بخشی از مقاله
خلاصه
باتوجه به پیشرفت روزافزون ساخت و ساز و احتمال برخورد با زمین هاي مسأله دار، نیاز به تثبیت بستر امري اجتناب ناپذیر و ضروري و یکی از روش هاي معمول و در دسترس به شمار می رود. در این مقاله تأثیر استفاده از درصدهاي مختلف آهک و سیمان بر میزان نشست و مقاومت خاك هاي مسأله دار منطقه دشت آزادگان در استان خوزستان، مورد بررسی قرار گرفته است.
براي این منظور ابتدا آزمایش هاي لازم براي تعیین پارامترهاي اساسی خاك محل انجام شده، سپس نمونه هاي مخلوط رس – آهک و ماسه – سیمان با درصدهاي مختلف و در قالب CBR در حالت هاي متراکم، سست و اشباع، براي شبیه سازي هرچه بیشتر با شرایط طبیعی، آماده سازي شده و مقاومت و نشست آنها بدست آمده است. به این ترتیب با توجه به شرایط طبیعی خاك مسأله دار، بهترین درصد مواد افزودنی و عمل آوري جهت بهسازي مناسب تعیین شده است.
.1 مقدمه
اصلاح یا بهسازي خاك در کلیه موارد مربوط به مهندسی کارهاي خاکی و بخصوص در شرایط ضعیف بودن خاك مطرح است. یکی از معمو ل ترین کاربردهاي اصلاح خاك، تقویت خاك در پروژه هاي خطی مانند راهسازي، خطوط لوله و کانال هاي آب می باشد. در این موارد مسأله مورد توجه این است که به چه ترتیب خاك نامناسب یا مسأله دار براي کار مورد نظر اصلاح گردد.
ازسوي دیگر، در سال هاي اخیر با رشد جمعیت و افزایش تقاضا براي تهیه مسکن و توسعه صنعت ساختمان و با توجه به ساخت و ساز در شهرهاي بزرگ که متأسفانه بدون توجه به مسائل زمین شناسی و ژئوتکنیکی صورت گرفته، مشکلات فنی و مهندسی زیادي را به همراه داشته که یکی از مهم ترین آنها خاك هاي مسأله دار می باشد. خاك هاي مسأله دار، خاك هایی هستند که در برابر دست خوردگی یا در تماس با هوا یا آب یا عوامل دیگر دچار تغییر شکلهاي زیادي می گردند، همچنین داراي عناصري با رفتارهاي نامناسب تورم پذیري و انبساط، رمبندگی، انحلال پذیري و کاهش مقاومت می باشند.
این خاکها در پروژه هاي مختلف عمرانی مشکلاتی از قبیل ریزش یا ترك خوردگی ساختمان، نشست ناهمگون ساختمان و ایجاد تورم ساختگاهی را براي پی ساختمان ها بوجود می آورند. لذا اصلاح و بهسازي این خاکها در بسیاري از پروژه ها ضروري می باشد.
انتخاب روش هاي بهسازي بستگی به عوامل متعددي از جمله نوع خاك، درصد ریزدانه - مقدار لاي و رس - ، مساحت و عمق بهسازي، مقاومت و تراکم پذیري خاك مورد نظر، ضوابط نشست، دسترسی به مهارت هاي فنی، نوع تجهیزات، مصالح و هزینه بهسازي دارد. همچنین مکانیسم هاي مرتبط با بهسازي خواص خاکهاي رسی شامل تحکیم خاك رس با انجام پیش بارگذاري، اجراي ستون هاي سیمان - خاك یا آهک - خاك و یا هر دو مصالح می باشد.
آهک یا سیمان طی انجام یک سري واکنش هاي شیمیایی با ذرات رس خصوصیات این خاك را تا حد زیادي بهبود می بخشد، بصورتی که می توان از این مخلوط براي زیرسازي جاده ها با ترافیک سبک، جاده سرویس کانالهاي انتقال آب، افزایش پایداري شیبهاي جانبی جاده و جلوگیري از نشت آب در زیر جاده استفاده کرد. در صورتی که در منطقه احداث سازه خاك رس وجود داشته باشد، از نظر اقتصادي مقرون به صرفه تر است که با بهسازي خاك رس موجود و استفاده از آن، از مصالح دیگر حتی المقدور براي احداث سازه استفاده نشود. نکته مهم و ضروري دیگر این می باشد که در کشورمان تحقیقات بسیار کمی در زمینه ي میزان نشست و مقاومت خاك و به طور کلی بهسازي خاك هاي مسأله دار صورت گرفته است، همچنین در اکثر پروژه ها و کار هاي اجرایی، میزان درصد مصرفی آهک و سیمان بدون استفاده از آزمایش هاي تخصصی و با توجه به توصیه هاي کلی موجود در آیین نامه ها و کتاب ها تعیین می گردد که در این مقاله سعی بر این است تا میزان درصد بهینه آهک و سیمان مصرفی در خاك هاي مسأله دار به صورت دقیق تعیین گردد.
