بخشی از مقاله
بررسی پارامترهاي آزمایشگاهی روش اختلاط عمیق در تثبیت خاك رس
چکیده
به منظور بهسازي و اصلاح خاك روشهاي مکانیکی، هیدرولیکی، فیزیکی و شیمیایی به کار برده می شوند. معمولا بر اساس چسبنده و یا غیر چسبنده بودن خاك روشهاي بهسازي مناسب انتخاب می گردند. اختلاط عمیق خاك به عنوان یک گزینه مناسب جهت بهسازي خاك در محل مطرح است که درایران به صورت محدودي از این روش استفاده گردیده است. استفاده از این روش به منظور کاهش نفوذپذیري خاك در محل ونیزافزایش مقاومت آن باصرفه اقتصادي مناسب مطرح می باشد. تیغه هاي اوگر حفاري ساختار اولیه خاك را بر هم زده و پس از آن ماده تثبیت کننده در هنگام بالاآمدن تیغه ها به خاك افزوده می گردد. در این تحقیق پارامترهاي فیزیکی ومکانیکی نمونه هاي خاك رس دست نخورده تهیه شده با روش حفاري ماشینی دورانی تا عمق 50متري درگمرك بندر امام خمینی(ره) با درصد هاي سیمان ونیز رطوبتهاي مختلف بررسی شده اند. نتایج آزمایشات مکانیک خاك حاصل شده از نمونه هاي خاك- سیمان تثبیت شده به روش اختلاط عمیق دلالت بر برتري آن بر روش پیش بارگذاري در اصلاح خاك زیرمخازن نفت در این منطقه رادارد.
کلمات کلیدي: اصلاح خاك، اختلاط عمیق، تثبیت، مقاومت فشاري تک محوري، تحکیم ادئومتر
.1 مقدمه
مهندسین ژئو تکنیک همواره به دنبال راه هایی براي اصلاح و بهبود خواص مهندسی خاك ها با روشهاي مناسب سطحی یـا اصـلاح خاك در عمق بوده اند. یکی از روش هاي اصلاح خاك، تثبیت شیمیایی با استفاده از سیمان یـا آهـک مـی باشـد . [1 ] در آسـیا بـه دلیل موثر تر بودن سیمان نسبت به آهک بیشتر از این ماده استفاده می شود (بروم .(1984 تعدادي از آزمایشـات آزمایشـگاهی بـراي مطالعه خواص مهندسی این خاك ها براي تثبیت خاك با سیمان به وسیله بروم 1986، اودین 1997، واتـاب 2000، پتچگیـت 2001، ین 2001 و برگادو درسال 2004 انجام گرفته است.[6] خاك رس مـورد اسـتفاده در ایـن تحقیـق بـر اسـاس گمانـه هـاي 50 متـري حفاري شده در بندر امام خمینی که تا عمق 20 متري خاك رس با حد روانی 30 و حد خمیري 13در صد و با 31 در صـد رطوبـت
شماره و کد مقاله: (BPAALI) 522
بود و در اعماق 20 تا 50 متر جنس خاك از نـوع (SP-SM) مـی باشداسـتفاده شـد. نتـایج و تفسـیر آزمایشـات مقاومـت فشـاري محدود نشده و تحکیم ادئومتر از مخلوط هاي رس – سیمان با در صد هاي 4، ،6و 10 8 درصـد . میـزان آب اخـتلاط 30، 48 و 70 درصد با زمان هاي عمل آوري 7، 14 و 28 روز ارائه شده است.
. 2 روش اختلاط عمیق خاك
اختلاط خاك و تکنیکهاي اصلاح زمین، براي کاربردهاي مختلفی شامل فونداسـیونهاي سـاختمانها و پلهـا، سـازه هـاي نگهدارنـده، کاهش پتانسیل روانگرایی، نگهداري موقتی گودبرداري و کنترل آب، استفاده شده اند. اسامی همچون تزریق جت[Jet-grouting] ، اختلاط خاك[Soil Mixing] ، اخـتلاط عمیـق بـا سـیمان[CDM] ، هیـدرا-مـک[Hydra-Mech] ، اخـتلاط خشـک جـت [DJM] ، دیوارهاي حاصل از اختلاط خاك[SMW] ، ژئو-جت، اختلاط عمیق خاك[DSM] و ستونهاي آهکی براي خیلی هـا شناخته شده اند.[9] اختلاط خاك به صورت مکانیکی عموما به وسیله شفت هاي تکی یا چند تـایی بـه همـراه اوگرهـا و تیغـه هـاي اختلاط انجام می گیرد. معمولا اوگرها به آرامی درون زمین به صورت دورانی با سرعت 10 تا 20 دور در دقیقـه و بـا سـرعت نفـوذ 0/5 تا 1/5 متر در دقیقه وارد می شوند.. [10 ] هنگامی که اوگر نفوذ می کند، دوغاب سیمان از درون لوله تـو خـالی بـه نـام شـفت باعث پخش شدن دو غاب در نوك اوگر می شود. تیغه هاي اختلاط به گونه اي در طول شفت بالاي اوگر چیده شده اند تـا بتواننـد خاك و دوغاب را با هم مخلوط نمایند.
شکل -1 نمایی ازتیغه هاي دورانی درروش اختلاط عمیق خاك
3. آزمایشات آزمایشگاهی
3.1. خاك رس
در این تحقیق از خاك رس بندر امام خمینی(ره)در حاشیه خلیج فارس استفاده شده است. لایه هاي رس در محل نمونه بـرداري تا عمق 20 متري از رس با خاصیت خمیري کم (CL)، با(2 (SPT تا 4 و وزن مخصـوص ویـژه 2/68 و نسـبت تخلخـل اولیـه 0/85 می باشد.
