بخشی از مقاله
چکیده
در مهندسی ژئوتکنیک گروهی از خاکها دارای رفتار ویژهای هستند و ساخت و ساز بر روی آنها باعث بروز مشکلاتی در طی عمر مفید سازه خواهد شد. این خاکها تحت عنوان خاک های مسئله دار نامیده می شوند. ریزش و یا ترک خوردگی ساختمان ها، نشست ناهمگون ساختمان، بالا آمدن سطح آب زیرزمینی که در نقاط پست میتواند مشکلاتی را برای پی ساختمانها به وجود آورد، عدم تشخیص دقیق سازند مورد حفاری در پروژه ها نظیر مترو، عدم تشخیص گسل ها و پتانسیل لرزه خیزی آن ها در هنگام تعریف شهرهای جدید، روان گرایی خاک در هنگام زلزله و محل عبور گسل ها از زیر پروژه های عمرانی، عدم دقت به مکان دفن زباله های شهری و استقرار شهرک ها روی خاک های مسأله دار و مشکلات فراوان دیگری از این قبیل که اطلاع از خصوصیات زمین شناسی و ژئوتکنیکی محل انجام پروژه را امری اجتناب ناپذیر می سازد.
امروزه به منظور تثبیت و بهسازی زمینهای سست و بالا بردن ظرفیت برابری آنها روشهای بسیار گسترده و متنوعی به کار میرود که از مناسبترین این روشها استفاده از ریزشمعٌهاست. دلایلی نظیر صرفه جویی در زمان، کاهش هزینه های اجرایی، مصالح کمتر، امکان تجهیز و حمل سریعتر وسایل برای اجرای آن و کنترل نشستها استفاده از ریز شمعها را برای بهسازی زمینها، به روشی مناسب تبدیل کرده است.
-1 مقدمه
از دیدگاه مهندسی ژئوتکنیک به کلیه خاکهایی که احداث سازه بر روی آنها با مشکل مواجه است و نیز تحت تأثیر شرایط آب و هوایی و رطوبت قرار دارند، خاک های مسئله دار یا مشکل آفرین گفته می شوند. این خاک ها در پروژه های مهندسی مشکلات عدیده ای ایجاد کرده و سلامت سازه های مهندسی را به مخاطره میاندازند. لذا قبل از احداث سازه بر روی اینگونه خاکها، باید خصوصیات آنها به دقت بررسی گردد تا از بروز حوادث احتمالی در آینده جلوگیری بعمل آید.
خاکهای مسئله دار دارای انواع مختلفی هستند که از انواع آنها میتوان به خاکهای روانگرا، خاک های واگرا ، خاکهای رمبنده - فروریزشی - و خاک های متورم شونده اشاره کرد.
بطور کلی در مواجهه با خاکهای مسئله دار نظیر خاکهای سست با قابلیت باربری کم، نشستپذیری زیاد، روانگرا، خاکهای دستی و ... دو راه پیش روی مهندسین ژئوتکنیک قرار دارد:
الف: استفاده از المانهای باربر در خاک ب: بهسازی و اصلاح خواص فیزیکی- مکانیکی توده خاک
2 مقاوم سازی لرزه ای خاک
خاک ها جهت بهبود خواص مهندسی خود صدها سال است که مورد اصلاح واقع شده اند لیکن در 80 سال گذشته ارتقا دانش بشر در زمینه ی رفتار خاک و مخاطرات ژئوتکنیکی موجب بروز روش های بدیع و جدیدی در خصوص اصلاح خواص خاک ها گردیده است. در نواحی فعال و غیر فعال از نظر زلزله، روش های اصلاح خاک معمولاً در ساختگاه هایی که انتظار می رود شرایط موجود خاک به رفتار نامطلوبی منجر شود، مورد استفاده قرار می گیرد.
-1-2روش های متراکم سازی
ذرات ساختمان یک خاک به طرق بسیار متفاوتی قابل آرایش است. به هر حال مقاومت و سختی خاک هنگامی که ذرات در یک بافت متراکم قرار گیرند بیش تر از زمانی که به صورت متخلخل کنار هم واقع باشند است. همچنین تمایل به گسترش فشار آب حفره ای مثبت زمانی که خاک متراکم است کم تر از هنگامی است که متخلخل باشد در نتیجه عملیات متراکم سازی یکی از مؤثرترین و متداولترین روش ها جهت اصلاح خواص خاک ها برای کاهش خطرات لرزه ای می باشد. متداول ترین روش های متراکم سازی عبارت اند از تراکم دینامیکی، انفجار و تزریق که از تمایل خاک به متراکم شدن در ارتعاش استفاده می کنند. به همین علت میزان مؤثر بودن آن ها برای خاک های غیرچسبنده از قبیل ماسه های تمیز و شن ها بیش ترین مقدار می باشد.
