بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
بهسازي خاك با استفاده از تراکم انفجاري
چکیده
امروزه با گسترش روز افزون ساخت و سازهاي سنگین و مهم در خاکهاي مسئله دار و خاستگاه هایی با شرایط ژئوتکنیکی نامطلوب لزوم بهسازي خاك و رساندن آن به شرایط مطلوب سرویسدهی امري اجتناب ناپذیر است . تراکم انفجاري خاك از جمله روشهاي عمیق در بهسازي خاك است که پارامترهاي مقاومتی نهشته هاي عمیق خاکی را در دروه اي کوتاه با راندمان بالا و هزینه اي کم اصلاح و تقویت می نماید. نوع خرج مصرفی ،تعداد خرجها در گمانه اي انفجاري ، فواصل چاهکهاي انفجاري و ساختار خاك در نهشته هاي خاکی از پارامترهاي مهم در ارائه الگوي مناسب انفجار می باشد که در گامهاي زمانی متوالی صورت می گیرد.
کلیديواژههاي : انفجار، بهسازي خاك و خاکهاي مسئله دار.
-1 مقدمه
اولین بکارگیري مکانیزم تراکم انفجاري به سال 1936 در پروژه راه آهن شهر اسوریسک شوروي بر می گردد که با شکست همراه بود و اولین تجربه موفق در تراکم بستر سد آبشار فرانکلین در کانادا می باشد و از اوایل دهه 1960در انواع پروژههاي مربوط به سد سازي ،تاسیسات فرا ساحلی ، ایجاد جزایر مصنوعی ، حذف حفرات زیر زمینی از قبیل قنوات ، ساخت و ساز بنادر ، بررسی پتانسیلهاي روانگرایی در بسترهاي اشباع و استحصال دریا به شدت مورد استفاده قرار گرفته است.
اصلاح نهشته هاي شل و اشباع در عمق توسط روش هاییمانند اختلاط خاك در عمق و تزریق، از نظر اقتصادي هزینه برخواهد بود .در تراکم دینامیکی از سقوط وزنه هاي سنگین برایبهسازي خاك استفاده می شود، این شیوه لایه هاي خاك تا عمق حداکثر 15 متر را تحت تاثیر قرار داده و با کاهش نفوذپذیري خاك اثربخشی آن کاهش می یابد .استفاده از لرزاننده ها در اصلاح خاك هاي دانه اي شل در عمق، تجهیزات ویژه اي را می طلبد؛ کاهش بازده شیوه بر اثر افزایش درصد سیلت و رس، همچنین محدودیت عمق بکارگیري از دیگر معضلات این روش است .
در بهسازي انفجاري انرژي آزاد شده بر اثر انفجار مواد منفجره در خاك هاي شل و اشباع غیر چسبنده سبب تراکم دانه هاي خاك و بیرون راندن آب از خاك می شود .این شیوه، ماشین آلات و تجهیزات خاصی نیاز نداشته و در میان روش هاي مختلف بهسازي خاك در عمق، یک روش سریع، آسان و اقتصادي است . حمل و نقل آسان و قیمت پایین منبع انرژي، تجهیزات ساده و کم ابعاد، امکان کارکرد در انواع شرایط جوي، این روش بهسازي عمیق را به یکی از شیوه هاي جذاب تبدیل می نماید. در جدول 1 و شکل 1 بهسازي انفجاري از نظر عمق عملکرد و هزینه ي نسبی با سایر روش هاي متداول بهسازي عمیق مقایسه شده است .
جدول – 1 مقایسه انواع روشهاي بهسازي عمیق بر حسب هزینه و عمق کارکرد
شکل - 1 مقایسه محدوده ي عملکرد روش هاي متداول بهسازي عمیق با تراکم انفجاري
- 2 مکانیزم روش بهسازي انفجاري
روشهاي بهسازي انفجاري به سه روش شمع انفجاري ،جایگزینی انفجاري و تراکم انفجاري طبقه بندي می گردند .در روش شمع انفجاري گمانه اي کم عمق در لایه هاي سطحی خاکی که سطح آب زیر زمینی در آن پائین است اجرا می گردد و سپس طبق دستورالعمل انفجار در گمانه حادث می شود. در این روش عمدتا شرایط زه کشی مناسب بعد از انفجار مهیا نیست و کارایی روش براي نهشته هاي عمیق امکان پذیر نیست.در روش جایگزینی انفجاري لایه ضعیف خاك با استفاده از انفجار حذف و بجاي آن شن و ماسه مرغوب قرار می گیرد.این روش براي خاکهاي سطحی،انهدام نهشته هاي لجن و استحصال بسیار کارآمد است و آخرین مکانیزم تراکم انفجاري است که کار آمد ترین روش براي هر نوع نهشته خاکی با هر عمقی است. شرایط زه کشی مناسب، روانگرایی کنترل شده و انتشار مناسب امواج ناشی از انفجار از مهمترین مزایاي این روش است که سبب کاربرد روز افزون آن شده است. در شکل 2 نمایی از مکانیزم تراکم انفجاري نشان داده شده است.
