مقاله تثبیت بستر راه مسیر دادلی غزنین به مراوه تپه با استفاده از آهک

بخشی از مقاله

خلاصه

بدلیل اینکه خاکهای رس مسالهدار در پروژههای عمرانی نظیر راهسازی و باند فرودگاه میتواند مشکلاتی را بوجود آورد به همین جهت بجای برداشتن این خاکها و جایگزین کردن خاکهای مناسبتر، برای کم کردن هزینه های اجرایی از یکی از روشهای مختلف تثبیت خاک با در نظر گرفتن مزایا و معایب هر روش استفاده کرد. یکی از این روشهای تثبیت خاک، تثبیت خاک با آهک است. در سال 1390 - ه.ش - برای تثبیت خاک بستر راه ارتباطی روستای دادلیغزنین به شهر مراوهتپه از آهک استفاده شد. در این مقاله به بررسی آزمایشات مکانیک خاک انجام گرفته نظیر دانهبندی و حدود اتربرگ و همچنین نحوه استفاده از نتایج آزمایشگاهی CBR برای انتخاب طرح اختلاط مناسب آهک با خاک پرداخته شده است و در انتها نیز نتایج آزمایشات ژئوتکنیکی خاک تثبیت شده با آهک زیر اساس راه، مورد بررسی قرار گرفت.

کلمات کلیدی: تثبیت خاک، آهک، آزمایش CBR،دادلیغزنین.    .

1.    مقدمه

تثبیت خاک به اصلاح و بهبود خواص فیزیکی و مهندسی آن برای تامین یک رشته اهداف از پیش تعیین شده اطلاق میشود . - 1 - روشهای گوناگون و متنوعی برای تثبیت خاک وجود دارد که معمولا سعی میشود با توجه به نوع و جنس خاک و هدفی که از تحکیم به دنبال آن هستیم روش تحکیم را انتخاب میکنیم همچنین باید در نظر داشت که روش تثبیت از نظر اقتصادی هم مقرون بصرفه باشد. چنانچه مسیر یک راه از مناطقی که دارای خاکهای نامرغوب باشد عبور کند، در این موارد اغلب اقدام به تغییر مسیر راه یا تعویض خاک میگردد. هرگاه به عللی امکان تغییر مسیر راه و یا تعویض خاک نباشد و یا اینکه هزینه تعویض خاک مقرون به صرفه نباشد باید روش اصلاح و بهبود خاک مورد بررسی قرار گیرد تا چنانچه از نظر اقتصادی و فنی قابل توجیه باشد به انجام آن مبادرت گردد . - 1 -

خاک رس یکی از خاکهایی است که به فور در طبیعت یافت میشود و در صورت وجود در بستر و لایههای روسازی مشکلاتی را ایجاد میکند. وجود رطوبت در کنار خاک رس، مقاومت آن را به شدت کاهش داده و میتواند باعث تغییر حجم آن شود که نتیجه تمام اینها ایجاد ناهمواری در سطح روسازی و تحمیل هزینههای نگهداری زیاد است. خاکهای رسی معمولا ورقهای و نازک بوده و به همین دلیل دارای مساحت سطح زیادی هستند. به دلیل جایگزینی اتمهای سیلیسیم و آلومینیوم به وسیله اتمهای با ظرفیت کمتر، سطح ذرات کانیهای رسی دارای بار منفی است. وجود این بار منفی باعث جذب یونهای فلزی میشود که این یونهای فلزی میتوانند مقدار زیادی آب را جذب کرده و باعث کاهش مقاومت و افزایش حجم خاک شود . - Petry and Little, 2002 - این یونها که جاذبهای آب نیز نامیده میشوند قویا به سطح خاک رس پیوند خورده æ    به راحتی قابل جدا کردن نیستند. یکی از موادی که برای تثبیت خاکهای رسی استفاده میشود، آهک است. اضافه کردن آهک به خاک رس باعث به وجود آمدن واکنشهایی میشود که این واکنشها در کوتاه مدت و بلند مدت باعث بهبود ویژگی های خاک میشود . - 2 -