از جمله روش های موثر در بهسای خاک به روش متراکم سازی میتوان به موارد ذیل اشاره داشت:
. تعویض وتراکم مجدد خاک
. تراکم ارتعاشی
. تراکم دینامیکی
. تراکم انفجاری
. پیش بارگذاری
. تحکیم
. تحکیم دینامیکی
-2-2 روش های تسلیح خاک
ایده تسلیح خاک نیز به نوعی از گذشته های دور مورد توجه بوده و استفاده نوین و علمی از این روش به وسیله بهره گیری از تکنولوژیها و مصالح جدید نیز چندی است بیش از پیش مورد توجه مهندسین عمران قرار گرفته است.
. ستون سنگی ارتعاشی
. ستون سنگی کوبشی
. ستون سنگی مسلح شده بازمین پارچه ها
. ستون سنگی صلب
. ستون ماسه ای متراکم
. ستون های آهکی یا سیمانی
. میخ کوبی
. خاک مسلح با زمین پارچه ها
. ریز شمع ها
-3-2روش های تثبیت خاک
یکی دیگر از انواع روش های بهسازی خاک های مساله دار تثبیت خاک با آهک میباشد. تثبیت خاک ها به علت سهولت اجرا و کسب تجربه طی سالیان متمادی ، یکی از روشهای رایج و متداول می باشد.
. اختلاط خاک با مواد شیمیایی
. تزریق دوغاب
. اختلاط عمیق
. انجماد با توجه به توضیحات بالا این نکته چشمگیر است که هریک از راه حلهای فوق دارای روشها و مشخصات
مربوط به خود میباشند که طی سالیان متمادی توسعه فراوانی یافتهاند. برخی از تکنیکهای ابداعی نیز ماهیتی ترکیبی از دو دسته فوق داشته و مزایای هر دو دسته را تا حدودی بههمراه دارند. ازآن دسته میتوان به استفاده از میکروپایلها بهمراه تزریق دوغاب سیمان اشاره نمود.
-3 معرفی ریز شمع ها
ریز شمع به شمعهای با قطر کوچک - کمتر از - 300mm اطلاق میگرددکه غالباً با تسلیح فولادی سبک و تزریق دوغاب سیمان همراه میباشند. ریز شمع علاوه برآنکه به عنوان یک المان باربر و مقاوم در برابر نشست عمل میکند، بدلیل تزریق دوغاب سیمان، سبب بهبود مشخصات مکانیکی - مقاومتی و رفتاری - خاک اطراف نیز میگردد.
تاریخچه ابداع ریز شمع به اوایل دهه پنجاه میلادی، زمانی که اروپا با خیل عظیمی از ساختمانهای در معرض خرابی ناشی از صدمات وارده در جنگ جهانی دوم روبرو بوده است، برمیگردد. در این دوره ابداع یک روش بهسازی بستر که علاوه بر کارایی و قابلیت اجرا در بین ساختمانهای تخریب شده، سریع و اقتصادی نیز باشد، بسیار ضروری بود که در چنین شرایطی ابداع ریز شمع توسط فوندیلٌ پیمانکار مشهور ایتالیایی صورت پذیرفت که بدلیل ویژگیهای منحصر به فرد آن، این روش گسترش فراوانی یافت.
در آغاز استفاده از ریز شمعها تنها در بهسازی بستر ضعیف ساختمانها مورد توجه قرار داشت. لیکن رفته رفته و با توسعه و اجرای این روش در کشورهای مختلف، دامنه کاربرد آنها به دیگر عرصههای مهندسی ژئوتکنیک نظیر پایدارسازی شیبها، مقابله با روانگرایی و … نیز کشیده شد.در حال حاضر، دستورالعمل ارائه شده توسط - U.S.FHWA - بعنوان مرجع قابل قبول و مورد استفاده طراحان و پیمانکاران اجرای ریز شمع میباشد
در اغلب پروژهها با توجه به مطالعات ژئوتکنیک انجام شده در ساختگاه و شناسایی لایههای تحتالارضی، مشخصات ژئوتکنیکی ساختگاه پروژه تعیین می گردد. سپس با انجام تحلیلهای روانگرایی در اعماق مختلف خاک محل، پتانسیل روانگرایی ساختگاه درصورت وقوع زلزله مورد ارزیابی قرار می گیرد. با وقوع روانگرایی و زائل شدن مقاومت برشی خاک، نشستهای بسیار بزرگی به پی سطحی ساختمان تحمیل می شود که میتواند منجر به آسیبدیدگی جدی سازه و عناصر غیرسازهای بنا و نهاتاًی تخریب آن گردد. از طرف دیگر در برخی از پروژه ها در بحث فنی، تأمین باربری ستونهای روی پی و انتقال بار به لایههای عمیقتر مورد نظر بوده و عامل تعیین کننده برای انتخاب طرح، گذشته از بحث های اجرایی و اقتصادی می باشد.