الف- چیدمان خرج و وفوع انفجار ب - خروج آب از گمانه هاي انفجاري
شکل - 2 مکانیزم تراکم انفجاري
تراکم انفجاري در قالب چهار مکانیزم انتقال انرژي ناشی از طریق شوك انفجار و انبساط گاز ، ارتعاشات ناشی از تداخل امواج و روان گرایی سبب گسیختگی پیوندهاي ذرات خاك و بهبودپارامترهاي ژئوتکنیکی می گردد. پس از انفجار گاز حاصله
(فشار انفجار) سبب ایجاد جابجایی شعایی و بالطبع تنش و کرنش برشی در خاك می شود.حباب گاز براي تعادل دچار انقباض و انبساط می شودو پس از 2تا 4سیکل فشار و کشش به سطح زمین می رسد . قرار گرفتن ذرات خاك در این شرایط سبب گسیختگی پیوندهاي ذرات خاك و تراکم آن خواهد شد که در شکل 3 نمایی از انتشار امواج ناشی از انفجار و اتساع حباب گاز نشان داده شده است. المان خاك تحت سیکل فشار و کشش قرار میگیردگسیختگی پیوندهاي ذرات خاك و تراکم حاصل می گردد.
شکل- 3 تاریخچه سیکل انقباض و انبساط حباب گاز (شعاع حباب- فشارگاز – جابجایی و سرعت حباب)
موج انفجار و شوك ناشی از آن سبب تغییرات فشار آب حفره اي خواهد شد بطوریکه کاهش فشار آب حفره اي سبب ایجاد فشار منفی آب می شود که در شکل -4 الف نشان داده شده است. پایداري بیشتر اضافه فشار آب حفرهاي ناشی از دو مکانیزم قبلی سبب تساوي آن با تنش موثرمی گردد و سپس روانگرایی رخ می دهد. روانگرایی سبب کاهش تماس دانه هاي خاك شده و خاك به صورت مایعی ویسکوز رفتار می کند . ماند خاك در حالت روان گرایی و مدت زمان استهلاك اضافه فشار به نفوذپذیري خاك بستگی دارد. شرایط ناهمگن لایه هاي خاك و برخورد امواج فشاري با مرزهاي خاك این لایه ها سبب تولید موجهاي برشی و رایلی می گردد که این امواج سبب شکست ساختار خاك ونهایتا تراکم آن می گردد.(شکل -4 ب)
شکل – 4 الف - مراحل کلی تغییرات فشار آب حفرهاي بر اثر انفجار شکل -4ب - انتقال امواج سطحی و حجمی ناشی از انفجار
-3 مبانی طراحی
براي طراحی چیدمان گمانه هاي انفجاري مواردي از قبیل وزن ماده منفجره در هرچاهک، فواصل چاهک هاي انفجار ، چینش گمانه ها ، عمق قراگیري ماده منفجره ، نحوه ي توزیع ماده منفجره در ارتفاع گمانه ، فازبندي و تعیین تعدادمراحل انفجار ، ترتیب انفجاري چاه ها و زمان بندي انفجار در هرفاز در تعیین شرایط نهایی خاك تاثیر گذار است
ایوانف در سال 1967 دستورالعملی را شامل تاریخچه مختصري از تراکم انفجاري، نحوه ي تراکم و تحقیقات قبل از خود پیرامون این موضوع، ارائه و همچنین دستورالعملی مبنی بر وضعیت قرارگیري چاه هاي انفجار و همچنین مقدار خرج هاي انفجاري ارائه نمود.
ایوانف فرض نمود که بر اثر انفجار یک تک چاه، حفره اي در سطح زمین ایجاد می شود و بر اساس این فرض پارامتري به نام شعاع موثر (Reef)را تعریف نمود .ایوانف شعاع موثر را فاصله ي افقی بین مرکز انفجار و نقطه اي دانست که مقدار نشست در آن کمتر از یک سانتیمتر است.
پس از وقوع انفجار، انرژي بین نقطه ي انفجار و نقطه ي مورد نظر از خاك مستهلک می شود مقدار استهلاك انرژي به عوامل مختلفی مربوط شده که اغلب فاصله ي نقطه تا محل انفجار مهمترین معیار است .به طورکلی درمسائل انفجار، تابعی که استهلاك انرژي را توصیف می نماید به صورت Rh/Wm بیان میشود که در آن Rh معرف فاصله از محل مرکز چاهک انفجار ،
W مقدار ماده منفجره و m یک عدد ثابت است محققین مختلف روابطی را براي استهلاك انرژي حاصل از انفجار در خاك ارائه نموده اند:
در تراکم انفجاري عدد هاپکینسون (HN) متداولترین براي توصیف انرژي است که به صورت رابطه (1) تعریف می گردد.
ایوانف در دستورالعمل خود عدد هاپکینسون را براي طراحی اولیه تراکم انفجاري مورد استفاده قرار داد .او براي تک چاه Reef را به عنوان Rh در نظر گرفت و هنگامی که چاه هاي انفجاري به صورت شبکه ي مربع شکل چیده شده بودند؛ نصف فاصله چاهها را به عنوان Rh در نظر گرفت . همچنین معیاري ارائه نمود که بر اساس آن اگر بزرگی HN کمتر از 0/09 تا
0/15 (براي ماسه هاي تمیز ) باشد. روانگرایی مورد نظر براي تراکم انفجاري رخ نخواهد داد جهت وقوع روانگرایی در خاك هاي سیلتی اشباع، مقدار 0/33 به عنوان عدد هاپکینسون مناسب ارائه داد .عدد هاپکینسون براي مواقعی که ماده انفجاري در یک نقطه متمرکز است، نتایج قابل قبولی را ارائه می دهد .اما در مواقعی که یک ستون از مواد منفجره در کل ضخامت لایه مورد نظر بکار می رود .رابطه (2) توسط محققیقین مختلف به عنوان تابع استهلاك انرژي ارائه شده است.