تجربه نشان داده است که انواع خاک رس با آهک زنده و یا شکفته ترکیبی تولید میکنند که خواص آنها مانند خواص ترکیبات سیمانی است . - Winter et al, 1990 - اصول ترکیبات شیمیایی براساس ترکیب رس پوزولانی و آهک در مجاورت آب اتفاق میافتد به این ترتیب که:- 1 یون مثبت تغییر میکند و ذرات خاک به صورت تودهای بهم پیوسته میباشند. - 2 واکنش پوزولانی یا سمنتاسیون صورت میپذیرد و یا کربناسیون رخ میدهد. اولین واکنشی که صورت میپذیرد، تغییر یون - ION EXCHANGE - و بهم پیوستن ذرات خاک به یکدیگر است که این امر باعث اصلاح خاصیت پلاستیسیته، کارایی و مقاومت خاک و قابلیت شکل پذیری آن میگردد. این واکنش نتیجه جایگزینی یون یک ظرفیتی سدیم - Na+ - و هیدروژن - H+ - خاک با یون دو ظرفیتی کلسیم - Ca++ - آهک است. این واکنش باعث بهم پیوستن ذرات خاک رس شده و در نتیجه منجر به اصلاح خاصیت پلاستیسیته خاک میشود.

از آنجاییکه آهک ترکیب بسیار خوبی با آب دارد، این واکنش از انواع واکنشهای فعال است که باعث در هم شکستن تودههای خاک رس گشته و با بیرون کشیدن آب از میان تودههای خاک، یک مصالح خشکتر و تراکمپذیرتری حاصل میگردد. واکنشهای پوزولانی یا سمنتاسیون بدین صورت است که هنگامیکه Sio2، AL2O3، Fe2o3 موجود در خاک با کلسیم موجود در آهک ترکیب میشوند، یک ژل بسیار مقاوم سیلیکات کلسیم و آلومینات تشکیل میگردد که عملکرد آن مانند ترکیبات سیمانی است - ژل - tobermorite در این مورد آهک دو نقش هم اصلاح کننده و هم تثبیت کننده را ایفا میکند. سمنتاسیون یک واکنش وابسته به زمان و واکنش کندی است که به میزان رس پوزولانی موجود در ترکیب وابسته است. کربناسیون یک پدیده نامطلوب است که در نتیجه عدم انجام واکنش خاک با آهک به وجود میآید. به این ترتیب که Co2 هوا یا خاک با Cao آهک ترکیب شده و باعث بوجود آمدن ترکیب CaCo3 میگردد. این مساله زمانی بوجود میآید که رس پوزولانی کافی در ترکیب موجود نباشد یا آهک را بیش از حد نیاز به خاک افزوده باشیم.

CaCo3 یک ماده پلاستیک است که باعث بالا رفتن خاصیت پلاستیسیته ترکیب میشود و از انجام واکنش پوزولانی جلوگیری مینماید بنابراین افزودن بیش از حد آهک به خاک نتیجه خوبی در بر نداشته و لازم است برای تعیین درصد آهک و رطوبت بهینه طرح اختلاط صورت گیرد . - 3 - استفاده از تثبیت خاک بوسیله آهک از نظر اقتصادی هم میتواند مقرون بصرفه باشد. بعنوان مثال یه پروژه درون شهری در پنسیلوانیا، با یک رویکرد طراحی سنتی 29,3 میلیون دلاری آغاز میشود. یک طرح جایگزین با استفاده از تثبیت آهک، سازگار با طرحهای تجربی æ مکانیکی - تجربی ASHTO بوده و تنها 21,6 میلیون دلار میارزد و بیش از 25 درصد صرفه جویی را به همراه خواهد داشت. در دراز مدت نیز تثبیت با آهک هزینههای نگهداری را کاهش میدهد، بمنظور نشان دادن این مساله، تثبیت یک درجه فرعی خاک رس 8 اینچی با آهک به عنوان بخشی از یک پروژه سنگ فرش آسفالت میتواند هزینههای سیکل دراز مدت 30ساله0 را از 24,49 دلار به 22,47 دلار در هر یارد مربع کاهش دهد . - 4 -