بعنوان مطالعه موردي منطقه دشت آزادگان در استان خوزستان که از نظر کشاورزي داراي اهمیت می باشد، در این تحقیق مورد توجه قرار گرفته است. از آنجا که خاك منطقه دشت آزادگان خاکی ماسه اي و سیلتدار و بعضاً مسأله دار می باشد و با توجه به پروژه هاي مختلف آبیاري و زهکشی در این منطقه و وجود مشکلات متعدد در اجراي پروژه ي کانال هاي آبیاري و زهکشی، بررسی خاك آن از اهمیت زیادي برخوردار است و نتایج این تحقیق به میزان زیادي می تواند راهگشاي مشکلات موجود باشد.
در رابطه با موضوع بهسازي و اصلاح خاك و استفاده از آهک یا سیمان در اختلاط با خاکهاي رسی تحقیقات مختلفی انجام شده است که به تعدادي از آنها اشاره می شود. بسیاري از این تحقیقات، مربوط به مطالعات موردي در پروژه هاي خاص می باشند.
هاشمیان - 1380 - در تحقیقی موردي با بررسی تثبیت خاك با استفاده از آهک در فرودگاه پارس به این نتیجه رسید که با تثبیت بستر باند و خاکریزهاي آن با آهک، بستر و زیر سازي مقاومی حاصل می شود که حتی در شرایط اشباع نیز مقاومت ها به مراتب بالاتر از مقاومتهاي قبل از تثبیت می شود. براي تثبیت بستر میزان %3 آهک مناسب تشخیص داده شد . مقادیر کمتر منجر به حصول مقاومت هاي ناکافی و مقادیر بیشتر باعث سخت شدگی بیش از حد بستر روسازي می شود.
نیازي - 1380 - با تثبیت خاك هاي منتخب از حاشیه شرقی کویر نمک با آهک و سیمان به این نتیجه رسید که تمامی خاك هاي مورد بررسی قابلیت تثبیت با آهک و سیمان را داشته و می توان با صرف مقادیر منا سب و اقتصادي ماده تثبیت کننده از آن ها در روسازي راه هاي منطقه استفاده نمود. خاك هاي نمکی به علت ساختار ضعیف دانه ها ناشی از وجود املاح تبخیري زیاد و نیز فقدان مواد پوزولانی قابل تثبیت با آهک و سیمان نیستند
طباطبائی - 1373 - با مطالعه خاك هاي مسأله دار در ایران و ارائه راهکار هاي بهسازي بوسیله ماده افزودنی آهک به این نتیجه رسید که آهک به جز مقادیر 2 درصد در عمل آوري 28 و 56 روزه، باعث تغییر رفتار کامل رس به حالت غیر خمیري می گردد و مخلوط مواد افزودنی به خاك، موجب تغییر قابل ملاحظه اي در میزان جذب رطوبت می گردد. همچنین در مخلوط خاك با آهک، میزان دانسیته خشک حداکثر نسبت
به خاك طبیعی کاهش قابل ملاحظه اي می یابد و بهترین میزان افزودنی، آهک به میزان 6 درصد و عمل آوري 56 روز می باشد.
دریایی وهمکاران - 1389 - با بررسی تاثیر افزایش ماسه بادي و آهک بر روي خصوصیات مقاومتی خاکهاي رسی به این نتیجه رسیدند که افزودن آهک و ماسه بادي به صورت همزمان تغییر محسوسی در وزن واحد حجم خشک ماکزیمم و رطوبت اپتیمم نمونه ها ایجاد نمی کند. تاثیر افزودن آهک و ماسه بادي به صورت هم زمان در افزایش میزان مقاومت محوري و مدول الاستیسیته خاك به مراتب بیشتر از تاثیر افزودن آهک به تنهایی در افزایش میزان پارامترهاي فوق دارد.
بالاترین میزان مقاومت محوري و مدول الاستیسیته در نسبت اختلاط 7 درصد آهک و 10 درصد ماسه بادي براي هر سه دوره نگهداري 7 و 14 و 28 روزه حادث شد.
