناگهانی، دانه‌های خاک را به یکدیگر نزدیک می‌کند.

جهت اجرای این روش ابتدا بخش‌هایی از زمین حفر شده و مواد منفجره در آن جایگذاری می‌شود تا بتوان در زمان مناسب آن را منفجر کرد. به یاد داشته باشید که این روش می‌تواند به ساختمان‌های مجاور آسیب وارد کند از این روی رعایت فاصله‌ی مناسب میان محل انفجار و همسایگی‌ها الزامی است.

تزریق تراکمی: تزریق تراکمی یکی دیگر از پر کاربرد‌ترین روش‌های بهینه سازی خاک بوده که خود به انواع گوناگونی نظیر تاپ داون تقسیم بندی می‌شود. در این راه ملات (با ویژگی روانی کم) در خاک تزریق شده و فضا‌های خالی داخل خاک با آن پر می‌شود.

ویژگی‌های خاک مناسب

ارتعاشات لرزه ای: در زمان زلزله خاک‌های ایده آل زیر پی (نظیر درشت دانه) به دلیل ساختار قوی نیروی زلزله را جذب کرده و انرژی کمتری به ساختمان‌های اطراف انتقال می‌دهد از این روی آسیب کمتری به همسایگی‌ها وارد می‌شود.

ظرفیت باربری: خاک‌های درشت دانه در مقایسه با خاک‌های ریز دانه ظرفیت باربری بیشتری داشته در نتیجه فشار سازه را راحت‌تر تحمل می‌کند.

مزایا روش بهینه سازی خاک

افزایش چگالی خاک و به دنبال آن افزایش کیفیت آن
اصلاح خاک‌های مسئله دار
افزایش ظرفیت و میزان باربری خاک
پیشگیری از فرونشست خاک و به دنبال آن تخریب سازه
دوام خواص خاک با گذر زمان
افزایش نفوذ پذیری خاک

انتخاب بهترین روش به جهت بهینه سازی خاک

عوامل گوناگونی در این امر تاثیر گذار بوده که از میان آن‌ها می‌توان به بودجه مالی، ساختار زمین شناسی، نیاز‌های خاک، همسایگی‌ها و بنا‌های مجاور، نوع و ویژگی‌های خاک، میزان دسترسی به تجهیزات و ... اشاره کرد.

بررسی کادر اجرایی

فرآیند بهینه سازی خاک بسیار تخصصی بوده بنابراین حضور نیروی انسانی متخصص و مهندسین با تجربه در زمان اجرای هر یک از روش‌ها الزامی است.

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