محققین مختلفی که در مورد بهسازی خاک با آهک تحقیق نمودند به این نتیجه رسیدهاند که در خاکهایی که بوسیله آهک تثبیت شده است، میزان رطوبت بهینه بطور قابل ملاحظه ای افزایش و وزن مخصوص خشک خاک نیز کاهش یافته است. کاهش میزان دانسیته خاک را در این آزمایش، به تشکیل سریع موادی با خاصیت سیمانی مربوط دانست که باعث کاهش تراکمپذیری و نتیجتا دانسیته خاک بهسازی شده میشود . - Airey 1993 - محققین دیگری نیز نشان دادند که رفتارهای گسیختگی نمونه خاکهای بهسازی شده بوسیله آهک، شبیه رفتار مصالح ترد و شکننده میباشد و مقاومت این خاکها پس از افزودن آهک، افزایش پیدا کرده است Glendinning Rogers 2001T , Al-Rawas & Goosen 2006 - . - Boardman یکی دیگر از اثرات استفاده از آهک در خاک رس کاهش نفوذپذیری خاک است. هر چه میزان درصد آهک کمتر باشد افزایش نفوذپذیری بیشتر خواهد بود . - 5 -

.2 زمین شناسی عمومی و موقعیت جغرافیایی منطقه:

روستای دادلی غزنین در شرق استان گلستان از توابع شهرستان مراوهتپه است. فاصله این روستا از مراوهتپه 35 کیلومتر و از کلاله 125 کیلومتر میباشد - شکل. - 1 تثبیت جاده از 2 کیلومتری مراوهتپه بطول 12 کیلومتر به سمت روستای دادلیغزنین انجام گرفت. منطقه مورد بررسی بخشی از پهنه رسوبی- ساختاری است که در تقسیمبندی زونهای ایران به زون کپهداغ مشهور است. این زون با روند شمال غرب - جنوب شرق از قسمت شرقی دریای خزر شروع و پس از عبور از ترکمنستان و ایران وارد خاک افغانستان میشود.

اهمیت اقتصادی این ناحیه به دلیل پتانسیل منابع هیدروکربوری به خصوص گاز میباشد . - 6 - کمربند چین خورده - گسل خورده کپهداغ- بینالود در شمال خاور ایران، بخشی از ابر قاره اوراسیا و لبه جنوبی صفحه توران را تشکیل میدهد و آنچه امروز در کپهداغ میبینیم، نتیجه آخرین فازهای چینخوردگی آلپ - هیمالیاست. ریختشناسی منطقه در مراحل جوانی بوده و چینهای بسیار جوان آن نشانگر رابطه مستقیم توپوگرافی ناحیه با ساختارهای زمین شناسی است . - 7 - از نظر زمین شناسی، منطقه از رسوبات آبرفتی کواترنری انباشته شده است که بهترین منبع ذخیره کننده آب زیرزمینی است. این آبرفتها مخلوطی از ماسه، سیلت و رس است که دارای بافت سست و ریز و درجه سختی بسیار کمی است، در نتیجه نه آنچنان ریز و چسبنده است و نه آنچنان سخت و سنگی، بلکه شرایط لازم برای رویش گیاه و نفوذ آب را دارد . - 8 -

.3 روش اجرای عملیات تثبیت خاک با آهک:

برای اختلاط خاک و آهک و تثبیت خاک در این پروژه از روش سنتی استفاده شد، بدین صورت که ابتدا سطح خاک حدود 20cm در عمق شخم زده شد تا خاک مسیر راه شل گردد. سپس روی آن بصورت کاملا دستی آهک پاشی انجام گرفت - شکل. - 2 بعد از اتمام آهک پاشی روی سطح خاک را با گریدر تسطیح گردید و در مرحله بعد آنرا آبپاشی نموده و در نهایت آنرا مورد کوبش قرار دادند - شکل - 3، تا سطح خاک تثبیت شده آماده اجرای آسفالت باشد. لازم به ذکر است که در این پروژه حتی پس از اتمام عملیات تثبیت خاک، مسیر راه دچار بارندگی شدید نیز قرار گرفت ولی خاک تثبیت شده با آهک دچار مشکل نشد و بستر راه کاملا مناسب براس اجرای سطح آسفالت بود.