مقدس نژاد و مدرس - 1389 - با تثبیت خاك با استفاده از سیمان آب زدا جهت استفاده در پروژه هاي راهسازي به نتیجه رسیدند که آزمایش هاي مقاومت فشاري محدود نشده و CBR در دو حالت خشک و اشباع سیمان آبزدا در مقایسه با آهک وحتی سیمان نوع 2 افزودنی مناسب تري براي تثبیت این دو نوع خاك می باشد و اثرات سیمان آب زدا بر خصوصیات خمیري خاك رس در مقایسه با آهک ضعیف تر بوده اما قابل مقایسه با سیمان نوع 2 می باشد و همچنین بر اساس نتایج به دست آمده سیمان آب زدا را می توان به عنوان یک ماده تثبیت کننده در پروژه هاي راهسازي استفاده نمود.
.2 مواد و روش تحقیق
خاك مورد مطالعه این تحقیق خاك منطقه دشت آزادگان می باشد. دشت آزادگان در 60 کیلومتري شمال باختر اهواز واقع شده و بین 31 درجه تا 32 درجه و 5 دقیقه عرض شمالی و همچنین 47 درجه و 41 دقیقه تا 48 درجه و 30 دقیقه طول شرقی واقع گردیده است و آب و هواي گرم و خشک دارد. خاك منطقه دشت آزادگان که خاکی ماسه اي و رسی است، با توجه به انجام پروژه هاي مختلف در این منطقه، به علت وجود زمین هاي کشاورزي متعدد و اجراي پروژه ي کانال هاي آبیاري و زهکشی و دیگر پروژه ها در آن، از این منظر مورد اهمیت است. شکل 1 - ، الف و ب - منحنی دانه بندي خاك ها را نشان می دهد و خصوصیات ژئوتکنیکی آن هارا مطابق با استانداردهاي موجود تعیین و به صورت خلاصه ارائه شده اند.
شکل -1 منحنی دانه بندي خاك مورد آزمایش، الف: ماسه، ب: رس
روش آماده سازي به سه روش مختلف و درون قالب CBR می باشد که علت انتخاب این سه روش، شبیه سازي هر چه بیشتر نمونه ها به شرایط طبیعی ساختگاه و محل پروژه می باشد. این سه روش عبارتند از: -1 روش ریزش خشک -2 روش قالب سازي در حالت اشباع و -3 روش متراکم .[6] علت استفاده از این روش ها به ترتیب مواجه با زمین هاي بادرفتی، مناطق آبرفتی و یا مناطقی است که تحت ساخت وساز هاي قبلی و یا وجود کوه ها و تپه هایی که در آن محل وجود داشته اند خاك آن ها دچار تراکم شده، می باشد. این روش ها در شکل شماره 2 آمده است.
شکل -2 روش هاي آماده سازي نمونه ها درون قالب [6]
.3 بررسی تأثیر درصد سیمان بر مقاومت و نشست ماسه
پس از انتقال خاك از محل پروژه به آزمایشگاه، بررسی پارامتر هاي اساسی خاك انجام گرفت. براي آماده سازي وعمل آوري درصدهاي 2,4,6,8 سیمان بر اساس درصد وزنی آماده شد و اختلاط صورت گرفت. لازم به ذکر است که یکبار رطوبت 5 درصد و بار دیگر با ساخت مخلوط مشابه رطوبت 10 درصد اضافه شد. پس ازآن ملات ها که حاوي درصد سیمان و رطوبت هاي مختلف بود، درون قالب ها قرار داده شد و در مدت زمان هاي 3,10,24,72 ساعت در دستگاه ژرمیناتور تحت رطوبت 95 درصد و دماي 22 درجه قرار داده و عمل آوري شدند. سپس به ترتیب با خارج نمودن قالب ها و قرار دادن آن ها در زیر دستگاه جک ملات شکن مقاومت اندازه گیري شد و بهترین زمان عمل آوري میان سیمان و ماسه بدست آمد
پس از بدست آوردن بهترین زمان عمل آوري، شروع به انجام سه روش اشاره شده در شکل 2 می کنیم. این سه روش در زیر آورده شده است.
روش اول، ریزش خشک: ابتدا قسمت یقه را از قالب CBR جدا کرده و ماسه را به کمک یک قیف درون قسمت اصلی قالب ریخته تا جاییکه قالب پر شود ادامه داده می شود.