.2.3 روش تهیه مخلوط هاي رس- سیمان
نمونه هاي رس مورد استفاده در آزمایشات مقاومت فشاري محدود نشده و تحکیم ادئومتر با میزان آب 30، 48 و 70 درصـد تهیـه شده اند. سپس با دوغاب سیمان با نسبت آب به سیمانبرابر0/6 w/c مخلوط شده اند. در این تحقیق میزان آب ریمولـدي (W*) به عنوان مقدار آب قبل از اضافه کردن دوغاب سیمان شناخته می شود. قبل از مخلوط کردن دوغاب سیمان، خاك رس را با میـزان هاي مشخص آب ریمولدي 30)، 48 و 70 درصد) مخلوط می کنیم. میزان سیمان محاسبه شده بر اساس در صـد هـاي ،6 4، 8 و 10 درصد به صورت خشک درون جام میکسر قرار می گیرد سپس آب لازم با نسـبت برابـر 0/6 درون جـام میکسـر قـرار گرفتـه و بـه مدت 30 ثانیه میکسر با دور کند دوغاب را هم می زند سپس خاك رس بـا میـزان آب 30، 48 و 70 درصـد بـه دوغـاب درون جـام میکسر اضافه می شودو به مدت 30 ثانیه مخلوط را هم می زند. سپس مخلوط خاك – آب – سیمان را از درون جـام بـا دسـت هـم می زنیم و تیغه هاي مخلوط را نیز پاك می کنیم و این بار به مدت 30 ثانیه با دور تند مخلوط را هـم مـی زنـیم تـا کـاملا یکنواخـت شود.
.3.3 آ ماده سازي نمونه ها و آزمایشات
پس از تهیه مخلوط یکنواخت، براي انجام آزمایش مقاومت فشاري تک محوري نمونه ها در 5 لایه درون قالب هاي فلزي دو تکـه ایی به قطر و ارتفاع 35 و75 میلیمتر قرار می گیرد تا نمونه ها به صورت یکنواخت درون قالب هـا قـرار گیـرد. و سـطح نمونـه هـا را کاملا صاف می کنیم. سپس نمونه ها براي عمل آوري درون اتاق رطوبت با حرارت 25 درجه سانتیگراد و رطوبت 97 درصـد قـرار می گیرند. بر اساس زمان عمل آوري نمونه هاي آزمایش مقاومت فشاري محـدود نشـده بـه سـه دسـته 7، 14و 28 روزه تقسـیم مـی شوند. پس از زمان عمل آوري مشخص براي هر نمونه ، نمونه ها تحت آزمایش فشاري محدود نشده بـا سـرعت 1میلیمتـر در دقیقـه قرار گرفتند.نمونه هاي تحکیم نیز درون اتاق رطوبت با حرارت 25 درجه سانتیگراد و رطوبت 97 درصد قرار می گیرند. زمان عمـل آوري براي تمامی نمونه هاي تحکیم 28 روز می باشد. پس از عمل آوري نمونه هـا درون دسـتگاه تحکـیم بـا کاغـذ هـاي صـافی و سنگ ها ي متخلخل در بالا و پایین آنها قرار می گیرند. اولین بارگذاري 24/52 KPaتا 784 KPa ادامه پیدا می کند.
4. تفسیر نتایج
4.1. مشخصات فیزیکی نمونه هاي آزمایشگاهی
نمودار وزن واحد حجم پس از عمل آوري با میزان سیمان به همراه تغییرات آب ریمولدي و زمان عمل اوري در شکل 2 نشان داده شده است. مقدار آب ریمولدي 30، 48 و 70 درصد، میزان سیمان 4، 6، 8و 10 درصد; زمـان عمـل آوري 7، 14و 28 روز وشـرایط اصلی تهیه نمونه ها می باشند. شکل 2 نشان می دهد که وزن واحد حجم با افزایش سیمان افزایش می یابـد. همـانطور کـه انتظـار می رفت با افزایش میزان آب ریمولدي، وزن واحد حجم پس از عمل آوري کم شده است.
شکل-2 تغییرات وزن واحد حجم با افزایش سیمان وتغییرات میزان آب ریمولدي با28 روز عمل آوري
براي یک میزان آب ریمولدي مشخص، دلیل افزیش وزن واحد حجم با افزایش سیمان، محصولات سـیمانته افـزایش مـی یابنـد. و باالعکس براي یک میزان سیمان مشخص دلیل کاهش وزن واحد حجـم بـا افـزایش آب ریمولـدي، افـزایش تخلخـل پـس از عمـل آوري خاك می باشد. با افزایش میزان سیمان آب لازم براي هیدراتاسیون سیمان بیشتر شده و درصـد رطوبـت پـس از عمـل آوري مخلوط کاهش می یابد. شکل 3 نمودار وزن مخصوص ویژه پس از عمل آوري (Gst) با مقدار سیمان و تغییرات آب ریمولـدي را نشان می دهد. به طور کلی با افزایش میزان سیمان وزن مخصوص ویژه پس از عمل آوري کاهش می یابد. یک دلیل ممکـن بـراي اینکه چرا وزن مخصوص ویژه تنها متاثر از میزان سیمان می باشد این اسـت کـه مقـدار نسـبی ذرات خـاك و سـیمان کـه کیفیـت و کمیت پیوند هاي تشکیل شده پس از عمل آوري را کنترل می کنند.
شکل -3 وزن مخصوص ویژه پس از 28 روزعمل آوري
